半导体消融微波功率源
固态微波功率源技术标准
固态微波功率源技术标准
固态微波功率源，是一种集成了微波功率放大器、驱动电路、源波器及控制电路等功
能的微波源。
其基本结构包括射频输入端口、直流输入端口、输出端口、控制端口等。
固
态微波功率源的特点是具有体积小、重量轻、高效稳定、易于集成和控制等优点，因此广
泛应用于雷达、通信、导航、军事装备等领域中。
为了确保固态微波功率源的性能和使用效果，制定了一系列的技术标准。
下面简要介
绍几项主要的技术标准：
1. 射频输入频带和电平要求：在固态微波功率源的使用过程中，射频输入频带和电
平必须符合指定的技术标准要求。
射频输入频带一般设定在1至20GHz之间，电平则范围
在-20至+20dBm之间。
输入频率和电平应在使用前校准，并定期进行检查以确保系统的稳
定性。
3. 失真和杂散电平要求：失真和杂散电平也是固态微波功率源性能的重要参考参数。
失真应控制在1%以内，杂散电平应小于-60dBc。
这些性能参数能够有效提高系统的工作精度和可靠性。
4. 使用环境适应要求：固态微波功率源通常应在室内使用，而且其工作环境应当遵
循一定的技术标准。
例如，在温度方面，系统的工作环境应控制在-10℃至+50℃之间。
此外，还应对供电电压、电源波动、震动、电磁场等方面进行适当的控制。
综合以上所述，制定固态微波功率源的技术标准，对于提高系统的可靠性和稳定性具
有重要的意义。
对于不同类型的应用场景，还需进一步明确不同的技术要求，以确保系统
具有最佳的性能和可靠性。
第5章_高功率微波源
冲功率与连续波功率
5.2.1 发展概况及基本原理
电子回旋脉塞期间包括一大类器件,这 类期间又称为回旋管系列,属于快波器件. 电子回旋脉塞器件能以各种方式在跨越 厘米波,毫米波甚至亚毫米波的范围内产 生高脉冲功率与连续波功率
电子回旋脉塞发展历史
电子回旋脉塞起源于50年代末期,但是有3位学者开始进行电 子回旋脉塞互相作用产生微波的理论研究.
第五章 高功率微波源 Development and Appling of High Power Microwave(HPM)
5.1 引言
5.2 电子回旋脉塞及回旋管系列
5.3 相对论普通微波管系列 5.4 其他高功率微波器件
电磁波谱及主要产生方式
1 高功率微波(high power microwave-HPM)
如果高频场的角频率与电子回旋频率相等,受加 速的电子数等于受减速的电子数 如国高频场的角频率小于电子回旋频率.电磁波 场的旋转速度略慢于电子的旋转速度,则电子的 群聚落入加速场,有更多的电子受到加速而从波 场获得能量,场被电子吸收能量而衰减. 如国高频场的角频率大于电子回旋频率,电磁波 场的旋转速度略大于电子的旋转速度,则电子的 群聚落入波场的减速区.在场的一个周期内,减 速的电子数大于加速的电子数.净效果是电子注 失去能量,将能量交给高频场,波场得到增强,于 是产生微波振荡或放大.
