RU2278467C1 - Uhf power amplifier - Google Patents
Uhf power amplifier Download PDFInfo
- Publication number
- RU2278467C1 RU2278467C1 RU2004130616/28A RU2004130616A RU2278467C1 RU 2278467 C1 RU2278467 C1 RU 2278467C1 RU 2004130616/28 A RU2004130616/28 A RU 2004130616/28A RU 2004130616 A RU2004130616 A RU 2004130616A RU 2278467 C1 RU2278467 C1 RU 2278467C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- amplifier
- microwave
- switch
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в оконечных усилителях мощности широкополосных систем связи (ШСС), предпочтительнее данный усилитель использовать в радиомодемах международного стандарта IEE 802.11, а также в радиолокации и других областях техники.The invention relates to radio engineering and can be used in terminal power amplifiers of broadband communication systems (SHSS), it is preferable to use this amplifier in radio modems of international standard IEE 802.11, as well as in radar and other areas of technology.
Известен передатчик СВЧ, см. патент РФ №2187880, в котором техническим результатом является получение оптимальной выходной мощности в диапазоне частот и снижение уровня амплитудных и фазовых шумов. Технический результат достигается тем, что для подачи оптимальной входной мощности на вход усилителя СВЧ и снижения уровня шумов на его выходе в состав передатчика СВЧ между вторым выходом задающего генератора и управляющим входом р-i-n-аттенюатора включены частотный дискриминатор и управляемый от дискриминатора источник тока. Источник тока обеспечивает стабилизацию постоянного тока через р-i-n-аттенюатор и, как следствие, стабилизирует входную мощность и снижает уровень шумов усилителя СВЧ. Управление источником тока осуществляется от дискриминатора, который формирует частотно-зависимое напряжение управления током р-i-n-аттенюатора. Управление оптимальной входной мощностью происходит автоматически и с достаточным быстродействием.A known microwave transmitter, see RF patent No. 2187880, in which the technical result is to obtain optimal output power in the frequency range and reduce the level of amplitude and phase noise. The technical result is achieved in that in order to supply the optimal input power to the input of the microwave amplifier and reduce the noise level at its output, a frequency discriminator and a current source controlled by the discriminator are included between the second output of the master oscillator and the control input of the p-i-n attenuator. The current source provides constant current stabilization through the p-i-n-attenuator and, as a result, stabilizes the input power and reduces the noise level of the microwave amplifier. The current source is controlled by a discriminator, which generates a frequency-dependent voltage for controlling the p-i-n-attenuator current. Optimum input power control is automatic and with sufficient speed.
Недостатком этого передатчика является сложность электрической схемы, в результате большие массогабаритные характеристики (ГМХ), также невысокая стабильность при дестабилизирующих факторах, например при t=±60°С.The disadvantage of this transmitter is the complexity of the electrical circuit, resulting in large mass and size characteristics (GMC), and also low stability under destabilizing factors, for example, at t = ± 60 ° C.
Известно СВЧ-устройство с регулируемой мощностью излучения, см. патент РФ №2168264, которое содержит N каскадов усиления (КУ) первого усилительного тракта (УТ) со своими блоками питания (БП) и переключателями питания (ПП), блок управления, М КУ второй УТ со своими БП и ПП, делитель мощности (ДМ), мост деления мощностей (МДМ), мост сложения мощностей (МСМ), два фазовых детектора (ФД), два управляемых фазовращателя (УФ), балластную нагрузку, а КУ выполнены на амплитронах. Регулирование выходной мощности осуществляется путем включения питания на те КУ, которые обеспечивают на выходе регулируемого усилителя мощности необходимую мощность, и выключения питания на неиспользуемые КУ без разрыва СВЧ тракта.A microwave device with adjustable radiation power is known, see RF patent No. 21622864, which contains N amplification stages (KU) of the first amplification path (UT) with its own power supplies (PSUs) and power switches (PP), control unit, M KU second UT with its BP and PP, power divider (DM), power sharing bridge (MDM), power addition bridge (MSM), two phase detectors (PD), two controllable phase shifters (UV), ballast load, and the control units are made on amplitrons. The output power is regulated by turning on the power to those control units that provide the necessary power at the output of the adjustable power amplifier, and turning off the power to unused control units without breaking the microwave path.
