CC BY
49
Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика. 2021. Т. 21, вып. 3. С. 275-284
Izvestiya of Saratov University. Physics, 2021, vol. 21, iss. 3, pp. 275-284 https://fizika.sgu.ru
https://doi.org/10.18500/1817-3020-2021 -21 -3-275-284
Научная статья
Моделирование усилителей мощности в среде Microwave Office ¿¿ЙР^ vivw J^il^s
А. Л. Хвалин , А. В. Калинин v' ^^^wVy^ ^ v^^7
Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского, Россия, 410012, г. Саратов, ул. Астраханская, д. 83
Хвалин Александр Львович, доктор технических наук, профессор кафедры общей физики, Khvalin63@mail.ru, https://orcid.org/0000-0003-4746-469X
Калинин Артем Викторович, магистрант кафедры общей физики, artemvkalinin98@mail.ru, https://orcid.org/0000-0002-5854-1876
Аннотация. Представлены основные этапы разработки транзисторного усилителя УВЧ и КВЧ диапазонов в октавном диапазоне рабочих частот на основе отечественного биполярного транзистора 2Т937А в микрополосковом исполнении в среде САПР Microwave Office. Широкополосное согласование стало возможным за счет использования дискретных транзисторных кристаллов, допускающих включение отрезков микрополосковых линий передачи и сосредоточенных элементов (резисторов, индуктивностей и емкостей) на входах и выходах внутренних усилительных каскадов. Номинальные значения сосредоточенных элементов и геометрические размеры отрезков микрополосковых линий передачи использовались в качестве варьируемых параметров в соответствующих задачах оптимизации. В результате решения задач структурной и параметрической оптимизации созданы принципиальные электрические схемы усилителя и его составных блоков (делителей/сумматоров мощности на два канала, базового двухкаскадного усилительного модуля), получены их оптимальные частотные характеристики. Моделирование транзистора проведено по эквивалентной схеме Гуммеля - Пуна в САПР Microwave Office. Конструкция усилителя мощности выполнена в микрополосковом исполнении на подложке из поликора толщиной 1 мм. В диапазоне частот от 2 до 4 ГГц перепад коэффициента усиления находится в пределах от 14 до 15 дБ. Выходная мощность усилителя составляет 22.5 Вт, КСВН входа и выхода не более 1.5. Конструкция допускает возможность интегрального исполнения.
Ключевые слова: усилитель мощности, эквивалентная схема Гуммеля - Пуна, делитель/сумматор мощности, компьютерная модель транзистора, параметрическая и структурная оптимизация, система автоматизированного проектирования Для цитирования: Хвалин А. Л., Калинин А. В. Моделирование усилителей мощности в среде Microwave Office // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика. 2021. Т. 21, вып. 3. С. 275-284. https://doi.org/10.18500/1817-3020-2021-21-3-275-284
Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0) Article
Modeling power amplifiers in the Microwave Office environment A. L. Khvalin , A. V. Kalinin
Saratov State University, 83 Astrakhanskaya St., Saratov 410012, Russia Alexander L. Khvalin, Khvalin63@mail.ru, https://orcid.org/0000-0003-4746-469X Artem V. Kalinin, artemvkalinin98@mail.ru, https://orcid.org/0000-0002-5854-1876
Abstract. Background and Objectives: A very difficult and urgent task is to obtain high output powers of transistor amplifiers. This class of devices in many radio engineering systems determines the most important technical parameters of the system, such as radiated and consumed power, bandwidth, dimensions and weight, reliability and cost. Known monolithic amplifier designs make it possible to obtain tens and hundreds of watts of output power. However, monolithic structures have limited operating frequency ranges, usually no more than a few hundred megahertz. Expansion of the operating frequency range of the power amplifier is possible by using discrete transistor crystals as active elements. The use of discrete crystals of transistors allows you to include elements of matching between amplification stages and significantly improve the main characteristics of the amplifier: VSWR of the input / output, gain, efficiency, operating frequency range (up to one octave or more). According to a number of criteria, a bipolar transistor of Russian production 2T937A was selected as active elements. Materials and Methods: When designing the amplifier, discrete crystals of a bipolar transistor 2Т937А were used. However, in computer modeling of radio engineering devices, it is necessary to take into account the absence of models of many Russian and foreign transistors in CAD libraries (in particular, Microwave Office), which significantly limits the possibilities of designing devices based on them. The article uses a computer model of the 2T937A transistor, obtained as a result of solving the problems of multicriteria optimization of the equivalent circuit of the transistor. Experimental characteristics of the bipolar transistor 2Т937А (static and frequency parameters) were used as optimization goals.
