आप आरएफ एम्पलीफायर में अल्ट्रा-ब्रॉडबैंड प्रदर्शन कैसे प्राप्त कर सकते हैं?

अपने साथ व्यापक आवृत्ति कवरेज प्राप्त करने में समस्या हो रही है आरएफ एम्पलीफायर¹बैंडविड्थ, शक्ति और दक्षता के बीच चल रहे समझौते निराशाजनक हो सकते हैं। लेकिन सही डिज़ाइन रणनीतियों के साथ, इस चुनौती का समाधान किया जा सकता है।.

अत्यधिक व्यापक बैंडविड्थ प्रदर्शन प्राप्त करने के लिए, उन्नत पर ध्यान केंद्रित करें मेल खाने वाला नेटवर्क डिज़ाइन² वितरित एम्पलीफायर या नकारात्मक फीडबैक जैसी तकनीकों का उपयोग करें। साथ ही, कम परास्पिक कैपेसिटेंस वाले ट्रांजिस्टर का सावधानीपूर्वक चयन करें। यह संयोजन प्रतिबाधा में परिवर्तन को कम करता है और बनाए रखता है। समानता प्राप्त करें³ विस्तृत आवृत्ति सीमा में।.

मुझे याद है कि मेरे बॉस ने कभी उच्च-प्रभावशीलता, टॉप-लाइनैरिटी पावर एम्पलीफायर के लिए पूछा था। "कोई समस्या नहीं," मैंने कहा, "मुझे तीन दिन दो।" फिर उसने जोड़ा, "...और इसे डीसी से 6 GHz तक कवर करना चाहिए।" मैंने उससे कहा कि मैं तेरह दिनों में मिलूंगा और अपनी परिवार को बताना कि मैं उनसे प्यार करता हूँ। स्मिथ चार्ट⁴ अगर मैं वापस नहीं आया तो। यह मजाक एक गंभीर सच्चाई को उजागर करता है: ब्रॉडबैंड डिज़ाइन बहुत जटिल है। लेकिन यदि आप इसे तोड़कर देखें, तो रास्ता बहुत स्पष्ट हो जाता है। चलिए शुरू करते हैं उस बात से जिसे मैं आधा युद्ध मानता हूँ।.

मैचिंग नेटवर्क ब्रॉडबैंड डिज़ाइन में सबसे बड़ी बाधा क्यों हैं?

क्या आपका एम्पलीफायर एक निश्चित आवृत्ति पर सही ढंग से काम करता है लेकिन पूरे बैंड में फेल हो जाता है? यह प्रतिबाधा असमानता आपकी प्रदर्शन और शक्ति आउटपुट को नुकसान पहुंचाती है। आइए देखें कि सही वाइडबैंड मिलान कैसे बनाया जाए।.

मिलान नेटवर्क कठिन होते हैं क्योंकि एक मानक एलसी नेटवर्क स्वाभाविक रूप से संकीर्ण-बैंड होता है। ब्रॉडबैंड के लिए, आपको मल्टी-सेक्शन मिलान⁵, टेपर्ड ट्रांसमिशन लाइनों, या सक्रिय मिलान तकनीकों। ये तरीके ट्रांजिस्टर के आवृत्ति के साथ बदलते प्रतिबाधा के लिए मुआवजा करते हैं, स्थिर शक्ति स्थानांतरण सुनिश्चित करते हैं।.

मेरे 10 वर्षों के अनुभव के आधार पर, यदि आप मेल खाने वाले नेटवर्क को सही ढंग से सेट कर लेते हैं, तो आप सफल डिज़ाइन के आधे रास्ते पर हैं। मुख्य समस्या यह है कि हर चीज़ आवृत्ति के साथ बदलती है, विशेष रूप से आपके सक्रिय उपकरण का प्रतिबाधा।.

सिंगल-फ्रीक्वेंसी मैचिंग की समस्या

एक सरल एलसी मैचिंग नेटवर्क को एक विशिष्ट फ्रीक्वेंसी पर रेजोनेंट होने के लिए डिज़ाइन किया गया है। यह उस एकल बिंदु पर डिवाइस की इम्पीडेंस को सिस्टम इम्पीडेंस, आमतौर पर 50 ओम, के साथ पूरी तरह से ट्रांसफॉर्म करता है। लेकिन जैसे ही आप उस फ्रीक्वेंसी से दूर जाते हैं, मिलान जल्दी से टूट जाता है। घटक मान नई फ्रीक्वेंसी के लिए गलत होते हैं, जिससे रिफ्लेक्शंस, पावर लॉस, और खराब प्रदर्शन होता है। समानता प्राप्त करें³. इसलिए आपको एक ऐसी रणनीति की आवश्यकता है जो पूरे बैंड में काम करे, न कि केवल एक मीठे स्थान पर। इन परिस्थितियों में मेरी सबसे अच्छी मित्र है स्मिथ चार्ट⁴, जो मुझे दिखाने में मदद करता है कि इम्पीडेंस फ्रीक्वेंसी रेंज में कैसे मूव करता है और मेरी योजना बनाने में मदद करता है।.