Недостатками устройства являются также сложность электрической схемы, большие ГМХ, отсюда невысокая надежность.The disadvantages of the device are also the complexity of the electrical circuit, large GMC, hence the low reliability.
Также известен двухполосный транзисторный усилитель мощности СВЧ-диапазона, см. патент РФ №2187881, который включает усилительный элемент - транзистор, однополосные цепи на входе и выходе, согласующие усилительный элемент (УЭ) с сопротивлением источника возбуждения (ИВ) и нагрузкой (В) в полосе первого частотного канала (СК). К входной и/или выходной однополосной цепи согласования подключается дополнительная фильтровая цепь (ДФЦ). В полосе первого ЧК ДФЦ обладает достаточно высоким входным сопротивлением, а в полосе второго ЧК она в совокупности с элементами однополосной цепи согласования первого ЧК обеспечивает достижения согласования выхода УЭ с полным сопротивлением Н, а входного сопротивления УЭ - с полным сопротивлением ИВ, причем это достигается без существенного нарушения согласования в полосе первого ЧК. Входное сопротивление ДФЦ в полосе первого ЧК должно быть достаточным для исключения влияния ДФЦ на этот канал. Технический результат - обеспечение возможности работы СВЧ усилительного каскада в двух разнесенных частотных каналах - прототип.Also known is a two-band transistor microwave power amplifier, see RF patent No. 2187881, which includes an amplifying element - a transistor, single-band input and output circuits matching the amplifying element (UE) with the resistance of the excitation source (II) and the load (V) in band of the first frequency channel (SC). An additional filter circuit (DFC) is connected to the input and / or output single-band matching circuit. In the strip of the first ChK, the DFC has a rather high input resistance, and in the strip of the second ChK, it, together with the elements of a single-band matching circuit of the first ChK, ensures matching of the output of the RE with the impedance N, and the input resistance of the RE with the impedance of the IV, and this is achieved without significant violation of coordination in the band of the first Cheka. The input impedance of the DFC in the band of the first HF should be sufficient to exclude the influence of the DFC on this channel. EFFECT: provision of the possibility of operation of a microwave amplifier stage in two spaced frequency channels — prototype.
Недостатками этого усилителя являются его аппаратурная сложность, низкий частотный диапазон (не более 0,1-0,15 ГГц), невозможность микроминитюаризации, высокое потребление энергии.The disadvantages of this amplifier are its hardware complexity, low frequency range (not more than 0.1-0.15 GHz), the impossibility of microminiatureization, high energy consumption.
Технической задачей изобретения является снижение ГМХ, потребляемой энергии и повышение стабильности работы в условиях дестабилизирующих факторов, повышение уровня естественных и искусственных помех и больших перепадов температур за счет:An object of the invention is to reduce the GMC, energy consumption and improve stability under conditions of destabilizing factors, increase the level of natural and artificial noise and large temperature differences due to:
- построения схемно-технического решения;- building a technical circuit diagram;
- применения конструктива, совместимого с этим решением;- use of a construct compatible with this solution;
- низкой стоимости аппаратных средств;- low cost of hardware;
- технологической прозрачности;- technological transparency;
- повышения частотного диапазона (до 5,5-6,0 ГГц). - increase the frequency range (up to 5.5-6.0 GHz).
