Сумматор мощности, Сумматор мощности в схеме усилителя Опции

[loreley]

Приветствую! Поставили тут задачу,разработать усилитель мощности,причем, высокочастотный (диапазон 3,9-4,2 ГГц) и высокомощный, пиковая мощность в импульсе 1 кВт
С выбором транзистора более или менее определено, правда пока не до конца. Сейчас надо бы разобраться со схемой сложения мощностей, т.к. будет несколько каскадов,в каждом из которых будет набор транзисторов разных мощностей (т.е. входной каскад, ряд промежуточных, и выходной). Так или иначе, надо будет складывать большие мощности, т.к. слишком много маломощных транзисторов поставить не самый лучший вариант. Пока,что остановился на кольцевом делителе мощности. Из данного форума понял, что его многие ставят, вопрос в том,что подойдет ли для таких мощностей и высоких частот. Делитель Ланге, сразу отпадает, т.к. велика вероятность, что просто перегорят пучки проводников. Есть также вариант сделать на направленных ответвителях, хотя там уже габариты будут больше.
Также вариант использовать уже готовые сборки. Но опять всё упирается в диапазон частот и мощность.Например, АНАРЕНовских модулей на такой диапазон частот вовсе нет...У других производителей тоже не густо. Пока,что нашел два варианта, это:
http://www.miteq.com/results.php?ID=253875...sp=100&tp=3
http://www.werlatone.com/index.cfm?area=4&pageid=2
В принципе готовые модули неплохи по характеристиками,не факт что самому полчится лучше рассчиттать и сделать. Но вот выбор таких модулей не велик...
Прошу вашего совета

[proxi]

а у вас есть выбор?... обычно это делается на Hibrid или Wilkinson divider ...
транзисторы LDMOS...

[ledum]

Делали и киловаттные, и трехкиловаттные транзисторные усилители на 2Т975А,Б - драйверы, 2Т986А,Б - выходные и по 4, и по 8 штук - Вилкинсоны с дополнительным лямбда на 4 в одном из плеч и по выходу, вдругом плече тогда по входу. Вылет 8х 2Т986 незабываемое зрелище. Вспышка видна сквозь непрозрачную розовую керамику. Но вообще проблем было не так много и, в основном, на климатах. Частоты разные и DME и 1.5ГГц. Для накопления энергии стояло до 3-х кг К10-47в 0.22мкФх50В Н90 в параллель.

[loreley]

Дело в том,что на таких высоких частотах размеры полоска,например, в том же делителе Вилкинсона будут маленькие. А если еще учесть,что при малой эпсилон будут значительные излучения и надо брать материал с эпсилон побольше,например,ФЛАН-5(7) или Роджерс с таокй же эпсилон, то размеры будут совсем мизерные. И выдержит ли сам делитель прогоняемые через него мощности?...
Можно ли в какой-то программе провести анализ, т.е. нарисовать сам делитель,на определенной подложке и пропустить через него некоторый ток?В MWO не нашел такой возможности. Т.е. что-нибудь наподобие, как в проге AppCad от Агилент,там правда тепловой анализ только для МС.

[ledum]

Дело в том,что на таких высоких частотах размеры полоска,например, в том же делителе Вилкинсона будут маленькие. А если еще учесть,что при малой эпсилон будут значительные излучения и надо брать материал с эпсилон побольше,например,ФЛАН-5(7) или Роджерс с таокй же эпсилон, то размеры будут совсем мизерные. И выдержит ли сам делитель прогоняемые через него мощности?...

Дык делитель может быть и маленьким, а разводка - нет. Главное, чтобы разность хода была лямбда на 4 - тогда отраженная можность будет гаситься в балластном резисторе, где суммарная разность хода составит лямбда пополам. Да и не маленький он на 4ГГц. А вот резистор вставить мощный - таки да. У нас все было на поликоре - у него теплопроводность чуть хуже алюминия - до 3кВт в импульсе держало - скважность не менее 100 да и отражение в резистор при подстроенном усилителе значительно снижается. И не забудьте поставить датчик по КСВ - какой-нибудь НО с ослаблением дБ так 30, чтобы блокировало вход при рассогласовании.

