Исходные данные: I-Q синтезатор формирует импульсный сигналы частотой 1000 МГц и 1550 МГц, которые разделены по времени (то есть сначала импульс на одной частоте, потом импульс на другой). Далее сигналы коммутируются ключом на разные усилительные каналы, цепи согласования которых настроены на соответствующие частоты. После усиления сигналы суммируются развязанным сумматором (развязка 25 дБ) и подаются на выход устройства. Вот структурная схема:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Задача: Сократить число активных элементов (транзисторов), а так же отказаться от коммутирующего элемента:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Возможна ли данная реализация? И где почитать про проектирование двухдиапазонных усилителей.
Заранее благодарен за любую информацию!

А почему нельзя два узкодиапазонных усилителя?

Варианты:
1. Архитектура 1.
Один на 1000 МГц 10% полоса - там и цепи проще будут на пару порядков
Второй 1550 МГц 10% полоса то же самое.
Коммутаторы тоже левой ногой делаются.
Усилительный блок отдельно. Вход усилителей тоже возможно придётся на 50 ом вешать, смещение убирать, выход защищать. Смотрите по сопротивлениям что там получается.
Единственно на выходе аккуратнее надо элементы подбирать и материал нормальный.

2. Архитектура
950-1550 - это полторы октавы почти. Если такое есть - зачем коммутаторы?
Наверное трансами ещё можно вытянуть
Всё будет зависеть что у вас там по сопротивлению и по согласующим цепям получается. Входы обычно вешают на что-то, если они не работают. Особенно если усиление хорошее. У вас 1 каскад на полторы октавы на децибел 10 -15. 35 Вт -
Формирователь врятли больше 100 мВт выдаёт, ну даже если 300мВт. Значит децибел 20 надо усиление. Считайте что на эту полосу 6-8 dB На каскад. не ошибётесь Либо Драйвер - стандартные широкополосные есть перед мощными транзисторами. пример nxp.com
Проще будет Ф-СЦ950..1М5-У-СЦ950-1М5

Ваш вариант 2 в принципе - возможен:
Не уверен что есть смысл. Если найдёте циркуляторы на эти частоты. Но наверное их размеры превысят эффект от отсутствия активных элементов
Похоже на то что вы собрались "носимо" мешать GPS. ^__^

Если есть один широкополосный усилитель - зачем коммутатор?

Ковыряете любой даташит на тразисторы и ковыряйте модель усилителя который прикладывается. Желательно ковырять нелинейную модель. Трансы и т.д.
Была тема тут. Наши транзисторы тоже делают вроде уже с поддержкой.
Если решитесь на широкополосное согласование рекомендую вот такие транзисторы или чего-то похожее.
Polyfet

Что после вас? после сумматора? Антенна? на 50 Ом?

Ну на нитридных транзисторах вытянуть можно. Например T1G4005528 http://www.bdtic.com/DataSheet/TriQuint/T1G4005528-FS.pdf КСВ приемлимый получить на оба диапазона можно.
Ну или пушпульник с широкополосными балунами на феррите городить как тут https://orca.cf.ac.uk/58895/1/2014SmithRPhD.pdf

Можно. Сейчас Так и есть!


Всё правильно, если один широкополосный усилитель, то коммутатор не нужен. На второй моей картинке его и нет.
Те транзисторы, что стоят сейчас, в принципе, работают в данной полосе, но для получения необходимой мощности для них нужны УЗКОПОЛОСНЫЕ согласующие цепи (как Вы выше написали около 10%, может чуть больше) в этом и проблема.

Найдём


Нет, не GPS.

Что б ковырять любой даташит, нужно иметь право применять ЛЮБОЙ транзистор. У меня транзисторы, разрешённые к применению, ограниченны перечнем ЭКБ, где всё очень печально. Вот "решиться на широкополосное согласование" над этим надо крепко подумать.

Далее вход передатчика (делитель и много усилителей в параллель), а уже потом антенна.
Спасибо за ответ!

