Οι συσκευές ραδιοσυχνοτήτων είναι τα βασικά στοιχεία για την επίτευξη της μετάδοσης και της λήψης σήματος και αποτελούν τον πυρήνα της ασύρματης επικοινωνίας, συμπεριλαμβανομένων κυρίως φίλτρων (Filter), ενισχυτών ισχύος (PA),Συμπλέκτες ραδιοσυχνοτήτων (Switch), ενισχυτές χαμηλού θορύβου (LNA), συντονιστές κεραίων (Tuner) και διπλής/πολυπλεξίας (Du/Multiplexer) και άλλους τύπους συσκευών.ο ενισχυτής ισχύος είναι μια συσκευή για την ενίσχυση των σημάτων ραδιοσυχνοτήτων, η οποία καθορίζει άμεσα βασικές παραμέτρους όπως η απόσταση ασύρματης επικοινωνίας και η ποιότητα του σήματος μεταξύ των κινητών τερματικών και των σταθμών βάσης.

Ο ενισχυτής ισχύος (PA, Power Amplifier) είναι το βασικό συστατικό του RF front-end. It uses the current control function of the triode or the voltage control function of the field effect tube to convert the power of the power supply into a current that changes according to the input signalΤο PA χρησιμοποιείται κυρίως στη σύνδεση μετάδοσης. Με την ενίσχυση του αδύναμου σήματος ραδιοσυχνοτήτων του καναλιού μετάδοσης, το σήμα μπορεί να αποκτήσει με επιτυχία αρκετά υψηλή ισχύ,ώστε να επιτευχθεί υψηλότερη ποιότητα επικοινωνίας και μεγαλύτερη απόσταση επικοινωνίαςΩς εκ τούτου, η απόδοση του PA μπορεί να καθορίσει άμεσα τη σταθερότητα και τη δύναμη των σημάτων επικοινωνίας.

Εφαρμογές συσκευών ραδιοσυχνοτήτων

Με τη συνεχή ανάπτυξη των υλικών ημιαγωγών, οι ενισχυτές ισχύος έχουν επίσης βιώσει τρεις μεγάλες τεχνικές οδούς CMOS, GaAs και GaN.Το υλικό ημιαγωγών πρώτης γενιάς είναι το CMOSΤο μειονέκτημα είναι ότι υπάρχει όριο στη συχνότητα λειτουργίας και η υψηλότερη αποτελεσματική συχνότητα είναι κάτω από 3GHz.Τα υλικά ημιαγωγών δεύτερης γενιάς χρησιμοποιούν κυρίως GaAs ή SiGe, οι οποίες έχουν υψηλότερη τάση διακοπής και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για εφαρμογές συσκευών υψηλής ισχύος και υψηλής συχνότητας, αλλά η ισχύς της συσκευής είναι χαμηλότερη, συνήθως μικρότερη από 50W.Το υλικό ημιαγωγών τρίτης γενιάς GaN έχει τα χαρακτηριστικά της υψηλότερης κινητικότητας των ηλεκτρονίων και της ταχείας ταχύτητας μετάδοσηςΗ τεχνολογία αυτή αντιπροσωπεύει τα πλεονεκτήματα των δύο παραδοσιακών τεχνολογιών των GaAs και των LDMOS με βάση το Si.ικανότητα χειρισμού ισχύοςΩς εκ τούτου, είναι σημαντικά ισχυρότερο από το GaAs στις επιδόσεις, έχει σημαντικά πλεονεκτήματα σε εφαρμογές υψηλής συχνότητας και έχει μεγάλο δυναμικό σε ραδιοσυχνότητες μικροκυμάτων,ΔΕΔ και άλλα πεδίαΜε την επιτάχυνση της κατασκευής σταθμών βάσης 5G σε όλη τη χώρα, η εγχώρια αγορά συσκευών ραδιοσυχνοτήτων GaN έχει αυξηθεί εκθετικά.και αναμένεται να απελευθερώσει νέα ζήτηση για GaN PA που υπερβαίνει τα 100 δισεκατομμύρια γιουάνΟ ρυθμός διείσδυσης των συσκευών GaN RF σε σταθμούς βάσης 5G αναμένεται να φθάσει το 70% τα επόμενα τρία έως πέντε χρόνια.