С этой целью предлагается СВЧ-усилитель мощности, содержащий усилитель на транзисторе, СВЧ-детектор на диоде Шоттки, СВЧ-переключатель, исполнительный элемент, инвертор напряжения и драйвер СВЧ-переключателя, которые расположены на печатной плате, при этом с выходом передатчика соединен сигнальный вход усилителя на транзисторе и вход СВЧ-детектора, выход усилителя соединен с сигнальным входом СВЧ-переключателя, а выход СВЧ-детектора через исполнительный элемент и драйвер СВЧ-переключателя соединен с первым управляющим входом СВЧ-переключателя, выход инвертора напряжения соединен с управляющими входами усилителя на транзисторе и драйвера СВЧ-переключателя, второй выход последнего соединен со вторым управляющим входом СВЧ-переключателя, выход которого соединен с приемником, а вход/выход - с внешней антенной; СВЧ-переключатель выполнен на циркуляторе, усилитель выполнен на ИМС, при этом выход усилителя соединен с входом циркулятора, выход инвертора напряжения соединен с управляющим входом усилителя, вход/выход циркулятора соединен с внешней антенной, а выход - с входом приемника; в электрической схеме СВЧ-усилителя мощности выход передатчика через дифференцирующую цепочку и резистор соединен с анодом диода Шоттки, катод которого через сглаживающий конденсатор соединен с нулем вольт схемы и непосредственно - с базой ключевого транзистора, являющегося исполнительным элементом, выход которого через резистор соединен с сигнальным входом драйвера, оба выхода последнего соединены с управляющими входами переключателя, вход/выход которого через разделительный конденсатор соединен с антенной, а выход через разделительный конденсатор соединен с приемником; одновременно выход передатчика через разделительный конденсатор соединен с общей точкой, состоящей из второго конца сглаживающего дросселя, сглаживающего конденсатора и резистора, второй конец конденсатора соединен с нулем вольт, второй конец резистора соединен с затвором усилителя на полевом транзисторе, исток которого соединен с нулем вольт, а сток через разделительный конденсатор - с сигнальным входом переключателя; выход инвертора напряжения через заграждающий фильтр соединен с первым концом сглаживающего дросселя; в электрической схеме СВЧ-усилителя мощности выход передатчика через разделительный конденсатор соединен с входом усилителя на ИМС и через сглаживающий дроссель с нулем вольт, выход ИМС через развязывающий конденсатор и сглаживающие дроссели соединен с управляющим входом циркулятора, вход/выход которого через разделительный конденсатор соединен с антенной, а выход - с приемником; выход инвертора напряжения через р-n-р транзистор, включенный по схеме с общей базой, соединен с затвором полевого транзистора, исток которого соединен с входом смещения усилителя и с цепочкой конденсаторов, вторые концы которых соединены с нулем вольт; печатная плата СВЧ-усилителя мощности выполнена из стеклотекстолита с диэлектрической проницаемостью ξ не менее 60-70 единиц, при этом размер плат 23×66 мм, дроссели на печатной плате выполнены на микрополосковых линиях, а монтаж электрорадиоэлементов на печатной плате выполнен поверхностным.For this purpose, a microwave power amplifier comprising a transistor amplifier, a Schottky microwave detector, a microwave switch, an actuator, a voltage inverter and a microwave switch driver, which are located on a printed circuit board, is provided, while a signal input is connected to the transmitter output the amplifier on the transistor and the input of the microwave detector, the output of the amplifier is connected to the signal input of the microwave switch, and the output of the microwave detector through the actuator and the driver of the microwave switch is connected to the first control input of the microwave switch switch, the output of the voltage inverter is connected to the control inputs of the amplifier on the transistor and the driver of the microwave switch, the second output of the latter is connected to the second control input of the microwave switch, the output of which is connected to the receiver, and the input / output is connected to an external antenna; The microwave switch is made on the circulator, the amplifier is made on the IC, while the output of the amplifier is connected to the input of the circulator, the output of the voltage inverter is connected to the control input of the amplifier, the input / output of the circulator is connected to an external antenna, and the output to the input of the receiver; in the electric circuit of the microwave power amplifier, the output of the transmitter through a differentiating chain and a resistor is connected to the anode of the Schottky diode, the cathode of which is connected to the zero volt of the circuit through a smoothing capacitor and directly to the base of the key transistor, which is an actuating element, the output of which is connected through a resistor to a signal input drivers, both outputs of the latter are connected to the control inputs of the switch, the input / output of which is connected to the antenna through