×
تجمع وحدات مكبرات الصوت الراديوية (RF) عدة مكونات مثل مراحل التضخيم، وشبكات مطابقة المعاوقة، ودوائر التحيز في حزمة واحدة. ما يعنيه هذا للمصممين هو تقلص كبير في المساحة على لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) مقارنة باستخدام مكونات منفصلة، حيث يمكن تقليل متطلبات المساحة بنسبة تصل إلى حوالي 60%. بالإضافة إلى ذلك، لم يعد هناك حاجة للتعامل مع مشكلات التوجيه المعقدة للإشارات الراديوية. عندما تحدث هذه التحسينات داخل الوحدة نفسها، تصبح حياة المهندسين العاملين على لوحات الدوائر أسهل. فتصبح التخطيطات أبسط، ويمكن بناء النماذج الأولية بشكل أسرع، ويظل الأداء متسقًا نسبيًا بين دفعات الإنتاج المختلفة. كما أن استخدام مقاسات قياسية يُعد أمرًا منطقيًا أيضًا، خاصة عند تصنيع كميات كبيرة من الأجهزة اللاسلكية حيث يكون التماسك أمرًا بالغ الأهمية.
عند استخدام التصاميم الوحدوية، يتم دمج شبكات المطابقة مباشرة داخل النظام نفسه، مما يعني أنه لم يعد هناك حاجة إلى تلك المكثفات والمحاثات الدقيقة العدد من 10 إلى 15 التي كانت مطلوبة سابقًا في كل مرحلة. ما النتيجة؟ انخفاض كبير جدًا في عدد المكونات بشكل عام — شيء مثل تقليلها بأكثر من ثلثين. بالإضافة إلى ذلك، يتم التخلص من العمل اليدوي المرهق والممل للضبط يدويًا، ويُبلغ المصنعون عن حدوث نصف عدد المشاكل تقريبًا أثناء عمليات تركيب السطح (SMT). وبما أنه لم يعد لا بد من التعامل مع مشكلة تراكم التحملات أو القلق بشأن مكان وضع المكونات على اللوحة، فإن دقة مطابقة المعاوقة ترتفع بشكل كبير. وهذه التحسينات لا تبدو جيدة فقط على الورق، بل تجعل أجهزة الإرسال أكثر موثوقية في التشغيل، كما تزيد من عدد الوحدات العاملة الخارجة من خطوط الإنتاج.
في المشهد اللاسلكي اليوم، حيث الأداء هو العامل الأهم، تُعد وحدات مكبرات القدرة الراديوية (RF) عوامل تغيير جذرية من حيث الكفاءة والقدرة على تحمل الإجهاد الحراري. يمكن للتكنولوجيا الحديثة المستندة إلى GaN وGaAs أن تحقق أكثر من 45% كفاءة مكبر القدرة (PAE) حتى عند الترددات الصعبة في نطاق الموجات الملليمترية من 24 إلى 71 غيغاهرتز. هذا النوع من التحسن يصنع فرقاً كبيراً في نشر شبكات الجيل الخامس/الجيل السادس والتطبيقات الفضائية، لأن ترشيد استهلاك الطاقة يعني خفض التكاليف وتحسين إمكانيات التوسع. كما تقدّمت إدارة الحرارة بشكل كبير أيضاً. نحن نشهد استخدام مشتّتات حرارية نحاسية، وفواصل حرارية ذكية، وألواح أساس متقدمة معبأة بالماس، والتي تقلل مقاومة التوصيل الحراري بنسبة لا تقل عن 40٪ مقارنة باللوحات التقليدية FR4. ما معنى ذلك؟ يمكن للوحدات الآن إنتاج أكثر من 8 واط لكل ملليمتر في نطاق Ka دون أن تذوب. تبقى درجة حرارتها منخفضة بما يكفي لمواصلة العمل بموثوقية حتى عندما تتجاوز درجات الحرارة 85 درجة مئوية. وفقاً لدراسة IEEE Microwave الصادرة العام الماضي، فإن معظم المكبرات الأخرى ستفقد حوالي 30٪ من قدرتها تحت ظروف مماثلة. تتيح لنا هذه التحسينات بناء راديو خلايا صغيرة أفضل، وتشغيل المعدات على الطائرات والطائرات المُسيرة دون القلق بشأن مشكلات ارتفاع درجة الحرارة.