非致命武器1美国陆军实验室正在研制的地面车辆制动装置就是利用微波源产生的脉冲波爆使远处的正在高速行驶的汽车失灵甚至报废2电力分配弹药epdmelectricpowerdistributionmanition当其飞抵目标上方时爆炸释放出大量松散的传导性碳纤维缠丝随风飘落缠绕在高能电缆上使电子设备严重短路3目前正在研制中的隐蔽式眩目激光武器是使用荧光技术其发射出的紫外光照射眼睛后眼睛会产生荧光感应出现视线模糊使人致晕但无致人失明的危险
各种治疗的注意事项
各项治疗规范（试行）一、300IB冷光源治疗仪（半导体激光）适应症：用于激光理疗中，对急、慢性疾病（前列腺炎、前列腺增生、尿道口红肿、膀胱炎等）、神经性疼痛及功能障碍、运动系统的急性操作、风湿病、感染及非感染性炎症和皮肤病等进行辅助治疗。
禁忌症：1、严禁将激光直射眼睛、甲状腺及孕妇腰腹部及腰骶部；晚期癌症病人用于止痛需在医生指导下进行。
2、在毛发处照射（如百会穴），可把局部头发剪去后再照射；应从小功率开始，以防头发烧灼而产生刺痛感。
3、严禁照射色素沉着部位，以免皮肤灼伤。
注意事项：1、因治疗仪输出为近红外光，严格避免光源直射眼睛。
操作时必须戴好防护眼镜，必须将光源探头放臵于治疗部位后，再启动仪器光源，以免损伤眼睛；2、由于光输出探头直接接触人体，治疗机的供电电源须有良好的接地装臵，每次治疗前必须检查该装臵：接地是否有效。
3、在紧急状态下，可立即终止激光输出的手动装臵—急停开关。
4、严禁照射皮肤黑色素，以免造成皮肤灼伤！5、如果仪器无法正常运行时，首先检查仪器电源是否衡接好，再检查是否按到急停开关。
二、BYK-50 水遁环微波治疗仪适应症：1、治疗非淋菌性阴道炎、宫颈炎。
2、治疗良性前列腺增生及慢性前列腺炎。
禁忌症：1、各种炎症的急性期2、尿道狭窄者3. 外阴区域手术后24小时内注意事项：1、仪器开始工作前，打开后盖水箱检查水位是否在正确位臵（约2/3左右）2、发射微波功率前要确保微波天线已接好，并插入装有循环水的治疗导管中再进入人体治疗区，否则会损坏微波源并会造成微波泄漏。
3、仪器工作时，不可打开外壳，以防电击。
4、在插、拔电源插头时，主机和计算机的电源开关应臵于关闭状态。
5、男性尿道治疗插管时，微波管翘起的前端对准腹壁方向。
尿道治疗插管流程同腔介治疗。
6、治疗时用一次性垫单将通道管接口包住，避免循环水渗漏（垫单可剪开使用）。
7、微波管禁忌用石蜡油润滑。
三、HA-100场效消融治疗仪适应症：急、慢性前列腺炎；前列腺增生症；非淋性尿道炎等泌尿、生殖系炎症禁忌症：1、严重类风湿病人。
微波的技术实验指导书(二)
实验一三厘米波导测量系统一、系统结构框图图1-1 三厘米波导测量系统备注：三厘米隔离器用在精密测量中，而在一般测量中可以不加，因为在YM1123中有一个隔离器。
本章后续的六个实验均是基于该结构展开的，下面将对结构中的仪器进行一一介绍。
二、仪器、器件介绍本套系统主要用于测量微波在波导中传输时的一些基本参数，如波导波长、反射系数、阻抗及功率等。
主要用到的仪器为：YM1123微波信号发生器、波导测量线、小功率计、频率计、选频放大器、波导功率探头以及各种波导元件。
下面分别进行介绍：（一）YM1123微波信号发生器YM1123微波信号发生器是一款固态信号源，主要基于某些半导体材料（如砷化镓）的体效应来实现振荡的，具有功率大、稳定可靠等特性。
整体结构由高频部分、调制器部分、功率显示部分（对100uW的功率作相对指示）、频率显示部分及衰减显示部分、工作状态控制部分、电源部分六大件组成，其中高频部分负责产生7.5GH z～12.4GHz的微波信号，调制部分负责产生一系列脉冲信号，采用PIN调制器来实现微波信号的脉冲幅度调制。
其面板调节控制机构如下所示：1. 面板调节控制机构（1）电源开关位置。
（2）工作状态开关：按移动键可改变工作状态，指示灯也相应改变。
工作状态有：等幅（=，用于测量校准衰减器在100uW时0dB定标）、内调制（分方波和脉冲两种）、外调制（外输入脉冲信号，具有极性变换功能）及外整步。
（3）“调谐”旋钮调节可改变输出频率。
（4）“调零”旋钮调节可改变电表电气调零。
