RU2187881C1 - Two-pole power amplifier - Google Patents
Two-pole power amplifier Download PDFInfo
- Publication number
- RU2187881C1 RU2187881C1 RU2001111070A RU2001111070A RU2187881C1 RU 2187881 C1 RU2187881 C1 RU 2187881C1 RU 2001111070 A RU2001111070 A RU 2001111070A RU 2001111070 A RU2001111070 A RU 2001111070A RU 2187881 C1 RU2187881 C1 RU 2187881C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frequency channel
- band
- matching
- input
- circuit
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
- Microwave Amplifiers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиолокации, радиосвязи и других областях техники, в частности для создания мощных двухполосных транзисторных усилителей СВЧ диапазона. The invention relates to radio engineering and can be used in radar, radio communications and other fields of technology, in particular to create powerful two-band transistor amplifiers in the microwave range.
В настоящее время существует актуальная задача обслуживания двух разнесенных частотных каналов одним передающим трактом. Наибольшие проблемы возникают при создании мощных двухполосных транзисторных усилителей СВЧ диапазона. Currently, there is an urgent task of servicing two diversity frequency channels with one transmitting path. The biggest problems arise when creating powerful two-band transistor amplifiers in the microwave range.
В области относительно низких частот, например в радиодиапазоне, а также в области относительно малых мощностей усиливаемого сигнала, целесообразно использовать широкополосные усилительные каскады. В таких широкополосных усилительных каскадах могут располагаться два требуемых частотных канала. Однако сочетание высокой несущей частоты и высокой мощности не только приводит к сужению полосы пропускания транзисторных усилителей, но и сопровождается дефицитом усиления, повышением роли паразитных параметров, обострением проблемы разбросов параметров как транзисторов, так и конструктивных элементов усилителей. В результате этого практически все мощные транзисторные СВЧ усилители имеют элементы индивидуальной подстройки. In the region of relatively low frequencies, for example in the radio range, as well as in the region of relatively low powers of the amplified signal, it is advisable to use broadband amplifier stages. In such broadband amplifier stages, two desired frequency channels can be located. However, the combination of a high carrier frequency and high power not only leads to a narrowing of the passband of transistor amplifiers, but is also accompanied by a gain deficit, an increase in the role of spurious parameters, and an aggravation of the problem of spread of parameters of both transistors and structural elements of amplifiers. As a result of this, almost all powerful transistor microwave amplifiers have individual adjustment elements.
Известен многоканальный усилитель мощности [1], в котором использована идея переключения элементов цепи согласования транзистора с источником возбуждения и нагрузкой в зависимости от частоты усиливаемого сигнала. Изобретение используется в устройствах связи, работающих в системах AMPS или GSM-900 и РСS-1900. Known multi-channel power amplifier [1], which uses the idea of switching elements of the matching circuit of the transistor with the excitation source and the load, depending on the frequency of the amplified signal. The invention is used in communication devices operating in AMPS or GSM-900 and PCS-1900 systems.
Недостатками предлагаемой схемы является относительная сложность реализации и повышенные потери в "ключевых" элементах. Эти трудности будут непреодолимы при создании мощных двухполосных усилителей СВЧ диапазона. The disadvantages of the proposed scheme is the relative complexity of the implementation and increased losses in the "key" elements. These difficulties will be insurmountable when creating powerful two-way microwave amplifiers.
Другая известная идея состоит в возможности синтеза таких согласующих цепей, которые обладают не широкополосными, а "двугорбыми" характеристиками в районах расположения рабочих частотных каналов. Another well-known idea is the possibility of synthesizing such matching circuits that possess not “broadband” but “double-humped” characteristics in the areas where the working frequency channels are located.
Из уровня техники известно устройство [2], в котором внутренние цепи согласования транзистора могут быть интегрированы с внешними цепями для достижения упомянутой двухполосной характеристики согласования транзистора с источником возбуждения и нагрузкой. The prior art device [2], in which the internal matching circuit of the transistor can be integrated with external circuits to achieve the mentioned two-way characteristics of matching the transistor with the excitation source and the load.
