Accueil » À propos de nous » Nouvelles » Information sur l'industrie » Précautions pour la conception de composants passifs RF et micro-ondes haute puissance

Précautions pour la conception de composants passifs RF et micro-ondes haute puissance

Nombre Parcourir:1     auteur:Éditeur du site     publier Temps: 2021-07-15      origine:Internet

Les composants passifs RF et hyperfréquences supportent le fardeau de nombreuses contraintes de conception et indicateurs de performance. Selon les exigences de puissance de l'application, les exigences en matière de matériaux et de performances de conception peuvent être considérablement améliorées. Par exemple, dans les télécommunications à haute puissance et les applications de radar/brouillage militaire, des niveaux de performance élevés et des niveaux de puissance extrêmement élevés sont requis. De nombreux matériaux et technologies ne peuvent pas supporter les niveaux de puissance requis pour ces applications, des composants, matériaux et technologies spécialisés doivent donc être utilisés pour répondre à ces exigences d'application extrêmes.


Des niveaux élevés de fréquence radio et de puissance micro-ondes sont invisibles, difficiles à détecter et peuvent générer une chaleur incroyable dans une petite zone. En règle générale, la surpression ne peut être détectée qu'après une panne de composant ou une panne complète du système. Cette situation est souvent rencontrée dans les applications de télécommunications et d'aérospatiale/défense, car des niveaux de puissance d'utilisation et d'exposition élevés sont nécessaires pour répondre aux exigences de performance de ces applications.


Des niveaux de puissance RF et micro-ondes suffisamment élevés peuvent endommager les composants du chemin du signal, ce qui peut être le résultat d'une mauvaise conception, du vieillissement/fatigue des matériaux ou même d'attaques électroniques stratégiques. Tout système critique susceptible de rencontrer de l'énergie RF et micro-ondes de haute puissance doit être soigneusement conçu et pris en charge par des composants conçus pour le niveau de puissance potentiel maximal. D'autres problèmes, tels que les fuites RF, la distorsion d'intermodulation passive et la distorsion harmonique, sont exacerbés à des niveaux de puissance élevés car une plus grande attention doit être accordée à la qualité des composants.


Toute interconnexion ou composant avec perte d'insertion peut absorber suffisamment d'énergie RF et micro-ondes pour causer des dommages. C'est pourquoi tous les composants radiofréquence et micro-ondes ont des puissances nominales maximales. Généralement, étant donné que l'énergie RF a plusieurs modes de fonctionnement différents, la puissance nominale sera spécifiée pour une onde continue (CW) ou une puissance pulsée. De plus, étant donné que les divers matériaux constituant le composant RF peuvent modifier le comportement de différentes puissances, températures, tensions, courants et âges, ces paramètres sont généralement spécifiés. Comme toujours, certains fabricants sont plus généreux avec les fonctions spécifiées de leurs composants, il est donc recommandé de tester des composants spécifiques dans des conditions de fonctionnement réelles pour éviter les défaillances sur le terrain. Ceci est particulièrement préoccupant pour les composants RF et micro-ondes, car les défaillances en cascade sont courantes.



Interconnexion coaxiale ou guide d'ondes


Selon la fréquence, le niveau de puissance et les exigences physiques, des interconnexions coaxiales ou à guide d'ondes sont utilisées pour les applications RF et micro-ondes haute puissance. La taille de ces deux technologies varie avec la fréquence, nécessitant des matériaux de plus haute précision et une fabrication pour gérer des niveaux de puissance plus élevés. Généralement, en tant que produit de la façon dont l'énergie RF traverse un guide d'ondes avec un diélectrique à air, les guides d'ondes ont tendance à être capables de gérer des niveaux de puissance plus élevés que les technologies coaxiales comparables. D'un autre côté, les guides d'ondes sont généralement plus chers que la technologie coaxiale, les installations personnalisées et les solutions à bande étroite.


Cela signifie que pour les applications qui nécessitent une installation moins coûteuse, plus flexible, une densité de routage de signal plus élevée et des niveaux de puissance moyens, la technologie coaxiale peut être le premier choix. De plus, en raison du coût et de la taille réduits, il existe plus d'options pour l'utilisation de composants d'interconnexion coaxiaux sur l'interconnexion de guide d'ondes. Bien que les installations à large bande et généralement plus simples, la technologie des guides d'ondes surpasse souvent le coaxial en termes de hautes performances, de robustesse et de fiabilité. Habituellement, ces technologies d'interconnexion sont utilisées en série, lorsque cela est possible, les signaux de puissance et de fidélité les plus élevés sont acheminés à travers l'interconnexion du guide d'ondes.


Une caractéristique importante de la technologie coaxiale qu'il convient de noter est que leur claquage diélectrique lié à la puissance et à la tension est bien inférieur à celui des interconnexions de guides d'ondes de fréquences similaires. Si le poids et le coût sont très préoccupants, cela peut être acceptable. Cependant, les problèmes de dégazage des matériaux et les changements de performance des matériaux sous haute température et pression peuvent réduire la faisabilité de la technologie coaxiale dans les applications aérospatiales.



