УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ СВЧ-ДИАПАЗОНА

Полезная модель относится к радиотехнике, в частности к передающим устройствам и может быть использована в оконечных усилителях мощности широкополосных систем связи (ШСС), предпочтительнее данный усилитель использовать в радиомодемах международного стандарта IEE802.11.
Известны малошумящие усилители мощности по балансной схеме, которые в простейшем случае содержат два квадратурных 3-дБ направленных ответвителя, образованных из четверть волновых отрезков микрополосковых линий, см. «Радиоприемные устройства», под ред. Н.Н.Фомина, М, Р и С, 1996 г, стр. 236-237.
К недостаткам следует отнести избыточное усиление на нижних частотах, которое устраняется введением реактивных или диссипативных выравнивающих цепей, что ведет к усложнению схемы и следовательно к увеличению габаритно-массовых характеристик (ГМХ), что иногда неприемлемо.
Известны усилители мощности на полевых транзисторах СВЧ, в состав которых входят активный элемент (полевой транзистор), входная и выходная согласующие цепи, цепи питания и смещения, см. «Микроэлектронные устройства СВЧ», под ред. Г.И.Веселова, М, «Высшая школа», 1988 г., стр. 160-173, ПРОТОТИП.
К недостаткам таких усилителей относится: наличие вспомогательных цепей подавления паразитных колебаний, нестабильность работы при низких и высоких температурах (+60°С).
Технической задачей полезной модели является повышение стабильности работы усилителя во всем рабочем диапазоне частот и при воздействии широкого колебания температур от минус 60°С до +60°С.
С этой целью предлагается усилитель мощности СВЧ-диапазона, содержащий усилитель на полевом транзисторе, СВЧ-детектор на диоде Шоттки, СВЧ-переключатель, исполнительный элемент, инвертор напряжения и драйвер СВЧ-переключателя со Следующими соединениями: выход передатчика (передатчик условно не показан) соединен с сигнальным входом усилителя на транзисторе или микросхеме, и входом СВЧ-детектора, выход усилителя соединен с сигнальным входом СВЧ-переключателя, а выход СВЧ-детектора через исполнительный элемент и драйвер СВЧ-переключателя соединен с первым управляющим входом СВЧ-переключателя, выход инвертора напряжения соединен с управляющими входами усилителя на транзисторе или микросхеме и драйвера СВЧ-переключателя, второй выход последнего соединен со вторым управляющим входом СВЧ-переключателя, выход которого соединен с приемником, а вход/выход с внешней антенной; СВЧ-переключатель выполнен на циркуляторе. причем выход усилителя на транзисторе соединен с входом циркулятора, выход инвертора напряжения соединен с управляющим входом усилителя на транзисторе, вход/выход циркулятора соединен с внешней антенной, а выход с входом приемника.
На фиг.1 изображена структурная схема усилителя мощности СВЧ-диапазона с переключателем, на фиг.2 - с циркулятором, на которых изображено: 1 - усилитель на транзисторе или микросхеме, 2 - инвертор напряжения, 3 - СВЧ-детектор на диоде Шоттки, 4 - исполнительный элемент, 5 - СВЧ-переключатель, 6 - драйвер СВЧ-переключателя, 7 - цирку-лятор.
Усилитель мощности СВЧ-диапазона имеет следующее соединения:
выход передатчика (передатчик условно не показан) соединен с сигнальным входом усилителя 1 на транзисторе или микросхеме и входом СВЧ-детектора 3, выход усилителя 1 соединен с сигнальным входом СВЧ-переключателя 5, а выход СВЧ-детектора 3 через исполнительный элемент 4 и драйвер СВЧ-переключателяб соединен с первым управляющим входом
СВЧ-переключателя 5, выход инвертора напряжения 2 соединен с управляющими входами усилителя 1 на транзисторе или микросхеме и драйвера СВЧ-переключателя 6, второй выход последнего соединен со вторым управляющим входом СВЧ-переключателя 5, выход которого соединен с приемником, а вход/выход с внешней антенной, СВЧ-переключатель 5 выполнен на циркуляторе 7, причем выход усилителя на транзисторе 1 соединен с входом циркулятора 7, выход инвертора напряжения 2 соединен с управляющим входом усилителя на транзисторе 1, вход/выход циркулятора 7 соединен с внешней антенной, а выход с входом приемника.
