RF amplifiers: gain budget, linearity and thermal design

Семейство RF-усилителей выбирают по назначению каскада в тракте, а не по максимальному усилению или мощности. Сначала задайте входную и выходную плоскости отсчёта и полный диапазон, затем исключите семейства, не отвечающие требованиям по шуму, линейности, выходу, управлению, питанию, конструкции или охлаждению.

Порядок выбора:

1. LNA: вход приёмника, где важны каскадный коэффициент шума и чувствительность; проверяют блокирование, допустимый вход и устойчивость.
2. Gain block: фиксированное усиление и широкополосное согласование 50 Ом при умеренных требованиях.
3. Драйвер: заданная мощность возбуждения следующего каскада; сравнивают P1dB/OIP3, неравномерность, устойчивость и максимальный вход.
4. Усилитель мощности: конечная RF-мощность; задают среднюю/пиковую мощность, сигнал, back-off, КПД, теплоотвод, рассогласование и защиту.
5. VGA: регулировка уровня; проверяют диапазон, закон управления, время установления и линейность во всех состояниях.

Типовые значения при разных условиях сравнивать нельзя. Нужны частота, смещение, температура, нагрузка, форма сигнала и плоскость измерения. Отсутствие полнополосных данных, режима максимального входа, теплового интерфейса или критериев приёмки является основанием отложить выбор.

Для RFQ: диапазоны, вход min/max, усиление и неравномерность, средняя/пиковая мощность, PAPR и EVM/ACPR/IMD, CW/импульс/модуляция, VSWR, питание и управление, температура основания, охлаждение, корпус, количество и испытания.

CW- и импульсные усилители нельзя выбирать по одной и той же цифре мощности. CW ограничен длительной RF-мощностью, потреблением DC, тепловым путём и долговременной стабильностью. В импульсе важны также пиковые ток/напряжение, длительность, PRF, коэффициент заполнения, фронты, спад, восстановление и защита.

• CW: проверяют номинал при заданных частоте, температуре основания/среды и охлаждении после теплового установления.
• Импульс: измеряют всю огибающую; фиксируют длительность, PRF, заполнение, управление, droop и восстановление.
• Модуляция: добавляют полосу, PAPR и EVM/ACPR либо спектральную маску.
• Рассогласование: задают VSWR, фазу, длительность и допустимую реакцию защиты.

Пример: 100 Вт CW при условном КПД DC-RF 40 % требуют около 250 Вт DC и отвода примерно 150 Вт тепла. Импульс 1 кВт при заполнении 10 % также даёт 100 Вт средней RF-мощности, но питание, транзистор и согласующая цепь испытывают пик 1 кВт и термоциклы.

Не принимайте номинал без формы сигнала, частоты, температуры, охлаждения, импульсных условий и плоскости измерения. В RFQ укажите среднюю/пиковую мощность, длительность, PRF, заполнение, PAPR, линейность, пакет, VSWR, переходный ток, охлаждение и приёмочный тест.