高(gao)水(shui)平(ping)的(de)射(she)頻(pin)和(he)微(wei)波(bo)功(gong)率(lv)是(shi)不(bu)可(ke)見(jian)的(de)，難(nan)以(yi)檢(jian)測(ce)，並(bing)且(qie)能(neng)夠(gou)在(zai)小(xiao)範(fan)圍(wei)內(nei)產(chan)生(sheng)令(ling)人(ren)難(nan)以(yi)置(zhi)信(xin)的(de)熱(re)量(liang)。通(tong)常(chang)，隻(zhi)有(you)在(zai)組(zu)件(jian)發(fa)生(sheng)故(gu)障(zhang)或(huo)完(wan)全(quan)係(xi)統(tong)故(gu)障(zhang)後(hou)才(cai)能(neng)檢(jian)測(ce)到(dao)過(guo)功(gong)率(lv)壓(ya)力(li)。這(zhe)種(zhong)情(qing)況(kuang)在(zai)電(dian)信(xin)和(he)航(hang)空(kong)/國防應用中經常遇到，因為高功率水平的使用和暴露是滿足這些應用性能要求所必需的。

 

圖1對於天氣或軍用雷達
，高功率放大器通常會為雷達天線或天線陣列產生數百至數千瓦的射頻能量。

 

足夠高的RF和微波功率水平會損壞信號路徑中的元件，這可能是設計不良，材料老化/pilaoshenzhishizhanlvexingdianzigongjidechanwu。renhekenengyudaogaogonglvshepinheweibonengliangdeguanjianxitongdoubixuzaixisheji，bingtongguoweizuidaqianzaigonglvshuipingzhidingdezujianjinxingzhichi。qitawenti
，liruRF泄漏，無源互調失真和諧波失真
，在高功率水平下會加劇
，因為必須更多地考慮組件的質量。

 

任何具有插入損耗的互連或組件都有可能吸收足夠的RF和微波能量以造成損壞。這就是所有射頻和微波元件具有最大額定功率的原因。通常
，由於RF能量有幾種不同的工作模式
，因此將為連續波（CW）或脈衝功率指定額定功率。另外，由於構成RF組zu件jian的de各ge種zhong材cai料liao可ke以yi改gai變bian不bu同tong功gong率lv，溫wen度du，電dian壓ya，電dian流liu和he年nian齡ling的de行xing為wei，因yin此ci通tong常chang還hai指zhi定ding這zhe些xie參can數shu。與yu往wang常chang一yi樣yang，一yi些xie製zhi造zao商shang對dui其qi組zu件jian的de指zhi定ding功gong能neng更geng加jia慷kang慨kai，因yin此ci建jian議yi在zai實shi際ji操cao作zuo條tiao件jian下xia測ce試shi特te定ding組zu件jian以yi避bi免mian現xian場chang故gu障zhang。這zhe是shiRF和微波組件特別關注的問題，因為級聯故障很常見。

 

圖2可以使用磁環或電場探頭分接波導
，將TE或TM波導模式轉換為TEM同軸傳輸模式。

 

同軸或波導互連

 

根據頻率，功率水平和物理要求，同軸或波導互連用於高功率RF和微波應用。這兩種技術的尺寸隨頻率而變化

，需要更高精度的材料和製造來處理更高的功率水平。通常，作為RF能(neng)量(liang)通(tong)過(guo)具(ju)有(you)空(kong)氣(qi)電(dian)介(jie)質(zhi)的(de)波(bo)導(dao)的(de)方(fang)式(shi)的(de)產(chan)物(wu)，波(bo)導(dao)傾(qing)向(xiang)於(yu)能(neng)夠(gou)處(chu)理(li)比(bi)可(ke)比(bi)同(tong)軸(zhou)技(ji)術(shu)更(geng)高(gao)的(de)功(gong)率(lv)水(shui)平(ping)。另(ling)一(yi)方(fang)麵(mian)
，波(bo)導(dao)通(tong)常(chang)是(shi)比(bi)同(tong)軸(zhou)技(ji)術(shu)更(geng)昂(ang)貴(gui)
，定(ding)製(zhi)安(an)裝(zhuang)和(he)窄(zhai)帶(dai)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)。