Недостатком данного изобретения является исключительная сложность его реализации вследствие плохой сходимости алгоритма настройки при неизбежном разбросе параметров транзистора и схемы. The disadvantage of this invention is the extreme complexity of its implementation due to poor convergence of the tuning algorithm with the inevitable spread of the parameters of the transistor and the circuit.
Наиболее близким по технической сущности является однополосный усилитель мощности [3]. The closest in technical essence is a single-band power amplifier [3].
Указанный усилитель мощности работает на центральной частоте 2,9 ГГц, имеет полосу пропускания 400 МГц и мощность 60 Вт. Отметим следующие особенности конструкции и схемы:
во-первых, в реализованной схеме предусмотрен подстроечный конденсатор;
во-вторых, на входе и выходе схемы использовано по два звена согласования типа фильтра низких частот (ФНЧ), причем индуктивности выполнены в виде отрезков микрополосковой линии, а емкости - в виде площадок на общей микрополосковой плате.The specified power amplifier operates at a center frequency of 2.9 GHz, has a bandwidth of 400 MHz and a power of 60 watts. We note the following design features and schemes:
firstly, the implemented circuit provides a tuning capacitor;
secondly, at the input and output of the circuit, two matching links of the type of low-pass filter (low-pass filter) were used, the inductances being made in the form of segments of a microstrip line, and the capacitance in the form of pads on a common microstrip board.
К недостатку усилителя относится ограниченная возможность разнесения используемых частотных каналов полосой пропускания однополосного усилителя, составляющей не более 15%. Для более мощных усилителей эта полоса сужается до 10% и менее. The disadvantage of the amplifier is the limited diversity of the used frequency channels with a single-band amplifier bandwidth of not more than 15%. For more powerful amplifiers, this band narrows to 10% or less.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в обеспечении возможности работы мощного, порядка сотен ватт, СВЧ усилительного каскада в двух разнесенных частотных каналах. The technical result, to which the claimed invention is directed, is to provide the possibility of operation of a powerful, of the order of hundreds of watts, microwave amplifier stage in two spaced frequency channels.
Указанный технический результат достигается тем, что в мощном усилительном каскаде, включающем: усилительный элемент - транзистор, однополосные цепи на входе и выходе, согласующий усилительный элемент с сопротивлением источника возбуждения и нагрузкой в полосе первого частотного канала. К входной и/или выходной однополосной цепи согласования подключается дополнительная фильтровая цепь (ДФЦ). В полосе первого частотного канала ДФЦ обладает достаточно высоким входным сопротивлением, и в полосе второго частотного канала она в совокупности с элементами однополосной цепи согласования первого частотного канала обеспечивает достижения согласования выхода усилительного элемента с полным сопротивлением нагрузки, а входного сопротивления усилительного элемента - с полным сопротивлением источника возбуждения, причем это достигается без существенного нарушения согласования в полосе первого частотного канала. Входное сопротивление ДФЦ в полосе первого частотного канала должно быть достаточным для исключения влияния ДФЦ на этот канал. The specified technical result is achieved in that in a powerful amplifier stage, including: an amplifier element - a transistor, single-band circuits at the input and output, matching the amplifier element with the resistance of the excitation source and the load in the band of the first frequency channel. An additional filter circuit (DFC) is connected to the input and / or output single-band matching circuit. In the band of the first frequency channel, the DFC has a sufficiently high input resistance, and in the band of the second frequency channel it, together with the elements of a single-band matching circuit of the first frequency channel, ensures that the output of the amplifier element matches the impedance of the load, and the input resistance of the amplifier element with the impedance of the source excitation, and this is achieved without a significant violation of the coordination in the band of the first frequency channel. The input impedance of the DFC in the band of the first frequency channel should be sufficient to exclude the influence of the DFC on this channel.
