Диссертация (1090806), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Ток потребления 220 мАпри напряжении питания 5 В. Усилитель B имеет более высокий коэффициентпередачи – около 21 дБ, но и возросший коэффициент шума до 5-6 дБ, при хорошемсогласовании входа и выхода, КСВН менее 2 (рисунок 1.12). Усилитель имеетсамый низкий ток потребления, менее 160 мА при напряжении питания 5 В.Усилитель C имеет еще более высокий коэффициент передачи до 40 дБ, прикоэффициенте шума 4 дБ (рисунок 1.13). Недостатком является согласование входаи выхода – обратные потери более -10 дБ, значение КСВН составило около 2.6.
Токпотребления составил 227 мА при напряжении питания 5 В.В документации указано, что при работе усилителей необходим теплоотвод.а)б)в)Рисунок 1.11 - Графики зависимостей S-параметров от частоты (а, б, в) отчастоты усилителя RF-LAMBDA R50G69GSA—38 —а)б)в)Рисунок 1.12 - Зависимости S-параметров от частоты (а, б, в) усилителя RFLAMBDA R50G69GSBа)б)—39 —в)Рисунок 1.13 - Малошумящий усилитель RF-LAMBDA R50G69GSС: графикизависимостей S-параметров (а, б, в) от частотыДва МШУ диапазона 57-65 ГГц доступны у компании Ducommun [48].
Насайте производителя отсутствуют данные о топологии и графики характеристик,доступны лишь текстовые спецификации. Усилители построены по pHEMTтехнологии, имеют одинаковый коэффициент шума (6 дБ) и работают приодинаковом напряжении питания (12 В), отличаются лишь коэффициентамипередачи и токами потребления. Так МШУ с коэффициентом передачи 15 дБ имеетток потребления 100 мА, а МШУ с коэффициентом передачи 30 дБ имеет токпотребления 150 мА.
КСВН усилителя по входу и выходу равен 2.Необходимо упомянуть о наличии целого перечня усилителей у компанииNorden Millimeter (более 10 штук) [49], однако доступны лишь результатыизмерений основных параметров на нескольких частотах, поэтому эти усилителине указаны в таблице 2. Усилители для диапазона 40-60 ГГц имеют коэффициентпередачи от 10 до 50 дБ, при этом все имеют хорошее согласование, значениеКСВН входа и выхода не превышает 2.5. Напряжение питания не указано, известнылишь токи потребления от 80 до 700 мА.
Доступны также усилители для—40 —диапазонов 59-61 ГГц и 50-75 ГГц с коэффициентом передачи от 10 до 30 дБ иуровнем шума от 4.5 до 6 дБ.По результатам анализа усилителей, размещенных на сайтах производителей,можно сделать следующие выводы:− в диапазоне 57-64 ГГц доступно крайне малое количество усилителей, приэтом российские аналоги отсутствуют, что свидетельствует о сложностиразработки схем данного диапазона;− доминирующее положение в найденных усилителях занимает арсенидгаллиевая технология, что можно объяснить её наибольшей развитостью иведущим положением на рынке СВЧ электроники в целом;− типичными характеристиками рассмотренных усилителейможно считатькоэффициент передачи около 10-20 дБ, коэффициент шума от 4 до 6 дБ, прихорошем согласовании входа и выхода с 50-Ом трактом.
Ток потребления 100200 мА при напряжении питания 2.5-8 В. Средние габариты МИС составилиоколо 1.5 x 1.5 мм2;Отсутствие отечественных разработок и особенности диапазона 57-64 ГГцделают разработку МИС данного диапазона необходимым направлением развитияроссийской СВЧ электроники. Для улучшения характеристик перспективнымявляется использование вместо арсенида галлия гетероструктур на нитриде галлия,что позволит повысить выходную мощность, уменьшить габариты и сделатьусилитель более стойким к внешним воздействиям [50].1.4 Микрополосковые антенныМикрополосковые антенны являются широко распространенным типомантенн, при этом существует большое разнообразие конструкций как одиночныхантенн, так и антенных решеток.
Микрополосковые антенны изготавливаютсяпечатной технологией, зачастую в едином технологическом цикле с активными—41 —элементами схемы и обладают рядом преимуществ, по сравнению с обычнымимикроволновыми антеннами:− простота конструкции, компактность, планарность, малый вес;− простота массового производства, высокая точность за счет использованияпечатной технологии;− легкая интеграция с другими МИС на одной подложке;− возможность получить не только линейный тип поляризации, но икруговой и эллиптический [51], [52].К основным недостаткам можно отнести:− узкая ширина полосы;− малое усиление;− сравнительно малая допустимая мощность.Основные параметры микрополосковых антенн:Входное сопротивление – эквивалентное сопротивление линии на ее входе,определяется в сечении линии по отношению напряжения к току.Рабочая полоса – полоса, в пределах которой антенна имеет необходимыепараметры.Коэффициентполезногодействия(КПД)–отношениемощности,излученной антенной к мощности, подводимой к антенне.Коэффициент направленного действия (КНД) – величина, показывающая восколькоразинтенсивностьизлучениявданномнаправлениибольшеинтенсивности излучения абсолютно ненаправленной антенны, при условииравенства полных мощностей обеих антенн.Коэффициент усиления абсолютный – во сколько раз интенсивностьизлучения в определенном направлении выше интенсивности эталонной антенны,в виде изотропного источника в свободном пространстве, при условии равенстваподводимых мощностей [53].—42 —Диаграмма направленности – показывает зависимость амплитуды или фазывектора напряженности электрического поля от угловых координат точкинаблюдения, находящейся на фиксированном расстоянии в дальней зоне.Поляризация – ориентационная характеристика векторов электромагнитнойволны.Микрополосковыеантенныширокоиспользуются,например,втелеметрических и коммуникационных антеннах ракет, за счет небольшихгабаритов и малой толщины, а небольшие решетки из микрополосковыхизлучателей используются в радарах высотомеров.
