微带式大功率匹配负载

焊接
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• 五、结论： • 这两款产品试制后发现了一些问题，通过调整 线路板及电阻位置，产品的性能达到客户要求。 • 通过此产品的研发，可以发现每一种新品的开 发都需要多方面的理论支持，也就是需要我们不断 的学习各方面知识，作为设计更需要的是学习新知 识和自己的动手能力，这样才可以在试制中发现问 题，不断总结经验，也只有这样才能使自己的能力 不断提升。
• 代入公式得到
PAV ≈ 355 W(1.0GHz) PAV ≈ 180 W(2.5GHz)
Pmax = 797.2KW
结果远大于承载功率，设计选用微带线是可行的。
50 4-φ2.5 11 6.5 7.5 5 2.3 3.3 20 12 4-R1 5.3 32 背面覆铜全部保留
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• 二、腔体的计算： • 我们知道微带电路需要用腔体将微带线封闭起来， 除接地导体外，离微带线带条的有限距离处还存在着 导电边界，这些边界显著影响电路的性能，影响的程 度依赖于微带电路和导体边界的距离，为减少辐射损 耗和交叉干扰，通常要求腔体的宽度大于5倍的线宽， 腔高大于5倍的板厚,但是腔过高将增加腔体总高度， 浪费材料，经验通常取5mm以上，对带线影响就不 大。因此腔宽取22mm便于安装螺钉，腔高取5mm。
四、整体结构： 所有零件已经设计完成，现在考虑到各个零件之间 的有效连接及阻抗的连续性一致性。 1、接头与微带线路板之间： 选用接头尾部为微带形式，采用焊接形式连接线路板。 如果阻抗不匹配通过调整焊点大小及微调线路板尺寸 即可。 2、微带线路板与电阻之间： 微带线路板与电阻之间阻抗匹配成为关键问题，通 过客户推荐的安装方法，电阻引脚可以平于或高于带 线表面，考虑到加工方便问题，我们决定采用于电阻
所以选用热传导率高的材料，如铝为2.12W/cm2.℃ ， 铜为3.85W/cm2.℃，而钢只有0.46 W/cm2.℃就相当 差了。为了降低成本及考虑重量问题，我们决定选 用标准铝型材散热器，因此必须确定散热面积。 100W所需理论散热面积=100÷2.12=47.2（cm2） 200W所需理论散热面积=200÷2.12=94.4（cm2） 考虑到实际散热器效率及环境条件，取其效率取其 效率η=55%，取安全系数K=3， 100W所需实际散热面积=3×47.2÷55%≈258（cm2） 200W所需实际散热面积=3×94.4÷55%≈515（cm2）
一、计算微带线承载功率： 1、微带线的最大平均功率
PAV
Tmax − T0 = ∆T
式中TMAX是最高工作温度，即基片的电和物理特性 可视为不变时的最高温度；T0是环境温度；△T是 每瓦功率的温升。 ad 0.2303h ac ( + )(°c / w) ∆T = K we 2 wef 式中：K是基片的热导率即聚四氟乙烯的热导率查 表为0.001；wef 是微带线的平行板波导模型的等效 a 宽； c 是导体损耗； d是介质损耗。 a
引脚高于微带线表面，试制中发现两者之间始终是 阻抗无法匹配，后采用降低电阻高度，让引脚与微 带线平齐，指标一下很好，所以可以看出电阻引脚 高度与微带线表面一定要平齐。 3、降低接触热阻： 为了有效的降低接触热阻，需要在散热部位涂一层 薄薄的导热硅脂，可以降低热阻25-30%，因此在电 阻与腔体之间、腔体与散热器之间涂导热硅脂在大 功率产品中至关重要。
简单地讲负载是是传输线中的终端装置，主要 用于吸收射频或微波系统的功率。匹配负载是将 传输线电磁能量几乎全吸收的功率器件，要求在 工作频带内剩余反射要小，即相应的驻波比尽可 能的小。负载主要用于测试仪器的测试端口，电 台，雷达站的吸收终端，通讯测试设备的终端， 雷达发射调试和测试，调试发射机时作等效天线。 平时我公司生产的大多数都是小功率负载，对于 大功率负载是首次试制，它属于无源微波器件， 具有一定的技术含量,虽然批量不大，但利润较高， 而且国内生产厂家也不多，因此市场前景较好。
