СВЧ усилитель мощности, 1.5мВт-100Вт Опции

[Sokrat]

Сразу назову себя новичком, так что не сильно издевайтесь . Встала задача в полосе частотах 800-960 МГц спроектировать импульсный УМ с 1.5мВт до 100Вт. Проектировать, конечно, сразу решили на полевиках. Как видите усиление достаточно большое. Хотелось бы с Вами(как с опытными) посоветоваться по поводу этой задачи: подскажите литературу, наиболее подходящее ПО. Может быть дадите какие-нибудь советы, на какие "подводные камни" можно наткнутся в процессе решения. Заранее огромное спасибо

[oles_k76]

Сразу назову себя новичком, так что не сильно издевайтесь . Встала задача в полосе частотах 800-960 МГц спроектировать импульсный УМ с 1.5мВт до 100Вт. Проектировать, конечно, сразу решили на полевиках. Как видите усиление достаточно большое. Хотелось бы с Вами(как с опытными) посоветоваться по поводу этой задачи: подскажите литературу, наиболее подходящее ПО. Может быть дадите какие-нибудь советы, на какие "подводные камни" можно наткнутся в процессе решения. Заранее огромное спасибо

1.По поводу ПО, вам подойдет AWR Місrowave Office или Ansoft Designer.
2. Читайте апноуты производителя,очень помогает.
3. Особое внимание обратите на последовательность подачи напряжений.Сначала минус только потом плюс.Минус на затворе выключается в последнюю очередь.Будте с этим особо осторожны, мощные транзисторы весьма дорого стоят .
4.Конструктивно стройте усилитель при помощи отсеков.Избегайте усиления в незапредельном отсеке больше 20-25дб.Особое внимание обратите на развязки по питанию.По конструированию подсобит например справочник Вольман. Справочник по расчету и конструированию СВЧ полосковых устройств.

[Sokrat]

С английским небольшие проблемы, но буду разбираться. Я хотел спросить ещё: не будет ли проблемно такую полосу обеспечить на 4 или пяти каскадах усиления? Спасибо.

[grandrei]

Вообще-то на этих частотах очень хорошо использовать LDMOSFET транзисторы, и 50 дБ усиления вполне можно получить на 4 каскадах с запасом. Полоса, кстати, не такая уж широкая, тем более для таких транзисторов. Немножно странно, что вам надо в этом диапазоне импульсные усилители, это вообще-то коммуникационный диапазон частот. Посмотрите у Моторолы (в смысле Freescale) транзисторы на разные мощности, наверное там есть на эту тему и application notes.
www.freescale.com/files/abstract/online_resources/RFDESIGNWP.pdf

Сообщение отредактировал grandrei - Jul 8 2008, 20:48

Прикрепленные файлы

 PAR200032angV1.pdf ( 92.85 килобайт ) Кол-во скачиваний: 216

 

[Sokrat]

На импортной эл. базе проблем бы особых не возникло. Там к применению разрешены всего несколько вражеских транзисторов, а именно 2, которые вместе дадут усиление децибелл 30-35. Остальные каскады придётся на отечественных делать. А у наших ведь усиление "копеечное".

Сообщение отредактировал Sokrat - Jul 9 2008, 14:00

[grandrei]

А вы собираетесь это использовать в изделиях военного предназначения? Вообще-то LDMOS транзисторы - это не HEMT приборы, хотя и те можно приобретать, если указать, что не для военного использования, они во многих местах делаются, по-моему и Ericsson, и Philips, и Infineon их производят. Например, есть такая небольшая фирма Polyfet http://www.polyfet.com, там можно приобрести и мощный транзистор как LB401, так и модуль-driver для раскачки MHCV01, их это точно обрадует.

Сообщение отредактировал grandrei - Jul 9 2008, 19:20

[Sokrat]

Вы прямо в точку с производством . Поэтому отечественные и пятой приёмки. А опыта очень мало , поэтому и обращаюсь за помощью.

[grandrei]

То есть вы хотите сказать, что это мы сами себя ограничиваем в применении импортных деталей в военных делах. А что же делать, к примеру, в сантиметровом диапазоне, если у нас там вообще ничего нет твердотельного, как мы собираемся что-то там создавать, да еще и нового поколения? С другой стороны, почему бы не купить у немцев пластины с кристаллами транзисторов, на каждой из них не менее тыщи, если у самих нет? Тем более, что всем понятно будет, что для телекоммуникационных целей, это же обычный wireless диапазон. Вот, например, я уже упоминал тут Infineon, у них все это вот тут есть Infineon LDMOS. Ну а если что-то более-менее приличное все-таки есть, возможно в Воронеже все-таки что-то делается, то тогда просто сообщите конкретно, что имеется, и я вам постараюсь помочь.

