RF күч камтамоосун тандауу боюнча негизги маселелер

RF күчөткүчтүн иштөөчү өзгөчөлүктөрү үчүн жыштык диапазону жана түрлөрүнө тандоо шарттары

Satcom, Radar жана EW системаларындагы Ka-диапазон, Q-диапазон жана мм толкун колдонууларын түшүнүү

Бүгүнкү күндө RF күчөткүчтөрүн белгилүү бир жыштык диапазондору үчүн, мисалы, Ka-диапазон (26,5–40 ГГц), Q-диапазон (33–50 ГГц) жана мм-толкун (30–300 ГГц) арналарында пайдаланышат, анткени бул арналар спутниктик байланыш, радиолокациялык системалар жана электрондук согуштук жабдыктардын ар түрдүү зарылдуулуктарын камсыз кылат. Ka-диапазон толуктай көп полосаны жана сигналдар атмосфераны каншалык жакшы өткөрөрүнүн ортосундагы туура тепе-теңдикти камсыз кылат, ошондуктан жогорку сыйымдуулуктуу спутниктик шайман үчүн кеңири колдонулат. Бирок мм-толкундук жыштыктарга өткөндө башка нерсе да кошулот. Бул жогорку жыштыктар 5G тармактарынын артерияларында жана соңку жаңы аскердик датчиктеринде керектүү болгон жылдам реакцияны камсыз кылат. Эл аралык телефондоо союзунун жаңы баяндамасында 60 ГГцде (алардын V-диапазон деп атаганы) нам жерде суу буусу сигналдын күчүн 1 км аралыкта 15 децибелге чейин түшүрө алаары белгиленген. Бул кабат жоголтуу инженерлердин бул системаларды чын жагдайда иштетүү үчүн жыштыктарды каншалык укмуштуу тандашы керектигин көрсөтүп турат.

Атмосфералык ың-чалдыруу таасири жана алардын РЧ күчүн чыгаруу зарылдуулугуна тийгизүүчү таасир

Жаан-чачын, кургакчылык жана отундун жутулушу сыяктуу аба ырайы талаалары жогорку жыштыктагы диапазондордон пайдаланганда сигналдын сапатына күчтүү таасир этет. Мисалы, Ка-диапазону үчүн шаршы жаан жааганда сигналдын жоголушу 1 км аралыкта 5 дБга чейин жетет. Бул байланышты туруктуу кармоо үчүн чыгаруу күчү жакшырткычтар 20% артык күч чыгарат дегенди билдирет. 47 ГГцга жакын Q-диапазондун радар жыштыктарында атмосфера сигналдарын шашылтып жибергендиктен анын аныкталуу аймагы эки эсе кыскарса болот. Денгиз жээктери же нымдуулугу жогорку жерлер эртең кыйынчылык туудурат. Бул шарттар көп кездешкендиктен инженерлер көбүнчө кошумча күч күчөткүчтөрдүн сыйымдуулугун, адатта 30-50% арттырышат. Жакынкы убакта миллиметр толкундарын колдонуу сыноолору ошондой эле практикада эң беделдүү шарттардын жагдайын карап чыгуунун зарыл экенин далилдеди.

Системанын сигналды таратуу талаптарына ылайык келтирилген күч күчөткүчтүн түрмөсүн сай келтирүү

Системалардын жалпы иштешинин сапатына ылайык келген дуптын тууралуу чечим катуу таасир этет. Мисалы, 12-ден 18 ГГц аралыгында иштеген Ku-дуптуу спутниктик байланышты карасак. Эгерде 500 МГц дупка керек болсо, анда көбөйткүчтөрдүн жыштыгын плюс же минус 2% чегинде туруктуу күйүнде кармоо керек. Антпесе, сигналдар көршү каналдар менен кесешип калат. Эми электрондук согуш жабдууларынын көп таркатуу системаларын карап көрөлү. Бул системалар көбүнчө 2 ГГц тармагынан ашык дуп менен иштейт, ошондуктан алардын иштөө диапазонунда бирдей күчтөнүп турган галлийдин нитриддик көбөйткүчтөргө таянат, алар көбүнчө жарым децибелге чейин өзгөрүп турат. Инженерлер импеданстын дал келүү параметрлерин тактоо үчүн жүк тартуу усулдарын колдонушат. Бул сигналдын чагылышын -15 дБ деңгээлине чейин азайтат жана фазаланган массивдеги радар орнотмолору үчүн маанилүү болгон 95% күч ташуу эффективдүүлүгүнө жакындатат.

