СВЕРХШИРОКОПОЛОСНЫЕ УСИЛИТЕЛИ мощности ДИАПАЗОНА ЧАСТОТ 6-18 ГГц

April 1, 2012 by admin Комментировать »

Гармаш С. В., Кищинский А. А. ФГУП «Центральный научно-исследовательский радиотехнический институт» Россия, 105066, Москва, ул. Новая Басманная, д. 20 Тел.: +7(095) 263-96-29; e-mail: amplifiers@mail.ru; www.microwave.ru

Аннотация – В докладе изложены результаты разработки гибридно-монолитных усилителей мощности диапазона частот 6 – 18 ГГц с выходной мощностью в линейном режиме более 300 мВт, предназначенных для использования в качестве предварительных усилителей сверширокополос- ной ЛБВ в составе передающих модулей. Приведены экспериментальные характеристики образцов усилителей, обсуждаются особенности построения, конструкции и технологии сборки.

I.  Введение

Использование твердотельного усилителя в качестве предварительного усилителя сверхширокопо- лосной ЛБВ позволяет существенно уменьшить уровень собственного шума передатчика, уменьшить его габариты и несколько упростить конструкцию. Для создания таких комплексированных передающих устройств в диапазоне 6-18 ГГц разработаны два типа твердотельных усилителей с выходной мощностью в линейном режиме более 300 мВт, усилением 20-25 дБ и 30-35 дБ. Усилители были выполнены в герметичных газонаполненных корпусах по микропо- лосковой тонкопленочной гибридно-интегральной технологии с использованием в качестве активных элементов рНЕМТ-транзисторов средней мощности типа LP6872 (псевдоморфный транзистор с высокой подвижностью электронов) фирмы Filtronic Solid State и монолитных усилителей типа НММС-5618 фирмы Agilent Technologies.

II.  Основная часть

Рисунок 2. Структурная схема усилителя С18603-2.

Figure 2. Block diagram of С18603-2 amplifier

Рисунок 1. Структурная схема усилителя С18603А. Figure 1. Block diagram of С18603A amplifier.

Основной технической проблемой была реализация выходного каскада, обеспечивающего требуемую выходную мощность в широкой полосе частот. Ввиду отсутствия серийно выпускаемых отечественных транзисторов и монолитных схем необходимой мощности и обладающих необходимым усилением на частоте 18ГГц усилительные каскады разработаны на компонентах зарубежного производства. Для построения выходного каскада был выбран транзистор типа LP6872, обладающий высокими пробивными напряжениями; высокой допустимой входной мощностью; высоким КПД и линейностью.

Структурные схемы построения усилителей С18603А и С18603-2 показаны на рисунках 1 и 2, где:

-АТ618П – балансный электрически управляемый аттенюатор на p-i-n диодах типа 2А556А-5 в параллельном включении, предназначен для компенсации температурного дрейфа коэффициента передачи усилительного тракта в диапазоне температур от – 60 до +70 градусов. Узел выполнен по балансной схеме с квадратурными делителями типа Ланге на входе и выходе. Начальные потери аттенюатора 1.0

–   2.5 дБ, максимальное затухание 15-17 дБ, управляющее напряжение от -3 до -0.5 В. Управляющее напряжение формируется в узле УСП804, который содержит также стабилизатор напряжения положительной полярности, схему защиты от переполюсов- ки напряжений питания и неправильной последовательности подачи напряжений питания, схему дистанционного отключение питания усилителя.

-5618М – усилительный каскад на монолитной интегральной схеме НММС-5618.

-5618-2 – балансный усилительный каскад на этих же монолитных схемах. Обеспечивает усиление 10 – 11.5 дБ при неравномерности АЧХ 0.5 – 1 дБ и выходную мощность в режиме однодецибельной компрессии усиления 90 мВт.

