RF power transistor P1=30W, F=1GHz-3GHz Опции

[YuriyMatveev]

Добрый вечер всем!!!
Такая вот задача! Пытаюсь найти транзистор для усилителя в калссе А мощностью порядка 30W - 40 W, и диаппазоном частот 1GHz - 3GHz . Попробовал один из LDMOS - транзисторов NXP, но после измерения S-параметров, оказалось что активная составляющая входного сопротивления настолько мала (менее 0,5 Ом) , что даже теоретически согласовать его можно при приемлемом Go и VSVR только в полосе около 200MHz ( хотя в datashit сказано, что транзистор "No internal matching for broadband operation") ---- это особенность всех LDMOS транзисторов работать в узкой полосе частот (иметь очень низкие значения Re(Zin) и Re(Zout))?????
Или все же придется использовать несколько менее мощных транзисторов и суммировать их мощность???

[grandrei]

В первую очередь, надо смотреть на частоту усиления по току (или transition frequency) fT, чтобы понять усилительные свойства транзистора. особенно это важно для широкополсоного усилителя, когда желательно иметь максимальную рабочую частоут порядка 8-10 больше, чем fT. У LDMOS транзисторов максимальная fT порядка 6-7 GHz. Входную цепь такого транзистора обычно можно аппроксимировать последовательной RC цепью, при этом его входное сопротивление (практически емкостное) на низких частотах обычно очень велико, а на высоких становится очень малым ввиду довольно большой емкости. Поэтому до f = 0.1 fT достаточно зашунтировать резистором, чтобы иметь практически постоянное резистивное входное сопротивление до очень низких частот (граница нижнего диапазона будет определяться величиной блокировочного конденсатора) с постоянным коэффициентом усиления по мощности. Насчет, internal matching, скорее всего, имеется ввиду, что нет внутреннего согласования в транзисторе, а необходимо в таком случае внешнее. Однако, на высоких частотах падает как входное сопротивление, так и коэффициент усиления. Поэтому на ваших частотах лучше бы использовать HEMT транзистор, правда это не ширпотреб, но зато проблем с реализацией указанного диапазона частот с отличными характеристиками не должно быть. Например, это может быть GaN транзистор CGH40035 (см. привязанный файл). Можно, конечно, попытаться складывать, но полоса довольно широка.

Прикрепленные файлы

 CGH40035_Rev1_1.pdf ( 1.03 мегабайт ) Кол-во скачиваний: 91

 

[RFMAN]

Можно поставить 50-вольтовый GaN HEMT. С 50 В питания проще согласовать выходную цепь с 50 Ом нагрузки в широкой полосе частот. Да и ток стока будет сравнительно небольшой (1...1,5 А).

GaN транзисторы делает также Eudyna (бывшее подразделение Fujitsu). С покупкой проблем не было, правда срок поставки - 12-13 недель.

Сообщение отредактировал RFMAN - Mar 17 2008, 05:14

Прикрепленные файлы

 EGN030MK_preliminary_ED1_4.pdf ( 109.17 килобайт ) Кол-во скачиваний: 131

 

[YuriyMatveev]

Да, действительно у CREE довольно неплохие транзисторы, первоначально я и думал использовать CGH40035 (даже моделирование по S параметрам в datasheet дало хорошие результаты) но стоимость порядка 1000у.е. за штуку !!!! заставило думать о другом, более дешевом варианте. Что касается Eudyna тоже рассматривал как вариант, но действительно срок поставки все таки довольно большой, да и стоимость думаю будет не меньше чем у CREE, . Поэтому наверное придется все таки суммировать мощность от менее мощных (более дешвых) GaAs транзисторов. Хотя конечно правильно было бы использовать один нормальный GaN транзистор,

Тут возник еще один вопрос, если я не ошибаюсь то высоковольтные транзисторы более линейны чем низковольтные, в частности по IP3? Или все же у всех транзисторов разница между IP3 и P1 порядка 10dB (учитывая, что все конечно зависит от согласования)???

[RFMAN]

Тут возник еще один вопрос, если я не ошибаюсь то высоковольтные транзисторы более линейны чем низковольтные, в частности по IP3? Или все же у всех транзисторов разница между IP3 и P1 порядка 10dB (учитывая, что все конечно зависит от согласования)???

Все верно, чем выше питание, тем лучше динамические характеристики транзистора, в частности IP3.

Сообщение отредактировал RFMAN - Mar 17 2008, 07:19

[YuriyMatveev]

И все же насколько выше разница между IP3 и P1 для высоковольтных транзисторов по сравнению с низковольтными (допустип теми же GaAs (Uds=8v) у которых она порядка 10 dB) --- не можете сказать по опыту???

