【技术大神】微波组件环境适应性问题分析及经验分享

时间： 2019-08-29 来源：技术大神活动文章

技术问答

随着电子设备应用范围的不断扩展，要求微波组件能够适应严酷的外部环境，而使用合适的微波板材能够有效的提高微波组件的环境适应性。本文即通过简要分析一个功放组件电路，分享微波板材的工程应用经验。

电路分析及经验分享
耦合电路能够将输入端的微波功率平均地分配到各输出端口，且差损较小。在设计微波功率放大组件时使用3dB耦合电路进行功率合成（如图1），以提高增益及输出功率。

图1：功率放大原理框图

功放原理框图中的3dB耦合是使用微波板材制作的微带电路如图2所示。

图2：耦合微带电路

测试耦合电路的特性曲线，使用耦合电路进行功率合成后扫描功率得到如图3所示曲线图。

图3：耦合电路特性曲线及合成功率曲线

常温下用3dBm的微波信号激励功放组件，输出功率满足指标要求。但在低温环境下出现功率明显下降的现象。

图4：常温与低温功率扫描

在低温环境下调试3dB耦合器可以提高功率，但常温恢复后功率不正常，反复试验若干个轮回后，仍然不能同时满足常温和低温的指标要求。功放组件的原理没有问题，再从物料中查找问题产生的原因。查阅功放管的实验数据，其在低温下的增益变化小于0.5dB，功放管的增益变化不是功率下降的主因。测试常温与低温下耦合电路得到如图5的特性曲线.

图5：常温与低温下耦合电路的特性曲线

图中的数据表明，在低温环境下3dB耦合电路输出端口的特性曲线发生了较大的偏移。进一步测试常温与低温下功放组件的增益特性得到图6曲线。

图6：常温与低温下功放增益曲线

通过实验数据可以清晰地看到，功放组件的功率低温下功率下降的主要原因是功放组件中的3dB耦合器的特性在低温下发生了漂移。为保证微波功放组件具有良好的环境适应性，需要尽量减小微波板材介电常数在环境温度下的漂移量。查阅实现耦合电路的微波板材资料，其中介电常数的热变化率是与环境温度相关的指标。目前使用的板材介电常数的热变化率为-262ppm/℃。板材的介电常数在环境温度下变化较大。因此选择一种介电常数随温度漂移量小的微波板材进行微波组件的设计是解决问题的最佳选择。

笔者在综合了多方数据后，选择了ROGERS公司的碳氢化合物陶瓷材料微波板材TMM 6碳氢化合物陶瓷。该板材具有极低的介电常数随温度变化率，介电常数热变化率为-11ppm/℃，温度对其介电常数的影响很小，在严酷环境下同样具有稳定的电气特性，满足功放组件的设计需求。将组件中的微波板材更换为TMM 6碳氢化合物陶瓷，测试环境温度对电路的影响，得到如图7的电路特性曲线。

图7：常温与低温下TMM6板材耦合电路特性曲线

既然耦合电路特性曲线在环境温度下变化不大，紧接着又测试功放组件的增益，得到图8曲线。

图8：功放增益曲线

发现环境温度下功放增益的中心频率几乎没有漂移。最后扫描功率曲线如图9，变化也不大。

图9：功放组件功率曲线

综上，最终功放组件在低温下功率下降的问题得到解决，在低温下性能指标变化均在可接受范围内。同时组件的环境适应性也有了明显的提高，减小了调试的工作量。

总结
微波板材是实现微波组件的基本材料，其在严酷环境下的电气稳定性对组件的环境适应性有着直接的影响，在组件设计时合理地应用微波板材常常能够获得事半功倍的效果。

作者：两星镶月

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全部评论（191）

陈大爷 Lv4 资深工程师 2018-11-26

世强文章《【技术大神】微波组件环境适应性问题分析及经验分享》写的好，按照这个说法我觉得RO3003更好，因为介点常数变化为正11，而且正切损耗更好，出来的耦合器损耗更低，是不是应该更适用于功放，不知道尝试过没有，若有不对，请指正！
- g1225jianmin_世强回复：鉴于RO3003的介电常数与TMM6的介电常数相差较大，在整体设计中可能面临其他问题，需要符合设计初衷，技术大神的文章均已实际项目设计案例为背景，具有极强的实用性，欢迎各位技术大神多参与分享。
  查看全部1条回复
北冥之鲲 Lv8 2019-01-14

TMM系列是宇航级材料，成本较高，低成本温漂系数小的材料可以参考RO4003C。
北冥之鲲 Lv8 2018-12-21

TMM系列板材温漂系数比较小，介电常数最高可以达到13，适用于使用温度变化范围比较大的应用,例如宇航级。
plhust Lv7. 资深专家 2020-07-30

挺好
文定 Lv5. 技术专家 2019-01-23

学习

独角兽 Lv9. 科学家 2019-01-23

不错
文宣 Lv7. 资深专家 2019-01-22

学习了
AUTOSAR Lv4. 资深工程师 2019-01-20

是这样的
MangoHoHo Lv7. 资深专家 2019-01-20

学习了
小马过河 Lv3. 高级工程师 2019-01-19

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