-6872М – выходной усилительный каскад, реализован по балансной схеме на двух дискретных транзисторах LP6872. Согласующие цепи транзистора моделировались на основе измеренных малосигнальных S – параметров и нелинейной эквивалентной схемы, параметры которой были получены обработкой результатов измерений, проводимых на образцах транзисторов данного типа. Методика определения параметров моделей описана в [1]. Плата входной согласующей цепи каждого транзистора выполнена на подложке из полуизолирующего GaAs той же толщины, что и кристалл транзистора (100 мкм), что упрощает конструкцию, облегчает монтаж и позволяет минимизировать индуктивность выводов затвора. Плата выходной согласующе- трансформирующей цепи – на подложке из поликора толщиной 0.25 мм. Кристаллы транзисторов устанавливаются на выступ основания методом эвтектической пайки. 6872М обеспечивает коэффициент усиления не менее 6.5 дБ, выходную мощность в режиме однодецибельной компрессии – не менее 350 мВт в полосе частот 6-18 ГГц.

Усилитель С18603-2 отличается от С18603А более высоким (на ЮдБ) коэффициентом усиления и наличием двух синфазных выходов и содержит еще один каскад предварительного усиления и синфазный делитель Д188 на плавно-неоднородных линиях передачи, обеспечивающий уровень потерь не более 1 дБ, КСВН не более 1.7 в полосе 3.5-20 ГГц, развязку выходных плеч 16 дБ, амплитудный разбаланс 0.2 дБ.

Все элементы СВЧ усилительного тракта размещены на металлических основаниях, имеющих одинаковые габаритные и присоединительные размеры. Во всех балансных каскадах используется унифицированная микрополосковая плата, содержащая квадратурный мост Ланге и балластную нагрузку, геометрия которой проектировалась специально для уменьшения КСВН в полосе до 18 ГГц. СВЧ тракт закрывается металлической крышкой П-образного сечения для обеспечения запредельного канала шириной 6 мм и устранения обратной связи по электромагнитному полю. Более подробно принципы конструирования подобных усилительных модулей изложены в статье [2]. Фото усилителя С18603А приведено на рисунке 3.

Рисунок 3. Фото усилителя С18603А.

Figure 3. Amplifier С18603А

Одной из существенных проблем, возникающих при конструировании сверхширокополосных модулей с частотным диапазоном до 18 ГГц и выше, является конструкция герметичного коаксиально- микрополоскового перехода, т. к. стандартное техническое решение (применение перехода СРГ50-751ФВ) не позволяет получить достаточно низкий КСВН в полосе частот 10-18 ГГц. В рассматриваемых усилителях применен соединитель типа ТС2.236.072, поставляемый ФГУП «НПП «Исток» (г. Фрязино), имеющий собственный КСВН не более 1.25 в диапазоне частот до 18 ГГц, а также другие преимущества [3]. Конструкция заделки такого перехода позволяет обеспечить минимальную индуктивность перемычки между центральным проводником коаксиала и микрополос- ковой линией, а также простоту визуального контроля качества соединения.

Основные электрические параметры усилителей при температуре корпуса +25 °С приведены ниже в таблице 1.

На рисунке 4 показана частотная характеристика коэффициента усиления усилителя С18603А в диапазоне температур -60 …+70°С и типовая частотная характеристика выходной мощности в режиме одноде- цибельной компрессии при нормальной температуре.

Амплитудная неидентичность выходов усилителя С18603-2 в линейном режиме – не более 1 дБ, фазовая – не более 20 градусов (см. рисунок 5).

Габаритные размеры усилителя С18603А 86 х

44  х 20 мм, усилителя С18603-2 – 01.5 х 78 х 22 мм.

В настоящее время в разработке находится усилитель, аналогичный по параметрам С18603А, содержащий вентиль на выходе и корректор АЧХ специальной формы для компенсации частотной неравномерности характеристик ЛБВ.

Таблица 1 Table 1.

Тип усилителя Параметр

С18603А

С18603-2

Диапазон частот, ГГц (AF, GHz)

6-18

8-18

Выходная мощность насыщения, мВт (Psat, mW)

>450

Выходная мощность компрессии 1 дБ, мВт(Р_1, dB)

>350

>300

Минимальное усиление, дБ (Minimum Gain, dB)

20-25

30-35

Неравномерность АЧХ, дБ (AGain, dB)

+3.0

КСВН входа и выхода (VSWR)

<2.0

<2.5

<2.0

<2.0

Изменения Ку в диапазоне температур, -60…+70С, дБ

+1

.5

Ток потребления по цепи +9В, А (I, А)

0.65

1.25

F, GHz

Рисунок 4. АЧХусилителя С18603А.