Συσκευές GaN HEMT

Το GaN HEMT (Transistors High Electron Mobility, Nitride High Electron Mobility Transistor), ως αντιπρόσωπος των συσκευών ημιαγωγών ευρείας ζώνης (WBG), έχει υψηλότερη κινητικότητα ηλεκτρονίων,ταχύτητα ηλεκτρονίου κορεσμού και ρυθμός πρόσκρουσης σε σύγκριση με συσκευές Si και SiCΛόγω των πλεονεκτημάτων των υλικών, το GaN έχει εξαιρετικά χαρακτηριστικά ισχύος και συχνότητας και χαμηλή απώλεια ισχύος υπό συνθήκες λειτουργίας υψηλής συχνότητας.

Το GaN HEMT (Transistor με υψηλή κινητικότητα ηλεκτρονίων) είναι ένα είδος διδιάστατου αερίου ηλεκτρονίων (2DEG) που χρησιμοποιεί την βαθιά συγκέντρωση φραγμού δυναμικού μεταξύ ετεροσυνδέσεων ως αγωγό,και επιτυγχάνει αγωγιμότητα υπό τη ρύθμιση της παρεκκλίσεως τάσης στα δύο τερματικά της πύληςΕξαιτίας της ισχυρής επίδρασης πόλωσης στην ετεροσύνδεση που σχηματίζεται από υλικά GaN, η ατμόσφαιρα του ατμοσφαιρικού νερού είναι πολύ χαμηλότερη από την ατμόσφαιρα του νερού.ένα μεγάλο αριθμό ηλεκτρονίων πρώτης δέσμευσης παράγονται στο κβαντικό πηγάδι στη διεπαφή της ετεροσύνδεσηςΗ βασική δομή μιας τυπικής συσκευής AlGaN/Ga N-HEMT φαίνεται στο σχήμα 5 παρακάτω.Το κάτω στρώμα της συσκευής είναι το στρώμα υποστρώματος (συνήθως υλικό SiC ή Si), και στη συνέχεια το επιταξιακά αναπτυγμένο στρώμα tampon GaN τύπου N, και το επιταξιακά αναπτυγμένο στρώμα φραγμού AlGaN τύπου P, σχηματίζοντας μια ετεροσύνδεση AlGaN / GaN. Τέλος, η πύλη (G),η πηγή (S) και η αποχέτευση (D) αποθηκεύονται στο στρώμα AlGaN για να σχηματίσουν επαφές Schottky για ντόπινγκ υψηλής συγκέντρωσης, και συνδέονται με το δίδιάστατο ηλεκτρονικό αέριο στο κανάλι για να σχηματίσουν ωμικές επαφές.

Η τάση της πηγής αποστράγγισης VDS δημιουργεί ένα πλευρικό ηλεκτρικό πεδίο στο κανάλι.το δίδιάστατο αέριο ηλεκτρονίων μεταφέρεται κατά μήκος της διεπαφής ετεροσυνδέσεως για να σχηματιστεί το IDS ρεύματος εξόδουΗ πύλη βρίσκεται σε επαφή Schottky με το στρώμα φραγμού AlGaN, και το βάθος του δυναμικού πηγάδι στο AlGaN / GaN ετεροσύνδεση ελέγχεται από το μέγεθος της τάσης πύλης VGS,και η διμερής πυκνότητα επιφάνειας αερίου ηλεκτρονίων στο κανάλι αλλάζει, ελέγχοντας έτσι την εσωτερική πυκνότητα του καναλιού. το ρεύμα εξόδου αποχέτευσης.

Εμφάνιση συσκευής GaN HEMT και διάγραμμα κυκλώματος

Σχεδιακό διάγραμμα της δομής συσκευής GaN HEMT

Η αξιολόγηση των συσκευών GaN HEMT περιλαμβάνει γενικά τα χαρακτηριστικά συνεχούς ρεύματος (δοκιμασία DC l-V), τα χαρακτηριστικά συχνότητας (δοκιμασία μικρού σήματος S-παραμέτρων) και τα χαρακτηριστικά ισχύος (δοκιμασία Load-Pull).