 

這(zhe)就(jiu)是(shi)說(shuo)，對(dui)於(yu)需(xu)要(yao)更(geng)低(di)成(cheng)本(ben)
，更(geng)高(gao)靈(ling)活(huo)性(xing)安(an)裝(zhuang)，更(geng)高(gao)信(xin)號(hao)路(lu)由(you)密(mi)度(du)和(he)中(zhong)等(deng)功(gong)率(lv)水(shui)平(ping)的(de)應(ying)用(yong)，同(tong)軸(zhou)技(ji)術(shu)可(ke)能(neng)是(shi)首(shou)選(xuan)。另(ling)外(wai)，由(you)於(yu)降(jiang)低(di)了(le)成(cheng)本(ben)和(he)尺(chi)寸(cun)，因(yin)此(ci)在(zai)波(bo)導(dao)互(hu)連(lian)上(shang)使(shi)用(yong)同(tong)軸(zhou)互(hu)連(lian)的(de)組(zu)件(jian)選(xuan)擇(ze)更(geng)多(duo)。雖(sui)然(ran)寬(kuan)帶(dai)和(he)通(tong)常(chang)更(geng)直(zhi)接(jie)的(de)安(an)裝(zhuang)，在(zai)高(gao)性(xing)能(neng)，堅(jian)固(gu)性(xing)和(he)可(ke)靠(kao)性(xing)方(fang)麵(mian)，波(bo)導(dao)技(ji)術(shu)往(wang)往(wang)超(chao)過(guo)同(tong)軸(zhou)。通(tong)常(chang)，這(zhe)些(xie)互(hu)連(lian)技(ji)術(shu)串(chuan)聯(lian)使(shi)用(yong)，在(zai)可(ke)能(neng)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)，最(zui)高(gao)功(gong)率(lv)和(he)保(bao)真(zhen)度(du)信(xin)號(hao)通(tong)過(guo)波(bo)導(dao)互(hu)連(lian)路(lu)由(you)。

 

圖3在衰減器之後，同軸連接器類型可以減小尺寸和成本，因為衰減後的信號功率水平可能足夠低，以避免損壞較小的同軸連接器。

 

同tong軸zhou技ji術shu需xu要yao注zhu意yi的de一yi個ge重zhong要yao特te征zheng是shi它ta們men的de功gong率lv和he電dian壓ya相xiang關guan的de介jie質zhi擊ji穿chuan比bi類lei似si頻pin率lv的de波bo導dao互hu連lian要yao低di得de多duo。如ru果guo重zhong量liang和he成cheng本ben是shi高gao度du關guan注zhu，這zhe可ke能neng是shi可ke接jie受shou的de。但dan是shi

，在zai高gao溫wen和he高gao壓ya下xia材cai料liao除chu氣qi和he材cai料liao性xing能neng變bian化hua的de問wen題ti可ke能neng會hui降jiang低di航hang空kong航hang天tian應ying用yong中zhong的de同tong軸zhou技ji術shu可ke行xing性xing。

 

適配器和終端

 

youyumeigeshipeiqihezhongduandouhuiyinrububiyaodecharusunhaohefanshe
，yincizaixixuanzezhengquedezujiankeyifangzhibubiyaodexinhaojiangjibingkenengduimingandianzishebeizao shipeiqihezhongduanyouduozhongxingshi
，tongchangshitongzhouhuobodao，yongyugaogonglvyingyong。lingwai，shipeiqikenenggengfuza，yinweishipeiqirenyiduandechicunheleixingkenengbutong。ciwai，shipeiqibenshenkenengyinruzhuanwanhuowanqu。

 

