Современная электроника №2/2019

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 56 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2019 Проектирование усилителя Догерти на основе GaN HEMT для систем связи нового поколения Рис. 1. Эквивалентная схема устройства и возвратные потери на входе (dB(|S 11 |) В статье рассматривается проект инвертированной конструкции многодиапазонного усилителя Догерти, выполненный в NI AWR Design Environment (Microwave Office) на основе широкополосных транзисторов GaN HEMT диапазона 1,8–2,7 ГГц. Ряд конструкторских решений обеспечивает возможность работы усилителя с несколькими стандартами передачи данных, сохраняя при этом высокие значения КПД и выходной мощности. Дэвид Вай (AWR Group, NI) , Джеймс Вонг, Андрей Гребенников, Наоки Ватанабе, Эйдзи Мочида (Sumitomo Electric) В ВЕДЕНИЕ Для систем связи 4-го и 5-го поколе- ний требуются усилители мощности (УМ), обладающие высокой эффек- тивностью в широком частотном диа- пазоне и совместимые с различными стандартами. В таких системах ввиду увеличенной рабочей полосы и боль- ших объёмов передаваемых данных одним из ключевых параметров сигна- ла является отношение пикового уров- ня к среднему (peak-to-average ratio, PAPR), которое характеризует мгно- венные отклонения уровня передава- емой мощности от среднего значения. В связи с этим в усилителе важно обе- спечить высокое значение КПД не толь- ко при максимальном уровне выходной мощности, но и при меньших значени- ях – обычно при 6 дБ до максимума – во всей рабочей полосе. В данной статье описывается инно- вационный проект усилителя Догер- ти на основе 200 Вт нитридных HEMT- транзисторов, обеспечивающего сред- ний КПД до 50–60% с выходной мощ- ностью до 100 Вт и позволяющего зна- чительно уменьшить размеры, стои- мость и уровень потребляемой мощ- ности передатчика. Авторы проекта использовали про- граммное обеспечение NI AWR Design Environment и, в частности, его модуль схемотехнического проектирования Microwave Office. В одной из ранее опубликованных работ описывался усилитель Догерти стандартной конструкции с четверть- волновым преобразователем импедан- са и выходным сумматором. По резуль- татам моделирования в частотном диапазоне 1,5–2,14 ГГц было получе- но значение КПД добавленной мощ- ности в 31% при уровне мощности на 6 дБ меньше максимального, составив- шего 43 дБм [1]. Более широкополос- ное исполнение усилителя предпола- гает использование выходной цепи, состоящей из двух четвертьволновых инверторов импеданса с пониженны- ми коэффициентами преобразова- ния [2]. Для суммирования сигналов в широкой полосе (2,2–2,96 ГГц) можно заменить выходную линию с постоян- ным значением импеданса на много- каскадную линию с различными импе- дансами и электрическими длинами отрезков [3]. В данной статье широкополосное согласование было выполнено мето- дом эквивалентных схем на основе заданных частотно зависимых значе- ний оптимального импеданса. Тем не менее нелинейная оптимизация пол- ной конструкции усилителя Догер- ти привела к усложнению проекта с точки зрения моделирования и к 0 –10 –20 –30 –40 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 2300 Частота, МГц 2400 2500 2600 2700 2800 2900