微帶式大功率匹配負載要點課件

微帶式大功率匹配負載微帶式大功率匹配負載1去年有客戶要大功率負載，其具體指標如下：1、N-50KR-100W特性阻抗：50Ω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：200×120×372、N-50KR-200W特性阻抗：50Ω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：220×150×50去年有客戶要大功率負載，其具體指標如下：2

簡單地講負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，即相應的駐波比盡可能的小。負載主要用于測試儀器的測試端口，電臺，雷達站的吸收終端，通訊測試設備的終端，雷達發(fā)射調(diào)試和測試，調(diào)試發(fā)射機時作等效天線。平時我公司生產(chǎn)的大多數(shù)都是小功率負載，對于大功率負載是首次試制，它屬于無源微波器件，具有一定的技術含量,雖然批量不大，但利潤較高，而且國內(nèi)生產(chǎn)廠家也不多，因此市場前景較好。

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負載按結(jié)構(gòu)分為微帶吸收式，同軸吸收式，波導式和高功率金屬負載。由于客戶要求負載功率為100W及200W，按照通常結(jié)構(gòu)我們采用同軸保證功率要求，但是我們發(fā)現(xiàn)市場上沒有大功率同軸電阻（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)導體與電阻連接處阻抗嚴重不匹配，指標也必然不好；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，這時我們重點考慮的是微帶線承載功率是否滿足要求。負載按結(jié)構(gòu)分為微帶吸收式，同軸吸收式，波導式4

、計算微帶線承載功率：1、微帶線的最大平均功率式中TMAX是最高工作溫度，即基片的電和物理特性可視為不變時的最高溫度；T0是環(huán)境溫度；△T是每瓦功率的溫升。式中：K是基片的熱導率即聚四氟乙烯的熱導率查表為0.001；是微帶線的平行板波導模型的等效寬；是導體損耗；是介質(zhì)損耗。

、計算微帶線承載功率：5對于的微帶線，導體的損耗比介質(zhì)的損耗大的多，相比之下，的作用可以忽略，可用近似公式：微帶式大功率匹配負載要點課件6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300KV·cm-1。根據(jù)上面公式發(fā)現(xiàn)，帶線的寬度對功率影響較大，帶線越寬承載的功率越大；板厚越厚熱阻越大，散熱就越差，但板厚太薄導體帶線就越窄，導體的衰減太大承載的功率就越?。痪C合考慮，決定采用玻璃纖維強化聚四氟乙烯覆銅板厚度h=1.0mm，ε=2.65。是銅的表面電阻率，7由得出=2.30mm再將=2.155mm，=56.45，，

代入公式得到微帶式大功率匹配負載要點課件8結(jié)果遠大于承載功率，設計選用微帶線是可行的。結(jié)果遠大于承載功率，設計選用微帶線是可行的。9二、腔體的計算：我們知道微帶電路需要用腔體將微帶線封閉起來，除接地導體外，離微帶線帶條的有限距離處還存在著導電邊界，這些邊界顯著影響電路的性能，影響的程度依賴于微帶電路和導體邊界的距離，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,但是腔過高將增加腔體總高度，浪費材料，經(jīng)驗通常取5mm以上，對帶線影響就不大。因此腔寬取22mm便于安裝螺釘，腔高取5mm。二、腔體的計算：10微帶式大功率匹配負載要點課件11三、散熱器設計：在使用功率器件時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，散熱器將熱量輻射到周圍的空氣中，通過自然對流來散發(fā)熱量。一般散熱器到周圍的空氣的熱流量(P)可有如下公式：P=hAη△Th為散熱器總的傳熱導率（w/cm2.℃），A為散熱器的表面積（cm2），η為散熱器效率，△T為散熱器的最高溫度與環(huán)境溫度之差（℃）。總之，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。三、散熱器設計：12所以選用熱傳導率高的材料，如鋁為2.12W/cm2.℃，銅為3.85W/cm2.℃，而鋼只有0.46W/cm2.℃就相當差了。為了降低成本及考慮重量問題，我們決定選用標準鋁型材散熱器，因此必須確定散熱面積。100W所需理論散熱面積=100÷2.12=47.2（cm2）200W所需理論散熱面積=200÷2.12=94.4（cm2）考慮到實際散熱器效率及環(huán)境條件，取其效率取其效率η=55%，取安全系數(shù)K=3，100W所需實際散熱面積=3×47.2÷55%≈258（cm2）200W所需實際散熱面積=3×94.4÷55%≈515（cm2）所以選用熱傳導率高的材料，如鋁為2.12W/cm2.℃，13通過計算我們選用標準散熱器HEJ-141作為100W,長度取200mm，其有效面積為1379cm2；選用標準散熱器HES-150作為200W，長度取220mm，其有效面積為3388cm2；可以看出散熱面積遠大于實際需要面積，這樣可以高可靠使其產(chǎn)生的熱量有效散發(fā)出去，并且符合客戶外形要求。另外散熱器表面處理很關鍵，表面進行陽極氧化和發(fā)黑處理，通常在自然冷卻情況可提高10%-15%，強迫風冷可提高30%。通過計算我們選用標準散熱器HEJ-141作為100W,14四、整體結(jié)構(gòu)：所有零件已經(jīng)設計完成，現(xiàn)在考慮到各個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調(diào)整焊點大小及微調(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鍵問題，通過客戶推薦的安裝方法，電阻引腳可以平于或高于帶線表面，考慮到加工方便問題，我們決定采用于電阻四、整體結(jié)構(gòu)：15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法匹配，后采用降低電阻高度，讓引腳與微帶線平齊，指標一下很好，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熱硅脂在大功率產(chǎn)品中至關重要。引腳高于微帶線表面，試制中發(fā)現(xiàn)兩者之間始終是16微帶式大功率匹配負載要點課件17五、結(jié)論：這兩款產(chǎn)品試制后發(fā)現(xiàn)了一些問題，通過調(diào)整線路板及電阻位置，產(chǎn)品的性能達到客戶要求。通過此產(chǎn)品的研發(fā)，可以發(fā)現(xiàn)每一種新品的開發(fā)都需要多方面的理論支持，也就是需要我們不斷的學習各方面知識，作為設計更需要的是學習新知識和自己的動手能力，這樣才可以在試制中發(fā)現(xiàn)問題，不斷總結(jié)經(jīng)驗，也只有這樣才能使自己的能力不斷提升。五、結(jié)論：18微帶式大功率匹配負載微帶式大功率匹配負載19去年有客戶要大功率負載，其具體指標如下：1、N-50KR-100W特性阻抗：50Ω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：200×120×372、N-50KR-200W特性阻抗：50Ω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：220×150×50去年有客戶要大功率負載，其具體指標如下：20

