Главная Промышленная автоматика.

Другой вариант усилителя на ПТШ с большей шириной затворов (300 мкм, 600 мкм и 2,4 мм в предусилителе и 4,8 мм в балансном усилителе) на частоте 9,5 ГГц обеспечил выходную мошность 5 Вт при коэффициенте усиления 30 дБ.

Развитие технологических методов создания усилителей на ПТШ идет по пути повышения выходной мощности, увеличения рабочих частот и увеличения широкополосности. Следующие два примера отражают некоторые достижения, полученные недавно в этом направлении. В работах [203, 204] подтверждена возможность создания для диапазона 12,5 - 18 ГГц усилителей со средним коэффициентом усиления с высокой выходной мощностью. Разработан трехкаскадный усилитель, который в диапазоне частот 14 --14,5 ГГц имел выходную мощность 1 Вт при коэффициенте усиления 8 дБ и КПД =14,6% (коэффициент усиления на малых уровнях мощности составил 13 дБ). В первых двух каскадах этого усилителя использовались транзисторы с шириной затвора 1,5 мм (NE8692), а в третьем транзистор с шириной затвора 3,0 мм (NE8694). Согласующие цепи были изготовлены на подложках из керамики на основе AI2O3 толщиной 0,64 мм. При проектировании согласующих цепей на входах транзисторов применялись -параметры, измеренные на малом сигнале. Эти согласующие цепи содержали разомкнутые шлейфы и четвертьволновые трансформаторы для согласования полного входного сопротивления ПТШ, состоящего из реактивной составляющей индуктивного характера большой величины и активной составляющей малой величины (для ПТШ с шириной затвора 1,5 мм Z -= 3,6+j18 0m). Выходные сопротивления транзисторов были определены в режиме большого сигнала, а при проектировании согласующих цепей на элементах с распределенными параметрами для выходов транзисторов использовались результаты измерений на большом сигнале. Линейность усилителя оценивалась по измеренным значениям коэффициента интермодуляционных искажений и коэффициента амплитудно-фазового преобразования. При выходной мощности 400 мВт (коэффициент усиления /Ту = 11 дБ) коэффициент интермодуляционных искажений составил 17 дБ, а при 100 мВт (Ку = 13 дБ) КИИ=ЗЗдБ. Коэффициент амплитудно-фазового преобразования при выходной мощности 1 Вт был менее 2 град./дБ.

Сверхширокополосные усилители, перекрывающие полосу частот от 300 МГц до диапазона 12,5 - 18 ГГц, также могут разрабатываться с использованием ПТШ. Такие усилители нашли свое применение в радиоизмерительной технике. В работах [155, 156] описан подобный однокаскадный усшш-тель, в котором использовались цепи положительной и отрицательной обратной связи и который в диапазоне частот 350 МГц - 14 ГГц имел коэффициент усиления ЗдБ. Последовательное включение индуктивности L и резистора R можно использовать как цепь частотно-зависимой избирательной обратной связи. Эта цепь включается между выходом (который связан со стоком транзистора через индуктивность его вывода L j.) и затвором транзистора. Значение индуктивности Z, j, выбирается таким образом, чтобы на верхней частоте компенсировалась емкостная составляющая выходного сопротивления транзистора. Индуктивность L снижает эффективность



действия отрицательной обратной связи при увеличении частоты. Ниже 4 ГГц влиянием индуктивностей L и Z.. можно пренебречь и усилительный каскад ведет себя как обычный усилитель с отрицательной обратной связью.

С ростом частоты выше 4 ГГц фазовые характеристики цеш обратной связи изменяются таким образом, что на верхних частотах (более 7,2 ГГц) она превращается в положительную обратную связь. Одним из достоинств такого подхода, позволяющего реа;шзовать сверхширокополосные усилители с использованием обычных схемотехнических методов, обеспечивающих равномерную амплитудно-частотную характеристику, является возможность получения во всем частотном диапазоне низких значений КСВН. В описанном усилителе в диапазоне частот 350 МГц - 14 ГГц были получены максимальные значения модулей коэффициентов отражения на входе \Sn I =0,45 и выходе 15 221 = 0,54. Интересно отметить, что измеренный на малом сигнале максимально возможный коэффициент усиления на частоте 1 ГГц составил 23 дБ, на частоте 14 ГГц 7,6 дБ. Для изготовления согласующих цепей в усилителе была использована подложка из кварца толщиной 0,38 мм. В качестве материала для металлизации применялись тонкие пленки из золота, а в качестве резистора обратной связи i. = 160 Ом пленка из нитрида тантала, осажденная методом термического испарения в вакууме. Полевой транзистор имел длину затвора 1 мкм и ширину затвора 800 мкм, а также специальную форму контактных площадок для уменьшения влияния паразитных элементов.