Чыгуу Күчү, Сигнал Түрү жана Сызыктуулук: Пик-Орточо Күч Катышын жана P1dB Басууну Башкаруу

Туруктуу Толкун, АМ жана Кошулган Модуляциялык Сигналдар үчүн Пик Күч Талаптарын Эсептөө

Үзгүлтүксүз толкун (CW) сигналдары жана амплитудалык моделдөө (AM) сигналдары менен иштегенде, чыңалуу күчү орточо күч деңгээли менен дал келет, бул бизге керектүү күчөйткүчтүн өлчөмүн аныктоону оңойлатат. Бирок нерселер 64QAM же OFDM сыяктуу күрөөлүү модуляция схемалары менен иштегенде күрөөлөнөт. Бул сигналдар өзгөрмө күч колебанийлерин жаратат, анткени алардын чыңалуу-орточо күч катышы (PAR) бар. Мисалы, 64QAM үчүн ал 3,7 дБ чамасында PAR болот. OFDM учурда PAR 12 дБдан ашып кетет. Бул себептен, сигнал искерчиликти болтурбошу үчүн күчөйткүчтөр эң аз болгондо алардын максималдуу кубаттуулугунан 6 дБ төмөн иштөөсү керек. Туура баштапкы аракет алуу керектүүлүгү радар системаларынан баштап, жер серептөө спутниктерине чейин жана азыр 5G тармактары үчүн да сигналдын сапатын сактоо үчүн абсолюттук маанилүү.

RF күчөйткүчтөрдү тандашта PAR жана чыңалуу чегинин ролу

PAR (пикиди орточо коэффициенти) жана чокулар фактору, негизинен сигналдын чокусу орточо деңгээлинен канчалык артык экенин өлчөйт, усилительдин каншалык сызыктуу жана эффективдүү экенин аныктоодо чоң роль ойнойт. Жогорку жыштыктагы сигналдар менен иштегенде, көбүнчө усилительдердин өз чыгыш мүмкүнчүлүгүнөн төмөн 6-7 дБ баштапкы кеңиришке муктаж. Мисалы, 40 ватттык ылдый усилительди караш керек. Эгерде ал 10 дБ чокулар фактору бар сигналды иштеп чыгып жатса, анда техникалык түрдө ал 4 ватт орточо чыгыш кубатын берет, бирок бул компромисс тандоо эмес, айрыкча 5G тармактары же электрондук согуштук жабдуулар сыяктуу жыштыктар убакыт токтой өзгөрүп, сигналдар интенсивдүүлүгү бойынча ар кандай өзгөрүп турган кезде катаал спектралдык кагыйдеге анык ылайык келүүнү талап кылган жаңы коммуникациялык системалар менен иштегенде.

P1dB төмөн иштеп компрессиялоодон жана бузулудан сактануу

Күшейткічтин 1 дБ компрессиялык чекине же кыскартылган П1дБ чейин жеткенде, анда нәрселер сызыктуу болбогонго баштайт. Бул чегинен ары жылжып кетсеңиз, көйгөйлөр ылдый чыгат - гармоникалык буркактоо пайда болот жана ошол күдүктүү аралык өнүмдөр менен бирге сигналдын сапаты жаман болот. Импульстуу сигналдар менен иштеген радиолокациялык системалар үчүн инженерлер П1дБ белгисинен 3-5 дБ төмөн турганды каалашат. Бирок күрөөлүү модуляцияланган сигналдар менен иштесеңиз, коопсуздук үчүн жакшыраак 6-10 дБ кеңири мүмкүнчүлүк керек болот. Галлий нитриддеги GaN күшейткічтер бул жолу татаал ТWT технологиясына салыштырмалуу көп жогорку П1дБ деңгээлинде жеткенге чалгын болуп келет. Бул дизайнерлер сапатын жогорку көтөрбөстөн тар жоболуу чегинен иштей аларын билдирет, ал эми бул колдонууларда көп орун алат, салмак жана электр энергиясынын чыгымы эң башкы болуп саналат.

Бул структуралуу талкууга чыгым күчү, сызыктуулук жана эффективдүүлүктүн ортосунда оптималдуу балансты камсыз кылат.