Сообщение отредактировал grandrei - Jul 9 2008, 22:30

[Sokrat]

"Пульсар" выпускает транзисторы см-диапазона. Но там у транзисторов такие характеристики "бедовые". Как вам, например, нравиться усиление всего в 2-3 дБ на мощность до 3 Вт. Конечно, это смешно в сравнении с буржуйскими. Я только один наш транзистор нашёл, который более менее приближается к импортным. 2Т905А. Уже рассчитал входной каскад на разрешённом транзисторе (файл приложил). Дальше пока не знаю что и делать. Ну а на счёт ограничиваем мы себя или нет, то это за нас повыше решают , так что мы бессильны. У меня тут вопросик появился. Кто-нибудь знает, возможно ли по параметрам и характеристикам, которые приводятся на отечественные транзисторы, пересчитать S-параметры для моделирования в том же AWR?

Прикрепленные файлы

 ne3210s1.pdf ( 151.81 килобайт ) Кол-во скачиваний: 117

 

[grandrei]

Ситуацию с Пульсаром я немного знаю: что там, что во Фрязино уже давно ничего путного не выпускают. А на 3-х сантиметровый диапазон у китайцев собираются или уже покупают. Но я имел ввиду мощные МДП-транзисторы типа 2П907 и выше, у которых fТ = 1 ГГц, но это было еще 20-25 лет назад. Также как в Воронеже выпускали мощные биполярные типа 2Т9125 и выше для дециметрового диапазона. А 2Т905А - это уже какой-то доисторический транзистор, к сожалению у меня нет под рукой наших каталогов. Для вас нужно fT порядка 4-5 ГГц, каковым характеризуются транзисторы Polyfet. У Infineon оно порядка 7-8 ГГц, что позволяет создавать мощные усилители на 2 ГГц для базовых станций сотовой связи. А привязанный файл содержит информацию про малошумящий транзистор, он в этом мощном деле ничем не может поспособствовать. Что касается S-параметров, то у нас они не приводятся, надо мерять, а у зарубежных транзисторов даются только малосигнальные S-параметры, что тоже мало что дает для расчета мощных нелинейных усилителей. Как-то немного информации, честно говоря даже не знаю, что и посоветовать при всех этих ограничениях. А какие все-таки мощные зарубежные транзисторы можно использовать?

Сообщение отредактировал grandrei - Jul 10 2008, 16:18

[Sokrat]

Ну вот, например этот, как раз (я думаю) для выходного каскада годится. Его можно использовать (файл приложил). Так NE3210 (который раньше выложил) может усилить с 1,5мВт до 0,16 Вт. Я думаю как раз для раскачки какого-нибудь транзистора отечественного сгодится (если я не прав поправте пожалуйста). А дальше будет каскад как раз на SD56160. Такой расклад может иметь место?

Сообщение отредактировал Sokrat - Jul 10 2008, 17:22

Прикрепленные файлы

 sd56150.pdf ( 214.98 килобайт ) Кол-во скачиваний: 65

 

[grandrei]

Ну это совсем другое дело, там даже практическая реализация имеется. А чем вам милее итальянцы STMicro (наш друг Берлускони?) по сравнению с немцами Infineon? Кстати, тогда уж надо быть последовательными и использовать для предварительных транзисторов серию PD STMicro_LDMOS . И никаких проблем. Да, я тут увидел, что статус этого транзистора SD56150 - obsolete, то есть он снят с производства. А этот малошумящий СВЧ транзистор едва ли годится, для него это слишком низкая частота, могут быть проблемы со стабильностью при очень большом коэффициенте усиления. К тому же, у него максимальная мощность рассеяния всего 165 мВт при нормальной температуре, то есть при не очень высоких КПД предварительного каскада порядка 30%, максимальная мощность может быть не более 50 мВт, тем более, что при повышенныых температурах мощность рассеяния линейно падает.

