УСИЛИТЕЛЬ НА ПТШ С НАСТРОЙКОЙ ПО ВТОРОЙ ГАРМОНИКЕ

May 19, 2012 by admin Комментировать »

Крыжановский В. Г., Макаров Д. Г. Донецкий национальный университет Ул. Университетская, 24, Донецк – 83055, Украина Тел.: +38(0622) 919261; e-mail: apex@dongu.donetsk.ua

Аннотация – Экспериментально изучено влияние второй гармоники на работу усилителя СВЧ на ПТШ CLY15, изготовлен макет, позволяющий независимо настраивать импедансы на основной частоте и второй гармонике, проведено сравнение и обсуждение экспериментальных режимов при низких напряжениях питания.

I.  Введение

В диапазоне СВЧ усилители с высоким КПД, работающие в полигармонических режимах, используют ограниченное число гармоник, что делает невозможным реализацию классических режимов классов Е и F. Режимы, которые могут быть реализованы, поэтому имеют много общего, но их энергетические характеристики отличаются вследствие влияния таких факторов, как максимально допустимые напряжение и ток стока, выходная емкость и сопротивление транзистора в открытом состоянии [1-3]. Также большое влияние имеют паразитные элементы корпуса и схемы, что делает затруднительным точный расчет усилителя.

Поэтому представляет интерес экспериментальное изучение высокоэффективных режимов работы усилителей СВЧ для сравнения с теоретическими расчетами. Исследование усилителей с настройкой по второй гармонике проводилось на экспериментальном макете, в котором использовались согласующие цепи на связанных полосковых линиях, которые позволяли проводить независимую регулировку входного сопротивления на основной частоте и второй гармонике [4].

II.  Основная часть

Экспериментальный макет содержит две одинаковые цепи, установленные на входе и выходе транзистора, что позволяет согласовывать вход и выход транзистора в режиме большого сигнала. Дополнительные связанные линии длиной Я/8 на частоте

второй гармоники, нагруженные с одной стороны на емкость, а с другой – короткозамкнутые [4], служат для независимой настройки импеданса нагрузки транзистора на частоте второй гармоники, позволяя в широких пределах изменять значение реактивного сопротивления на второй гармонике в плоскости выходного электрода транзистора (рис. 1).

Используемый в экспериментальном макете транзистор CLY15 фирмы Siemens представляет собой GaAs полевой транзистор с барьером Шоттки, оптимизированный для работы при низком напряжении в режимах с большим КПД. Его сопротивление в открытом состоянии составляет порядка 0,5 Ом, что позволяет получить в ключевом режиме высокий КПД [1, 3].

Вместе с тем, работа при низких напряжениях питания создает проблемы в обеспечении выходной цепью усилителя требуемого нагрузочного сопротивления, которое составляет для различных режимов величины порядка нескольких Ом. Тут используемый экспериментальный макет позволяет обеспечивать требуемое сопротивление в достаточном широком диапазоне.

Эксперимент проводился в следующем порядке: на транзистор подавалось напряжение на затвор, обеспечивающее его работу в классе В (напряжение затвор-исток -3,0 В). Затем подается высокочастотный сигнал и напряжение питания. Настройка цепей производится при пониженном напряжении питания, чтобы избежать перегрузки транзистора при отсутствии согласования входных и выходных цепей. Целью настройки являлось получение максимального КПД, для чего контролировались входная и выходная мощность, напряжение питания и потребляемый ток.

Рис. 1. Экспериментальный макет усилителя.

Fig. 1. Prototype amplifier

Амплитудно-частотная характеристика усилителя для одного варианта настройки приведена на рис. 2. При этом рабочее напряжение питания усилителя ниже, чем, типовое для этого транзистора, а его стоковый КПД выше. Как и показывают предыдущие публикации [2, 4], влияние второй гармоники значительно и должно быть учтено при проектировании усилителей мощности.

Особенностью режимов с высоким КПД является несовпадение случаев максимальной выходной мощности и максимального КПД [5]. Рис. 2 подтверждает это.

Рис. 2. Зависимость выходной мощности и КПД от частоты для одного варианта настройки усилителя (VDD = 2 V).

Fig. 2. Output power and drain efficiency versus frequency for one case tuning (VDD = 2V)

Рис. 3. Зависимости постоянного тока стока, выходной мощности, стокового КПД и относительного уровня второй гармоники выходного сигнала от нормированного значения емкости СЗ (VDD =1.5 В).