必(bi)須(xu)仔(zai)細(xi)檢(jian)查(zha)適(shi)配(pei)器(qi)的(de)功(gong)率(lv)和(he)頻(pin)率(lv)範(fan)圍(wei)，特(te)別(bie)是(shi)如(ru)果(guo)適(shi)配(pei)器(qi)是(shi)波(bo)導(dao)到(dao)同(tong)軸(zhou)轉(zhuan)換(huan)。波(bo)導(dao)自(zi)然(ran)隻(zhi)能(neng)使(shi)頻(pin)帶(dai)範(fan)圍(wei)的(de)帶(dai)寬(kuan)以(yi)高(gao)信(xin)號(hao)保(bao)真(zhen)度(du)傳(chuan)輸(shu)，其(qi)中(zhong)同(tong)軸(zhou)技(ji)術(shu)僅(jin)具(ju)有(you)截(jie)止(zhi)頻(pin)率(lv)。然(ran)而(er)
，不(bu)同(tong)的(de)同(tong)軸(zhou)連(lian)接(jie)器(qi)類(lei)型(xing)也(ye)具(ju)有(you)不(bu)同(tong)的(de)功(gong)率(lv)和(he)頻(pin)率(lv)容(rong)量(liang)。如(ru)果(guo)適(shi)配(pei)器(qi)是(shi)兩(liang)種(zhong)不(bu)同(tong)同(tong)軸(zhou)連(lian)接(jie)器(qi)類(lei)型(xing)之(zhi)間(jian)的(de)過(guo)渡(du)，則(ze)頻(pin)率(lv)，功(gong)率(lv)處(chu)理(li)，PIM，插入損耗和其他參數將受到影響。

 

圖4現代模擬器現在包括EM和熱模擬，用於預測濾波器或其他無源元件器件中的熱行為和應力。

 

終端首當其衝地耗盡設備內潛在的極端RF能量。通常
，用於高功率應用的終端將具有散熱金屬體並且可能強製空氣熱管理。終端的阻抗匹配和電壓駐波比（VSWR）絕對至關重要
，因為不可預測的反射可能導致上遊電子設備中的過功率和過壓狀況。在將高功率放大器（HPA）分流到不符合足夠的VSWR規格的終端的情況下
，這可能是危險的，因為它可能永久性地損壞HPA。

 

衰減器

 

像終端器一樣，衰減器設計用於在器件主體內消散RFnengliang，erbuhuichanshengrenhebuxuyaodexinhaoshizhenhuofanshe。yougudinghekebianshuaijianqi。duiyudaduoshujigaogonglvyingyong，gudingshuaijianqigengchangjian。xiangzhongjieqiyiyang，tamenkeyishibodaohuotongzhoude。lingwai，shuaijianqiyekeyishibutongchicundetongzhoulianjieqichicundeshipeiqi，jinguanzhehenshaoyongbodaolianjieqiwancheng。

 

圖5波導定向耦合器可能具有同軸輸出
，因為耦合信號的功率電平足夠低
，可以在較低重量和成本的同軸傳輸線中傳輸。

 

根據衰減器設計耗散的功率量，金屬輻射器通常會圍繞身體，甚至強製冷卻也是一種選擇。頻率，功率處理和衰減越高，RF能量就會轉換成熱量。安裝衰減器時，確保衰減器獲得足夠的通風並且不安裝在靠近其他散熱電子設備的位置至關重要。

 

濾波器

 

由(you)於(yu)濾(lv)波(bo)器(qi)可(ke)以(yi)作(zuo)為(wei)頻(pin)帶(dai)選(xuan)擇(ze)性(xing)衰(shuai)減(jian)器(qi)或(huo)帶(dai)外(wai)信(xin)號(hao)的(de)反(fan)射(she)器(qi)，考(kao)慮(lv)到(dao)上(shang)遊(you)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)的(de)類(lei)型(xing)和(he)進(jin)入(ru)濾(lv)波(bo)器(qi)的(de)信(xin)號(hao)是(shi)必(bi)要(yao)的(de)。吸(xi)收(shou)濾(lv)波(bo)器(qi)將(jiang)從(cong)帶(dai)外(wai)信(xin)號(hao)中(zhong)吸(xi)收(shou)RF能量並將其轉換為熱量。其中
，反射濾波器將RF能neng量liang重zhong定ding向xiang回hui源yuan。這zhe種zhong類lei型xing的de濾lv波bo器qi可ke能neng由you於yu過guo功gong率lv或huo過guo電dian壓ya而er損sun壞huai敏min感gan的de上shang遊you電dian子zi設she備bei。根gen據ju濾lv波bo器qi技ji術shu和he結jie構gou，濾lv波bo器qi的de功gong率lv處chu理li能neng力li通tong常chang高gao度du依yi賴lai於yu頻pin率lv。