Жогорку жыштыктагы RF күч күшейткыштарын долбоорлоодогу эффективдүүлүк, күшейүү жана сызыктуулук араларындагы компромисс

Азыркы түрдөгү RF күч күшейткыштарында эффективдүүлүк жана сызыктуулукту тең сактоо

Жогорку жыштыктагы RF күчөйткүч күч алганды учурунда инженерлер сапатты сызыктуулук талаптары менен тең салмақтоо керек. Класс-ЕF долбоорлору 1,9-дон 2,9 ГГц чейинки кенен жыштык диапазонун камтый турган жана Nature журналында кечээ чыккан маалыматка ылайык 39,5 дБм чыгуу күчүн камтый турган кезде шамамен 70-83 пайыз жылып кетүү сапатын көрсөтөт. Бирок OFDM же QAM модуляция схемаларын колдонуучу системалар үчүн күйү татаал, анткени алар спектрдин чыгарылышы боюнча курал-саймалардын чектөөлөрүн сактоо үчүн сызыктуулукты катаал башкарууну талап кылат. Бул практикада сапатты 15-20 пайызга чейин төмөндөтөт. Бүгүнкү күндө көпчүлүк модернизациялар адаптивдүү бийлик техникаларын колдонуу менен бирге цифрлуу алдын-ала бүтүрүлгөн ыкмаларды камтыйт. Бул ыкмалар 5G инфраструктуралык ишке ашыруулар менен байланышкан түрдүү колдонуу жерлеринде жана сигналдын бүтүндүгү маанилүү болгон жыттагы байланыш торлорунда керектүү өнүмдүлүктү сактоого жардам берет.

Каскаддык RF системалардагы пайдалануу жана түрткүлөө

Бир нече баскычтуу RF тизмелерде жалпы пайдалануу жана түрткүлөө сигналдын бүтүндүгүнө чоң таасир этет. Ар бир баскыч пайдалануучу сигнал менен мурунку компоненттерден келген түрткүнү күчөйтет. Биринчи баскыч жалпы түрткүлөөнүн натыйжасын аныктагандыктан, кабыл алуучулардын алдыңкы блокторунда төмөнкү түрткүлөөтүн күчөйткүчтөр (LNAs) абдан маанилүү.

PA пайдалануусу төмөнкү жоголтууларды компенсациялоо үчүн керек болсо да, ашыкча пайдалануу кийинки баскычтарды компрессиялоого алып келип, система сызыктуулугун төмөндөтөт.

Чыгышсыз иштөө аймактарында гармоникалык басуу жана сигналдын бүтүндүгү

Ампердин насычение чекитине жакын салыштырмалуу ток чыгымы эффективдүүлүгүн арттырат, бирок бул гармоникалардын көбөйүшүнө алып келет. Класстагы EF долбоорлуу ыкма бул маселени экинчи жана бешинчи тартиптердин гармоникаларын төмөндөтүүчү өзгөчө гармоникалык башкаруу тармактары менен чечет. Бул тармактар импедансты туура шектештирүү аркылуу иштейт, ал эми чыгындардын ченемдерин Class-F долбоорлору менен салыштырганда 25-40 дБс чейин азайтат. Натыйжада, бул долбоорлор радар жана электрондук согуштук колдонуулар үчүн керектүү сигналдын сапатын бузбай 80% чейинки эффективдүүлүккө жетет. Бирок, инженердер жалган эмес операциялык сценарийлерде бир нече операторлор менен иштегенде интермодуляциялык бозголтуу менен байланышкан потенциалдуу көйгөйлөргө көңүл бурчун керек экенин эске алуу керек. Бир нече чын жагдайда сыноо жүргүзүү өндүрүш системаларындагы чоң көйгөйлөргө алып келгенге чейин бул көйгөйлөрдү аныктай алат.

RF күч күшейткышын колдонууда термалдык башкаруу жана SWaP-C оптимизациясы

Күтүмдүн жана шарттардын негизинде суулатуу талаптары

Термалдык конструкцияны туура иштетүү анын кандай жабдык иштей турганына жана кандай күчтү пайдаланып чыгаратынына ылайык келтирип берет. Бүгүнкү күндө бардык жерде курулуп жаткан 5G уялык станциялары же радиолокациялык системаларда туруктуу колдонулуучу RF күчөткүчтөрүнө мисал келтирсек болот. Бул түрдүн куралдары курч күчтүн жарымынан үчтөн бирине чейин туздукка айландырат. Эми бир нече ватт/мм² чейинки күч тыгыздыгына ээ GaN негиздеги компоненттерге окшош нерсеге түшүнүк берсек болот. Бул деңгээлде, жөнөкөй аба менен суутуу жетишсиз болуп калат. Өндүрүүчүлөр мажбурлап аба менен суутуунун системаларын же тургун суу менен суутуу чечимдерин колдонууга тийиш болот. Шарттардын аймактарындагы экстремалдык маселелер да бар. Жалпысынан, жердин жасалма жандары эң төмөнкү -40°C ден чейинки температурадан алып +85°C градуска чейинкиге чейин таба алышы мүмкүн. Бул температуранын оң жана терс чегинен чыкмалар жылу сөндүргүчтөрдүн иштөөчүлүгүнө жана инженерлер тарабынан түрдүү бөлүктөргө тандалган материалдарга таасир этет. Бул түрдүү колдонуулар үчүн материалдарды тандашканда жылу кеңейүү маселеси чоң мааниге ээ болот.