The simulation of the transistor was carried out according to the equivalent Gummel - Poon circuit in the CAD Microwave Office. The article presents the design of a power amplifier based on 2T937A and its main units: power dividers / adders for two channels, a basic two-stage amplifier module. The corresponding problems of parametric and structural optimization are formulated and solved. Results: As a result of the research carried out, a microstrip power amplifier design was obtained on a 1 mm thick polycor substrate with a gain of 14-15 dB in the frequency range from 2 to 4 GHz. The output power is 22.5 W, the VSWR of the input and output is no more than 1.5. Conclusion: The device can be used as a pre-amplifier in the tasks of obtaining high values of the output power of the UHF and VHF ranges. Keywords: power amplifier, Gummel - Pune equivalent circuit, power divider / adder, transistor computer model, parametric and structural optimization, computer-aided design system
For citation: Khvalin A. L., Kalinin A. V. Modeling power amplifiers in the Microwave Office environment. Izvestiya of Saratov University.
Physics, 2021, vol. 21, iss. 3, pp. 275-284 (in Russian). https://doi.org/10.18500/1817-3020-2021-21-3-275-284
This is an open access article distributed under the terms of Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC-BY 4.0)
Введение
Актуальность работы связана с отсутствием отечественной элементной базы в библиотеках современных компьютерных САПР [1—5]. Это обстоятельство существенно ограничивает возможности успешного проектирования отечественных радиоэлектронных устройств при использовании компьютерных САПР [2-4].
Также весьма сложной и актуальной задачей является получение высоких выходных мощностей транзисторных усилителей. Конструкции отечественных и зарубежных УМ монолитного типа [1, 6-12], позволяющие получить десятки и сотни Ватт выходной мощности, имеют существенный недостаток - узкие рабочие диапазоны частот, не превышающие нескольких сотен мегагерц. Однако многие применения УМ требуют использования широких частотных диапазонов (1/2 октавы и выше) [1-4, 13-16]. В таких случаях монолитное исполнение конструкции усилителя является «критическим звеном», ограничивающим его основные характеристики, поскольку не позволяет в полной мере использовать согласующие цепи.
Известно, что увеличение мощности транзистора приводит к уменьшению рабочего диапазона частот. Физически это объясняется тем, что для увеличения мощности конструкция транзистора требует увеличения ширины затвора и соответствующих межэлектродных ёмкостей активной структуры. Кроме того, негативное влияние на широкополосность оказывает корпус транзистора, который также вносит дополнительные реактивности и в значительной степени определяет массогабаритные характеристики усилителя мощности (УМ). Для исключения влияния корпусов транзисторов при проектировании УМ использованы бескорпусные кристаллы транзисторов, которые могут устанавливаться непосредственно на плату УМ. Такое исполнение конструкции позволяет получить октавный диапазон рабочих частот УМ за счет использования согласующих
подсхем, включающих отрезки микрополосковых линий передачи и дискретные активные элементы.
С учетом перечисленных требований при компьютерном моделировании УМ необходимо решить следующие задачи: создание модели транзистора, разработка схемы базового усилительного блока, разработка схем суммирования/ деления мощности, решение задач параметрической и структурной оптимизации отдельных блоков и УМ в целом. Формулировка и решение соответствующих задач представлены далее.
При моделировании отдельных блоков устройства были сформулированы и решены задачи параметрической и структурной оптимизации. Были использованы известные методы параметрической оптимизации: симплекс- метод и метод случайного поиска. По результатам параметрической оптимизации вносились изменения в принципиальные схемы блоков усилителя.
В результате проведенной работы в среде Microwave Office разработан УМ с выходной мощностью более 20 Вт в октавном диапазоне рабочих частот с характеристиками, не уступающими известным отечественным и зарубежным аналогам.
