雖然當(dāng)我們想到RF時(shí)，我們大多數(shù)人都想起了無線電，數(shù)據(jù)鏈和通信的圖像，但是有一整套R(shí)F設(shè)計(jì)工程師的亞文化，他們的工作與通信無關(guān)。相反，這些工程師使用RF來加熱，焊接和密封金屬物體。我們可能熟悉的一個(gè)例子是感應(yīng)爐頂，加熱金屬鍋和平底鍋，同時(shí)表面保持涼爽。

電磁感應(yīng)使用由RF驅(qū)動(dòng)的感應(yīng)線圈，該感應(yīng)線圈通過靠近RF場的金屬中感應(yīng)的渦流產(chǎn)生電阻加熱效應(yīng)。被稱為感受器的金屬吸收這種熱量，并可將其熱傳導(dǎo)到更大的區(qū)域或體積（用于加熱液體等應(yīng)用），或者非常有效地熔化，熔化或焊接。沒有爆炸性氣體，煙霧或化學(xué)品，這使得該工藝成為工廠和自動(dòng)化機(jī)械生產(chǎn)線的理想選擇。

圖1：使用15千瓦的450千伏射頻能量，可以使25毫米金屬棒發(fā)熱。

不僅僅是用于烹飪

幾十年來，感應(yīng)加熱一直被用于用于密封和包裝金屬容器的工廠地板。早期的專利圖顯示了相對(duì)較少的組件如何實(shí)現(xiàn)有效的解決方案（圖2）。相比較而言，最近才在中低成本的烹飪表面上提供用于烹飪的感應(yīng)加熱。但是，我們都使用過感應(yīng)熱封的產(chǎn)品。我們都熟悉食品罐，需要開瓶器來打破真空密封。如果仔細(xì)觀察這些罐子的頂部，你會(huì)看到蓋子被焊接到罐子上;專用機(jī)器使用由高功率RF驅(qū)動(dòng)的專門設(shè)計(jì)的感應(yīng)加熱器，可快速，可靠，重復(fù)地將蓋子熔接到罐頭上。

圖2：這個(gè)早期的專利圖顯示了制造感應(yīng)焊接和加熱系統(tǒng)所需的部件相對(duì)較少。設(shè)計(jì)中最苛刻的部分是RF傳輸線圈的組成和尺寸。

人們甚至可以找到簡單，免費(fèi)和公共領(lǐng)域的DIY設(shè)計(jì)，供教育和愛好者使用。有文件記錄的設(shè)計(jì)（圖3，右）的簡化示意圖（圖3，左）顯示了一個(gè)相對(duì)安全的陶瓷保護(hù)的現(xiàn)場加熱器，您可以構(gòu)建 1 。

圖3：在線提供教育套件和原理圖，可以幫助您開始使用自己的感應(yīng)加熱設(shè)計(jì)。有文件記錄的設(shè)計(jì)（右）的簡化示意圖（左）顯示了一個(gè)相對(duì)安全的陶瓷保護(hù)現(xiàn)場加熱器，您可以構(gòu)建。

感應(yīng)加熱不僅適用于金屬焊接。它還可用于通過退火硬化或強(qiáng)化金屬或?qū)怏w加熱到等離子體中，用于高級(jí)化學(xué)反應(yīng)和研究。在所有情況下，都需要高功率RF場，這些設(shè)計(jì)包括專用的分立元件和有源元件。即使連接器也必須仔細(xì)檢查，以確保它們能夠通過能量，而不是吸收能量。

設(shè)計(jì)用于感應(yīng)加熱的高功率射頻

用于射頻感應(yīng)加熱的基本有源和無源元件需要能夠處理大量功率，并且必須進(jìn)行散熱以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)熱表面。也可能需要液體冷卻，這意味著即使是部件的外殼和主體也可能需要高度導(dǎo)熱。例如，即使通過0.01歐姆電阻，短暫的1000 A電流突發(fā)也需要在電流流動(dòng)時(shí)消耗10,000 W的功率。

AVX，Bourns和TE Connectivity等幾家合適的電阻器制造商提供相當(dāng)好的高功率和良好散熱的電阻器。這些通常用于機(jī)箱安裝配置，以允許散熱和傳輸。

例如，看看Bourns 50歐姆底盤安裝CHF190104CBF500L 800 W電阻（圖4）。五十歐姆是射頻匹配和高效功率傳輸和使用的神奇甜蜜點(diǎn)，傳輸線和天線主要用于匹配高達(dá)50歐姆的阻抗。

圖4：用于800 W設(shè)計(jì)的50歐姆底盤安裝電阻可實(shí)現(xiàn)RF傳輸線特性的最大功率傳輸。

作為供應(yīng)商CHF射頻功率系列的一部分，它具有0至1 GHz的工作特性，具有極低的（1.2）電壓駐波比（VSWR），可最大限度地減少反射信號(hào)和不必要的加熱。

其他值如12.5,25和100歐姆可供選擇。請(qǐng)注意所選值如何串聯(lián)和并聯(lián)以在分配熱量時(shí)創(chuàng)建更高的功率水平。也可提供1000 W版本的Bourns CHF190104KBF500L

