Главная Промышленная автоматика.

Тем не менее в табл. 14.5 даны некоторые типовые результаты, которые показывают примерный уровень достигнутой линейности, но не претендуют иа всестороннее обобщение. Нормированная величина мошчости, соответствующей точке пересечения Р,-, к ширине затвора для транзисторов с различными конфигурациями, размерами и рабочими частотами имеет разброс, не превышающий 4 дБ. Наивысшие рабочие частоты получены у усилителей с малым уровнем выходной мощности, что объясняется обшей закономерностью уменьшения мошности транзистора с увеличением частоты. Можно грубо сравнить Р,- (см. примечания к табл. 14.4) и мошность, соответствующую сжатию коэффициента усиления на 1 дБ (Руц), которая соответствует 100-250 мВт/мм, что согласуется с оценками, сделанными в разд. 14.2.

Таблица 14.5. Типовые характеристики усилителей мощности с достаточно высокой степенью линейности

Источник информации

Год создания

Фирма

1дБ, дБм

Р/, дБм

W., MM

дБ/мм

/.ГГц

1979

Fujitsu

20,8

34,8

[63]

1976

Fujitsu

37,5

[81]

1979

16,8

[188]

1978

41,5

[219]

1978

Fujitsu

38,5

34,7

[221]

1976

33,5

[242]

1978

33,2

14.4.4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ УСИЛИТЕЛЕЙ С ВЫСОКОЙ СТЕПЕНЬЮ ЛИНЕЙНОСТИ

Перед тем как перейти к рассмотрению данного вопроса, укажем ряд способов, улучшающих линейность усилителей.

1. Согласование выхода транзистора определяет линейность характеристик усилителя. Некоторые методы, используемые для улучшения характеристик, связанШ)1Х со сжатием коэффициента усиления, применимы и в этом случае.

2. Для транзисторов, характеризующихся нелинейными искажениями третьего порядка, КИИ пропорционален 201g(H), где W. - ширина затвора, при постоянном относительном уровне выходной мощности или 201g/„2g. Это означает, что можно улучшить линейность при данном уровне мощности, выбрав более мощный транзистор.

3.Линейность транзистора с заданными размерами можно улучшить, снижая уровень мощности. Интермодуляционные искажения ПТШ, характеризующихся нелинейными искажениями третьего порядка, можно оценить следующим образом (обычно на практике получают лучшие характеристики) :

КИИ = С1+201в(Р.„б/Р), (14.1.5)

о - P5I7




Рис. 14.25. Зависимость уровня интермодуляционных искажений от выходной мощности при различных напряжениях на стоке GaAs ПТШ с щириной затвора 6 мм

где Ci = 20 ... 24 дБ. Таким образом, для лучшей линейности желательно выбирать рабочий режим с мощностью, существенно меньшей мощности Р. Это противоречит требованиям увеличения КПД усилителя. Если важны оба требования, то необходимо искать компромиссное решение между улучшением линейности и повышением КПД.

4. Режим по постоянному току необходимо выбирать таким образом, чтобы обеспечивалась максимально возможная мощность. Следовательно, ток стока должен составлять примерно (/стах ~min)/2- Кроме того, линейность улучшается при увеличении напряжения на стоке. Существенное уменьшение КИИ при увеличении видно из рис. 14.25. Такое улучшение только частично можно объяснить увеличением выходной мощности. Переход затвор-канал служит вьтрямителем только при подаче в затворную цепь мощности больших уровней, что может привести к эффекту возникновения режима самосмещения. При этом линейность усилителя может быть существенно нарушена. Поэтому при правильном выборе смещения на затворе должна улучшиться линейность.

5. В многокаскадных усилителях каждый каскад вносит вклад в интермо-дулящюнные искажения всего усилителя. Если при этом предположить, что все источники интермодуляционных искажений имеют сл)Д1айный характер, то суммарный уровень иитермодуляционных искажений можно оценить следующим образом:

1/КИИо = 2 1/КИИ; , (14.16)

п= 1

где КИИ = 10 " для «-го каскада, а для всего усилителя КИИ = IgKHHo Если все сигналы, обусловливающие возникновение искажений, приходят в фазе, то общий уровень интермодуляционных искажений будет выше и определится как

1/КИИ; = [ 2 l кИИ;] (14.17)

п= 1

В действительности среднее значение КИИ всего усилителя будет лежать между этими двумя крайними оценками. До сих пор основное внимание уделялось влиянию параметров транзистора на линейность характеристик. Имеется, однако, другой путь улучшения линейности, основанный на схемотехнических методах, что тоже необходимо учитывать. Один из таких методов связан с использованием отрицательной обратной связи. Если при этом коэффициент усиления уменьшается в ki раз, а прибор характеризуется нелинейными искажениями третьего порядка, то уровень интермодуляционных ис-



кажений уменьшится 2к\ раз. На практике в использовании такого подхода имеются сложности, связанные с тем, что транзистор обладает небольшим <.оэффициентом усиления, особенно на высоких частотах.

Два других метода могут быть применены для разработки усилителей с очень высокой линейностью. Первый метод основывается на предположении, чго нелинейность прибора известна и постоянна во времени, и поэтому вве-1ением предварительных искажений компенсируют возникающие в усилите-le нелинейные искажения. Такой подход оправдан для приборов с идеальной сарактеристикой нелинейности третьего порядка и пока, однако, не продемонстрировал свои положительные стороны для более сложных приборов, таких как GaAs ПТШ.

Другое приближение связано с использованием принципа подачи сигнала "вперед". В данном случае выделяется сигнал погрешности, который усиливается в отдельном канале и затем опять подается в основной тракт, компенсируя первоначальное отклонение, что может привести к улучшению КИИ на 25 дБ. Однако это достигается существенным увеличением сложности схемы усилителя при одновременных повышенных требованиях к точности фазовых соотношений в каналах усилителя. Если ориентироваться на менее жесткие требования к улучшению линейности (например, на 10дБ), то это сни-шт требования к высокой точности фазовых характеристик. Пока такой подход не был использован для усилителей на GaAs ПТШ, но можно надеяться, что с развитием методов создания интегральных микросхем станет более реальным его применение для повышения линейности усилителей мощности.

14.5. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СХЕМ НА ПТШ

В данном разделе рассматриваются технологические методы, используемые при изготовлении СВЧ усилителей на ПТШ. В подразд. 14.5.1 обобщается опыт технологии микрополосковых схем. В подразд. 14.5.2 рассматриваются особенности переходов от микрополосковой линии к транзистору и сравнивается использование в схемах на ПТШ элементов с сосредоточенными и распределенными параметрами. В подразд. 14.5.3 будет представлено несколько примеров из технической литературы по реализации усилителей на ПТШ, охватывающих варианты исполнения от микрополосковых схем, содержащих дискретные транзисторы, до усилителей, полностью выполненных на арсениде галлия по технологии полупроводниковых интегральных микросхем.

14.5.1. ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МИКРОПОЛОСКОВЫХ СХЕМ

Использование микрополосковой технологии для выполнения соединений между СВЧ полупроводниковыми приборами с пассивной частью схем является достаточно общим подходом к развитию СВЧ интегральных микросхем (ИС). Трехэлементные приборы (включая GaAs ПТШ), представляющие собой или отдельные кристаллы, или корпусированные транзисторы, могут быть достаточно просто установлены в хшанарную микрополосковую пинию, так как оба основных элемента этой линии (центральный проводник и заземленная хшоскость) легко доступны.





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