Моделирование СВЧ малошумящего транзистора с применением тюнера focus Microwave Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 629.78.01:621.375

МОДЕЛИРОВАНИЕ СВЧ МАЛОШУМЯЩЕГО ТРАНЗИСТОРА С ПРИМЕНЕНИЕМ ТЮНЕРА FOCUS MICROWAVE

Е. А. Тимофеева*, Д. В. Орлов

АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52

E-mail: Verlena89@mail.ru

Рассмотрен альтернативный способ исследования параметров топологии согласующих входных/выходных цепей транзистора для оптимизации характеристик КУ и КШ малошумящего усилителя (МШУ) с использованием автоматизированного тюнера Focus Microwave.

Ключевые слова: тюнер импеданса, Microwave Office, транзистор, МШУ, СВЧ.

THE SIMULATION OF A MICROWAVE LOW-NOISE TRANSISTOR WITH THE USE OF A TUNER FOCUS MICROWAVE

E. A. Timofeeva*, D. V. Orlov

JSC Academician M. F. Reshetnev Information Satellite Systems 52, Lenin Str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation

E-mail: Verlena89@mail.ru

The article studies alternative method to research parameters of topology coordinating input/output circuits of the transistor to optimize characteristics and noise of the low-noise amplifier with use the automated Focus Microwave tuner.

Keywords: tuner of an impedance, Microwave Office, transistor, low-noise amplifier, microwave.

Неотъемлемая основа космических аппаратов (КА) это их полезная нагрузка. И именно ей уделяется особое внимание при производстве, а также испытаниях. Транзисторные МШУ являются одной из важнейших составляющих полезной нагрузки, так как они отвечают за такие параметры как излучаемая и потребляемая мощность, ширина полосы рабочих частот, габариты, масса и др. Даже малейшие изменения этих параметров существенно влияют на чистоту сигнала и на радиус действия сигнала. В производстве КА чистота сигнала, главный параметр без которого аппарат не будет работать.

При проектировании МШУ, для того чтобы синтезировать вх и вых согласующие цепи, требуется определить S-параметры транзисторов при больших выходных мощностях и нелинейных режимах работы. Известны такие способы решения этой задачи: метод переменной нагрузки [1], «горячие S22» [1; 2], и применение х-параметров [3]. Недостатками данных процедур являются большая трудоемкость, значительные временные затраты, зависимость успеха проектирования от опыта и квалификации работника.

На предприятии АО «ИСС» имени академика М. Ф. Решетнева при проектировании полезной нагрузки так же применяются стандартные «ручные методы», которые не дают точных результатов.

Канадская компания «Focus Microwave» разрабатывает и производит автоматические тюнеры импеданса от 10 МГц до 110 ГГц, системы измерений шума и Load Pull на пластине (рис. 1) [4].

Целью изменения импеданса нагрузки является измерение реакции испытуемого устройства (ИУ) в зависимости от импеданса нагрузки. При использовании в сочетании с источником сигнала и анализатором (анализатор спектра, измеритель мощности, векторные приемники...) load pull может использоваться для измерения таких параметров, как выходная мощность, усиление, эффективность в зависимости от импеданса нагрузки со стороны ИУ [5].

Для такого крупного предприятия как АО «ИСС» автоматизация с помощью рассматриваемого тюнера позволит существенно улучшить технические характеристики полезной нагрузки.

Спутники, радары, базовые станции и сотовые телефоны - эффективность (КПД) для этих приложений очень важна при их конструировании. Повышение КПД является одним из ключевых факторов в усилителях высокой мощности. Измерения импеданса нагрузки на гармониках играют главную роль в этом процессе, и становятся все более и более популярными.

Рис. 2 показывает пример повышения эффективности с помощью гармонической настройки.

Испытываемым устройством (ИУ) является NXP 200 Вт LDMOS. Focus MPT-тюнер фиксирует импеданс на частоте несущего сигнала, затем измеряет выходную мощность и КПД для второй гармоники при различных фазах изменения импеданса нагрузки. Разница КПД для второй гармоники составляет 10 % [4; 5].

Программные средства и информационные технологии

Рис. 1. Традиционная схема Load-Pull

Рис. 2. Повышение эффективности с помощью гармонической настройки

Активный load pull нагрузки является единственным методом, который позволяет согласовать низкий внутренний импеданс силовых транзисторов, особенно на пластине или на очень высоких частотах, где подключение к тюнеру и потери зонда снижают эффективный диапазон настройки.

Тюнер используется для симуляции антенн сотовых телефонов при измерении импеданса - магниту-ды и фазы. Измерительное оборудование и тюнер используются для проверки производительности телефона с разными КСВН, а также для проверки выходной мощности, чувствительности приемника, для оптимизации дизайна печатной платы. Рис. 3 и 4 представляют собой результаты испытаний.

Для традиционного активного load pull требуются усилители высокой мощности с обратной связью, чтобы преодолеть сильное рассогласование между усилителем и импедансом транзистора.

Применение данного прибора позволит АО «ИСС» отладить производство полезной нагрузки, сделать его более качественным. Улучшить принимаемый сигнал, увеличить дальность действия, а также автоматизация процесса позволит уменьшить влияние человеческого фактора.

Библиографические ссылки

1. Хибель М. Основа вторичного анализа цепей / пер. с англ. С. М. Смольского ; под ред. У. Филлипп. М. : Изд. дом МЭИ, 2009. С. 21-29.

2. Измерение S22 в «горячем» режиме с импульсными сигналами на анализаторе цепей R&S ZVA [Электронный ресурс]. URL: www.rohde-shwarz.ru/ 439/AN001 rus_Hots22-pulse.pdf (дата обращения: 01.09.2017).

3. Root D. E., Horn J., Gillease Ch., Verspecht J. Х-параметры новый принцип измерений, моделирования и разработки нелинейных ВЧ и СВЧ компонентов. Контрольно-измерительные приборы и системы. 2009, № 2. С. 20-24.

4. Microwave Office, Applied wave Research, Inc. [Электронный ресурс]. URL: htpp://www.apwave.com (дата обращения: 01.09.2017).

5. Разевиг В. Д., Потапов Ю. В., Курушин А. А. Проектирование СВЧ-Устройств с помощью Microwave Office / под ред. В. Д. Разевига. М. : СОЛОН -Пресс, 2003. 496 с.

References

1. Hibel M. Basis of the secondary analysis of chains. The lane with English S. M. Smolsky under the editorship of U. Philipp. M. : MEI publishing house, 2009. Р. 21-29.

2. Measurement of S22 in the "hot" mode with pulse signals on the analyzer of chains R&S ZVA Available at: www.rohde-shwarz.ru/439/AN001 rus_Hots22-pulse.pdf (accessed: 01.09.2017).

3. Root D. E., Horn J., Gillease Ch., Verspecht J. X-parameters new principle of measurements, modeling and development of nonlinear VCh and microwave oven of components. Instrumentations and systems, 2009. No. 2. P. 20-24.

4. Microwave Office, Applied wave Research, Inc. Available at: htpp://www.apwave.com (accessed: 01.09.2017).

5. Razevig V. D., Potapov Yu. V., Kurushin A. A. Design of microwave Devices by means of Microwave Office. Under the editorship of V. D. Razeviga. М. : SOLON - the Press, 2003. 496 p.

© Тимофеева Е. А., Орлов Д. В., 2017