1. Блок-схема УМ
Поскольку отдельный транзисторный кристалл 2Т937А позволяет получить выходную мощность усилителя не более 1.6 Вт, в УМ необходимо применять многоканальное суммирование мощности, которое допускает включение согласующих элементов во входные и выходные цепи усилительных каскадов
УМ с диапазоном рабочих частот 2-4 ГГц и выходной мощностью более 20 Вт включает ряд основных блоков: блоки усиления, блоки деления мощности для включения нескольких каналов усиления, блоки суммирования мощности [1, 4].
На рис. 1 представлена функциональная блок-схема УМ в микрополосковом исполнении на подложке из поликора толщиной 1 мм.
Рис. 1. Блок-схема усилителя мощности Fig. 1. Power amplifier block diagram
Усилитель мощности имеет в своем составе блоки деления мощности (Div0-Div3), блоки суммирования мощности (Sum0-Sum3), унифицированные базовые усилительные модули BIP1, BIP2, канал усиления на входе КУ0 и параллельные каналы усиления КУ1-КУ8 (рис. 2).
Div3
3IP2 Sum3
О
t>
Выход
Output
BIP2
Рис. 2. Блок-схема канала усиления Fig. 2. Amplification channel block diagram
Мощные биполярные транзисторы имеют относительно небольшой коэффициент усиления [2-4, 17-20]. Поэтому для достижения значений усиления УМ не менее 14 дБ возникает необходимость последовательного включения нескольких каскадов усиления. Первый каскад усиления УМ содержит базовые усилители мощности BIP1 и В1Р2, второй каскад усиления имеет 8 каналов КУ1-КУ8 с параллельно-последовательным включением усилителей BIP1 и В1Р2. Для получения выходной мощности 20 Вт при
небольшой выходной мощности используемых транзисторов, применялось многоканальное суммирование выходных сигналов усилительных модулей КУ1 - КУ8, включённых параллельно. В базовых усилительных модулях (В1Р1 и В1Р2) биполярные транзисторы включены по схеме с общей базой и содержат цепи согласования.
В связи со сложностью схемы УМ и большим объёмом вычислений при проектировании возникает необходимость использования чрезмерно больших вычислительных ресурсов, что не позволяет проводить расчётов в реальном времени. Только решение задачи анализа УМ в зависимости от стартовых условий может занимать несколько часов даже на современных компьютерах [1], поэтому структурная и параметрическая оптимизация характеристик УМ проводилась путём оптимизации параметров отдельных блоков, изображённых на рис. 1, 2, согласованных на входе и выходе с сопротивлением 50 Ом, и последующим сведением моделей блоков в единый расчётный проект всего УМ.
2. Моделирование кристалла транзистора 2Т937А
С целью уменьшения габаритных размеров УМ и нерегулярностей, неизбежно вносимых корпусом и выводами транзистора, при проектировании УМ использованы кристаллы транзисторов в бескорпусном исполнении.
В качестве элемента усиления для базового модуля выбран биполярный транзистор 2Т937А производства ОАО «Пульсар» (г. Москва). Транзистор имеет достаточно широкую полосу рабочих частот от 0.9 до 5 ГГц при выходной мощности 1.6 Вт и коэффициенте усиления 3 дБ [2, 3].
В качестве модели транзистора использовалась модель Гуммеля - Пуна [1]. Параметры модели определялись по статическим и частотным характеристикам по методике, описанной в [1]. Базовая модель транзистора имеет 60 параметров, что существенно осложняет решение задачи оптимизации по определению эквивалентных параметров транзистора 2 Т937А. На основе решения задач оптимизации при использовании экспериментальных статических и частотных характеристик в качестве целевых функций получены численные значения оптимальных параметров модели Гуммеля - Пуна транзистора 2Т937А [2].
Поскольку каждый транзистор имеет ограничение по уровню входной мощности, в уси-
лительном каскаде возникает необходимость использования делителя мощности для обеспечения допустимого уровня входной мощности транзистора с последующим суммированием выходной мощности от усилительных каскадов.
3. Базовый усилительный модуль
Унифицированные усилительные модули В1Р1 и В1Р2 (см. рис. 2) согласованы по входу и выходу на сопротивление 50 Ом. Каждый модуль содержит один транзисторный кристалл.