簡單地講負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，即相應的駐波比盡可能的小。負載主要用于測試儀器的測試端口，電臺，雷達站的吸收終端，通訊測試設備的終端，雷達發(fā)射調(diào)試和測試，調(diào)試發(fā)射機時作等效天線。平時我公司生產(chǎn)的大多數(shù)都是小功率負載，對于大功率負載是首次試制，它屬于無源微波器件，具有一定的技術含量,雖然批量不大，但利潤較高，而且國內(nèi)生產(chǎn)廠家也不多，因此市場前景較好。

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負載按結(jié)構(gòu)分為微帶吸收式，同軸吸收式，波導式和高功率金屬負載。由于客戶要求負載功率為100W及200W，按照通常結(jié)構(gòu)我們采用同軸保證功率要求，但是我們發(fā)現(xiàn)市場上沒有大功率同軸電阻（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)導體與電阻連接處阻抗嚴重不匹配，指標也必然不好；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，這時我們重點考慮的是微帶線承載功率是否滿足要求。負載按結(jié)構(gòu)分為微帶吸收式，同軸吸收式，波導式22

、計算微帶線承載功率：1、微帶線的最大平均功率式中TMAX是最高工作溫度，即基片的電和物理特性可視為不變時的最高溫度；T0是環(huán)境溫度；△T是每瓦功率的溫升。式中：K是基片的熱導率即聚四氟乙烯的熱導率查表為0.001；是微帶線的平行板波導模型的等效寬；是導體損耗；是介質(zhì)損耗。

、計算微帶線承載功率：23對于的微帶線，導體的損耗比介質(zhì)的損耗大的多，相比之下，的作用可以忽略，可用近似公式：微帶式大功率匹配負載要點課件24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300KV·cm-1。根據(jù)上面公式發(fā)現(xiàn)，帶線的寬度對功率影響較大，帶線越寬承載的功率越大；板厚越厚熱阻越大，散熱就越差，但板厚太薄導體帶線就越窄，導體的衰減太大承載的功率就越?。痪C合考慮，決定采用玻璃纖維強化聚四氟乙烯覆銅板厚度h=1.0mm，ε=2.65。是銅的表面電阻率，25由得出=2.30mm再將=2.155mm，=56.45，，

代入公式得到微帶式大功率匹配負載要點課件26結(jié)果遠大于承載功率，設計選用微帶線是可行的。結(jié)果遠大于承載功率，設計選用微帶線是可行的。27二、腔體的計算：我們知道微帶電路需要用腔體將微帶線封閉起來，除接地導體外，離微帶線帶條的有限距離處還存在著導電邊界，這些邊界顯著影響電路的性能，影響的程度依賴于微帶電路和導體邊界的距離，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,但是腔過高將增加腔體總高度，浪費材料，經(jīng)驗通常取5mm以上，對帶線影響就不大。因此腔寬取22mm便于安裝螺釘，腔高取5mm。二、腔體的計算：28微帶式大功率匹配負載要點課件29三、散熱器設計：在使用功率器件時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，散熱器將熱量輻射到周圍的空氣中，通過自然對流來散發(fā)熱量。一般散熱器到周圍的空氣的熱流量(P)可有如下公式：P=hAη△Th為散熱器總的傳熱導率（w/cm2.℃），A為散熱器的表面積（cm2），η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崞鞯谋砻娣e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。三、散熱器設計：30所以選用熱傳導率高的材料，如鋁為2.12W/cm2.℃，銅為3.85W/cm2.℃，而鋼只有0.46W/cm2.℃就相當差了。為了降低成本及考慮重量問題，我們決定選用標準鋁型材散熱器，因此必須確定散熱面積。100W所需理論散熱面積=100÷2.12=47.2（cm2）200W所需理論散熱面積=200÷2.12=94.4（cm2）考慮到實際散熱器效率及環(huán)境條件，取其效率取其效率η=55%，取安全系數(shù)K=3，100W所需實際散熱面積=3×47.2÷55%≈258（cm2）200W所需實際散熱面積=3×94.4÷55%≈515（cm2）所以選用熱傳導率高的材料，如鋁為2.12W/cm2.℃，31通過計算我們選用標準散熱器HEJ-141作為100W,長度取200mm，其有效面積為1379cm2；選用標準散熱器HES-150作為200W，長度取220mm，其有效面積為3388cm2；可以看出散熱面積遠大于實際需要面積，這樣可以高可靠使其產(chǎn)生的熱量有效散發(fā)出去，并且符合客戶外形要求。另外散熱器表面處理很關鍵，表面進行陽極氧化和發(fā)黑處理，通常在自然冷卻情況可提高10%-15%，強迫風冷