Гармаш С. В., Кіщинський А. А. ФГУП «Центральний науково-дослідний радіотехнічний інститут» Росія, 105066, Москва, вул. Нова Басманна, д. 20 Тел.: +7 (095) 263-96-29; e-mail: amplifiers@mail.ru; www.microwave.ru

Анотація – У доповіді викладено результати розробки гібридно-монолітних підсилювачів потужності діапазону частот 6 – 18 ГГц з вихідною потужністю в лінійному режимі понад 300 мВт, призначених для використання в якості попередніх підсилювачів свершірокополос-ної ЛБВ у складі передавальних модулів. Наведено експериментальні характеристики зразків підсилювачів, обговорюються особливості побудови, конструкції і технології зборки.

I. Вступ

Використання твердотільного підсилювача в якості попереднього підсилювача сверхшірокопо-лисніє ЛБВ дозволяє істотно зменшити рівень власного шуму передавача, зменшити його габарити і дещо спростити конструкцію. Для створення таких комплексіроваться передавальних пристроїв в діапазоні 6-18 ГГц розроблені два типи твердотільних підсилювачів з вихідною потужністю в лінійному режимі понад 300 мВт, посиленням 20-25 дБ і 30-35 дБ. Підсилювачі були виконані в герметичних газонаповнених корпусах по мікропилу-лосковой тонкоплівкової гібридно-інтегральної технології з використанням як активних елементів рНЕМТ-транзисторів середньої потужності типу LP6872 (псевдоморфного транзистор з високою рухливістю електронів) фірми Filtronic Solid State і монолітних підсилювачів типу НММС-5618 фірми Agilent Technologies.

II. Основна частина

Рисунок 2. Структурна схема підсилювача С18603-2.

Figure 2. Block diagram of С18603-2 amplifier

Рисунок 1. Структурна схема підсилювача С18603А. Figure 1. Block diagram of С18603A amplifier.

Основний технічною проблемою була реалізація вихідного каскаду, що забезпечує необхідну вихідну потужність у широкій смузі частот. Зважаючи на відсутність серійно випускаються вітчизняних транзисторів і монолітних схем необхідної потужності і володіють необхідним посиленням на частоті 18ГГц підсилювальні каскади розроблені на компонентах зарубіжного виробництва. Для побудови вихідного каскаду був вибраний транзистор типу LP6872, що володіє високими пробивними напругами; високою допустимої вхідний потужністю; високим ККД і лінійністю.

Структурні схеми побудови підсилювачів С18603А і С18603-2 показані на малюнках 1 і 2, де:

-АТ618П – балансний електрично керований аттенюатор на pin діодах типу 2А556А-5 в паралельному включенні, призначений для компенсації температурного дрейфу коефіцієнта передачі підсилювального тракту в діапазоні температур від – 60 до +70 градусів. Вузол виконаний по балансної схемою з квадратурних дільниками типу Ланге на вході і виході. Початкові втрати аттенюатора 1.0

– 2.5 дБ, максимальний загасання 15-17 дБ, керуюче напруга від -3 до -0.5 В. Керуюча напруга формується у вузлі УСП804, який містить також стабілізатор напруги позитивної полярності, схему захисту від переполюсов-ки напруг харчування і неправильної послідовності подачі напруг живлення, схему дистанційного відключення живлення підсилювача.

-5618М – підсилювальний каскад на монолітній інтегральній схемі НММС-5618.

-5618-2 – балансний підсилювальний каскад на цих же монолітних схемах. Забезпечує посилення 10 – 11.5 дБ при нерівномірності АЧХ 0.5 – 1 дБ і вихідну потужність у режимі однодецібельной компресії посилення 90 мВт.

-6872М – вихідний підсилювальний каскад, реалізований по балансної схемою на двох дискретних транзисторах LP6872. Погоджують ланцюга транзистора моделювалися на основі виміряних малосигнальних S – параметрів і нелінійної еквівалентної схеми, параметри якої були отримані обробкою результатів вимірювань, що проводяться на зразках транзисторів даного типу. Методика визначення параметрів моделей описана в [1]. Плата вхідний согласующей ланцюга кожного транзистора виконана на підкладці з напівізолюючих GaAs тієї ж товщини, що і кристал транзистора (100 мкм), що спрощує конструкцію, полегшує монтаж і дозволяє мінімізувати індуктивність висновків затвора. Плата вихідний согласующе-трансформує ланцюга – на підкладці з Полікор товщиною 0.25 мм. Кристали транзисторів встановлюються на виступ підстави методом евтектичної пайки. 6872М забезпечує коефіцієнт підсилення не менш 6.5 дБ, вихідну потужність у режимі однодецібельной компресії – не менше 350 мВт у смузі частот 6-18 ГГц.

Підсилювач С18603-2 відрізняється від С18603А більш високим (на ЮдБ) коефіцієнтом посилення і наявністю двох синфазних виходів і містить ще один каскад попереднього посилення і синфазний дільник Д188 на плавно-неоднорідних лініях передачі, що забезпечує рівень втрат не більше 1 дБ, КСХН не більше 1.7 в смузі 3.5-20 ГГц, розв’язку вихідних плечей 16 дБ, амплітудний розбаланс 0.2 дБ.

