"空间组合"技术是如何取代行波管放大器的？

使用新一代技术取代传统系统并不总是简单一对一的解决方案。 本博客阐述了为什么空间组合对于诸如电子对抗 (ECM) 这样的敏感设备来说极为重要，以及空间组合如何帮助达到最高功率水平。

过去的功率

历史上，从音频到射频、微波以及照明和我们的电视机显示器，曾经所有放大器都是真空管放大器。行波管放大器 (TWTA) 则一直持续用于在宽带微波频率提供高功率放大。 

但是，真空管通常在几千伏范围内工作，相比具有低供电电压的固态器件可靠性低，并且随着时间的推移，真空管的供应量和专业制造商不断减少。因此，大多数真空管被固态器件所取代，微波炉和电子战 (EW)等应用除外，这些应用需要真空管生成 ECM 干扰发射器之类设备所需的更高功率水平。

然而，现在功率合成技术使得采用固态器件也能达到这种功率水平。

阴极射线管电视机

空间组合：定义及其重要性

ECM 系统包括接收器、处理器、显示器和干扰发射器。随着最近氮化镓 (GaN) 功率放大器 MMIC 和低损耗宽带组合技术的出现，固态解决方案也能够满足 ECM 干扰发射器的功率和宽带要求。但是，单个 GaN MMIC 还是不能满足大多数 ECM 系统的功率需求，系统需要在 1.5-7.5 GHz 具有超过 100 瓦的功率。固态器件需要要通过多个功率放大器组合，达到最初由 TWTA 提供的同等功率水平。

空间组合可以在以下频率和功率范围内创建固态功率放大器 (SSPA)—与 TWTA 相比，性能都得到了改善：

• 100 瓦到 1 千瓦，1 GHz 到 40 GHz，覆盖可达 10 个带宽

• 降低了输出频谱中的谐波成分

• 噪音低

• 线性度提高

注意：为达最佳工作状态的散热处理

热管理对于固态器件达到最佳性能至关重要。ECM 应用经常需要在不同平台的不同热环境中工作。有的系统可以使用冷却液或用风扇进行空气冷却。

空间组合提供了组合 GaN MMIC、降低散热量的最有效方式。在测量热性能时，所有放大器的总效率是最重要的因素。

GaN MMIC 的效率与空间组合的效率相结合，可以获得最有效的固态放大器。固态器件效率越高，必须耗散的热量就越低。

当固态元件在低温运行时，其可靠性更好，因此我们希望它们尽可能地冷却。使用优良的热导体（如铜）,并使可用横截面最大是改善热性能的关键。 然而，需要权衡考虑所使用的金属类型和设备重量—例如，对于空中平台来说，它不能太重。因此，在考虑尺寸、重量和功率 (SWaP) 时，可以使用其他金属。

当今 Spatium 的应用

Qorvo 的空间组合方法称为 Spatium®。Spatium 通过同轴结构提供了一个高效紧凑的宽带方式，可以在一级中组合多个 MMIC。事实上，Spatium 通常可以在一级中组合 16 个放大器，只有0.5 dB 的组合损耗。此外，Qorvo 在 MMIC 的背面设计了一个到冷却板的散热路径，有助于热管理。（参见下图，使用Qorvo Spatium QPB1006 的热仿真。） 

使用 Qorvo Spatium QPB1006 进行热仿真的实例：冷却性能更好、可靠性更高

以下是 Spatium MMIC 用于不同应用的方式：

• 电子战：Spatium 可用于机载、陆地或海军 ECM 设备，通常用在天线发射器。

• 卫星通信：Spatium 用于Ka 波段卫星地球站，在 100 瓦和 27-31 GHz下工作， 涵盖军事和商用频段。它用于地面站发射器侧天线集线器的模块上变频器 (BUC) 里。

• 测试：Spatium 可用于大功率微波信号发生器或作为大功率器件上的负载牵引，在输入阻抗期间确定器件如何响应。在这些环境中，需要更高功率放大器来测定器件特性。

我们最近发布了三款新的 Spatium 产品，就是针对新型 EW 设备设计，用于 2-18  GHz，可取代传统放大管。该产品也可用于需要施加大功率的测试设备中。比传统 TWTA 的噪音更低、线性度更高意味着使用 Spatium 技术进行测量将具有更高的保真度。

空间组合能够在更宽带宽上提供数百瓦功率，并且可以在许多情况按照一个新的盒子做特殊设计或填补现有的 TWTA 空间。

这是首次有固态器件可以提供这样的功率、带宽和效率。它为已使用了 20 至 30 年的非固定式真空管平台（飞机、船舶等）提供了一个可行选项；现在可以用更可靠的固态器件取代它们。