Монолитная интегральная схема усилителя Ка — диапазона частот для приёмо-передающих модулей систем связи.

А.В. Буянкин, a.bujankin@rambler.ru

Статья. размещена в журнале «Электроника СВЧ» №1

Ключевые слова: монолитная интегральная схема, МИС, усилитель, phemt, GaAs.

В настоящее время идут разработки новых систем связи. Однако  частотные ресурсы в диапазонах P, L, S, C, X существенно ограничены или заняты существующими системами.. В связи с этим перед разработчиками перспективных космических систем связи стоит задача освоения миллиметровых диапазонов.

Одной из потребностей в части ЭКБ при разработке СВЧ тракта является применение промежуточных усилителей.  Промежуточные усилители используются для компенсации потерь после пассивных схем, в точ числе, делителей мощности, умножителей, смесителей и др. Наиболее подходящей технологией для создания промежуточного усилителя Ка-диапазона частот являются технологии phemt GaAs с топологической нормой 0,25 и 0,15 мкм.

Требуемые параметры усилителя представлены в таблице 1.

Таблица 1. Требуемые параметры усилителя.

№ п/п	Наименование параметра, единица измерения	Буквенное обозначение параметра	Норма параметра
			не менее	не более
Параметры
1	Диапазон рабочих частот, ГГц	f	37	40
2	Коэффициент усиления, дБ	Ку	20	—
3	Выходная мощность, дБмВт	Рвых	10	—
4	КСВН входа/выхода	КстU		2,0
5	Ток потребления, мА	I		80

 

Для реализации требуемых значений необходимо разработать 2-х или 3-х каскадный усилитель. Напряжение питания уточняеися в процессе разработки.

 

 

Принципиальная схема усилителя с учетов микрополосковых линий представлена на рисунке 1.

Рис. 1. Принципиальная схема усилителя с учетов микрополосковых линий.

В 3-м каскаде усилителя потребовалось ввести отрицательную обратную иначе усилитель входил в режим самовозбуждения. Помимо устранения самовозбуждения ввод обратной связи способствовал улучшению параметров согласования усилителя. При напряжении 3 В ток потребления составляет 85 мА.

На основе принципиальной схемы сгенерирована топология усилителя. Размер МИС усилителя 2х1.05 мм.

Рис. 2. Топология МИС усилителя.

В режиме косимуляции проведении моделирование. Электромагнитное моделирование S-параметров, к-фактор и др  было произведено методом косимуляции смысл которого состоит в том, что моделирование производится без транзисторов. Модели транзисторов при получении характеристик подгружаются из схемотехнического редактора.

Рис. 3 Результаты электромагнитного моделирования МИС усилителя.

 

В процессе разработки усилителя так же было проведено моделирование выходной мощности. В результате разработки достигнуто значение выходной мощности на уровне 14 дбм.

Рис. 4. Результаты электромагнитного моделирования значения гармонического баланса МИС усилителя.

Измерения МИС проводились на зондовой станции. На рис. 5 представлены коэффициент передачи S21, в так же коэффициенты отражения по входу S11 и выходу S22.  Результаты проведения измерений представлены ниже. Напряжение питания 1.5…3 В. Выводы Vgg являются gnd.

Рис. 5. Результаты измерения S11, S22, S21 МИС усилителя.

 

Рис. 6. Результаты измерения выходной мощности МИС усилителя.

 

Результаты измерения и моделирования МИС усилителя частично соответствуют. Возможно, требуется более детальное изучение и сравнение моделей транзистора с измеренными параметрами.

Таблица 2. Сравнение результатов.

№ п/п	Наименование параметра, единица измерения	Буквенное обозначение параметра	Норма параметра
			Модель	Измерения
Параметры
1	Диапазон рабочих частот, ГГц	f	37…40	30…40
2	Коэффициент усиления, дБ	Ку	20	>20
3	Выходная мощность, дБмВт	Рвых	10	10
4	КСВН входа/выхода	КстU	2,0	2,0
5	Ток потребления, мА	I	80	75…85

 

Читать статью в пдф формате

Рfзмещение статей, маркетинговые и рекламные возможности  в журнале: anton.denisov@ecomp.ru