Adaptateur et borne


Étant donné que chaque adaptateur et chaque borne introduiront une perte d'insertion et une réflexion inutiles, une sélection minutieuse des bons composants peut empêcher une dégradation inutile du signal et peut être utilisé pour des équipements électroniques sensibles. L'adaptateur et la borne ont de nombreuses formes, généralement coaxiales ou guide d'ondes. , Pour une puissance élevée applications. De plus, l'adaptateur peut être plus compliqué car la taille et le type de chaque extrémité de l'adaptateur peuvent être différents. De plus, l'adaptateur lui-même peut introduire des virages ou des coudes.


La plage de puissance et de fréquence de l'adaptateur doit être soigneusement vérifiée, en particulier si l'adaptateur est une conversion guide d'onde en coaxial. Le guide d'ondes ne peut naturellement transmettre que la bande passante de la gamme de fréquences avec une grande fidélité du signal, et la technologie coaxiale n'a qu'une fréquence de coupure. Cependant, différents types de connecteurs coaxiaux ont également des capacités de puissance et de fréquence différentes. Si l'adaptateur est une transition entre deux types de connecteurs coaxiaux différents, la fréquence, la gestion de la puissance, le PIM, la perte d'insertion et d'autres paramètres seront affectés.


Le terminal porte le poids de l'épuisement de l'énergie RF extrême potentielle dans l'appareil. En règle générale, les terminaux pour les applications à haute puissance auront des corps métalliques dissipateurs de chaleur et peuvent forcer la gestion thermique de l'air. L'adaptation d'impédance et le rapport d'onde stationnaire de tension (VSWR) du terminal sont absolument critiques, car des réflexions imprévisibles peuvent provoquer des conditions de surpuissance et de surtension dans les équipements électroniques en amont. Dans le cas de la dérivation d'un amplificateur haute puissance (HPA) vers une borne qui ne répond pas aux spécifications VSWR suffisantes, cela peut être dangereux car cela peut endommager de façon permanente le HPA.



Atténuateur


Comme le terminateur, l'atténuateur est conçu pour dissiper l'énergie RF dans le corps de l'appareil sans distorsion ni réflexion de signal indésirable. Il existe des atténuateurs fixes et variables. Pour la plupart des applications à très haute puissance, les atténuateurs fixes sont plus courants. Comme terminateur, ils peuvent être à guide d'onde ou coaxiaux. De plus, l'atténuateur peut également être un adaptateur de taille de connecteur coaxial de différentes tailles, bien que cela soit rarement fait avec un connecteur de guide d'ondes.


Selon la quantité de puissance dissipée par la conception de l'atténuateur, des radiateurs métalliques entourent généralement le corps, et même un refroidissement forcé est une option. Plus la fréquence, la puissance et l'atténuation sont élevées, plus l'énergie RF sera convertie en chaleur. Lors de l'installation de l'atténuateur, il est important de s'assurer que l'atténuateur est suffisamment ventilé et qu'il n'est pas installé à proximité d'autres appareils électroniques de dissipation de chaleur.



filtre


Étant donné que le filtre peut être utilisé comme atténuateur sélectif de bande ou comme réflecteur pour les signaux hors bande, il est nécessaire de considérer le type d'équipement électronique en amont et le signal entrant dans le filtre. Le filtre d'absorption absorbera l'énergie RF du signal hors bande et la convertira en chaleur. Parmi eux, le filtre de réflexion redirige l'énergie RF vers la source. Ce type de filtre peut endommager les équipements électroniques en amont sensibles en raison d'une surpuissance ou d'une surtension. Selon la technologie et la structure du filtre, la capacité de traitement de la puissance du filtre dépend généralement fortement de la fréquence.


Comme la plupart des composants RF et micro-ondes, les composants à haute fréquence ont des seuils de puissance inférieurs à ceux de leurs composants à faible puissance. La taille relative et le matériau du filtre auront un impact significatif sur les limitations de puissance et de fréquence. La bande passante du filtre atténue naturellement légèrement le signal, de sorte que les caractéristiques de la bande passante sont aussi importantes que les caractéristiques du filtre hors bande en termes d'absorption ou de réflexion d'énergie RF.



Coupleur directionnel et répartiteur/combinateur de puissance


Le coupleur directionnel présente bon nombre des mêmes préoccupations et contraintes que l'adaptateur, ce qui augmente la complexité de la terminaison intégrée ou du chemin du signal de couplage direct/inverse. De plus, le chemin du signal couplé du coupleur directionnel est quelques centaines, milliers ou dizaines de milliers de fois plus petit que l'énergie RF traversant la ligne de propagation principale. Étant donné que le niveau de puissance sur la ligne de couplage est considérablement réduit, même pour les coupleurs de guides d'ondes à haute puissance, la ligne de couplage est généralement un connecteur coaxial. Ce n'est évidemment pas le cas des coupleurs hybrides ou des coupleurs hybrides 3dB 90°, qui répartissent uniformément la puissance du signal dans deux chemins de signaux RF égaux.