 

與大多數RFheweibozujianyiyang
，jiaogaopinlvzujiandegonglvyuzhidiyuqidigonglvzujian。lvboqidexiangduichicunhecailiaojiangduigonglvhepinlvxianzhichanshengzhongdayingxiang。lvboqidetongdaizirandilveweishuaijianxinhao，yincizaiRF能量吸收或反射方麵，通帶特性與帶外濾波器特性同樣重要。

 

圖6有多種功率分配器技術，每種技術都有自己的阻抗和性能特征。

 

定向耦合器和功率分配器/組合器

 

定向耦合器具有許多與適配器相同的關注點和約束，增加了內置終端或前向/反向耦合信號路徑的複雜性。而且，定向耦合器的耦合信號路徑比通過主傳播線的RF能neng量liang少shao數shu百bai，數shu千qian或huo數shu萬wan倍bei。由you於yu耦ou合he線xian上shang的de功gong率lv水shui平ping顯xian著zhe降jiang低di，即ji使shi對dui於yu高gao功gong率lv波bo導dao耦ou合he器qi，耦ou合he線xian通tong常chang也ye是shi同tong軸zhou連lian接jie器qi。對dui於yu混hun合he耦ou合he器qi或huo3dB 90°混合耦合器來說，這顯然不是這種情況
，它們在兩個相等的RF信號路徑中均勻地分配信號的功率。

 

通(tong)常(chang)
，定(ding)向(xiang)耦(ou)合(he)器(qi)設(she)計(ji)成(cheng)具(ju)有(you)非(fei)常(chang)低(di)的(de)插(cha)入(ru)損(sun)耗(hao)和(he)反(fan)射(she)。在(zai)高(gao)功(gong)率(lv)水(shui)平(ping)下(xia)，如(ru)果(guo)不(bu)是(shi)精(jing)確(que)設(she)計(ji)，耦(ou)合(he)方(fang)法(fa)會(hui)引(yin)入(ru)顯(xian)著(zhe)的(de)插(cha)入(ru)損(sun)耗(hao)和(he)反(fan)射(she)。另(ling)一(yi)個(ge)需(xu)要(yao)考(kao)慮(lv)的(de)因(yin)素(su)是(shi)耦(ou)合(he)線(xian)的(de)加(jia)載(zai)。雖(sui)然(ran)在(zai)低(di)功(gong)率(lv)水(shui)平(ping)下(xia)
，簡(jian)單(dan)的(de)終(zhong)止(zhi)可(ke)能(neng)就(jiu)足(zu)夠(gou)了(le)。但(dan)是(shi)，在(zai)較(jiao)高(gao)功(gong)率(lv)水(shui)平(ping)下(xia)，任(ren)何(he)不(bu)匹(pi)配(pei)或(huo)反(fan)射(she)都(dou)可(ke)能(neng)導(dao)致(zhi)大(da)量(liang)功(gong)率(lv)饋(kui)送(song)到(dao)主(zhu)信(xin)號(hao)路(lu)徑(jing)中(zhong)。而(er)且(qie)，取(qu)決(jue)於(yu)耦(ou)合(he)強(qiang)度(du)，定(ding)向(xiang)耦(ou)合(he)器(qi)的(de)終(zhong)端(duan)可(ke)能(neng)需(xu)要(yao)比(bi)其(qi)低(di)功(gong)率(lv)對(dui)應(ying)物(wu)具(ju)有(you)更(geng)高(gao)的(de)功(gong)率(lv)處(chu)理(li)。