توفر وحدات تضخيم الطاقة الراديوية التي تم التحقق منها في المصنع للمهندسين قضاء ساعات لا تحصى في تعديل مقاومة الدخل، ويمكنها خفض وقت الاختبار بنحو 40%. تقوم هذه الوحدات بإجراء عملية المعايرة بالكامل تلقائيًا، ما يعني عدم الحاجة إلى ضبط المكونات يدويًا عند تغير درجات الحرارة أثناء الاختبار. وهذا يقلل من تكاليف الهندسة المرتفعة لمرة واحدة ويُسرّع إدخال المنتجات إلى السوق مقارنة بالأساليب التقليدية. يبلغ معظم المصنّعين أن معدلات العائد لديهم أقل من 5%، وهي نسبة أفضل بكثير مما نراه مع التركيبات الفردية للمكونات. ما يلفت الانتباه حقًا هو كيف تحافظ هذه الوحدات الجاهزة للإنتاج على مقاييس أداء مستقرة مثل مستويات الكسب، وقوة الخرج، وانعكاس الإشارة طوال فترة الإنتاج بأكملها.
تأتي أحدث تصميمات الوحدات مع طبقات متعددة من الحماية المدمجة مباشرةً داخل العتاد. فهي تحتوي على مراقبة فورية للجهد الكهربائي تمنع التلف في حال حدوث قفزات كهربائية مفاجئة. كما أن أجهزة استشعار الحرارة الداخلية تقوم بتفعيل آليات التحكم الذكية في الأداء قبل أن ترتفع درجات الحرارة بشكل مفرط وتتسبب في مشاكل. بالإضافة إلى ذلك، تتضمن حماية من الشحنات الساكنة وفقًا للمواصفات القياسية IEC 61000-4-2 مستوى 4 بالنسبة لتفريغ الشحنات البالغة 8 كيلو فولت والتي نشعر جميعًا بالقلق منها. تُظهر الاختبارات الصناعية أن هذه الميزات الوقائية تقلل من حالات الأعطال الميدانية بنسبة تصل إلى حوالي 62%. والأهم من ذلك هو قدرتها على الحفاظ على جودة الإشارة سليمة حتى في ظل الظروف القاسية أو التحديات الكهربائية. مما يجعلها ضرورية لضمان استمرارية العمليات في الأماكن التي لا يمكن فيها التسامح مع توقف الأنظمة، مثل مواقع بنى تحتية 5G وأنظمة الرادار العسكرية ومعدات الاتصالات الجوية عبر مختلف الصناعات.
تُعد وحدات مكبرات القدرة الراديوية منصات متكاملة تجمع بين مكونات مختلفة مطلوبة لتكبير الإشارات الراديوية، مثل مراحل التضخيم، وشبكات مطابقة المعاوقة، ودوائر التحيز.
تقلل هذه الوحدات من المساحة التي تشغلها على اللوحة الدوائر المطبوعة بنسبة تصل إلى 60٪ مقارنة باستخدام المكونات المنفصلة، مما يبسّط التصميم ويقلل من تعقيد توصيلات الإشارات الراديوية.
يؤدي حذف شبكات المطابقة المنفصلة إلى تقليل كبير في عدد المكونات المطلوبة، ويقلل من تكلفة قائمة المواد (BOM)، ووقت التجميع، ويزيد من موثوقية المرسلات.
تحتوي هذه الوحدات على تقنيات متقدمة من نوع نيتريد الغاليوم (GaN) والزرنيخيد الغاليوم (GaAs) لتحقيق كفاءة عالية في إضافة القدرة (PAE) عند الترددات المليمترية (mmWave)، مما يعزز الأداء ويقلل من استهلاك الطاقة.
تقدم الوحدات الحديثة ميزات حماية متكاملة مثل الحماية من زيادة الجهد، وزيادة درجة الحرارة، والتخلص من الشحنة الكهروستاتيكية (ESD)، لمنع التلف وضمان تشغيل قوي في الظروف الصعبة.
