ШИРОКОПОЛОСНЫЙ ДВУХКАСКАДНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ мощности ДИАПАЗОНА 8 – 18 ГГц НА АРСЕНИДЕ ГАЛЛИЯ

February 5, 2013 by admin Комментировать »

Аннотация – В докладе изложены результаты разработки широкополосного «квазимонолитного» двухкаскадного усилителя мощности диапазона 8-18 ГГц с выходной мощностью в режиме насыщения 0.74- 1.1 Вт при коэффициенте усиления 6.9-8.6 дБ, выполненного по технологии «чип на чипе». Приведены экспериментальные характеристики разработанного усилителя и балансных усилителей мощности на его основе.

I.                                       Введение

Монолитные («квазимонолитные», изготовленные методом перевернутого монтажа «чип на чипе») усилители мощности (УМ) диапазона 8-18 ГГц предназначены для использования в оконечных каскадах передающих каналов средств РЭБ и РЛС с АФАР [1].

За рубежом работы по монолитным широкополосным СВЧ усилителям мощности (MMIC) проводятся ведущими фирмами США, Великобритании и Японии, которые приступили к их промышленному выпуску. Например, широкополосный УМ TGA2501-EPU фирмы TriQuint, выполненный на псевдоморфных транзисторах (рНЕМТ) с длиной затвора 0.25 мкм, обеспечил в диапазоне частот 6-18 ГГц Рвых = 2.8 Вт (по сжатию Кур на 2 дБ), Кур = 24 дБ и КПД = 20 % [2].

Отечественные образцы широкополосных УМ реализованы на GaAs полевых транзисторах с барьером Шоттки (ПТШ) по гибридной [3] и «квазимоно- литной» технологиям [1, 4].

В докпаде излагаются результаты разработки, изготовления и применения двухкаскадного «квазимонолитного» УМ диапазона 8 – 18 ГГц.

II.                              Основная часть

Структурная схема УМ представляет последовательное соединение входного каскада на одном ПТ и выходного каскада с двумя параллельно включенными пт. В схеме УМ реализован принцип согласования с потерями в затворных цепях ПТ. Ширина затвора пт первого каскада составляет 1200 мкм, второго – 2400 мкм.

На рис.1 представлена топология разработанного «квазимонолитного» двухкаскадного УМ с размерами кристалла 4.1×2.3×0.11 мм. Усилитель изготовлен на подложке АГЧП-2 ЕТО.035.162 ТУ толщиной 110 мкм. Транзисторы с шириной и длиной затвора 1200 мкм и 0.5 мкм изготавливались на структурах, выращенных ИФП СОРАН (г. Новосибирск) методом молекулярно-лучевой эпитаксии ГЭС МЛЭ-0-3-0,25(40) КНП/.431432.010ТУ.

Расчёт и оптимизация электрических параметров проводились по программе Microwave Office (MWO) методом гармонического баланса с использованием двумерного расчёта топологии согласующих цепей по программе Advanced Design System (ADS). При расчёте схемы использованы малосигнальная модель пт, полученная оптимизацией номиналов её элементов по измеренным S-параметрам в диапазоне частот 1 -18 ГГц, и разработанная на её основе большесигнальная модель Statz_1200.

Рис. 1. Топология «квазимонолитного» двухкаскадного усилителя мощности.

Зыкова Г. С., Мякишев Ю. Б., Раков Ю. Н., Цибаев В. П., Будаков В. Г. ОАО «Октава» Красный проспект 220, а/я 314, г. Новосибирск, 630049, Россия тел/факс: 383-2258859, e-mail: oktava2006@ngs.ru

Fig. 1. The topoiogy of the quasimonoiithic two-stage power ampiifier

Ha рис.2 приведены расчётные и измеренные электрические характеристики УМ. Расчётное значение выходной мощности в диапазоне частот 8- 18 ГГц составляет Рвых = 700-900 мВт при коэффициенте усиления Кур = 6-7 дБ.

Рис. 2. Расчётные и экспериментальные значения выходной мощности «квазимонолитного» двухкаскадного VlVi и балансного усилителя (БУ) на его основе. Пунктир – расчетная мощность УМ. Fig. 2. Caicuiated and experimentai output power characteristics of the quasimonoiithic two-stage PA and baianced PA (BPA), based on the PA. Dash – the caicuiated output power of the PA

В режиме Ui=+7 В, U2=-2.1 В, ii=0.46 A усилитель мощности в металлокерамическом кристаллодержа- теле обеспечивает в диапазоне частот 8 – 18 ГГц насыщенную мощность Рвых = 0.74 – 1.1 Вт при Кур = 6.9-8.6 дБ.

