CC BY
46
ИССЛЕДОВАНИЕ ДВУХ СХЕМ УСИЛИТЕЛЕМ С РАСПРЕДЕЛЕННЫМ УСИЛЕНИЕМ НА ПОЛЕВЫХ
ТРАНЗИСТОРАХ
DOI 10.24411/2072-8735-2018-10208
Шмаков Никита Дмитриевич,
Московский технический университет связи и информатики, Москва, Россия, [email protected]
Иванюшкин Роман Юрьевич,
Московский технический университет связи и информатики, Москва, Россия, [email protected]
Ключевые слова: усилитель с распределенным усилением, полевые транзисторы, искусственные длинные линии, вилка фильтров, широкодиапазонные усилители, энергетические характеристики.
Рассматриваются основные области применения, достоинства и недостатки, свойственные усилителям бегущей волны с распределенным усилением на полевых транзисторах. Обсуждается целесообразность применения методики расчета усилителей с распределенным усилением, основанной на построении входной и выходной искусственных длинных линий (ИДЛ) УРУ на основе Т-образных ФНЧ-звеньев 3-го порядка. Также обсуждаются особенности построения специального диплексера, который строится на основе "вилки" фильтров, в случае необходимости обеспечения гармонического входного напряжения следующему каскаду усиления. Для усилителя с распределенным усилением диапазона ОВЧ приводятся смоделированная схема УРУ на полевых транзисторах BLF 278, а также результаты моделирования: зависимости полезной мощности на выходе УРУ от частоты, амплитудная и фазоамплитудная характеристики.
Исследуются проходные и выходные характеристики полевого транзистора MRF9045 в программной среде AWR. Приводятся результаты моделирования ИДЛ на основе ФНЧ звеньев 3-его порядка, для построения УРУ диапазона УВЧ. Представлена компьютерная модель сверхширокодиапазон-ного УРУ на полевых транзисторах типа MRF9045, приводятся его амплитудно-частотная, амплитудная, а также фазоамплитудная характеристики.
Информация об авторах:
Шмаков Никита Дмитриевич, аспирант, Московский технический университет связи и информатики, Москва, Россия Иванюшкин Роман Юрьевич, к.т.н., доцент, Московский технический университет связи и информатики, Москва, Россия
Для цитирования:
Шмаков Н.Д., Иванюшкин Р.Ю. Исследование двух схем усилителей с распределенным усилением на полевых транзисторах // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2019. Том 13. №1. С. 10-15.
For citation:
Shmakov N.D., Ivanyushkin R.Yu. (2019). The study of two circuits of amplifiers with distributed amplification on field-effect transistors. T-Comm, vol. 13, no.1, pр. 10-15. (in Russian)
При построении радиопередающих устройств, в настоящее время есть большая потребность в и en ере страиваемых широкодиапазонных и сверхширокодиапазоных усилителях мощности радиочастоты. Одним из перспективных направлений являются усилители мощности, выполненные но технологии распределенного усиления. Такие усилители могут использоваться в качестве предварительных и предоконеч-ных усилителей мощности в телевизионных радиопередающих устройствах, а также возможно применение таких усилителей в измерительной и другой технике [8].
Усилителям с распределенным усилением присущ ряд преимуществ: возможность усиления в широком диапазоне частот без перестройки, постоянный коэффициент усиления в заданном диапазоне, распределенное теплоотвсдение, которое позволяет существенно упростить задачу охлаждения усилителя в целом, а также то, что на сопротивление выходной линии УРУ оказывает влияние выходная емкость только одного активного элемента. Но также есть ряд недостатков, из-за которых ограничивается область применения таких усилителей: низкий КПД и относительно небольшой коэффициент усиления [7j.
Производя расчет УРУ по методике, основанной на построении входной и выходной искусственных длинных линий (ИДЛ) УРУ на основе Т-образных ФНЧ-звеньев 3-го порядка, где, в качестве емкостного элемента, включается входная или выходная емкость транзистора, соответственно, можно достичь наиболее высоких энергетических показателей. Эта методика [5, 6, 7] обеспечивает лучший результат, по сравнению с традиционной методикой, разработанной для ламповых УРУ. Расчет и компьютерное моделирование проводились для двух схем УРУ на разных полевых транзисторах и на основе разных средств моделирования.
Расчет широкодиапазонного ВЧ-ОВЧ УРУ производился на балансных полевых транзисторах типа BLF278 для диапазона рабочих частот от 10 до 110 МГц, а при моделировании Т-образных ФНЧ-звеньев 3-го порядка частота среза была выбрана с запасом и равна 120 МГц. Схемотехническое моделирование производилось на 4 половинках полевых транзисторов BLF278 [1] в студенческой версии пакета Micro-Cap 10. На выходе схемы применяется диплексер, который (для упрощения компьютерной модели) образован последовательным и параллельным колебательными контурами. Колебательные контуры настроены в резонанс на первую (полезную) гармонику и нагружены на сопротивления рав-
ные волновому сопротивлению выходной искусственной длинной линии, а при расчете, нагруженная добротность контуров принималась равной 5. Смоделированная схема представлена на рис. 1 [6].