Усилительные каскады (В1Р1 и В1Р2) имеют идентичные схемотехнические решения и представляют собой транзисторный усилитель с общей базой (рис. 3) с цепями питания на элементах С5, С6, Ь5, Ь8, цепями согласования на входе и выходе (С1 - С3, Ь1 - Ь3, Я1 - Я2, С4, С7 - С8, Ь9), индуктивно стями выводов транзистора Ь4. Ь6, Ь7, конденсатор С4, а также микрополоско-вые элементы (ТЬ1-ТЬ19).
На рис. 4 представлены результаты расчета коэффициента передачи по мощности
Рис. 3. Принципиальная схема усилительных каскадов BIP1 и В1Р2 Fig. 3. Schematic diagram of the amplifier stages BIP1 and BIP2
5.5
B
=3 5 й
io
an
o P
Frequency, GHz
Рис. 4. Коэффициент передачи по мощности усилительного модуля BIP1
Fig. 4. Power transmission ratio of the amplifier module BIP1
усилительного модуля после оптимизации цепей согласования [1]. Видно, что коэффициент передачи находится в пределах от 3.5 до 4.6 дБ в рабочем диапазоне частот. При этом оптимальные значения коэффициента стоячей
волны по напряжению (КСВН) от входа усилительного модуля, представленные на рис. 5, не более 1.6, значения КСВН от выхода усилительного модуля, представленные на рис. 6, не более 1.55.
2
.1.8
pi £
ей >
1.6
1.4
1.2
1 -
2 2.5 3 3.5 4
Frequency, GHz
Рис. 5. КСВН входа усилительного модуля BIP1 Fig. 5. VSWR of the input of the amplifier module BIP1
2
Pi £
S V
1.8
1.4
1.2
1 -
2 2.5 3 3.5 4
Frequency, GHz
Рис. 6. КСВН выхода усилительного модуля BIP1 Fig. 6. VSWR of the output of the amplifier module BIP1
4. Базовые конструкции делителя и сумматора мощности
Делители б1у0 - Б1у3 и сумматоры БишО -БишЗ мощности выполнены на основе базовой конструкции двухканального делителя мощности в микрополосковом исполнении. Принципиальная конструкция блоков деления и суммирования мощности показана на рис. 7.
На рис. 7 показаны элементы микропо-лоскового тракта (отрезки линии передачи, уголковые повороты, тройники (ТЬ1-ТЬ28)), согласующие сопротивления Я1 и Я2. Порты входа (Р1) и выходов (Р2 и РЗ) согласованы на
50 Ом. Размеры отрезков микрополосковых линий передачи (ширина Ж, длина £), а также номинальные значения сосредоточенных элементов сопротивлений Я1 и Я2 являлись варьируемыми параметрами при решении соответствующей задачи оптимизации.
Параметрическая оптимизация блоков деления и суммирования мощности (см. рис. 7) проведена с целью достижения наилучших рабочих характеристик в диапазоне частот 2-4 ГГц: минимальных потерь с входа на выходы, минимального уровня КСВН, минимального ослабления сигнала между выходами 2 и 3 [1].
TL23 TL24 TL25 TL26 TL27 TL28
Рис. 7. Эквивалентная схема двухканального делителя/сумматора мощности Fig. 7. Equivalent circuit of a two-channel power divider / combiner
5. Моделирование усилителя мощности
Перед делителем мощности б1у0 имеется усилительный каскад на основе базовых усилительных модулей В1Р1 и В1Р2, который требуется для обеспечения достаточного уровня сигнала на входе второго каскада усиления (см. рис. 1). Последующие делители мощности б1у0, 01у1. б1у2 разделяют выходной сигнал первого каскада усиления на восемь параллельных выходов, необходимых для включения каналов КУ1 - КУ8 второго каскада усиления. Для обеспечения требуемой выходной мощности УМ используется схема суммирования выходных сигналов усилительных каскадов КУ1 - КУ8 (см. рис. 1), включающая двухканальные сумматоры мощности 8иш2. Биш1, Биш0. При этом восемь усилительных модулей (КУ1 - КУ8) второго каскада усиления имеют предельную выходную мощность 2*1.6 = = 3.2 Вт. Тогда восьмиканальная схема суммирования (Биш2, Биш1, Биш0) выходной мощности усилительных модулей (КУ1 - КУ8) позволит получить на выходе УМ мощность 8 * 3.2 = 25.6 Вт.
