PCB 設計でパワー スプリッターとカプラーの PCB 材料を選択する方法

PCB 設計でパワー スプリッターとカプラーの PCB 材料を選択する方法

パワースプリッターとコンバイナーは、方向性カプラーなどのカプラーと同様に、最も一般的に使用される/一般的な高周波デバイスです。 これらのデバイスは、アンテナまたはシステムからの高周波エネルギーの電力分割、結合、および結合に使用され、損失と漏れは非常に小さいです。 PCB ボードの選択は、これらのデバイスが期待される性能を達成するための重要な要素です。 電力分配器/結合器/結合器を設計および処理する場合、PCB 材料の性能がこれらのデバイスの最終的な性能にどのように影響するかを理解しておくと役に立ちます。 たとえば、周波数範囲、動作帯域幅、電力容量など、選択したプレートの一連のさまざまなパフォーマンス指標を制限するのに役立ちます。

多くの異なる回路が電力分配器 (コンバイナー) とカプラーの設計に使用され、形状が異なります。 電力分配器には、システムの実際のニーズに応じて、単純な双方向電力分配器と複雑な N 方向電力分配器があります。 近年、多くの異なる方向性結合器および他のタイプの結合器も大きな進歩を遂げており、ウィルキンソンおよび抵抗電力分配器、ランガー結合器、直交ハイブリッド省電力ブリッジなど、さまざまな形状とサイズがあります。 これらの回路設計で適切な PCB 材料を選択すると、最高の性能を達成するのに役立ちます。

これらの異なる回路タイプは、設計者がさまざまなアプリケーション用にプレートを選択するのに役立つように、設計の構造と性能を妥協します。 ウィルキンソンの双方向電力分割器は、単一の入力信号を通じて、振幅と位相が等しい双方向出力信号を提供します。 実際、これは元の信号 (または元の信号の半分) よりも 3 dB 小さい出力信号を提供するように設計された「ロスレス」回路です (電力分配器の各ポートの出力電力は、 出力ポートの数)。 対照的に、抵抗性デュアル電力分割器は、元の信号よりも 6dB 小さい出力信号を提供します。 抵抗電力分割器の各ブランチにインピーダンスが追加されると、損失が増加しますが、2 つの信号間の分離も増加します。

多くの回路設計と同様に、誘電率 (Dk) は一般に、さまざまな PCB 材料を選択するための出発点であり、電力分配器/電力シンセサイザの設計者は一般に誘電率 (Dk) の高い回路材料を使用する傾向があります。これらの材料は効果的な電磁結合を提供できるからです。 低誘電率材料と比較して、より小さな回路で。 誘電率の高い回路では、回路基板内の誘電率に異方性があったり、x、y、z 方向で回路基板の誘電率の値が異なるという問題があります。 誘電率が同じ方向に大きく変化すると、インピーダンスが均一な伝送線路を得ることも困難になります。

電力分配器/電力結合器の特性を実現するには、インピーダンスの不変性を維持することが非常に重要です。 誘電率（インピーダンス）の変化は、電磁エネルギーと電力の不均一な分布につながります。 幸いなことに、TMM 10i 回路材料など、これらの回路で使用できる優れた等方性を備えた市販の PCB 材料があります。 これらの材料は、9.8 という比較的高い誘電率値を持ち、3 つの座標軸方向で 9.8+/-0.245 (10GHz で測定) のレベルに維持されます。 また、電力分配/結合器および結合器の伝送線路では、均一なインピーダンス特性により、デバイス内の電磁エネルギーの分布が一定で測定可能になることが理解できます。 より高い誘電率を持つ PCB 材料の場合、TMM 13i ラミネートの誘電率は 12.85 で、3 つの軸で ±0.35 (10GHz) 以内で変化します。

もちろん、電力分配器/電力シンセサイザーおよびカプラーを設計する場合、定誘電率およびインピーダンス特性は、考慮すべき PCB 材料パラメーターの 1 つにすぎません。 電力分配器/結合器または結合器回路を設計する場合、通常、挿入損失を最小限に抑えることが重要な目標です。 理想的には、双方向ウィルキンソン電力分配器は、2 つの出力ポートに -3dB または入力電磁エネルギーの半分を提供できます。 実際、各電力分配器/結合器 (および結合器) 回路には特定の挿入損失があり、これは通常、周波数に依存します (周波数が増加すると、損失も増加します)。 したがって、電力分割/結合器の設計では、PCB 材料の選択は、回路の挿入損失を最小限に抑える方法を考慮する必要があります。

電力分配器/結合器またはカプラーなどのパッシブ高周波デバイスでは、挿入損失は実際には、誘電体損失、導体損失、放射損失、および漏れ損失を含む多くの損失の合計です。 これらの損失の一部は、慎重な回路設計によって制御できます。また、PCB 材料の特性にも依存する可能性があり、PCB 材料を適切に選択することで最小限に抑えることができます。 インピーダンスのミスマッチ (つまり、定在波比の損失) は損失を引き起こす可能性がありますが、誘電率が一定の PCB 材料を選択することで減少させることができます。

高電力では、損失が熱に変換されてデバイスや PCB 材料に放散され、熱が材料の誘電率 (およびインピーダンス値) に影響するため、電力値の高い電力スプリッター/コンバイナーおよびカプラーを設計するには、損失を最小限に抑えることが重要です。 .

結論として、高周波電力スプリッター/コンバイナーおよびカプラーを設計および処理する場合、PCB 材料は、誘電率値、材料の誘電率の連続性、温度などの環境要因、および 誘電損失、導体損失、電力容量などの材料損失。 特定のアプリケーション向けの PCB 材料の選択は、高周波パワー スプリッター/コンバイナーまたはカプラーの設計を成功させるのに役立ちます。 PCB アセンブリ、PCB 設計、および PCB 処理の製造業者が、PCB 設計で電力分配器とカプラーの PCB 材料を選択する方法を説明します。