a separation capacitor, and the output through the split A capacitor is connected to the receiver; at the same time, the output of the transmitter through the isolation capacitor is connected to a common point consisting of the second end of the smoothing inductor, smoothing capacitor and resistor, the second end of the capacitor is connected to zero volts, the second end of the resistor is connected to the gate of the amplifier on the field effect transistor, the source of which is connected to zero volts, and drain through a separation capacitor - with the signal input of the switch; the output of the voltage inverter through the blocking filter is connected to the first end of the smoothing inductor; in the electric circuit of the microwave power amplifier, the output of the transmitter through the isolation capacitor is connected to the input of the amplifier on the IC and through a smoothing choke with zero volts, the output of the IC through the decoupling capacitor and smoothing chokes is connected to the control input of the circulator, the input / output of which is connected through the separation capacitor to the antenna , and the output is with the receiver; the output of the voltage inverter through a pnp transistor connected according to a common base circuit is connected to the gate of a field-effect transistor, the source of which is connected to the bias input of the amplifier and to a chain of capacitors, the second ends of which are connected to zero volts; the printed circuit board of the microwave power amplifier is made of fiberglass with a dielectric constant ξ at least 60-70 units, while the board size is 23 × 66 mm, the inductors on the printed circuit board are made on microstrip lines, and the installation of radio electronic elements on the printed circuit board is made surface.
На фиг.1 изображена структурная схема усилителя мощности СВЧ-усилителя с переключателем, на фиг.2 - с циркулятором; на фиг.3 изображена электрическая принципиальная схема СВЧ-усилителя с переключателем, на фиг.4 - с циркулятором; на фиг.5 изображена топология печатной платы с переключателем, на фиг.6 - с циркулятором.Figure 1 shows a structural diagram of a power amplifier microwave amplifier with a switch, figure 2 - with a circulator; figure 3 shows the electrical schematic diagram of a microwave amplifier with a switch, figure 4 - with a circulator; figure 5 shows the topology of the printed circuit board with a switch, figure 6 - with a circulator.
На фигурах изображено: 1 - усилитель на транзисторе или микросхеме, 2 - инвертор напряжения, 3 - СВЧ-детектор на диоде Шоттки, 4 - исполнительный элемент, 5 - СВЧ-переключатель, 6 - драйвер СВЧ-переключателя, 7 - циркулятор.The figures show: 1 - an amplifier on a transistor or microcircuit, 2 - a voltage inverter, 3 - a microwave detector on a Schottky diode, 4 - an actuator, 5 - a microwave switch, 6 - a microwave switch driver, 7 - a circulator.
СВЧ-усилитель мощности по фиг.1 имеет следующие соединения: выход передатчика (передатчик условно не показан) соединен с сигнальным входом усилителя 1 на транзисторе или микросхеме и входом СВЧ-детектора 3, выход усилителя 1 соединен с сигнальным входом СВЧ-переключателя 5, а выход СВЧ-детектора 3 через исполнительный элемент 4 и драйвер СВЧ-переключателя 6 соединен с первым управляющим входом СВЧ-переключателя 5, выход инвертора напряжения 2 соединен с управляющими входами усилителя 1 и драйвера СВЧ-переключателя 6, второй выход последнего соединен со вторым управляющим входом СВЧ-переключателя 5, выход которого соединен с приемником, а вход/выход - с внешней антенной. СВЧ-усилитель по фиг.2 имеет следующие соединения: СВЧ-переключатель 5 выполнен на циркуляторе 7, причем выход усилителя на микросхеме 1 соединен с входом циркулятора 7, выход инвертора напряжения 2 соединен с управляющим входом усилителя на микросхеме 1, вход/выход циркулятора 7 соединен с внешней антенной, а выход - с входом приемника.The microwave power amplifier of figure 1 has the following connections: the output of the transmitter (the transmitter is not shown conventionally) is connected to the signal input of the
Узлы СВЧ-усилителя мощности могут быть выполнены на следующих ЭРЭ и ИМС:The nodes of the microwave power amplifier can be performed on the following ERE and IC:
- усилитель 1 на транзисторе SHF-0289 на арсениде галлия фирмы Stunford Microdevices, см. http://www//stanfordmicrocom. EDS-101241 Rev A.-
- СВЧ-переключатель 5 арсенид-галлиевый переключатель SW-438 фирмы МА-СОМ, см. Tyco/Electronics.-
- драйвер СВЧ-переключателя 6 - это быстродействующий мультиплексор аналоговых сигналов ADG 774ABRQ фирмы Analog Deviceslnc., 2001, www.analogcom.- The
- инвертор напряжения 2 на ИМС ICL 7660, фирмы Analog Device-sInc., 2001, www.analogcom.-
- диод Шоттки на HSHS2850, см. Series Technical Data. Communications Components Designers Catalog Hewlett Packard/ 59966-0895E (9/97).- Schottky diode on HSHS2850, see Series Technical Data. Communications Components Designers Catalog Hewlett Packard / 59966-0895E (9/97).