Δοκιμή χαρακτηριστικών συνεχούς ρεύματος

Όπως και τα τρανζίστορα με βάση το πυρίτιο, οι συσκευές GaN HEMT απαιτούν επίσης δοκιμές DC l-V για να χαρακτηρίσουν την ικανότητα εξόδου DC και τις συνθήκες εργασίας της συσκευής.,ΒΒΔ, gfs κλπ., μεταξύ των οποίων η ισχύς εξόδου lps και η διαγωγιμότητα gm είναι οι δύο πιο βασικές παραμέτροι.

Ειδικές προδιαγραφές συσκευής GaN HEMTGaN HEMT

Ειδική καμπύλη εξόδου συσκευής GaN HEMT

Δοκιμή χαρακτηριστικών συχνότητας

Η δοκιμή των παραμέτρων συχνότητας των συσκευών ραδιοσυχνοτήτων περιλαμβάνει τη μέτρηση των παραμέτρων μικρού σήματος S, της διατροπής (IMD), του αριθμού θορύβου και των ψευδών χαρακτηριστικών.η δοκιμή με παράμετρο S περιγράφει τα βασικά χαρακτηριστικά των συσκευών ραδιοσυχνοτήτων σε διαφορετικές συχνότητες και για διαφορετικά επίπεδα ισχύος του σήματος, και ποσοτικοποιεί τον τρόπο με τον οποίο η ενέργεια RF διαδίδεται μέσω του συστήματος.

Η παράμετρος S είναι επίσης η παράμετρος διάσπασης.Ο παράμετρος S είναι ένα εργαλείο για την περιγραφή της ηλεκτρικής συμπεριφοράς των συστατικών κάτω από την διέγερση υψηλής συχνότητας σημάτων που παρουσιάζουν χαρακτηριστικά ραδιοσυχνοτήτωνΣυνειδητοποιείται από τη μετρήσιμη φυσική ποσότητα που είναι "διασκορπισμένη".Το μέγεθος της μετρούμενης φυσικής ποσότητας αντικατοπτρίζει ότι τα συστατικά με διαφορετικά χαρακτηριστικά θα "διασκορπίσουν" το ίδιο σήμα εισόδου σε διαφορετικούς βαθμούς.

Χρησιμοποιώντας μικρά σήματα S-παραμέτρους, μπορούμε να προσδιορίσουμε τα θεμελιώδη χαρακτηριστικά ραδιοσυχνοτήτων, συμπεριλαμβανομένου του λόγου τάσης στάσιμου κύματος (VSWR), απώλειας επιστροφής, απώλειας εισαγωγής ή κέρδους σε μια δεδομένη συχνότητα.Οι S-παραμέτροι μικρού σήματος μετρούνται συνήθως χρησιμοποιώντας ένα σήμα διέγερσης συνεχούς κυμάτων (CW) και εφαρμόζοντας ανίχνευση απόκρισης στενής ζώνηςΩστόσο, πολλές συσκευές RF έχουν σχεδιαστεί για να λειτουργούν με παλμικά σήματα που έχουν ευρεία ανταπόκριση τομέα συχνότητας.Αυτό καθιστά δύσκολη την ακριβή χαρακτηριστική των συσκευών ραδιοσυχνοτήτων χρησιμοποιώντας τυποποιημένες μεθόδους ανίχνευσης στενής ζώνηςΩς εκ τούτου, για τον χαρακτηρισμό συσκευών σε παλμική κατάσταση, χρησιμοποιούνται συχνά οι λεγόμενες παλμικές S-παραμέτρους.Σήμερα, ορισμένες επιχειρήσεις έχουν υιοθετήσει τη μέθοδο παλμού για τη δοκιμή των παραμέτρων S και το εύρος προδιαγραφών δοκιμής είναι: πλάτος παλμού 100us, κύκλος εργασίας 10 ~ 20%.