Сочувствую. Чтобы что то посоветовать- очень желательно взглянуть на S-параметры разршенных транзисторов. От этого очень зависит можно ли решиться на широкополосное согласование и каким образом.
Потому что если модуль импданса в районе 5 ом это одно, а если около 1 ома- то совсем другое. Оптимально конечно найти что-нибудь с импедансом на 12.5 ома, но при 35 ваттах это зело сомнительно.
Ну и желательно знать совбодное место на плате для согласования. Т.к в габаритах метра на метр согласовть можно практически все, применив коакисальные трансформаторы импедансов.

Вот эти: http://niiet.ru/product/id106
Импедансы в районе 1,22-3.2 Ома. Поэтому и говорил, что широкополосные цепи согласования очень сложно реализовать.

Места что-то около 180 на 140 мм. Это для двух каналов в сумме.

Честно признаюсь, даже после третьего прочтения ничего не понял, возможно, что отупел.
Не понял, что мешает суммарный сигнал синтезировать сразу высокоскоростной логикой?

Если коротко- проблема получить 35 ватт на выходе при перекрытии по диапазону 3/4 октавы для низкоомных СВЧ транзисторов.
Тут возможно надо сконструировать трансформатор 1:4 широкополосный на феррите, а уж потом согласовывать сопротивление 12.5 ом с транзисторами.

По "небольшому" опыту, очень проблематично сделать трансформатор 1:4 на феррите.
ИМХО. Достаточно большие мощности.
Феррит на эти частоты "не существует".
Для большой мощности нужно большое сечение сердечника. А на такой сердечник, если что-то намотать, то наберется много реактивности.
Хотя, если мощность импульсная (скважность >10), то попробовать можно.
Но, проблема еще в том, что кроме активных 1,2...3,2 Ом есть реактивная составляющая импеданса, которая на порядок больше.
Это отношение (добротность) ограничивает возможную полосу согласования (при заданном уровне отражения).
"Боде-Фано" не переплюнуть даже с широкополосными трансформаторами!
И еще. Для широкополосного согласования надо знать зависимость активной и реактивной частей импеданса во всей требуемой полосе частот. Что-то я сомневаюсь, что такие данные существуют. А замерить их, это отдельная работа.

Вариант...
Два узкополосных усилителя.
На входе делитель мощности (или дуплексер). На выходе дуплексер (не сумматор!!!).

Нафиг широкая полоса.
Тут нужны двухчастотные согласующие цепи по типу диплексеров. И Боде-Фано не нарушается, и высокая добротность портов не страшна.
Сперва синтезируются СЦ отдельные на свои узкие полосы пропускания, затем соединяются параллельно (объединяются) и опять проверяется согласование. При необходимости в точку объединения вводятся дополнительные корректирующие цепочки в виде отрезков полосковых линий (для компенсации лишних реактивностей)

Согласен. Хороший вариант. И ИНСТРУМЕНТы для этого есть.
Не то, что раньше калькулятор и СМ-4.

Только сложно будет выходные цепи на десятки ватт сделать. С электрической прочностью элементов будут сложности, если их не делать распределенными.

Всё верно.

Феррит на такую мощность, ну не знаю (а насыщение). Как писали выше, я думаю, не получится



А почему не сумматор? Сейчас сделано именно так и всё работает.


Я извиняюсь, тут посты вообще не читают? Моя вторая структурная схема как раз отражает то, что Вы пишете. Я как раз и спрашиваю, возможна ли такая реализация и как у неё с устойчивостью? Кто нибудь так делал?


Они и сейчас наполовину распределённые, так что это не страшно, место есть.

Мне вот тут какую идею подали. Сделать согласующую цепочку с двумя горбами (по сути с двумя полосами пропускания) и даже пример реализации показали. Кто что думает. Может получится?

