中心議題：

• 射頻設計熱問題處理

解決方案：

• 選擇正確的材料有助於熱量管理

熱量管理是所有電路設計人員都關心的一個問題
，特別是針對大信號時。在射頻/微波電路中，大信號常見於功率放大器和係統發送端元件。不管是連續波（CW）信號還是脈衝信號

，如果產生的熱量得不到有效疏導，它們都將導致印製電路板（PCB）上和係統中的熱量積聚。對電子設備來說，發熱意味著工作壽命的縮短。　　
 

圖1：新開發的RT/duroid 6035HTC電路材料用來滿足設計人員對改善高溫性能的需求。　　

防止電路熱量積聚需要一定的想象力：可以想象成熱量從一個熱源（如功率晶體管）流向一個目的地（如散熱片或設備底座）。　　

理解熱量在係統各射頻/微波元件中是如何產生的也有助於熱量分析。例如
，功率放大器發熱不是僅因其工作在大功率級，諸如放大器效率
、放大器輸出端的阻抗匹配（VSWR）以及源自放大器輸出的熱路徑等因素都會影響放大器熱量的產生。盡管具有50%效率的功率放大器似乎已經很不錯
，但這也會浪費掉係統供給它的一半能量，其中大部分以熱量的形式損失掉了。　　

除功率放大器外
，像濾波器和功率分配器這樣的無源器件的插入損耗以及元件、同軸電纜和其它互連器件連接處的阻抗不匹配（高VSWR）也會導致“散熱障礙”。高效的熱管理需要了解熱量從源（例如放大器）流過所有連接電纜和其它元件再到散熱終點的熱量流動過程。　　

在電路層麵
，熱管理也是放大器自身的一個問題，因為熱量從放大器的有源器件向外流動——有(you)些(xie)熱(re)量(liang)通(tong)過(guo)電(dian)路(lu)板(ban)材(cai)料(liao)，有(you)些(xie)進(jin)入(ru)周(zhou)圍(wei)元(yuan)件(jian)

，有(you)些(xie)流(liu)入(ru)電(dian)路(lu)板(ban)上(shang)下(xia)方(fang)周(zhou)圍(wei)的(de)空(kong)氣(qi)。理(li)想(xiang)情(qing)況(kuang)下(xia)
，可(ke)以(yi)提(ti)供(gong)一(yi)條(tiao)讓(rang)熱(re)量(liang)從(cong)有(you)源(yuan)器(qi)件(jian)正(zheng)確(que)地(di)散(san)發(fa)出(chu)來(lai)的(de)路(lu)徑(jing)，因(yin)為(wei)這(zhe)些(xie)器(qi)件(jian)周(zhou)圍(wei)的(de)熱(re)量(liang)積(ji)聚(ju)也(ye)會(hui)縮(suo)短(duan)它(ta)們(men)的(de)工(gong)作(zuo)壽(shou)命(ming)。此(ci)外(wai)，這(zhe)些(xie)熱(re)量(liang)可(ke)能(neng)對(dui)某(mou)些(xie)器(qi)件(jian)造(zao)成(cheng)有(you)害(hai)影(ying)響(xiang)，比(bi)如(ru)在(zai)矽(gui)雙(shuang)極(ji)型(xing)晶(jing)體(ti)管(guan)中(zhong)溫(wen)度(du)的(de)不(bu)斷(duan)上(shang)升(sheng)
，即(ji)通(tong)常(chang)所(suo)說(shuo)的(de)“熱失控”。　　

在散熱不當的情況下，有些器件相比其它器件更易受到損壞。例如
，GaAs半導體襯底的導熱率大約隻有矽器件的三分之一。在高溫下，GaAs晶體管也可能遭受記憶效應的影響（也就是說即使溫度已經下降


，器件仍可能工作在高溫時的特定增益狀態）
，進而導致器件線性性能變差。

reliangfenxishizhishangshijiyuduiqijianhuodianluzhongshiyongdebutongcailiaodeyanjiu，yijizhexiecailiaoderezuhuoqiduireliangliudongdezuli。dangran
，fanguolaishuojiushicailiaodedaorelv，zheshihengliangcailiaodaorenenglideyigezhibiao。recailiao（比如導熱膠和電路板材料）的數據手冊中一般都列有這一參數
，參數值越高
，代表這種材料處理大功率級和發熱量的能力就越高。　　

熱阻可以用溫度變化（該數值是作為所采用功率的函數）來描述，通常單位為℃/W。在為器件、dianlubanhexitongjianlireliangmoxingshi
，bixukaolvsuoyourexiaoyingdeyingxiang，zhebujinbaokuoqijiandezifarexiaoying
，haibaokuoqiduizhoubianqijiandeyingxiang。youyuzhexiejiaohuzuoyongdecunzai
，rejianmoyibanshitongguogoujianyigedaiyouquanbufareqijianderejuzhenlaiwanchengde。　　