मल्टी-स्टेज और टेपरड समाधान

ब्रॉडबैंड सफलता के लिए, आपको अलग तरीके से सोचना होगा। एक परफेक्ट मैच के बजाय, आप बैंड में "अच्छा पर्याप्त" मैचों की एक श्रृंखला बनाते हैं। यही विचार है मल्टी-सेक्शन मिलान⁵ नेटवर्क्स के पीछे। प्रत्येक सेक्शन फ्रीक्वेंसी रेंज के एक हिस्से को संभालता है, और मिलकर वे एक व्यापक बैंडविड्थ पर एक अच्छा मैच प्रदान करते हैं। एक और शक्तिशाली तकनीक है टेपरड ट्रांसमिशन लाइनों का उपयोग करना⁶, जहां लाइन का इम्पीडेंस धीरे-धीरे उसकी लंबाई के साथ बदलता है। यह बहुत ही स्मूद, वाइडबैंड ट्रांज़िशन प्रदान करता है।.

यहाँ इन दृष्टिकोणों की तुलना करने के लिए एक सरल तालिका है:

आप बैंडविड्थ को शक्ति और दक्षता के साथ कैसे संतुलित करते हैं?

क्या आपने अंततः वह बैंडविड्थ प्राप्त कर ली है जिसकी आपको आवश्यकता थी, केवल यह देखने के लिए कि दक्षता गिर गई और आपका एम्पलीफायर अधिक गर्म हो गया? यह व्यापार-ऑफ असंभव लगता है। लेकिन आप सही एम्पलीफायर आर्किटेक्चर के साथ इन प्रतिस्पर्धी लक्ष्यों को संतुलित कर सकते हैं।.

इनको संतुलित करने के लिए एम्पलीफायर क्लास और टोपोलॉजी का रणनीतिक चयन आवश्यक है। उदाहरण के लिए, एक डिस्ट्रीब्यूटेड एम्पलीफायर असाधारण बैंडविड्थ प्रदान करता है लेकिन अक्सर कम दक्षता पर। तकनीकों जैसे कि डोहर्टी एम्पलीफायर⁷ दक्षता में सुधार कर सकते हैं, लेकिन वे जटिलता जोड़ते हैं और बैंडविड्थ को सीमित कर सकते हैं।.

In आरएफ एम्पलीफायर¹ डिजाइन में, मैं हमेशा "आयरन ट्राइएंगल" के बारे में सोचता हूँ: बैंडविड्थ, शक्ति, और दक्षता। आप दो को अच्छा बना सकते हैं, लेकिन तीनों को प्राप्त करना लगभग असंभव है। अधिक बैंडविड्थ के लिए प्रयास करना लगभग हमेशा इसका मतलब है कि आपको कुछ दक्षता का बलिदान करना पड़ेगा।.

अटूट व्यापार-ऑफ

वे घटक और मैचिंग तकनीकें जो व्यापक आवृत्ति रेंज में अच्छी तरह काम करती हैं, अक्सर अधिक नुकसानदायक होती हैं। उदाहरण के लिए, गेन को समतल करने के लिए उपयोग किए गए प्रतिरोधक गर्मी के रूप में शक्ति जला देते हैं। साथ ही, एम्पलीफायर क्लास का चयन महत्वपूर्ण है। क्लास A एम्पलीफायर बहुत रैखिक होता है और व्यापक बैंडविड्थ पर अच्छा व्यवहार करता है, लेकिन इसकी सैद्धांतिक अधिकतम दक्षता केवल 50% है, और व्यावहारिक रूप से यह अक्सर बहुत कम होता है। उच्च दक्षता मोड जैसे क्लास F 90% से अधिक दक्षता प्राप्त कर सकते हैं, लेकिन यह हार्मोनिक ट्यूनिंग पर निर्भर करता है, जो स्वाभाविक रूप से एक संकीर्ण-बैंड तकनीक है। क्लास F एम्पलीफायर को व्यापक बैंड पर काम कराना एक बड़ा इंजीनियरिंग चुनौती है। यह व्यापार-ऑफ RF इंजीनियरिंग का मूलभूत हिस्सा है।.