Fig. 3. Drain current, output power, drain efficiency and relative level second harmonic vs. normalized capacitance C3 (VDD =1.5 V)

Также проводилось измерение уровня второй гармоники от настройки цепи по второй гармонике, на рис. 3 показаны зависимости выходной мощности и КПД на основной частоте и относительного уровня второй гармоники от величины конденсатора в цепи второй гармоники. Эти зависимости показывают, что больший КПД соответствует случаю, когда нагрузка на второй гармонике в выходной цепи усилителя обеспечивает большой коэффициент отражения.

III.  Заключение

Разработан и изготовлен экспериментальный макет усилителя мощности на ПТШ CLY15 с настройкой по второй гармонике.

Получены значения стокового КПД более 60% с настройкой по второй гармонике на частоте 800 МГц. Настройка по второй гармонике приводит к снижению потребляемого тока и снижению уровня второй гармоники.

IV. Список литературы

[1 ] Wei С. J., DiCarlo P., Tkachenko У. A., R. McMorrow and Bartle D., “Analysis and Experimental Waveform Study on Inverse Class-F mode of Microwave Power FETs” in Proceedings of IEEE MTT-Symposium, 2000.-V.1, pp. 525-528.

[2]  Свистов E. А. К вопросу о влиянии нагрузок на гармониках на выходную мощность усилителя на ПТШ / "9-я Международная Крымская конференция "СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии" Материалы конфе- ренции.-Севастополь, Вебер, 1999, с. 72-75.

[3]  Inoue A., Heima Т., Ohta A., Hatton R., Mitsui У. Analysis of class F and inverse F amplifiers / IEEE MTT-S Int. Microwave Svmp. Dig., vol. 2, Boston, MA, June 13-15, 2000, pp. 775-778.

[4]  Бондаренко Б. H„ Крыжановский В. Г., Макаренко И. Б. Транзисторный усилитель СВЧ мощности с настройкой по второй гармонике. //Радиотехника. Респ. межвед. н.-т. сб. 1987.-Вып. 80, с. 128-132.

[5]  Printsovskii V. A. and Krizhanovski V. G. “Transmission-Line Microwave Class-E Amplifier”, in XV International Conference of Microwaves, Radar and Wireless Communication. MIKON-2004. Poland, Warsaw, 2004, Conference Proceedings, Vol. 1, pp. 38-40.

MESFET AMPLIFIER WITH SECOND HARMONIC TUNING

Krizhanovski V. G., Makarov D. G.

Donetsk National University

24, Universitetskaya st, Donetsk, 83055, Ukraine Tel.: 38 (0622) 919261 e-mail: apex@dongu.donetsk.ua

Abstract – Experimental prototype of the amplifier with tuning on the second harmonics was build and investigated. It is shown, that there are variants of tunings ensuring high efficiency at low transistor supply voltage.

I.  Introduction

In a microwave range the high efficiency amplifier is hardly influenced by harmonics of fundamental frequency. Therefore large value gains a right choice of output circuit impedance on the frequency of the second harmonics. DC parameters determine the choice of operation mode on the second harmonics [1-3].

The research of influence of the second harmonics was carried out on an experimental model permitting is independent to govern an impedance of an entering and output circuit on a fundamental frequency and second harmonics [4].

II.  Main part

The experimental model contains two identical circuits installed on an input and an output of the transistor. Additional connected lines of length /1/8 on frequency of the second harmonics loaded on the one hand on a capacity, and with another – close circuits [4], are for independent tuning of an impedance of a load of the transistor on the second harmonics (Fig. 1).

In an experimental prototype used GaAs MESFET CLY15 of the corporation Siemens, optimized for work at low voltage in conditions with the large efficiency. It the resistance in an open state makes about 0.5 O, that allows to receive in a key condition high efficiency [1, 3].

The output power amplifier versus frequency for one variant of tuning was shown in a Fig. 2.

In a Fig. 3 the dependence of an output power and drain efficiency on a fundamental frequency and relative level of the second harmonics from normalized capacitance in a circuit of the second harmonics are shown.

III.  Conclusion

Is developed and the experimental prototype of the power amplifier on MESFET CLY15 with tuning on the second harmonics is made.

The values drain efficiency more than 60 % with tuning on the second harmonics on frequency 800 MHz are obtained. The tuning on the second harmonics reduces in a drop of a consumed current and drop of a level of the second harmonics.

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