微帶式大功率匹配負(fù)載

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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,微帶式大功率匹配負(fù)載,去年有客戶(hù)要大功率負(fù)載，其具體指標(biāo)如下：,1,、,N-50KR-100W,特性阻抗：,50,工作頻率：,DC-2.5GHz,電壓駐波比,:1.10,（,DC-1GHz,）；,1.20,（,1GHz-2.5GHz,）,平均功率,:100W,峰值功率：,10KW,外形尺寸：,20012037,2,、,N-50KR-200W,特性阻抗：,50,工作頻率：,DC-1GHz,電壓駐波比,:1.20,（,DC-1GHz,）,平均功率,:200W,峰值功率：,20KW,外形尺寸：,22015050,

2、簡(jiǎn)單地講負(fù)載是是傳輸線中的終端裝置，主要用于吸收射頻或微波系統(tǒng)的功率。匹配負(fù)載是將傳輸線電磁能量幾乎全吸收的功率器件，要求在工作頻帶內(nèi)剩余反射要小，即相應(yīng)的駐波比盡可能的小。負(fù)載主要用于測(cè)試儀器的測(cè)試端口，電臺(tái)，雷達(dá)站的吸收終端，通訊測(cè)試設(shè)備的終端，雷達(dá)發(fā)射調(diào)試和測(cè)試，調(diào)試發(fā)射機(jī)時(shí)作等效天線。平時(shí)我公司生產(chǎn)的大多數(shù)都是小功率負(fù)載，對(duì)于大功率負(fù)載是首次試制，它屬于無(wú)源微波器件，具有一定的技術(shù)含量,雖然批量不大，但利潤(rùn)較高，而且國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家也不多，因此市場(chǎng)前景較好。,負(fù)載按結(jié)構(gòu)分為微帶吸收式，同軸吸收式，波導(dǎo)式和高功率金屬負(fù)載。由于客戶(hù)要求負(fù)載功率為,100W,及,200W,，按照通常結(jié)構(gòu)我們采用

3、同軸保證功率要求，但是我們發(fā)現(xiàn)市場(chǎng)上沒(méi)有大功率同軸電阻（柱狀電阻），只有大功率片式電阻，這樣如果采用同軸結(jié)構(gòu)必然造成同軸內(nèi)導(dǎo)體與電阻連接處阻抗嚴(yán)重不匹配，指標(biāo)也必然不好；因此我們決定采用微帶線結(jié)構(gòu)，讓微帶線的阻抗與電阻一致，并且需要保證兩者阻抗連續(xù)且連接可靠，這時(shí)我們重點(diǎn)考慮的是微帶線承載功率是否滿足要求。,、計(jì)算微帶線承載功率：,1,、微帶線的最大平均功率,式中,T,MAX,是最高工作溫度，即基片的電和物理特性可視為不變時(shí)的最高溫度；,T,0,是環(huán)境溫度；,T,是每瓦功率的溫升。,式中：,K,是基片的熱導(dǎo)率即聚四氟乙烯的熱導(dǎo)率查表為,0.001,；是微帶線的平行板波導(dǎo)模型的等效寬；是導(dǎo)體損耗

4、；是介質(zhì)損耗。,對(duì)于 的微帶線，導(dǎo)體的損耗 比介質(zhì)的損耗 大的多，相比之下，的作用可以忽略，,可用近似公式：,是銅的表面電阻率,，,2,、微帶線的最大峰值功率,是微帶線能承受（不致引起介質(zhì)擊穿）的最高電壓，聚四氟乙烯介質(zhì)耐壓為,300KVcm,-1,。根據(jù)上面公式發(fā)現(xiàn)，帶線的寬度對(duì)功率影響較大，帶線越寬承載的功率越大；板厚越厚熱阻越大，散熱就越差，但板厚太薄導(dǎo)體帶線就越窄，導(dǎo)體的衰減太大承載的功率就越??；綜合考慮，決定采用玻璃纖維強(qiáng)化聚四氟乙烯覆銅板厚度,h=1.0mm,，,=2.65,。,由 得出,=2.30mm,再將,=2.155mm,，,=,56.45,，,，,代入公式得到,結(jié)果遠(yuǎn)大于承

5、載功率，設(shè)計(jì)選用微帶線是可行的。,二、腔體的計(jì)算：,我們知道微帶電路需要用腔體將微帶線封閉起來(lái)，,除接地導(dǎo)體外，離微帶線帶條的有限距離處還存在著,導(dǎo)電邊界，這些邊界顯著影響電路的性能，影響的程,度依賴(lài)于微帶電路和導(dǎo)體邊界的距離，為減少輻射損,耗和交叉干擾，通常要求腔體的寬度大于,5,倍的線寬，,腔高大于,5,倍的板厚,但是腔過(guò)高將增加腔體總高度，,浪費(fèi)材料，經(jīng)驗(yàn)通常取,5mm,以上，對(duì)帶線影響就不,大。因此腔寬取,22mm,便于安裝螺釘，腔高取,5mm,。,三、散熱器設(shè)計(jì)：,在使用功率器件時(shí)最重要的是如何使其產(chǎn)生的熱量有效散發(fā)出去，以獲得高可靠性。散熱的最一般方法是把器件安裝在散熱器上，散熱器

6、將熱量輻射到周?chē)目諝庵?，通過(guò)自然對(duì)流來(lái)散發(fā)熱量。一般散熱器到周?chē)目諝獾臒崃髁?(P),可有如下公式：,P=,hAT,h,為散熱器總的傳熱導(dǎo)率（,w/cm,2.,），,A,為散熱器的表面積（,cm,2,），,為散熱器效率，,T,為散熱器的最高溫度與環(huán)境溫度之差（,）?？傊?，散熱器的表面積越大，散熱的效率越高，環(huán)境溫度之差越大，散熱器的熱量輻射越有效。,所以選用熱傳導(dǎo)率高的材料，如鋁為,2.12W/cm,2,.,，,銅為,3.85W/cm,2,.,，而鋼只有,0.46 W/cm,2,.,就相當(dāng),差了。為了降低成本及考慮重量問(wèn)題，我們決定選,用標(biāo)準(zhǔn)鋁型材散熱器，因此必須確定散熱面積。,100W,

7、所需理論散熱面積,=1002.12=47.2,（,cm,2,）,200W,所需理論散熱面積,=2002.12=94.4,（,cm,2,）,考慮到實(shí)際散熱器效率及環(huán)境條件，取其效率取其,效率,=55%,，取安全系數(shù),K=3,，,100W,所需實(shí)際散熱面積,=347.255%258,（,cm,2,）,200W,所需實(shí)際散熱面積,=394.455%515,（,cm,2,）,通過(guò)計(jì)算我們選用標(biāo)準(zhǔn)散熱器,HEJ-141,作為,100W,長(zhǎng)度取,200mm,，其有效面積為,1379 cm,2,；選用標(biāo)準(zhǔn),散熱器,HES-150,作為,200W,，長(zhǎng)度取,220mm,，其有效,面積為,3388 cm,2,；

8、可以看出散熱面積遠(yuǎn)大于實(shí)際需要,面積，這樣可以高可靠使其產(chǎn)生的熱量有效散發(fā)出,去，并且符合客戶(hù)外形要求。另外散熱器表面處理很,關(guān)鍵，表面進(jìn)行陽(yáng)極氧化和發(fā)黑處理，通常在自然冷,卻情況可提高,10%-15%,，強(qiáng)迫風(fēng)冷可提高,30%,。,四、整體結(jié)構(gòu)：,所有零件已經(jīng)設(shè)計(jì)完成，現(xiàn)在考慮到各個(gè)零件之間,的有效連接及阻抗的連續(xù)性一致性。,1,、接頭與微帶線路板之間：,選用接頭尾部為微帶形式，采用焊接形式連接線路板。,如果阻抗不匹配通過(guò)調(diào)整焊點(diǎn)大小及微調(diào)線路板尺寸,即可。,2,、微帶線路板與電阻之間：,微帶線路板與電阻之間阻抗匹配成為關(guān)鍵問(wèn)題，通,過(guò)客戶(hù)推薦的安裝方法，電阻引腳可以平于或高于帶,線表面，考

9、慮到加工方便問(wèn)題，我們決定采用于電阻,引腳高于微帶線表面，試制中發(fā)現(xiàn)兩者之間始終是,阻抗無(wú)法匹配，后采用降低電阻高度，讓引腳與微,帶線平齊，指標(biāo)一下很好，所以可以看出電阻引腳,高度與微帶線表面一定要平齊。,3,、降低接觸熱阻：,為了有效的降低接觸熱阻，需要在散熱部位涂一層,薄薄的導(dǎo)熱硅脂，可以降低熱阻,25-30%,，因此在電,阻與腔體之間、腔體與散熱器之間涂導(dǎo)熱硅脂在大,功率產(chǎn)品中至關(guān)重要。,五、結(jié)論：,這兩款產(chǎn)品試制后發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題，通過(guò)調(diào)整,線路板及電阻位置，產(chǎn)品的性能達(dá)到客戶(hù)要求。,通過(guò)此產(chǎn)品的研發(fā)，可以發(fā)現(xiàn)每一種新品的開(kāi),發(fā)都需要多方面的理論支持，也就是需要我們不斷,的學(xué)習(xí)各方面知識(shí)，作為設(shè)計(jì)更需要的是學(xué)習(xí)新知,識(shí)和自己的動(dòng)手能力，這樣才可以在試制中發(fā)現(xiàn)問(wèn),題，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，也只有這樣才能使自己的能力,不斷提升。,