[原创] 《任性DIY》浅谈射频功放到设计制作

RF-刘海石   2016-6-18 18:06 楼主
我好久好久没来分享技术文章了,最近总是出差,刚刚在北戴河逛了几天,回到南京,感觉被放到蒸笼里面一样。先晒几张出差玩的照片
未命名.JPG
北方特别的凉爽。。。面朝大海。。。。。。。。。。。


最近我自己在做一款射频功放。做出来也就是一款产品了。谈到功放,大家都不陌生,就是把信号放大最后经过天线发射出去,但是目前射频这一块,把功放单独拿出来算是一个类目,功放说起来很简单,但是做起来要考虑的事情太多了,我以前也做过不少的功放,但是都是小功率的,窄带;不超过10W的功率,相对来说还好做一点。我自己把功放分下类不是按照什么工作点来分类的,是按照难易程度分类,目前功放可以分为宽带功放,和窄带功放如下图所示:
标图.jpg

其实在这里面还能分类,分为线性功放和非线性功放,随着现在的数字调制技术的发展,对功放的要求也是很苛刻的。有些是是多载波信号(OFDM),这个就对功放的要求比较严格,必须要使用线性功放。目前国内做的线性功放多数都是功率回退。直接导致功放的效率很低,只有10%左右,这个我目前也做研制。非线性的还好做一点。
功放这东西很多人都不愿意去做,辐射太大,尤其是没有结婚的,女的就不用说了,更少了,但是不包括没有女人做功放,长期在大功率辐射下对生育很大影响。哈哈。。。大家都懂。。。
话又说回来,大功率的功放利润也是可嘉的。如果想拿命换钱的童鞋,赶快去研制大功率功放,一定能赚到钱。。。。
言归正传,我目前做了一款700MHz左右的50W功放,功率也不算大。这个也是我第一次开始摸索大功率的东西,以前都是在10W一下。我有个习惯也是坏毛病吧,我特别不喜欢与人交流,总是喜欢自己一个人摸索,我感觉在如今的社会里,还是自己摸索吧,你要去请教人,最后还牵扯到一些利益问题。除非是很不错的朋友。但是我也不喜欢去问。还不如自己去摸索,自己摸索出来的永远是自己的,一辈子也不会忘记的。

我的功放技术参数(目前做的版本)

频率       750MHz---760MHz
调制方式    FM CW波)
输入功率    0dbm
增益       47db
输出功率    47dbm50W
带内平坦度  ±0.5db
杂散          -60dbc
P1dB         47dbm
谐波抑制 不加滤波器,奇次谐波>15dbc,偶次谐波>30dbc
IMD3         -30dbc
工作电压     28V (单电源)
电流       4A(实际调试3.5A左右)
功放保护要求
具有增益调节功能
PTT功能
驻波保护功能
温度检测及保护功能
正向功率检测功能
以上是具体的技术指标及要求。

下面是我采用的方案,以下有些涉及到商业问题,我就略过。请大家理解,主要是提供方案给大家,具体的排版和仿真我就略过了,这也是给大家自己发挥的机会,如果直接拿去,就失去意义了,我的目的是大家一起动脑一起动手这才是真正的目的。比如指标就这么提出来了,你想想怎么做呢!
方案:
555.jpg
这个就是整个功放系统的框图,其实有了这个图,所有的功放几乎都是差不多了,只是功放部分不一样。剩下都一样。
我采用的是飞思卡尔的管子,也有很多,例如infineon公司的,NXP的,ST公司的,富士通公司的,很多很多。我比较喜欢用飞思卡尔的功放管。这个管子还提供ADS模型,用起来比较方便。
接下来是我DIY开始。
这个功放我一共分为三个阶段,为调试版,升级版,最终版。
先从我的调试版说起,

调试版比较简单,而且都是分立的模块,主要就是验证能不能实现。可以实现直接去pcb。结果我的调试版很顺利的就是通过了调试,测试结果如下
1.jpg
我的工作台,三个字,脏、乱、差。
2.jpg
输入5dbm,前面有增益可调节的,根据电压不同增益不同,现在是5V控制电压。
3.jpg
输出为22.46dbm 因为频谱仪前端有25db的衰减器。计算25+22.46=47.46dbm
经过计算输出为55.7W,所以调试版基本ok!坐等升级版。

