Ограничительные свойства серийных малошумящих усилителей

Ограничительные свойства серийных малошумящих усилителей

1 2 2 Зикий А.Н., Пустовалов А.И., Сальный И.А.

1 Институт компьютерных технологий и информационной безопасности Южного федерального университета, Таганрог 2АО «Таганрогский НИИ связи», Таганрог

Аннотация: Проведено экспериментальное исследование амплитудных характеристик малошумящих усилителей СВЧ диапазона типа АС 180400-071 производства ЗАО «СКАРД-Электроникс». Показано, что мощность насыщения может меняться от 34 до 75 мВт при входной мощности 10 мВт. На ряде частот монотонность амплитудной характеристики не обеспечивается.

Ключевые слова: усилитель-ограничитель, мощность насыщения, измерительная установка, амплитудная характеристика

При проектировании измерителей несущей частоты импульсных радиосигналов чаще всего на входе устанавливают усилитель-ограничитель [1,2]. Это позволяет устранить зависимость результатов измерения от мощности входного сигнала. В качестве усилителей-ограничителей чаще всего приходится использовать линейные МШУ в режиме насыщения [3]. МШУ, предназначенные для работы в линейном режиме уступают по электрическим характеристикам специализированным усилителям-ограничителям, но в ввиду отсутствия последних, в т. ч. работающих в миллиметровом диапазоне частот, с этим приходится мириться.

Целью настоящей работы является экспериментальное исследование нелинейных свойств серийных МШУ типа АС180400-071 производства ЗАО «СКАРД-Электроникс» [4,5].

Справочные данные МШУ приведены в таблице 1.

Таблица 1 Справочные данные усилителей АС180400-071

Наименование параметра, единица измерения Значение параметра

Коэффициент усиления, не менее, дБ 30

Коэффициент шума, не более, дБ 6

Выходная мощность, не менее, мВт 30

Напряжение питания, В 12

Максимальный ток, не более, мА 250

Тип СВЧ соединителей К, гнездо

Диапазон рабочих частот, ГГц от 18 до 40

Как правило, в справочных данных не указывается уровень насыщения МШУ, неравномерность уровня насыщения в полосе рабочих частот, максимально допустимая входная мощность и другие важные параметры, поэтому данные исследования являются актуальными.

Исследование нелинейных характеристик трех образцов усилителей АС180400-071 проводилось на автоматизированной измерительной установке, схема которой приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Структурная схема измерительной установки

Установка включает в себя объединенные в сеть приборы компании Keysight Technologies и GWINSTEK, имеющих в своем составе LAN и USB интерфейсы. Управление приборами производилось с помощью

специализированного программного комплекса. Данный программный комплекс позволяет взаимодействовать с приборами, поддерживающих БСРЛ-команды. Применение автоматизированного подхода позволяет избавиться от трудоемкого снятия характеристик ручным способом, увеличить скорость и количество измерений в единицу времени, а также устранить неизбежные ошибки, возникающие из-за человеческого фактора.

Особенностью применения программного комплекса, использующим БСР1-команды, является гибкая и быстрая настройка приборов измерительной установки для текущей задачи. Таким образом был реализован контроль тока и напряжения усилителя в реальном времени для оперативного отключения выхода блока питания в случае превышения усилителем максимального токопотребления, автоматическое пошаговое изменение частоты и мощности генератора, а также синхронизация значения частоты, на которой измеряется мощность и выходной частоты генератора.

Амплитудные характеристики снимались в рабочем диапазоне усилителей от 18 до 40 ГГц с шагом 1 ГГц по частоте и от минус 30 до 10 дБмВт с шагом 1 дБмВт по входной мощности. Результаты измерений автоматически записывались в текстовый файл для последующей обработки. Амплитудные характеристики трех образцов усилителей приведены на рисунках 2 - 4 соответственно. Кривые на рисунках 2 - 4 позволяют сделать количественные выводы.

