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产品特写
 
实现高功率、低损耗、低成本的射频能量传输和分配
材料来源:《微波杂志》2019年1/2月号           录入时间:2019/2/15 16:51:25

自20世纪50年代起人们便使用微波炉来加热食物。直到现在,微波炉进行加热、保温和烹调的运行原理仍然与60年前的相同。微波炉的能量来自磁控管——一种用于产生高功率微波能量的金属管。磁控管缺乏可控性只能以“开”或者“关”两种状态运行,这导致微波炉实际上只能用于进行冷冻食物的解冻以及预包装食品的加热。由于食物通常具有不同的能量吸收属性和不均匀的能量密度,但磁控管产生的功率却无法有效控制,这可以解释为什么微波炉加热的食物会发生温度不均匀的情形,即存在过热和过冷的部位。

若能有效控制功率、频率和相位,对盘子上的每份食物施加适量的能量,就可以克服上述限制。将来,在微波炉中使用晶体管控制射频能量传输可以给用户带来全新的烹调体验,使得烹调精确而优质,用户可以通过点击按钮来定制具体食物的烹调过程——即使同一盘子上装有多种食物,也不会有加热过度、不足或者不均匀的情况出现。

使用晶体管技术还有一个额外的好处,即大幅延长微波炉的使用寿命,并且不会有磁控管老化而产生的功率下降。这种可靠的烹调方式能够确保食品的安全性,这对厨房来说至关重要。

改善射频能量传输和分配

1  晶体管射频能量系统需要与PCB建立高功率连接。

引入全新的技术需要许多的革新,系统设计首当其冲。传统的磁控管是直接固定到矩形波导上的,对安装精度没有什么要求。如果采用晶体管技术,PCB上的功率放大器需要与PCB相连(见1)。为了实现低损耗、高功率传输等要求,需要控制一定的安装精度,这相比于磁控管所需要的连接容差更小。

我们需要一种全新的互连方式来解决面临的诸多机械结构方面的挑战:高可靠性,低成本,避免使用电缆。传统的电缆组件和连接器,包括PCB连接器安装繁琐、成本高昂而且不能满足射频功率传输所要求的功率容量。

2  RFEX连接器直接集成到功率放大器壳体中

为了解决这个问题,HUBER+SUHNER开发出了一种专门用于射频能量传输的连接器,优化了功率容量和射频性能,即RFEX。

作为一种革新性的产品,RFEX是可用于大容量射频能量传输的低成本解决方案。如2所示,RFEX直接集成到放大器壳体中,因而大幅降低了部件尺寸和数量,简化了屏蔽设置,降低了电磁兼容性问题的风险。为了节约空间,RFEX可以与天线直接相连,从而可以直接固定放大器。或者,RFEX连接器可以用作空气或者绝缘体支承波导的低损耗接口。

介质波导

介质波导(见3)可以采用介质负载或部分介质负载的中空结构,以便进行尺寸和重量调整,从而满足应用的功率和损耗要求。绝缘支承的波导可提供更高的灵活性:所有机械结构都可以针对现代电磁炉壳体的外形进行优化设计。

3  将功率放大器组件与微波炉腔体相连的介质波导

为了发挥晶体管射频能量传输的优势,通常会使用多个功率放大器。因此需要多个馈入点并将来自独立放大器的功率组合起来,如图3所示。凭借极高的设计灵活性,可以将多个放大器与腔体的多个馈入点相连,即使是几何结构较难的应用也是如此。与基于PCB的合成器相比,聚合物支承波导的功率合成器具有明显的优势:低损耗、低成本,且PCB面积大幅减少。

RFEX连接器和介质波导针对处理损耗最低、效率最高、散热量低的高功率应用而设计,其可靠性高、使用寿命长。由于这一创新性设计,该组合简化了此前繁琐的组装工艺。通过减少部件数量并采用射频能量行业新提出的生产理念,用户会因成本大幅降低而受益。

射频能量将改变我们的生活

使用晶体管射频能量的高端烹调设备拥有诸多的优势,包括烹调速度更快、可重复性更高、质量更优,尤其餐厅将从中受益。不只是局限于烹调、保温和加热,晶体管射频能量传输还将拥有更广泛的应用。射频能量可以用于改进汽车点火装置,从而降低油耗。射频能量可以为等离子照明提供能量,从而创造出比LED更接近自然光的光谱。对于医疗应用,如用于微波消融术的射频组件,RFEX可以提高可靠性并简化射频信号的路径。工业应用通常需要极高的功率,因而需要许多功率放大器。RFEX和聚合物支承波导可以在部件中组合2至16(最多)个放大器,从而实现提高灵活性、简化维护作业并降低总成本的目标。

对于某些应用来说,RFEX互连解决方案能够将介质波导与直径更大的同轴电缆相结合,从而支持不同的几何距离、功率水平、环境温度和持续时间。HUBER+SUHNER的射频能量解决方案源于HUBER+SUHNER在射频连接产品设计和开发方面的丰富经验。

就像移动通信彻底改变了我们的生活一样,射频能量也将改变许多行业,从而使运行过程更快、可靠性更高、价格更实惠。

HUBER+SUHNER,瑞士黑里绍,www.hubersuhner.com


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