- исполнительный элемент 4 на транзисторе КТ3130, см. Справочник. Полупроводниковые приборы. Транзисторы малой мощности, М, Р и С, 1994, стр.263.-
- циркулятор 7, разработки ФГУП «Феррит-Домен», г.Санкт-Петербург.- Circulator 7, developed by the Federal State Unitary Enterprise Ferrit-Domain, St. Petersburg.
СВЧ-усилитель мощности на СВЧ-переключателе 5 работает следующим образом. The microwave power amplifier on the
Предлагаемый усилитель предназначен, в основном, для использования в радиомодемах как средства связи для высокоскоростного обмена данными, поэтому к ним предъявляются весьма жесткие требования, а именно минимальные массогабаритные характеристики (ГМХ) и низкое энергопотребление, обусловленные их подключением непосредственно к переносным компьютерам. Переносные компьютеры имеют невысокую выходную мощность передатчика (30-100 мВт), следовательно встает вопрос о значительном повышении выходной мощности. Переносной компьютер имеет один СВЧ-разъем типа РС MCIA, используемый для подключения антенны, переключение прием-передача происходит внутри его, т.к. эта система с временным разделением. Следовательно, встает проблема разделения каналов приема и передачи с целью усиления последнего и по возможности минимального ослабления первого. Для этого используется активный переключатель 5. Для получения сигнала управления этим переключателем используется СВЧ-детектор 3 на диоде Шоттки. В качестве активного элемента усилителя использован полевой транзистор 1, который обеспечивает выходную мощность не менее 30 дБ на частотах 2,45-5,5 ГГц при входной мощности 20 дБ.The proposed amplifier is intended mainly for use in radio modems as a means of communication for high-speed data exchange, therefore very stringent requirements are imposed on them, namely the minimum weight and size characteristics (GMX) and low power consumption due to their connection directly to laptop computers. Portable computers have a low output power of the transmitter (30-100 mW), therefore, the question arises of a significant increase in output power. The laptop computer has one microwave connector, type PC MCIA, used to connect the antenna, switching the reception and transmission occurs inside it, because this system is time division. Consequently, the problem arises of separating the transmission and reception channels in order to amplify the latter and, if possible, minimize the attenuation of the former. For this, an
С выхода транзисторного усилителя 1 усиленный сигнал поступает на СВЧ-переключатель 5, который обеспечивает малое затухание при прямом происхождении сигнала (не более 0,7 дБ на 2,4 ГГц), высокую изоляцию (не менее 25 дБ) и практически не потребляет энергии (менее 10 мкА на 3 В). Обычно полевые СВЧ-переключатели управляются отрицательным напряжением, поэтому еще одним его достоинством является возможность управления как отрицательным, так и положительным напряжением. СВЧ-переключателем 5 управляет СВЧ-драйвер 6, в роли которого в данной схеме выступает быстродействующий мультиплексор аналоговых сигналов, в функции которого входит одновременное переключение сигналов на управляющих входах СВЧ-переключателя 5 по сигналу обнаружения мощности на входе СВЧ-детектора 3, передающего через исполнительный элемент 4.From the output of the
Таким образом, такое построение схемы позволяет решить поставленные задачи при сверхнизком потреблении энергии, предельно малых ГМХ, высоких частотах приема/передачи, высоких (в пределах необходимых) выходных мощностях.Thus, such a construction of the circuit allows us to solve the problems posed by ultra-low energy consumption, extremely small GMCs, high transmission / reception frequencies, and high (within the limits of necessary) output powers.
