如何選擇高頻器件功分器和耦合器的PCB材料

　　功分器和合路器是最常用/最常見的高頻器件，對于耦合器例如定向耦合器來說也是如此。這些器件用于功分、合路、耦合來自天線或系統(tǒng)內部的高頻能量，且 損耗和泄露很小。PCB板材的選擇對于這些器件實現(xiàn)所預想的性能來講是一個關鍵因素。當設計和加工功分器/合路器/耦合器時，理解PCB材料的性能如何影 響這些器件最終的性能是很有幫助的，例如：能夠幫助對選定板材的一系列不同性能指標做出限制，包括頻率范圍，工作帶寬，功率容量。

　　許多各種不同的電路用于設計功分器(反過來用即是合路器)和耦合器，它們具有各種不同的形式。功分器有簡單的雙路功分以及復雜的N路功分，視系統(tǒng)實際 的需要而定。很多不同的定向耦合器以及其他類型的耦合器近些年來也有很大發(fā)展，包括威爾金森和阻性功分器以及蘭格耦合器和正交混合節(jié)電橋，它們有很多不同 的形式和尺寸。在這些電路設計中選擇合適的PCB材料有助于其達到最佳的性能。

　　這些不同的電路類型都會折衷考慮設計的結構和性能，幫助設計者針對不同的應用選擇板材。威爾金森雙路功分器，是通過單一的輸入信號來提供雙路相等幅度 和相位的輸出信號，實際上是一個“無耗”電路，設計使得其提供一對比原信號小3dB(或者說是原信號一半)的輸出信號(功分器每個端口的輸出功率是隨著輸 出端口數的增加而減小)。相比來說，阻性的雙路功分器則提供一對比原信號小6dB的輸出信號。阻性功分器中在每條支路增加的阻抗增加了損耗，但也增加了兩 路信號之間的隔離。

　　和許多電路設計一樣，介電常數(Dk)一般都是選擇不同PCB材料的起點，并且功分器/功率合成器的設計者一般都傾向于采用高介電常數(Dk)的電路 材料，因為這些材料相比于低介電常數材料來說可以在更小尺寸的電路上提供有效的電磁耦合。高介電常數的電路存在一個問題，即電路板中的介電常數存在各向異 性或者說在x，y，z方向上電路板材的介電常數值均不同。在同一方向上的介電常數變化很大時，同樣很難得到阻抗均一的傳輸線。

　　保持阻抗不變性在實現(xiàn)功分器/合路器特性時十分重要，介電常數(阻抗)的變化會導致電磁能量和功率分配的不均勻。幸運的是，存在具有優(yōu)越各向同性的商 業(yè)PCB材料可以用于這些電路中，如TMM 10i電路材料。這些材料具有相對高的介電常數值9.8，并且在三個坐標軸方向上保持在9.8+/-0.245的水平上(在10GHz下測量)。這也可以 理解成，功分器/合路器和耦合器的傳輸線中，均一的阻抗特性可以使得器件中電磁能量的分配恒定并且可測。對于更高介電常數的PCB材料，TMM 13i層壓板具有12.85的介電常數并且在三個軸的變化在+/-0.35以內(10GHz)。

　　當然，在設計功分器/功率合成器以及耦合器時，恒定的介電常數以及阻抗特性只是PCB材料參數的其中之一需要考慮的。當設計功分器/合路器或耦合器電 路時，最小化插入損耗通常是一個重要的目標，理想情況下，一個雙路的威爾金森功分器可以提供給兩個輸出端口-3dB或一半的輸入電磁能量。實際上，每個功 分器/合路器(和耦合器)電路都會有一定的插入損耗，通常依賴于頻率(當頻率升高損耗也升高)，所以對于一個功分器/合路器的設計來說，PCB材料的選擇 需要考慮如何控制，使得電路的插入損耗最小。

　　在無源高頻器件如功分器/合路器或耦合器中，插入損耗實際上是很多損耗的總和，包括介質損耗，導體損耗，輻射損耗以及泄露損耗。其中的一些損耗可以通 過精心的電路設計來加以控制，它們也有可能依賴于PCB材料的特性并且可以通過合理地選擇PCB材料來使其損耗最小。阻抗不匹配(即駐波比損耗)可以導致 損耗，但是可以通過選擇恒定介電常數的PCB材料來減小。

　　最小化損耗在設計高功率值的功分器/合路器和耦合器中非常關鍵，因為在高功率下?lián)p耗會轉化為熱量并消散在器件和PCB材料中，而熱量會對材料的介電常數值(和阻抗值)產生影響。

　　總之，當設計和加工高頻功分器/合路器和耦合器時，PCB材料的選擇應該基于很多不同的關鍵材料特性，包括介電常數值，材料中介電常數的連續(xù)性，環(huán)境 因素如溫度，減小材料的損耗包括介質損耗和導體損耗以及功率容量。針對具體的應用選擇PCB材料有助于設計高頻功分器/合路器或耦合器時取得成功。