1.7  Разработанный УМ использован в выходных каскадах усилителей, выполненных по балансной схеме сложения мощности с помощью направленного ответвителя «Ланге». Внешний вид такого балансного усилителя представлен на рис.З. Конструкция представляет из себя керамическую плату из поликора толщиной 0.5 мм с отверстием, в которое вставляется позолоченный медный пьедестал, и которая вместе с ним паяется на основание из материала МД-40. На поликоровой плате размещены делители/сумматоры «Ланге» и цепи подводки питания. Для развязки питания по стокам применены керамические конденсаторы номиналом 100 пФ. Размеры кри- сталлодержателя 11.8×9 мм. Все межсоединения осуществляются термозвуковой сваркой золотыми проволочками диаметром 30 мкм. Балансный усилитель в диапазоне частот 8-18 ГГц обеспечивает в режиме Ui=+7 В, иг=-2.2 В, h=0.87 А Рвых =1.5Вт при Кур = 6.9 – 7.6 дБ. Результаты измерений выходной мощности приведены на рис.2.

Рис. 3. Конструкция балансного усилителя на основе «квазимонолитного» двухкаскадного УМ.

Fig. 3. Baianced power ampiifier design, based on tiie quasimonoiithic two-stage PA

III.                                  Заключение

Разработан широкополосный «квазимонолитный» двухкаскадный усилитель мощности диапазона 8 – 18 ГГц с выходной мощностью в режиме насыщения

0.          74-1.1 Вт, выполненный по технологии «чип на чипе» с использованием ПТ на структурах А3В5. Приведены экспериментальные характеристики балансного усилителя мощности, которые показывают перспективность применения УМ в оконечных каскадах передающих каналов средств РЭБ и РЛС с АФАР.

IV.                          Список литературы

[1]  Мякишев Ю. Б., Будаков В. Г., Раков Ю. Н., Зыкова Г. С. Состояние и перспективы развития в ОАО «Октава» мощных усилителей диапазона 8-18ГГц на основе монолитных ИС СВЧ. Радиотехника, 2004, вып. 2, с. 112-121.

[2]  http://www.triquint.com

[3]  Кищинский А. А. Усилитель мощности диапазона 6- 18 ГГц. Радиотехника, 2004, вып. 2.

[4]  Мякишев Ю. Б., Барладян К. Д., Ожерельева Л. Ю. Интегральная схема СВЧ. Авт. свид. № 4394522-25.

GaAs WIDEBAND TWO-STAGE POWER AMPLIFIER, COVERING 8-18 GHZ FREQUENCY BAND

G. S. Zykova, U. B. Mjakishev, Yu. N. Rakov,

V. P. Chibaev, V. G. Budakov Joint Stoci< Co. «Oiitava»

Krasnij Prospect, 220, P. O. Box 314 Novosibirsk, 630049, Russia Ph./Fax: +7383-2258859, e-maii: oktava2006@ngs.ru

Abstract – The results of the development of the wideband two-stage power amplifier (PA), covering 8-18 GHz frequency band with the saturated output power of 0.74- 1.1 W and the gain of 6.9 – 8.6 dB, are presented. PA is realized with «the chip- on-the chip» (quasimonoiithic) technology application. The PA and balanced PA (BPA) output characteristics are demonstrated.

I.                                        Introduction

The results of the development, the realization and the application of the «quasimonoiithic» two-stage PA with the frequency band 8-18GHZ are presented. PA and balanced PA are realized with the application of the flip-chip technology and are intended for the use in the output stages of Electronic Warfare and Phased Array Radar Systems.

II.                                       Main Part

The developed power amplifier has two stages, in the fist one there is used a 1200 μm gate MESFET, while in the second one – two parallelly combined a 1200 μm gate MESFETs (summed gate equals 2400 μm). The conduct – loss transforming networks are used in the gates circuits. The topology of the developed quasimonoiithic PA is shown in the Fig.1. The chip dimensions are 4.1×2.3×0.11 mm. The amplifier chip is made from the semiinsulated GaAs substrate thickened to 110 μm. The 0.5 X 1200 μm gate MESFETs are produced from the semiconductor structure, grown by MLE in IPHP SORAN. Calculated and measured PA output power characteristics are presented in Fig.2. The output power of 700 – 900 mW and the gain of 6 – 7 dB are predicted for this PA. With the DC bias (Ui=+7V, U2—2.I V, h=0.46A) of the PA there were obtained the following PA characteristics in the frequency band 8 – 18GHz: P„u, = 0.74-1.1 W and G = 6.9 – 8.6 dB.

The developed PA is used in the balanced PA configuration (BPA), in which the two Lange couplers are used for power summation, and which is shown in Fig.3. Ceramic capacitances of 100 pF are used for DC filtering. The dimensions of the BPA ceramic chip carrier are 11.8 x 9.0 mm. There were obtained the following BPA characteristics in the frequency band 8- 18GHz (Fig.2): Ρ„„, = 1.5-1.7 W and G = 6.9-7.6dB (with the DC bias Ui=+7 V, U2=-2.2 V, h=0.87 A).

III.                                     Conclusion

The developed wideband two-stage power amplifier, covering 8 – 18 GHz frequency band with the saturated output power of 0.74-1.1 W and the gain of 6.9-8.6 dB, is realized with application of the GaAs MESFET and «the chip-on-the chip» (quasimonoiithic) technology. The balanced PA output characteristics are also presented and demonstrate the perspectivity of PA application in the output stages of Electronic Warfare and Phased Array Radar Systems.

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