Современная электроника №2/2019

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 59 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2019 спроектировать выходную согласую- щуюсхему и линиюсдвигафазы таким образом, чтобыобеспечить наибольшую выходнуюмощность пикового усилите- ля в области высокихмощностей и полу- чить КЗ в областималыхмощностей [10]. Чтобы лучше понять принцип рабо- ты инвертированного усилителя Догер- ти, рассмотрим цепь нагрузки усилите- ля отдельно при выключенном пико- вом плече (см. рис. 5, слева). В области малых мощностей подстройка фазы линией сдвига электрической дли- ной θ приводит к КЗ пикового усили- теля (т.е. выходной импеданс становит- ся равным 0 Ом). Согласующая цепь и линия сдвига обеспечивают преобразо- вание импеданса от 25 Ом к Z out на выхо- де пикового усилителя в условиях 6 дБ потерь мощности (в идеальном случае Z out =100 Ом), как показано на рисунке 5 (справа). В данном случае КЗ на выходе чет- вертьволнового преобразователя пре- вращается в ХХна его входе, предотвра- щая потеримощности в пиковомплече, когда оно отключено. В области высоких мощностей оба плеча усилителя рабо- тают параллельно на 50Ом, и четверть- волновая линия с характеристическим импедансом 35,3Омпреобразует 25Ом в 50Омнагрузки. Построенный в такой конфигурации усилитель Догерти обе- спечил КПД 47%, среднюю выходную мощность 38 дБм и насыщенную мощ- ность 44 дБм с коэффициентом усиле- ния более 11 дБ в диапазоне 1,8–2,7 ГГц; в роли активных устройств выступили два 10 Вт транзистора Cree CGH40010P [7, 11]. Отметим, что в симметричной кон- струкции усилителя динамический диа- пазон максимального КПД составляет 6 дБ, следовательно, максимальные зна- чения отсчитываются от уровня меньше мощности насыщения на 6 дБ. Значения импеданса в различных точках цепи нагрузки пикового пле- ча усилителя в выключенном состоя- нии представлены на рисунке 6. Гра- фик Z match (см. рис. 6, слева) показыва- ет низкую реактивность на выходе цепи нагрузки во всём диапазоне 1,8–2,7 ГГц, равную нулю в середине диапазона и немного увеличивающуюся к его кра- ям. В то же самое время за счёт исполь- зования последовательной четверть- волновой линии передачи условие ХХ выполняется при высокой ёмкостной и индуктивной реактивности схемы во всём частотном диапазоне, что вид- но из графика Z peaking (см. рис. 6, спра- ва). Таким образом, инвертированная конструкция усилителя Догерти может быть реализована в широкополосном исполнении. На рисунке 7 показана эквивалент- ная схема цепи нагрузки основного плеча усилителя (см. рис. 7, сверху) Рис. 5. Схема цепи нагрузки и значения импеданса Рис. 6. Значения импеданса для пикового плеча усилителя Рис. 7. Цепь согласования и импеданс нагрузки основного плеча усилителя Z match_off Z match_off L out L out C out Z out C out Z match_on Z match_on Z out 25Ом 0 Ом 25 Ом On θ θ Off 35,3 Ом 50 Ом 50 Ом ∞ Ом λ /4 λ /4 Основное плечо КЗ Нагрузка Линия сдвига фазы Линия сдвига фазы Пиковое плечо Z match Частота (1,8...2,7 ГГц) Частота (1,8...2,7 ГГц) S 11 S 11 Z peaking S 11 5 Ом Линия сдвига фазы Основной усилитель Открытая цепь: пиковый усилитель отключён 50 Ом L out C out Z carrier Частота (1,8...2,7 ГГц)