Узак мөөнөттүү иштеш жана туруктуулукка жылуулук дизайндын таасири

Жаман жылуулук менеджменти компоненттердин убакыт өтүү менен тозуп кетүүсүн чоң жылдамдыкта өндүрөт. 2022-жылы IET Microwaves колдонулган изилдөөлөрдүн бир нечеси жылы ысык температурада узак ыргытылган усилткычтардын иштөө мөөнөтү 40% камтамасыз кылышын көрсөткөн. Шундуктан инженерлер алюминий-кремний карбид (AlSiC) сыяктуу материалдарга кайрылууда. Бул материалдар жарым өткөргүч чиптер менен жылытылганда окшош темпте кеңейгени үчүн жакшы иштейт. Жылуулук трансферинин маселелери менен шугылдануучулар үчүн, 8 Вт/м К чейинки өткөргүчтүүлүккө ээ термалдык интерфейстүү материалдар чоң айырмачылык келтират. Бул материалдар бөлүктөр ортосундагы температуралык айырманы теңдештирет, бул эсе бир нечо сигналды бир убакта колдонуучу системаларда пайда болгон интермодуляциялык бозултуларга алып келет.

Салмага, өлчөмгө, электр энергиясына жана чыгымдарга (SWaP-C) чектөөлөрдү чечүү маселеси

Бүгүнкү күнү армияда 100 ватттан ашык чыгырмасы бар, бирок жарым литрден кичинекей жерге тийип турган күчөткүч керек. Бул мурун пайдаланылган заттын 60% кем болуп эсептелет. Коммерциялык 5G mMIMO массивдери үчүн компаниялар ар бир ваттын чыгымы 25 центтен ашпаган бюджеттин тиешесин издеп жатат. Модулдук RF долбоорлор инженерлердин түрдүү жыштыктарда системаларын кеңейтип, ушул убакта кубаттын эффективдүүлүгүн 90% төмөн эмес деңгээлде сактоого мүмкүнчүлүк берет. Аба жолу менен радар колдонуу боюнча колдонулганда, түпнуска материалдарын колдонуу аркылуу жалпы салмакты 35% га чейин азайтат. Бул ар бир кошумча фунт миссиянын ийгиликке жетүүсүнө таасир эткен учурда учактардын иштөөсү үчүн чоң мааниге ээ.

TWT vs. Solid-State (GaN) күчөткүчтөр: жогорку жыштыктагы колдонуу үчүн технологиялык салыштыруу

Аткаруу салыштыруу: Жүгүрүүчү толкун түткөсү менен GaN RF күчөткүч күчөткүчтөрү

Жогорку күчтүү ммWave колдонулуштарында, жүрүштүк толкун түтүктүк (TWT) күчөткүчтөрү өзүнүн 30 GHz жана андан жогорку жыштыктарда 1 кВт чыгыш күчүн бериши менен биргелешет, ал эми энергиянын жыштыгы жакшы экен. Экинчи тарабынан, галлийдин нитридин (GaN) катуу күйүндөгү күчөткүчтөрү 1ден 20 GHz чейинки төмөн жыштыктар менен иштөөдө 60-70% эффективдүүлүккө ээ болуп, рафта көп орун албайт. Аскердик TWT 2ден 18 GHz чейинки жанында электрондук согуш системалары үчүн жакшы, бирок соңку убакта GaN технологиясысы жылдыз араларында байланыш торлорунда жана 5G арткы байланыштарында да таасирдүү экенин көрсөтүп жатат, ал эми азыркы учурда 40% кеңейтилген жол кеңдигин сунуш кылат.

Колдонуу мүнөтү, жол кеңдиги жана эффективдүүлүк: Вакуум түтүк күчөткүчтөрү менен жарым өткөргүч технологиялары

TWT күчөткүчтөрүнүн басымдуу бөлүгү катоддун изилдөөсү көйгөйгө айланганга чейин 8,000 ден 15,000 саатка чейин иштейт. Галлий-нитриддик (GaN) приборлор термалдык башкаруу туура иштесе, 100,000 сааттан ашык иштей алат. Эки түрдүн ортосунда күчтүн тыгыздыгында чоң айырма бар. GaN миллиметрине 4 ватт күч берет, бул классикалык TWT менен салыштырганда компоненттердин жерин 30% кем алгылыгын билдирет, анткени анын куб см-не 10 ватт күч тийишет. Бирок, TWT технологиясын Ka диапазондук радар колдонулуштары үчүн чоң чыңалуу чыгышында 5:1 сапатын сактайт. Жарым өткөргүч чечимдердин дагы бир артыкчылыгы - чейкиздөө режиминде гармоникалык бурмалоону 12 децибелге кыскарта алат. Бул фазалык массив системаларында бир нече канал аркылуу таза сигналдарды сактоо үчүн чоң айырманы түзөт.