Сущность изобретения заключается в следующем: для создания двухполосного усилителя СВЧ мощности предлагается использовать однополосный усилитель мощности, настроенный на центральную частоту первого частотного канала средствами согласования однополосных цепей. К имеющимся однополосным входной и/или выходной цепям согласования подключается соответствующая входная и/или выходная ДФЦ, выполненные, например, из L- и С-элементов, причем ДФЦ выполнены с параметрами, удовлетворяющими условию: полное входное сопротивление ДФЦ в полосе первого частотного канала достаточно велико, чтобы не нарушать согласование в этом частотном канале, а в полосе второго частотного канала выходная ДФЦ совместно с элементами однополосной цепи обеспечивает достижение согласования выхода усилительного элемента с полным сопротивлением нагрузки. Аналогично входная ДФЦ совместно с элементами входной однополосной цепи обеспечивает согласование входного сопротивления усилительного элемента с полным сопротивлением источника возбуждения. Таким образом, в полосе первого частотного канала ДФЦ практически не влияет на работу усилителя, а в полосе второго частотного канала за счет результирующей реактивной проводимости элементов ДФЦ и в совокупности с элементами однополосных цепей согласования обеспечивается согласование. The essence of the invention is as follows: to create a two-band microwave power amplifier, it is proposed to use a single-band power amplifier tuned to the center frequency of the first frequency channel by means of matching single-band circuits. The corresponding input and / or output DFCs, made, for example, of L- and C-elements, are connected to existing single-band input and / or output matching circuits, and the DFCs are made with parameters satisfying the condition: the total input resistance of the DFC in the band of the first frequency channel is sufficient is large so as not to violate the coordination in this frequency channel, and in the band of the second frequency channel the output DFC together with the elements of a single-band circuit ensures matching of the output of the amplifier element with the full load resistance. Similarly, the input DFC together with the elements of the input single-band circuit ensures matching of the input impedance of the amplifier element with the impedance of the excitation source. Thus, in the band of the first frequency channel, the DFC practically does not affect the operation of the amplifier, and in the band of the second frequency channel due to the resulting reactive conductivity of the elements of the DFC and in conjunction with the elements of single-band matching circuits, matching is ensured.
Существует несколько возможных вариантов достижения необходимых параметров у ДФЦ в полосе первого и второго частотных каналов. There are several possible options for achieving the necessary parameters for the DFC in the band of the first and second frequency channels.
ДФЦ может состоять из последовательно включенного параллельного резонансного контура с центральной частотой первого частотного канала и реактивного элемента, например емкости С2 (фиг.1). В качестве первого частотного канала выбран частотный канал с наивысшей частотой. Таким образом, сопротивление ДФЦ, подключенной к однополосной согласующей цепи при условии надлежащего выбора величины параметров элементов ДФЦ в полосе первого частотного канала возрастает и ДФЦ практически не влияет на работу усилителя в первом частотном канале. В полосе второго частотного канала сопротивление параллельного резонансного контура уменьшается, и реактивный элемент совместно с элементами однополосной цепи согласования обеспечивает согласование выхода усилительного элемента во втором частотном канале с полным сопротивлением нагрузки и входного сопротивления усилительного элемента с полным сопротивлением источника возбуждения.DFC can consist of a series-connected parallel resonant circuit with a central frequency of the first frequency channel and a reactive element, for example, capacitance C 2 (figure 1). As the first frequency channel, the frequency channel with the highest frequency is selected. Thus, the resistance of the DFC connected to the single-band matching circuit, provided that the value of the parameters of the DFC elements in the band of the first frequency channel is properly selected, increases and the DFC practically does not affect the operation of the amplifier in the first frequency channel. In the band of the second frequency channel, the resistance of the parallel resonant circuit decreases, and the reactive element together with the elements of the single-band matching circuit ensures that the output of the amplifier element in the second frequency channel matches the impedance of the load and the input impedance of the amplifier element with the impedance of the excitation source.
ДФЦ может содержать два реактивных элемента разных типов, например, емкостного С3 и индуктивного L2, которые включены параллельно между собой (фиг. 2). В этом варианте в качестве первого выбран частотный канал с низшей частотой. Упомянутые два элемента образуют параллельный резонансный контур на центральной частоте первого частотного канала, а во втором частотном канале результирующая реактивная проводимость обеспечивает согласование усилительного элемента с сопротивлением нагрузки и сопротивлением источника возбуждения, при этом согласование в первом частотном канале остается на исходном уровне.DFC can contain two reactive elements of different types, for example, capacitive C 3 and inductive L 2 , which are connected in parallel with each other (Fig. 2). In this embodiment, the frequency channel with the lowest frequency is selected as the first. The two elements mentioned form a parallel resonant circuit at the center frequency of the first frequency channel, and in the second frequency channel, the resulting reactive conductivity ensures that the amplifier element matches the load resistance and the resistance of the excitation source, while the coordination in the first frequency channel remains at the initial level.