Важной областью применения усилителей на ПТШ в Европе и Японии являются развиваемые там спутниковые системы передачи телевизионных программ, в которых одно из центральных мест занимает малошумящий усилитель на входе приемника индивидуальной приемной телевизионной станции, работающей на частотах вьпле 12 ГГц. Однако не исключается возможность замены усилителя мощности на выходе спутникового передатчика, выполненного на ЛБВ, его ананоюм на мощных ПТШ, так как потенциальные возможности последнего по надежности и другим электрическим характеристикам позволяют это сделать. Подобные усилители мощности на ПТШ для телевизионного передатчика рассмотрены в работе [147].

Лабораторный вариант такого пятикаскадното усилителя на частоте 12 ГГц обеспечивал коэффициент усиления 24 дЬ и выходную мощность 1 Вт. Для повышения надежности и улучшения воспроизводимости характеристик в каждом каскаде корпусированные транзисторы устанавливались на латунном позолоченном основании, на котором также размещались подложки из керамики на основе AI2O3 (толщиной 0,64 мм) с входными и выходными микрополосковыми согласующими цепями. Весь пятикаскад-ный усилитель монтировался в корпусе с необходимыми входами. Первый каскад усилителя выполнен по балансной схеме и содержит два малошумящих ПТШ с шириной затвора 400 мкм и трехдецибельные направленные ответвители. Он выполняет функтши малошу.мящего предусилителя. Второй каскад изготовлен по обычной схеме на ПТШ средней мощности (ширина затвора 800 мкм) с выходной мощностью примертто 200 мВт. Третий и четвертый каскады - балансные, с использованием такого же траи.зистора, как 320



и в предыдущем каскаде (каждый из них при сжатии коэффициента усиления на 1 дБ имеет выходную мощность 400 мВт, коэффициент усиления 6 дБ и КПД= 18%). Последний каскад обычной структуры на транзисторе с пшриной затвора 2,4 мм обеспечивает выходную мощность 1 Вт при коэффициенте усиления 3 дБ. Коэффигдаент усиления на малом сигнале всего усилителя равен 27 дБ, а его выходная мощность при сжатии коэффициента усиления на 1 дБ составляет 0,8 Вт. При выходной мощности 1 Вт бьш получен коэффициент усиления 24 дБ и полоса частот по уровню 1 дБ бьша равна 350 МГц. Коэффициент полезного действия составил 7%. Линейность характеристик оценивалась коэффициентами амплитудно-фазового преобразования (2,5 град./дБ) и интермодуляционных искажений (16 дБ), измеренными при выходной мощности 0,8 Вт. При выходной мощности 100 мВт коэффициент интермодуляцион1П)1Х искажений составил 44 дБ. Использовав тот же корпус усилителя, но заменив в двух последних каскадах транзисторы на другие, с лучшими мощностными характеристиками (пшрина затвора соответственно 2,4 и 4,8 мм), выходную мощность повысили до 2 Вт при коэффициенте усиления 23 дБ и КПД =16%.

14.5.3.2. УСИЛИТЕЛЬ НА ПТШ С СОГЛАСУЮЩИМИ ЦЕПЯМИ ВНУТРИ КОРПУСА

В работе [80] представлена методика проектирования однокаскадных усилителей на ПТШ большой мощности в диапазоне 4-8 ГГц с использованием корпусированных транзисторов с согласующими цепями, размещенными внутри корпуса. Такой транзистор с шириной затвора 11,2 мм без применения дополнительного внешнего согласования на частотах 4,2 - 7,2 ГГц обеспечивал коэффициент усиления на малом сигнале 5,5±1,5 дБ и выходную мощность 2,5 Вт при сжатии коэффициента усиления на 1 дБ. Размеры корпуса 9,0X8,8 мм. Внутри корпуса бьши размещены кристалл ПТШ, подложка с высокой диэлектрической проницаемостью для входной согласующей цепи и подложка из керамики на основе АЬОз для выходной согласующей цепи. Обе подложки и кристалл бьши установлены иа проводящее основание корпуса.

Входная согласующая цепь состояла из элементов двух типов с сосредо-гоченными параметрами: проволочных индуктивных и конденсаторов типа металл-диэлектрик-металл (.МДМ), изготовленных из титаната бария (е = 39,5) толщиной 0,1мм. Ее проектирование базировалось на использо-.чании -параметров, измеренных на малом сигнале. Все МДМ-конденсаторы были вьшолнены на одной подложке. Расстояние между ними определялось собходимой длиной проволочных индуктивных элементов соответствую-цей требуемой индуктивности. Значения параметров бьши следующие: емкости конденсаторов 8,6 пФ, индуктивности 0,48 нГн.

Согласующая цепь на выходе была спроектирована полуэмпирическим способом, основанным на согласовании в режиме большого сигнала с помощью трансформатора сопротивлений и последующем синтезе согласую-1ЦСЙ цепи по полученным характеристикам трансформатора сопротивлений. При реа;шзации согласующей цепи на выходе транзистора использовались

П - 6517





0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 [107] 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165

0.0038