[khach]

Это вам надо смотреть на radial (conical) power splitter-combiner - Это такой коаксиальный супер-разъем-переросток. Или вообще городить функциональный узел- на входе такой сплиттер, потом звездой(пространственно) стоят модуля СВЧ усилителей, на выходе комбайнер, такой же как и сплиттер, или можнее, что бы не пробило и не перегрело. Готовый усилок имеет очень футуристический внешний вид- на бластер из звездных войн похож.http://www.orbitfr.com/Products/RF-Equipme...#section-Images

[proxi]

размеры полоска,например, в том же делителе Вилкинсона будут маленькие

отнюдь не маленькие, даже и на 40 GHz, да на любых частотах ...Вилкинсон он разный, используют 3/4 и 1/2 микрополоски...

[ledum]

Готовый усилок имеет очень футуристический внешний вид- на бластер из звездных войн похож

Да не, 3-кВт усилитель - это такая себе микросхема где-то 350х350мм и толщиной порядка 35мм. Внутри кучи делителей Вилкинсона на 2, из которых формируются делители/комбайнеры на 2, на 4 и в выходном каскаде на 8. Сначала типа пара 2Т975Б, потом четверка 2Т975А, потом четверка 2Т986Б, и в конце восьмерка 2Т986А. Но это разработка 1985г. Сейчас, быстрей всего, на LDMOS-ах цепочка гораздо короче выйдет, да и диапазон выше, старые транзисторы здесь вообще ничего бы не усилили.
Киловаттный был где-то 100х180х20мм

Сообщение отредактировал ledum - Apr 14 2010, 06:19

[Graf_Inventor]

Вот есть интересная статья, называется "Делители и сумматоры мощности в СВЧ" в Журнале "Успехи современной радиотехники" за февраль 2010. Скан выложил. надеюсь предъяв ко мне со стороны авторов не будет.
Мне кажется там достаточно информации о делителях и сумматорах. Сам ещё не прочитал. не дошлируки.
блин не моуг файл прикрепить 4 мега и не как не загрузится...

может его куда нибудь на fpt положить? или на мыло выслать кому нибудь?

[sp1noza]

Вот есть интересная статья, называется "Делители и сумматоры мощности в СВЧ" в Журнале "Успехи современной радиотехники" за февраль 2010. Скан выложил. надеюсь предъяв ко мне со стороны авторов не будет.
Мне кажется там достаточно информации о делителях и сумматорах. Сам ещё не прочитал. не дошлируки.
блин не моуг файл прикрепить 4 мега и не как не загрузится...

может его куда нибудь на fpt положить? или на мыло выслать кому нибудь?

Вышлите, пожалуйста на мыло kokolovaa@gmail.com Буду очень признателен.

[Graf_Inventor]

выслал, в прикреплённом файле.

[khach]

Да не, 3-кВт усилитель -
и в конце восьмерка 2Т986А.

4 гигагерца на 2Т986А? Это шутка наверно. Ну и киловатт. Это нужны транзисторы на GaN, да и то по 400 ватт с транзистора максимум получается. Так что действительно для надежности надо 8 усилков в параллель. Но тут проблема с потерями в комбайнере. Где-то ватт 25-50 с киловатта в делителе будет рассеиваться (ну плюс-минус технология) Перегрев комбайнера может быть неслабый. А размеры комбайнера на 4 ГГц не так уж и велики. Вот тут собака и порылась- плотность рассеиваемой тепловой энергии на единицу площади комбайнера совсем другая, чем на 800 Мгц. перегрев возможен. Ламинаты поплыть могут или потемнеть со временем. Можно конечно комбайнер сделать на керамике с хорошим теплоотводом- т.е. керамическая подложка металлизирована снизу и сидит на радиаторе всей площадью, а не только краями. И при отладке на полуторной мощности надо на комбайнер через тепловизор посмотреть, на предмет локального перегрева. А, и делать его с первого подхода, про индий для подстройки забыть- поплыть может. А радиальный комбайнер и 50 Квт свободно выдержит, хотя да, 1 квт-это близко к нижней границе логического обоснования диапазона применений такой штуки. Зато для ее изготовления нужен практически только токарный станок.
А если транзисторы на GaAs, то по 50 Ватт с модуля- это 32 модуля надо- как раз звездочка получается. Кстати, на радиальном комбайнере число модулей не обязательно должно быть равно степени двойки- тоже плюс.

[ledum]

4 гигагерца на 2Т986А? Это шутка наверно.

