全固态微波炮的序章:DIY晶体管微波源

上次那个DIY微波炮(https://www.kechuang.org/t/82889)用的是磁控管。磁控管是一种真空管,与真空管电路相对的是固态电路,意思是里面没有真空。现在很少提到固态电路这个概念了,因为目前已经极少用到真空管。而在三十年前,电路的“固态化”是先进生产力的代表。

磁控管的好处是:效率高;功率可以做得巨大;耐操。但是用在手持或便携微波炮上,它就有很多坏处,比如:高电压很危险,体积大,要求电池供电的话,结构会很复杂等。

一旦固态化,就可以用电池直接对功率放大器供电(而不必经过多次升压),大幅简化结构。在一两千瓦这个规模,固态电路的体积可以更小。固态源的其它优势比如频谱质量好等,不再赘述。

当然,由于效率低些,散热的难度大,如果要达到同样的工作时长,固态机需要更强劲的风扇,散热器可能也会增加重量。

这个制作分成多个部分,包括小功率微波源,推动放大器,功率放大器,合路器等部分。

第一步是做功率放大器,这是实验设备,最上面是推动功率源,然后是推动电源,功率计,主电源。偏置电源在另一侧的架子上,照片中看不见。推车下层硕大的散热器是功率衰减器。微波功率经衰减器以后,可以直接送入频谱仪观察。

20190404_151241.jpg

功放用的安普龙 BLC2425M10LS250,标称功率250W,用力推可以更大一点。电路与手册相似,无特殊。当然必须仔细设计与仿真,一定要做到理论=实际,否则就等着“四年磨一剑”吧。

20190320_180738.jpg

这是晶体管的外观

20190408_123906.jpg

这就是功放的实物,无视飞线和工艺。由于不需要长期连续工作,只装了个小散热器。耗散功率达200W,不是闹着玩的。
想必有人会吐槽SMA头承受不起这么大功率。不过就PCB转同轴来说,SMA是最最方便价廉的办法了,做实验就凑合一下吧。多工作一会儿还能看到SMA座子冒起魔法烟雾。。。
白色板材是RO4350B。就2.45GHz这个频率来说,一般小功率用FR4够了,但是大功率下,由于损耗大,板材会发热,烧起泡,所以需要用损耗小得多的4350。再大的功率可能需要5系列板材,更大就需要空气微带线。

20190404_151218.jpg

经过校正测试系统,实际测试得到输出功率54.5dBm(280W)。实测效率64.5%,算是相当满意了。

20190404_151300.jpg

这管子真是耐操,后来微调匹配的时候不小心弄打火了,板子都烧黑了,管子嘛事没有。

参考:

BLC2425M10LS250.pdf
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[修改于 8 个月前 - 2019-04-08 12:42:17]

来自 强微波
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2019-4-8 08:21:41
1楼

这是准备打无人机?

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2楼

频谱相当不错啊。管子估计不便宜吧#(滑稽)

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2019-04-09 21:40:24
3楼

这哥们一看就是在通信公司做过功放的

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2019-04-10 18:25:19
4楼

问一下虎哥,2.45G效率这么高啊,见过7G左右的氮化镓功放,效率做出来只有20%

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虎哥(作者)
5楼
引用:阡陌徘徊 发表于4 楼的内容:
问一下虎哥,2.45G效率这么高啊,见过7G左右的氮化镓功放,效率做出来只有20%

仅仅管子,效率就是这么高。如果把输出电路包括环形器的损耗算上,就没多高了。

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2019-04-11 20:52:57
6楼

@阡陌徘徊 这个放大器是Class AB的,因为对线性度要求不高,所以Loadline是照着ClassB去的所以效率会比较高。

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7楼
引用:1176764177 发表于6 楼的内容:
@ 阡陌徘徊 这个放大器是Class AB的,因为对线性度要求不高,所以Loadline是照着Cla.....

哦哦,明白了 ,我那个是一台通讯功放 C段连续波400W的

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2019-05-09 10:55:59
2019-5-9 10:55:59
8楼

看到虎哥的头发少了,我明白虎哥编程能力又提高了一个档次。

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2019-05-17 19:02:14
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9楼

这东西的源如果接一个无线网卡,输出再接口锅,是不可以实现几十km的数据传输?