На основе смоделированной схемы УРУ, представленной на рис. 1 исследованы такие характеристики, как зависимость полезной мощности от частоты, амплитудная и фазо-амплитудная характеристика. Зависимость полезной мощности на выходе УРУ от частоты представлена на рис. 2.
Рис. 2. Зависимость полезной мощности на выходе УРУ от частоты
Зависимость полезной мощности на выходе УРУ от частоты (рис. 2) имеет некоторую неравномерность по диапазону, ЧТО связано с неточным согласованием искусственных длинных линий. Исследованные амплитудная и фазоампли-тудная характеристики УРУ на рабочей частоте, соответствующей уровню максимальной полезной мощности (90 МГц) [§], представлены на рис. 3 и 4, соответственно.
1 1,5 1 2.5 3 3.5 4 Í.5 ик в
Рис. 3. Амплитудная характеристика УРУ
5.5
сю
25.42П
49,82п
-лпгт>-
L9 LIO U1 LL2 U3 U4 US U6
VI-1- SO
са
-Ib
C12 í.271n
3.8
LL9 з
: 6.26
t.20
СИ
—IH— ьа.взр
41.88п Hi Jr
6.26
Рис, 1. Смоделированная схема УРУ на полевых транзистора* BLF 278
7ТТ
7ТЛ
THE STUDY OF TWO CIRCUITS OF AMPLIFIERS WITH DISTRIBUTED AMPLIFICATION ON FIELD-EFFECT TRANSISTORS
Nikita D. Shmakov, Moscow Technical University of Communication and Informatics, Moscow, Russia, [email protected] Roman Yu. Ivanyushkin, Moscow Technical University of Communication and Informatics, Moscow, Russia, [email protected]
Abstract
The main applications, advantages and disadvantages of distributed amplifiers on the field-effect transistors are considered. The advantages of using the method of calculating amplifiers with distributed amplification based on the construction of input and output artificial long lines of the DA based on 3rd order of LFP-links are discussed. The features of building a special diplexer are discussed. A simulated circuit of the DA on field-effect transistors BLF 278 is given, as well as the simulation results: the dependence of the useful power at the output of the VRU on the frequency, amplitude and phase-amplitude characteristics for an amplifier with a distributed amplification of the VHF range. The feedthrough and output characteristics of the MRF9045 field-effect transistor in the AWR software environment are investigated. The simulation results of artificial long lines based on 3rd order of LFP-links for constructing the DA for UHF band are given. A computer model of an ultra-wideband DA on field-effect transistors of the type MRF9045 is presented, and its amplitude-frequency, amplitude, and phase-amplitude characteristics are also given.
Keywords: distributed amplifier, field-effect transistors, artificial long lines, diplexer, wide-band amplifiers, energy characteristics. References
1. The official site of Advanced Semiconductors. "Datasheet BLF278". Available at: http://www.advancedsemiconductor.com/transis-tors/BLF/BLF278.shtml (Accessed 20 March 2018)
2. The official site of NXP. "Datasheet MRF9045". Available at: https://www.nxp.com/docs/en/datasheet/MRF9045.pdf?fsrch=1&sr= 1&pageNum=1 (Accessed 17 July 2018)
3. Alekseev O.V. (1968). Usiliteli moschnosti s raspredelennim usileniem [Power amplifiers with distributed amplification], Energiya, Leningrad, Russia.
4. Shahgildyan V.V. and Shumilin M.C. and Kozyirev V.B. (2000). Proektirovanie radioperedatchikov [Design of radio transmitters], 4ed., Radio I svyaz, Moscow, Russia.
5. Nikita D. Shmakov, Roman Yu. Ivanyushkin. (2017). Research of solid-state amplifiers of traveling wave of the VHF band using two approaches of their calculation. IEEE Conference Publication: 2017 Systems of Signal Synchronization, Generating and Processing in Telecommunication (SYNCHROINFO).
6. Shmakov N.D., Ivanyushkin R.Y. (2017). Computer simulation of a VHF DA built on 3rd-order LPF links. Perspektivnyie tehnologii v sredstvah peredachi informatsii, vol.3, pp. 80-83.
7. Shmakov N.D., Ivanyushkin R.Y. (2017). The simulating of distributed amplifier on the field-effect transistor BLF278 for HF and VHF bands. T-Comm, no.11, pp. 34-41.
8. Shmakov N.D. and Ivanyushkin R.Y. (2017). The use of distributed amplification technology in the construction of wide-band and ultra-wide-range RF power amplifiers. Telekommunikatsii i informatsionnyie tehnologii, vol.4, no. 2, pp. 46-50.
Information about authors:
Nikita D. Shmakov, post-graduate student, Moscow Technical University of Communication and Informatics, Moscow, Russia
Roman Yu. Ivanyushkin, Candidate of Engineering Sciences (Ph.D), associate professor, Moscow Technical University of Communication and
Informatics, Moscow, Russia
7TT