Я же писАл DME (980-1215) и 1500-1600 не буду говорить что. Можете посмотреть на питерскую аппаратуру авиадальномеров - там тоже киловатты на почти обычных советских транзисторах. Средняя то мощность получается 10-30Вт, что тут такого. Были наработки и на более высокие частоты. Да и транзисторы помощнее. Но на счет ламината согласен. Все было только на поликоре. Резисторы - сначала РС3710, потом заменили на тантал 50 Ом на квадрат. Я был ведущим по этому изделию, так, что более-менее его помню. На полосу 10%, как у автора вопроса, Вилкинсону никакой подстройки индием не надо. Автор вопроса написал импульсная пиковая мощность

Сообщение отредактировал ledum - Apr 14 2010, 10:18

[khach]

Автор вопроса написал импульсная пиковая мощность

И не указал скважность импульсов. В этом случае считаем для 50% заполнения.
Есть другой вопрос. Можете ли что посоветовать техническое решение для обеспечения функционирования сборки в случае выгорания одного из модулей. Т.е один из транзисторов накрывается непредсказуемым образом. Импеданс по выходу такого модуля заранее неизвестен. Можно ли что-нибудь предусмотреть схемотехнически (циркуляторы после каждого транзистора, диодные переключатели с активной нагрузкой) чтобы сборка усилителей продолжала функционировать с соответсвующей потерей мощности.

[ledum]

И не указал скважность импульсов. В этом случае считаем для 50% заполнения.
Есть другой вопрос. Можете ли что посоветовать техническое решение для обеспечения функционирования сборки в случае выгорания одного из модулей. Т.е один из транзисторов накрывается непредсказуемым образом. Импеданс по выходу такого модуля заранее неизвестен. Можно ли что-нибудь предусмотреть схемотехнически (циркуляторы после каждого транзистора, диодные переключатели с активной нагрузкой) чтобы сборка усилителей продолжала функционировать с соответсвующей потерей мощности.

Скважность обычно около 100 - у очень многих устройств. Хотя в головках самонаведения другая, в зависимости от принципа.
Как ни странно, но такая структура не очень чувствительна к вылету одного из транзисторов - чуть больше чем в два раза падает мощность, но изделие сохраняло функциональность. Это картинка из Челнокова - поверьте, полезная книжка. Там есть и по резервированию, правда, пару страничек

Сообщение отредактировал ledum - Apr 14 2010, 10:58

Эскизы прикрепленных изображений

 

[sal74]

Уважаемый ledum!
Извеняюсь , что не в тему . А если не секрет делали бортовой или наземный DME. А то есть некоторые вопросы по наземному передатчику DME 1.5 кВт.

Сообщение отредактировал sal74 - Apr 15 2010, 15:02

[ledum]

Извеняюсь , что не в тему . А если не секрет делали бортовой или наземный DME. А то есть некоторые вопросы по наземному передатчику DME 1.5 кВт.

Бортовой http://www.ri.kiev.ua/index.php?menu=221 или на сайте разработчика http://www.navigat.ru/catalogue.php?good=42

Вам, может сюда http://www.azimut.ru/catalogue/navigation/dme2000/ лучше обратиться

Сообщение отредактировал ledum - Apr 15 2010, 15:24

[loreley]

khach

И не указал скважность импульсов. В этом случае считаем для 50% заполнения.

Скважность импульсов Q=6. Усиление итогового усилителя (в сборе) - порядка 30дБ.
Еще проблема в том, что данный усилитель нужен для работы в составе АФАР, т.е. их будет целый набор. И есть ограничения на размеры самого модуля, а именно - надо уместить в прямоугольную конструкцию размером 3,75мм (высота) на 3,75 мм (ширина). Ограничений по длине нет. Прошу прощения,что сразу это не указал. Т.е. применение тех же делителей Вилкинсона будет проблематичным, т.к. не совсем понятно, возможное их размещение на плате. Поэтому видится использование сумматоров на бегущей волне (Traveling wave splitter/combiner). Т.к. габариты усилителя ограничены в двух направлениях (в ширину и высоту), а в длину не ограничены. Поэтому удобно располагать транзисторы в длину на одной линии. Но пока что в русскоязычной литературе не нашел внятного их описания и реализации конструкции, только пару статей, в которых они вскользь упоминаются. В основном нашел зарубежные стататьи, но информация тоже не очень богата, т.к. подавляющее большинство статей доступно либо членам тех или иных сообществ (например,IEEE), либо за немаленькую плату (30-40 $).
Возможно, кто-то имел дело с сумматормами такого плана, либо может дать какие-то советы по реализации. Буду благодарен за любую информацию. Для тех, кому самому будет интересно почитать про такие устройства, вот,что удалось найти:
1. http://www.microwaves101.com/encyclopedia/...ve_splitter.cfm
2. http://www.lib.ncsu.edu/theses/available/e...tricted/etd.pdf - довольно-таки большая статейка.
3. http://www.mwsystems.ru/docs/stat'ja_a...khem_summir.pdf

