CC BY
704
УДК 621.396.62 Е.С. Литвиненко
Малошумящий усилитель диапазона 1-6 ГГц
Сообщается о разработке и исследовании малошумящего сверхширокополосного усилителя диапазона 1-6 ГГц. Его основные достоинства - низкий уровень шума (не более 1,5 дБ), высокий уровень выходной мощности (до 20 дБм), коэффициент усиления по мощности не менее 40 дБ при неравномерности не более 3 дБ во всём диапазоне. Предусмотрена защита от переполюсовки напряжения питания.
Ключевые слова: усилитель, моделирование, технические характеристики, настройка, коэффициент усиления, коэффициент шума.
Задача работы сводится к проектированию СВЧ-усилителя по комплексу требований к его характеристикам в широкой полосе частот; определению предельно возможных значений рабочих характеристик каскада; оценке совместимости, предъявляемых к усилителю требований.
Усилитель должен удовлетворять следующим требованиям: полоса пропускания 1-6 ГГц; коэффициент усиления 35 дБ; неравномерность коэффициента усиления в рабочем диапазоне не более 3 дБ; коэффициент шума не более 1,5 дБ; коэффициенты отражения на входе и выходе не более 2,5 раза. Усилитель был выполнен на трех каскадах на основе двух биполярных транзисторов и микросхемы SBB4089 - корпусированный моно-лит-ный усилитель. Выбор транзисторов и числа каскадов осуществляется согласно основным техническим требованиям. Электрическая схема малошумящего усилительного устройства (МШУ) представлена на рис. 1. За счет применения трех каскадов обеспечивается требуемый уровень коэффициента усиления. Между каскадами для достижения равномерности характеристики размещены корректирующие цепи. Коррекция рассчитывается на согласованный тракт с волновым сопротивлением 50 Ом. Структура корректирующей цепи обусловлена наличием Т-аттенюатора, выравнивающего (ослабляющего) амплитудную характеристику на низких частотах. На высоких частотах влияние аттенюатора ограничивают конденсаторы и индуктивность, не внося рассогласование в тракт. Схема питания подобрана так, что с её применением соблюдаются необходимые режимы по постоянному току при заданном напряжении 5 В.
Рис. 1. Электрическая схема усилителя
Оптимизированная частотная характеристика /Э-параметров модели усилителя приведена на рис. 2.
После выполнения платы и сборки комплектации было проведено макетирование опытных образцов усилителей. Результаты настройки платы усилителя представлены на рис. 3.
68
НАНОЭЛЕКТРОНИКА СВЧ. АНАЛИЗ, СИНТЕЗ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ УСТРОЙСТВ
Амплитудно-частотная характеристика
Трс1 I Б21 Ампл лог Оп 40 дБ 1 дБ/дел | Поз 3
46 I АЛ Л лГ/й "Гц
45- \
\
45,7дБ / 2,6ГГц
/
1 2 4 5 6 7
6< К 800 1 ООО 1 200 НИ) 1 600 1 00 2 ООО 2 200 2 400 2 600 2 800 3 000 3 200 3 400 3 600 3 00 4 000 4 200 4 400 4 600 4 00 5 000 6 200 9400 56 00 6 800 6 000 5 00 54006( гооеа 00
Маркеры 1 2 3 4 5 6 7
Значение 600 МГц 1000 МГц 1350 МГц 2000 МГц 2600 МГц 5487 МГц 6000 МГц
Трс1 40,057 дБ (!) 44.98 дБ (!) 44,163 дБ (!) 45,02 дБ (!) 45.7 дБ (!) 44,12 дБ (!) 43,55 дБ (!)
a
ИиМИКРАН Характеристики коэффициента отражения по вх/вых 26.01,2010 14:32:39
Трс2 Б11 Ампл лог ОпОдБ 3 дБ/дел Поз 10
Трс1 522 Ампл лог ОпОдБ ЗдЫдел Поз 10
■б--й-1215 -11
10, 1 дБ/1 ГГц С КОвх ) и ,4дБ/6ГГц
\ \ \ у Л N
N I /
КОвы X
—
2 3 4
1
есо воо 1 00 1 200 1 400 1 00 1 800 2 000 2 200 2 400 2 600 2 00 3 ИИ 3 200 3 400 3 Л0 3 800 4 000 4 200 4 400 4 6 00 4 8 оо ас МШ 5 300 5 4005600 5 800 6 ЮС 6 200 6 00 6 6 00 6 8 м
Маркеры 1 2 3 4
Значение 1000 МГц 3500 МГц 5000 МГц 6000 МГц
Трс2 -10,-13 дБ (1) -13,219 дБ (!) -13,127 дБ (!) -20,404 дБ (1)
Трс1 -15.72 дБ (!) -11,922 дБ (!) -18,574 дБ (!) -11,426 дБ (I)
б
Рис. 3 (начало). Измеренные частотные характеристики усилителя: а - коэффициент передачи; б - коэффициенты отражения по входу и выходу
РНАГЧНО-ПРОИ&ВСЩСТеОНИ ФИРМА
МИКРАН
Х5М-18 Ns08006005
Характеристика коэффициента шума
10 12 2009 9.30 35
№001
I КШ ~~г
| Оп 0 дБ
Г!ам4
0,ЭдБ/деп Поз 0
1,43дБ/1ГГц (кш)
0,8дБ/ЗГГц
1 2 3 4 5 6
1 000 1 S00 2 000 2 500 3 000 3 500 4 00« 4 500 5 ООО 5 500 6 000 6SOO 7 000 7SOO
Маркеры 1 2 3 4 Б 6
Значение 1000 МГц 2000 МГц 3000 МГц 4000 МГц 5000 МГц 6000 МГц
КШ 1,435 дБ ('I 1 029 дБ (!) 0 844 дБ (!) 1:026 дБ (!) 1163 дБ (!) 1.294 дБ (!)
Рис. 3 (продолжение). Измеренные частотные характеристики усилителя: в - коэффициент шума после настройки платы
в
В результате было реализовано малошумящее усилительное устройство в диапазоне частот 1-6 ГГц со следующими параметрами: коэффициент усиления (35±3) дБ; коэффициент отражения по входу/выходу менее минус 10 дБ, что соответствует значению КСВН менее 2; коэффициент шума менее 1,5 дБ.
Литвиненко Екатерина Сергеевна
Студентка 5-го курса РТФ ТУСУРа
Тел.: 8-913-117-75-48
Эл. почта: [email protected]
Litvinenko E.S.
1—6 GHz low noise amplifier
The given paper describes development and investigations of a low-noise ultra-wide band amplifier for 1-6 GHz frequency range. The amplifier is characterized by the following parameters: 40 dB gain (gain flatness is not worse than 3 dB), 1.5 dB noise figure, and +20 dBm output power at 1 dB gain compression,with 110 mA current consumption from +5 V voltage supply. There is a protection against reversal of supply voltage polarity.
Keywords: amplifier, modeling, performance, tuning, gain, noise figure.