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10楼

是芯片效率还是整体效率呢

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虎哥(作者)
11楼
引用:qwe 发表于10 楼的内容:
这东西的源如果接一个无线网卡,输出再接口锅,是不可以实现几十km的数据传输?

一级放大的增益不够,高增益放大器功率不够,要把WIFI的20mW放大到200W,至少需要3级放大器。

另外需要考虑功放在幅度上的和相位上的线性问题。

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虎哥(作者)
12楼
引用:还珠奶奶 发表于11 楼的内容:
是芯片效率还是整体效率呢

上面已经讲过了,64.5%是单级放大器电效率,请仔细阅读。

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虎哥(作者)
13楼
引用:desert 发表于2 楼的内容:
频谱相当不错啊。管子估计不便宜吧#(滑稽)

零买一只600元,批发估计300元。

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14楼
引用:虎哥 发表于13 楼的内容:
零买一只600元,批发估计300元。

壕。。。

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2019-05-18 11:29:49
15楼

@qwe 要注意的是wifi对EVM有严格要求,所以这种250wP1db的管子为了EVM满足要求实际上输出不了多少功率


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2019-05-22 12:47:28
2019-5-22 12:47:28
虎哥(作者)
16楼

放大器的推动级原理验证完成,0.1W进去,40W出来,效果不错。

20190522_120040.jpg

 

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17楼

放酒精灯是用来焊接?

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18楼
引用:qwe 发表于9 楼的内容:
这东西的源如果接一个无线网卡,输出再接口锅,是不可以实现几十km的数据传输?

我也有这个想法,网上的2.4Gwifi放大器太坑,有点想自己做一个10瓦以上的

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虎哥(作者)
19楼
引用:信仰は儚き人間の為に 发表于18 楼的内容:
放酒精灯是用来焊接?

对的,散热太好,所有焊接都需要预热,电预热台太慢,最有效的办法就是酒精灯烧。

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2019-05-23 07:45:07
20楼
引用:1176764177 发表于16 楼的内容:
@ qwe 要注意的是wifi对EVM有严格要求,所以这种250wP1db的管子为了EVM满足要求实.....

有沒有誰家的wifi ASIC帶dpd觀測接收機的....來個數字預失真

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2019-05-31 23:17:44
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21楼

数字预失真是个好东西,不过不能替代带外滤波器。

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2019-06-01 08:05:52
22楼
引用:test23 发表于22 楼的内容:
数字预失真是个好东西,不过不能替代带外滤波器。

沒有什麼人拿來代替低通的,那又不值錢。。。主要用途是用線性比較差的高效電路,比如cdma用doherty的年代降低evm,這個好多appnote可以看

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2019-09-13 18:10:24
2019-9-13 18:10:24
虎哥(作者)
23楼

由于外面的线太硬,调试过程中不小心受力太大,导致接插件芯针折断了与他连接的铜箔。在折断的一瞬间,输出微带线像烧电焊一样从右到左瞬间消失,终止于输出电容处。

及时切断电源后,输出电容损坏短路。功放管完好。

20190902_154355.jpg

如果输出微带线蒸发了,反向耦合器自然也就得不到信号,于是保护失效,最终会还是会烧管子。

图中SMA接口纯属为了调试方便而采用,最终会采用N型头。


[修改于 3 个月前 - 2019-09-13 18:16:43]

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2019-11-08 12:21:05
2019-11-8 12:21:05
24楼

楼主是专业人士的做法,在此我公布一种非专业人士的微波炮做法(亲测):

拆了一个微波炉,从磁控管所接的波导管体上加一个喇叭形状的金属层。

由于这是很久以前玩的,图没了,实测结果,开机后3 cm外可以点亮小灯泡,小米3手机放前面可以正常工作,手放前面微微觉得发热。

一开始做它是因为楼上空调轰隆隆的太吵还不肯修,但是发现做出来的东西甚至不足以干扰手机运行后,放弃。

如果楼主当时做了这台东西,并且有强烈的干扰效果的话,我当时一定会很想买一个的。

今年楼上空调已经换了。

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25楼

通用的2.4G的前级放大和功率电路原理图能发一下吗?我做个5W的试试500米距离的数据传输。

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