基于Hfss的电磁热耦合分析微带线行驻波功率容量

关键词：耦合仿真，微带线，行波，驻波，功率容量

在现代射频系统中微带线无疑是应用最多的一种射频传输线方式，一般系统中由于设备功率不大所以很少有人关注微带线功率容量问题，但是在一些功率较高的场景中或者出现大驻波的场景中，微带线功率容量就变成一个非常重要且不得不考虑的因素，那么微带线功率容量又受到什么因素影响呢？下面我们一步步讲解并利用电磁与热耦合方式评估微带线峰值功率与平均功率容量。

由于现代射频通信系统多采用非线性调制或者脉冲发射，导致系统输出的平均功率与峰值功率不再相同，两者之间往往差值很大，所用射频传输系统需要把峰值功率容量和平均功率容量分开考虑，现实环境中影响微带线的平均功率容量与峰值功率容量的限制因素也不相同，首先微带线峰值功率容量受电场击穿强度限制而平均功率容量是受最高温度限制。

大家都知道微带线在处于行波状态时功率容量最大，驻波状态时功率容量会缩小，那么行波与驻波微带线功率会相差多少呢？下面以一个仿真实例演示未带线在行波和驻波时功率容量的差异，如下图建立一个20*20mm的微带线PCB板。

一，行波状态时峰值功率与平均功率

1，两端在50欧姆匹配匹配状态下是微带线处于行波状态，仿真S参数如下：在5GHz时插损0.04dB，反射为-37dB，说明该微带线模型是比较理想的50欧姆传输线，两端匹配时几乎没有反射波。

2，该状态下微带线电场强度分布，可见电场主要集中在走线附近，参见动图能明显看出行波状态。

3，该状态下电磁能量损耗密度如下图所示，可见能量损耗同样主要集中在走线附近，尤其集中在微带线和地之间。

4，行波状态下峰值功率容量如下，行波状态时峰值功率容量可达到2231W，实际工程中一般减半作为最大峰值功率容量。

5，利用电磁和热耦合仿真，端口加载100W平均功率时，在自然对流散热条件下，微带线最高温度达到128°C，由于PCB板介质最高温度范围约为150°C，可见该微带线承受100W平均功率时仍处于PCB板最高温度之下。

二，驻波状态时峰值功率与平均功率

1，当一端开口后，微带线处于驻波状态，电压驻波比如下图电压驻波比达到185。

2，微带线峰值功率容量降到由行波状态2231W下降到691W。

3，驻波状态时电场强度分布，（见动态电压波峰与波谷位置几乎固定不变）。

4，端口同样加载100W平均功率时，在同意自然对流散热条件下，微带线最高温度由128°C达到239°C，已经远远超过PCB板介质最高温度范围，可见驻波状态下该微带线承受不住100W平均功率。

5，当端口功率下降到40W平均功率时，在同意自然对流散热条件下，微带线最高温度约119°C，与行波状态时加载100W时温度相当。

由以上仿真可知，统一微带线下环境下，驻波与行波无论峰值功率还是平均功率都明显下降。

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