 

與定向耦合器非常相似，功率分配器沿多個路徑分離RF信號能量。其中，功率合成器將RF信號能量饋送到一個主路徑中。插入損耗和反射的問題與功率分配器/合成器大致相同
，因為它們與方向耦合器一樣。主要區別在於功率分配器/合路器通常處於大致相等的功率水平，但不是相位。作為其產物

，連接或饋電線中的任何阻抗或VSWR失配可能引起不期望的信號劣化，相位偏差和反射。一些功率分配器/組合器具有作為波導或同軸連接的輸入或輸出
，並且輸入和輸出使用不同的連接器尺寸或技術。

 

圖7水分進入可能會通過改變電氣特性和增加連接中的功耗（例如旋轉連接器）而導致設備故障。

 

高功率無源器件中的無源互調失真

 

PIM對無線網絡性能有重大影響，特別是對高功率射頻電子設備。由於PIM通常難以在完整的無源設備係統中確定，如果PIM是設計問題
，具有高精度和低PIM無源組件可能是確保較低PIM閾值的第一步。材料中的任何非線性或環境誘發的非線性都可能導致高水平的PIM。

 

無論是表麵缺陷
，微裂縫還是不同的材料連接
，高功率水平通常會加劇導致PIM的非線性效應。由於高功率應用通常也與更極端的環境相關聯，因此溫度變化
，振動和材料老化也會導致導致PIM的非線性。為了減少PIM響應
，可以驗證每個單獨的連接和組件以減少的三階交調截點操作，從而降低失真。通過嚴格的裝配後測試
，安裝後也可以確認PIM響應。

 

熱管理挑戰，壽命和材料降級

 

高頻下的高功率水平傾向於在非理想表麵和材料中引起RF能量耗散。RF能量消散到大多數表麵會引起加熱。RF加熱可能導致峰值功率操作中的材料變化或在幾個使用周期內材料劣化。

 

可以理解的是，設備的溫度和RF功(gong)率(lv)水(shui)平(ping)規(gui)格(ge)應(ying)在(zai)合(he)理(li)的(de)範(fan)圍(wei)內(nei)保(bao)持(chi)合(he)理(li)。由(you)於(yu)許(xu)多(duo)製(zhi)造(zao)商(shang)對(dui)其(qi)產(chan)品(pin)的(de)性(xing)能(neng)非(fei)常(chang)樂(le)觀(guan)，因(yin)此(ci)有(you)理(li)由(you)允(yun)許(xu)在(zai)其(qi)他(ta)設(she)計(ji)約(yue)束(shu)條(tiao)件(jian)下(xia)實(shi)現(xian)盡(jin)可(ke)能(neng)多(duo)的(de)功(gong)率(lv)和(he)熱(re)量(liang)餘(yu)量(liang)。這(zhe)在(zai)無(wu)法(fa)承(cheng)受(shou)停(ting)機(ji)時(shi)間(jian)的(de)關(guan)鍵(jian)應(ying)用(yong)中(zhong)尤(you)其(qi)重(zhong)要(yao)，因(yin)為(wei)熱(re)應(ying)力(li)會(hui)導(dao)致(zhi)熱(re)失(shi)控(kong)
，從(cong)而(er)導(dao)致(zhi)設(she)備(bei)快(kuai)速(su)失(shi)效(xiao)。

 

其他環境因素，例如濕氣進入和衝擊/zhendong，yekeyizanshijiangdibujiandegonglvherechulinengli。zaiyanwu，wenduhejixieyingliceshitaizhongduigaogonglvyuanjianjinxingchediceshitongchangyongyuyanzhengmouxieyingyongdejiduanqingkuangxiadeyuanjiansheji。

 

參考資料：

 

http://www.odyseus.nildram.co.uk/Systems_And_Devices_Files/Component%20Reliability%20Tutorial.pdf

http://www.asc-i.com/pdf/Thermal_Management_for_Power_Electronics.pdf

 

 

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