（5）“衰减调节”旋钮可控制输出功率大小。
反时针调节，信号输出增大，衰减显示减小；顺时针调节，信号输出减小，衰减显示增大。
（6）“衰减调零”为100uW基准0dB校准。
（7）“×1、×10”开关：调制信号重复频率开关。
（8）“重复频率”旋钮调节可改变调制信号重复频率。
（9）“脉宽”旋钮调节可改变调制信号脉冲宽度。
（10）“延迟”旋钮调节可改变调制信号脉冲延迟时间。
详解微波射频器件极限功率损耗与分散
详解微波射频器件极限功率损耗与分散每个器件都有一个最大的功率极限，不管是有源器件（如放大器），还是无源器件（如电缆或滤波器）。
理解功率在这些器件中如何流淌有助于在设计电路与系统时处理更高的功率电平。
它能处理多大的功率这是对放射机中的大多数器件不行避开要问的一个问题，而且通常问的是无源器件，比如滤波器、耦合器和天线。
但随着微波真空管（如行波管（TWT））和核心有源器件（如硅横向集中金属氧化物半导体（LDMOS）晶体管和氮化钱（GaN）场效应晶体管（FET））的功率电平的日益增加，当安装在细心设计的放大器电路中时，它们也将受到连接器等器件甚至印刷电路板（PCB）材料的功率处理力量的限制。
了解组成大功率器件或系统的不同部件的限制有助于回答这个长期以来的问题。
放射机要求功率在限制范围内。
一般来说，这些限制范围由政府机构规定，例如美国联邦通信委员会（FeC）制定的通信标准。
但在“不受管制”系统中，比如雷达和电子战（EW）平台中，限制主要来自于系统中的电子器件。
每个器件都有一个最大的功率极限，不管是有源器件（如放大器），还是无源器件（如电缆或滤波器）。
理解功率在这些器件中如何流淌有助于在设计电路与系统时处理更高的功率电平。
当电流流过电路时，部分电能将被转换成热能。
处理足够大电流的电路将发热一一特殊是在电阻高的地方，如分立电阻。
对电路或系统设定功率极限的基本思路是采用低工作温度防止任何可能损坏电路或系统中器件或材料的温升，例如印刷电路板中使用的介电材料。
电流/热量流经电路时发生中断（例如松散的或虚焊连接器），也可能导致热量的不连续性或热点，进而引起损坏或牢靠性问题。
温度效应，包括不同材料间热膨胀系数（CTE）的不同，也可能导致高频电路和系统中发生牢靠性问题。
热量总是从更高温度的区域流向较低温度的区域,这个原则可以用来将大功率电路产生的热量传离发热源，如晶体管或TWT。
当然，从热源开头的散热路径应当包括由能够疏通或耗散热量的材料组成的目的地，比如金属接地层或散热器。
固态微波功率源
固态微波功率源
1固态微波功率源的介绍
固态微波功率源是一种利用固态技术来代替传统的机械扰动技术的新型微波功率源。
固态微波功率源主要由激光器、复合玻璃以及放大器组成，能够实现定向操控、高精度定位。
它能够产生高功率脉冲、宽频调制信号，使用成本较低，具有稳定的性能，且需要的空间小，安全可靠性高，因而得到了广泛的广泛应用。
2固态微波功率源的工作原理
固态微波功率源的核心原理就是在采用激光器的脉冲调制驱动的基础上，通过半导体复合玻璃的偏振特性，把激光脉冲调制信号转换为宽频脉冲信号，最后通过放大器把脉冲信号变为高功率信号。
整个脉冲调制过程可以通过控制固态微波功率源的操作手段进行控制，能够实现定向操控，从而达到准确定位的目的。
3固态微波功率源的应用
固态微波功率源由于具备空间小，安全性高，稳定性高，可靠性高，使用成本低等优点，在航空航天，医疗器械，军事科技，通信技术以及无线数据传输等行业都得到了广泛的应用。
比如，有的航空航天器，需要固态微波功率源把射频脉冲转换为振荡器脉冲，以及把脉冲信号传送到定位系统中或进行通信；在医疗器械方面，则可以利用固态微波功率源处理超声信号或其它生物信号，提高医疗器械的体验和安全性；同时还可以用来处理无线数据传输，提高信号质量，传输
距离更远;在军事科技方面，可以使用固态微波源进行目标搜索、定位等应用。
总之，固态微波功率源的发展已经使微波电子技术取得了进一步的发展，在更多行业中大大提高了效率，为人们应用提供了更多便利。
微波半导体器件
C j max - C j min 2(C j max + C j min )