Сообщение отредактировал grandrei - Jul 10 2008, 18:36

[Sokrat]

Вот так обрадовали вы меня . Теперь совсем беда, т.е. есть только один каскад - оконечный на SD. Тут какая штука, нужно использовать или отечественную базу, или, подчеркну, определённые марки транзисторов, которые разрешены (их список, кстати, очень маленький, приложу завтра, т.к. он на работе). Очень благодарен вам за то, что пытаетесь помочь.
P.S. Кстати, кто знает, может именно из-за того, что он снят с производства "там", их разрешили применять "здесь"

Сообщение отредактировал Sokrat - Jul 10 2008, 18:56

[grandrei]

К сожалению, у меня все справочники в Москве, да и те старые, так что пришлось немного напрячь память. Так вот, на мощности до 0.5 Вт хорошо пойдут полукорпусные транзисторы типа 2Т640А или 2Т643A (у них наверняка есть какое-то продолжение). Несколько ватт вполне обеспечит пульсаровский 2Т939A http://www.exiton.biz/node/90. Ну а далее используем транзистор "с помойки" SD56150 (а много ли там их осталось?): предоконечный каскад на его половинке, а оконечный - полный согласно схеме. В Воронеже тоже кое-что есть, но действительно с небольшим коэффициентом усиления http://qrx.narod.ru/spravka/mt_pss.htm.

Сообщение отредактировал grandrei - Jul 10 2008, 21:23

[Sokrat]

Спасибо за ссылочки. Очень помогли. Вот что значит опыт. Вот список. Я тут первый каскад в office смоделировал. Вот такие графики получились. Как видите коэффициент стабильности на NE3210 вполне удовлетворительный. Моделиравал используя S-параметры из data-sheet. Жду вашей оценки. Спасибо.
Список не прикрепился. Ну и ладно, там ничего интересного нет.

Сообщение отредактировал Sokrat - Jul 14 2008, 14:31

Эскизы прикрепленных изображений

 

[grandrei]

С усилением все хорошо, а вот стабильность надо определять во всей частотной полосе, поскольку паразитные возбуждения могут быть как низкочастотные (наиболее вероятные), включая параметрические (правда они проявляются обычно при наличии большого сигнала), в полосе рабочих частот или вблизи нее (весьма вероятные, но тут у вас вроде все в порядке), и высокочастотные (маловероятные). Однако, это вы взяли просто малосигнальные S-параметры транзистора обмерянные в 50-омном тракте, при наличии же внешних цепей, надо будет внимательно следить на их влияние на стабильность всего усилительного каскада. Но проблема все равно остается, поскольку это малошумящий транзистор, не предназначенный для усиления мощных сигналов, посему и малая максимальная мощность рассеяния. Поэтому, чем меньше КПД, тем меньше будет выходная мощность, но в любом случае его можно использовать только как первый каскад, а в качестве транзисторов последующих каскадов с мощности 15-20 мВт до 150-200 мВт и затем до 1.5-2 Вт придется все-таки использовать наши транзисторы, о которые я упоминал.

Да, не надо разгонять усиление каждого каскада, лучше где-нибудь вводить резистивные элементы, поскольку в многокаскадном усилителе весьма вероятны различные возбуждения, и здесь уже не k-фактор надо мерять (только номинально), но и смотреть на активные составляющие входных импедансов каждого транзистора на предмет его положительности.

Сообщение отредактировал grandrei - Jul 14 2008, 15:00

[Sokrat]

Да, не надо разгонять усиление каждого каскада, лучше где-нибудь вводить резистивные элементы, поскольку в многокаскадном усилителе весьма вероятны различные возбуждения, и здесь уже не k-фактор надо мерять (только номинально), но и смотреть на активные составляющие входных импедансов каждого транзистора на предмет его положительности.

Я так понял, вы говорите, что намеренным рассогласованием согласующих цепей (простите за каламбурчик), нужно уменьшать в каких-то пределах коэффициент усиления, для улучшения стабильности? Поправьте, если что.
Отрицательность входных сопротивлений старался учесть сопротивлением в цепи смещения транзистора. Это разумно? Спасибо.

[grandrei]

Я так понял, вы говорите, что намеренным рассогласованием согласующих цепей (простите за каламбурчик), нужно уменьшать в каких-то пределах коэффициент усиления, для улучшения стабильности? Поправьте, если что.

Нет, не рассогласованием, иначе отраженный сигнал может вызвать возбуждение в предыдущих каскадах, а использовать резистивный элемент в согласующей цепи (или диссипативной согласующей цепи) - это может быть как последовательный маленький или параллельный большой резистор.

Отрицательность входных сопротивлений старался учесть сопротивлением в цепи смещения транзистора. Это разумно? Спасибо.

