Два малошумящих усилителя

Два малошумящих усилителя

1 3

А.Н. Зикий , П.Н. Зламан ,

3 2

С.О. Мамченко , А.И. Пустовалов

1 Институт компьютерных технологий и информационной безопасности Южного федерального университета, Таганрог 2АО «Таганрогский НИИ связи», Таганрог 3Научно-конструкторское бюро МИУС Южного федерального университета, Таганрог

Аннотация: Проведено экспериментальное исследование двух малошумящих усилителей. Первый усилитель содержит один каскад на микросхеме HMC374, второй МШУ содержит два каскада на той же микросхеме. Получены амплитудные и амплитудно-частотные характеристики обоих усилителей, проведено сравнение с паспортными характеристиками. Усилители соответствуют паспортным данным по всем параметрам, кроме мощности насыщения на верхней граничной частоте.

Ключевые слова: Малошумящий усилитель, амплитудно-частотная характеристика, амплитудная характеристика, мощность насыщения.

Отечественная и зарубежная электронная промышленность выпускает значительное количество усилителей мощности на диапазон частот от единиц мегагерц до десятков гигагерц. [1-3]. Разнообразие предъявляемых требований к усилителям не позволяет использовать узкую номенклатуру микросхем и транзисторов, поэтому элементная база высокочастотных усилителей постоянно совершенствуется.

Целью настоящей работы является экспериментальное исследование основных характеристик двух малошумящих усилителей на микросхеме фирмы Analog Device HMC374. [5]. Первый усилитель содержит один каскад усиления на микросхеме HMC374. Его схема типовая и здесь не приводится. Второй усилитель состоит из двух микросхем того же типа. Его схема приведена на рисунке 1. Он содержит развязывающий аттенюатор 4,5 дБ между микросхемами усилителей.

В соответствии с указанными схемами были изготовлены макеты усилителей, фотография которых приведена на рисунке 2.

Рисунок 1 - Принципиальная схема двухкаскадного усилителя

Рисунок 2 - Фото двух усилителей Однокаскадный МШУ выполнен на трехслойной печатной плате из фольгированного диэлектрика размером 23,5x31x1,5мм. Все детали и проводники выполнены на одной стороне печатной платы. Другая сторона полностью металлизирована. Двухкаскадный МШУ собран на трехслойной печатной плате из фольгированного диэлектрика размером 26x56,5x1,5мм. Для включения в измерительный тракт оба МШУ снабжены гнездами типа БМЛ [4].

Эксперименты проводились на установке, содержащей векторный анализатор цепей типа N52300, комплект кабелей, переходов и источник питания типа 0РВ-7303б.

В первом эксперименте снимались амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) однокаскадного МШУ. Результат измерений показан на рисунке 3 при входной мощности минус 20 дБм.

Во втором эксперименте исследовалась амплитудная характеристика однокаскадного МШУ на частоте 3 ГГц. Результат измерений изображен на рисунке 4.

В третьем эксперименте получена АЧХ двухкаскадного МШУ. Рисунок 5 отображает результат измерений при входной мощности минус 30 дБм.

В четвертом эксперименте была получена амплитудная характеристика двухкаскадного МШУ. На рисунке 6 можно видеть результат измерения на частоте 3 ГГц.

Г1й Tf.aée^Çlian f Ji.j:~ utility Help

Power Level ||-20.00 dBm [j]

Transform f Gating |Tran storm Start/Stop ^ | 264.055 psec ^ 12.000000 nsac ^ Mora...

S21 LugM 2.000JB/ 16.0dB

18,00 10.00

14.00

10.00

8.00

6.00

4.00

2.00

0.00 -2.00

5 1: 3 00 GHz 7.7 dB

/Л

SjChl: Start 10.0000 MHz -

Stop 3.00000 GHz

M <~Ж ЭШ'Шэ» ШЯшШгъе:

* Power Level

Power ON I off

Power...

Power and Attenuators...

Start Power

Stop Power

More

Рисунок 3 - АЧХ однокаскадного усилителя

B,1 LogM 10.00 dB m/ 4.00dBm

Cont. CH 2: B.1_No Cor_Smooth=2.50%_LCL

Рисунок 4 - Амплитудная характеристика однокаскадного усилителя на

частоте 3 ГГц.

|лТ| File Trace/Chan Response Marker/Analysis Stimulus Utility Help

32.00 27.00

-22.00

12.00

7.00 b

-3.00

I S2! I .|I|M ;..ÜI)0rlli /.IWclU

1 >Ch1: Start 10.0000 MHz-

Sc 8H: еазмь

Power Level ||-30.00 dBm [j]

i 1: 311 1.И MHz 27;3 dB

/

/

Ла

* Power Level

Power ON I off

Power...

Power and Attenuators...

Start Power

Stop Power

More

Stop 3.00000 GHz

Рисунок 5 -АЧХ двухкаскадного усилителя

pie' Тгаре^эгр Marker^r^àfyatsr 'Stimulus : Help-,

-IM*!

^ <

Power Level

-30.00 dBm

15.00

10.00

o.oo

-5,00 *

-10.00

-20.00

-25.00

| B,1 LofjM S.OOOriBm/ -5.00dBm

-30.00

2 >Ch2: Start 30.000 dBm -

CW 3.00000 GHz

? 1: 10 00 dBm 14.2 dBm

\

У

^ 1 ;veled. source 1 |

* Power Level

Power ON | off

Power...