Колдонуу ылайыктуулугу: Радар, Satcom жана электрондук согуш системалары

L-ден X-дүк түшкөнчө жана эң аз 200 ватт чыгышын талап кылган спутниктик байланыш системаларын камтыган узак алыстарды көзөмөлдөөчү радиолокатордук колдонулуштар үчүн, толкун түткөлөрү эле чечим болуп кала берет. Бир арада азыркы электрондук согуш платформаларынын көбүн галлийдин нитриддик күчөткүчтөрү басып алды. Бул GaN түзүлүштөрү бир убакта экиден алты гигагерцке чейинки жол аянтын камтыйт, аларды жыштыктарды чабуул менен өзгөртүү керек системалар үчүн ылайыктуу кылат. Шул менен бирге, алар традициондук технологиялар менен салыштырганда өлчөмүн, салмагын жана энергияны колдонууну 60% кыскартат. Өткөн жылы жасалган аскердик иликтөөлөргө ылайык, GaN компоненттери менен жасалган бутакка түшүрүү куралдары чын эле TWT негиздеги системалар менен салыштырганда жылуулуктун көбөйүшүн 40% кыскарта алса, эки систем S-диапазондук операциялар жүргүзүүдө сигналдын бирдей деңгээлин сактайт. Ошондой эле, инженерлер GaN драйверлери менен TWT финалдык ступеналарын Ка-диапазондук ракеталардын башкаруу колдонулуштары үчүн бириктирүүдө. Бул аралаш ыкма перспективдүү экенин көрсөтүүдө, анткени ал GaN энергиясын урттоо менен жогорку өнүмдүлүктү талап кылган айрым жогорку өнүмдүлүк талаптарын камтыйт.

ККС: RF күчөткүч амплификаторлор

RF күчөткүч амплификаторлор түрдүү колдонулуштар үчүн кандай жыштык диапазондорунда иштейт?

RF күчөткүч амплификаторлор Ка-диапазондо (26,5–40 ГГц), Q-диапазондо (33–50 ГГц) жана мм-толкундо (30–300 ГГц) иштейт, алар спутниктик байланыш, радар системалары жана электрондук согуш колдонмолору үчүн колдонулат.

Атмосфералык шарттар RF күчөткүч амплификаторлордун иштөөсүнө кантип таасир этет?

Жаан же күрөң түтүн жана оттеги жутуму сыяктуу атмосфералык шарттар сигналдын сапатына таасир этет, аларга байланыштык тасмасын сактоо үчүн, айрыкча Ка-диапазон жана Q-диапазон сыяктуу жогорку жыштыктагы диапазондордо, күчөткүчтөрдүн кошумча күч берши керек.

RF амплификаторлордогу P1dB компрессиясынын мааниси эмне?

P1dB компрессиясы амплификатор сызыктуу эмес мүнөз көрсөтө баштайт, натыйжада бул түрмөккө алып келет. Компрессиядан сактануу жана сигналдын сапатын сактоо үчүн P1dBден төмөн иштөө маанилүү.

Термалдык башкаруу RF амплификаторлардын иштеш мүмкүнчүлүгүнө кантип таасир этет?

RF күчөткүчтөрүнүн узун мөөнөтүн узартуу үчүн термалдык менеджментдин мааниси чоң. Сапаттуу эмес жылуулук чачындыруу компоненттердин тез изилдөөсүнө жана иштеш ырааттуулугунун төмөндөшүнө алып келет, жогорку кубаттуу тыгыздыктагы компоненттер үчүн суюк суу менен суутундуруу технологияларын колдонуу зарыл болот.

TWT менен GaN күчөткүчтөрүн тандау эмнеге маанилүү?

Таралуучу толкун түтүгү (TWT) менен Галлий нитрид (GaN) күчөткүчтөрүн тандаш TWT көп кубаттуу жана кенен толкун аралыгын талап кылган учурларда, ал эми GaN күчөткүчтөрү төмөнкү жыштыктагы жана мобильдүү колдонуучу талаптар үчүн эффективдүүлүк жана мейкиндикти тежөөдө башкы ролдо.