微带式大功率匹配负载
• • • • • • • • • • • • 1、N-50KR-100W 特性阻抗：50 工作频率：DC-2.5GHz 电压驻波比: ≤1.10（DC-1GHz）； ≤1.20（1GHz-2.5GHz） 平均功率: 100W 峰值功率：10KW 外形尺寸：200×120×37 2、N-50KR-200W 特性阻抗：50 工作频率：DC-1GHz 电压驻波比: ≤1.20（DC-1GHz） 平均功率: 200W 峰值功率：20KW 外形尺寸：220×150×50
Rs = 2.6 ×10−7 f Ω / cm2 Rs 是铜的表面电阻率 ，
• 2、微带线的最大峰值功率 •
Pmax
V 2 max = 2Z c
电压，聚四氟乙烯介质耐压为300KV·cm-1。根据上 面公式发现，带线的宽度对功率影响较大，带线越 宽承载的功率越大；板厚越厚热阻越大，散热就越 差，但板厚太薄导体带线就越窄，导体的衰减太大 承载的功率就越小；综合考虑，决定采用玻璃纤维 强化聚四氟乙烯覆铜板厚度h=1.0mm，ε=2.65。
wef = w +
1 + ( f / fe )
we − w
2
377h we = ZC ε e
• 对于 w / h ≫ 1的微带线，导体的损耗 ac 比介质的损 a 耗 ad 大的多，相比之下， d 的作用可以忽略， ac 可用近似公式：
Rs 20 ac = • dB / cm ln10 wZ C
•
ε +1 ε −1
−1 / 2
w • 再将 ε e =2.155mm， c =56.45， e = 0.454cm Z
• •
ac = 5.55 × 10 −3 dB / cm (1.0GHz )
，
ac = 8.78 ×10−3dB / cm(2.5GHz ) ∆T = 0.282°c / w(1.0GHz) ∆T = 0.527°c / w(2.5GHz)
10 5 58 .5 5
4×2 2.5 =90 11 -M2 .5×6 7 .5 22. 5 11. 25
40-0.1
30.5
2- R2 22
0
58 .5
• 三、散热器设计： • 在使用功率器件时最重要的是如何使其产生的热 量有效散发出去，以获得高可靠性。散热的最一 般方法是把器件安装在散热器上，散热器将热量 辐射到周围的空气中，通过自然对流来散发热量。 一般散热器到周围的空气的热流量(P)可有如下公 式：P=hAη△T • h为散热器总的传热导率（w/cm2.℃），A为散热 器的表面积（cm2），η为散热器效率， △T为散 热器的最高温度与环境温度之差（ ℃）。总之， 散热器的表面积越大，散热的效率越高，环境温 度之差越大，散热器的热量辐射越有效。
负载按结构分为微带吸收式，同轴吸收式，波 导式和高功率金属负载。由于客户要求负载功率 为100W及200W，按照通常结构我们采用同轴保 证功率要求，但是我们发现市场上没有大功率同 轴电阻（柱状电阻），只有大功率片式电阻，这 样如果采用同轴结构必然造成同轴内导体与电阻 连接处阻抗严重不匹配，指标也必然不好；因此 我们决定采用微带线结构，让微带线的阻抗与电 阻一致，并且需要保证两者阻抗连续且连接可靠， 这时我们重点考虑的是微带线承载功率是否满足 要求。
Vmax 是微带线能承受（不致引起介质击穿）的最高
当w / h > 1时：
12h εe = 1+ + 2 2 w −1 120π w w Zc = h + 1.393 + 0.66 ln 1.444 + h εe 87 5.98h • 由 Z0 = 得出 w =2.30mm ln ε + 1.41 0.8w + t
• 通过计算我们选用标准散热器HEJ-141作为100W, 长度取200mm，其有效面积为1379 cm2；选用标准 散热器HES-150作为200W，长度取220mm，其有效 面积为3388 cm2；可以看出散热面积远大于实际需要 3388 面积，这样可以高可靠使其产生的热量有效散发出 去，并且符合客户外形要求。另外散热器表面处理很 关键，表面进行阳极氧化和发黑处理，通常在自然冷 却情况可提高10%-15%，强迫风冷可提高30%。