Power and Attenuators...

Start Power

Stop Power

Stop 10.000 dBm

More

mm fffi B.1

Рисунок 6 - Амплитудная характеристика двухкаскадного усилителя на

частоте 3 ГГц.

В пятом эксперименте была проведена дополнительная проверка мощности насыщения в связи с тем, что на частоте 3 ГГц мощность насыщения не соответствует паспортным данным. Для этого был использован измерительный стенд, содержащий генераторы стандартных сигналов Г4-76А (0,4 -1,2 ГГц) и Г4-80 (2,56 - 4 ГГц), анализатор спектра ОБР-827 и источник питания 0РБ-7303. На частоте 2,7 ГГц при Рвх=6 дБм была получена выходная мощность 15 дБм. На частоте 1,2 ГГц при Рвх=0 дБм получена выходная мощность 16.. .17 дБм. На частоте 0,4 ГГц при Рвх=0 дБм получена выходная мощность 20 дБм.

При проведении данной работы был использован предыдущий опыт авторов [3,6,9], а также других исследователей [7,8].

Выводы

1.Результаты измерений сведены в таблицу, из которой видно, что оба усилителя соответствуют паспортным данным или приближены к ним.

Таблица

Наименование параметра, размерность 1 каскад 2 каскада

измерено паспортные данные измерено паспортные данные

Коэффициент усиления на частоте 0,3 ГГц,дБ 15,3 12 -15 27,3 24 - 30

Коэффициент усиления на частоте 3 ГГц,дБ 7,7 6 - 9 11 12 - 18

Мощность насыщения, дБм, при Рвх=10 дБм, £=3 ГГц 13 23 14,2 23

Мощность насыщения, дБм, при Рвх=0 дБм, £=0,4 ГГц 20 23 20 23

Входная мощность в точке перегиба амплитудной характеристики, дБм +8 - +4 ... 5 -

Неравномерность АЧХ в полосе от 0,3 до 3 ГГц, дБ 7,1 9 16,3 18

Ток потребления, мА 71 90 142 180

2.Исследованные усилители могут найти применение в радиоприёмных устройствах СВЧ[9,10].

Литература

1. Белов Л.А. Устройства формирования СВЧ-сигналов и их компоненты. Учебное пособие. - М.: Издательский дом МЭИ, 2010. -320 с.

2. Карпов Ю. Отечественные транзисторные усилители СВЧ. Компоненты и технологии, 2007, №1, с. 86-92.

3. Зикий А.Н., Сальный И. А., Пустовалов А.И. Ограничительные свойства серийных малошумящих усилителей. Инженерный вестник Дона, 2016, №4 URL:ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2016/3774

4. Джуринский К.Б. Миниатюрные коаксиальные радиокомпоненты для микроэлектроники СВЧ. - М.: Техносфера, 2006. - 2016 с.

5. HMC374/HMC374E. SMT PHEMT Low Noise Amplifier 0,3 - 3,GHz. Analog Device, v.00.0045. - 6 p.

6. Зикий А.Н., Зламан П.Н., Власенко Д.В. Экспериментальное исследование усилителя мощности сантиметрового диапазона. Вопросы специальной радиоэлектроники, серия общие вопросы радиоэлектроники. 2013, №1, с.136 -139.

7. Pieter L.D. Abrie. Design of RF and Microwave Amplifiers and Oscillators. Boston, London. Artech House Publishers. 2009. -480 p.

8. Devendra K. Misra. Radio-Frequency and Microwave Communication Circuits: Analysis and Design. John Wiley & Sons, Inc. 2001. -632 p.

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

10. Receiving Products: Amplitude and Frequency measurement. Elisra Microelectronics, 77 p.

References

1. Belov L.A. Ustroystva formirovaniya SVCh-signalov i ikh komponenty. Uchebnoe posobie [Devices for the formation of microwave signals and their components]. M.: Izdatel'skiy dom MEI, 2010. 320 p.

2. Karpov Yu. Otechestvennye tranzistornye usiliteli SVCh. Komponenty i tekhnologii, 2007, №1, p. 86-92.

3. Zikiy A.N., Sal'nyy I.A., Pustovalov A.I. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2016, №4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2016/3774.

4. Dzhurinskiy K.B. Miniatyurnye koaksial'nye radiokomponenty dlya mikroelektroniki SVCh [Miniature coaxial radio components for microwave microelectronics]. M.: Tekhnosfera, 2006. 2016 p.

5. HMC374/HMC374E. SMT PHEMT Low Noise Amplifier 0,3 - 3,GHz. Analog Device, v.00.0045. 6 p.

6. Zikiy A.N., Zlaman P.N., Vlasenko D.V. Voprosy spetsial'noy radioelektroniki, seriya obshchie voprosy radioelektroniki. 2013, №1, p.136 -139.

7. Pieter L.D. Abrie. Design of RF and Microwave Amplifiers and Oscillators. Boston, London. Artech House Publishers. 2009. 480 p.

8. Devendra K. Misra. Radio-Frequency and Microwave Communication Circuits: Analysis and Design. John Wiley & Sons, Inc. 2001. 632 p.

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

10. Receiving Products: Amplitude and Frequency measurement. Elisra Microelectronics, 77 p.