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射频功率放大器常规调试流程

发布时间:2021-01-21             西安安泰仪器维修中心    964

对于10W以上的大功率功率放大器来说,由于大信号仿真模型没有达到一个很高的准确度,管子在大功率的工作状态十分不确定,调试工作的重要性相比于其他射频器件来说,占据的比重更大。

射频功放调试的步骤一般是由以下几步构成:

STEP 1 确定芯片是否损坏

这一步主要是确定板子和管子的基本状态是否正常,首先利用万用表测量一下功放栅极对地、漏极对地的电阻是否正常,确定管子是否损坏;再检查一下电路板的状态,有无虚焊,短路,装配功放管时接地是否做到最好等等。

STEP 2 上电测量

上电,测量漏极电压与栅极电压是否加上,调整漏极电压与栅极电压的值,观察静态电流是否正常(有没有过大或者过小或者出现异常的跳变)。

上电时要注意管子的上电顺序(GaN功放管先栅极再漏极,断电顺序则相反;LDMOS功放管无特殊要求),并且上电时输出端与输入端要连接仪器或者匹配负载。

STEP 3 小信号测量

对矢网进行校准后,将功放输入端接矢网port 1,输出端接衰减器后再接入port 2(设置衰减器补偿),给功放加电,观察S11S21是否满足设计需求,一般功放要求S11在工作频段内低于-10dB,由于矢网可以显示出Smith圆图,因此可以通过理论计算与实际调试,使功放输入驻波达到要求。S21约为设计增益值,且保证带内较为平坦,一般要求增益的最高点落在工作频带中间的范围。再看S21时一定要将显示频率范围尽可能打宽,若S21曲线有异常的尖峰,则可能引起功放自激。在此过程中需对电路进行微调(贴铜箔、割补微带、替换元件值等),直至满足要求。

STEP 4 大信号测量

功放输出端接衰减器后接入频谱仪,设置正确补偿值(只补偿功放后端的线衰和衰减器的衰减)。

将信号源初始输入功率设为很小的值(-20dBm左右),逐渐增大,观察输出功率增大情况以及电流增大情况,直至饱和点(一般为1dB压缩点)。观察频谱仪,记录各次频谱及漏极电流,收集数据,计算饱和输出功率、增益、谐波和效率等指标。

STEP 5 线性度测量

信号源给出调试信号,频谱仪调整至IQ星座图分析模式,根据相关指标观察功放的线性度指标。

若线性度指标不足,尽量调整匹配电容,同时结合调整功放的静态电流。

STEP 6 多块板一致性验证

装配相同的板子,确保PCB板参数一致的情况下性能也能保持一致

STEP 7 高低温试验

对功放板单板进行高低温试验。主要观察其在高低温的情况下会不会出现工作性能的恶化,以及会不会出现自激等故障的现象。

当高低温试验中,功放性能变化较大时,需要对温度补偿电路进行调整;对于高低温试验中的故障现象,尽可能在常温环境中复现然后进行解决。

补充:

1、除了常规指标,对于功放单板来说还有必要去测量其开短路保护性能、温度补偿与过温保护性能、连续发射能力、失配负载状态下功率输出能力等指标

2、电容调试棒调试、射频电缆点测法等等会更好地有助于提高定位问题和调试的效率,平常需要准备些响应的材料

3、功放单板调试完并不能代表高枕无忧,加到整机系统中联调后,可能也会出现诸如瞬态响应等问题,此时需要具体问题具体分析。

 

调试过程中常见问题

问题1:漏极无电流

解决方法:

1、检查电源线连接;

2、馈电电路焊接问题;

3、滤波问题;

4、是否因为操作不当,已经导致功放管损坏。

问题2:漏极电流过大

解决方法:

1、电路是否稳定;

2、检查是否存在短路(注意锡渣);

3、板子是否遭到破坏;

4、是否因为操作不当,已经导致功放管损坏。

问题3S参数不理想

解决方法:

1、由于两路不完全平衡,进行相位补偿。可以采用调试电容棒,在两路分别进行调测。电容棒本身具有两脚,并且和电路接触面积与实际电容的接触面积不同等原因,会存在一定容值偏差所以实际焊接时使用调试值附近的容值进行微调;

2、匹配不够,由于功放管最佳输入输出阻抗带有虚部,而巴伦结构只能变换实部,故需要进行一定的虚部的抵消。

问题4:效率低

解决方法:

1、小信号重新调试

2、注意散热是否可靠,若散热不够不能长时间连续进行大功率信号发射。

问题5:功放自激

解决方法:

1、接地不良好,可以采取增加接地面积或与外壳之间的连接;

2、供给的直流电源滤波不够,造成了其不够干净,此时需要再增加滤波措施;

3、射频信号耦合到了直流电压上,可以在低频线上套磁环,低频线和射频线尽量远离或改变它们的走向;

4、各个放大器之间在某些频率点上失配严重,导致了射频信号的来回反射,这种情况就需要对电路进行重新调整或适当增加匹配之间的隔离。

5、散热不良,随着温度的升高,功放管的内部性能变差造成不稳定。这种情况需要加强散热

6、寄生参数原因造成的功放自激,比如盖上整机外壳之后因为引入寄生参数导致的自激。这种情况需要重新考虑输入输出电路的形式,避免在引入寄生参数以后特性发生严重变形

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