Généralement, les coupleurs directionnels sont conçus pour avoir une très faible perte d'insertion et de réflexion. À des niveaux de puissance élevés, si elle n'est pas conçue avec précision, la méthode de couplage peut introduire des pertes d'insertion et des réflexions importantes. Un autre facteur à considérer est le chargement de la ligne de couplage. Bien qu'à de faibles niveaux de puissance, une simple terminaison peut être suffisante. Cependant, à des niveaux de puissance plus élevés, toute discordance ou réflexion peut entraîner l'introduction d'une grande quantité de puissance dans le chemin du signal principal. De plus, en fonction de la force de couplage, la borne du coupleur directionnel peut nécessiter une tenue en puissance plus élevée que son homologue de faible puissance.


Tout comme un coupleur directionnel, un diviseur de puissance sépare l'énergie du signal RF le long de plusieurs chemins. Parmi eux, le combineur de puissance alimente l'énergie du signal RF dans un chemin principal. Les problèmes de perte d'insertion et de réflexion sont à peu près les mêmes que ceux des répartiteurs/combineurs de puissance car ils sont identiques aux coupleurs directionnels. La principale différence est que les répartiteurs/combineurs de puissance sont généralement à des niveaux de puissance à peu près égaux, mais pas en phase. En conséquence, tout défaut d'impédance ou de ROS dans la connexion ou la ligne d'alimentation peut entraîner une dégradation indésirable du signal, une déviation de phase et des réflexions. Certains répartiteurs/combineurs de puissance ont une entrée ou une sortie en tant que guide d'ondes ou connexion coaxiale, et l'entrée et la sortie utilisent différentes tailles ou technologies de connecteur.



Distorsion d'intermodulation passive dans les dispositifs passifs haute puissance


Le PIM a un impact significatif sur les performances des réseaux sans fil, en particulier pour les équipements électroniques à radiofréquence haute puissance. Étant donné que le PIM est généralement difficile à déterminer dans un système de périphérique passif complet, si le PIM est un problème de conception, les composants passifs avec une haute précision et un faible PIM peuvent être la première étape pour garantir un seuil PIM inférieur. Toute non-linéarité dans le matériau ou non-linéarité induite par l'environnement peut conduire à des niveaux élevés de PIM.


Qu'il s'agisse de défauts de surface, de microfissures ou de connexions de différents matériaux, les niveaux de puissance élevés exacerbent généralement les effets non linéaires qui conduisent à la PIM. Étant donné que les applications haute puissance sont généralement également associées à des environnements plus extrêmes, les changements de température, les vibrations et le vieillissement des matériaux peuvent également entraîner une non-linéarité dans le PIM. Pour réduire la réponse PIM, chaque connexion et composant individuel peut être vérifié pour fonctionner avec un point d'interception de troisième ordre réduit, réduisant ainsi la distorsion. Grâce à un test post-assemblage rigoureux, la réponse PIM peut être confirmée après l'installation.



Défis de la gestion thermique, durée de vie et dégradation des matériaux


Des niveaux de puissance élevés à des fréquences élevées ont tendance à provoquer une dissipation d'énergie RF dans des surfaces et des matériaux non idéaux. La dissipation de l'énergie RF sur la plupart des surfaces provoque un échauffement. Le chauffage RF peut provoquer des changements importants dans le fonctionnement de la puissance de crête ou une dégradation des matériaux en quelques cycles d'utilisation.


Il est compréhensible que les spécifications de température et de niveau de puissance RF de l'équipement doivent rester raisonnables dans une plage raisonnable. Étant donné que de nombreux fabricants sont très optimistes quant aux performances de leurs produits, il existe des raisons d'autoriser autant de marge de puissance et de chaleur que possible sous d'autres contraintes de conception. Ceci est particulièrement important dans les applications critiques qui ne peuvent pas supporter les temps d'arrêt, car le stress thermique peut provoquer un emballement thermique, ce qui peut entraîner une défaillance rapide de l'équipement.


D'autres facteurs environnementaux, tels que la pénétration d'humidité et les chocs/vibrations, peuvent également réduire temporairement la puissance et les capacités de traitement thermique des composants. Des tests approfondis de composants haute puissance dans des bancs d'essais au brouillard salin, à la température et aux contraintes mécaniques sont souvent utilisés pour vérifier la conception des composants dans des cas extrêmes pour certaines applications.


Matériel de référence:

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

https://mp.weixin.qq.com/s?src=11&timestamp=1626318298&ver=3191&signature=wtrTtzf*3jsQO64zqJwG1s0NDqkHnJChSALhdS4sdULW87Rrj*VoMDPSvxv76OWReKyvTO-gOWC9SdULW87Rrj*VoMDPSvxv76OWRReKyvTO-gOWC9S


Souscrire

Pour recevoir plus de nouvelles sur Superlink ou des informations plus précieuses, veuillez laisser vos informations et message.

Suivez nous

Copyrights 2021SUPERLINKTous les droits sont réservés.Plan du site