S波段雷达为什么通常以2-4 GHz的频率工作

[导读]‌海洋、航空航天和国防应用以及天气雷达通常使用所谓的S波段雷达。S波段雷达通常以2-4 GHz的频率工作。

‌海洋、航空航天和国防应用以及天气雷达通常使用所谓的S波段雷达。S波段雷达通常以2-4 GHz的频率工作。由于波长和频率的原因，S波段雷达不容易衰减。这使得它们可用于近距离和远距离天气观测以及船上，以探测其他船只和陆地障碍物，并为避免碰撞和海上导航提供方位和距离。美国国家气象局(NWS)也使用S波段雷达。

雷达系统设计注意事项

S波段雷达系统的设计人员通常专注于改进尺寸、重量和功率(SWaP)。在本文中，我们将演示我们的新型Microchip 70W、ICP3049P、2.7–3.5 GHz功率放大器(PA)如何为在S波段运行的无线雷达系统提供业界最佳的SWaP性能和最高效率。

当雷达系统设计人员进行新设计或向现有平台添加功能时，他们会考虑许多参数。如果预期用例是移动的(机载、舰载或其他移动雷达系统)，PCB面积和集成电路组件的选择/集成很快就会成为首要考虑因素。

前几代S波段雷达系统通常在2.7至3.1 GHz和3.1至3.5 GHz频段使用单独的PA。通常，每个频段使用相同的PA;但是，它使用外部组件对每个频段进行唯一匹配/调谐，以在频率上向上或向下移动响应。对于ICP3049P这样的器件，不再需要这种技术，因为整个频段被一个IC覆盖，从而消除了对这些外部元件的需求，从而节省了电路板空间。

随着相控阵天线雷达系统的日益普及，对PA提出了许多具有挑战性的要求。在确定相控阵雷达系统中使用的PA发射机系列的规格时，必须仔细考虑系统的要求。以下是一些必须遵守的常见设计注意事项和设计约束：

印刷电路板(PCB)区域在相控阵雷达中可能供不应求。这可能会导致辐射元件间距非常近，可能会产生器件间EMI问题或散热挑战。

将额外热量散发(吸收)到系统中的能力可能非常有限。

操作频率可能因雷达系统而异。例如，在S波段，可能需要在整个2.7至3.5 GHz频谱上运行。

雷达系统的可用直流功率因最终应用而异。与对移动雷达系统施加的更严格要求相比，固定地面雷达的直流电源和冷却通常是无限的。在固定雷达中，最好优化输出功率的PA，以增加范围，但代价是直流功耗和更复杂的冷却系统。在移动机箱中，PA可以针对PAE进行优化，以最大限度地降低功耗并简化冷却要求。

设计人员是否应该为功率放大器级选择MMIC或功率晶体管(带有外部匹配网络)。

MMIC 与分立功率晶体管

单片微波集成电路 (MMIC) 是在微波频率(300 MHz 至 300 GHz)下工作的 IC 器件。这些器件通常与 50 欧姆的特性阻抗匹配。这使得MMIC比单个RFMW功率晶体管更易于使用，因为您不需要外部匹配电路来级联MMIC，从而可以更轻松地将它们集成到上游和下游电路中。

对于工艺技术，砷化镓传统上是MMIC的理想材料，其中有源和基本无源元件可以在单个GaAs芯片上轻松生产。与GaAs相比，转向用于更高功率PA的GaN-on-SiC MMIC可以实现功耗和重量降低30%以上，这对系统设计人员和OEM来说是一个巨大的收益。

现在，使用MMIC器件作为PA而不是分立晶体管可以提供尺寸优势，因为MMIC将构建复杂系统所需的电路缩小到相对较小的封装，从而节省了设计人员的PCB面积。许多MMIC设计还集成了电磁干扰保护(EMI)，这使设计人员无需在设计中集成这些附加电路。最后，也许关键是MMIC是否采用标准半导体“封装”;这使系统设计人员不必处理裸片的要求，裸片在业界普遍认为裸片比封装裸片更难在制造环境中加工。

分立式RFMW功率器件特别适用于放大电路中的PA模块，原因有几个重要，但通常物理尺寸(以及匹配网络的尺寸)更大。分立器件通常具有比MMIC器件高得多的输出功率能力。这意味着设计人员可能能够以更少的设备产生更多的功率。然而，我们认为ICP3049 MMIC标准功能能够在S波段维持70W，这往往会使分立功率晶体管的早期优势最小化。分立器件确实允许设计人员优化器件周围的匹配网络，并可能选择能够最大限度地提高特定应用的电路性能的PCB材料，但这对于更深奥的应用可能更理想，而不是那些每块板可能有×100个辐射元件的应用。最后，由于分立器件在板级匹配，因此设计团队能够以高效且比MMIC设计更省时的方式微调或修改设计性能。然而，随着许多类型的现代PA MMIC的可用性，到Ka频段及更高，这种优势变得更加专业化。

波段雷达放大器‌是指专为特定波段的雷达系统设计的功率放大器，用于放大接收到的雷达信号，并提供足够高的功率输出以确保信号的有效传输和探测。常见的波段包括L波段(1-2 GHz)和S波段(2-4 GHz)，这些波段常用于航空、军事、气象和物流等领域‌1。

L波段雷达放大器

L波段雷达放大器设计用于工作在1-2 GHz频率范围的雷达系统。其主要特点是高增益、低噪声和快速响应，以满足脉冲雷达系统对高性能放大的需求。选择L波段雷达放大器时，需要考虑频率范围、功率输出、线性度、稳定性和可靠性等因素‌1。

S波段雷达放大器

S波段雷达放大器设计用于工作在2-4 GHz频率范围的雷达系统。S波段雷达通常用于海洋、航空航天和国防应用，以及天气雷达。由于波长和频率的原因，S波段雷达不容易衰减，适用于近距离和远距离天气观测以及船上使用，以探测其他船只和陆地障碍物。S波段雷达系统的设计人员通常专注于改进尺寸、重量和功率(SWaP)性能，以提高效率并节省电路板空间‌2。

应用场景

‌航空‌：用于飞机导航和避障。

‌军事‌：用于目标探测和跟踪。

‌气象‌：用于天气监测和预报。

‌物流‌：用于货物跟踪和库存管理。

技术参数和设计考虑因素

在选择或设计波段雷达放大器时，需要考虑以下技术参数和设计因素：

‌频率范围‌：确保放大器工作在目标波段内。

‌功率输出‌：提供足够的功率以确保信号的有效传输。

‌线性度‌：保持信号的线性特性，避免失真。

‌稳定性‌：在各种工作条件下保持性能稳定。

‌可靠性‌：确保长时间稳定运行。