Бойко К В, Кузнєцов Ю В, Прищенко А М, Смирнов В М Ростовський-на-Дону НДІ радіозвязку вул Нансена, д 130, м Ростов-на-Дону, 344038, Росія тел: +7-863-255-52-78, E-mail: kboyko@newmailru

Анотація – Розроблено четирехкаскадного малошумящий підсилювач діапазону частот 10-18 ГГц із ступінчастою електронним регулюванням коефіцієнта посилення

I                                       Введення

Одним із завдань сучасної радіоелектроніки є створення радіоприймальних систем, що дозволяють забезпечувати прийом і обробку сигналів в дуже широкому діапазоні частот і потужностей прийнятого сигналу Для вирішення цього завдання доцільно створення широкосмугових СВЧ МШУ з регулюванням коефіцієнта посилення

Подібні завдання в сучасній світовій практиці зазвичай вирішуються за допомогою монолітної технології НВЧ Поряд з незаперечними перевагами монолітна технологія має й недоліки – велику вартість і тривалі цикли розробки і виготовлення, що неприйнятно при оперативній розробці МШУ, призначених для дрібносерійного виробництва Застосування покупних кристалів твердотільних підсилювачів СВЧ в цьому випадку не завжди доцільно як з точки зору мінімізації витрат і часу на розробку, так і з метою досягнення найкращих технічних параметрів Водночас класична гібридна технологія не стоїть на місці – розроблені нові СВЧ-матеріали, значно зменшені розміри дискретних пасивних і активних елементів СВЧ, удосконалюються і автоматизуються технології монтажу і збірки Метою представленої роботи є пошук оптимальних технічних рішень щодо створення МШУ в діапазоні робочих частот ΙΟΙ 8 ГГц з коефіцієнтом підсилення не менше 30 дБ і можливістю регулювання посилення в межах

20 дБ з використанням останніх технологічних досягнень

II Проектування та отримані результати

МШУ містить чотири підсилювальних каскаду на транзисторах з високою рухливістю електронів MGF4953A, два СВЧ-перемикача, амплітудний коректор, пристрій управління і перетворювач напруги, розміщені в герметичному корпусі Для виконання підсилюючих каскадів обраний ламінований міддю вуглеводневий діелектричний матеріал Rogers R04003C товщиною 0,203 мм Завдяки своїми механічними властивостями матеріал легко обробляється, значно більш технологічні в процесі складання і монтажу, а також більш стійкий до температурних і механічних впливів в порівнянні з такими матеріалами, як плавлений кварц і кераміка на основі двоокису алюмінію При цьому втрати залишаються цілком прийнятними для розробленого МШУ – на частоті

18 ГГц в 50-омной мікрополоскової лінії розрахункове значення втрат становить 0,01 дБ / мм Завдяки малій товщині плати можлива стійка робота транзистора при заземленні витоків через металізовані отвори Це дозволяє зібрати весь підсилювальний каскад на одній мікроплат

Ланцюги живлення транзисторів для забезпечення ши-рокополосності виконані із застосуванням радіальних шлейфів Перший каскад посилення узгоджений на мінімум коефіцієнта шуму, решта – на отримання рівномірної АЧХ Для узгодження підсилюючих каскадів МШУ з НВЧ-трактом застосовані ферритові вентилі, а компенсація нахилу АЧХ, що викликається характерними властивостями НЕМТ, проводиться за рахунок їх селективного узгодження

Оскільки можливостей селективного узгодження недостатньо для отримання рівномірної АЧХ, в схему МШУ введений спеціально розроблений амплітудний коректор В якості основи для побудови амплитудного коректора взята схема, запропонована в [1] Коректор АЧХ являє собою квадратурний спрямований відгалужувач (КНО), два плеча якого навантажені через активний опір на відрізок короткозамкненою лінії передачі, а інші два плеча є входом і виходом пристрою КНО за класичною схемою моста Ланге через малу величину ширини смужки і зазорів технологічно які реалізуємо на обраному для виготовлення мікроплат матеріалі Тому КНО виконаний за тандемной схемою Режим короткого замикання в широкій смузі частот реалізується за допомогою радіального шлейфу (малюнок 1а) Моделювання КНО проводилося за допомогою пакету програм Zeland IE3D Теоретично розрахований нахил АЧХ в діапазоні робочих частот склав

6 дБ при втратах 1 дБ на верхній робочій частоті Вироблено макетування амплітудного коректора і вимірювання показали результат, добре узгоджується з теорією Нахил АЧХ в діапазоні робочих частот коректора склав 6 дБ при втратах