Конструкции делителей и сумматоров мощности, представленные в предыдущих пунктах, известны, а подходы к их проектированию описаны в [1, 4].
Оптимальные значения параметров элементов отдельных блоков, входящих в состав всего устройства (см. рис. 1, 2), использованы в качестве начальных значений при оптимизации всего проекта в целом [1].
6. Оптимизация основных частотных характеристик усилителя мощности в диапазоне 2-4 ГГц
Поскольку усилитель мощности представляет собой комплексированное устройство, содержащее ряд взаимосвязанных блоков со своими наборами варьируемых параметров, непосредственное решение задачи оптимизации характеристик всего усилителя становится практически невозможным вследствие значительных вычислительных затрат [1]. С учетом изложенного задача получения оптимальных характеристик усилителя мощности включает в себя ряд частных задач по оптимизации параметров отдельных блоков усилителя (см. рис. 1, 2). Однако, как было отмечено выше, оказывается, что вследствие взаимного влияния элементов усилителя включение блоков с оптимальными характеристиками в общую схему (см. рис. 1) не позволяет получить оптимальные характеристики устройства в целом. Необходимая корректировка параметров достигается путём решения задачи оптимизации всего устройства. При этом найденные на предыдущих этапах оптимизации оптимальные параметры отдельных блоков выступают в качестве первого приближения при оптимизации усилителя мощности. Предложенная методика моделирования также использована при проектировании ряда устройств СВЧ диапазона [1, 5].
При оптимизации основных частотных характеристик устройства использованы симплекс-метод и метод случайного поиска [1].
В диапазоне частот от 2 до 4 ГГц получены частотные характеристики (рис. 8-1О): КСВН входа и выхода, а также коэффициент усиления.
В рабочем диапазоне частот от 2 до 4 ГГц КСВН входа и выхода представленного усилителя составляет не более 1.5; коэффициент
сл >
& ■ с
1.4
12
2.5 3 3.5
Frequency, GHz
Рис. 8. КСВН входа усилителя мощности Fig. 8. VSWR of the power amplifier input
2.5 3 3.5
Frequency, GHz
Рис. 9. КСВН выхода усилителя мощности Fig. 9. VSWR of the power amplifier output
£ 'a
o
Frequency, GHz
Рис. 10. Коэффициент усиления усилителя (дБ) Fig. 10. Amplifier gain (dB)
усиления в пределах 14-15 дБ, максимальная выходная мощность 22.5 Вт (43.5 дБм).
Необходимо отметить, что представленные на рынке усилители СВЧ- диапазона отличаются чрезвычайно разнообразным сочетанием рабочих характеристик в зависимости от их функционального назначения: диапазон частот, КСВН входа/ выхода, чувствительность, выходная мощность в линейном режиме, экономичность, массогабарит-ные показатели и др., что усложняет задачи поиска аналогов и сравнения характеристик.
Наиболее близкий диапазон рабочих частот имеет усилитель ТМ9420 фирмы API Technologies Corp. (США), однако его выходная мощность существенно меньше. Усилитель TQP3M9038 фирмы Qorvo (TriQuint Semiconductor + RFMD, США) имеет меньшее, чем у УМ, значение выходной мощности в более широкой полосе рабочих частот, но при этом КСВН входа/выхода превышает 2.0. Сравнительные характеристики усилителей представлены в таблице.
Сравнительная таблица характеристик усилителей мощности Table. Comparative table of characteristics of power amplifiers
Наименование усилителя/ Amplifier name Диапазон частот, ГГц / Frequency range, GHz Коэффициент усиления, дБ / Gain, dB / КСВН (входа)/ (выхода) / (input)/(output) VSWR Мощность, дБм / Power, dBm / Производитель (ссылка) / Manufacturer (link)
TM9420 2-4,3 15-16 1,8/1,8 22 API Technologies Corp. https://assets.apitech. com/amplifiers/ TM9420.pdf
TQP3M9038 0,05-4 13-16 2,6/2,3 39,5 Qorvo (TriQuint Semiconductor + RFMD) https://www.qorvo.com/ products/p/TQP3M9038
УМ 2-4 14-15 1,5/1,5 43,5
Заключение
В результате проведённой работы была создана конструкция УМ в микрополосковом исполнении, включающая основные блоки: делители/ сумматоры мощности, базовый двухкаскадный усилительный модуль. Выходная мощность УМ в диапазоне частот от 2 до 4 ГГц составляет 22.5 Вт, КСВН входа и выхода - не более 1.5. По ряду основных характеристик УМ не уступает известным зарубежным аналогам.
