微波射频器件极限功率损耗与分散详解

　　相反，铜（沉积在FR4上，作为地高平面或电路走线）具有355W/mK的热导率。铜具有很大的热流动容量，而FR4具有几乎可以忽略的热导率。为防止在铜传输线上产生热点，必须为从传输线到地平面、散热器或其它一些高热导率区域提供高热导率路径。更薄的PCB材料允许到地平面的路径更短，因为可以使用电镀过孔（PTH）从电路走线连接到地平面。

　　当然，PCB的功率处理能力是许多因素的函数，包括导体宽度、地平面间距和材料的耗散因数（损耗）。此外，材料的介电常数将确定在给定理想特征阻抗下的电路尺寸，比如50Ω，因此具有更高介电常数值的材料允许电路设计师减小其射频/微波电路的尺寸。也就是说，这些更短的金属走线意味着需要具有更高热导率的PCB介电材料来实现正确的热管理。

　　在给定的应用功率电平下，具有更高热导率的电路材料的温升要比更低热导率材料低。遗憾的是，FR4与许多具有低热导率的其它PCB材料没有什么不同。不过，电路的热处理能力和功率处理能力可以通过规定采用至少与FR4相比具有更高热导率的PCB材料加以改进。

　　例如，虽然还没到铜的热导率水平，但Rogers公司的几种PCB材料可以提供比FR4高得多的热导率。RO4350B材料的热导率是0.62W/mK，而该公司的RO4360叠层热导率可达0.80W/mK。虽然没有显着的提高，但与FR4叠层相比确实有了两至三倍的热/功率能力提升，可实现射频/微波电路所产生热量的有效耗散。这两种材料特别适合具有内置热源（晶体管）的放大器应用，它们都具有较低的热膨胀系数（CTE）值，因此能最大限度地减少随温度发生的尺寸变化。

　　许多商用计算机辅助工程（CAE）软件设计包能够在给定的应用功率电平和给定的电路参数设置条件下建模经过射频/微波电路的热量流动，包括PCB的热导率。这些软件设计包包含有许多单独的程序，比如SonnetSoftware公司的电磁仿真（EM）工具、Fluent公司的IcePak软件、ANSYS公司的TASPCB软件以及Flomerics公司的Flotherm软件。它们还包含许多设计软件工具套件，如安捷伦科技（Agilent）的高级设计系统（ADS）、ComputerSimulationTechnology公司（CST）的CSTMicrowaveStudio以及AWR公司的MicrowaveOffice。

　　这些软件工具甚至可以用来研究不同工作环境对射频/微波电路功率处理能力的影响，比如在飞机的低大气压力或高海拔环境下足够高功率电平下可能出现的电弧。这些程序还能通过对能量流经器件（如耦合器或滤波器）时的场分布情况建模，来提升分立射频/微波器件的功率处理能力。