СУММИРОВАНИЕ ТРЕХ МОЩНЫХ ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРОВ В ДВУХСАНТИМЕТРОВОМ ДИАПАЗОНЕ ДЛИН ВОЛН

February 17, 2013 by admin Комментировать »

Галдецкий А. В., Климова А. В., Манченко Л. В., Пчелин В. А. ФГУП НПП «Исток» Вокзальная 2а, г. Фрязино, 141190, Россия тел.: (495) 4658620, e-mail: solidstate10@mail.ru

Аннотация – Разработан сумматор/делитель типа бегущей волны для сложения мощностей трех внутрисогласо- ванных транзисторов. Данная схема позволяет получать в двухсантиметровом диапазоне длин волн выходную мощность более 16 Вт при КСВН входа менее 1,6 и КСВН выхода менее 2,0.

I.                                       Введение

3  в усилителях мощности обычно используется суммирование 2, 4, 8 транзисторов мостами Ланге или мостами Вилкинсона, однако иногда, из-за характеристик транзисторных чипов и технических требований к выпускаемым изделиям возникает проблема суммирования трех транзисторов. На частотах в районе 2 ГГц существуют очень удачные оригинальные и хорошо отработанные схемы суммирования трех транзисторов на мостах Ланге, однако из-за топологических размеров попытка непосредственного использования их в двухсантиметровом диапазоне приводит к большим потерям суммируемой мощности.

Далее вниманию читателей предлагается оригинальный сумматор-делитель типа бегущей волны позволяющий в значительной мере решить возникающие проблемы.

II.                              Основная часть

При разработке ряда изделий возникла необходимость суммирования мощности трех ВСТ транзисторов, разработанных в ФГУП НПП «ИСТОК». Каждый транзистор состоит из 8 ячеек с шириной затвора 1680 мкм при длине затвора около 0,25 мкм, расположенных на GaAs подложке толщиной 25 мкм и концентрацией доноров в активном слое 3 н-4-10”^ см’ ® позволяющих при суммировании мостами Вилкинсона получать выходную мощность более 5 ВТ в двухсантиметровом диапазоне длин волн. Попытка спроектировать сумматор делитель по стандартной, хорошо отработанной в ФГУП НПП «ИСТОК» схеме [1] натолкнулась на ряд проблем связанных с резким уменьшением топологических размеров согласующих цепей при переходе с десятисантиметрового диапазона длин волн в двухсантиметровый. При этом в рабочем диапазоне с трех транзисторов, по видимому из- за рассогласований фазы, были получены расчетные значения мощности всего около 12 Вт в максимуме, коэффициента усиления 5,5 – 6 дБ, КСВН входа 1,7 н- 2 и выхода более 3 н- 3,5. Поэтому для выхода из сложившейся ситуации был предложен сумматор / делитель типа бегущей волны, позволивший решить проблему фазовых сдвигов и достичь заметно лучших параметров согласования по входу и выходу при успешном суммировании мощности трех ВСТ. В расчетах использовалась нелинейная модель «Materka – Kacparzak» [2], которая разрабатывалась для каждой ячейки стандартным образом по измерениям сопротивлений истока, стока, затвора, ВАХ и S-параметров. В рабочей точке проводилась дополнительная подгонка модели, для наиболее точного соответствия измеренным S – параметрам. Данная модель позволила ранее с достаточной точностью моделировать мощные ВСТ [3].

Было исследовано два варианта схем суммирования: с общим питанием рис.1 и с разделительными конденсаторами на двух связанных линиях, позволяющими выбирать индивидуальный режим работы каждого транзистора и существенно снижающими вероятность возбуждения системы на низких частотах рис.2.

Модуль состоит из делителя и сумматора на три, типа бегущей волны, абсолютно идентичных для компенсации фазовых набегов на входе и выходе, цепей питания с разделительными элементами, мостов Вилкинсона разных на входе и выходе и подбираемых по размеров для получения максимальных выходных параметров и керамических вставок с нанесенными на них металлическими полосками для оптимального согласования. Сумматор – делитель и мосты Вилкинсона выполнены на поликоре толщиной 0,5 мм, вставки на керамике с ε = 80 и толщиной

0,     3 мм. Сумматор и делитель соединяются со вставками проволочками толщиной 30 мкм, вставки и транзистор – проволочками толщиной 20 мкм.