Данное устройство может использоваться в качестве предварительного усилителя в задачах получения высоких значений выходной мощности УВЧ и СВЧ [1].
Список литературы
1. Хвалин А. Л. Анализ и синтез интегральных магнито-управляемых радиотехнических устройств на ферри-товых резонаторах : автореф. дис. ... д-ра техн. наук. Самара, 2О14. 32 с.
2. Титков А. А., Хвалин А. Л. Измерение статических и частотных характеристик биполярного транзистора // Измерительная техника. 2О19. № 8. С. 58-62.
3. Хвалин А. Л., Титков А. А., Ляшенко А. В. Экспериментальные исследования основных характеристик
транзистора 2Т937 // Гетеромагнитная микроэлектроника : сборник научных трудов / под ред. проф. А. В. Ляшенко. Саратов : ОАО «Институт критических технологий», 2019. Вып. 26. С. 4-10.
4. Хвалин А. Л., Ляшенко А. В. Многоканальный микро-полосковый делитель/сумматор мощности // Гете-ромагнитная микроэлектроника : сборник научных трудов / под ред. проф. А. В. Ляшенко. Саратов : ОАО «Институт критических технологий», 2019. Вып. 27. С. 43-50.
5. Калинин А. В., Хвалин А. Л. Перестраиваемые радиотехнические генераторы шума // Гетеромагнитная микроэлектроника : сборник научных трудов / под ред. проф. А. В. Ляшенко. Саратов : ОАО «Институт критических технологий», 2019. Вып. 27. С. 31-43.
6. Ma H., van der Zee R., Nauta B. A high-voltage class-D power amplifier with switching frequency regulation for improved high-efficiency output power range // IEEE J. Solid-State Circuits, June. 2015. Vol. 50, № 6. P. 14511462. https://doi.org/10.1109/JSSC.2015.2421994
7. Zhong S., Xu J., Chen J., Zhou X. Battery powered high efficiency single-stage switching amplifier // Electron. Lett., June 2016. Vol. 52, № 12. P. 1052-1054. https:// doi.org/10.1109/TIE.2018.2815953
8. Seung Kyu Oh, Moon Uk Cho, James Dallas, Taehoon Jang, Dong Gyu Lee, Sara Pouladi, Jie Chen, Weijie Wang, Shahab Shervin, Hyunsoo Kim, Seungha Shin, Sukwon Choi, Joon Seop Kwak, Jae Hyun Ryou. High-power flex-
ible AlGaN/GaN heterostructure field-effect transistors with suppression of negative differential conductance // Appl. Phys. Lett. 2017. Vol. 111, № 13. Article number 133502. https://doi.org/10.1063/1.5004799
9. Zhang H., Li J., Liu D., Min S., Chang T. H., Xiong K., Park SH., Kim J., Jung YH., Park J., Lee J., Han J., Katehi L., Cai Z., Gong S., Ma Z. Heterogeneously integrated flexible microwave amplifiers on a cellulose nanofibril substrate // Nat. Commun. 2020. Vol. 11. Article number 3118. P. 1-11. https://doi.org/10.1038/ s41467-020-16957-4
10. Vegas D., Moreno F., RuizM. N., García J. A. Efficient class-E power amplifier for variable load operation // Proc. Integrated Nonlinear Microwave and Millimetre-Wave Circuits Workshop. April 2017. P. 1-4. https://doi. org/10.1109/INMMIC.2017.7927319
11. Popovic' Z., García J. A. Microwave class-E power amplifiers // Proc. IEEE MTT-S Int. Microwave Symp. 2017. P. 1323-1326. https://doi.org/10.1109/ MWSYM.2017.8058855
