Крижановський В Г, Принцовський В А Донецький національний ун-т вул Університетська, 24, м Донецьк, 83055, Україна тел: +380 62 302 92 61, e-mail: apex@dongudonetskua

Анотація – Проведено розрахунок і експериментальне дослідження підсилювачів класу Е на частотах 800МГц і 1035МГц з використанням транзистора ПТШ CLY5 Представлено аналіз теоретичних і експериментальних результатів

I                                         Введення

Розробка підсилювачів потужності (УМ) з високим ККД класу Е дозволяє досягти високих характеристик радіопередавачів Але в діапазоні СВЧ важче отримати повну відповідність між теорією і експериментом Наприклад, спостерігається розбіжність по вихідної потужності [1-4] Для дослідження причин невідповідності були пророблені розрахунки, моделювання та експериментальне дослідження підсилювачів класу Е на двох близьких частотах

II                           Теоретична частина

Проектування підсилювача класу Е зводиться в першу чергу до вибору транзистора, що відповідає вимогам ключових підсилювачів, а саме: низьким значенням опору у відкритому стані великою швидкістю перекпюченія (висока критична частота) дещицею вихідний ємності кристала транзистора (додаткова вимога для класу Е [1])

Для характеристики кпассов роботи УМ використовують такий параметр як коефіцієнт використання транзистора (КІТ), який дозволяє визначити величину максимально можливої ​​вихідний потужності для обраного транзистора в заданому режимі роботи за формулою [3]

де Ср class – КІТ в заданому режимі роботи,

Ipeak ^ реактив Кпах ~ піків і максимальними

допустимі пікові значення струму і напруги на транзисторі

В роботі [3] наводяться все максимально можливі значення Ср для різних класів роботи УМ У класі Е максимальне значення КИТ одно 0,098 Мале значення цього параметра говорить про те, що перед проектувальником ставиться завдання при розробці підсилювача класу Е отримати його максимальне значення, що призводить до обмеження на реалізацію класу Е

При реалізації кпасса Е в СВЧ діапазоні існує особливість, повязана з великими значеннями (за вимогами до кпассу Е), вихідний ємності кристала і паразитних індуктивностей висновків застосовуваних транзисторів При цьому реалізація режиму перезарядки шунтової ємності ключа для ідеального класу Е зводиться на СВЧ в реальному транзисторі до безпосереднього використання ємності кристала транзистора Зауважимо, що

додаткове збільшення ємності, за рахунок під-кпюченія до виходу транзистора, є складним через отримання резонансів на частотах вищих гармонік Цей факт накладає додаткову умову на клас Е – фіксоване значення шунтової ємності, що ускладнює розрахунок і вибір типу пристрою

Як випливає зі співвідношень класу Е [1, 2] робоча частота /, шунтирующая ємність, напругу живлення і потужність комутації звязуються співвідношенням:

На НВЧ до цього виразу можна підходити з двох сторін, першими це коли обрана робоча частота розроблюваного УМ, тоді вихідна ємність транзистора повинна дорівнювати:

І другий випадок, більш часто вживається в оцінці якості транзистора до застосування в кпассе Е, коли обрано тип транзистора з відомим значенням вихідний ємності, а робоча частота визначається співвідношенням [1]:

В обох випадках необхідно проводити оптимізацію обраних параметрів транзистора і параметрів підсилювача в цілому

Якщо врахувати (1), вихідна потужність підсилювача

Pout = Cp \ class-IpeakVpeak ■ тоді (2) представимо у

вигляді [2]:

При цьому в процесі розрахунку повинні виконаються наступні обмеження:,

З (1) випливає, що максимум КИТ досягається тоді, коли пікові значення форм струму і напруги рівні максимально можливим значенням для даного транзистора Тоді з урахуванням (3) оптимальна частота з максимальним КИТ в кпассе Е визначається співвідношенням:

Таким чином, за допомогою рівняння (4) можна оцінити робочу частоту обраного транзистора в кпассе Е, на якій можна отримати максимальне значення КИТ, рівне теоретичного значенням

