高頻微波技術 - 低噪音放大器LNA的PCB材料選型

低噪音放大器（LNA）對於很多高頻接收機是必不可少的，它可在保持雜訊為最小值的同時提供所需的增益。 設計有效的LNA電路通常可歸結為對有源器件的關鍵選擇，如電晶體或集總電路。 但是正確PCB材料的選擇也與LNA效能目標的實現有很大的關係，因為PCB電路板對最終的放大器雜訊係數有非常大的影響。

一般而言，一致性對任何用於LNA電路的材料都很重要，無論是介電常數、介質厚度還是導體厚度。 LNA設計中的電路和器件間必須達成嚴格的阻抗匹配以减少雜訊。 介電常數或PCB的介質厚度的過多變動都會導致無源電路元件的不一致，以及低雜訊電晶體與集成電路間難以匹配，隨之產生雜訊係數隨頻率的變化。

在選擇PCB材料時LNA設計者會尋找什麼？

LNA電路設計的成功涉及到很多不同的因素，包括使用具有最小導體損耗和介電損耗的PCB材料，以及可以製造無源元件的電路材料，該無源元件要達到電路和有源器件間所必需的的緊密阻抗匹配以滿足優越的低噪電路條件。 顯而易見，電路阻抗不匹配會使LNA的雜訊指數新增，囙此可通過最小化與有源器件間的不匹配來優化雜訊係數效能。 未對特定有源器件進行阻抗匹配優化的電路可能導致工作不穩定，因為不當匹配時低噪有源器件可在高於基頻範圍的頻率自激。

低耗介質材料通常是射頻或微波LNA的基礎，以求儘量减小到達LNA有源電路及LNA電路內部的傳輸損耗。 尤其要注意的是，通向LNA輸入埠的傳輸損耗儘量小很重要，因為這種損耗會直接新增放大器的雜訊指數。

LNA設計者通常使用羅傑斯公司的RO4350B電路板，RO4350B電路板適用於全部毫米波頻率的LNA。 RO4350B材質具有很多吸引LNA設計者的特性，包括嚴格控制的介電常數、低介質損耗因數和高導熱性。 RO4350B材料在10GHz時z軸方向上的介電常數為3.48，而整個板材的介電常數一致度保持在±0.05以內。 對於LNA設計者來說，這一特性有助於得到低噪音放大器的一個由頻率、輸入電平、溫度以及其他運行條件决定的雜訊數值。

RO4350B材料也表現出低導體損耗和低介電損耗，這二者對於LNA低雜訊係數的實現都是必不可少的。 在PCB材料中，損耗效能通常用損耗因數來進行比較，而在RO4350B材料中，在10GHz時z軸方向上的損耗因數通常為0.0037，在2.5GHz時z軸方向上的損耗因數則降為0.0031。

RO4350B還具有許多其他特性，並為之受到了射頻/微波LNA設計師們的青睞。 其低粗糙度銅箔的版本RO4350B LoPro，能够降低導體損耗。 RO4350B和RO4350B LoPro電路材料的特點都是低介損耗，並且兩個電路材料都可以採用標準FR-4環氧基樹脂/玻璃電路材料加工方法來實現電路加工。 這些標準電路加工方法包括可靠性鍍通孔（PTHs）製造，不用考慮通常PTEE類的電路材料需要的特殊準備步驟。

RO4350B PCB

與FR-4處理方法一樣，RO4350B和RO4350B LoPro電路材料通常與低成本FR-4結合形成多層混壓電路板。 混壓PCB板使用RO4000電路材料作為關鍵電力效能層，FR-4層可作為不甚關鍵的電力層。 不同的板材通常用低耗粘結片連接，如羅傑斯公司的RO4450T半固化片，從而保持低損耗以利於形成優良的LNA低雜訊效能。 RO4450F半固化片的特點是在10GHz處z軸方向上介電常數為3.52，10GHz處z軸方向上損耗因數為0.004，以及很好的尺寸穩定性，囙此可獲得LNA設計混壓板的機械完整性。

LNA設計者在從器件中尋求最優雜訊係數時，會尋找具有穩定介電常數和機械一致性，並且具有最低損耗因數的材料，以求獲得最低的雜訊係數。 羅傑斯公司生產的RO3035電路板是構造具有盡可能低雜訊係數的LNA的基石。 這些電路材料在10GHz的z軸方向上，有著僅為0.0017幾乎可以忽略的耗散因數，並在10GHz的z軸方向上保持著一個在3.50±0.05範圍內波動的介電常數，這些電路材料對LNA電路的介電損耗幾乎沒有影響。 為了在LNA這類對溫度敏感的電路中得到優良的機械穩定性，這些陶瓷填充的PTFE複合材料的平面內膨脹係數幾乎與銅一致。 它表現出良好的0.50W/m/K的熱導率，這能够在全微波頻段支持LNA的穩定性。

這些電路材料為不同有源晶片的LNA提供了穩定的性能指標，如低介電損耗和低導體損耗，從而能够獲得各頻段的低雜訊係數。 一些常規電路設計有助於達到更低的LNA雜訊指數，如在匹配網絡中用高Q值而非低Q值電容，若可能的話用較薄的而非較厚的電路板材。 但是，總體上，選擇一個在全頻段具有穩定介電常數和低損耗因數的PCB電路板，對於追求射頻/微波頻段最低的LNA雜訊係數也只能是提供一種幫助。