1,4 дБ на верхній робочій частоті

Рис 1 Амплітудний коректор (а) і фрагмент перемикача 1×2 (6)

Fig 1 Ampiitude corrector and SPOT switch fragment

Регулювання посилення здійснюється перемиканням другого і третього підсилюючих каскадів на обхідний канал – відрізок лінії передачі Таке схемотехническое рішення дозволяє отримати найменшу погіршення шумових і динамічних параметрів, повязане з введенням регулювання посилення Застосована спеціально розроблена конструкція микрополосковой СВЧ-перемикача 1×2 [2]

на послідовно включених pin діодах 2А553 (малюнок 16) Розрахункові параметри наведені на малюнку 2 Виготовлений макет перекпючателя, характеристики якого порівняно з кращими сучасними аналогами наведені в таблиці 1

F ППД

Рис 2 Розрахункові параметри перемикача Fig 2 Theoretical switch parameters

Таблиця 1 Table 1

Наіменова

ня

Af,

ГГц

A, дБ

КСХН

вх / вих

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

Розроблений перемикач

10-18

1,9/52

1,4

>+25

Таблиця 2 Table 2

Параметр

АММР6220 (Agilent Technologies)

НМС463 (Hittite Microwave Corporation)

CHA3063 (UMS)

TGA8344-SCC (Triquint Semiconductor)

Розроблений МШУ

Af, ГГц

6-20

2-20

5,523

2-18

10-18

Кус, (в реж Малий Вус), ДБ, не менше

23 (-)

15(5)

19(-)

19(-)

31

(10)

ЛКус, дБ, не більше

±0,5

±0,5

±1,0

±1,5

±2

Кш, дБ, не більше

2,4

3,2

4,5

6,0

3,5

КСХН вх / вих, не більше

1,7/

1,4

1,4/1,7

1,6/

1,7

2,0/

2,2

1,5/1,6

P1dB, дБм, не менше

+10

+ 13

+ 19

+16

+10

01рЗ (в реж Малий Вус), ДБм, не менше

+19

+25,5

(+13,5)

+28

Ні

даних

+25

(+22)

Напруга харчування В / ток потр, МА, не більше

3/55

5/63

41

160

51

120

5/140

Для поліпшення параметрів МШУ була розроблена власна конструкція герметичних Коаксил-ально-мікрополоскових переходів (КМП) Перехід складається зовнішнього фланцевого зєднувача перетину 3,5 x1, 52 мм і гермовводами, зєднуються по центральному провіднику цанговим способом Гермоввід являє собою втулку, в яку упаюється металлостекпянная герметизирующая вставка від серійно випускається переходу ХКЗ125092 Оскільки проведення безпосереднього вимірювання КСХН переходу утруднено через відсутність мікро-смужкових калібрувальних заходів, оцінка КСХН проводилася опосередковано на основі вимірювання двох КМП, зєднаних 30-мм мікрополоскової лінією на плавленом кварці товщиною 0,5 мм Аналіз отриманих залежностей дозволяє оцінити максимальне значення КСХН переходу як 1,25 при розрахунковому значенні 1,15 Причиною такого розбіжності може бути відхилення реальних геометричних розмірів деталей КМП від заданих значень в межах технологічних допусків

Розроблений МШУ виготовлений, витримав випробування на вплив кліматичних та механічних факторів Характеристики МШУ в порівнянні з кращими світовими аналогами наведені в таблиці 2

III                                   Висновок

Створено МШУ з смугою частот порядку октави в діапазоні до 18 ГГц на корпусовані транзисторах за допомогою гібридної технології Обрана схема регулювання коефіцієнта посилення забезпечує мінімальне погіршення параметрів МШУ порівняно зі схемою з постійним посиленням Параметри створеного МШУ знаходяться на рівні кращих світових зразків

У процесі створення МШУ розроблені наступні широкосмугові вузли: КНО і амплітудний коректор на основі микрополосковой тандемного моста, перемикач СВЧ, герметичний коаксиалом-но-мікрополоскові перехід перетину 3,5 x1, 52 мм, які не поступаються за параметрами кращим сучасним аналогам

IV                           Список літератури

[1] Вахтін Ю В, Капкін С П, Прищенко А М, Токарєва Н В Керований мікрополоскові коректор на-кпона амплітудно-частотної характеристики / / Патент на винахід Н 1 Березня Р 3/08 № 2238605

[2] Кузнєцов Ю В, Бойко К В, Прищенко А М Широкосмуговий мікрополоскових НВЧ-перемикач на pin-діодах – Ростов-на-Дону: ФГУП «РНІІРС» / / Загальні питання радіоелектроніки Вип 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@newmailru

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

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