III Моделювання й експеримент

Грунтуючись на рівнянні (4) для транзистора CLY5 з параметрами: Q ^ = 24nO, / ^ 3 ^ = 1,024 А,

Fjjjax = 26 В була визначена оптимальна частота роботи в класі Е рівна = 1,035 ГГц з максимальним КИТ транзистора при напрузі живлення 73 В рівним теоретичному в класі Е

З метою порівняння були розраховані, промодельовані і сконструйовані підсилювачі класу Е з робочими частотами 800 МГц і 1035 МГц (рис 1) Експериментально отримані частотні залежності вихідної потужності і ККД представлені на рис 2 Порівняльний аналіз очікуваних і отриманих КИТ наведені в таблиці I

Puc 1 Експериментальний зразок підсилювача класу Ε на частоту 1035 МГц

Fig 1 Experimentai ciass Ε ampiifier for frequency 1035 MHz

Табл 1 Значення КИТ Table 1 PFF values

Частота

Теорія

Моделювання

Експеримент

800 МГц

0,0512

0,0487

0,036

1035 МГц

00663

0,0574

0,037

f, MGz

Puc 2 Залежність вихідної потужності і ККД підсилювачів на 800МГц і 1035МГц

Fig 2 Output power and efficiency vs frequency for 800 MHz and 1035 MHz

Експериментальні значення КИТ були отримані при напрузі живлення = 6 В \ л виявилися приблизно однаковими на відміну від теорії для обраних частот через частотного обмеження коефіцієнта посилення транзистора Проте, КИТ на частоті 1035МГц має більше значення, що підтверджує теоретичну оцінку У доповіді обговорюються можливі причини зниження вихідної потужності

Експериментально підтверджені співвідношення класу Е на прикладі двох підсилювачів на частоти 800 МГц і 1035 МГц з використанням транзистора ПТШ CLY5

V                           Список літератури

[1] MaderB, Bryerton Ε, Markovic М, Forman М, PopovicZ Switched-Mode High-Efficiency Microwave Power Amplifiers in a Free-Space Power-Combined Array / / IEEE TMTT, vol 46, no 10, pp 1391-1398 (Oct 1998)

[2] Крижановський В Г, Принцовський В А Підсилювач СВЧ класу Е в мікрополоскові виконанні / / Изв

ВНЗ «Радіоелектроніка», 2005, Т48 – № 1, с3-10

[3] Крижановський В Г Транзисторні підсилювачі з високим ККД Донецьк: Апекс, 2004 – 448с

[4] Markovic М, Kain А, PopovicZ Nonlinear modeling of Class-E power Amplifiers / / Int Journal RF and Microwave CAE-V9-1999 – P99-103

800 MHz AND 1035 MHz UHF CLASS E POWER AMPLIFIERS ON CLY5 MESFET

Krizhanovski V G, Printsovskii V А

Donetsi< Nationai University

24, Universitetsi<aya St, Donetsii, 83055, Ui<raine Pii:+380-622919261, e-maii: apex@dongudonetsi<.ua

Abstract – Two UHF Class E power amplifiers were designed, simulated, and fabricated with operating frequencies 800MHz and 1035MHz, respectively

I                                          Introduction

The high efficiency DC-AC power conversion in power amplifier (PA) was obtained using class E mode operation Experimental characteristics of the designed class E PA are in good agreement with theory excluding its output power, which revealed to be smaller on 3dB compared with theory

II                                         Theory

The power filling factor (PFF) is one of PA characteristics, and it is expressed as follows [2]:

The frequency of maximum power filling factor (PFF) was calculated for class E power amplifiers on CLY5 MESFET

(4)

III                           Simulation and Experiment

From equation (4) for transistor MESFET CLY5with parameters = 24 pF, 1^^^ = 1024 A, = 26 V, the optimal frequency in class E operation is = 1035 GHz

with maximum value Cp , which is equal to theoretical 0,098

The both experimental amplifiers have been designed, and their characteristics have been measured Theoretical, simulation and experimental measurement for PFF are presented in table 1 for both amplifiers

IV                                       Conclusion

The dependences of Class E have been experimentally verified using two PA’s at 800 MHz and 1035 MHz with MESFET CLY5

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2006р