2.4G 60W 射频功放

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一：缘起：

之前无意间发现了一颗长相清秀的功放管，型号为BLM10D2327-60ABG，体积小，功率高，颜值还好看，深得我的心意。所以做了个板子玩玩。

 

 

二、芯片资料：

1.芯片框图：

       通过结构框图可知，是基站功放很常用的一个功放结构，只不过这管子把匹配、功分、合路等等一些东西都集成里面了，用起来更方便，体积更小，在一些对体积要求很敏感的地方比较有优势，比如PRRU之类的小体积应用。具体原理不过多赘述，本开源项目受众群体为有一定射频基础知识的用户。

 

 

 

 

根据手册给的资料可知：

该功放管工作在2.4G频段内，散热良好情况下，增益大概28dB，最高可以输出+48dBm的CW脉冲功率，也就是63W，效率在输出功率为+40dBm的时候，大约40%以上。

 

 

 

 

三：电气设计：

 

1.供电电压的选取：

根据手册推荐，采用28V直流电供电：

 

2. BIAS电路设计：

首先查看手册，确定VGS的电压范围：

由下表可知，VGS的允许电压范围为-6~+9V

 

继续阅读手册可知，正常工作时，所需bias电压大概在3V以内：

 

由于bias对电流需求很低，所以我们这里使用TL431电压基准芯片，将28V电源输入稳压至稳定的VERF

 

 

1.1 TL431的原理：

       

TL431 可等效为一只稳压二极管，其基本连接方法如下图所示。下图 a 可作 2.5V 基准
源，下图 b 作可调基准源，电阻 R2 和 R3 与输出电压的关系为 UO =2.5(1+R2/R3)VO。 

 

由TL431得到的VREF，由电位器分压后分别为Peak和Carr提供偏置：

 

 

 

四：匹配电路设计：

       由于这个管子没有ads模型以及S-Parameters，只在手册里提供了负载端的阻抗，而且手册里提供了所需频段的匹配参考设计，所以干脆使用手册的参考设计，来验证下功能。

 

 

 

五：PCB设计：见立创EDA

此图片为3D渲染图：

 

 

六：散热设计：

由于射频功放发热比较大，需要良好的散热设计，否则会过热烧毁。该管子没有固定耳，所以需要进行钎焊，钎焊到散热材料上，散热材料同时起到接地，以及散热的功能。

手册里同样推荐使用钎焊方式直接钎焊到散热材料上：

 

 

所以这里我们需要设计一个用以钎焊的散热底座，所以材料需要为紫铜，不能使用铝：

 

 

 

 

七：加工生产：

由于频率比较高，功率比较大，微带匹配是根据4350的介电常数设计的，所以PCB需要采用Rogers RO4350B 0.508板材制作，不可使用FR4，否则将失配，发热严重，功率下降，严重可导致烧毁芯片。

 

 

散热必须使用紫铜，通过CNC加工，紫铜一来散热好，二来需要用以钎焊：

 

 

八：焊接装配：

 

1. 焊接后成品图：

 

 

 

2. 装配散热器和连接仪器：

这里需要使用扭力扳手将该放大器板子与衰减器妥善连接，因手拧扭力不够，可能会出现相对松动，在此频率此功率下，松动将引起阻抗突变，可能导致连接器或功放管损坏。

 

 

 

轻轻扭动扭力扳手，直到扳手发生弯曲，代表扭力已达标 0.9N·m，此时松手，使扭力扳手自动回弹归位，取下扭力扳手即可

 

 

测试环境完整装配如图，外置40dB 250W衰减器

 

 

九：上机调试：

 

测试仪器：

频谱仪：Rohde&Schwarz 罗德与施瓦茨 FSEM30   20Hz~26.5GHz

信号源：Rohde&Schwarz 罗德与施瓦茨 SMIQ03B 300KHz~3.3GHz

功率探头：Rohde&Schwarz 罗德与施瓦茨 NRP-Z11 10MHz ~ 8GHz

衰减器：华湘 DC~4GHz 40dB 250W衰减器

推动级：自制700MHz~2.7GHz P1dB: +30dBm 射频放大器

 

1. 设置信号源：

→ 输出频率：2.45GHz（2.4G中心频率）点频无调制

→ 输出功率为-20dBm（防止上电瞬间过推），后面根据实测结果手动动态调整信号源输出功率。

 

 

 

2.设置频谱仪：

→ 将频谱仪设置CENTER: 2.45GHz ，这是为了将被测频谱峰设置在屏幕正中心，方便观测。

→ 根据实际情况调整RBW和SPAN

→ REF OFFSET 40dB（因为外接了40dB衰减器所以这里需要设置offset）

→ 为了功率读数方便，这里我们将显示单位由dBm调整为W

→ MARK点选PEAK

 

如图所示，输出功率约等于47W，与手册给出的60W（脉冲峰值功率）小了点，属于正常现象，再调一下匹配应该可以更高点。

 

 

 

 

如有错误之处敬请斧正，我将虚心接受

【THE END】