射頻功率電路的熱管理本質(zhì)上包括從電路的元件和敏感區(qū)域去除多余的熱量，以保證在所有操作條件下的最佳性能并避免電路退化或故障。在大多數(shù)電子元件和電路中，在較低工作溫度下工作的可能性可以提高系統(tǒng)的性能和可靠性。通常，采用基于導(dǎo)熱材料（能夠從有源熱源提取熱量）和熱通路（PCB 中導(dǎo)電材料的公共跡線）之間適當(dāng)組合的解決方案。在許多情況下會影響熱管理解決方案的一個(gè)重要限制是 PCB 上的可用空間：大型散熱器當(dāng)然可以提高熱效率，以犧牲肯定不可忽視的足跡為代價(jià)。射頻電路天生就有產(chǎn)生大量熱量的趨勢，尤其是在涉及的頻率很高（微波）的情況下。即使熱管理是與所使用的所有組件（包括連接器和波導(dǎo)）相關(guān)的一個(gè)方面，正確的熱管理方法也應(yīng)從 PCB 開始。

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PCB 材料的選擇是射頻功率電路熱管理的關(guān)鍵因素。理想的 PCB 應(yīng)該能夠散發(fā)電路內(nèi)部或外部組件產(chǎn)生的熱量，而不會造成過多的功率損耗。用于射頻應(yīng)用的 PCB 由介電材料和導(dǎo)電金屬（通常是銅）組成，能夠以最小的損耗和失真?zhèn)鬏敻哳l信號。隨著溫度的升高，PCB趨于膨脹，然后在溫度降低時(shí)再次收縮。因此，必須選擇熱膨脹系數(shù) （CTE） 非常相似的材料，以減少可能的熱應(yīng)力現(xiàn)象。PCB 上鍍通孔 （PTH） 的應(yīng)用允許從有源源（例如功率晶體管）到金屬接地層的有效熱傳遞，穿過多層介電材料。材料的熱導(dǎo)率，以瓦特每米每開氏度 （W/mK） 表示，也非常重要。具有高導(dǎo)熱性的 PCB 允許電路承受更高水平的功率和熱量。在高頻射頻電路中，實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的溫度控制非常重要，因?yàn)?PCB 的相對介電常數(shù)會隨溫度而變化。該參數(shù)通常以 ppm/°C 為單位定義，對 RF 電路的阻抗（通常為 50 Ω）有直接影響，必須盡可能保持穩(wěn)定。對于極端應(yīng)用，例如微波雷達(dá)，通常需要額外的冷卻系統(tǒng)（使用空氣或乙二醇冷卻劑）。以瓦特每米每開氏度 （W/mK） 表示也非常重要。具有高導(dǎo)熱性的 PCB 允許電路承受更高水平的功率和熱量。在高頻射頻電路中，實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的溫度控制非常重要，因?yàn)?PCB 的相對介電常數(shù)會隨溫度而變化。該參數(shù)通常以 ppm/°C 為單位定義，對 RF 電路的阻抗（通常為 50 Ω）有直接影響，必須盡可能保持穩(wěn)定。對于極端應(yīng)用，例如微波雷達(dá)，通常需要額外的冷卻系統(tǒng)（使用空氣或乙二醇冷卻劑）。以瓦特每米每開氏度 （W/mK） 表示也非常重要。具有高導(dǎo)熱性的 PCB 允許電路承受更高水平的功率和熱量。在高頻射頻電路中，實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的溫度控制非常重要，因?yàn)?PCB 的相對介電常數(shù)會隨溫度而變化。該參數(shù)通常以 ppm/°C 為單位定義，對 RF 電路的阻抗（通常為 50 Ω）有直接影響，必須盡可能保持穩(wěn)定。對于極端應(yīng)用，例如微波雷達(dá)，通常需要額外的冷卻系統(tǒng)（使用空氣或乙二醇冷卻劑）。實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的溫度控制很重要，因?yàn)?PCB 的相對介電常數(shù)會根據(jù)溫度而變化。該參數(shù)通常以 ppm/°C 為單位定義，對 RF 電路的阻抗（通常為 50 Ω）有直接影響，必須盡可能保持穩(wěn)定。對于極端應(yīng)用，例如微波雷達(dá)，通常需要額外的冷卻系統(tǒng)（使用空氣或乙二醇冷卻劑）。實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的溫度控制很重要，因?yàn)?PCB 的相對介電常數(shù)會根據(jù)溫度而變化。該參數(shù)通常以 ppm/°C 為單位定義，對 RF 電路的阻抗（通常為 50 Ω）有直接影響，必須盡可能保持穩(wěn)定。對于極端應(yīng)用，例如微波雷達(dá)，通常需要額外的冷卻系統(tǒng)（使用空氣或乙二醇冷卻劑）。

