ماژولهای تقویتکننده توان RF شامل چندین مؤلفه مانند طبقات تقویت، شبکههای تطبیق امپدانس و مدارهای بایاس هستند که همه در یک بسته ترکیب شدهاند. این موضوع برای طراحان به معنای استفاده از فضای بسیار کمتر روی برد مدار چاپی (PCB) نسبت به استفاده از قطعات جداگانه است و گاهی نیاز به فضا را تا حدود ۶۰٪ کاهش میدهد. علاوه بر این، دیگر نیازی به مواجهه با مشکلات پیچیده مسیریابی RF نیست. وقتی این بهینهسازیها درون خود ماژول انجام شود، کار مهندسانی که روی برد مدار کار میکنند سادهتر میشود. طراحیها سادهتر میشوند، نمونههای اولیه سریعتر ساخته میشوند و عملکرد بین دستههای مختلف تولید بهخوبی ثابت میماند. استفاده از پیریزهای استاندارد نیز در اینجا منطقی است، بهویژه هنگام تولید مقادیر زیاد دستگاههای بیسیم که در آنها ثبات اهمیت بیشتری دارد.
هنگام استفاده از طراحیهای ماژولار، شبکههای تطبیق بهطور مستقیم در داخل خود سیستم ساخته میشوند، بدین معنا که دیگر نیازی به آن ۱۰ تا ۱۵ خازن و سلف دقیق که قبلاً برای هر مرحله لازم بود، وجود ندارد. نتیجه چیست؟ کاهش چشمگیری در تعداد کل قطعات—چیزی حدود کاهش بیش از دو سوم قطعات. علاوه بر این، تمام کارهای زمانبر تنظیم دستی حذف میشوند و سازندگان گزارش میدهند که مشکلات رخ داده در فرآیندهای مونتاژ تکنولوژی سطحی (SMT) تقریباً به نصف کاهش یافته است. بدون نیاز به رسیدگی به مشکلات انباشت تلرانس یا نگرانی دربارهٔ محل قرارگیری قطعات روی برد، دقت تطبیق امپدانس بهطور قابل توجهی افزایش مییابد. و این بهبود فقط در مقالات علمی خوب به نظر نمیرسد؛ بلکه در عمل باعث افزایش قابلیت اطمینان فرستندهها و همچنین افزایش تعداد واحدهای سالم خروجی از خطوط تولید میشود.
در فضای بیسیم امروز که عملکرد اهمیت بالایی دارد، ماژولهای تقویتکننده قدرت RF زمانی که به بازده و تحمل تنش حرارتی میرسد، تغییردهنده بازی هستند. آخرین فناوریهای GaN و GaAs میتوانند حتی در فرکانسهای سخت mmWave از 24 تا 71 گیگاهرتز نیز بازده توان تقریبی (PAE) بالای 45٪ را به دست آورند. این نوع پیشرفت در تمام جنبهها برای توسعه 5G/6G و کارهای ماهوارهای تفاوت ایجاد میکند، چرا که صرفهجویی در انرژی به معنای کاهش هزینهها و گزینههای بهتر برای مقیاسپذیری است. مدیریت حرارتی نیز پیشرفتهای زیادی داشته است. شاهد استفاده از پخشکنندههای حرارتی مسی، ویاسهای حرارتی هوشمند و زیرلایههای پیشرفته حاوی الماس هستیم که مقاومت حرارتی را حداقل 40٪ نسبت به بردهای قدیمی FR4 کاهش میدهند. این به چه معناست؟ ماژولها میتوانند بیش از 8 وات بر میلیمتر در نوار Ka خروجی دهند بدون اینکه ذوب شوند. آنها به اندازه کافی خنک میمانند تا به طور قابل اعتمادی کار کنند، حتی وقتی دما از 85 درجه سانتیگراد فراتر رود. بیشتر تقویتکنندههای دیگر در شرایط مشابه حدود 30٪ توان خود را از دست میدهند، مطابق مطالعه IEEE Microwave در سال گذشته. این بهبودها به ما اجازه میدهند رادیوهای سلولی کوچکتر و بهتری بسازیم و تجهیزات را در هواپیماها و پهپادها بدون نگرانی از مشکلات گرمایش به کار گیریم.
ماژولهای تأییدشده کارخانهای تقویتکننده RF، مهندسان را از صرف ساعتها زمان برای تطبیق امپدانس بیرون میگذارند و زمان آزمایش را تقریباً ۴۰٪ کاهش میدهند. این ماژولها کل فرآیند کالیبراسیون را بهصورت خودکار انجام میدهند، بدین معنا که دیگر نیازی به تنظیم دستی قطعات در هنگام تغییر دما در طی آزمایش نیست. این امر هزینههای گرانقیمت مهندسی یکبارمصرف را کاهش داده و محصولات را بسیار سریعتر از روشهای سنتی به بازار میرساند. بیشتر تولیدکنندگان گزارش میدهند که نرخ بازده تولید آنها زیر ۵٪ است که بسیار بهتر از سیستمهای مبتنی بر قطعات منفرد است. آنچه واقعاً چشمگیر است، عملکرد پایدار این ماژولهای آماده تولید در طول تمام چرخه تولید است که معیارهایی مانند بهره، توان خروجی و انعکاس سیگنال را بدون نوسان حفظ میکند.
طراحیهای جدید ماژولها دارای چندین لایه از محافظت سختافزاری هستند که مستقیماً درون آنها تعبیه شده است. این ماژولها دارای نظارت بلادرنگ بر ولتاژ هستند که از آسیبدیدگی در اثر نوسانات ناگهانی برق جلوگیری میکند. سنسورهای دمای داخلی، مکانیزمهای کاهش هوشمند توان را خیلی پیش از اینکه دما بیش از حد افزایش یابد و مشکلاتی ایجاد کند، فعال میکنند. علاوه بر این، این ماژولها دارای محافظت در برابر تخلیه الکترواستاتیک (ESD) با رتبه استاندارد IEC 61000-4-2 سطح ۴ هستند که در برابر تخلیههای تماسی ۸ کیلوولتی که همه نگران آن هستیم، مقاومت لازم را فراهم میکنند. آزمایشهای صنعتی نشان میدهد این ویژگیهای محافظتی باعث کاهش حدود ۶۲ درصدی خرابیهای در محل (فیلد) میشوند. نکته مهمتر این است که این ماژولها چگونه کیفیت سیگنال را حتی در شرایط سخت یا چالشهای الکتریکی حفظ میکنند. این موضوع آنها را به بخشی ضروری برای ادامه روان عملیات در محیطهایی تبدیل میکند که توقف فعالیت امکانپذیر نیست، مانند مراکز زیرساختهای ۵G، سیستمهای رادار نظامی و تجهیزات ارتباطی هواپیماها در صنایع مختلف.
ماژولهای تقویتکننده قدرت RF پلتفرمهای یکپارچهای هستند که مؤلفههای مختلف مورد نیاز برای تقویت RF را از جمله مراحل تقویت، شبکههای تطبیق امپدانس و مدارهای بایاس ترکیب میکنند.
این ماژولها با کاهش تا ۶۰ درصدی فضای اشغالی روی برد مدار چاپی (PCB) نسبت به استفاده از قطعات جداگانه، چیدمان را سادهتر کرده و پیچیدگی مسیرکشی RF را کاهش میدهند.
حذف شبکههای تطبیق گسسته بهطور قابل توجهی تعداد قطعات مورد نیاز را کاهش میدهد، هزینه لیست مواد (BOM)، زمان مونتاژ را پایین میآورد و قابلیت اطمینان فرستندهها را افزایش میدهد.
این ماژولها از فناوری پیشرفته GaN و GaAs برای دستیابی به راندمان بالای افزودن قدرت (PAE) در فرکانسهای mmWave استفاده میکنند و عملکرد را ارتقا داده و مصرف انرژی را کاهش میدهند.
ماژولهای مدرن ویژگیهای حفاظتی یکپارچه از قبیل محافظت در برابر ولتاژ بالا، دمای زیاد و الکتریسیته ساکن (ESD) را ارائه میدهند تا از آسیب جلوگیری کرده و عملکرد مقاومی را در شرایط چالشبرانگیز تضمین کنند.
