Усилитель СВЧ-мощности диапазона 5–18 ГГц с выходной мощностью более 10 Вт
Необходимость уменьшения массогабаритных характеристик, снижения потребляемой мощности широкополосных радиопередающих устройств вынуждает разработчиков модулей СВЧ обращаться к применению в выходных каскадах усилителей мощности современных интегральных компонентов на основе технологии нитрида галлия [1]. Такой вариант значительно упрощает конструкцию усилителя по сравнению с решениями на основе дискретных GaAs-транзисторов [2] при одновременном улучшении основных параметров усилителя.
Конструкция усилителя
На рис. 1 показана структурная схема разработанного усилителя мощности.
Она содержит:
- входной малошумящий усилительный каскад (МШУ);
- цифровой пятиразрядный аттенюатор (АТ);
- цепь управления уровнем усиления входного МШУ для плавной компенсации температурного дрейфа коэффициента усиления в диапазоне температур –40…+75 °C;
- предварительный усилитель мощности, корректор АЧХ и ФЧХ усилительного тракта (ПУМ);
- делитель и сумматор (Д518 и С518);
- два интегральных усилительных модуля, выполненных в металлокерамическом корпусе, которые содержат входной балансный монолитный GaAs-усилительный каскад собственной разработки, коммерчески доступный GaN-монолитный усилитель с распределенным усилением (УРУ) с выходной мощностью 7–10 Вт и направленный детектор выходной мощности;
- стабилизаторы питания, быстродействующий модулятор питания; буферные ТТЛ-логические элементы управления цифровым аттенюатором, схему управления аттенюатором термокомпенсации, датчик температуры, устройство защиты (устройство питания и управления).
На рис. 2 представлена фотография внутренней конструкции разработанного усилителя, а на рис. 3 — его внешний вид. Корпус усилителя герметичный, элементы устройства питания и управления размещены с нижней стороны корпуса. Габаритные размеры усилителя составляют 64,2×117×20 мм, масса 300 г.

Рис. 2. Конструкция усилителя

Рис. 3. Внешний вид усилителя УМ1710Б
На рис. 4 дана фотография выходного интегрального усилительного модуля М04С, который выполнен в герметичном металлокерамическом микрокорпусе и разработан совместно с компанией Kyocera [3]. Габаритные размеры корпуса составляют 10,8×26×2,6 мм, а масса менее 5 г.

Рис. 4. Конструкция интегрального усилительного модуля
Модуль обеспечивает в полосе рабочих частот 5–18 ГГц выходную мощность более 7 Вт при КПД 21–27%, малосигнальное усиление 18–20 дБ и КСВН входа и выхода не более 1,8. Были проведены испытания трех вариантов построения данного модуля:
- GaAs-микросхема МС120 собственной разработки и выходной УРУ GaN (как показано на рис. 4).
- 2‑Вт GaAs-микросхема УБВ и выходной УРУ GaN.
- 2‑Вт GaN-микросхема УБВ и выходной УРУ GaN.
Исследования показали преимущество первого варианта построения. На рис. 5 изображен график КПД по добавленной мощности всех трех вариантов, из которого видно, что вариант с микросхемой МС120 не имеет провала по КПД в районе 13 ГГц, а также в среднем КПД выше на 2–3%. Модуль М04 С может применяться отдельно как самостоятельное изделие, например, в многоканальных усилительных трактах.
Для суммирования мощностей двух интегральных модулей разработан квадратурный сумматор с тремя областями связи (общий вид показан на рис. 2). Расчетные параметры сумматора приведены на рис. 6.
Сильную связь обеспечивает центральная секция в виде моста Ланге с зазором между проводниками 13 мкм, а слабую связь создают широкие подводящие линии. Такая конструкция позволяет эффективно использовать его длину и увеличить широкополосность за счет применения областей с разным коэффициентом связи.
Основные характеристики усилителя
На рис. 7–9 приведены типовые характеристики пяти образцов разработанного усилителя мощности. Коэффициент передачи в малосигнальном режиме составляет 44–48 дБ при неравномерности около 3 дБ (рис. 7), КСВН входа и выхода усилителя не более 2,5.
Усилитель содержит цепь управления уровнем усиления для плавной компенсации температурного дрейфа коэффициента усиления в диапазоне температур –40…+75 °C, которая обеспечивает дрейф амплитудно-частотной характеристики не более чем на 2 дБ.
Токи потребления по цепям питания и КПД усилителя представлены на рис. 8. В нормальных климатических условиях (НКУ) КПД составляет 17–24%, а при росте температуры до +75 °C не падает ниже 15%.
Усилитель обеспечивает выходную мощность 12–16 Вт (рис. 9) при входной мощности 2 мВт (компрессия усиления около 7 дБ) при эффективном охлаждении корпуса. В диапазоне температур –40…+75 °C усилитель поддерживает выходную мощность более 10 Вт.

Рис. 9. Типовая номинальная выходная мощность (при Рвх = 2 мВт) в НКУ (сплошные линии) и при температуре +75 °С на корпусе
Заключение
В работе приведены результаты разработки усилителя с выходной мощностью не менее 10 Вт, действующего в диапазоне частот 5–18 ГГц, который может применяться в качестве оконечного усилителя мощности в АФАР непрерывного режима. По удельным параметрам (масса на единицу выходной мощности, аппаратурный КПД [1], стоимость ватта выходной мощности) он имеет на 30–45% лучшие показатели, чем разработанный ранее GaAs-усилитель сравнимой полосы частот [2].
- Кищинский А. А. Сверхширокополосные твердотельные усилители мощности СВЧ-диапазона: схемотехника, конструкции, технологии. Электроника и микроэлектроника СВЧ. Сборник статей VII Всероссийской конференции. СПб., Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2018.
- Радченко А. В. Сверхширокополосный транзисторный усилитель диапазона 6–18 ГГц с выходной мощностью 6 Вт. Материалы 21‑й Международной Крымской конференции «CВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2011.
- Маркинов Е. Г., Радченко А. В. Сверхширокополосные интегральные усилители мощности в корпусах поверхностного монтажа. Материалы 26‑й Международной Крымской конференции «CВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2016.
А серийно такие УМ выпускаются? Если да, то кем? Дайте ссылку или адрес. Спасибо
Здравствуйте! Выпускаются. АО «Микроволновые системы».
Здравствуйте. У меня есть несколько приборов. Если интересно пишите