В качестве примера рассмотрим реализацию двухполосного усилителя мощности на транзисторе с отдаваемой радиоимпульсной мощностью 350 Вт в дециметровом диапазоне длин волн. Разнесение двух заданных частотных каналов составляет 30%, что существенно больше возможной полосы пропускания однополосного каскада. Центральная частота первого частотного канала 1,45 ГГц, а центральная частота второго частотного канала 1,09 ГГц. As an example, we consider the implementation of a two-band power amplifier on a transistor with a given radio pulse power of 350 W in the decimeter wavelength range. The separation of the two preset frequency channels is 30%, which is significantly larger than the possible bandwidth of a single-band cascade. The center frequency of the first frequency channel is 1.45 GHz, and the center frequency of the second frequency channel is 1.09 GHz.
Принципиальная схема двухполосного каскада, построенного в соответствии с предлагаемым изобретением, представлена на фиг.3. Пунктирными рамками выделены дополнительные фильтровые цепи 1 и 2 на входе и на выходе каскада соответственно. A schematic diagram of a two-way cascade constructed in accordance with the invention is shown in FIG. 3. Dotted frames indicate
Как видно, входная и выходная однополосные цепи включают по два звена типа ФНЧ, которые обеспечивают согласование транзистора с сопротивлением источника сигнала и сопротивлением нагрузки. As you can see, the input and output single-band circuits include two links of the LPF type, which ensure the matching of the transistor with the resistance of the signal source and the load resistance.
Дополнительная фильтровая цепь имеет параллельный резонансный контур из элементов L3, С4 единой конструкции для входного и выходного вариантов фильтровой цепи. Контур настроен на центральную частоту первого частотного канала.The additional filter circuit has a parallel resonant circuit of elements L 3 , C 4 of a single design for the input and output versions of the filter circuit. The circuit is tuned to the center frequency of the first frequency channel.
Третий элемент фильтровальных цепей - емкость С5 для входного варианта ДФЦ и С6 для выходного варианта ДФЦ. Эти емкости разные, и каждая из них может быть изменена в процессе настройки согласования во втором частотном канале.The third element of the filter chains is the capacity C 5 for the input version of the DFC and C 6 for the output version of the DFC. These capacities are different, and each of them can be changed during the adjustment process of matching in the second frequency channel.
Основу конструкции согласующих цепей представляют две микрополосковые платы. Конденсаторы С5 и С6 образованы площадками на платах, изменение емкостей этих конденсаторов достигается присоединением того или иного количества соседствующих площадок. Конструкция узла параллельного резонансного контура представляет собой керамическую пластину - конденсатор с присоединенной к ней петлей из полоски металлической фольги, сформированной на диэлектрическом бруске.The basis of the design of the matching circuits are two microstrip boards. Capacitors C 5 and C 6 are formed by pads on the boards, a change in the capacitance of these capacitors is achieved by attaching one or another number of neighboring pads. The design of the parallel resonant circuit assembly is a ceramic plate - a capacitor with a loop attached to it from a strip of metal foil formed on a dielectric bar.
Присоединение ДФЦ к однополосной согласующей цепи осуществляется коротким плоским проводником с верхнего электрода конденсатора С4 на отрезок полосковой линии, образующей индуктивность L4, L5 внешнего звена согласования однополосной цепи. Место подключения ДФЦ может быть изменено перемещением проводника в другую точку полосковой линии.The DFC is connected to a single-band matching circuit by a short flat conductor from the upper electrode of the capacitor C 4 to a segment of the strip line forming the inductance L 4 , L 5 of the external matching element of the single-band circuit. The connection point of the DFC can be changed by moving the conductor to another point in the strip line.