Про эту согласующую цепочку Proffesor и писал.
Вещь реализуемая. Вот, только надо "отследить", чтобы усилитель не загудел на частоте между этими двумя горбами.
Только не очень представляю себе как это сделать без "минимальных диплексеров".
...
Если складывать два усилителя на сумматоре, то потеряете на сумматоре для каждого усилителя половину мощности (35 Вт это не шутки!).

Мотать там ничего не надо. Хитрые вырезы в печатой плате с полосковой линией и вложеными в пазы сердечниками. Только ферритовые бусины пилить прийдется. Отечественный 20ВЧ прекрасно подойдет. Можно расширить диапазон используя два разных феррита, но тут это не требуется.
Конструкцию смотреть в патенте US5808518 https://www.google.com/patents/US5808518
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Вот бы такой же трасформатор для 1:9 сообразить. Только он двухэтажный получается.

Насколько я знаю двухдиапазонные или двухполосные усилители уже довольно давно применяются в передатчиках, например, в базовых станциях. Посчитать двухполосную согласующую цепь сложно, но возможно. Т.е. это будет именно СЦ с двумя горбами. Причем на каждой центральной частоте можно добиться оптимального согласования по мощности и кпд, между полосами стараются сделать, чтобы не было усиления. Примеры подобных работ можно загуглить по запросу "dual band power amplier" (ну можно еще добавить GaN). Хорошие статьи пишут итальянцы, например, Paolo Colantonio (http://ieeexplore.ieee.org/document/6176279/).

Вот еще примеры работ:

https://uwspace.uwaterloo.ca/bitstream/hand....pdf?sequence=1 (целая диссертация)

https://ai2-s2-pdfs.s3.amazonaws.com/0626/d...be1c5f0b6de.pdf

Пишут даже наши соотечественники:

http://ieeexplore.ieee.org/document/6269905/

https://elibrary.ru/item.asp?id=23035378

Поэтому вердикт - может получится, примеров полно, зависит все от вас, от наличия хорошей модели транзистора. Сейчас уже triple band хотят проектировать (или уже сделали).

Так в GaN то как раз и проблема- нитридные транзисторы намного более "высокоомные" по сравнению с GaAs. И согласовать ( в том числе и в двух диапазонах) 5-омный нитридный намного проще, чем 1-омный арсенидный.

Готовые модули у корейцев есть. Большой выбор. Вот например 50Вт в диапазоне 500....2500МГц.
http://rfhic.com/eng/prod/view.html?idx=197

А трансформаторы не нужны. Там стоят сплиттеры квадратурные широкополосные.

Получается никто ничьи не читает. Нарисовать на структурной схеме и сделать - две большие разницы. Берете сильносигнальную линейную модель усилителя (файл s2p), засовываете в схемный симулятор AWRDE и играетесь пока не получатся нужные значения КСВ в нужных полосах, и еще коэффициент устойчивости проверите в симуляторе.

Ну это да, не спорю, скорее всего у ТС транзисторы GaAs, согласовать будет посложнее. Вбить GaN я советовал потому что сейчас именно статей по двухполосным усилителям мощности больше всего именно на GaN.



Тут наверно имеется ввиду "или файл s2p"?

Самое лучшее это конечно взять нелинейную модель, использовать load pull моделирование, чтобы определить оптимальные импедансы для выходной мощности (ну или допустим вы уже знаете оптимальные импедансы, тогда не надо load pull), а потом проектируете СЦ. Метод Professor'a наверно единственный предложенный по существу проблемы, только объединять надо все-таки надо последовательно, а потом подстраивать номиналы элементов, шлейфы добавлять. По крайней мере не понял как их делать параллельно, только если через переключатель? Но на какую нагрузку будет работать усилитель во время переключения и что с ним будет?

Насколько я понял, Proffesor писал про две согласующие цепи в параллель. Как на моём втором рисунке.
Мне же подсказали (и вон sp1noza ниже пишет) про одну согласующую цепь, но с двумя полосами пропускания.

