固态功率放大器（SSPA）
2021-11-02 12:54:21 点击：
固态功率放大器（SSPA）的制造商一直表示将淘汰行波管功率放大器（TWTA）和速调管功率放大器（KPA）。一些行业权威甚至早在1980年就有文章，断言速调管放大器上市最多只有5年。但时至今日，行波管功放和速调管功放依然拥有旺盛的市场，足以证明当年的砖头是多么的猜想。
行波管技术因其稳定性在工业、地面和空间通信中应用多年。当然，固态技术这几年的发展也是很快的，小功率（200W以下）的功率几乎是固态的。
在今天的市场上，一个很大的变化来自氮化镓（GaN）材料的固态功率放大器。与砷化镓 (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。
本文考察了 GaN 和管技术的相对优势，评估了最近声称的优化 GaN 技术，比较了“相似”的基本技术，并得出了关于每种技术最合适的应用的结论。
LLC（CPI）同时生产固态和管基放大器（包括GaN固态功率放大器，GaAs固态功率放大器，行波管和速调管功率放大器），因此有资格提供此评估。为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，以便客户可以为特定应用选择最佳放大器技术。
什么是氮化镓？
固态放大器使用一系列组合场效应晶体管 (FET) 来放大信号。这些 FET 由砷化镓或氮化镓制成，它们是化合物半导体，可产生 8 个电子的共价键，从而产生大的带隙和高电子迁移率。
早在2000年代初，美军就开始在电子战和雷达应用中使用GaN场效应晶体管。在相同带宽下，GaN 技术可以实现高达 GaAs 技术五倍的功率，这使得源能够以低功率输出更高的效率。 GaN FET 还可以在所有当前和计划的卫星频率范围内传输信号。因此，GaN固态功率放大器比GaAs FETs可以输出功率，也可以更有效地提高功率利用率。
当它们以与 GaAs 固态功率放大器完全相同的方式使用时，GaN 固态功率放大器本质上更可靠。然而，大多数 GaN 型固态功率放大器的制造商已决定生产较小的放大器封装，这些封装通常具有与 GaAs 固态功率放大器相似的热容限。因此，实际上GaN的可靠性与GaAs固态功率放大的可靠性是一样的。
行波管放大器有哪些发展？
自40年前首次用于卫星通信上行以来，行波管放大器取得了长足的进步。地基行波管最初采用单集电极，因此要求放大器封装尺寸大，效率低。线性化技术的引入通过增加允许的射频工作点来提高工作主电源的效率。现在，线性化设备相对较小并集成到放大器外壳中。当引入多级集热器行波管时，这种发展几乎是原来功率效率的三倍。今天，所有用于卫星通信的 TWT 都具有多级收集器，从而产生更高效和更小的放大器。
近年来，CPI为TWTA的发展做出了巨大贡献。 CPI 的 SuperLinear®TWTAA 的一项重要进步再次将效率提高了近一倍，使这种放大器技术遥遥领先于其他技术。 CPI 最近还推出了一项名为 LifeExtender™ 的技术，该技术大大延长了行波管阴极的使用寿命，并大大降低了维护成本。
客户在评估是否使用行波管或固态功放时，在查看产品信息时应谨慎行事，因为许多固态功放制造商通常会将其功耗、尺寸和重量与旧型号的TTA进行比较，因此他们的产品可以获胜。
速调管功率放大器-谁在使用它们？
对于单个收发器，速调管是一个不错的选择，非常适合专用的高可靠上行链路。目前，速调管最流行的应用是收音机和家庭电视。这些应用在必要时需要高功率传输，以克服临时的高环境射频损耗，例如雨衰。
速调管放大器是窄带宽器件（通常小于 100MHz，具有多个通道以增加灵活性。现在，速调管通常使用多级集电极来实现最大效率。它们也可以在降低的束电压下工作，以便在低功率时，主功率被保存，但当需要更高的射频功率时，仍然可以增加功率。
重温：选型考虑+预算
