電子元件應(yīng)對(duì)高功率電平的途徑

例如，雖然還沒到銅的熱導(dǎo)率水平，但Rogers公司的幾種PCB材料可以提供比FR4高得多的熱導(dǎo)率。RO4350B材料的熱導(dǎo)率是0.62W/mK，而該公司的RO4360疊層熱導(dǎo)率可達(dá)0.80W/mK。雖然沒有顯著的提高，但與FR4疊層相比確實(shí)有了兩至三倍的熱/功率能力提升，可實(shí)現(xiàn)射頻/微波電路所產(chǎn)生熱量的有效耗散。這兩種材料特別適合具有內(nèi)置熱源(晶體管)的放大器應(yīng)用，它們都具有較低的熱膨脹系數(shù)(CTE)值，因此能最大限度地減少隨溫度發(fā)生的尺寸變化。

許多商用計(jì)算機(jī)輔助工程(CAE)軟件設(shè)計(jì)包能夠在給定的應(yīng)用功率電平和給定的電路參數(shù)設(shè)置條件下建模經(jīng)過射頻/微波電路的熱量流動(dòng)，包括PCB的熱導(dǎo)率。這些軟件設(shè)計(jì)包包含有許多單獨(dú)的程序，比如Sonnet Software公司的電磁仿真(EM)工具、Fluent公司的IcePak軟件、ANSYS公司的TAS PCB軟件以及Flomerics公司的Flotherm軟件。它們還包含許多設(shè)計(jì)軟件工具套件，如安捷倫科技(Agilent)的高級(jí)設(shè)計(jì)系統(tǒng)(ADS)、Computer Simulation Technology公司(CST)的CST Microwave Studio以及AWR公司的Microwave Office。

這些軟件工具甚至可以用來研究不同工作環(huán)境對(duì)射頻/微波電路功率處理能力的影響，比如在飛機(jī)的低大氣壓力或高海拔環(huán)境下足夠高功率電平下可能出現(xiàn)的電弧。這些程序還能通過對(duì)能量流經(jīng)元件(如耦合器或?yàn)V波器)時(shí)的場(chǎng)分布情況建模，來提升分立射頻/微波元件的功率處理能力。

當(dāng)然，PCB材料并不是影響射頻/微波電路或系統(tǒng)中熱量流動(dòng)的唯一因素。電纜和連接器對(duì)高頻系統(tǒng)中功率/熱量的限制也是眾所周知的。在同軸組件中，連接器通?？梢员人B接的電纜處理更多的熱量/功率，而不同連接器具有不同的功率額定值。例如，N型連接器的功率額定值稍高于具有更小尺寸(和更高頻率范圍)的SMA連接器。電纜和連接器的平均功率和峰值功率都有額定值，峰值功率等于V2/Z，其中Z是特征阻抗，V是峰值電壓。平均功率額定值的簡(jiǎn)單估算方法是將電纜組件的峰值功率額定值乘以占空比。

Astrolab公司等許多電纜供應(yīng)商開發(fā)了專門的計(jì)算程序來計(jì)算他們的同軸電纜組件的功率處理能力。而Times Microwave Systems等一些公司則提供免費(fèi)的可下載計(jì)算程序，這些程序可用于預(yù)測(cè)他們自己的不同類型同軸電纜的功率處理能力。

值得注意的是，這是對(duì)復(fù)雜主題的極其簡(jiǎn)單化處理。它還沒有涉及材料擊穿電壓、PCB耗散因數(shù)(損耗因數(shù))如何影響電路的功率處理能力、對(duì)PCB材料熱膨脹系數(shù)(CTE)性能的影響以及連續(xù)波和脈沖能源之間發(fā)熱效應(yīng)區(qū)別等主題。

在元件、電路和系統(tǒng)內(nèi)，還有許多復(fù)雜的現(xiàn)象可能影響到功率處理能力，包括具有“打開”和“關(guān)閉”狀態(tài)的開關(guān)等可能具有不同射頻/微波功率能力的元件。除了軟件程序外，可用于熱分析的工具還可以提供基于紅外(IR)技術(shù)的熱成像功能，可以用來安全地研究元件、電路和系統(tǒng)中的熱量累積。這些熱成像工具可以從多種來源獲得，包括FLIR Systems公司和福祿克公司(Fluke)。