На фиг. 4 представлены частотные характеристики выходной мощности каскада при постоянной мощности источника сигнала при проектных значениях параметров согласующих цепей. Частотная характеристика при подключенной ДФЦ - I, частотная характеристика при отключенной ДФЦ - II. Как видно, подключение ДФЦ превращает исходную однополосную характеристику каскада в искомую двухполосную характеристику. In FIG. Figure 4 shows the frequency characteristics of the output power of the cascade at a constant power source of the signal at the design values of the parameters of the matching circuits. Frequency response with a connected DFC - I, frequency response with a disconnected DFC - II. As can be seen, the connection of the DFC turns the initial single-band response of the cascade into the desired two-way response.
На базе подобного каскада создаются образцы многокаскадных усилителей сложного функционального назначения. On the basis of such a cascade, samples of multistage amplifiers of complex functional purpose are created.
Источники информации
1. Патент US 5774017 от 30.06.1998, МКИ Н 03 F 1/14.Sources of information
1. Patent US 5774017 from 06/30/1998, MKI H 03 F 1/14.
2. Патент RU 2089014, МКИ Н 01 L 29/73, опубл. 27.08.97, 24. 2. Patent RU 2089014, MKI H 01 L 29/73, publ. 08/27/97, 24.
3. Discrete Semiconductors "BLS2731-50 Microwave power transistor" 30 January 1998 year, (PHILIPS). 3. Discrete Semiconductors "BLS2731-50 Microwave power transistor" January 30, 1998, (PHILIPS).
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001111070A RU2187881C1 (en) | 2001-04-25 | 2001-04-25 | Two-pole power amplifier |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001111070A RU2187881C1 (en) | 2001-04-25 | 2001-04-25 | Two-pole power amplifier |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2187881C1 true RU2187881C1 (en) | 2002-08-20 |
Family
ID=20248823
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2001111070A RU2187881C1 (en) | 2001-04-25 | 2001-04-25 | Two-pole power amplifier |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2187881C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2457613C1 (en) * | 2010-11-25 | 2012-07-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Millimetre-wave microwave signal amplifier |
-
2001
- 2001-04-25 RU RU2001111070A patent/RU2187881C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Мендл М. 200 избранных схем электроники. - М.: Мир, 1985, с. 78, рис. 3.8 Босый Н.Д. Электрические фильтры. - Киев, Гос. изд-во технической литературы УССР, 1960, с. 58, рис. 1.43 а, б. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2457613C1 (en) * | 2010-11-25 | 2012-07-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Millimetre-wave microwave signal amplifier |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7633355B2 (en) | Variable matching circuit | |
US5789995A (en) | Low loss electronic radio frequency switch | |
US7075386B2 (en) | Antenna switching circuit | |
CN104900950B (en) | Electricity based on bimorph resonators adjusts four pass filters | |
US20050107042A1 (en) | Transmitter and/or receiver module | |
JPH1146102A (en) | Dielectric filter, dielectric duplexer and communication equipment | |
US20040224649A1 (en) | Electronically tunable power amplifier tuner | |
US6983129B2 (en) | Radio frequency switch and wireless communication apparatus using the same | |
CN111010093A (en) | Integrated Doherty amplifier and combiner thereof | |
CN114257213A (en) | Adjustable band-pass tuning frequency selection circuit, electrically tunable filter and adjusting method thereof | |
US6288620B1 (en) | Antenna-duplexer and communication apparatus | |
JPH0541627A (en) | High frequency attenuation circuit | |
US7492239B1 (en) | Radio frequency combiner | |
Zhu et al. | Novel dual-band bandpass-to-bandstop filter using shunt PIN switches loaded on the transmission line | |
EP0993063A2 (en) | Duplexer and communication apparatus | |
RU2187881C1 (en) | Two-pole power amplifier | |
US5448210A (en) | Tunable microwave bandstop filter device | |
US11626893B2 (en) | Agile harmonic filtering | |
CN1555607A (en) | Rf signal switch for a wireless communication device | |
US6545565B1 (en) | Filter, antenna sharing device, and communication device | |
Schuster et al. | Concept for continuously tunable output filters for digital transmitter architectures | |
CN114710129A (en) | Electrically tunable filter and method for widening tuning range | |
JP2002344255A (en) | High-frequency power amplifier | |
CN217824908U (en) | Filter circuit | |
JP4071549B2 (en) | Multistage amplifier |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20120601 |
|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20180116 Effective date: 20180116 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200426 |