Современная электроника №2/2019

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 60 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2019 и частотная зависимость импеданса Z carrier , вещественная компонента кото- рого немного отклоняется от значе- ния 10 Ом (см. рис. 7, снизу). Это озна- чает, что значение импеданса со сто- роны эквивалентного источника тока с несколькими гармониками на основной частоте во всём диапазоне 1,8–2,7 ГГц увеличивается в 2 раза от начальных 5 Ом на входе широкопо- лосного выходного преобразовате- ля импеданса, что является достаточ- но высоким значением для получения высокого КПД в условиях пониженной выходной мощности. При этом учиты- вается параллельная ёмкость на выходе транзистора C out порядка 5 пФ и после- довательная индуктивность L out , вклю- чающая все проволочные соединения и рамку корпуса с выводами. В рассматриваемом случае выход- ные реактивные компоненты транзи- стора представляют собой L-образную согласующую цепь в виде фильтра ниж- них частот, увеличивающую импеданс нагрузки на второй и более высоких гармониках для внутреннего источ- ника тока транзистора. На рисунке 8 представлены результаты моделирова- ния параметров S 11 и S 21 в режиме мало- го сигнала в зависимости от частоты, демонстрирующие пропускную спо- собность модифицированной инвер- тированной конструкции усилителя Догерти для диапазона 1,6–3,0 ГГц с коэффициентом усиления более 11 дБ. На рисунке 9 показаны результаты моделирования в режиме большого сигнала для коэффициента усиления и КПД трёхдиапазонного инвертиро- ванного усилителя Догерти со следую- щими параметрами смещения: V g =–2,5 В для основного транзистора, V g =–5,5 В для пикового транзистора, напряжение питания V dd =50 В. В частотном диапазо- не 1,8–2,7 ГГц были получены выходная мощность более 53 дБм и коэффициент усиления более 10 дБ. КПД стока пре- высил 50% в режиме насыщения и при 7 дБ уменьшении максимальной мощ- ности на частотах 1,85; 2,15 и 2,65 ГГц. При этом при низких частотах и пико- вой мощности в 52,5 дБм КПД превы- сил 70%. При уменьшении мощности до 46 дБм КПД превысил 50% во всём частотном диапазоне. Тестовая схема инвертированного усилителя Догерти на основе двух 80 Вт нитридных транзисторов с внутрен- ним согласованием была изготовлена на плате RO4350 толщиной 0,508 мм для работы в трёх полосах диапазона 1,8– 2,7 ГГц. В качестве входного делителя использовался направленный ответви- тель на основе связанных линий произ- водства Anaren (модель X3C17A1-03WS), обеспечивающий максимальное откло- нение фазы в ±5 ° и амплитуды в ±0,5 дБ в диапазоне 690–2700 МГц. Входная согласующая цепь, выходная цепь нагрузки и цепи питания и смещения (за исключением блокирующих кон- денсаторов) целиком составлены из микрополосковых линий различных электрических длин и характеристи- ческих импедансов. На рисунке 10 представленырезульта- тыизмерений коэффициента усиления Тестовые условия передачи сигналов Тестовые условия Тестируемое устройство 1,8–2,7 ГГц УМ Догерти (2 × 80 Вт GaN HEMT) Сигналы 1850 МГц GSM + 2650 МГц LTE (10 МГц) Мощность GSM 42,62 дБм (18,2 Вт) Мощность LTE, PAR 8 дБ 42,3 дБм (17 Вт) PAR композитного сигнала 7,1 дБ Общая ВЧ-мощность 35,2 Вт (45,5 дБм) КПД 51% S 21 S 21 , дБ S 11 , дБ 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 Частота, ГГц 0 0 –2 –4 –6 –8 –10 –12 –14 –16 –18 –20 S 11 Рис. 8. Результаты моделирования S-параметров в режиме малого сигнала Рис. 9. Результаты моделирования коэффициента усиления и КПД инвертированного усилителя Догерти Рис. 10. Параметры инвертированного усилителя Догерти 80 70 60 50 40 30 20 10 0 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 КПД, %. Усиление, дБ P out , дБм КПД 1,85 ГГц 2,15 ГГц 2,65 ГГц 25 80 КПД @ 1,85 ГГц КПД @ 1,95 ГГц КПД @ 2,15 ГГц КПД @ 2,45 ГГц КПД @ 2,65 ГГц Усиление @ 1,85 ГГц Усиление @ 1,95 ГГц Усиление @ 2,15 ГГц Усиление @ 2,45 ГГц Усиление @ 2,65 ГГц 70 60 50 40 30 20 10 0 30 35 40 45 50 55 P out ,дБм Зависимость КПД и усиления от P out КПД, %. Усиление, дБ