在放大器系统设计阶段，可以考虑放大器选择的几个因素。例如，操作环境是否恶劣？应用程序需要多少带宽？预算是多少？有哪些运维要求？最重要的是需要多少线性功率来支持链路。
行波管技术因其稳定性在工业、地面和空间通信中应用多年。当然，固态技术这几年的发展也是很快的，小功率（200W以下）的功率几乎是固态的。
在今天的市场上，一个很大的变化来自氮化镓（GaN）材料的固态功率放大器。与砷化镓 (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。
本文考察了 GaN 和管技术的相对优势，评估了最近声称的优化 GaN 技术，比较了“相似”的基本技术，并得出了关于每种技术最合适的应用的结论。
LLC（CPI）同时生产固态和管基放大器（包括GaN固态功率放大器，GaAs固态功率放大器，行波管和速调管功率放大器），因此有资格提供此评估。为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，以便客户可以为特定应用选择最佳放大器技术。
什么是氮化镓？
固态放大器使用一系列组合场效应晶体管 (FET) 来放大信号。这些 FET 由砷化镓或氮化镓制成，它们是化合物半导体，可产生 8 个电子的共价键，从而产生大的带隙和高电子迁移率。
早在2000年代初，美军就开始在电子战和雷达应用中使用GaN场效应晶体管。在相同带宽下，GaN 技术可以实现高达 GaAs 技术五倍的功率，这使得源能够以低功率输出更高的效率。 GaN FET 还可以在所有当前和计划的卫星频率范围内传输信号。因此，GaN固态功率放大器比GaAs FETs可以输出功率，也可以更有效地提高功率利用率。
当它们以与 GaAs 固态功率放大器完全相同的方式使用时，GaN 固态功率放大器本质上更可靠。然而，大多数 GaN 型固态功率放大器的制造商已决定生产较小的放大器封装，这些封装通常具有与 GaAs 固态功率放大器相似的热容限。因此，实际上GaN的可靠性与GaAs固态功率放大的可靠性是一样的。
行波管放大器有哪些发展？
自40年前首次用于卫星通信上行以来，行波管放大器取得了长足的进步。地基行波管最初采用单集电极，因此要求放大器封装尺寸大，效率低。线性化技术的引入通过增加允许的射频工作点来提高工作主电源的效率。现在，线性化设备相对较小并集成到放大器外壳中。当引入多级集热器行波管时，这种发展几乎是原来功率效率的三倍。今天，所有用于卫星通信的 TWT 都具有多级收集器，从而产生更高效和更小的放大器。
近年来，CPI为TWTA的发展做出了巨大贡献。 CPI 的 SuperLinear®TWTAA 的一项重要进步再次将效率提高了近一倍，使这种放大器技术遥遥领先于其他技术。 CPI 最近还推出了一项名为 LifeExtender™ 的技术，该技术大大延长了行波管阴极的使用寿命，并大大降低了维护成本。
客户在评估是否使用行波管或固态功放时，在查看产品信息时应谨慎行事，因为许多固态功放制造商通常会将其功耗、尺寸和重量与旧型号的TTA进行比较，因此他们的产品可以获胜。
速调管功率放大器-谁在使用它们？
对于单个收发器，速调管是一个不错的选择，非常适合专用的高可靠上行链路。目前，速调管最流行的应用是收音机和家庭电视。这些应用在必要时需要高功率传输，以克服临时的高环境射频损耗，例如雨衰。
速调管放大器是窄带宽器件（通常小于 100MHz，具有多个通道以增加灵活性。现在，速调管通常使用多级集电极来实现最大效率。它们也可以在降低的束电压下工作，以便在低功率时，主功率被保存，但当需要更高的射频功率时，仍然可以增加功率。
重温：选型考虑+预算
在放大器系统设计阶段，可以考虑放大器选择的几个因素。例如，操作环境是否恶劣？应用程序需要多少带宽？预算是多少？有哪些运维要求？最重要的是需要多少线性功率来支持链路。
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