18 ГГц 22 ГГц 26 ГГц 33 ГГц 40 ГГц

-30-28-26-24-22-20-18-16-14-12-10 -8 -6

Рвх, дБмВт

Рисунок 2 - Амплитудные характеристики МШУ АС180400-071 (серийный

№090416093)

18 ГГц 22 ГГц 26 ГГц 33 ГГц 40 ГГц

-30 -28 -26 -24-22 -20 -18 -16 -14-12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6

РвХ, ДБмВт

Рисунок 3 - Амплитудные характеристики МШУ АС180400-071 (серийный

№090416094)

I-

ш

75 70 Н 65 60 -55 -50 -45 -40 35 30 -25 -20 -15 -10 5

0

18 ГГц 22 ГГц 26 ГГц 33 ГГц 40 ГГц

-30 -28 -26 -24 -22 -20 -18-16 -14-12-10

Рву, дБмВт

Рисунок 4 - Амплитудные характеристики МШУ АС180400-071 (серийный

№090416095)

Выводы:

1. Проведено экспериментальное исследование ограничительных свойств серийных МШУ типа АС180400-071 производства ЗАО «СКАРД-Электроникс»;

2. Уровень ограничения имеет разброс от 34 до 75,6 мВт при входной мощности 10 мВт на различных частотах, что не превышает 3,5 дБ и является приемлемым для практики;

3. При каскадировании двух одинаковых МШУ для исключения выхода из строя второго МШУ целесообразно между ними установить развязывающий аттенюатор с фиксированным затуханием;

4. На многих частотах монотонность амплитудной характеристики не обеспечивается. На каждом из рисунков 2 - 4 таких кривых три из пяти.

5. Результаты данного исследования могут найти применение в приемниках СВЧ [1, 6, 7, 8, 9, 10].

Литература

1. TSUI J.B.Y. Microwave Receivers with Electronic Warfare Applications. Wiley-Interscience Publication, 1986, 460 p.

2. Василенко В.Э., Дикарев Б.Д., Зикий А.Н., Сальный И.А. Экспериментальное исследование приемника мгновенного измерения частоты. Известия ЮФУ, серия Технические науки, 2008, №3, с. 168171.

3. Шварц Н.З. Линейные транзисторные усилители СВЧ. М.: Сов. радио, 1980, 368 с.

4. Каталог СВЧ электроники, Курск, ЗАО «СКАРД-Электроникс», 2011, 78 с.

5. Малошумящие усилители СВЧ диапазона. Каталог. Курск, ЗАО «СКАРД-Электроникс», 2013, 9 с.

6. Контрольно-измерительная аппаратура и элементы СВЧ тракта. Томск, ЗАО НПФ "Микран" 132 c.

7. Коаксиальные, волноводные и оптические устройства. Каталог ННИПИ "Кварц". Нижний Новгород, "Кварц", 2002. 81с.

8. Пустовалов А.И. Двухканальное приёмное устройство СВЧ диапазона // Инженерный вестник Дона, 2010, №2 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2010/195.

9. Шурховецкий А.Н. Многоканальная частотно-избирательная система СВЧ диапазона на основе направленных фильтров бегущей волны // Инженерный вестник Дона, 2010, №4 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2010/292.

10. Skolnic. Radar Handbook. N.Y. McGrow-Hill Companies. 2008. 1351 c.

References

1. TSUI J.B.Y. Microwave Receivers with Electronic Warfare Applications. Wiley-Interscience Publication, 1986, 460 p.

2. Vasilenko V.Je., Dikarev B.D., Zikij A.N., Sal'nyj I.A. Izvestija JuFU, serija Tehnicheskie nauki, 2008, №3, p. 168-171.

3. Shvarc N.Z. Linejnye tranzistornye usiliteli SVCH [Linear transistor microwave amplifiers.] M.: Sov. radio, 1980, 368 p.

4. Katalog SVCH ehlektroniki. [Catalogue of microwave electronics.] Kursk, ZAO «SKARD-Jelektroniks», 2011, 78 p.

5. Maloshumyashchie usiliteli SVCH diapazona. [Low-noise amplifiers of microwave range.] Kursk, ZAO «SKARD-Jelektroniks», 2013, 9 p.

6. Kontrol'no-izmeritel'naya apparatura i ehlementy SVCH trakta. [Test equipment and elements of the microwave channel.] Tomsk, ZAO NPF "Mikran" 132 p.

7. Koaksial'nye, volnovodnye I opticheskie ustrojstva. [Coaxial, waveguide and optical devices.] Katalog, NNIPI "Kvarc", Nijniy Novgorod, "Kvarc", 2002, 81 p.

8. Pustovalov A.I. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2010, №2 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2010/195.

9. Shurhoveckij A.N. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2010, №4 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2010/292.

10. Skolnic. Radar Handbook. N.Y. McGrow-Hill Companies. 2008. 1351 p.