Λόγω του περιορισμού των υλικών συσκευής GaN και της διαδικασίας παραγωγής, οι συσκευές έχουν αναπόφευκτα ελαττώματα, τα οποία οδηγούν σε κατάρρευση ρεύματος, καθυστέρηση πύλης και άλλα φαινόμενα.Σε κατάσταση λειτουργίας ραδιοσυχνοτήτων, το ρεύμα εξόδου της συσκευής μειώνεται και η τάση του γόνατος αυξάνεται, γεγονός που τελικά μειώνει την ισχύ εξόδου και επιδεινώνει τις επιδόσεις.απαιτείται μέθοδος δοκιμής με παλμούς για να ληφθεί η πραγματική κατάσταση λειτουργίας της συσκευής στη λειτουργία με παλμούς.Το εύρος δοκιμής πλάτους παλμού καλύπτει 0,5us ~ 5ms επίπεδο και ο κύκλος λειτουργίας είναι 10%.

Δοκιμή χαρακτηριστικών ισχύος (Δοκιμή έλξης φορτίου)

Οι συσκευές GaN HEMT έχουν εξαιρετικά χαρακτηριστικά προσαρμογής σε συνθήκες υψηλής συχνότητας και υψηλής ισχύος.η δοκιμή με S-παραμέτρους μικρού σήματος ήταν δύσκολη για την εκπλήρωση των απαιτήσεων δοκιμής των συσκευών υψηλής ισχύοςΗ δοκιμή φόρτωσης και έλξης (Load-Pull test) είναι πολύ σημαντική για την αξιολόγηση των επιδόσεων των συσκευών ισχύος υπό μη γραμμικές συνθήκες εργασίας και μπορεί να βοηθήσει στον σχεδιασμό των ενισχυτών ισχύος ραδιοσυχνοτήτων.Στον σχεδιασμό κυκλωμάτων ραδιοσυχνοτήτωνΌταν η συσκευή βρίσκεται σε κατάσταση λειτουργίας μικρού σήματοςτο κέρδος της συσκευής είναι γραμμικό, αλλά όταν η ισχύς εισόδου της συσκευής αυξάνεται για να λειτουργήσει σε μη γραμμική κατάσταση μεγάλου σήματος, λόγω της έλξης ισχύος της συσκευής, θα προκύψει η καλύτερη αντίσταση της συσκευής.Το σημείο έχει μετατοπιστεί.Ως εκ τούτου, προκειμένου να ληφθεί το καλύτερο σημείο αντίστασης και οι αντίστοιχες παραμέτρους ισχύος, όπως η ισχύς εξόδου και η απόδοση της συσκευής RF στην μη γραμμική κατάσταση λειτουργίας,είναι απαραίτητο να διενεργηθεί δοκιμή πίεσης φορτίου με μεγάλο σήμα στην συσκευή., έτσι ώστε η συσκευή να μπορεί να αλλάξει το τερματικό εξόδου της συσκευής υπό σταθερή ισχύ εισόδου. Η τιμή αντίστασης του ταιριάζοντος φορτίου χρησιμοποιείται για να βρεθεί το καλύτερο σημείο αντίστασης.αύξηση ισχύος (αύξηση), πυκνότητα ισχύος εξόδου (Pout) και αποτελεσματικότητα πρόσθετης ισχύος (PAE) είναι σημαντικές παράμετροι εξέτασης για τα χαρακτηριστικά ισχύος των συσκευών GaN RF.

Σύστημα δοκιμής χαρακτηριστικών συνεχούς ρεύματος l-V με βάση το μέτρο προέλευσης της σειράς S/CS

Το σύνολο του συστήματος δοκιμής βασίζεται σε μετρητή μέτρησης πηγής σειράς Precise S/CS, με σταθμό ανίχνευσης και ειδικό λογισμικό δοκιμής, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για δοκιμή παραμέτρων συνεχούς ρεύματος GaN HEMT, GaAs RF συσκευής,συμπεριλαμβανομένης της τάσης κατώτατου ορίου, ρεύμα, καμπύλη χαρακτηριστικών εξόδου κλπ.

