CC BY
33
Два малошумящих усилителя
1 3
А.Н. Зикий , П.Н. Зламан ,
3 2
С.О. Мамченко , А.И. Пустовалов
1 Институт компьютерных технологий и информационной безопасности Южного федерального университета, Таганрог 2АО «Таганрогский НИИ связи», Таганрог 3Научно-конструкторское бюро МИУС Южного федерального университета, Таганрог
Аннотация: Проведено экспериментальное исследование двух малошумящих усилителей. Первый усилитель содержит один каскад на микросхеме HMC374, второй МШУ содержит два каскада на той же микросхеме. Получены амплитудные и амплитудно-частотные характеристики обоих усилителей, проведено сравнение с паспортными характеристиками. Усилители соответствуют паспортным данным по всем параметрам, кроме мощности насыщения на верхней граничной частоте.
Ключевые слова: Малошумящий усилитель, амплитудно-частотная характеристика, амплитудная характеристика, мощность насыщения.
Отечественная и зарубежная электронная промышленность выпускает значительное количество усилителей мощности на диапазон частот от единиц мегагерц до десятков гигагерц. [1-3]. Разнообразие предъявляемых требований к усилителям не позволяет использовать узкую номенклатуру микросхем и транзисторов, поэтому элементная база высокочастотных усилителей постоянно совершенствуется.
Целью настоящей работы является экспериментальное исследование основных характеристик двух малошумящих усилителей на микросхеме фирмы Analog Device HMC374. [5]. Первый усилитель содержит один каскад усиления на микросхеме HMC374. Его схема типовая и здесь не приводится. Второй усилитель состоит из двух микросхем того же типа. Его схема приведена на рисунке 1. Он содержит развязывающий аттенюатор 4,5 дБ между микросхемами усилителей.
В соответствии с указанными схемами были изготовлены макеты усилителей, фотография которых приведена на рисунке 2.
Рисунок 1 - Принципиальная схема двухкаскадного усилителя
Рисунок 2 - Фото двух усилителей Однокаскадный МШУ выполнен на трехслойной печатной плате из фольгированного диэлектрика размером 23,5x31x1,5мм. Все детали и проводники выполнены на одной стороне печатной платы. Другая сторона полностью металлизирована. Двухкаскадный МШУ собран на трехслойной печатной плате из фольгированного диэлектрика размером 26x56,5x1,5мм. Для включения в измерительный тракт оба МШУ снабжены гнездами типа БМЛ [4].
Эксперименты проводились на установке, содержащей векторный анализатор цепей типа N52300, комплект кабелей, переходов и источник питания типа 0РВ-7303б.
В первом эксперименте снимались амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) однокаскадного МШУ. Результат измерений показан на рисунке 3 при входной мощности минус 20 дБм.
Во втором эксперименте исследовалась амплитудная характеристика однокаскадного МШУ на частоте 3 ГГц. Результат измерений изображен на рисунке 4.
В третьем эксперименте получена АЧХ двухкаскадного МШУ. Рисунок 5 отображает результат измерений при входной мощности минус 30 дБм.
В четвертом эксперименте была получена амплитудная характеристика двухкаскадного МШУ. На рисунке 6 можно видеть результат измерения на частоте 3 ГГц.
Г1й ■■Tf.aée^Çlian f Ji.j:~ utility Help
Power Level ||-20.00 dBm [j]
Transform f Gating |Tran storm Start/Stop ^ | 264.055 psec ^ 12.000000 nsac ^ Mora...
S21 LugM 2.000JB/ 16.0dB
18,00 10.00
14.00
10.00
8.00
6.00
4.00
2.00
0.00 -2.00
5 1: 3 00 GHz 7.7 dB
/Л
SjChl: Start 10.0000 MHz -
Stop 3.00000 GHz
M <~Ж ЭШ'Шэ» ШЯшШгъе:
* Power Level
Power ON I off
Power...
Power and Attenuators...
Start Power
Stop Power
More
Рисунок 3 - АЧХ однокаскадного усилителя
B,1 LogM 10.00 dB m/ 4.00dBm
Cont. CH 2: B.1_No Cor_Smooth=2.50%_LCL
Рисунок 4 - Амплитудная характеристика однокаскадного усилителя на
частоте 3 ГГц.
|лТ| File Trace/Chan Response Marker/Analysis Stimulus Utility Help
32.00 27.00
-22.00
12.00
7.00 b
-3.00
I S2! I .|I|M ;..ÜI)0rlli /.IWclU
1 >Ch1: Start 10.0000 MHz-
Sc® 8H: еазмь
Power Level ||-30.00 dBm [j]
i 1: 311 1.И MHz 27;3 dB
/
/
Ла
* Power Level
Power ON I off
Power...
Power and Attenuators...
Start Power
Stop Power
More ►
Stop 3.00000 GHz
Рисунок 5 -АЧХ двухкаскадного усилителя
pie' Тгаре^эгр Marker^r^àfyatsr 'Stimulus : Help-,
-IM*!
^ <
Power Level
-30.00 dBm
15.00
10.00
o.oo
-5,00 *
-10.00
-20.00
-25.00
| B,1 LofjM S.OOOriBm/ -5.00dBm
-30.00
2 >Ch2: Start 30.000 dBm -
CW 3.00000 GHz
? 1: 10 00 dBm 14.2 dBm
\
У
^ 1® ;veled. source 1 |
* Power Level
Power ON | off
Power...
