МАЛОШУМЯЩИИ ШИРОКОПОЛОСНЫМ УСИЛИТЕЛЬ СВЧ с ПЕРЕКЛЮЧАЕМЫМ УСИЛЕНИЕМ

February 1, 2013 by admin Комментировать »

Бойко К. В., Кузнецов Ю. В., Прищенко А. М., Смирнов В. М. Ростовский-на-Дону НИИ радиосвязи ул. Нансена, д. 130, г. Ростов-на-Дону, 344038, Россия тел.: +7-863-255-52-78, e-mail: kboyko@newmail.ru

Аннотация – Разработан четырёхкаскадный малошумящий усилитель диапазона частот 10-18 ГГц со ступенчатой электронной регулировкой коэффициента усиления.

I.                                       Введение

Одной из задач современной радиоэлектроники является создание радиоприёмных систем, позволяющих обеспечивать приём и обработку сигналов в очень широком диапазоне частот и мощностей принимаемого сигнала. Для решения этой задачи целесообразно создание широкополосных СВЧ МШУ с регулировкой коэффициента усиления.

Подобные задачи в современной мировой практике обычно решаются с помощью монолитной технологии СВЧ. Наряду с неоспоримыми преимуществами монолитная технология имеет и недостатки – большую стоимость и длительные циклы разработки и изготовления, что неприемлемо при оперативной разработке МШУ, предназначенных для мелкосерийного производства. Применение покупных кристаллов твёрдотельных усилителей СВЧ в этом случае не всегда целесообразно как сточки зрения минимизации затрат и времени на разработку, так и с целью достижения наилучших технических параметров. В то же время классическая гибридная технология не стоит на месте – разработаны новые СВЧ- материалы, значительно уменьшены размеры дискретных пассивных и активных элементов СВЧ, совершенствуются и автоматизируются технологии монтажа и сборки. Целью представленной работы является поиск оптимальных технических решений по созданию МШУ в диапазоне рабочих частот ΙΟΙ 8 ГГц с коэффициентом усиления не менее 30 дБ и возможностью регулировки усиления в пределах

20   дБ с использованием последних технологических достижений.

II.             Проектирование и полученные результаты

МШУ содержит четыре усилительных каскада на транзисторах с высокой подвижностью электронов MGF4953A, два СВЧ-переключателя, амплитудный корректор, устройство управления и преобразователь напряжения, размещённые в герметичном корпусе. Для исполнения усилительных каскадов выбран ламинированный медью углеводородный диэлектрический материал Rogers R04003C толщиной 0,203 мм. Благодаря своим механическим свойствам материал легко обрабатывается, значительно технологичнее в процессе сборки и монтажа, а также более устойчив к температурным и механическим воздействиям по сравнению с такими материалами, как плавленый кварц и керамика на основе двуокиси алюминия. При этом потери остаются вполне приемлемыми для разработанного МШУ – на частоте

18   ГГц в 50-омной микрополосковой линии расчётное значение потерь составляет 0,01 дБ/мм. Благодаря малой толщине платы возможна устойчивая работа транзистора при заземлении истоков через металлизированные отверстия. Это позволяет собрать весь усилительный каскад на одной микроплате.

Цепи питания транзисторов для обеспечения ши- рокополосности выполнены с применением радиальных шлейфов. Первый каскад усиления согласован на минимум коэффициента шума, остальные – на получение равномерной АЧХ. Для согласования усилительных каскадов МШУ с СВЧ-трактом применены ферритовые вентили, а компенсация наклона АЧХ, вызываемого характерными свойствами НЕМТ, производится за счёт их селективного согласования.

Поскольку возможностей селективного согласования недостаточно для получения равномерной АЧХ, в схему МШУ введён специально разработанный амплитудный корректор. В качестве основы для построения амплитудного корректора взята схема, предложенная в [1]. Корректор АЧХ представляет собой квадратурный направленный ответвитель (КНО), два плеча которого нагружены через активное сопротивление на отрезок короткозамкнутой линии передачи, а остальные два плеча являются входом и выходом устройства. КНО по классической схеме моста Ланге из-за малой величины ширины полосков и зазоров технологически не реализуем на выбранном для изготовления микроплат материале. Поэтому КНО выполнен по тандемной схеме. Режим короткого замыкания в широкой полосе частот реализуется с помощью радиального шлейфа (рисунок 1а) Моделирование КНО производилось с помощью пакета программ Zeland IE3D. Теоретически рассчитанный наклон АЧХ в диапазоне рабочих частот составил

6    дБ при потерях 1 дБ на верхней рабочей частоте. Произведено макетирование амплитудного корректора и измерения показали результат, хорошо согласующийся с теорией. Наклон АЧХ в диапазоне рабочих частот корректора составил 6 дБ при потерях

1,4 дБ на верхней рабочей частоте

Рис. 1. Амплитудный корректор (а) и фрагмент переключателя 1×2 (6).

