Современная электроника №2/2019

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 57 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2019 Рис. 2. Усилитель класса АВ с внешними цепями согласования довольно большим размерам платы усилителя. Другой пример описывает проект усилителя с пиковой мощностью до 350 Вт в частотном диапазоне 760– 960 МГц, отличающийся модифици- рованной схемой сумматора с двумя четвертьволновыми линиями в пико- вом плече усилителя [4]. Применение асимметричной конструкции позво- лило добиться насыщенной мощности более 270 Вт и коэффициента усиления более 13 дБ при КПД стока больше 45% на мощности от –8 дБ до максимальной в частотном диапазоне 2,5–2,7 ГГц [5]. У СТРОЙСТВО В КОРПУСЕ Способность усилителя Догерти рабо- тать в нескольких полосах определяет- ся соответствием каждой из отдельных его частей заданным спецификациям в выбранных частотных диапазонах. В данном случае усилители средней и пиковой мощности будут обладать высоким КПД в широкой полосе в том случае, если их входные согласующие цепи спроектированы широкополос- ными, при этом цепь нагрузки может быть представлена в виде ФНЧ на сосре- доточенных или распределённых эле- ментах с двумя или тремя согласующи- ми схемами. Следовательно, для полу- чения высокой выходной мощности важно, чтобы согласующие цепи были частично исполнены внутри корпуса устройства, особенно если речь идёт о низком входном импедансе устройства в рабочей полосе. На рисунке 1 представлена эквива- лентная схема устройства без корпуса с элементами входного согласования, а также результатымоделирования пара- метра S 11 в режиме малого сигнала на входе внутренней входной согласующей схемы, включающей выводы корпуса. Модель Sumitomo 50V представляет собой 6 базовых ячеек 15 Вт нитрид- ных HEMT, соединённых параллельно и обеспечивающих более 80 Вт выход- ной мощности в диапазоне 1,8–2,7 ГГц. Трёхкаскадный микрополосковый пре- образователь импеданса создан на 0,16 мм алюминиево-оксидной подлож- ке с диэлектрической проницаемостью 250 для получения компактной струк- туры. С его помощью импеданс затво- ра кристалла транзистора преобразо- вывается к 10 Ом на опорной плоскости входного вывода корпуса. При подклю- чении к системе с характеристическим импедансом 10 Ом уровень возвратных потерь достигает 25 дБ. Х АРАКТЕРИСТИКИ В ШИРОКОЙ ПОЛОСЕ Как правило, многодиапазонный преобразователь импеданса, необхо- димый для широкополосного усили- теля, может быть представлен в виде N (N ≥ 2) каскадно-соединённых линий передачи с различными значениями характеристического импеданса [6]. Например, для согласования выходного импеданса 25 Ом с импедансом нагруз- ки 50 Омширокополосный преобразо- ватель можно построить при помощи двухсекционной линии передачи, где характеристический импеданс перво- го четвертьволнового отрезка состав- ляет 30 Ом, а второго – 42 Ом. Таким образом можно получить отклонение значения входного импеданса в ±0,5 Ом и фазы в ±1° в диапазоне частот от 2,0 до 2,8 ГГц, в который входят диапазо- ны 2,11–2,17 ГГц и 2,62–2,69 ГГц, соот- ветствующие диапазонам стандартов WCDMA и LTE [7]. В то же время уве- личение допустимых отклонений до ±1 Ом и ±2° позволяет получить рабо- чую полосу в 1 ГГц (1,9–2,9 ГГц). Следо- вательно, если сместить центральную частоту до 2,3 ГГц, то становится воз- можной работа ещё и с третьим диа- пазоном – 1805–1880 МГц. На рисунке 2 (сверху) представлена схема 80 Вт GaN HEMT усилителя мощ- ности класса АВ с внешними цепями входного и выходного согласования, работающего в диапазоне 1,7–2,7 ГГц. Согласующие цепи выполнены на под- ложке Rogers RO4350 и представляют собой двухсекционные преобразова- тели импеданса с различными отно- шениями характеристических импе- дансов и электрических длин секций. В результате моделирования получе- на выходная мощность более 48 дБм с коэффициентом усиления более 12 дБ и КПД стока более 52% в диапазоне 1,8– 2,7 ГГц (см. рис. 2, внизу). В предыду- щих работах были получены значе- ния КПД, превышающие 60% в диапа- зоне 1,9–2,9 ГГц для проекта на основе Односекционный корпус 80 Вт GaN HEMT P in 70 60 50 40 30 20 10 1,8 1,9 2,1 2,2 2,3 Частота, ГГц P out , 1дБ Усиление, 1 дБ Усиление, дБ. P out , дБ. КПД, % КПД, 1дБ 2,4 2,5 2,6 2,7 2,8 2 P out Широкополосное согласование