2    Такие схемы в рабочем диапазоне имеют согласование по входу КСВн =1,1-1,6 и выходу КСВн =1,8 (рис. 3). Расчетная выходная мощность превышает

16  Вт при коэффициенте усиления более 6,5 дБ в двухсантиметровом диапазоне (для простоты на рисунках приведены результаты расчетов для схемы с общим питанием рис.1 характеристики второй схемы практически не отличаются).

Рис. 1. Топология схемы суммирования с общим питанием.

Fig. 1. Topology of combining circuit with uniform bias

Интересно отметить, что в данной схеме из-за дополнительного согласования сумматором-делителем каждый ВСТ отдает выходную мощность даже большую, чем при нагрузке на пятидесятиомную линию.

Рис. 2. Топология схемы суммирования с разделительными конденсаторами.

Fig. 2. Topology of combining circuit with biociiing capacitors

/,Ghz

Puc. 3. Зависимости КСВн входа (__________ ) и выхода

(____________________ ) от частоты.

Fig. 3. input VSWR (_________ ) and output VSWR (______ )

\/s frequency

Puc. 4. Зависимость выходной мощности (___________ ) и

коэффициента усиления (________ ) от частоты.

Fig.4. Output power (________ ) and gain (_____ ) vs

frequency

Надо также отметить, что в мощных внутрисогла- сованных транзисторах, которым описываемый модуль по сути дела и является, нормируется КСВН входа, КСВН выхода не нормируются (обычно КСВН вх < 3).

III.                                  Заключение

Предложен сумматор -делитель для трех мощных транзисторов типа бегущей волны который за счет компенсации фазовых набегов и дополнительного согласования по расчетам позволяет в двухсантиметровом диапазоне длин волн получать выходную мощность более 16 Вт; коэффициент усиления не менее 6,5 д, и КСВн по входу 1,1 – 1,6 и выходу 1,8 – 2в рабочем диапазоне при размерах всей схемы 14 мм X 14 мм.

IV.                         Список литературы

[1]  Н. в. Абакумова, А. К. Балыко, Ю. Н. Виноградов, и др. Гибридный интегральный усилитель мощности на ПТШ ЗП979В для диапазона частот 1 …2 ГГц. Электронная техника. Сер.1 СВЧ-техника, 2005, Вып.1, с. 45-60.

[2]  А. Materka and Т. Kacprzak Computer calculation of large- signal GaAs FET amplifier characteristics, IEEE Transactions on Microwave Theory Tech., Vol. MTT-33, No. 2, pp. 129-135 Feb. 1985.

[3]  Климова A. B., Красник В. A., Манченко Л. В., Пче- лин В. А. Сравнение нелинейных моделей для транзисторов с субмикронным затвором. Радиотехника. № 3, 2006, Вып. 7, с. 54-57.

COMBINING OF THREE POWER FET’s OPERATING IN 2-CM WAVELENGTH

Galdetckii A. V., Klimova A. V.,

Manchenko L. V., Pchelin V. A.

Federai State Unitary Corporation R&PC «istok» Vokzainaya 2a, Fryazino, 141190, Russia

Ph.: (095) 4658620, e-maii: soiidstate10@maii.ru

Abstract – Presented in this paper is the design of three- way travelling-wave divider/combiner. The scheme proposed allows combining power microwave FET’s.

Combined circuits’ topologies are shown in Fig 1., Fig. 2 with various substrates. Divider and combiner have been designed on 0.5mm – thick alumina substrates. Input and output transmission lines have been used as matching capacitors and have been designed on 0.3mm – thick substrates with ε = 80. GaAs MESFET consists of 8 partial transistors with gate dimensions of 1680 um X 0.25 um.

Theoretical performance specifications of the scheme are as follows:

output power > 16 W gain factor > 6.5 dB

–            input VSWR 1.1-1.6

–            output VSWR 1.8 – 2.0.

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