Узлы полезной модели могут быть выполнены на следующих ЭРЭ и ИМС:
- усилитель 1 на транзисторе SHF-0289 на арсениде галлия фирмы Stunford Microdevices, см. http://www//stanfordmicrocom. EDS-101241 Rev A.
- СВЧ-переключатель 5 арсенид-галлиевый переключатель SW-438 фирмы МА-СОМ, см. Tyco/Electronics.
- драйвер СВЧ-переключателя 6 это быстродействующий мультиплексор аналоговых сигналов ADG 774ABRQ фирмы Analog De-viceslnc., 2001, www.analogcom.
- инвертор напряжения 2 на ИМС ICL 7660, фирмы Analog Device-sinc., 2001, www.analogcom.
- диод Шоттки на HSHS2850, см. Series Technical Data. Communications Components Designers Catalog Hewlett Packard/ 59966-0895E (9/97).
- исполнительный элемент 4 на транзисторе КТ3130, см. Справочник. Полупроводниковые приборы. Транзисторы малой мощности, М, Р и С, 1994, стр. 263.
- циркулятор 7, разработки ФГУП «Феррит-Домен», г.Санкт-Петербург.
Усилитель мощности СВЧ-диапазона работает следующим образом.
Предлагаемый усилитель предназначен, в основном, для использования в радиомодемах, как средства связи для высокоскоростного обмена данными, то к ним предъявляются весьма жесткие требования, а именно минимальные габаритно-массовые характеристики (ГМХ) и низкое энергопотребление, обусловленные их подключением непосредственно к переносным компьютерам. Переносные компьютеры имеют невысокую выходную мощность передатчика (30-100 мВт), следовательно встает вопрос о значительном повышении выходной мощности. Переносной компьютер имеет один СВЧ-разъем типа PC MCIA, используемый для подключения антенны, переключение прием-передача происходит внутри его, т.к. эта система - с временным разделением. Следовательно встает проблема разделения каналов приема и передачи с целью усиления последнего и по возможности минимального ослабления первого. Для этого используется активный переключатель 5. Для получения сигнала управления этим переключателем используется СВЧ-детектор 3 на диоде Шоттки. В качестве активного элемента усилителя использован полевой транзистор 1, который обеспечивает выходную мощность не менее 30 дБл на частотах 2,45-5,5 ГГц при входной мощности 20 дБл.
С выхода транзисторного усилителя 1 усиленный сигнал поступает на СВЧ-переключатель 5, который обеспечивает малое затухание при прямом происхождении сигнала (не более 0,7 дБ на 2,4 ГГц), высокую изоляцию (не менее 25 дБ) и практически не потребляет энергии (менее 10 мкА на 3 В). Обычно полевые СВЧ-переключатели управляются отрицательным напряжением, поэтому еще одним его достоинством является возможность управления как отрицательным, так и положительным напряжением. СВЧ-переключателем 5 управляет СВЧ-драйвер 6, в роли которого в данной схеме выступает быстродействующий мультиплексор аналоговых сигналов, в функции которого входит одновременное переключение сигналов на управляющих входах СВЧ-переключателя 5 по сигналу обнаружения
мощности на входе СВЧ-детектора 3, передающего через исполнительный элемент 4.
Таким образом такое построение схемы позволяет решить поставленные задачи при: сверхнизком потреблении энергии, предельно малых ГМХ, высоких частотах приема/передачи, высоких (в пределах необходимых) выходных мощностях.
Вместо активного переключателя 5 возможно применение пассивного элемента: циркулятора 7, практически при тех же ГМХ обладает почти такими же техническими характеристиками, а при применении более мощного транзистора в усилителе 1 можно получить выходную мощность не менее 450 мВт при входной 100 мВт. В качестве печатной платы можно применить вместо текстолита фторопласт с более лучшими диэлектрическими свойствами, при этом существенно улучшить частотные и мощностные характеристики.