Μέτρο μέτρησης πηγής συνεχούς ρεύματος σειράς S/CS

Το μέτρο μέτρησης πηγών της σειράς S είναι το πρώτο τοπικό μέτρο μέτρησης πηγών με υψηλή ακρίβεια, μεγάλο δυναμικό εύρος και ψηφιακό άγγιγμα που έχει κατασκευάσει η PRECISE εδώ και πολλά χρόνια.Ενσωματώνει διάφορες λειτουργίες όπως είσοδος και έξοδος τάσης και ρεύματοςΗ μέγιστη τάση είναι 300V και το μέγιστο ρεύμα είναι 1A. Υποστηρίζουν τέσσερα τεταρτημόρια εργασίας, υποστηρίζουν γραμμικές, λογαριθμικές, προσαρμοσμένες και άλλες λειτουργίες σάρωσης.Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη δοκιμή DC l-V των χαρακτηριστικών των υλικών GaN και GaAs RF στην παραγωγή και την Ε&Α, καθώς και πατατάκια.

Ο μετρητής μέτρησης πηγής plug-in της σειράς CS (host + sub-card) είναι ένα μοντελοποιημένο προϊόν δοκιμής που ξεκίνησε για σενάρια δοκιμών πολλαπλών καναλιών.Μέχρι 10 υπο-καρτές μπορούν να επιλεγούν για την συσκευή μέτρησης πηγής plug-in PreciseΗ μέγιστη τάση είναι 300V, το μέγιστο ρεύμα είναι 1A, υποστηρίζει εργασία τεσσάρων τεταρτημάτων,και έχει υψηλή πυκνότητα καναλιών. Δυνατή λειτουργία συγχρονικής ενεργοποίησης, υψηλή απόδοση συνδυασμού πολλαπλών συσκευών κλπ.

Για τη δοκιμή των χαρακτηριστικών συνεχούς ρεύματος των συσκευών ραδιοσυχνοτήτων, η τάση πύλης είναι γενικά εντός των ±10V και οι τάσεις της πηγής και της αποχέτευσης εντός των 60V. Επιπλέον, δεδομένου ότι η συσκευή είναι τύπου τριών θύρων,απαιτούνται τουλάχιστον δύο μονάδες μέτρησης πηγής S ή δύο κανάλια θυγατρικών καρτών CS.

Δοκιμή καμπύλης χαρακτηριστικών εξόδου

Στην περίπτωση μιας συγκεκριμένης πύλης και πηγής τάσης VGs, η καμπύλη αλλαγής μεταξύ της πηγής και της αποχέτευσης ρεύματος lbs και της τάσης Vos ονομάζεται η καμπύλη χαρακτηριστικών εξόδου.,Επιπλέον, με τη δοκιμή διαφορετικών τιμών τάσης πύλης και πηγής Vcs, μπορεί να ληφθεί ένα σύνολο χαρακτηριστικών καμπυλών εξόδου.

Δοκιμή υπεραγωγικότητας

Η υπεραγωγιμότητα gm είναι μια παράμετρος που χαρακτηρίζει την ικανότητα ελέγχου της πύλης της συσκευής στο κανάλι.όσο ισχυρότερη είναι η ικανότητα ελέγχου της πύλης στο κανάλι.

Ορίζεται ως gm=dlDs/dVgo. Υπό συνθήκες σταθερής τάσης πηγής και αποχέτευσης, δοκιμάζεται η καμπύλη αλλαγής μεταξύ πηγής και αποχέτευσης ρεύματος lDs και πύλης και πηγής τάσης VG,και η τιμή της υπεραγωγικότητας μπορεί να ληφθεί αντλώντας την καμπύληΜεταξύ αυτών, το σημείο όπου η τιμή διαγωγικότητας είναι μεγαλύτερη ονομάζεται gm,max.

Σύστημα δοκιμής χαρακτηριστικών παλμού I-V βασισμένο σε ακριβή μέτρηση πηγής παλμού σειράς Ρ μετρητή/πηγή παλμού σειράς CP σταθερής τάσης

Το σύνολο του συστήματος δοκιμής βασίζεται στην μονάδα μέτρησης πηγής παλμού σειράς Psys P μέτρη/πηγή παλμού σταθερής τάσης CP, με σταθμό ανίχνευσης και ειδικό λογισμικό δοκιμής, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για GaN HEMT,Δοκιμή των παραμέτρων I-V παλμού της συσκευής GaAs RF, ειδικά το σχέδιο της καμπύλης χαρακτηριστικών εξόδου I-V.

