这是AR博客系列“指定用于EMC测试的射频/微波功率放大器”的第二篇文章。可以观看完整的系列节目在这里.
介绍
在选择电源时,需要多少输入功率才能达到最大额定输出功率是一个常见的问题放大器.放大器制造商指定的输入为1毫瓦。(请注意,这不是每个制造商的情况-一定要核实)。虽然额定输入功率定义为1毫瓦,但大多数放大器提供的额定输出功率小于1毫瓦输入。这是因为指定的值通常具有内置的保守性。
AR放大器典型输入电平:
信号发生器:1毫瓦,相当于0 dBm
功能发生器:1毫瓦或224毫伏变为50 Ω
损坏放大器前的最大输入:+13 dBm或20毫瓦(功率大于0 dBm的20倍)
注意:要密切注意放大器的最大输入。它因供应商而异,也可能因型号家族而异。
输入信号强度对放大后的输出信号有深远的影响。它决定了工作区域,从而决定了放大器输出被压缩的程度。理想情况下,放大器将简单地放大输入信号,而不添加任何额外的信号或伪影。除非工作在极端线性区域,放大器将在一定程度上扭曲输入。放大器对输入信号的影响程度是输出压缩的函数。输入信号的幅值越高,输出压缩的风险越高。在1dB压缩点,连续波正弦波信号的顶部和底部可能会有轻微的变平。当放大器进一步饱和时,额外的失真将变得明显,最终,连续波输入信号将接近方波输出(见图5)。图6进一步显示了1db和3db压缩点。
数字5:放大器饱和示例
图6:线性特性
失真在放大器输入端不存在的频率上产生新的不需要的信号,如频谱分析仪在频域中观察到的那样。图7显示了驱动a的效果功率放大器到饱和。此图显示谐波的振幅仅略低于基波信号。这种情况给测试工程师带来了不必要的问题。在这种情况下,如果EUT在辐射抗扰度测试中出现故障,测试工程师将不知道故障的原因是由于基波还是谐波。使问题进一步复杂化的是,如果附加的谐波具有高振幅,测试工程师必须评估所有谐波以确定故障的原因。也有可能既不是基波也不是单一谐波导致故障,而是基波和谐波的结合导致故障。测量放大器输出功率或产生的场更加复杂,因为大多数常用的功率计和场探头本身就是宽带测量设备,并且将显示整个频带的总能量,基频,谐波和杂散。需要注意的是,AR固态A类放大器产生的谐波比twta少得多,它们在1db压缩点的额定电压为- 20dbc。这大大减少了EUT在辐射和进行敏感性测试期间暴露于不需要的射频能量。
图7:基波信号和谐波的图像
有关输入功率影响的其他信息,请参阅:申请须知#45AR射频/微波仪器放大器的输入功率要求。
放大器的类型
在一般情况下EMC放大器范围的类型,如:固态,TWTA,连续波,脉冲,和他们的工作等级- A类和AB类。
a类ab类放大器
A类和AB类放大器有他们的长处和短处。A类放大器是最坚固的。当显著的射频电平反射到放大器中时,它们提供了最高水平的错配容忍度。这是许多EMC的常见效果天线和其他传感器。此外,与其他放大器类别相比,A类放大器的线性度和谐波失真要好得多。
AB类放大器有其自身的优点。一般来说,放大器的成本低于A类放大器。这些放大器的物理尺寸通常也较小。这些放大器更适合与匹配负载一起使用。看到申请须知27A.