串联电阻 Rs 品质因素 Q
Rs = R p + Rn + Rb + Rc
在工作频率f下，变容二极 管的容抗与串联电阻之比
主要由低掺杂一侧的 电阻决定 1 2p fC j Q= Rs
质量的标志、反映了变容二极管储存能量与耗散能 力，越高越好，减小串联电阻可提高Q 截止频率 fc 一定偏压下，Q＝1时的频率
主要功能 微波振荡
结构特点 单边突变 结 肖特基势 垒结
肖特基势 垒二极管 体效应二 极管
MS接触 多子器件 无结器件
Si GaAs GaAs InP
混频、检 波 微波振荡 放大
肖特基势 垒 结构简单、 掺杂浓度 及厚度一 定的n层
名称 微波双极 晶体管
类型 pn结 三端器件
常用材料 Si
工作原理 由电流控 制的对输 入信号的 放大作用
MS接触 三端器件
高电子迁 移率晶体 管HEMT
异质结场 效应晶体 管
AlGaAs/GaAs 电压控制 高迁移率 2DEG实现 信号控制 和放大
多层外延 异质结 台面型 平面型
微波二极管
种 类 ¾变容二极管 ¾隧道二极管 ¾阶跃恢复二极管 ¾pin二极管 ¾雪崩二极管 原理 ¾pn结的电容效应 ¾隧道效应 ¾电荷储存效应 ¾雪崩击穿特性 应 用 调谐、倍频、毫 微秒脉冲发生器 、限幅器、控制 器、混频器、微 波开关、移相器 、衰减器 ……
h= Pa Va I a = Pd Vd I d
雪崩渡越时间二 极管的效率
输出功率和电源供给的功率之比。
1 理论值 h = p
实际一般在20％以下
典型半导体器件的高功率微波效应研究
典型半导体器件的高功率微波效应研究典型半导体器件的高功率微波效应研究近年来，随着无线通信技术的迅猛发展，对高功率微波器件的需求也越来越高。
在这个背景下，典型半导体器件的高功率微波效应研究引起了广泛的关注。
本文将着重探讨典型半导体器件在高功率微波环境下的行为和性能。
首先，我们来介绍一下什么是典型半导体器件。
典型半导体器件包括二极管、晶体管、场效应管等。
这些器件都是由半导体材料构成的，并且在电路中起着重要的作用。
在高功率微波环境中，典型半导体器件所受到的能量和压力将显著增加，因此其行为和性能也会发生变化。
在高功率微波环境中，典型半导体器件的第一个重要问题是能量吸收和散热。
当高功率微波信号经过半导体器件时，一部分电磁能量将被器件吸收，而吸收的能量会被转化为热能。
因此，器件的温度会升高，如果温度过高，就会导致器件的损坏甚至失效。
因此，提高典型半导体器件的散热性能成为了研究的重点。
除了能量吸收和散热问题，典型半导体器件在高功率微波环境中还面临着其他问题。
例如，器件的非线性特性会受到电磁场的影响，导致输出信号的失真。
此外，高功率微波信号还会引起器件的非平衡效应，使得器件的电路特性发生变化。
这些都给典型半导体器件的设计和应用带来了很大的挑战。
针对典型半导体器件的这些问题，研究者们采取了多种方法来解决。
一方面，他们通过改进材料的热导率和散热结构，提高器件的散热性能。
另一方面，他们利用器件的非线性特性和非平衡效应，设计出更加适应高功率微波环境的电路结构。
此外，一些新型器件材料的引入和微纳加工技术的应用也为典型半导体器件的高功率微波效应研究带来了新的思路和方法。
总体来说，典型半导体器件的高功率微波效应研究具有重要的理论和应用价值。
通过深入研究器件在高功率微波环境中的行为和性能，可以为半导体器件的设计和应用提供更准确的参考和指导。
此外，对典型半导体器件的高功率微波效应研究还可以为高功率微波技术发展提供技术支持和创新思路。
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消融针同轴损耗 功率源实际输出功率 0.6 45.92145234
针杆耗散功率降低 有效功率比提升 66.47% 117.75%
应用总结：
同等功率下，消融效率提升100% 同等消融时间下，微波功率降低50% 针杆损耗降低66%，杆温大幅度下降 真实连续功率，安全可靠
降低杆温，提高手术质量
功率源输出功率 100
功放测试回波 -6.5
微波线缆损耗 1.5 线缆损耗 1.5