Кроме авиации, они широкоиспользуются в таких сферах как телефонная и спутниковая связь, глобальнаясистемамобильнойсвязи(GSM),исистемыглобальногопозиционирования (GPS) [54].Микрополосковая антенна в простейшей форме состоит из излучателя содной стороны диэлектрической подложки и земляного проводника с другойстороны(такаяантеннаназываетсямонополем)[55].Подизлучателемподразумевается проводящая площадка, которая в общем случае имеетпроизвольную форму. Рабочая полоса антенны определяется по диапазону, вкотором обратные потери имеют значение менее -10.Полоса частот существенно зависит от топологии [51], а изменяярасположение и размер земляной плоскости относительно излучателя можнополучить различную форму диаграммы направленности [56], [57]. Если землянойпроводник удален, то достигается тороидная форма диаграммы направленности(при вертикальном расположении излучателя) и довольно широкая полоса.
Нарисунке 1.14 изображена такая антенна, край которой выступает за пределыземляного проводника.—43 —а)б)Рисунок 1.14 - антенна-монополь с тороидной диаграммой направленностиЕсли земляной проводник располагается непосредственно под излучателем ивыступает за его пределы на расстояние ≈1/3, то достигается форма диаграммынаправленности кардиоидного типа (с максимумом излучения в одну сторону),такаяантеннапоказананарисунке1.15.Такаяантеннанеявляетсяширокополосной (полоса как правило порядка 1-5%), что является основнымограничивающим фактором для широкого применения таких антенн.а)б)Рисунок 1.15 - антенна-монополь с кардиодной диаграммой направленностиНа рисунке 1.16 показан внешний вид простой прямоугольной антенны.Также широко используются простые геометрические формы – квадратные,—44 —круглые, треугольные, полукруглые и кольцевые.
Могут быть использованы инеобычные формы, например, антенны Вивальди [58]а)б)Рисунок 1.16 - прямоугольная МПА с коаксиальным(а) и микрополосковым (б)подводом сигналаХарактеристики антенны-монополь (коэффициент отражения и ДН) зависятот расположения точки подвода сигнала. Основными являются два типа подводасигнала:− коаксиальный;− микрополосковый.Коаксиальный подвод сигнала показан на рисунке 1.16(а).
Центральныйпроводник коаксиального кабеля припаян к излучателю [59]. Основнымпреимуществом такой подачи является то, что он может быть помещен в любуюточку излучателя, в соответствии с входным сопротивлением. Недостаткомявляется необходимость отверстия в подложке, таким образом кабель выступает запределы нижней плоскости земли, т.е. такой способ подачи невозможен впланарном виде и делает конфигурацию асимметричной.Излучатель,возбуждаемыймикрополосковойлиниейпоказаннарисунке 1.16(б). Недостатком микрополосковой линии является невозможностьподвести сигнал к произвольной точке излучателя, что возможно при коаксиальнойподаче. Преимуществом является возможность изготовления на той же подложке,—45 —в рамках одной технологической операции напыления металла и в результатесохранится планарная структура.
Недостатком является излучение от линиипитания, которое приводит к увеличению кросс-поляризации, что в ряде случаевявляется нежелательным [60].1.5 ЗаключениеВ качестве полупроводникового материала для разработки МШУ выбраннитрид галлия, хотя малошумящие усилители наиболее часто изготавливаются нагетероструктурах арсенида галлия, что подтвердил анализ зарубежных образцов.Нитрид галлия - широкозонный полупроводник и позволяет создавать усилители сболее высокой выходной мощностью, поэтому он наиболее востребован вусилителяхмощности,такжеобладаетболеевысокимипробивныминапряжениями, что позволяет отказаться от ограничителя мощности во входнойцепи (который повышает суммарный уровень шума приборов на GaAs).
Этидостоинства позволяют создавать на GaN целые приемопередающие модули наодном кристалле, входным узлом которых является малошумящий усилитель совстроенной антенной. Другим существенным достоинством является большаястойкость к внешним воздействиям - температуре, излучению. Согласнопоследнимисследованиямприоптимальныхусловияхизготовлениянагетероструктурах нитрида галлия можно получать сопоставимый и даже болеенизкий коэффициент шума.Антенна будет реализована в виде излучателя на диэлектрической подложкес металлизацией обратной стороны и будет изготовлена вместе с малошумящимусилителем в рамках единого технологического цикла [61].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