[FDS]

Можно поставить 50-вольтовый GaN HEMT. С 50 В питания проще согласовать выходную цепь с 50 Ом нагрузки в широкой полосе частот. Да и ток стока будет сравнительно небольшой (1...1,5 А).

GaN транзисторы делает также Eudyna (бывшее подразделение Fujitsu). С покупкой проблем не было, правда срок поставки - 12-13 недель.

Посмотрите пристёжку.

Прикрепленные файлы

 NPTB00040.pdf ( 512.78 килобайт ) Кол-во скачиваний: 291

 

[grandrei]

И все же насколько выше разница между IP3 и P1 для высоковольтных транзисторов по сравнению с низковольтными (допустип теми же GaAs (Uds=8v) у которых она порядка 10 dB) --- не можете сказать по опыту???

Честно говоря, никогда не пользовался информацией о IP3 при проектировании линейных усилителей мощности. Дело в том, что аналитически эти данные получается при разложении переходной характеристики транзистора в степенной ряд и подразумевают слабую нелинейность. Однако, кроме того ведь имеются нелинейные емкости, да и влияние цепи смещения, особенно у биполярных транзисторов, может оказывать существенное влияние в режиме близком к насыщению. Это возможно разве что для оценок IM3 от мощности и IP3. В сущности, если есть симулятор, то проще получить эти данные непосредственно из симуляции. А в целом, например, для сотовых телефонов, чтобы иметь небольшой запас в стандарте WCDMA, нужна отстройка в 3-4 дБ от мощности насыщения, хотя GaAs HBT транзисторы более линейны, чем SiGe HBT. По опыту, LDMOS транзисторы не столь линейны как биполярные, ввиду более нелинейной входной емкости и передаточной характеристики (колоколообразная характеристика для крутизны, в отличие от аналогичной более плоской для биполярных). При этом, что для высоковольтных, что для низковольтных транзисторов нужна достаточная отсройка от мощности насыщения для обеспечения требуемой линейности. В общем, у каждого транзистора свои индивидуальности.

Сообщение отредактировал grandrei - Mar 17 2008, 11:58

[YuriyMatveev]

При этом, что для высоковольтных, что для низковольтных транзисторов нужна достаточная отсройка от мощности насыщения для обеспечения требуемой линейности. В общем, у каждого транзистора свои индивидуальности.

При необходимой отстройке от мощности насыщния, соответственно упадет и КПД всего УМ (в классе А он и так не велик), поэтому думаю для повышения линейности УМ если нельзя использовать более мощные транзисторы наверное необходимо использовать систему линеаризации. В частности если применить например "Feedforward", насколько она окажется широкополосной???( или все будет опредлсятся характеристиками фазовращателей и направленных ответвителей)?

P.S. необходимо получть разницу между P1 и IP3 порядка 15-17 dB

Понравилось сравнение между усилителями с равными OIP3 : http://www.stealthmicrowave.com/tech/mpd_f...equirements.htm

[grandrei]

Вот в КПД и проблема, и если взглянуть с этой точки зрения, то данные усилители разве что можно использовать как драйверы, но не оконечные мачтовые усилители для базовых станций. При потребелении 66 Вт имеем всего 2 Вт для WCDMA, а сейчас основная задача - это повышение КПД до 20-30%. Кстати, именно этим я сейчас и занимаюсь. Что касается методов линеаризации, то это все не так просто. Там правильно написано, что линеаризация со связью вперед или feedforward сильно зависит от температуры, имеет низкий КПД, плюс узкополосна (в противном случае нужны управляемые аттенюаторы и фазовращатели, что только усложняет всю систему) и требует точной настройки. Цифровые схемы так же не совсем оправдывают свое предназначение, поскольку слишком много надо создавать таблиц коррекции (lookup tables). Предыскажения (predistortion) довольны просты в реализации, но требуют аналогичной нелинейности с основным усилителем. Хотя они сейчас наиболее распространены. На мой взгляд, незаслужено забыта обратная связь по ВЧ (RF feedback), хотя иногда можно встретить и ее. В частности, обратную связь по ВЧ можно также одновременно использовать с коррекцией по огибающей (детекторы на входе и выходе и регулировка смещения или аттенюатора на входе), нашел одну такую статью 56-го года для лампового усилителя. Также для увеличения КПД транзисторы надо использовать смещения в классе AB и возможно некоторую аппроксимацию класса F выходной цепи (плюс возможно простой вариант цифровой коррекции).