?海洋、航空航天和國防應用以及天氣雷達通常使用所謂的S波段雷達。S波段雷達通常以2-4 GHz的頻率工作。由于波長和頻率的原因，S波段雷達不容易衰減。這使得它們可用于近距離和遠距離天氣觀測以及船上，以探測其他船只和陸地障礙物，并為避免碰撞和海上導航提供方位和距離。美國國家氣象局(NWS)也使用S波段雷達。

雷達系統(tǒng)設計注意事項

S波段雷達系統(tǒng)的設計人員通常專注于改進尺寸、重量和功率(SWaP)。在本文中，我們將演示我們的新型Microchip 70W、ICP3049P、2.7–3.5 GHz功率放大器(PA)如何為在S波段運行的無線雷達系統(tǒng)提供業(yè)界最佳的SWaP性能和最高效率。

當雷達系統(tǒng)設計人員進行新設計或向現(xiàn)有平臺添加功能時，他們會考慮許多參數(shù)。如果預期用例是移動的(機載、艦載或其他移動雷達系統(tǒng))，PCB面積和集成電路組件的選擇/集成很快就會成為首要考慮因素。

前幾代S波段雷達系統(tǒng)通常在2.7至3.1 GHz和3.1至3.5 GHz頻段使用單獨的PA。通常，每個頻段使用相同的PA;但是，它使用外部組件對每個頻段進行唯一匹配/調(diào)諧，以在頻率上向上或向下移動響應。對于ICP3049P這樣的器件，不再需要這種技術，因為整個頻段被一個IC覆蓋，從而消除了對這些外部元件的需求，從而節(jié)省了電路板空間。

隨著相控陣天線雷達系統(tǒng)的日益普及，對PA提出了許多具有挑戰(zhàn)性的要求。在確定相控陣雷達系統(tǒng)中使用的PA發(fā)射機系列的規(guī)格時，必須仔細考慮系統(tǒng)的要求。以下是一些必須遵守的常見設計注意事項和設計約束：

印刷電路板(PCB)區(qū)域在相控陣雷達中可能供不應求。這可能會導致輻射元件間距非常近，可能會產(chǎn)生器件間EMI問題或散熱挑戰(zhàn)。

將額外熱量散發(fā)(吸收)到系統(tǒng)中的能力可能非常有限。

操作頻率可能因雷達系統(tǒng)而異。例如，在S波段，可能需要在整個2.7至3.5 GHz頻譜上運行。

雷達系統(tǒng)的可用直流功率因最終應用而異。與對移動雷達系統(tǒng)施加的更嚴格要求相比，固定地面雷達的直流電源和冷卻通常是無限的。在固定雷達中，最好優(yōu)化輸出功率的PA，以增加范圍，但代價是直流功耗和更復雜的冷卻系統(tǒng)。在移動機箱中，PA可以針對PAE進行優(yōu)化，以最大限度地降低功耗并簡化冷卻要求。

設計人員是否應該為功率放大器級選擇MMIC或功率晶體管(帶有外部匹配網(wǎng)絡)。

MMIC 與分立功率晶體管

單片微波集成電路 (MMIC) 是在微波頻率(300 MHz 至 300 GHz)下工作的 IC 器件。這些器件通常與 50 歐姆的特性阻抗匹配。這使得MMIC比單個RFMW功率晶體管更易于使用，因為您不需要外部匹配電路來級聯(lián)MMIC，從而可以更輕松地將它們集成到上游和下游電路中。

對于工藝技術，砷化鎵傳統(tǒng)上是MMIC的理想材料，其中有源和基本無源元件可以在單個GaAs芯片上輕松生產(chǎn)。與GaAs相比，轉(zhuǎn)向用于更高功率PA的GaN-on-SiC MMIC可以實現(xiàn)功耗和重量降低30%以上，這對系統(tǒng)設計人員和OEM來說是一個巨大的收益。

現(xiàn)在，使用MMIC器件作為PA而不是分立晶體管可以提供尺寸優(yōu)勢，因為MMIC將構建復雜系統(tǒng)所需的電路縮小到相對較小的封裝，從而節(jié)省了設計人員的PCB面積。許多MMIC設計還集成了電磁干擾保護(EMI)，這使設計人員無需在設計中集成這些附加電路。最后，也許關鍵是MMIC是否采用標準半導體“封裝”;這使系統(tǒng)設計人員不必處理裸片的要求，裸片在業(yè)界普遍認為裸片比封裝裸片更難在制造環(huán)境中加工。

分立式RFMW功率器件特別適用于放大電路中的PA模塊，原因有幾個重要，但通常物理尺寸(以及匹配網(wǎng)絡的尺寸)更大。分立器件通常具有比MMIC器件高得多的輸出功率能力。這意味著設計人員可能能夠以更少的設備產(chǎn)生更多的功率。然而，我們認為ICP3049 MMIC標準功能能夠在S波段維持70W，這往往會使分立功率晶體管的早期優(yōu)勢最小化。分立器件確實允許設計人員優(yōu)化器件周圍的匹配網(wǎng)絡，并可能選擇能夠最大限度地提高特定應用的電路性能的PCB材料，但這對于更深奧的應用可能更理想，而不是那些每塊板可能有×100個輻射元件的應用。最后，由于分立器件在板級匹配，因此設計團隊能夠以高效且比MMIC設計更省時的方式微調(diào)或修改設計性能。然而，隨著許多類型的現(xiàn)代PA MMIC的可用性，到Ka頻段及更高，這種優(yōu)勢變得更加專業(yè)化。

波段雷達放大器?是指專為特定波段的雷達系統(tǒng)設計的功率放大器，用于放大接收到的雷達信號，并提供足夠高的功率輸出以確保信號的有效傳輸和探測。常見的波段包括L波段(1-2 GHz)和S波段(2-4 GHz)，這些波段常用于航空、軍事、氣象和物流等領域?1。

L波段雷達放大器

L波段雷達放大器設計用于工作在1-2 GHz頻率范圍的雷達系統(tǒng)。其主要特點是高增益、低噪聲和快速響應，以滿足脈沖雷達系統(tǒng)對高性能放大的需求。選擇L波段雷達放大器時，需要考慮頻率范圍、功率輸出、線性度、穩(wěn)定性和可靠性等因素?1。

S波段雷達放大器

S波段雷達放大器設計用于工作在2-4 GHz頻率范圍的雷達系統(tǒng)。S波段雷達通常用于海洋、航空航天和國防應用，以及天氣雷達。由于波長和頻率的原因，S波段雷達不容易衰減，適用于近距離和遠距離天氣觀測以及船上使用，以探測其他船只和陸地障礙物。S波段雷達系統(tǒng)的設計人員通常專注于改進尺寸、重量和功率(SWaP)性能，以提高效率并節(jié)省電路板空間?2。

應用場景

?航空?：用于飛機導航和避障。

?軍事?：用于目標探測和跟蹤。

?氣象?：用于天氣監(jiān)測和預報。

?物流?：用于貨物跟蹤和庫存管理。

技術參數(shù)和設計考慮因素

在選擇或設計波段雷達放大器時，需要考慮以下技術參數(shù)和設計因素：

?頻率范圍?：確保放大器工作在目標波段內(nèi)。

?功率輸出?：提供足夠的功率以確保信號的有效傳輸。

?線性度?：保持信號的線性特性，避免失真。

?穩(wěn)定性?：在各種工作條件下保持性能穩(wěn)定。

?可靠性?：確保長時間穩(wěn)定運行。

?尺寸、重量和功率(SWaP)?：優(yōu)化設計以適應不同的應用場景?12。