中间还有个插曲,我做了个长时间通电,刚刚通电30分钟。我直接用大拇指去按散热块了,直接一层皮烫白了。。。
4.jpg
看来不用风扇吹是不行滴。。。。下面升级版一定要用风扇吹。。。
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升级版

首先打样回来
8.jpg
辛苦了整整一个晚上,把pcb画出来了,虽然难看,先将就看看调试结果再说。

接下来考虑安装问题。还是在调试版的基础上重新打孔攻丝。说干就干。。。
1.jpg
打孔,攻丝,看我我以后也可以从事急哦钳工的工作了,哈哈哈。。。。
2.jpg
刚刚好,完全合适。孔位一点也不差,接下来就是把上面的器件补齐。
3.jpg
升级版,补齐器件后,完整的功能。

开始测试
4.jpg
我也搞不懂,我的工作台总是那三个字,,,,,,,呵呵呵。。。。。。。
测试结果

5.jpg
测试结果22.45dbm
同样频谱仪输入加了25db的衰减器,
25+22.45=47.45dbm55W

看来升级版也顺利通过了,明天带到公司,用公司的仪器测试下啊。(偷偷地,大家懂得)。
6.jpg
在公司测试
7.jpg

最终测试结果显示46.9dbm50W)。这个与前面用频谱仪测试的结果有区别,可能是两种仪器的检波方式不一样。所以测试的结果有所不同(我猜测)。要么就是仪器不同,稍稍有所差异有0.4db的差异。也有可能是这个仪器比较老了。存在误差,这个就不纠结了,完全满足的。
至于后面的其他指标我会慢慢来测试的,IMD3,还有谐波之类的,我会后面测试的。还有我前面的所说的功能,我全部测试了,都能实现,大功率的功放主要就是驻保护功能,我测试,把功放的输出端开路,控制部分马上就把电源断开,驻波保护端输出高电平,驱动LED之类的器件。
温度保护功能,也实现了,到达70多度的时候功放也是自动就不工作了,防止温度过高损坏功放管。
这次我用了个大的风扇一直吹,效果很好,我摸了摸散热块,也就是40度左右(长时间工作)。
到此为止这个功放几乎就都实现了,坐等最终版!!!机加工CNC做个精致的外壳,人靠衣服马靠鞍,同样的道理,有了外壳遮挡下,会漂亮点哈哈哈。。。
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最终版


2.jpg
穿上衣服了。。。。。
3.jpg
我自己感觉都漂亮了。。。。
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心得体会
这个也是我第一次,做大功率的功放,从中收获了很多,从功放的选型,到排版布局,仿真等,都有所提高。只要用心去钻研肯定会有所收获的,我相信还是肯付出,会有回报,不付出一定没有回报,我在这个产品中,也发过火,甚至都哭了,想放弃了,在调节第二级推动的时候,总是烧管子,我选得是TriQuint公司的管子,这个公司的管子都比较贵,所以烧的不是芯片,是钱啊!!!。。。。。这都是我辛苦的工资。一连烧了4片。600块就没了,我真的想放弃了。第二天想想既然做到这了,一定要坚持下去,之后静下心来慢慢的调,最后稳定了,不管什么产品什么项目,背后都有不为人知的心酸。看着很简单的东西,也要去动手做,才知道简单、容易。
总结下,要搞大功率的器件,真的太烧钱了,我朋友说他也在搞功放,一个管子2000多。一晚上烧了5个。都是匹配不好,长时间工作,导致的。大功率的衰减器,大的吓人,大功率功放对身体百害无一利。最主要是利润!!!