表2总结了a类和AB类放大器之间的差异。
表2:放大器的工作类别比较
特征 | A类放大器 | AB类放大器 |
输出失真 | 低失真,最高线性度 | 比A级失真高,线性度差 |
偏见方案 | 输出电流流向为360°的输入信号 | 输出电流在输入的180°和360°之间流动 |
强度 | 无论负载不匹配,放大器都将安全运行而不会损坏 | 输出限制通常用于保护放大器在超过规定的失配水平时的工作 |
交流功率到射频功率的效率 | 低效率的 | 比A类放大器效率更高 |
建设 | 需要更多的部件来分担热负荷 | 与A类放大器相比,分担热负荷所需的组件更少 |
尺寸/重量 | 大/重 | 比A级小/轻 |
成本 | 高于AB类 | 低于A类 |
典型A类和AB类放大器的失配性能总结如图8所示。100瓦曲线代表了500瓦以下的大多数AR放大器。可以清楚地看到,放大器提供100瓦的最小可用功率(MAP),而不考虑负载VSWR,包括输出负载打开和短路。随着输出功率的增加,均匀吸收100%的反射功率变得越来越困难。在这些高功率水平下的热点可能会造成损坏或至少影响可靠性。然而,AR高功率放大器继续提供100%的错配容限,负载VSWR高达6:1(低功率放大器提供全功率,无论错配如何)。一旦达到这个水平,输出功率被限制在额定功率的50%。例如,AR型号2500A225A放大器将提供2500W的MAP,负载驻波比高达6:1。在这一点上,大约1250瓦被反射。从这一点开始,随着负载驻波比的增加,输出功率逐渐降低,直到达到无限负载驻波比的1250瓦。
在实践中,AR的保守VSWR折中值为6:1,因为EMC天线和换能器的VSWR通常保持在这个值或更好。如果它超出,请放心,您的AR放大器已经感知到增加并实施了足够的限制,以保护放大器免受任何损坏。基于上述,错配容忍度可以决定满足或不满足所需的功率或字段水平。因此,在比较不同制造商的产品时,错配容忍度是需要考虑的一个重要规范,有些制造商使用典型或保护等术语来混淆问题。
图8:最小可用功率
功率放大器
多年来,当讨论微波,高场强电磁兼容性(EMC)辐射敏感性测试时,行波管放大器(twta)是宽频率覆盖和功率的唯一选择。在大多数情况下,twta是成本较低的解决方案,但也有缺点。它们独特的特性允许它们在脉冲模式下使用,这可以降低所需的总平均功率,但最大化其峰值功率,从而进一步降低成本。然而,与固态放大器相比,twta产生高谐波,具有更大的本底噪声,更长的采购交货时间,更长的维修时间和更低的可靠性。一些先进的twta将多个管组合在一起,以减少谐波含量并提高总功率。另一种减少谐波的方法是在放大器输出端使用滤波器。重要的是要记住,总是有与滤波器相关的损耗,必须考虑放大器的功率大小。与滤波器相关的VSWR是另一个考虑因素,它可能导致放大器折叠。
固态脉冲放大器
一种新的、非常有吸引力的替代方案减轻了与脉冲twta相关的困难。固态脉冲放大器现在可以提供与twta相媲美的高功率射频电平。AR的sp系列放大器包括各种频率范围和输出功率水平,以满足多种标准和用户要求。与twta相比,这些固态脉冲放大器具有更高的可靠性、更好的错配容忍度、更好的谐波失真和更好的平均无故障时间(MTBF)。
双频放大器
如果在期望的频带上没有可用的单频带放大器,则采用a双频放大器可能是一个很有吸引力的解决方案。双频放大器由两个放大器组成,它们被组合成一个“盒子”,具有单个I/O接口,RF输入和输出,两个带宽相当于它所取代的两个放大器。这种方法简化了测试设置。
虽然从表面上看,这个系统似乎很简单,但仔细观察这个“盒子”,就会发现一个不同的故事。虽然双频放大器中的两个放大器模块可能共用一个电源,但由于它现在不是由一个,而是由两个复杂的放大器模块组成,因此整个系统变得复杂。
此外,需要额外的RF开关、电缆和连接器,这将对两个放大器的RF输出产生不利影响。额外的元件增加了插入损耗,在较低频率下可能不会出现问题,但在较高频率下可能会造成重大损耗。此外,由于需要从一个频带切换到另一个频带,因此不可能在整个频带上同时产生信号。所以,正如你所看到的,双频放大器有利有弊。
图10和图11分别显示了单频段和双频段放大器的原理图差异。
图10:单波段放大器的基本图
图11:双频放大器的基本图
放大器配件
EMC测试设置中一个经常被忽视的重要部分是配件.与EMC测试相关的成本和时间保证使用高质量的附件。
AR提供配件,拥有经验丰富的销售和工程组织,可为客户提供最佳解决方案。图12和图13分别是辐射和传导射频抗扰度测试装置中使用的附件示例。
图12:典型辐射抗扰度测试装置中使用的组件
图13:典型传导抗扰度测试装置中使用的组件
更多阅读:放大器选择技巧
下一个话题:
指定用于EMC测试的射频/微波功率放大器- HIRF和高频场产生系统