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(dá)到一個很高的準(zhǔn)確度,管子在大功率的工作狀態(tài)十分不確定,調(diào)試工作的重要性相比于其他射頻器件來說,占據(jù)的比重更大。
射頻功放調(diào)試的步驟一般是由以下幾步構(gòu)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(tài)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(tài),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(diào)整漏極電壓與柵極電壓的值,觀察靜態(tài)電流是否正常(有沒有過大或者過小或者出現(xiàn)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(fù)載。
STEP 3 小信號測量
對矢網(wǎng)進(jìn)行校準(zhǔn)后,將功放輸入端接矢網(wǎng)port 1,輸出端接衰減器后再接入port 2(設(shè)置衰減器補(bǔ)償),給功放加電,觀察S11和S21是否滿足設(shè)計(jì)需求,一般功放要求S11在工作頻段內(nèi)低于-10dB,由于矢網(wǎng)可以顯示出Smith圓圖,因此可以通過理論計(jì)算與實(shí)際調(diào)試,使功放輸入駐波達(dá)到要求。S21約為設(shè)計(jì)增益值,且保證帶內(nèi)較為平坦,一般要求增益的最高點(diǎn)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?qū)?,?/span>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(jìn)行微調(diào)(貼銅箔、割補(bǔ)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(shè)置正確補(bǔ)償值(只補(bǔ)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(shè)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(diǎn)(一般為1dB壓縮點(diǎn))。觀察頻譜儀,記錄各次頻譜及漏極電流,收集數(shù)據(jù),計(jì)算飽和輸出功率、增益、諧波和效率等指標(biāo)。
STEP 5 線性度測量
信號源給出調(diào)試信號,頻譜儀調(diào)整至IQ星座圖分析模式,根據(jù)相關(guān)指標(biāo)觀察功放的線性度指標(biāo)。
若線性度指標(biāo)不足,盡量調(diào)整匹配電容,同時結(jié)合調(diào)整功放的靜態(tài)電流。
STEP 6 多塊板一致性驗(yàn)證
裝配相同的板子,確保PCB板參數(shù)一致的情況下性能也能保持一致
STEP 7 高低溫試驗(yàn)
對功放板單板進(jìn)行高低溫試驗(yàn)。主要觀察其在高低溫的情況下會不會出現(xiàn)工作性能的惡化,以及會不會出現(xiàn)自激等故障的現(xiàn)象。
當(dāng)高低溫試驗(yàn)中,功放性能變化較大時,需要對溫度補(bǔ)償電路進(jìn)行調(diào)整;對于高低溫試驗(yàn)中的故障現(xiàn)象,盡可能在常溫環(huán)境中復(fù)現(xiàn)然后進(jìn)行解決。
補(bǔ)充:
1、除了常規(guī)指標(biāo),對于功放單板來說還有必要去測量其開短路保護(hù)性能、溫度補(bǔ)償與過溫保護(hù)性能、連續(xù)發(fā)射能力、失配負(fù)載狀態(tài)下功率輸出能力等指標(biāo)
2、電容調(diào)試棒調(diào)試、射頻電纜點(diǎn)測法等等會更好地有助于提高定位問題和調(diào)試的效率,平常需要準(zhǔn)備些響應(yīng)的材料
3、功放單板調(diào)試完并不能代表已經(jīng)完好,加到整機(jī)系統(tǒng)中聯(lián)調(diào)后,可能也會出現(xiàn)諸如瞬態(tài)響應(yīng)等問題,此時需要具體問題具體分析。
調(diào)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?yàn)椴僮鞑划?dāng),已經(jīng)導(dǎo)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(wěn)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?yàn)椴僮鞑划?dāng),已經(jīng)導(dǎo)致功放管損壞。
問題3:S參數(shù)不理想
解決方法:
1、由于兩路不*平衡,進(jìn)行相位補(bǔ)償??梢圆捎谜{(diào)試電容棒,在兩路分別進(jìn)行調(diào)測。電容棒本身具有兩腳,并且和電路接觸面積與實(shí)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(shí)際焊接時使用調(diào)試值附近的容值進(jìn)行微調(diào);
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(jié)構(gòu)只能變換實(shí)部,故需要進(jìn)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(diào)試
2、注意散熱是否可靠,若散熱不夠不能長時間連續(xù)進(jìn)行大功率信號發(fā)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(huán),低頻線和射頻線盡量遠(yuǎn)離或改變它們的走向;
4、各個放大器之間在某些頻率點(diǎn)上失配嚴(yán)重,導(dǎo)致了射頻信號的來回反射,這種情況就需要對電路進(jìn)行重新調(diào)整或適當(dāng)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(nèi)部性能變差造成不穩(wěn)定。這種情況需要加強(qiáng)散熱
6、寄生參數(shù)原因造成的功放自激,比如蓋上整機(jī)外殼之后因?yàn)橐爰纳鷧?shù)導(dǎo)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(shù)以后特性發(fā)生嚴(yán)重變形。
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