固态功放(SSPA)厂商历来都一直放言会淘汰行波管功放(TWTA),速调管功放(KPA)。甚至有业界权威早在1980年就已经写文章断言速调管功放最多只有5年的市场。但是直到今天,行波管功放和速调管功放依然有着稳健的市场,足以证明当年的砖家们是多么地臆断。
行波管技术因为其稳定性被持续多年用于工业、地面和太空通信中。当然固态技术这些年的发展也非常快,低功率(200W以下)的功率已经几乎是固态的天下。
在如今的市场中,很大的变革来自于氮化镓(GaN)材料的固态功放。和砷化镓(GaAs)功放类似,GaN固态功放也对行波管功放和速调管功放提出了新的挑战。
本文研究了GaN与管子技术的相对优点,评估了近期声称的优化GaN技术,比较了“类似”基础的技术,并得出关于每种技术最适合的应用的结论。
LLC(CPI)同时生产固态和基于管的放大器(包括GaN固态功放,GaAs固态功放,行波管和速调管功放),所以有资格提供此评估。为了帮助用户在评估放大器技术时做出明智的决定,CPI将提供公平公正的观点,从而让客户可以为特定应用选择最佳放大器技术。
什么是GaN?
固态放大器使用一系列组合场效应管(FET)来放大信号。这些FET由砷化镓或氮化镓制成,它们是复合半导体,共产生8个电子的共价键,产生大的带隙和高电子迁移率。
早在2000年代初,美国军方就开始在电子战和雷达应用中使用GaN场效应管。GaN技术能够在相同的带宽上实现高达GaAs技术五倍的功率,这就可以让源用小功率可以输出更大的效率。GaN场效应管还能在所有当前和计划的卫星频率范围内发射信号。其结果是,GaN的固态功放能够比GaAs FET的输出功率,也能更有效地提高电源利用率。
当它们以与GaAs固态功放完全相同的方式使用时,GaN固态功放本质上更可靠。 然而,大多数GaN固态功放制造商已经决定生产通常具有与GaAs固态功放相似的热裕度的较小的放大器封装。 因此,实际上,GaN的可靠性与GaAs固态功放大致相同。
行波管功放有哪些进展?
自从40年前首次用于卫星通信上行链路以来,行波管功放已经取得了很大的进步。基于地面的行波管最初使用单个集电极,因此需要放大器的封装尺寸大而且效率较低。线性化技术的引入通过增加允许的RF工作点来增强操作主电源效率。现在,线性化器件相对较小,并且集成到放大器外壳中。当引入多级集电极行波管后,这种开发几乎是原来功率效率的三倍。今天,用于卫星通信的所有TWTs都具有多级集电极,从而产生更高效和更小的放大器。
近年来,CPI对TWTAs的发展做出了巨大的贡献。CPI的SuperLinear®TWTAAs的一个重要进步,再次提高了近一倍的效率,使这类放大器技术远远领先于其他技术。 CPI最近还推出了名为LifeExtender™的技术,大大延长了行波管阴极寿命,大大降低了维护成本。
在评估是否使用行波管还是固态功放时,客户在审查产品资料时应谨慎行事,因为许多固态功放厂商制造商通常将其功耗、尺寸和重量与较旧类型的TTA相比较,从而使得自己的产品可以胜出。
速调管功率放大器 – 谁在使用它们?
对于单个收发器来说,速调管是一个很好的选择,它很适用专用的高可靠性的上行链路。目前,速调管最受欢迎的应用是广播和家庭电视。这些应用要求在必要时能够高功率传输以克服临时的高环境射频损耗,如降雨衰减。
速调管功放是窄频的带宽设备(通常小于100MHz,有多个通道来增强灵活性。如今,速调管通常会利用多级集电极来达到最大效率。它们也可以在降低的波束电压下进行操作,这样在低功率的功率下,主功率是守恒的,但是当需要更高的射频功率时,仍然可以提高功率。
重温:选型注意事项+预算
在放大器系统设计阶段,可考虑放大器选择的几个因素。例如,操作环境是否恶劣?应用需要什宽的带宽?预算是多少?操作和维护要求是什么?最重要的是,需要多少线性功率来支持链路。