[ledum]

Скважность импульсов Q=6.
И есть ограничения на размеры самого модуля, а именно - надо уместить в прямоугольную конструкцию размером 3,75мм (высота) на 3,75 мм (ширина).
В основном нашел зарубежные стататьи, но информация тоже не очень богата, т.к. подавляющее большинство статей доступно либо членам тех или иных сообществ (например,IEEE), либо за немаленькую плату (30-40 $).

Ой. Это нужно отводить мощность 160Вт, а реально намного больше, через 4х4мм?
Кстати, гляньте на размеры обычных волноводов в Вашем диапазоне и размеры запредельного волновода для 3.9ГГц.

По второму абзацу Вы, наверно, не заглядывали сюда http://electronix.ru/forum/index.php?showtopic=32271

Сообщение отредактировал ledum - Apr 17 2010, 12:03

[loreley]

ledum
Упс,ошибся...размер не в мм,а в сантиметрах. Да, получается трубка, не ограниченная по длине и в разрезе представляющая собой квадрат 3,75см на 3,75 см.
Спасибо, за ссылку на раздел форума, обязательно воспользуюсь такой услугой, сначала надо будет выбрать самые оптимальные статьи.
Кстати, на счет транзистора,пока что выбор пал на http://www.cree.com/products/pdf/CGH40090PP.pdf , а именно: CGH40090PP. И нужный диапазон охватывает и неплохую мощность отдает (100Вт).

[ledum]

Кстати, на счет транзистора,пока что выбор пал на http://www.cree.com/products/pdf/CGH40090PP.pdf , а именно: CGH40090PP. И нужный диапазон охватывает и неплохую мощность отдает (100Вт).

Сказать честно - при таких раскладах я бы не взялся за такую работу. Вам даже по теплу надо отводить от кучи 500 Ваттных утюгов на вскидку. Вопрос накопителя энергии, и совмещенная с ним допустимая просадка вершины импульса. Без, как минимум 300Ваттного транзистора в загашнике с проверенной нелинейной моделью - опять ой. Я не говорю, что задача невыполнима. Но почти с нуля... Зная сколько это добро стоит и как оно вылетает.

[chikilfarik]

выслал, в прикреплённом файле.

и мне если можно вышлите kamil.sultanov05@gmail.com нужен делитель 0-180 может там какая информация есть заранее благодарен

[khach]

а именно: CGH40090PP. И нужный диапазон охватывает и неплохую мощность отдает (100Вт).

Я и говорю- нитридный транзистор (GaN- нитрид галлия). И где вы их брать будете в таком количестве, и кто их вам продаст? Кстати, про импульсные режимы работы нитридных транзисторов известно не так уж много- все на уровне исследовательских работ. Могут быть чудеса (типа динамического изменения параметров в течении импульса и от скважности и частоты повторения, гистерезис прямой и обратной ветви ВАХ итд). Т.е без импульсного нетворканалайзера с тюнерами полного импеданса, рассчитанных на полную мощность единичного каскада в это дело лучше не соваться. А по-уму- надо поднимать свою нитридную технологию полупроводников и делать интегрированные модуля-транзисторная структура-сплиттер-комбайнер на одной подложке.

[loreley]

На счет трудностей покупки такого плана комплектующих знаю, ведь по сути такие диапазон частот и мощности используют в основном военные. Но это пока первые наброски,я думал, что вообще не удастся найти транзисторы такого типа. Бегло пробежался по инету - продают такие транзисторы, цена правда порядка 35-40 тыс. руб. По первым прикидкам надо их штук 10, не меньше. Вообще, такая примерно схема вырисовывается:

Т.е. если бы удалось найти, скажем, 200-250 Вт-ые транзисторы, то и покупать их надо будет всего штук 5-6. Правда, ситуация с отводом тепла не изменится. Но, чем меньше транзисторов в итоге будет, тем легче их всех можно разместить на плате.
На счет LDMOS - спасибо за новодку, тоже посмотрю,возможно удастся найти более оптимальный транзистор.
А на счет схем сложения на основе бегущей волны - никто не сталкивался/применял?