Современная электроника №2/2019

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 58 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2019 45 Вт транзистора CGH40045F [8]. При этом для определения оптимальных значений импедансов и параметров элементов использовался метод экви- валентных схем. Ш ИРОКОПОЛОСНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ Д ОГЕРТИ Для увеличения рабочей полосы уси- лителя необходимо минимизировать его нагруженную добротность (когда она равна единице, рабочая полоса бес- конечна). Тем не менее в конструкциях усилителя Догерти ввиду необходимо- сти в четвертьволновых преобразова- телях минимальное значение доброт- ности равно 2. Это означает, что мож- но добиться широкополосной работы усилителя, найдя компромисс между значением нагруженной добротности и рабочей полосой усилителя Догер- ти. Классическая конструкция обла- дает ограниченной рабочей полосой в области малых мощностей, посколь- ку при выключенном пиковом плече усилителя необходимо обеспечивать преобразование импеданса с 25 до 100 Ом. Значение добротности при этом составляет , чего вполне достаточно для широкополос- ного режима работы. При более высо- ких уровнях мощности рабочуюполо- су можно увеличить за счёт использо- вания широкополосных конструкций выходного четвертьволнового преобра- зователя и согласующих цепей основ- ного и пикового усилителей. На рисунке 3 (сверху) показана схе- ма стандартного усилителя Догерти на подложке RO4350 толщиной 0,508 мм на основе двух 80 Вт нитридных транзи- сторов с внутренним входным согласо- ванием. Входные и выходные согласую- щие цепи являются двухсекционными. Входной делитель мощности представ- ляет собой направленный ответвитель на основе связанных линий производ- ства Anaren (модель X3C17A1-03WS), обеспечивающий максимальное откло- нение фазы в ±5 ° и амплитуды в ±0,5 дБ в диапазоне 690–2700 МГц. Результаты моделирования коэф- фициента усиления и КПД усилителя представлены на рисунке 3 (внизу). Во всём диапазоне от 1,8 до 2,7 ГГц полу- чен коэффициент усиления, превыша- ющий 9 дБ. Значение КПД стока соста- вило около 60% в точке компрессии 3 дБ (кроме самых высоких частот диа- пазона) и 40–50% при сниженной на 6 дБ мощности. Ш ИРОКОПОЛОСНЫЙ ИНВЕРТИРОВАННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ Д ОГЕРТИ Схема инвертированногоширокопо- лосного усилителя Догерти показана на рисунке 4. Четвертьволновый преоб- разователь находится в плече пиково- го усилителя. Такая конструкция может быть полезной, если в области малых уровней мощности проще обеспечить короткое замыкание (КЗ) вместо холо- стого хода (ХХ) на выходе пикового уси- лителя. Реализуемость такого подхода зависит от характеристик транзистора и значения ёмкости С си егомодели, зави- сящей от физических размеров устрой- ства: чемон больше, тем бо ′ льшуюмощ- ность он может обеспечить и тем выше значение С си . Эта ёмкость также зави- сит от частоты, что напрямую влияет на параметрыширокополосного согла- сования усилителя [9]. В данном случае четвертьволновая линия используется для преобразования малого выходного импеданса после линии сдвигафазыдо высокого значения со стороны нагруз- ки. Учитывая паразитное влияние ком- понентов корпуса транзистора, можно Двухсекционный корпус КПД %, Усиление, дБ 70 P in P out 60 50 40 30 20 25 30 35 40 45 50 55 10 0 Зависимость КПД и усиления от P out P out , дБм Широкополосное согласование Широкополосное согласование Основное плечо Пиковое плечо Открыт при низкой мощности Рис. 3. Схема и результаты моделирования усилителя Догерти Рис. 4. Блок-схема инвертированного широкополосного усилителя Догерти Широкополосное согласование Широкополосное согласование 1,85 ГГц 1,95 ГГц 2,15 ГГц 2,45 ГГц 2,65 ГГц 2 × 80 Вт GaN HEMT Основное плечо Линии сдвига фазы Пиковое плечо КЗ при низкой мощности P in P out λ /4 Z 1 , λ /4 Z 2 , λ /4