12. Song P., Oakley M., Ulusoy A. C., KaynakM., Tillack B., Sadowy G. A class-E tuned W-band SiGe power amplifier with 40.4% power-added efficiency at 93 GHz // IEEE Microwave Compon. Lett. October 2015.Vol. 25, № 10. P. 663-665. https://doi.org/10.1109/LMWC.2015.2463231
13. Alsuraisry H., Wu M. H., Huang P. S., Tsai J. H., Huang T. W. 5.3 GHz 42% PAE class-E power amplifier with 532 mW/mm 2 power area density in 180 nm CMOS process // Electron. Lett. July 2016. Vol. 52, № 15. P. 1338-1340. https://doi.org/10.1049/el.2016.1629
14. JiangX. Fundamentals of audio class D amplifier design : A review of schemes and architectures // IEEE Solid-State Circuits Mag. August 2017. Vol. 9, № 3. P. 14-25. https:// doi.org/10.1109/MSSC.2017.2712368
15. Chen S.-H. Embedded single inductor bipolar-output dc-dc converter in class-D amplifier for low common noise // IEEE Trans. Power Electron. April 2016. Vol. 31, № 4. P. 3106-3117. https://doi.org/10.1109/ TPEL.2015.2446510
16. Kats B. M., Meschanov V. P., Khvalin A. L. Synthesis of superwide-band matching adapters in round coaxial lines // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2001. Vol. 49, № 3. P. 575-579. https://doi. org/10.1109/22.910569
17. ZhouX., Xu J., ZhongS., Liu Y. Soft switching symmetric bipolar outputs dc-transformer (DCX) for eliminating power supply pumping of half-bridge class-D audio amplifier // IEEE Trans. Power Electron. July 2019. Vol. 34, № 7. P. 6440-6455. https://doi.org/10.1109/ tpel.2018.2873234
18. AlfredLim, Aarom Tan, Zhi-Hui Kong, Kaixue Ma. A Design Methodology and Analysis for Transformer-Based Class-E Power Amplifier // Electronics. May 2019. Vol. 8, № 5. P. 494. https://doi.org/10.3390/electronics8050494
19. Chaudhary V., Rao I. S. A novel 2GHz highly efficiency improved class-E power amplifier for base stations // Proc. Int. Conf. Communication and Signal Processing. 2015. P. 0940-0944. https://doi.org/10.1109/ICCSP. 7322634
20. Cos J. de, Suarez A., Garcia J. A. Hysteresis and oscillation in high-efficiency power amplifiers // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. December 2015. Vol. 63, № 12. P. 42844296. https://doi.org/10.1109/TMTT.2015.2492968
References
1. Khvalin A. L. Analiz i sintez integral'nyh magnitouprav-Ijaemyh radiotekhnicheskikh ustrojstv na ferritovykh re-zonatorakh [Analysis and Synthesis of Integral Magnetically Controlled Radio Devices on Ferrite Resonators]. Diss. Dr. Sci. (Tech.). Samara, 2014. 32 p. (in Russian).
2. Titkov A. A., Khvalin A. L. Measurement of static and frequency characteristics of a bipolar transistor. Izmeritel'naya tekhnika [Measurement Technigues], 2019, no. 8, pp. 58-62 (in Russian).
3. Khvalin A. L., Titkov A. A., Lyashenko A. V. Experimental studies of the main characteristics of the 2T937 transistor. Geteromagnitnaya mikroelektronika, 2019, iss. 26, pp. 4-10 (in Russian).
4. Khvalin A. L., Lyashenko A. V. Multichannel microstrip divider / power combiner. Geteromagnitnaya mikroelek-tronika, 2019, no. 27, pp. 43-50 (in Russian).
5. Kalinin A. V., Khvalin A. L. Tunable Radio Engineering Noise Generators. Geteromagnitnaya mikroelektronika, 2019, no. 27, pp. 31-43 (in Russian).
