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/疲pi勞lao甚shen至zhi是shi戰zhan略lve性xing電dian子zi攻gong擊ji的de產chan物wu。任ren何he可ke能neng遇yu到dao高gao功gong率lv射she頻pin和he微wei波bo能neng量liang的de關guan鍵jian係xi統tong都dou必bi須xu仔zai細xi設she計ji，並bing通tong過guo為wei最zui大da潛qian在zai功gong率lv水shui平ping指zhi定ding的de組zu件jian進jin行xing支zhi持chi。其qi他ta問wen題ti，例li如ruRF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(shi)RF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

 

由(you)於(yu)每(mei)個(ge)適(shi)配(pei)器(qi)和(he)終(zhong)端(duan)都(dou)會(hui)引(yin)入(ru)不(bu)必(bi)要(yao)的(de)插(cha)入(ru)損(sun)耗(hao)和(he)反(fan)射(she)，因(yin)此(ci)仔(zai)細(xi)選(xuan)擇(ze)正(zheng)確(que)的(de)組(zu)件(jian)可(ke)以(yi)防(fang)止(zhi)不(bu)必(bi)要(yao)的(de)信(xin)號(hao)降(jiang)級(ji)並(bing)可(ke)能(neng)對(dui)敏(min)感(gan)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)造(zao) 適shi配pei器qi和he終zhong端duan有you多duo種zhong形xing式shi，通tong常chang是shi同tong軸zhou或huo波bo導dao，用yong於yu高gao功gong率lv應ying用yong。另ling外wai，適shi配pei器qi可ke能neng更geng複fu雜za
，因yin為wei適shi配pei器qi任ren一yi端duan的de尺chi寸cun和he類lei型xing可ke能neng不bu同tong。此ci外wai，適shi配pei器qi本ben身shen可ke能neng引yin入ru轉zhuan彎wan或huo彎wan曲qu。

 

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RF能neng量liang
，而er不bu會hui產chan生sheng任ren何he不bu需xu要yao的de信xin號hao失shi真zhen或huo反fan射she。有you固gu定ding和he可ke變bian衰shuai減jian器qi。對dui於yu大da多duo數shu極ji高gao功gong率lv應ying用yong，固gu定ding衰shuai減jian器qi更geng常chang見jian。像xiang終zhong結jie器qi一yi樣yang，它ta們men可ke以yi是shi波bo導dao或huo同tong軸zhou的de。另ling外wai，衰shuai減jian器qi也ye可ke以yi是shi不bu同tong尺chi寸cun的de同tong軸zhou連lian接jie器qi尺chi寸cun的de適shi配pei器qi
，盡jin管guan這zhe很hen少shao用yong波bo導dao連lian接jie器qi完wan成cheng。

 

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

 

youyulvboqikeyizuoweipindaixuanzexingshuaijianqihuodaiwaixinhaodefansheqi，kaolvdaoshangyoudianzishebeideleixinghejinrulvboqidexinhaoshibiyaode。xishoulvboqijiangcongdaiwaixinhaozhongxishouRF能量並將其轉換為熱量。其中
，反射濾波器將RFnengliangzhongdingxianghuiyuan。zhezhongleixingdelvboqikenengyouyuguogonglvhuoguodianyaersunhuaimingandeshangyoudianzishebei。genjulvboqijishuhejiegou，lvboqidegonglvchulinenglitongchanggaoduyilaiyupinlv。

 

與大多數RF和he微wei波bo組zu件jian一yi樣yang，較jiao高gao頻pin率lv組zu件jian的de功gong率lv閾yu值zhi低di於yu其qi低di功gong率lv組zu件jian。濾lv波bo器qi的de相xiang對dui尺chi寸cun和he材cai料liao將jiang對dui功gong率lv和he頻pin率lv限xian製zhi產chan生sheng重zhong大da影ying響xiang。濾lv波bo器qi的de通tong帶dai自zi然ran地di略lve微wei衰shuai減jian信xin號hao，因yin此ci在zaiRF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/振zhen動dong
，也ye可ke以yi暫zan時shi降jiang低di部bu件jian的de功gong率lv和he熱re處chu理li能neng力li。在zai鹽yan霧wu，溫wen度du和he機ji械xie應ying力li測ce試shi台tai中zhong對dui高gao功gong率lv元yuan件jian進jin行xing徹che底di測ce試shi通tong常chang用yong於yu驗yan證zheng某mou些xie應ying用yong的de極ji端duan情qing況kuang下xia的de元yuan件jian設she計ji。

 

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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