Fig. 1. Ampiitude corrector and SPOT switch fragment

Регулировка усиления осуществляется переключением второго и третьего усилительных каскадов на обходной канал – отрезок линии передачи. Такое схемотехническое решение позволяет получить наименьшее ухудшение шумовых и динамических параметров, связанное с введением регулировки усиления. Применена специально разработанная конструкция микрополоскового СВЧ-переключателя 1×2 [2]

на последовательно включённых p-i-n диодах 2А553 (рисунок 16). Расчётные параметры приведены на рисунке 2. Изготовлен макет перекпючателя, характеристики которого в сравнении с лучшими современными аналогами приведены в таблице 1.

F. ППд

Рис. 2. Расчётные параметры переключателя. Fig. 2. Theoretical switch parameters

Таблица 1. Table 1.

Наименова

ние

Af,

ГГц

A, дБ

КСВН

вх/вых

P1dB,

дБм

HMMC-2027

DC26,5

2/43(до 18 ГГц)

1,4/1,7

+27

HMC347

DC-20

1,6/45

2,3/1,9

+23

CHS5100

DC-20

2,5/25

1,5/1,5

+20

Разработанный переключатель

10-18

1,9/52

1,4

>+25

Таблица 2. Table 2.

Параметр

АММР6220 (Agilent Technologies)

НМС463 (Hittite Microwave Corporation)

CHA3063 (UMS)

TGA8344-SCC (Triquint Semiconductor)

Разработанный МШУ

Af, ГГц

6-20

2-20

5,523

2-18

10-18

Кус, (в реж. мал. ус.), дБ, не менее

23 (-)

15(5)

19(-)

19(-)

31

(10)

ЛКус, дБ, не более

±0,5

±0,5

±1,0

±1,5

±2

Кш, дБ, не более

2,4

3,2

4,5

6,0

3,5

КСВН вх/вых, не более

1,7/

1,4

1,4/1,7

1,6/

1,7

2,0/

2,2

1,5/1,6

P1dB, дБм, не менее

+10

+ 13

+ 19

+16

+10

01рЗ (в реж. мал. ус.), дБм, не менее

+19

+25,5

(+13,5)

+28

Нет

данных

+25

(+22)

Напряжение питания. В/ ток потр., мА, не более

3/55

5/63

41

160

51

120

5/140

Для улучшения параметров МШУ была разработана собственная конструкция герметичных коакси- ально-микрополосковых переходов (КМП). Переход состоит внешнего фланцевого соединителя сечения 3,5×1,52 мм и гермоввода, соединяемых по центральному проводнику цанговым способом. Гермоввод представляет собой втулку, в которую впаивается металлостекпянная герметизирующая вставка от серийно выпускаемого перехода ХКЗ.125.092. Поскольку проведение непосредственного измерения КСВН перехода затруднено из-за отсутствия микро- полосковых калибровочных мер, оценка КСВН производилась косвенно на основе измерения двух КМП, соединённых 30-мм микрополосковой линией на плавленом кварце толщиной 0,5 мм. Анализ полученных зависимостей позволяет оценить максимальное значение КСВН перехода как 1,25 при расчётном значении 1,15. Причиной такого расхождения может быть отклонение реальных геометрических размеров деталей КМП от заданных значений в пределах технологических допусков.

Разработанный МШУ изготовлен, выдержал испытания на воздействие климатических и механических факторов. Характеристики МШУ в сравнении с лучшими мировыми аналогами приведены в таблице 2.

III.                                   Заключение

Создан МШУ с полосой частот порядка октавы в диапазоне до 18 ГГц на корпусированных транзисторах с помощью гибридной технологии. Выбранная схема регулировки коэффициента усиления обеспечивает минимальное ухудшение параметров МШУ по сравнению со схемой с постоянным усилением. Параметры созданного МШУ находятся на уровне лучших мировых образцов.

В процессе создания МШУ разработаны следующие широкополосные узлы: КНО и амплитудный корректор на основе микрополоскового тандемного моста, переключатель СВЧ, герметичный коаксиаль- но-микрополосковый переход сечения 3,5×1,52 мм, не уступающие по параметрам лучшим современным аналогам.

IV.                           Список литературы

[1]  Вахтин Ю. В., Капкин С. П., Прищенко А. М., Токарева Н. В. Управляемый микрополосковый корректор на- кпона амплитудно-частотной характеристики// Патент на изобретение Н 01 3 Р 3/08 № 2238605.

[2]  Кузнецов Ю. В., Бойко К. В., Прищенко А. М. Широкополосный микрополосковый СВЧ-переключатель на p-i-n- диодах – Ростов-на-Дону: ФГУП «РНИИРС»// Общие вопросы радиоэлектроники. Вып. 1, 2006.

LOW NOISE WIDEBAND MICROWAVE AMPLIFIER WITH SWITCHING GAIN

Boyko K. V., Kuznetsov Y. V.,

Prischenko A. М., Smirnov V. M.

Rostov Research institute of Radiocommunication 130, Nansena street, Rostov-on-Don, 344038, Russia

Ph.:+7-863-255-52-78, e-mail: kboyko@newmail.ru

Abstract – 10-18 GHz four-cascade LNA with gain, switching from 10 to 31 dB has been designed. In the process of LNA design microstrip amplitude corrector, pin-diode SPDT switch and coaxial-microstrip transient have been developed.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г. 

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