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        射頻功率放大器常規調試流程

        發布時間:2021-01-21             西安安泰儀器維修中心    812

        對于10W以上的大功率功率放大器來說,由于大信號仿真模型沒有達到一個很高的準確度,管子在大功率的工作狀態十分不確定,調試工作的重要性相比于其他射頻器件來說,占據的比重更大。

        射頻功放調試的步驟一般是由以下幾步構成:

        STEP 1 確定芯片是否損壞

        這一步主要是確定板子和管子的基本狀態是否正常,首先利用萬用表測量一下功放柵極對地、漏極對地的電阻是否正常,確定管子是否損壞;再檢查一下電路板的狀態,有無虛焊,短路,裝配功放管時接地是否做到最好等等。

        STEP 2 上電測量

        上電,測量漏極電壓與柵極電壓是否加上,調整漏極電壓與柵極電壓的值,觀察靜態電流是否正常(有沒有過大或者過小或者出現異常的跳變)。

        上電時要注意管子的上電順序(GaN功放管先柵極再漏極,斷電順序則相反;LDMOS功放管無特殊要求),并且上電時輸出端與輸入端要連接儀器或者匹配負載。

        STEP 3 小信號測量

        對矢網進行校準后,將功放輸入端接矢網port 1,輸出端接衰減器后再接入port 2(設置衰減器補償),給功放加電,觀察S11S21是否滿足設計需求,一般功放要求S11在工作頻段內低于-10dB,由于矢網可以顯示出Smith圓圖,因此可以通過理論計算與實際調試,使功放輸入駐波達到要求。S21約為設計增益值,且保證帶內較為平坦,一般要求增益的最高點落在工作頻帶中間的范圍。再看S21時一定要將顯示頻率范圍盡可能打寬,若S21曲線有異常的尖峰,則可能引起功放自激。在此過程中需對電路進行微調(貼銅箔、割補微帶、替換元件值等),直至滿足要求。

        STEP 4 大信號測量

        功放輸出端接衰減器后接入頻譜儀,設置正確補償值(只補償功放后端的線衰和衰減器的衰減)。

        將信號源初始輸入功率設為很小的值(-20dBm左右),逐漸增大,觀察輸出功率增大情況以及電流增大情況,直至飽和點(一般為1dB壓縮點)。觀察頻譜儀,記錄各次頻譜及漏極電流,收集數據,計算飽和輸出功率、增益、諧波和效率等指標。

        STEP 5 線性度測量

        信號源給出調試信號,頻譜儀調整至IQ星座圖分析模式,根據相關指標觀察功放的線性度指標。

        若線性度指標不足,盡量調整匹配電容,同時結合調整功放的靜態電流。

        STEP 6 多塊板一致性驗證

        裝配相同的板子,確保PCB板參數一致的情況下性能也能保持一致

        STEP 7 高低溫試驗

        對功放板單板進行高低溫試驗。主要觀察其在高低溫的情況下會不會出現工作性能的惡化,以及會不會出現自激等故障的現象。

        當高低溫試驗中,功放性能變化較大時,需要對溫度補償電路進行調整;對于高低溫試驗中的故障現象,盡可能在常溫環境中復現然后進行解決。

        補充:

        1、除了常規指標,對于功放單板來說還有必要去測量其開短路保護性能、溫度補償與過溫保護性能、連續發射能力、失配負載狀態下功率輸出能力等指標

        2、電容調試棒調試、射頻電纜點測法等等會更好地有助于提高定位問題和調試的效率,平常需要準備些響應的材料

        3、功放單板調試完并不能代表高枕無憂,加到整機系統中聯調后,可能也會出現諸如瞬態響應等問題,此時需要具體問題具體分析。

         

        調試過程中常見問題

        問題1:漏極無電流

        解決方法:

        1、檢查電源線連接;

        2、饋電電路焊接問題;

        3、濾波問題;

        4、是否因為操作不當,已經導致功放管損壞。

        問題2:漏極電流過大

        解決方法:

        1、電路是否穩定;

        2、檢查是否存在短路(注意錫渣);

        3、板子是否遭到破壞;

        4、是否因為操作不當,已經導致功放管損壞。

        問題3S參數不理想

        解決方法:

        1、由于兩路不完全平衡,進行相位補償。可以采用調試電容棒,在兩路分別進行調測。電容棒本身具有兩腳,并且和電路接觸面積與實際電容的接觸面積不同等原因,會存在一定容值偏差所以實際焊接時使用調試值附近的容值進行微調;

        2、匹配不夠,由于功放管最佳輸入輸出阻抗帶有虛部,而巴倫結構只能變換實部,故需要進行一定的虛部的抵消。

        問題4:效率低

        解決方法:

        1、小信號重新調試

        2、注意散熱是否可靠,若散熱不夠不能長時間連續進行大功率信號發射。

        問題5:功放自激

        解決方法:

        1、接地不良好,可以采取增加接地面積或與外殼之間的連接;

        2、供給的直流電源濾波不夠,造成了其不夠干凈,此時需要再增加濾波措施;

        3、射頻信號耦合到了直流電壓上,可以在低頻線上套磁環,低頻線和射頻線盡量遠離或改變它們的走向;

        4、各個放大器之間在某些頻率點上失配嚴重,導致了射頻信號的來回反射,這種情況就需要對電路進行重新調整或適當增加匹配之間的隔離。

        5、散熱不良,隨著溫度的升高,功放管的內部性能變差造成不穩定。這種情況需要加強散熱

        6、寄生參數原因造成的功放自激,比如蓋上整機外殼之后因為引入寄生參數導致的自激。這種情況需要重新考慮輸入輸出電路的形式,避免在引入寄生參數以后特性發生嚴重變形

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