射频功率器件的热管理

射频功率电路的热管理本质上包括从电路的元件和敏感区域去除多余的热量，以保证在所有操作条件下的最佳性能并避免电路退化或故障。在大多数电子元件和电路中，在较低工作温度下工作的可能性可以提高系统的性能和可靠性。通常，采用基于导热材料（能够从有源热源提取热量）和热通路（PCB 中导电材料的公共迹线）之间适当组合的解决方案。在许多情况下会影响热管理解决方案的一个重要限制是 PCB 上的可用空间：大型散热器当然可以提高热效率，以牺牲肯定不可忽视的足迹为代价。射频电路天生就有产生大量热量的趋势，尤其是在涉及的频率很高（微波）的情况下。即使热管理是与所使用的所有组件（包括连接器和波导）相关的一个方面，正确的热管理方法也应从 PCB 开始。

印刷电路板

PCB 材料的选择是射频功率电路热管理的关键因素。理想的 PCB 应该能够散发电路内部或外部组件产生的热量，而不会造成过多的功率损耗。用于射频应用的 PCB 由介电材料和导电金属（通常是铜）组成，能够以最小的损耗和失真传输高频信号。随着温度的升高，PCB趋于膨胀，然后在温度降低时再次收缩。因此，必须选择热膨胀系数 （CTE） 非常相似的材料，以减少可能的热应力现象。PCB 上镀通孔 （PTH） 的应用允许从有源源（例如功率晶体管）到金属接地层的有效热传递，穿过多层介电材料。材料的热导率，以瓦特每米每开氏度 （W/mK） 表示，也非常重要。具有高导热性的 PCB 允许电路承受更高水平的功率和热量。在高频射频电路中，实现严格的温度控制非常重要，因为 PCB 的相对介电常数会随温度而变化。该参数通常以 ppm/°C 为单位定义，对 RF 电路的阻抗（通常为 50 Ω）有直接影响，必须尽可能保持稳定。对于极端应用，例如微波雷达，通常需要额外的冷却系统（使用空气或乙二醇冷却剂）。以瓦特每米每开氏度 （W/mK） 表示也非常重要。具有高导热性的 PCB 允许电路承受更高水平的功率和热量。在高频射频电路中，实现严格的温度控制非常重要，因为 PCB 的相对介电常数会随温度而变化。该参数通常以 ppm/°C 为单位定义，对 RF 电路的阻抗（通常为 50 Ω）有直接影响，必须尽可能保持稳定。对于极端应用，例如微波雷达，通常需要额外的冷却系统（使用空气或乙二醇冷却剂）。以瓦特每米每开氏度 （W/mK） 表示也非常重要。具有高导热性的 PCB 允许电路承受更高水平的功率和热量。在高频射频电路中，实现严格的温度控制非常重要，因为 PCB 的相对介电常数会随温度而变化。该参数通常以 ppm/°C 为单位定义，对 RF 电路的阻抗（通常为 50 Ω）有直接影响，必须尽可能保持稳定。对于极端应用，例如微波雷达，通常需要额外的冷却系统（使用空气或乙二醇冷却剂）。实现严格的温度控制很重要，因为 PCB 的相对介电常数会根据温度而变化。该参数通常以 ppm/°C 为单位定义，对 RF 电路的阻抗（通常为 50 Ω）有直接影响，必须尽可能保持稳定。对于极端应用，例如微波雷达，通常需要额外的冷却系统（使用空气或乙二醇冷却剂）。实现严格的温度控制很重要，因为 PCB 的相对介电常数会根据温度而变化。该参数通常以 ppm/°C 为单位定义，对 RF 电路的阻抗（通常为 50 Ω）有直接影响，必须尽可能保持稳定。对于极端应用，例如微波雷达，通常需要额外的冷却系统（使用空气或乙二醇冷却剂）。

WBG材料

宽带隙材料，例如氮化镓 （GaN） 和碳化硅 （SiC），允许制造具有高功率密度的器件，能够在高频率和高温下以最小的功率损耗运行。基于 GaN 的晶体管和功率放大器 （PA） 正在成为能够替代雷达、电子战 （EW） 系统和卫星电信系统中的行波管的主要固态技术。最近引入的金属化合成金刚石等材料简化了这些组件的热管理。例如，铝金刚石金属基复合材料 （MMC） 具有极高的热导率（500 W/mK 或更高），可以有效地从高频电路中的 GaN 和其他高功率半导体中散热。

商业设备

传统的热管理解决方案对在航空航天、电信和国防领域开发应用程序的设计人员提出了重要挑战，这些领域必须在尺寸、性能和可靠性之间找到正确的折衷方案。化学气相沉积 （CVD） 金刚石散热器可以帮助设计人员实现更低的工作温度，从而简化整体热管理解决方案。Diamond Materials是弗赖堡弗劳恩霍夫研究所 IAF 的衍生公司，专门从事高纯度 CVD 金刚石圆片的制备和加工。在所有材料中，金刚石的热导率最高（高达 2000 W/mK，比铜高五倍）。CVD 适用于热管理，其中散热器（图 1 ） 提供无与伦比的性能，特别是在需要电气隔离的情况下。

NXP Semiconductors提供多种射频功率器件，包括 GaN、LDMOS、SiGe 和 GaAs 技术。一个例子是MMRF5014H，这是一款 125 W CW RF 功率晶体管，针对高达 2700 MHz 的宽带操作进行了优化，还包括用于扩展带宽性能的输入匹配。该器件具有高增益和高耐用性，非常适合 CW、脉冲和宽带射频应用。该器件（图 2 ）采用先进的 GaN on SiC 技术构建，适用于军事和商业应用，包括窄带和多倍频程宽带放大器、雷达、干扰器和 EMC 测试。

NXP MMRF5014H，GaN-on-SiC 功率器件

Qorvo是为先进无线设备、国防雷达和通信提供创新和高性能 RF 解决方案的供应商，提供跨多个频率和功率级别的功率放大器 （PA） 解决方案。TGA2219是一款25W GaN 功率放大器，作为高功率 MMIC 放大器提供，专为商用和军用雷达（包括 Ku 波段）和卫星通信系统而设计。TGA2219 放大器采用 TriQuint 生产的 0.15um GaN on SiC 工艺开发，工作频率范围为 13.4GHz 至 16.5GHz，提供 25W 的饱和输出功率、27dB 的大信号增益和超过 28% 的功率附加效率。TGA2219 与 RF 端口上的集成隔直电容器完全匹配至 50Ω，以简化系统集成。　　

      审核编辑：彭静