Всі елементи НВЧ підсилювального тракту розміщені на металевих підставах, мають однакові габаритні і приєднувальні розміри. У всіх балансних каскадах використовується уніфікована микрополосковая плата, яка містить квадратурний міст Ланге і баластну навантаження, геометрія якої проектувалася спеціально для зменшення КСХН в смузі до 18 ГГц. СВЧ тракт закривається металевою кришкою П-образного перетину для забезпечення позамежного каналу шириною 6 мм та усунення зворотного зв’язку по електромагнітному полю. Більш докладно принципи конструювання подібних підсилювальних модулів викладені в статті [2]. Фото підсилювача С18603А наведено на малюнку 3.

Рисунок 3. Фото підсилювача С18603А.

Figure 3. Amplifier С18603А

Однією з істотних проблем, що виникають при конструюванні надширокосмугових модулів з частотним діапазоном до 18 ГГц і вище, є конструкція герметичного коаксіально-микрополосковой переходу, т. к. стандартне технічне рішення (застосування переходу СРГ50-751ФВ) не дозволяє отримати досить низький КСХН в смузі частот 10-18 ГГц. У розглянутих підсилювачах застосований з’єднувач типу ТС2.236.072, поставляється ФГУП «НПП« Исток »(м. Фрязіно), що має власний КСХН не більше 1.25 в діапазоні частот до 18 ГГц, а також інші переваги [3]. Конструкція закладення такого переходу дозволяє забезпечити мінімальну індуктивність перемички між центральним провідником коаксіалу і мікрополос-кової лінією, а також простоту візуального контролю якості з’єднання.

Основні електричні параметри підсилювачів при температурі корпусу +25 ° С наведені нижче в таблиці 1.

На малюнку 4 показана частотна характеристика коефіцієнта посилення підсилювача С18603А в діапазоні температур -60 … +70 ° С і типова частотна характеристика вихідної потужності в режимі одноде-цібельной компресії при нормальній температурі.

Амплітудна неідентичність виходів підсилювача С18603-2 в лінійному режимі – не більше 1 дБ, фазова – не більше 20 градусів (див. малюнок 5).

Габаритні розміри підсилювача С18603А 86 х

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

В даний час в розробці знаходиться підсилювач, аналогічний за параметрами С18603А, що містить вентиль на виході і коректор АЧХ спеціальної форми для компенсації частотної нерівномірності характеристик ЛБВ.

Таблиця 1 Table 1.

Тип підсилювача Параметр

С18603А

С18603-2

Діапазон частот, ГГц (AF, GHz)

6-18

8-18

Вихідна потужність насичення, мВт (Psat, mW)

>450

Вихідна потужність компресії 1 дБ, мВт (Р_1, dB)

>350

>300

Мінімальна посилення, дБ (Minimum Gain, dB)

20-25

30-35

Нерівномірність АЧХ, дБ (AGain, dB)

+3.0

КСХН входу і виходу (VSWR)

<2.0

<2.5

<2.0

<2.0

Зміни Ку в діапазоні температур, -60 … +70 С, дБ

+1

.5

Струм споживання по ланцюгу +9 В, А (I, А)

0.65

1.25

F, GHz

Малюнок 4. АЧХусілітеля С18603А.

Figure 4. С18603А amplitude-frequency characteristics

Рисунок 5. Відносна ФЧХ виходів підсилювача С18603-2.

Figure 5. С18603А output phase-frequency characteristic

III. Висновок

Таким чином, розроблений ряд підсилювачів потужності діапазону частот 6-18 ГГц з вихідною потужністю в лінійному режимі понад 300 мВт з низькою нерівномірністю коефіцієнта посилення. Розпочато поставки двох типів підсилювачів для використання в передавальних модулях на ЛБВ.

I. Список літератури

1. Кіщинський А. А., Надєждін Б. Б. Свистов Е. А. Комплекс програмних засобів для швидкого отримання нелінійних моделей ПТШ на основі результатів вимірювань S-параметрів і імпульсних вольтамперних характеристик. / / Матеріали 8-ї Міжнародної Кримської конференції «СВЧ техніка і телекомунікаційні технології»

1998 р., стр.362-365.

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

Крилов Б. В., Свистов Е. А. Принципи конструювання

і параметри широкосмугових транзисторних НВЧ підсилювачів потужності, що розробляються ФГУП «ЦНІРТІ» / / Електронна техніка, сер. СВЧ-техніка, вип.2 (482), 2003, стор.83-88.

3. Джуринський К. Б. Коаксіальні радіокомпоненти нового покоління для мікроелектронних пристроїв НВЧ. Коак-сіально-мікрополоскових переходи, кабельні з’єднувачі, СВЧ-і НЧ-висновки, ізоляційні стійки, фільтри перешкод. / / Довідкові матеріали з електронної техніки. ДНВП «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.

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології»