高功率射频/微波的考虑因素

与其他关键的射频/微波组件和设备参数一样，射频设计和系统集成中的极端功率需要考虑一些重要的注意事项。如果针对其他性能因素（例如噪声、线性、相位噪声或其他信号质量因素）对射频信号进行了优化，且信号功率完全在组件、设备和互连的功率处理能力之内，那么通常很少考虑功率因素。但是，如果针对功率传输对射频系统进行了优化，尤其是在峰值脉冲功率非常高的情况下，那么还有其他许多因素必须进行平衡。

例如，在高频率情况下，会发生趋肤效应现象，而在导体中传播的电子元件的分布倾向于向导体表面聚集。流向导体表面的高频电流的积累会导致电阻（即损耗）的大量增加以及导体和绝缘子的发热。在较高的射频功率下，表面状况、粗糙度和保形性比在较低的射频功率和较低的频率下对系统的功率损耗和效率起着更重要的作用。如果损耗足够大，可能导致组件或设备的绝缘、介电材料或半导体的发热并降额，甚至会导致热失控并损坏系统元件。过多的热能还将导致材料加热，形状/尺寸随着材料的热膨胀系数（CTE）的变化而变化。

同样地，在较高的功率水平下，整个信号链中阻抗的不一致会表现出更为明显的影响。例如，即使具有“良好”的电压驻波比（VSWR）额定值，在高功率水平下，组件之间以及沿互连仍会形成大量驻波，从而在灵敏设备的端口处形成高压。此外，这些高压甚至可能超过绝缘材料的介电强度，从而导致互连或设备损坏。

线性是另一个更为重要的因素，因为在高功率水平下，诸如谐波和杂散信号之类的非线性可以达到初级信号功率的重要部分。另外，一些无源非线性变得越来越普遍，例如无源互调失真（PIM）。由于无源互调失真（PIM）产生的干扰是原始信号强度和频率的产物，因此需要更加仔细对高功率系统加以规划，避免无源互调失真（PIM）对附近通信系统造成干扰。

解决高功率设计的其他方法是使用最大可能的互连和信号路径，以减少由于电阻性损耗引起的损耗和发热。在高功率设计中，通常使用具有较高电介质击穿和较低电介质正切（损耗因数）的电介质和绝缘体，从而进一步减少电介质的发热。对于高功率设计，材料的选择往往局限于具有较好热膨胀系数（CTE）匹配的材料，或者互连、组件和设备的设计：在特定条件下，即使加热引起尺寸变化，元件也能工作。

为了避免高压驻波，高功率系统通常由非常低的电压驻波比（VSWR）设备组装而成，这些设备的设计具有最小的非线性和无源互调失真（PIM）。这些设备通常是专门的组件，最近已成为广泛使用的标准同轴连接器和电缆尺寸。防止过压系统造成损坏的其他方法是使用衰减器和限制器，将其调节至下游设备的最大工作功率。此外，对于极高功率的系统，在信号链中使用波导组件来代替同轴互连也是很常见的，因为波导往往具有比同轴更高的功率阈值。