Не в смещении, а в радиочастотной цепи, если вы просимулировали (напряжение делить на ток) входной импеданс (правда, похоже у вас пока нет подходящего симулятора) и выяснили, что его активная составляющая - отрицательная, то проще всего подключить последовательный резистор с превыщающим по абсолютной величине номиналом непосредственно ко входу транзистора.

Сообщение отредактировал grandrei - Jul 14 2008, 15:20

[Sokrat]

Да. Как раз во входной согласующей цепи есть резистор (не помню номинал) параллельный входу транзистора. Завтра принесу ещё результаты. Надеюсь ещё поможете. Спасибо. А что за симуляторы вы упоминали?

[grandrei]

Да, в общем любой серьезный, когда-то я пользовался Ansoft Serenade 8.5, а последние 7 лет - ADS. Для симуляции усилителей мощности они наиболее пригодные как имеющие Harmonic Balance симулятор.

[Sokrat]

А чем Microwavt office плох? Это я в нём моделировал.

[grandrei]

Насколько я понимаю, там SPICE, который более предназначен для моделирования переходных процессов аналоговых схем во временной области. А программа Harmonic Balance специально разрабатывалась для нелинейного анализа в режиме большого сигнала в частотной области методом гармонического баланса. Поэтому, она эффективнее и быстрее для данного сугубо нелинейного моделирования.

[EVS]

Насколько я понимаю, там SPICE...

Не совсем... MWO с самого своего начала имеет очень даже приличный собственный Harmonic Balance engine, а начиная с 2008 в него встроен еще и Aplac'овский HB солвер, как альтернатива.

[grandrei]

Не совсем... MWO с самого своего начала имеет очень даже приличный собственный Harmonic Balance engine, а начиная с 2008 в него встроен еще и Aplac'овский HB солвер, как альтернатива.

Ну что ж, тогда можно и использовать MWO, куда лучше инсталлировать не упрощенную SPICE (хотя наверное можно и ее), а реальную нелинейную модель транзистора, если таковая имеется. Все течет, все меняется, но в 2005-ом году мне утверждали люди, которые сравнивали возможности MWO и ADS для одного и того же усилителя, что ADS существенно быстрее. Все ж они начинали давно, и ее возможности вкупе с системным симулированием шире, хотя и не так внешне эффектны. И ситуация в больших компаниях типа Freescale, RFMD, Skyworks, Infineon или Philips пока слабо меняется, где ADS тем не менее основной симулятор.

Сообщение отредактировал grandrei - Jul 14 2008, 19:58

[Sokrat]

Уважаемый grandrei, подскажите пожалуйста, где можно почитать про Spice и нелинейные модели транзисторов и как с помощью них моделировать. Разобрался с S-параметрами, пробовал с нелинейными моделями моделировать, но пока результатов не добился. Да и просто, по неопытности, смутно представляю себе что это такое.
Подскажите ещё пожалуйста, если два транзистора составить в пары, насколько (на практике) может увеличиться рассеиваемая мощность. И как это оценить?

[grandrei]

Уважаемый grandrei, подскажите пожалуйста, где можно почитать про Spice и нелинейные модели транзисторов и как с помощью них моделировать. Разобрался с S-параметрами, пробовал с нелинейными моделями моделировать, но пока результатов не добился. Да и просто, по неопытности, смутно представляю себе что это такое.
Подскажите ещё пожалуйста, если два транзистора составить в пары, насколько (на практике) может увеличиться рассеиваемая мощность. И как это оценить?

Что касается S-параметров, то это обычно малосигнальные параметры, и вся сложность - это просто их вставить в программу в виде дата-файла. А вот с нелинейными моделями сложнее, поскольку здесь нужны результаты измерений с одной стороны и уравнения для описания поведения элементов эквивалентной схемы транзистора в зависимости от напряжений смещения затвора и стока. И уровень модели зависит уже непосредственно от того, что вы имеете в самом софте и какова там процедура. Но в любом случае, как минимум, нужно подбирать коэффициенты для описания вольт-амперных характеристик, чтобы они соответствовали промерянным. В качестве примера, я привязал главу из книги, посвященной нелинейным моделям, и статью про моделирование автогенераторов, правда на Serenade 7.5. Но со SPICE моделированием я дела никогда не имел, посему чисто практически ничем помочь не могу.