高功率RF電容器不像電阻器，晶體管和電感器那樣常見，特別是在RF感應(yīng)技術(shù)方面。在大多數(shù)情況下，可能需要專門為設(shè)計(jì)制作串聯(lián)和并聯(lián)陣列。

這里重要的是保持等效串聯(lián)電阻和等效串聯(lián)電感低。由于潛在的高電流，IIR加熱是一個(gè)問題，甚至相當(dāng)高溫的陶瓷電容器也會(huì)迅速降級(jí)。

您不希望在這些應(yīng)用中使用電解電容或鉭電容。兩種類型都不喜歡過度應(yīng)力，并且在災(zāi)難性故障期間實(shí)際上可能會(huì)劇烈爆炸。即使電壓不高，也最好使用高壓版本的陶瓷電容器。通過感應(yīng)負(fù)載，可以在緊密間隔的陶瓷電容器上產(chǎn)生非常高水平的尖峰和浪涌。較舊的高壓聚酯薄膜電容器和聚苯乙烯可以提供良好的老化特性和嚴(yán)格的公差，并且可以幫助消除電弧放電，因?yàn)檫@些技術(shù)比表面貼裝陶瓷更大。

進(jìn)行連接

在設(shè)計(jì)用于加熱金屬的高功率RF鏈路時(shí)，連接器至關(guān)重要。畢竟，連接器使用金屬，給我們帶來了一個(gè)難題：金屬是一個(gè)很好的屏蔽，而BNC，F(xiàn)型，MCX，SMA等射頻連接器使用金屬外殼作為阻抗控制的一部分，具有屏蔽功能。

然而，這些相對(duì)小尺寸的連接器沒有太多的整體表面積，散熱也是一個(gè)問題。這意味著當(dāng)需要高功率鏈路時(shí)，小型和低成本的連接器是不合適的。

進(jìn)行工程設(shè)計(jì)后，您可以制作具有正確成分，形狀和密度的固體，以實(shí)現(xiàn)有效耦合。對(duì)于中功率，前期放大階段，較舊的和較大的RF連接器（例如較舊的UHF和N型）可能是最佳的。

Cinch 26-8011等底盤安裝部件具有大量的熱質(zhì)量，可與堅(jiān)固的底盤和/或散熱器實(shí)現(xiàn)良好的熱連接（圖5）。它們的特點(diǎn)是50歐姆，并使用可靠的螺釘觸點(diǎn)而不是摩擦相關(guān)的互鎖。這可以使它們?cè)诖嬖谡駝?dòng)和沖擊時(shí)更安全。

圖5：具有大量熱量的阻抗控制RF連接器可有效地將熱量傳遞到機(jī)箱或散熱器，對(duì)于中等功率非常有用水平。最終功率放大后，非常高功率的最終階段可能需要定制解決方案。

例如，用于RG-8,213,58和59的配合電纜，也使用具有大量熱質(zhì)量的公插頭。對(duì)于高達(dá)500 MHz的大多數(shù)應(yīng)用，黃銅和鎳涂層應(yīng)該足夠了。

功率晶體管

很少有管設(shè)計(jì)正在進(jìn)行，并且隨著高壓大功率半導(dǎo)體技術(shù)的蓬勃發(fā)展，許多優(yōu)秀的半導(dǎo)體器件已經(jīng)準(zhǔn)備好處理相當(dāng)大量的RF功率。

雖然在大多數(shù)情況下頻率不會(huì)那么高，但電流承載能力和電壓可能會(huì)很高。在大多數(shù)情況下，F(xiàn)ET技術(shù)是最好的，因?yàn)樗梢詳y帶非常低的RDS（on）規(guī)格，同時(shí)做好切換工作。必須注意保護(hù)FET免受過應(yīng)力，因?yàn)闁艠O處的薄氧化層會(huì)破裂。

像NXP BLF578,112這樣的部件在這里是不錯(cuò)的選擇（圖6）。該LDMOS RF FET可在高達(dá)108 MHz的頻率下處理高達(dá)88 A的電流，并可實(shí)現(xiàn)1,000 W的輸出電平。請(qǐng)注意陶瓷包裝具有大的熱容量和散熱器。另外還有BLF178P，112，雙版本配置為半橋。

圖6：所有高功率組件可能都需要散熱和散熱，但要小心：如果外殼和散熱支架沒有電氣隔離，它們可能有不同的電壓并且不能安裝到普通導(dǎo)體上。

評(píng)估您的需求

最終，您需要焊接或退火的材料類型將決定滿足您需求的最佳頻率選擇（或頻率組合）。更重要的是，您需要加熱或焊接的體積和橫截面積將決定您需要的功率水平。

除了烹飪和焊接外，該技術(shù)的使用要求也較低。例如，金屬編織可以用在TFT顯示器中，以允許精確和有效的加熱控制，允許顯示器在-50℃下操作。與往常一樣，了解RF技術(shù)的功能以及您需要為這些應(yīng)用程序和其他應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)的部分是成功的一半。