Μέτρο μέτρησης πηγής παλμού σειράς P

Το μετρητή μέτρησης πηγής παλμού σειράς P είναι ένα μετρητή μέτρησης πηγής παλμού με υψηλή ακρίβεια, ισχυρή απόδοση και ευρύ φάσμα δοκιμών που κυκλοφόρησε από την PRECISE,που ενσωματώνει πολλαπλές λειτουργίες όπως είσοδος και έξοδος τάσης και ρεύματοςΤο προϊόν έχει δύο λειτουργικές λειτουργίες συνεχούς ρεύματος και παλμού. Η μέγιστη τάση εξόδου είναι 300V, το μέγιστο ρεύμα εξόδου παλμού είναι 10A, η μέγιστη τάση είναι 300V,και το μέγιστο ρεύμα είναι 1AΥποστηρίζει λειτουργία τεσσάρων τεταρτημάτων και υποστηρίζει γραμμικές, λογαριθμικές, προσαρμοσμένες και άλλες λειτουργίες σάρωσης.Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για παλμική δοκιμή χαρακτηριστικών l-V των υλικών ραδιοσυχνοτήτων GaN και GaAs και των τσιπ στην παραγωγή και την έρευνα και ανάπτυξη.

Δοκιμή χαρακτηριστικής καμπύλης εκπομπής παλμού

Λόγω των περιορισμών των υλικών συσκευής GaN και των διαδικασιών παραγωγής, υπάρχει ένα αποτέλεσμα κατάρρευσης ρεύματος.και η ιδανική κατάσταση λειτουργίας υψηλής ισχύος δεν μπορεί να επιτευχθείΗ μέθοδος δοκιμής για τα χαρακτηριστικά της εξόδου παλμού είναι η συγχρονική εφαρμογή ενός σήματος περιοδικής τάσης παλμού στην πύλη και την αποχέτευση της συσκευής.και η τάση της πύλης και της αποχέτευσης θα αλλάζει εναλλάξ μεταξύ του στατικού σημείου λειτουργίας και του αποτελεσματικού σημείου λειτουργίας συγχρονικάΌταν οι Vcs και Vos είναι αποτελεσματικές τάσεις, το ρεύμα της συσκευής παρακολουθείται.Η έρευνα αποδεικνύει ότι διαφορετικές τάσεις λειτουργίας και πλάτους παλμών έχουν διαφορετικές επιδράσεις στην τρέχουσα κατάρρευση.

Σύστημα δοκιμής παραμέτρων σφυγμού S βασισμένο σε πηγή σφυγμού σταθερής τάσης σειράς Precise CP

Το σύνολο του συστήματος δοκιμών βασίζεται στην πηγή παλμού σταθερής τάσης της σειράς Pousse CP, με αναλυτή δικτύου, σταθμό ανίχνευσης, συσκευή Bias-tee και ειδικό λογισμικό δοκιμών.Βάσει της δοκιμής παραμέτρου S μικρού σήματος συνεχούς ρεύματος, μπορεί να πραγματοποιηθεί δοκιμή παλμού S παραμέτρων συσκευών GaN HEMT και GaAs RF.

Σύνοψη

Η Wuhan Precise επικεντρώνεται στην ανάπτυξη οργάνων και συστημάτων δοκιμής ηλεκτρικής απόδοσης στον τομέα των συσκευών ισχύος, των συσκευών ραδιοσυχνοτήτων και των ημιαγωγών τρίτης γενιάς..Πηγή μεγάλου ρεύματος με παλμό, κάρτα λήψης δεδομένων υψηλής ταχύτητας, πηγή σταθερής τάσης με παλμό και άλλα προϊόντα οργάνων και πλήρες σύνολο συστημάτων δοκιμών.Τα προϊόντα χρησιμοποιούνται ευρέως στον τομέα της ανάλυσης και της δοκιμής υλικών και συσκευών ημιαγωγών ισχύοςΣύμφωνα με τις ανάγκες των χρηστών, μπορούμε να παρέχουμε ολοκληρωμένες λύσεις για δοκιμές ηλεκτρικής απόδοσης με υψηλές επιδόσεις,υψηλή απόδοση και υψηλό κόστος