Что касается увеличения рассеяния мощности, то транзисторы надо включать в параллель со всеми вытекающими отсюда проблемами. Поэтому и создают транзисторы на разные мощности, где просто используются разное количество кристаллов в параллель в одном корпусе с возможными дополнительными стабилизирующими резисторами или однозвенными внутренними входными согласующими цепями, если размер очень большой, и входной импеданс при этом мал. Я бы все ж порекомендовал что-нибудь найти, а не использовать малошумящие транзистора для достижения досточно большой мощности, уж больно это как-то...

Сообщение отредактировал grandrei - Jul 16 2008, 19:42

Прикрепленные файлы

 MWJ_2000_Jan.pdf ( 72.21 килобайт ) Кол-во скачиваний: 233
 Chapter_3.pdf ( 435.97 килобайт ) Кол-во скачиваний: 337

 

[Sokrat]

Спасибо за разъяснения. Просто на остальные каскады худо-бедно подобрал, а вот маломощных отечественных СВЧ-ёвых транзисторов не могу подобрать. Нужны на мощность, примерно с 1,5мВт и как раз где-то до 0,2 Вт. Наши маломощные в основном до 100МГц, или я плохо смотрю.

[grandrei]

Так а чем вам не подошли 2Т640 или 2Т643, или уж 2Т939, их тоже можно, хоть они и на чуть большую мощность рассчитаны?

[Sokrat]

Так а чем вам не подошли 2Т640 или 2Т643, или уж 2Т939, их тоже можно, хоть они и на чуть большую мощность рассчитаны?

Я всё полевики искал, но видимо, так и не найду. Придётся биполярные применять.

[grandrei]

Да, как-то забылось о полевых транзисторах с барьером Шотки (ПТШ), которые производились (производятся?) во Фрязино в Истоке. Так вот, транзистор 3П602А можно использовать до 200 мВт, 3П910Б до 1 Вт, а 3П915А даже до 5 Вт. Правда, им требуется отрицательное смещение по затвору и надо быть очень внимательным на предмет низкочастоных возбуждений. Хотя по мне все же вышеуказанные биполярные транзисторы надежнее, поскольку хорошо себя зарекомендовали в прошлом.

Сообщение отредактировал grandrei - Jul 17 2008, 17:29

[Sokrat]

У биполярных был замечен серьёзный недостаток в виде хвоста у радиоимпульса. А на полевых клаппанированием он устраняется.

[grandrei]

А хвосты надо рубить, особенно энергетические, как это любят делать экстрасенсы. Дело в том, что эта ситуация не зависит от транзистора как такового, а зависит от конкретных параметров цепей. При радиоимпульсном сигнале надо прежде всего определять ширину спектра, чтобы как минимум захватывать третью, а лучше пятую гармонику (как с пятью звездочками в фильме Карнавальная ночь) модулирующей частоты. Поэтому усилитель должен быть в данном случае широкополосным, что легче всего обеспечить применяя полевой транзистора. Но-о, это хорошо на относительно низкой частоте, а на высокой у того же полевого транзистора все равно добротности внутренних цепей становятся большими, и чтобы их снижать надо на входе либо шунтировать резистором, что ведет к потере усиления, и на выходе согласовывать на малое выходное сопротивление, то есть не полностью используя транзистор и ухудшая КПД. Поэтому, если у биполярного транзистора высокая граничная частота, то его и надо использовать, при этом согласующие цепи должны быть достаточно широкополосными, чтобы искажения радиочастотного импульса на выходе были незначительными по сравнению с входным сигналом. Да, а что такое клаппанирование?

Сообщение отредактировал grandrei - Jul 17 2008, 19:22

[rtv]

Сразу назову себя новичком, так что не сильно издевайтесь . Встала задача в полосе частотах 800-960 МГц спроектировать импульсный УМ с 1.5мВт до 100Вт. Проектировать, конечно, сразу решили на полевиках. Как видите усиление достаточно большое. Хотелось бы с Вами(как с опытными) посоветоваться по поводу этой задачи: подскажите литературу, наиболее подходящее ПО. Может быть дадите какие-нибудь советы, на какие "подводные камни" можно наткнутся в процессе решения. Заранее огромное спасибо

В чем собственно проблема? Почитал - все излагают очень мудро -т.е. грамотно. Диапазон частот -это чуть выше чем диапазон ТВ вещания. Ничего сверхестественного.Большое количество микрух существует способных сделать это на уровне 1,5-2 Вт.Все зависит от полосы, неравномерности в полосе, IMD. А уровень входной мощности так это ваще ни о чем. Совет не слушай никого- делай и удивляй всех, на этом сайте, как я понял-умные молчат, или за бабло, а тупых советов не слушай.Дерзай-Россия оценит.