在電路上，即使像電容這樣的無源電路元件也可能對散熱起作用。American Technical Ceramics公司的應用筆記《陶瓷電容中的ESR損耗（ESR Losses in Ceramic Capacitors）》就討論了不同類型電容可以安全散發多大的功率
，依據的是這些電容的等效串聯電阻（ESR）額定值。該筆記還詳細介紹了具有高ESR值的電容會如何泄漏便攜式設備中電池的電能，進而導致電池壽命的縮短。另一個有用的參考是Hittite Microwave公司的應用筆記《表貼元件的熱量管理（Thermal Management for Surface Mount Components）》，它介紹了如何將表麵貼裝元件包含進電路級熱量模型中。　　

當然，為了使係統能考慮到所有的熱量規劃，正確的熱量設計應從PCB級和選擇最適合特定電路設計中功率和熱量等級的PCBcengyacailiaokaishi。zaixuanzedianlubancengyacailiaoshi，buyingzhishijiandandixuanzejuyouzuigaodaorelvdecailiao
，haixuyaokaolvzaibutongwenduxiadedianqihejixiewendingxing。　　
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例如
，層壓板可由其在所有三個方向（長
、寬
、厚）上的熱膨脹係數（CTE）以yi及ji介jie電dian常chang數shu的de熱re係xi數shu來lai描miao述shu。第di一yi個ge參can數shu代dai表biao了le材cai料liao隨sui溫wen度du變bian化hua而er膨peng脹zhang或huo收shou縮suo的de程cheng度du，而er第di二er個ge參can數shu表biao明ming了le介jie電dian常chang數shu隨sui溫wen度du的de變bian化hua情qing況kuang。第di一yi個ge參can數shu對dui可ke靠kao性xing有you很hen大da影ying響xiang


，而er第di二er個ge參can數shu可ke能neng引yin起qi介jie電dian常chang數shu在zai不bu同tong溫wen度du下xia發fa生sheng偏pian離li，最zui終zhong導dao致zhi微wei帶dai電dian路lu中zhong的de阻zu抗kang發fa生sheng變bian化hua（例如，這種變化可能改變帶通濾波器的中心頻率）。　　

由於很多係統（包括商業通信和戰術軍事係統）都dou需xu要yao具ju有you高gao可ke靠kao性xing和he穩wen定ding的de電dian氣qi性xing能neng，電dian路lu板ban材cai料liao供gong應ying商shang近jin年nian來lai非fei常chang關guan注zhu熱re管guan理li問wen題ti，開kai發fa出chu的de材cai料liao不bu僅jin能neng夠gou處chu理li類lei似si功gong率lv放fang大da器qi等deng電dian路lu中zhong的de較jiao高gao功gong率lv級ji，而er且qie在zai高gao溫wen下xia不bu會hui發fa生sheng電dian氣qi性xing能neng改gai變bian。例li如ru，Rogers Corporation公司最近發布的RT/duroid 6035HTC電路材料就是一種陶瓷填充PTFE複合材料，其導熱率高達1.44 W/m/K，是標準FR-4型電路板材料的好幾倍（見圖1）。這種材料整合了穩定的機械與電氣性能以及導熱性能
，因此可作為高頻功率放大器的理想材料。　　

xuanzezhengquedecailiaoyouzhuyureliangguanli
，dantongyangyaoqiuzuoreliangfenxi。ruguokaolvdaoshejizhongmeigeyouyuanqijiandewendu，namezhengquedereliangfenxihuifeichanghaoshi。weilebangzhufenxi，anjielunkeji（Agilent Technologies）公司推出的先進設計係統（ADS）工具等商業軟件仿真工具近年來都進行了升級，針對熱建模專門增加了功能或軟件工具。例如
，Computer Simulation Technology公司的EM Studio電磁（EM）軟件已被用於模擬雙模濾波器中的溫度分布情況，這套軟件使用該公司的CST Microwave Studio軟件工具首次計算了濾波器導電金屬中的電流密度分布。　　

Microwave Office軟件設計工具套件供應商AWR公司在今年初與CapeSym公司簽署了一份協議，成為CapeSym公司單片微波集成電路（MMIC）SYMMIC熱分析建模軟件的全球獨家零售商。　　

在專用熱量分析工具方麵
，Daat Research公司提供了許多易用的建模工具，可實現從器件級直至係統級的所有層麵分析
，其中包括Coolit軟件。對於那些對熱量建模比較陌生而又想做實驗的工程師，Freebyte提供了免費的熱量分析軟件，其中包括Harvard Thermal公司開發的TAS軟件演示版和ThermoAnalytics公司開發的WinTherm軟件演示版。