6. Ma H., van der Zee R., Nauta B. A high-voltage class-D power amplifier with switching frequency regulation for improved high-efficiency output power range. IEEE J. Solid-State Circuits, June 2015, vol. 50, no. 6, pp. 14511462. https://doi.org/10.1109/JSSC.2015.2421994
7. Zhong S., Xu J., Chen J., Zhou X. Battery powered high efficiency single-stage switching amplifier. Electron. Lett., June 2016, vol. 52, no. 12, pp. 1052-1054. https:// doi.org/10.1109/TIE.2018.2815953
8. Seung Kyu Oh, Moon Uk Cho, James Dallas, Taehoon Jang, Dong Gyu Lee, Sara Pouladi, Jie Chen, Weijie Wang, Shahab Shervin, Hyunsoo Kim, Seungha Shin, Sukwon Choi, Joon Seop Kwak, Jae Hyun Ryou. High-power flexible AlGaN/GaN heterostructure field-effect transistors with suppression of negative differential conductance. Appl. Phys. Lett., 2017, vol. 111, no. 13, article number 133502. https://doi.org/10.1063/L5004799
9. Zhang H., Li J., Liu D., Min S., Chang T. H., Xiong K., Park SH., Kim J., Jung YH., Park J., Lee J., Han J., Katehi L., Cai Z., Gong S., Ma Z. Heterogeneously integrated flexible microwave amplifiers on a cellulose nanofibril substrate. Nat. Commun, 2020, vol. 11, article number 3118. https://doi.org/10.1038/s41467-020-16957-4
10. Vegas D., Moreno F., Ruiz M. N., Garcia J. A. Efficient class-E power amplifier for variable load operation. Proc. Integrated Nonlinear Microwave and Millimetre-Wave Circuits Workshop, April 2017, pp. 1-4. https://doi. org/10.1109/INMMIC.2017.7927319
11. Popovic' Z., Garcia J. A. Microwave class-E power amplifiers. Proc. IEEE MTT-S Int. Microwave Symp., 2017, pp. 1323-1326. https://doi.org/10.1109/ MWSYM.2017.8058855
12. Song P., Oakley M., Ulusoy A. C., Kaynak M., Tillack B., Sadowy G. A class-E tuned W-band SiGe power amplifier with 40.4% power-added efficiency at 93 GHz. IEEE Microwave Compon. Lett., October 2015, vol. 25, no. 10, pp. 663-665. https://doi.org/10.1109/ LMWC.2015.2463231
13. Alsuraisry H., Wu M. H., Huang P. S., Tsai J. H., Huang T. W. 5.3 GHz 42% PAE class-E power amplifier with 532 mW/mm 2 power area density in 180 nm CMOS process. Electron. Lett., July 2016, vol. 52, no. 15, pp. 1338-1340. https://doi.org/10.1049/ el.2016.1629
14. Jiang X. Fundamentals of audio class D amplifier design: A review of schemes and architectures. IEEE Solid-State Circuits Mag., August 2017, vol. 9, no. 3, pp. 14-25. https://doi.org/10.1109/MSSC.2017.2712368
15. Chen S.-H. Embedded single inductor bipolar-output dc-dc converter in class-D amplifier for low common noise. IEEE Trans. Power Electron., April 2016, vol. 31, no. 4, pp. 3106-3117. https://doi.org/10.1109/ TPEL.2015.2446510
16. Kats B. M., Meschanov V. P., Khvalin A. L. Synthesis of superwide-band matching adapters in round coaxial
lines. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 2001, vol. 49, no. 3, pp. 575-579. https:// doi.org/10.1109/22.910569
17. Zhou X., Xu J., Zhong S., Liu Y. Soft switching symmetric bipolar outputs dc-transformer (DCX) for eliminating power supply pumping of half-bridge class-D audio amplifier. IEEE Trans. Power Electron., July 2019, vol. 34, no. 7, pp. 6440-6455. https://doi.org/10.1109/ tpel.2018.2873234
18. Alfred Lim, Aarom Tan, Zhi-Hui Kong, Kaixue Ma. A Design Methodology and Analysis for Transformer-Based Class-E Power Amplifier. Electronics, May 2019, vol. 8, no. 5, p. 494. https://doi.org/10.3390/ electronics8050494
19. Chaudhary V., Rao I. S. A novel 2GHz highly efficiency improved class-E power amplifier for base stations. Proc. Int. Conf. Communication and Signal Processing, 2015, pp. 0940-0944. https://doi.org/10.1109/ ICCSP.2015.7322634
20. de Cos J., Suarez A., Garcia J. A. Hysteresis and oscillation in high-efficiency power amplifiers. IEEE Trans. Microwave Theory Tech., December 2015, vol. 63, no. 12, pp. 42844296. https://doi.org/10.1109/TMTT.2015.2492968
Поступила в редакцию 18.11.2020, после рецензирования 03.04.2021, принята к публикации 26.04.2021 Received 18.11.2020, revised 03.04.2021, accepted 26.04.2021
