10 Проектирование усилителя мощности на птш

Методика проектирования усилителя мощности на ПТШ включает в себя следующие расчетноэкспериментальные этапы:

0.    Исходя из требований технического задания на выходную мощность Рвых, коэффициент усиления К_р, КПД и рабочего интервала частот выбирается функциональная схема усилителя определяется число каскадов типы ПТШ.

1.    Для каждого типа ПТШ выбирается несколько (N) режимов питания и для этих режимов в рабочем интервале частот измеряются малосигнальные S

-    параметры транзистора.

2.    Для каждого режима питания рассчитываются элементы малосигнальной эквивалентной схемы ПТШ, при которых сумма квадратов модулей разностей измеренных и рассчитанных S параметров достигает минимальной величины.

3.    По рассчитанным элементам малосигнальной схемы для выбранных режимов питания ПТШ определяются параметры нелинейной модели ПТШ, например модели Materka [4, 5], включенной в программу SERENADE.

4.    С помощью программы SERENADE проводятся схемотехническое и топологическое проектирование усилителя мощности и расчет его частотных и энергетических характеристик.

11 Общая характеристика малошумящих усилителей

При приёме и измерениях слабых СВЧ сигналов необходимы усилители с низким коэффициентом шума или малошумящие усилители (МШУ). В настоящее время не существует точного разграничения усилителей на малошумящие и обычные. Ориентировочно, малошумящими считаются усилители, коэффициент шума которых не превышает 3 дБ, что соответствует температура шума, равной 300 К, т. е. температуре окружающей среды. Более точно, малошумящим называ- ют усилитель, коэффициент шума которого ненамного превосходит значения ко- эффициента шума наилучших (с точки зрения шумовых параметров) серийно вы- 10 пускаемых усилителей того же частотного диапазона. Эти значения увеличивают- ся с ростом частоты и относительной ширины диапазона рабочих частот. По уровню техники 2000 г. для усилителей с шириной диапазона рабочих частот 10 – 20 % лучшие результаты по коэффициенту шума составляют от 0,3 дБ на частотах порядка 1 ГГц до 4-5 дБ − на 40 ГГц. Следует заметить, что лучшие экспериментальные макеты усилителей, созданные в лабораторных условиях, имеют значительно меньший коэффициент шума − 2 дБ в диапазоне 43-46 ГГц и 4.4 дБ − в диапазоне 92-96 ГГц[8]. Транзисторные усилители отличаются высокой чувствительностью, низким энергопотреблением, малыми габаритными размерами и массой, большой надеж- ностью и устойчивостью к механическим воздействиям, сравнительно невысокой стоимостью. Активные элементы усилителей − биполярные (БТ) или полевые транзисторы с затвором на барьере Шоттки (ПТШ) − удобно сопрягаются с по- лосковыми линиями передачи, резонансными устройствами и элементами инте- гральных микросхем. Малошумящие усилители СВЧ, в основном, строятся на ПТШ, которые имеют меньший коэффициент шума, чем БT. Важнейшим параметром малошумящего усилителя является коэффициент шума (или относительная температура шума устройства). Вместе с тем, коэффи- циент усиления малошумящего усилителя должен быть достаточным из-за влия- ния последующих каскадов и оконечного устройства, в отличие от усилителя мощности, предназначенного для работы с сигналами, уровень которых значи- тельно превышающими уровень шума. Малошумящие усилители с широким ди- намическим диапазоном должны сочетать в себе требования по шумам и линей- ности в большом диапазоне изменения сигнала В основе изготовления СВЧ усилителей на ПТШ лежит, как правило, гиб- ридно-пленочная технология. Усилители, изготовленные по этой технологии, со- держат элементы на изолирующих подложках, выполненные методом вакуумного напыления с последующей фотолитографией и навесные дискретные активные и пассивные элементы, монтаж которых производится с помощью пайки и специ- альных видов сварки − контактной, термокомпрессионной и ультразвуковой. Мо- нолитные усилители выполяются на основе единого кристалла с различной степе- нью легирования. Они обладают рядом несомненных достоинств по сравнению с гибридно-пленочными – малые массогабаритные параметры, низкая стоимость при крупносерийном производстве, высокая повторяемость параметров. Тем не менее, далеко не везде и всегда преимущества этих усилителей компенсируют их недостатки. Усилители на основе объемных линий передач также имеют свои преимущества (малые потери) и свои недостатки (сложность конструкции).