Разработка линейного сверхвысокочастотного усилителя мощности - Реферат

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Сибирский государственный аэрокосмический университет им. академика М.Ф РешетневаРазработку полупроводникового усилителя мощности можно описать, как создание электрической схемы, в которой решающим элементом служит транзистор (активный элемент), и его выбор осуществляется таким образом, чтобы необходимые параметры совпадали настолько, на сколько, это возможно к требованиям. В качестве примера, представлен на рисунке 1 транзистор TGF2023-2-01 - GAN однокаскадный транзистор, выполненный на Si по технологии ТВПЭ, (HEMT - High-electron-mobility transistor) с возможной полосой до 18 ГГЦ. И пока компьютер не заменил человеческий навыки, знания и опыт, разработчик должен уметь рассчитывать, оценивать и умело использовать модели, чтобы получить желаемый результат. Количество симуляторов постоянно увеличивается, тем не менее, вопрос универсальной модели, которая могла бы использоваться для моделирования всех транзисторов (кристаллов), остается открытым, потому что модели, используемые при проектировании, обычно имеют ограничивающие факторы, в пределах которых модель показывает реальную картину. Данная работа посвящена знаниям, которыми должен обладать разработчик для того чтобы успешно выполнить работу по созданию усилителя мощности.В документе указываются не только необходимые электрические параметры усилителя, но и условия эксплуатации, условия окружающей среды, максимальные и предельные температуры отказа, предельные габариты, время на отказ (регламентируется гостом ГОСТ РВ 20.39.304-98). Требования по температуре, столь неважный на первый взгляд параметр, иной раз оказывается решающим при выборе элементов, входящих в усилитель мощности. Рисунок 3 показывает S-параметры для уже согласованного транзистора (усилитель мощности HMC392LC4 компании Hittite) . 2) Выходная мощность - мощность, получаемая на выходе усилителя в заданной полосе частот при уровне указанной входной мощности. Коэффициент усиления, определяемый как отношение выходной мощности к входной, в идеальном случае не имеет ограничений, однако реальные усилитель в зависимости от входной мощности начинает входить в насыщение.Материалы должны обеспечить электрические параметры, устойчивость к температурным изменениям, возможность монтажа, посредством которого обеспечивается теплоотдача, и предотвращение перегрева с последующим саморазрушением. По началу, для микроволновых устройств использовался кремний (Si), наряду с ним использовали Арсенид Галлия (GAAS). Так или иначе, не смотря на серьезные материальные и вопросы надежности, которые решались десятилетие, GAAS позволял создавать устройства с пропускной способностью до 10-ов Ватт, тем самым частично замещая технологии ламп бегущей волны (ЛБВ) [10]. Высокая мощность, определяется требованиями сотовой базовой станции на 830 МГЦ и тактовой частотой 2 ГГЦ, и с этой задачей вполне могла справиться Si технология, которая не могла сравниться с GAAS на сверхвысоких частотах, используемые в военных целях и для спутников. Транзисторы на GAN позволили качественно повысить коэффициент усиления и выходную мощность, что позволило уменьшить габариты и массу усилителей в сравнении с усилителями на арсениде галлия [12].В общем случае необходимо согласовать комплексные импеданса источника и нагрузки [14].Иногда, производитель указывает входной и выходной импеданс на одной частоте, при определенных условиях, но эти данные больше играют ознакомительную роль. В этом случае можно получить усилитель согласованный только на одну частоту. Вместо этого предоставляют отдельный файл S-параметров в формате .s2p, а далее, с помощью специализированных программ (AWR Design Environment 10, Smith, CST studio и др.) переводят в импеданс, представляя его в удобном виде на диаграмме Вольперта-Смита [15]: Рисунок 7.До сих пор транзистор рассматривается как одностороннее устройство, другими словами сигнал проходит только от входа к выходу, но не в обратном направлении. В связи с этим выход может «кормить» вход [1,С.409]. Сигнал, поступивший на вход с выхода, повторно усиливается и снова отражается. Таким образом, усилитель будет самогенерировать, такое транзистор по определению не стабилен. И существует такая возможность, что коэффициенты отражения по входу и выходу будут больше единицы за счет усиления.На данной точке предполагается, что мы будем рассматривать токи смещения и питания. Здесь нужно обратить внимание на то, что предоставляемые S параметры измеряются при уже заданных напряжениях, токах источника.Устройство представленные в виде двухпортовой матрицы S-параметров, имеет входное и выходные сопротивления, которое включает как активное, так и реактивное сопротивление, поэтому более корректно обобщая данные сопротивления говорить импеданс. Максимальный коэффициент передачи по мощности для передатчика наблюдается при сопротивлении 30 Ом, с учетом максимального напряжения пробоя.

Содержание

Введение

1. Изучение требований к усилителю мощности

2. Технологии изготовления транзисторов

3. Анализ транзистора

3.1 Входной и выходной импеданс

3.2 K фактор

4. Определение питания

5. Необходимость согласование СВЧ усилителя мощности

6. Создание топологии

7. Анализ изделия

8. Сравнение показателей требований

Заключение

Используемая литература