接下里我去挑战下短波宽带功放,例如2---100MHz50W的功率。

功放的难点就是增益高,会自激,所以放大器级间匹配一定要做好,尤其是末端,一定要做好匹配,否则就会烧管子(钱),现在的功放都是28V或者50V供电,所以电源一定要设置好,免得上电,就把功放管击穿,这个我也遇到过的。

解决上述的问题就是:耐心+时间+经验=成功


地址:江苏省南京市雨花台区 淘宝店铺:http://shop60936514.taobao.com/?spm=2013.1.0.0.4lAmV3 本小店都是自主研发,低噪放、小功率功放、混频器、LC滤波器、

回复评论 (13)

点赞  2016-6-18 21:10
楼主自己的仪器 棒棒的
点赞  2016-6-19 07:13
楼主赶紧生娃吧
So TM what......?
点赞  2016-6-19 13:40
设备齐全啊
点赞  2016-6-19 22:57
引用: ljj3166 发表于 2016-6-19 13:40
楼主赶紧生娃吧

是的。生完就没有负担了,哈哈,,,,,
地址:江苏省南京市雨花台区 淘宝店铺:http://shop60936514.taobao.com/?spm=2013.1.0.0.4lAmV3 本小店都是自主研发,低噪放、小功率功放、混频器、LC滤波器、
点赞  2016-6-19 23:15
这里做射频的少,提点小建议,注意腔体隔离,腔板下可以打地pad孔,增加隔离度。想受辐射小点,盖板调试,指标不仅跟最终一致性更好,辐射又小。我接触到做功放的男女都有,生孩子及性别没见到有什么影响,主要是工作中注意对自己的保护,还有打算要孩子的时候尽量就不调了。
点赞  2016-6-20 09:54
引用: icemood1984 发表于 2016-6-20 09:54
这里做射频的少,提点小建议,注意腔体隔离,腔板下可以打地pad孔,增加隔离度。想受辐射小点,盖板调试, ...

多谢多谢。。。。
地址:江苏省南京市雨花台区 淘宝店铺:http://shop60936514.taobao.com/?spm=2013.1.0.0.4lAmV3 本小店都是自主研发,低噪放、小功率功放、混频器、LC滤波器、
点赞  2016-6-20 10:04
只对你最终版的铝合金外壳非常感兴趣
因为其他部分俺根本看不懂
好吧。。。鼓励分送上 笑纳
点赞  2016-6-20 11:49
引用: cardin6 发表于 2016-6-20 11:49
只对你最终版的铝合金外壳非常感兴趣
因为其他部分俺根本看不懂
好吧。。。鼓励分送上 笑纳

多谢多谢。。。
地址:江苏省南京市雨花台区 淘宝店铺:http://shop60936514.taobao.com/?spm=2013.1.0.0.4lAmV3 本小店都是自主研发,低噪放、小功率功放、混频器、LC滤波器、
点赞  2016-6-21 14:22
引用: RF-刘海石 发表于 2016-6-21 14:22
多谢多谢。。。

兄弟看到你的那个铝合金铣出来的外壳  于是忍不住想请教几个关于雕刻机和铣床的问题

对于这些机器而言 我则是完全不懂该如何操作  但现在有需求需要制作几个零件  需要铣的材料为铝合金  我这个是2年多前做的一个雕刻机  主轴300W风冷  求推荐常用到的铣刀 当然如果有购买链接则更好啦    3.175的刀柄  先行谢过
点赞  2016-6-21 15:05
大神啊,果然好厉害,看你这么辛苦的做出这个东西,我对我的功率放大器又绝望了,没有一点基础想上手做出来简直太难了啊。
点赞  2016-6-24 17:50
引用: fanyan123 发表于 2016-6-24 17:50
大神啊,果然好厉害,看你这么辛苦的做出这个东西,我对我的功率放大器又绝望了,没有一点基础想上手做出来 ...

慢慢来呀,只要想做,一定能做出来,加油
地址:江苏省南京市雨花台区 淘宝店铺:http://shop60936514.taobao.com/?spm=2013.1.0.0.4lAmV3 本小店都是自主研发,低噪放、小功率功放、混频器、LC滤波器、
点赞  2016-6-24 18:48
大功率功放确实烧钱,没有点勇气和知识功底不敢玩‘
楼主很棒
点赞  2016-7-3 22:39
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