解决射频设计中的热问题

在电路上，即使像电容这样的无源电路元件也可能对散热起作用。American Technical Ceramics公司的应用笔记《陶瓷电容中的ESR损耗(ESR Losses in Ceramic Capacitors)》就讨论了不同类型电容可以安全散发多大的功率，依据的是这些电容的等效串联电阻(ESR)额定值。该笔记还详细介绍了具有高ESR值的电容会如何泄漏便携式设备中电池的电能，进而导致电池寿命的缩短。另一个有用的参考是Hittite Microwave公司的应用笔记《表贴元件的热量管理(Thermal Management for Surface Mount Components)》，它介绍了如何将表面贴装元件包含进电路级热量模型中。

当然，为了使系统能考虑到所有的热量规划，正确的热量设计应从PCB级和选择最适合特定电路设计中功率和热量等级的PCB层压材料开始。在选择电路板层压材料时，不应只是简单地选择具有最高导热率的材料，还需要考虑在不同温度下的电气和机械稳定性。

例如，层压板可由其在所有三个方向(长、宽、厚)上的热膨胀系数(CTE)以及介电常数的热系数来描述。第一个参数代表了材料随温度变化而膨胀或收缩的程度，而第二个参数表明了介电常数随温度的变化情况。第一个参数对可靠性有很大影响，而第二个参数可能引起介电常数在不同温度下发生偏离，最终导致微带电路中的阻抗发生变化(例如，这种变化可能改变带通滤波器的中心频率)。

由于很多系统(包括商业通信和战术军事系统)都需要具有高可靠性和稳定的电气性能，电路板材料供应商近年来非常关注热管理问题，开发出的材料不仅能够处理类似功率放大器等电路中的较高功率级，而且在高温下不会发生电气性能改变。例如，Rogers Corporation公司最近发布的RT/duroid 6035HTC电路材料就是一种陶瓷填充PTFE复合材料，其导热率高达1.44 W/m/K，是标准FR-4型电路板材料的好几倍(见图)。这种材料整合了稳定的机械与电气性能以及导热性能，因此可作为高频功率放大器的理想材料。

图：新开发的RT/duroid 6035HTC电路材料用来满足设计人员对改善高温性能的需求。

选择正确的材料有助于热量管理，但同样要求做热量分析。如果考虑到设计中每个有源器件的温度，那么正确的热量分析会非常耗时。为了帮助分析，安捷伦科技(Agilent Technologies)公司推出的先进设计系统(ADS)工具等商业软件仿真工具近年来都进行了升级，针对热建模专门增加了功能或软件工具。例如，Computer Simulation Technology公司的EM Studio电磁(EM)软件已被用于模拟双模滤波器中的温度分布情况，这套软件使用该公司的CST Microwave Studio软件工具首次计算了滤波器导电金属中的电流密度分布。

Microwave Office软件设计工具套件供应商AWR公司在今年初与CapeSym公司签署了一份协议，成为CapeSym公司单片微波集成电路(MMIC)SYMMIC热分析建模软件的全球独家零售商。

在专用热量分析工具方面，Daat Research公司提供了许多易用的建模工具，可实现从器件级直至系统级的所有层面分析，其中包括Coolit软件。对于那些对热量建模比较陌生而又想做实验的工程师，Freebyte提供了免费的热量分析软件，其中包括Harvard Thermal公司开发的TAS软件演示版和ThermoAnalytics公司开发的WinTherm软件演示版。