WBG材料

寬帶隙材料，例如氮化鎵 （GaN） 和碳化硅 （SiC），允許制造具有高功率密度的器件，能夠在高頻率和高溫下以最小的功率損耗運(yùn)行。基于 GaN 的晶體管和功率放大器 （PA） 正在成為能夠替代雷達(dá)、電子戰(zhàn) （EW） 系統(tǒng)和衛(wèi)星電信系統(tǒng)中的行波管的主要固態(tài)技術(shù)。最近引入的金屬化合成金剛石等材料簡化了這些組件的熱管理。例如，鋁金剛石金屬基復(fù)合材料 （MMC） 具有極高的熱導(dǎo)率（500 W/mK 或更高），可以有效地從高頻電路中的 GaN 和其他高功率半導(dǎo)體中散熱。

商業(yè)設(shè)備

傳統(tǒng)的熱管理解決方案對在航空航天、電信和國防領(lǐng)域開發(fā)應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)人員提出了重要挑戰(zhàn)，這些領(lǐng)域必須在尺寸、性能和可靠性之間找到正確的折衷方案。化學(xué)氣相沉積 （CVD） 金剛石散熱器可以幫助設(shè)計(jì)人員實(shí)現(xiàn)更低的工作溫度，從而簡化整體熱管理解決方案。Diamond Materials是弗賴堡弗勞恩霍夫研究所 IAF 的衍生公司，專門從事高純度 CVD 金剛石圓片的制備和加工。在所有材料中，金剛石的熱導(dǎo)率最高（高達(dá) 2000 W/mK，比銅高五倍）。CVD 適用于熱管理，其中散熱器（圖 1 ） 提供無與倫比的性能，特別是在需要電氣隔離的情況下。

NXP Semiconductors提供多種射頻功率器件，包括 GaN、LDMOS、SiGe 和 GaAs 技術(shù)。一個(gè)例子是MMRF5014H，這是一款 125 W CW RF 功率晶體管，針對高達(dá) 2700 MHz 的寬帶操作進(jìn)行了優(yōu)化，還包括用于擴(kuò)展帶寬性能的輸入匹配。該器件具有高增益和高耐用性，非常適合 CW、脈沖和寬帶射頻應(yīng)用。該器件（圖 2 ）采用先進(jìn)的 GaN on SiC 技術(shù)構(gòu)建，適用于軍事和商業(yè)應(yīng)用，包括窄帶和多倍頻程寬帶放大器、雷達(dá)、干擾器和 EMC 測試。

NXP MMRF5014H，GaN-on-SiC 功率器件

Qorvo是為先進(jìn)無線設(shè)備、國防雷達(dá)和通信提供創(chuàng)新和高性能 RF 解決方案的供應(yīng)商，提供跨多個(gè)頻率和功率級別的功率放大器 （PA） 解決方案。TGA2219是一款25W GaN 功率放大器，作為高功率 MMIC 放大器提供，專為商用和軍用雷達(dá)（包括 Ku 波段）和衛(wèi)星通信系統(tǒng)而設(shè)計(jì)。TGA2219 放大器采用 TriQuint 生產(chǎn)的 0.15um GaN on SiC 工藝開發(fā)，工作頻率范圍為 13.4GHz 至 16.5GHz，提供 25W 的飽和輸出功率、27dB 的大信號增益和超過 28% 的功率附加效率。TGA2219 與 RF 端口上的集成隔直電容器完全匹配至 50Ω，以簡化系統(tǒng)集成。