和许多电路设计一样,介电常数(Dk)一般都是选择不同PCB材料的起点,并且功分器/功率合成器的设计者一般都倾向于采用高介电常数(Dk)的电路材料,因为这些材料相比于低介电常数材料来说可以在更小尺寸的电路上提供有效的电磁耦合。高介电常数的电路设计存在这样一个重要问题,即电路板中的介电常数之间存在具有各向异性或者说在x,y,z“497”电路进行板材的介电常数值均不同。在同一方向上的介电常数发生变化影响很大时,同样也是很难可以得到阻抗均一的传输线。
保持阻抗不变性在实现功分器/合路器特性时十分重要,介电常数(阻抗)的变化会导致电磁能量和功率分配的不均匀。幸运的是,存在具有优越各向同性的商业PCB材料可以用于这些电路中,这些材料具有相对高的介电常数值9.8,并且在三个坐标轴方向上保持在9.8+/-0.245的水平上(在10GHz下测量)。这也可以理解为说,在分功器/电路和耦合器的传输线路中的均匀阻抗特性可以使器件中的电磁能量的分布恒定和可测量。对于更高介电常数的PCB材料,TMM 13i层压板具有12.85的介电常数并且在三个轴的变化在+/-0.35以内(10GHz)。?
当然,在设计功分器/功率合成器以及耦合器时,恒定的介电常数以及阻抗特性只是PCB材料参数的其中之一需要考虑的。当设计功分器/合路器或耦合器电路时,小化插入损耗通常是一个重要的目标,理想情况下,一个双路的威尔金森功分器可以提供给两个输出端口-3dB或一半的输入电磁能量。实际上,每个功分器/合路器(和耦合器)电路都会有一定的插入损耗,通常依赖于频率(当频率升高损耗也升高),所以对于一个功分器/合路器的设计来说,PCB材料的选择需要考虑如何控制,使得电路的插入损耗低。?
在无源高频器件如功分器/合路器或耦合器中,插入损耗实际上是很多损耗的总和,包括介质损耗,导体损耗,辐射损耗以及泄露损耗。其中的一些损耗可以通过精心的电路设计来加以控制,它们也有可能依赖于PCB材料的特性并且可以通过合理地选择PCB材料来使其损耗小。PCB材料的泄露损耗是经过小化处理的,比如,做传输线时,板材为高体电阻率的,从而提供高隔离度降低了泄漏损耗。阻抗不匹配(即驻波比损耗)可以导致损耗,但是可以通过选择恒定介电常数的PCB材料来减小。
在设计高功率水平的功率分配器/组合器和耦合器时,小损耗是至关重要的,因为在高功率下,损耗被转换成热并消散在器件和PCB材料中,并且热对材料的介电常数(和阻抗)有影响。
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