Вместо активного переключателя 5 возможно применение пассивного элемента циркулятора 7, практически при тех же ГМХ обладает почти такими же техническими характеристиками, а при применении более мощного транзистора в усилителе 1 можно получить выходную мощность не менее 450 мВт при входной 100 мВт. В качестве печатной платы можно применить вместо текстолита фторопласт с более лучшими диэлектрическими свойствами, при этом существенно улучшить частотные и мощностные характеристики.Instead of an
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004130616/28A RU2278467C1 (en) | 2004-10-19 | 2004-10-19 | Uhf power amplifier |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004130616/28A RU2278467C1 (en) | 2004-10-19 | 2004-10-19 | Uhf power amplifier |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2004130616A RU2004130616A (en) | 2006-03-27 |
RU2278467C1 true RU2278467C1 (en) | 2006-06-20 |
Family
ID=36388761
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2004130616/28A RU2278467C1 (en) | 2004-10-19 | 2004-10-19 | Uhf power amplifier |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2278467C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2453984C1 (en) * | 2011-02-22 | 2012-06-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский технический университет" | Linear microwave amplifier |
-
2004
- 2004-10-19 RU RU2004130616/28A patent/RU2278467C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2453984C1 (en) * | 2011-02-22 | 2012-06-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский технический университет" | Linear microwave amplifier |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2004130616A (en) | 2006-03-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20070069820A1 (en) | Electronic parts for high frequency power amplifier | |
WO1993016525A1 (en) | Low noise wide dynamic range amplifiers | |
EP1772964B1 (en) | High-frequency switch circuit | |
Shifrin et al. | A new power amplifier topology with series biasing and power combining of transistors | |
Im et al. | A stacked-FET linear SOI CMOS cellular antenna switch with an extremely low-power biasing strategy | |
WO2007106443A2 (en) | Monolithic integrated transceiver | |
Djukic et al. | A planar 4.5-GHz DC-DC power converter | |
Wang et al. | A linearity-enhanced 18.7–36.5-GHz LNA with 1.5–2.1-dB NF for radar applications | |
RU2278467C1 (en) | Uhf power amplifier | |
US7746173B1 (en) | Power amplifier with output harmonic resonators | |
Barnes et al. | A comparison of W-band monolithic resistive mixer architectures | |
KR20090003182A (en) | Method and system for high power switching | |
Cao et al. | A 28 GHz fully integrated GaN enhanced single‐sideband time‐modulated MMIC for phased array system | |
US20210143861A1 (en) | Transceiver device | |
RU43407U1 (en) | MICROWAVE POWER AMPLIFIER | |
Es-Saqy et al. | High rejection self-oscillating up-conversion mixer for fifth-generation communications. | |
Krishnarajoo et al. | High Gain Multistage Power Amplifier for Internet of Things (IoT) Applications | |
Kusmadi et al. | Development of high power class-E amplifier for radio communication of tsunami early warning system | |
Echchakhaoui et al. | A novel zero bias microstrip MESFET power limiter | |
Kirish et al. | Comparative analysis of sokal’s equations versus load-pull implementation of class E low-pass network | |
Kucera et al. | A new antenna switching architecture for mobile handsets | |
Brunel et al. | A downconverter for use in a dual-mode AMPS/CDMA chip set | |
Echchakhaoui et al. | New design of zero bias power limiter based on schottky and PIN diodes | |
KR19990046201A (en) | Call blocking device of personal mobile wireless mobile communication terminal | |
Weiss et al. | An X/K-band class-E high-efficiency frequency doubler |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20071020 |