Да, понял свою ошибку, немного не так, как есть в реальности схему нарисовал, извиняюсь.

Спасибо за ссылки. Почитаю, подумаю. Файлы s-параметров производитель предоставляет, так что можно моделировать. Меня устойчивость больше смущает.


Нелинейной модели нет точно, а вот оптимальные импедансы производитель приводит, как и файл s-параметров.

Там не так просто- в каждом плече двухкаскадный усилитель, и после первого каскада нет перехода на 50 ом, цепь низкоомная. Поэтому по входу мощного транзистора можно согласоваться в широком диапазоне. А выход каждого мощного транзистора имеет трансформаторы 1:4 на ферритовых биноклях. И только потом мост-сумматор квадратурный.

Вот 100-ваттный транзистор, включенный без трансформаторов, на нем сделан усилитель с полосой 500....2200МГц, приведена АЧХ, но верится с трудом в такую полосу.
http://www.wolfspeed.com/index.php/downloa...0/cghv40100.pdf

Пробовал изделия CREE. Все, что пишут в даташитах, вполне работает. Только есть нюанс - устойчивость придется достигать своими методами. В данном усилителе, фактически, используется длинная линия переменного сопротивления. Такие схемы неадекватны на несогласованной нагрузке. А сделать нагрузку, которая еще и излучать нормально будет, для такой полосы реальная проблема.

Почему устойчивость смущает? S-параметры есть, смотрите коэффициент устойчивости.
Так то любая согласующая цепь это многорезонансная структура.
Проблемы могут быть следующие - выходная цепь увеличится, возрастут потери.
По входу тоже надо будет городить двухполосную СЦ.

Вот еще один пример:
http://www.wolfspeed.com/downloads/dl/file..._amplifiers.pdf

Вы правы, но всё равно (по опыту разработки и доводки подобныъх одночастотных усилителей) получить сразу на выходе так же как в модели у меня не получалось. Обычно приходится отстраивать и доводить до ума уже на макете.



Потери нужно будет, естественно, учитывать. Усилитель не однокаскадный (на картинках нарисовал упрощённо), а предкаскады широкополосные и есть возможность поднять там усиление.


Спасибо, похоже то, что нужно. Изучу повнимательнее.

Разбирал не так давно американские усилители G-Way, похожая технология. Не додумался сфотографировать.
Ещё подсмотрел простую, но почему-то не очевидную для меня до этого систему датчика КСВ. На выходе для защиты стоит циркулятор. Значение прямой волны просто снимается детектором в точке между выходным каскадом и циркулятором, а отраженной вторым детектором с поглощающей нагрузки циркулятора. Это, безусловно, не измерительный прибор, но свои функции выполняет прекрасно, как для встроенной системы ALC, так и для внешней индикации. Это, в свою очередь, позволило избежать применения внешнего измерителя КСВ в конечном оборудовании, а значит уменьшить потери на самом измерителе и разъёмах, ну и сэкономить на всём этом.

А давно изобрели столь широкополосные циркуляторы?

Кстати, а возможна реализация дуплексера на микрополосках? Не разу не видел, может есть, где почитать?

Я словом не обмолвился, что усилители были на полосу частот 500 - 2500 МГц. Всё же у ТС диапазон, мягко говоря, поуже. Хотя Ваш вопрос меня тоже озадачил, а, что там сейчас такого бывает. Вот по первой же попавшейся в гугле ссылке 800 - 2000 МГц http://www.e-meca.com/circulator-isolator/...lators/cn-1-400 . Не 500 - 2500, и изоляция не очень большая, но и не 10% от центральной частоты.

Диплексер на ваши частоты на делается легко. Вот проект в MWO. Малость не доделан.
А вот что получилось после оптимизации.

А. Это я на и МПЛ с фильтрами могу нагородить. В тех же габаритах. Все, что меньше 20 дБ, хотя бы, не циркулятор, а пародия на него.