Power and Attenuators...
Start Power
Stop Power
Stop 10.000 dBm
More
mm fffi B.1
Рисунок 6 - Амплитудная характеристика двухкаскадного усилителя на
частоте 3 ГГц.
В пятом эксперименте была проведена дополнительная проверка мощности насыщения в связи с тем, что на частоте 3 ГГц мощность насыщения не соответствует паспортным данным. Для этого был использован измерительный стенд, содержащий генераторы стандартных сигналов Г4-76А (0,4 -1,2 ГГц) и Г4-80 (2,56 - 4 ГГц), анализатор спектра ОБР-827 и источник питания 0РБ-7303. На частоте 2,7 ГГц при Рвх=6 дБм была получена выходная мощность 15 дБм. На частоте 1,2 ГГц при Рвх=0 дБм получена выходная мощность 16.. .17 дБм. На частоте 0,4 ГГц при Рвх=0 дБм получена выходная мощность 20 дБм.
При проведении данной работы был использован предыдущий опыт авторов [3,6,9], а также других исследователей [7,8].
Выводы
1.Результаты измерений сведены в таблицу, из которой видно, что оба усилителя соответствуют паспортным данным или приближены к ним.
Таблица
Наименование параметра, размерность 1 каскад 2 каскада
измерено паспортные данные измерено паспортные данные
Коэффициент усиления на частоте 0,3 ГГц,дБ 15,3 12 -15 27,3 24 - 30
Коэффициент усиления на частоте 3 ГГц,дБ 7,7 6 - 9 11 12 - 18
Мощность насыщения, дБм, при Рвх=10 дБм, £=3 ГГц 13 23 14,2 23
Мощность насыщения, дБм, при Рвх=0 дБм, £=0,4 ГГц 20 23 20 23
Входная мощность в точке перегиба амплитудной характеристики, дБм +8 - +4 ... 5 -
Неравномерность АЧХ в полосе от 0,3 до 3 ГГц, дБ 7,1 9 16,3 18
Ток потребления, мА 71 90 142 180
2.Исследованные усилители могут найти применение в радиоприёмных устройствах СВЧ[9,10].
Литература
1. Белов Л.А. Устройства формирования СВЧ-сигналов и их компоненты. Учебное пособие. - М.: Издательский дом МЭИ, 2010. -320 с.
2. Карпов Ю. Отечественные транзисторные усилители СВЧ. Компоненты и технологии, 2007, №1, с. 86-92.
3. Зикий А.Н., Сальный И. А., Пустовалов А.И. Ограничительные свойства серийных малошумящих усилителей. Инженерный вестник Дона, 2016, №4 URL:ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2016/3774
4. Джуринский К.Б. Миниатюрные коаксиальные радиокомпоненты для микроэлектроники СВЧ. - М.: Техносфера, 2006. - 2016 с.
5. HMC374/HMC374E. SMT PHEMT Low Noise Amplifier 0,3 - 3,GHz. Analog Device, v.00.0045. - 6 p.
6. Зикий А.Н., Зламан П.Н., Власенко Д.В. Экспериментальное исследование усилителя мощности сантиметрового диапазона. Вопросы специальной радиоэлектроники, серия общие вопросы радиоэлектроники. 2013, №1, с.136 -139.
7. Pieter L.D. Abrie. Design of RF and Microwave Amplifiers and Oscillators. Boston, London. Artech House Publishers. 2009. -480 p.
8. Devendra K. Misra. Radio-Frequency and Microwave Communication Circuits: Analysis and Design. John Wiley & Sons, Inc. 2001. -632 p.
9. Пустовалов А.И. Двухканальное приемное устройство СВЧ диапазона. // Инженерный вестник Дона, 2010, №2. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2010/195
10. Receiving Products: Amplitude and Frequency measurement. Elisra Microelectronics, 77 p.
References
1. Belov L.A. Ustroystva formirovaniya SVCh-signalov i ikh komponenty. Uchebnoe posobie [Devices for the formation of microwave signals and their components]. M.: Izdatel'skiy dom MEI, 2010. 320 p.
2. Karpov Yu. Otechestvennye tranzistornye usiliteli SVCh. Komponenty i tekhnologii, 2007, №1, p. 86-92.
3. Zikiy A.N., Sal'nyy I.A., Pustovalov A.I. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2016, №4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2016/3774.
4. Dzhurinskiy K.B. Miniatyurnye koaksial'nye radiokomponenty dlya mikroelektroniki SVCh [Miniature coaxial radio components for microwave microelectronics]. M.: Tekhnosfera, 2006. 2016 p.
5. HMC374/HMC374E. SMT PHEMT Low Noise Amplifier 0,3 - 3,GHz. Analog Device, v.00.0045. 6 p.
6. Zikiy A.N., Zlaman P.N., Vlasenko D.V. Voprosy spetsial'noy radioelektroniki, seriya obshchie voprosy radioelektroniki. 2013, №1, p.136 -139.
7. Pieter L.D. Abrie. Design of RF and Microwave Amplifiers and Oscillators. Boston, London. Artech House Publishers. 2009. 480 p.
8. Devendra K. Misra. Radio-Frequency and Microwave Communication Circuits: Analysis and Design. John Wiley & Sons, Inc. 2001. 632 p.
9. Pustovalov A.I. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2010, №2. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2010/195.
10. Receiving Products: Amplitude and Frequency measurement. Elisra Microelectronics, 77 p.