Figure 4. С18603А amplitude-frequency characteristics

Рисунок 5. Относительная ФЧХ выходов усилителя С18603-2.

Figure 5. С18603А output phase-frequency characteristic

III. Заключение

Таким образом, разработан ряд усилителей мощности диапазона частот 6-18 ГГц с выходной мощностью в линейном режиме более 300 мВт с низкой неравномерностью коэффициента усиления. Начаты поставки двух типов усилителей для использования в передающих модулях на ЛБВ.

I.    Список литературы

1. Кищинский А. А., Надеждин Б. Б. Свистов Е. А. Комплекс программных средств для быстрого получения нелинейных моделей ПТШ на основе результатов измерений S- параметров и импульсных вольтамперных характеристик. // Материалы 8-й Международной Крымской конференции «СВЧ техника и телекоммуникационные технологии»

1998 г., стр.362-365.

2. Астахов П. Н., Гармаш С. В., Кищинский А. А.,

Крылов Б. В., Свистов Е. А. Принципы конструирования

и параметры широкополосных транзисторных СВЧ усилителей мощности, разрабатываемых ФГУП «ЦНИРТИ» // Электронная техника, сер. СВЧ-техника, вып.2(482), 2003, стр.83-88.

3. Джуринский К. Б. Коаксиальные радиокомпоненты нового поколения для микроэлектронных устройств СВЧ. Коак- сиально-микрополосковые переходы, кабельные соединители, СВЧ- и НЧ-выводы, изоляционные стойки, фильтры помех. // Справочные материалы по электронной технике. ГНПП «Исток», ОНТИ, 1996.

А 6-18 GHz BROADBAND POWER AMPLIFIERS

Garmash S., Kistchinsky A.

Central Research Institute of Radioengineering 20, Novaja Basmannaja street,

Moscow, 105066, Russia phone: +7(095) 263-97-24 e-mail: amplifiers@mail.ru

Abstract – Presented are the results of elaboration of solid- state amplifiers with output power 300 mW at 1dB gain compression designed to be used in power vacuum/solid-state amplifiers. There are also construction schemes and experimental characteristics.

I.  Introduction

The use of a solid-state amplifier as a preliminary amplifier for ultrawideband vacuum modules allows reducing the noise factor of the transmitter and its dimensions. Two types of 6- 18 GHz power amplifiers with the gain of 20-25dB and 30-35 dB have been designed for the application as a component of the vacuum/solid-state module. The amplifiers are manufactured in accordance with a hybrid-integral technology.

II.  Main part

The basic technical problem was realization of the output stage providing for the required output power within an ultra-wide frequency band. In the process of the amplifiers’ construction we used the discrete pHEMT transistors LP6872, manufactured by Filtronic Solid State, and MMIC amplifiers HMMC-5618, manufactured by Agilent Technologies. The schemes of the amplifiers (C18603A and C18603-2) are shown in Figures 1 and 2.

The final stage is a balanced scheme equipped with two transistors LP6872. The driver stage is also a balanced scheme with two MMICs HMMC-5618. The first amplifying stage is equipped with MMIC HMMC-5618.

The compensation of temperature variations of the amplifier gain is effected with the help of a balanced attenuator having PIN diodes within a range of temperatures from -60 to +70 degrees Centigrade.

The amplifier C18603-2 has two equal phase RF outputs and contains two channel power split dividers based on microstrip transmission lines.

RF and DC specifications of the two types of amplifiers is presented in Table 1. The difference between gain from input to output 1 and 2 is not more than 1 dB (for C18603-2).

III.  Conclusions

The presented amplifiers have low gain flatness, linear output power over 300mW and a low cost.

Delivery of the two types of amplifiers for using in transmitting modules is underway.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии»

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты