Современные СВЧ модули с высокой мощностью и высокой эффективностью. Часть 1

Современные твердотельные усилители совсем не такие, какими были твердотельные усилители 90х, то же самое можно сказать и о современных лампах бегущей волны. За последние годы твердотельные усилители были усовершенствованы за счет новых доступных теперь материалов – включая устройства из нитрида галлия (GaN). Хотя ЛБВ преподносятся как более зрелая технология, это не значит, что производители ЛБВ не используют инновации в своих производственных процессах и разработках. В действительности производители ЛБВ внедряют серьезные усовершенствования в эффективность, надежность и дизайн устройств, для которых длительность жизни и надежность являются критичными. Некоторые ЛБВ производители постоянно работают над увеличением выходной мощности, увеличением ширины полосы пропускания и повышением частот за пределами Ка-диапазона.

Современные МРМ обладают абсолютным преимуществом как перед твердотельными усилителями, так и перед лампами бегущей волны за счет объединения этих технологий в компактном легком по весу корпусе. Путь радиочастотного сигнала состоит из твердотельного усилителя и коротковолнового ЛБВ усилителя (обычно длиной около 7 дюймов или короче), специально разработанных для использования с источником питания низкого напряжения. Снижение усиления, которое происходит из-за сокращения длины спирали ЛБВ, компенсируется за счет работы твердотельного усилителя, что приводит к сохранению усиления в радиочастотной цепи. В этом типе разработок в полной мере используются способность работы при заданной мощности, пропускная способность, эффективность и теплоустойчивость ЛБВ. Проверенные в эксплуатации МРМ предлагают следующие преимущества:

• Общая эффективность выше 35% (обычно)
• Диапазон рабочих температур -55°C до +75°C
• Характеристики паразитного и фазового шума
• Высота до 70К футов
• Как непрерывное, так и импульсное приложение
• Широкие возможности полосы
• Низкая плотность мощности шумов
• Самые надежные МРМ также были полностью одобрены для работы в очень суровых условиях окружающей среды в устройствах для воздушного, морского и наземного применения.

Основные усовершенствования эффективности современных МРМ

Оборонные подрядчики продолжают разрабатывать МРМ, которые обеспечивают удвоение (и даже больше) выходной мощности предыдущих версий. Недавно на рынок вышли самые последние МРМ, обеспечивающие 200 ватт как импульсной, так и непрерывной волновой РЧ мощности в диапазоне частот от 6 до 18 ГГц (44% эффективность на 9,5ГГц). Такие характеристики были практически невероятными десять лет назад. В 2018 году на Международном симпозиуме АОС dB Control продемонстрировали высокоэффективный X-Band МРМ (модель dB-3756HE). Общая эффективность в этом новом МРМ практически удвоилась по сравнению с оригинальным дизайном. В дополнение к улучшению эффективности этот МРМ теперь способен работать с рабочим циклом 15% (что тоже вдвое лучше, чем у предыдущей версии) и производить 1кВ выходной мощности. 

Обычная выходная мощность против частоты – это еще один критический параметр для современных МРМ (Рис.2). При хорошем исполнении результатом являются высокоэффективные ЛБВ и HVPS (МРМ), которые могут обеспечить сотни ватт энергии при минимальном потреблении исходной мощности. 6-18ГГц пример МРМ, приведенный выше, выдает 300 ватт мощности непрерывного излучения (CW) на 9,5ГГц, а потребляет только около 675 ватт исходной мощности.