高周波PCB技術 - 高周波デバイスの仕事分割器と結合器のPCB材質を選択する方法

仕事分割器と結合器は、方向性結合器などの結合器にとっても一般的/一般的な高周波デバイスである。これらのデバイスは、電力分割、結合、アンテナまたはシステム内部からの高周波エネルギーの結合に使用され、損失と漏洩は非常に小さい。PCB板材の選択は、これらのデバイスが予想される性能を実現するために重要な要素である。仕事分割器/回路結合器/結合器を設計し、加工する場合、PCB材質の性能がこれらのデバイスの最終的な性能にどのように影響するかを理解することは非常に役に立ちます。例えば、選択された板材の一連の異なる性能指標、周波数範囲、動作帯域幅、仕事率容量を含む制限を支援することができます。

多くの様々な異なる回路は、様々な異なる形態を有する仕事分割器（逆、すなわち、回路結合器）と結合器を設計するために使用される。仕事分器には簡単な2ウェイの仕事分と複雑なNウェイの仕事分があり、システムの実際の必要に応じて決まる。多くの異なる方向性結合器や他のタイプの結合器も近年大きく発展しており、ウィルキンソンや抵抗性仕事分器、ランガー結合器や直交混合節ブリッジなど、多くの異なる形式やサイズがある。これらの回路設計において適切なPCB材質を選択することは、その達成に役立つ性能である。

これらの異なる回路タイプは、設計の構造と性能を折衷して考慮し、設計者が異なるアプリケーションに対して板材を選択するのを支援します。ウィルキンソン二重回路の仕事分器は、単一の入力信号を通じて二重回路の等しい振幅と位相の出力信号を提供するもので、実際には「無消費」回路であり、原信号より3 dB小さい（あるいは原信号の半分）出力信号を提供するように設計されている（仕事分器の各ポートの出力電力は出力ポート数の増加に伴って減少する）。対照的に、抵抗性の二重回路仕事分器は、原信号より6 dB小さい出力信号を提供する。抵抗性仕事分器における分岐ごとに増加するインピーダンスは損失を増加させるが、2つの信号間の分離も増加させる。

多くの回路設計と同様に、誘電率（Dk）は一般的に異なるPCB材質を選択する起点であり、仕事分割器／電力合成器の設計者は一般的に高誘電率（Dk）の回路材質を採用する傾向がある。これらの材質は低誘電率材質に比べてより小さいサイズの回路に有効な電磁結合を提供できるからである。高誘電率の回路には、回路基板中の誘電率に異方性がある、あるいはx、y、z方向で回路基板の誘電率値が異なるという問題がある。同一方向の誘電率が大きく変化すると、インピーダンスが均一な伝送路にも同様に届きにくい。

インピーダンス不変性を維持することは、仕事分割器/回路合成器の特性を実現する際に非常に重要であり、誘電率（インピーダンス）の変化は電磁エネルギーと電力分配の不均一を招く。幸いなことに、TMM 10 i回路材質のようなこれらの回路には、優れた等方性を有する市販のPCB材質が使用できる。これらの材質は比較的高い誘電率9.8を有し、3つの座標軸方向において9.8＋／−0.245のレベルに維持されている（10 GHzで測定）。これは、仕事分割器/結合器と結合器の伝送路において、均一なインピーダンス特性がデバイスにおける電磁エネルギーの分配を一定にし、測定可能にすることができることも理解できる。より高誘電率のPCB材質では、TMM 13 i積層板は12.85の誘電率を有し、3軸の変化は+/-0.35以内（10 GHz）である。

もちろん、仕事分器/電力合成器および結合器を設計する際には、一定の誘電率およびインピーダンス特性はPCB材質パラメータの1つにすぎない。仕事分割器/結合器または結合器回路を設計する場合、挿入損失を化学化することは一般的に重要な目標であり、理想的には、2ウェイのウィルキンソン仕事分割器は2つの出力ポート-3 dBまたは半分の入力電磁エネルギーに提供することができる。実際には、各功分器/結合器（および結合器）回路には一定の挿入損失があり、通常は周波数に依存する（周波数が高くなると損失も高くなる）ため、1つの功分器/結合器の設計にとって、PCB材質の選択は回路の挿入損失をどのように制御するかを考慮する必要がある。

仕事分割器/回路結合器や結合器などの受動高周波デバイスでは、挿入損失は実際には誘電体損失、導体損失、放射損失、漏洩損失を含む多くの損失の総和である。これらの損失のいくつかは、PCB材質の特性に依存する可能性があり、PCB材質を合理的に選択することによって損失させることができる、入念な回路設計によって制御することができます。インピーダンス不整合（すなわち定在波比損失）は損失をもたらすことができるが、一定の誘電率を持つPCB材質を選択することによって低減することができる。

高出力では損失が熱に変換され、デバイスやPCB材質に散逸され、熱が材質の誘電率値（およびインピーダンス値）に影響を与えるため、高出力値を設計するための仕事分割器/回路結合器と結合器において化学損失は非常に重要である。

要するに、高周波電力分配器/回路結合器と結合器を設計し、加工する場合、PCB材質の選択は誘電率数値、材質誘電率の連続性、温度などの環境要因、誘電損失と導体損失、電力容量を含む材質の損失を低減するための材質の多くの重要な特性に基づいていなければならない。具体的な応用に対してPCB材質を選択することは、高周波仕事分器/結合器または結合器の設計に成功するのに役立つ。