消融针同轴损耗 天线实际辐射功率 0.6 25.35169471
针杆耗散功率功率 有效功率比 13.82010713 针杆耗散功率 4.634226907 25.35% 有效功率比 55.20%
天线目标辐射功率 功放测试回波 25.35 -14
实现全频段负载扫描与实时自适应 I2C/RS-485任意可选 200*70*20 （mm）
Comba 固态源原理框图
微波消融射频传输框图
微波固态源 微波电缆 A PA module 微波消融针（天线）
人体组织
消融区
正向功率传输 反向功率传输
微波电缆损耗 微波电缆损耗
微波消融针电缆损耗 微波消融针电缆损耗
Signal Source &Controller A
Synthesizer VCO
Comba完成了ISM常用频段433/915/2450 MHz 功率 等级50W/250W/500W的功率源系列，可应用于家用 微波加热、工业加热、微波医学等多领域 产品典型指标
产品型号 工作频率 额定功率
反射功率增大，有 效功率降低
提高输出功率
输出负载失配后造 成的恶化循环
近针杆处组 织碳化严重
微波消融针针杆 温度提升
微波消融针耗散 功率增加
微波消融射频能量传输
举例计算：
以固态源输出功率100瓦为例，实测2.4GHz~2.5GHz频率下，当天线插入目标负载 （猪肝组织）功放输出回波扫频图形如右图： 根据图示：在2.45GHz状态下，功放输出负载S11测试值为6.5dB，匹配最佳点 2428MHz，S11为-14dB； 估算微波电缆损耗为1.5dB（按照1.5m计算），微波消融针内芯同轴电缆损耗为 0.6dB（按照25cm计算）；则2.45GHz，天线有效输出功率仅为：25瓦，有效功率 利用仅为25%，针杆损耗功率达到13.8瓦 当频点自适应为2.428GHz（最佳匹配频点时），天线有效功率提升至55瓦，提升达 到117%，同时降低针杆损耗功率至10瓦，不仅可以大幅度提升消融速度，还能够降 低针杆温度，稳定消融效果。 而我们消融过程中实际所需消融功率就是25瓦，则在最佳匹配点下，需要固态源输出 功率仅为46瓦，针杆损耗功率降低至4.6瓦，较失配状态下输出降低66.5%，可以非 常有效的降低设备在功耗、辐射等方面的影响，同时大幅度降低针杆损耗功率，
关键概念定义
A：消融针天线在标准负载状态下设计匹配频点为2.45GHz，实际使用中，与组织介电常数相关，会造成负载失配； B：组织消融的效果只与消融针天线的有效发射功率有直接关系； C：输出负载失配将会造成较严重的功率反射，导致有效发射功率降低； D：输出失配会对微波消融针内芯电缆温度造成持续性恶化影响； 假设需求微波消融有效功率固定
输出 负载 失配 反射
微波消融射频能量传输
几个关键射频功率指标的计算方法：
A：消融针天线有效发射功率（即有效消融微波功率）Pout_E =固态源发射功率Pout-微波电缆正向损耗功率P_L1-微波消融针电缆正向损耗功率P_A1-负载失配反射功率Pref_A B：功放接受反射功率Pref_S=负载失配反射功率Pref_A-微波消融针电缆反向损耗功率P_A2-微波电缆反向损耗功率 P_L2 C：微波消融针耗散功率=微波消融针电缆正向损耗功率P_A1+微波消融针电缆反向损耗功率P_A2
半导体微波消融功率源
半导体微波功率源原理框图
半导体固态功率源是半导体射频能量应用的核心部件 采用最先进的高效率LDMOS以及GaN器件，结合智能控制与传感设 计，完成了全新的半导体固体源产品系列，具备以下技术优势：
功率与辐射能量精确控制 频率与相位的精确控制与调节 智能的负载反馈与自适应调节 面向不同场景的的任意信号发生器 实时的状态监测与反馈 灵活丰富的控制接口与良好扩展 低电压、高效率、安全性
PA2450T-250A 2400MHz~2500MHz 250W/54dBm ≥55%@Pout=54dBm 输出功率/反射功率/温度/驻波比 正弦波 三角波
PA Block A
C
MCU Controller
Sense D/A TEMP
脉冲波
V
A
VSW R
System Detect
负载自适应 监控接口 尺寸