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高功率射頻/微波的考慮因素

高功率射頻/微波的考慮因素

發布日期:2021/5/27 17:11:55

與其他關鍵的射頻/微波組件和設備參數一樣,射頻設計和係統集成中的極端功率需要考慮一些重要的注意事項。

  如果針對其他性能因素(例如噪聲、線性、相位噪聲或其他信號質量因素)對射頻信號進行了優化,且信號功率完全在組件、設備和互連的功率處理能力之內,那麽通常很少考慮功率因素。但是,如果針對功率傳輸對射頻係統進行了優化,尤其是在峰值脈衝功率非常高的情況下,那麽還有其他許多因素必須進行平衡。

  例如,在高頻率情況下,會發生趨膚效應現象,而在導體中傳播的電子元件的分布傾向於向導體表麵聚集。流向導體表麵的高頻電流的積累會導致電阻(即損耗)的大量增加以及導體和絕緣子的發熱。在較高的射頻功率下,表麵狀況、粗糙度和保形性比在較低的射頻功率和較低的頻率下對係統的功率損耗和效率起著更重要的作用。如果損耗足夠大,可能導致組件或設備的絕緣、介電材料或半導體的發熱並降額,甚至會導致熱失控並損壞係統元件。過多的熱能還將導致材料加熱,形狀/尺寸隨著材料的熱膨脹係數(CTE)的變化而變化。

  同樣地,在較高的功率水平下,整個信號鏈中阻抗的不一致會表現出更為明顯的影響。例如,即使具有“良好”的電壓駐波比(VSWR)額定值,在高功率水平下,組件之間以及沿互連仍會形成大量駐波,從而在靈敏設備的端口處形成高壓。此外,這些高壓甚至可能超過絕緣材料的介電強度,從而導致互連或設備損壞。

  線性是另一個更為重要的因素,因為在高功率水平下,諸如諧波和雜散信號之類的非線性可以達到初級信號功率的重要部分。另外,一些無源非線性變得越來越普遍,例如無源互調失真(PIM)。由於無源互調失真(PIM)產生的幹擾是原始信號強度和頻率的產物,因此需要更加仔細對高功率係統加以規劃,避免無源互調失真(PIM)對附近通信係統造成幹擾。

  解決高功率設計的其他方法是使用最大可能的互連和信號路徑,以減少由於電阻性損耗引起的損耗和發熱。在高功率設計中,通常使用具有較高電介質擊穿和較低電介質正切(損耗因數)的電介質和絕緣體,從而進一步減少電介質的發熱。對於高功率設計,材料的選擇往往局限於具有較好熱膨脹係數(CTE)匹配的材料,或者互連、組件和設備的設計:在特定條件下,即使加熱引起尺寸變化,元件也能工作。

  為了避免高壓駐波,高功率係統通常由非常低的電壓駐波比(VSWR)設備組裝而成,這些設備的設計具有最小的非線性和無源互調失真(PIM)。這些設備通常是專門的組件,最近已成為廣泛使用的標準同軸連接器和電纜尺寸。防止過壓係統造成損壞的其他方法是使用衰減器和限製器,將其調節至下遊設備的最大工作功率。此外,對於極高功率的係統,在信號鏈中使用波導組件來代替同軸互連也是很常見的,因為波導往往具有比同軸更高的功率閾值。

  標簽:射頻功率計用途

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