सही एम्पलीफायर टोपोलॉजी का चयन

सही आर्किटेक्चर आपको बेहतर संतुलन खोजने में मदद कर सकता है। अत्यधिक बैंडविड्थ के लिए, डिस्ट्रीब्यूटेड एम्पलीफायर एक क्लासिक समाधान है। यह ट्रांजिस्टर की एक श्रृंखला का उपयोग करता है जहां उनके पैरासिटिक कैपेसिटेंस⁸को कृत्रिम ट्रांसमिशन लाइनों में अवशोषित किया जाता है। यह अविश्वसनीय बैंडविड्थ की अनुमति देता है, जिससे हम अपने रैखिक एम्पलीफायर में 110 GHz तक प्रदर्शन प्राप्त करते हैं। नुकसान अक्सर कम शक्ति और दक्षता होती है। सफारी माइक्रोवेव में, हमारे 30 वर्षों के इंजीनियरिंग अनुभव का केंद्र इन पहेलियों को हल करने पर रहा है। हमारे 3000W संतृप्त शक्ति एम्पलीफायर, उदाहरण के लिए, उन्नत GaN उपकरण⁹ और स्वामित्व वाले सर्किट टोपोलॉजी जो इन क्लासिक ट्रेड-ऑफ़ से आगे बढ़ती हैं।.

ब्रॉडबैंड एम्प्लीफिकेशन में ट्रांजिस्टर स्वयं की भूमिका क्या है?

आपका मिलान नेटवर्क परफेक्ट है, और आपने एक टोपोलॉजी चुनी है, लेकिन एम्पलीफायर अभी भी बैंडविड्थ पर कम पड़ रहा है। समस्या गहरी हो सकती है। आप जो ट्रांजिस्टर चुनते हैं, वह किसी भी ब्रॉडबैंड डिज़ाइन के लिए एक महत्वपूर्ण आधार है।.

ट्रांजिस्टर महत्वपूर्ण है। GaN (गैलियम नाइट्राइड) या GaAs (गैलियम आर्सेनाइड) HEMTs जैसी डिवाइस उच्च इलेक्ट्रॉन मोबिलिटी और कम पैरासिटिक कैपेसिटेंस⁸सुनिश्चित करती हैं। ये अंतर्निहित गुण उन्हें पुराने तकनीकों जैसे LDMOS की तुलना में व्यापक आवृत्ति रेंज में प्रभावी ढंग से काम करने की अनुमति देते हैं।.

आप दुनिया का सबसे अच्छा सर्किट डिज़ाइन कर सकते हैं, लेकिन आप सक्रिय उपकरण की भौतिक सीमाओं को पार नहीं कर सकते। ट्रांजिस्टर की अपनी विशेषताएँ आपके एम्पलीफायर की अंतिम गति सीमा निर्धारित करती हैं।.

आंतरिक शत्रु: परजीवी कैपेसिटेंस

हर ट्रांजिस्टर के अंदर, या "परजीवी," कैपेसिटेंस होते हैं। सबसे महत्वपूर्ण हैं गेट-टू-सोर्स कैपेसिटेंस (Cgs) और गेट-टू-ड्रेन कैपेसिटेंस (Cgd)। कम आवृत्तियों पर, ये बहुत महत्वपूर्ण नहीं होते। लेकिन जैसे-जैसे आवृत्ति बढ़ती है, इनकी इम्पीडेंस गिरने लगती है। ये छोटे शॉर्ट सर्किट की तरह काम करने लगते हैं, आपके मूल्यवान RF सिग्नल को उस स्थान से दूर कर देते हैं जहां उसे जाना चाहिए। यह प्रभाव मुख्य कारण है कि ट्रांजिस्टर का गेन स्वाभाविक रूप से उच्च आवृत्तियों पर कम हो जाता है। एक ब्रॉडबैंड एम्पलीफायर बनाने के लिए, आपको ऐसे ट्रांजिस्टर से शुरुआत करनी चाहिए जिसमें सबसे कम संभव पैरासिटिक कैपेसिटेंस⁸सुनिश्चित करें। इससे आपको एक उच्च "स्पीड लिमिट" मिलती है, जिससे मिलान नेटवर्क का काम बहुत आसान हो जाता है।.

GaN और GaAs क्यों ब्रॉडबैंड के लिए जीतते हैं

यहां आधुनिक सेमीकंडक्टर सामग्री सभी फर्क डालती हैं। जैसे Gallium Arsenide (GaAs) और Gallium Nitride (GaN) जैसी तकनीकें पुराने सिलिकॉन-आधारित LDMOS की तुलना में उच्च आवृत्ति संचालन के लिए मूलभूत रूप से बेहतर भौतिक गुण रखती हैं। इनकी इलेक्ट्रॉन मोबिलिटी अधिक होती है, जो छोटे ट्रांजिस्टर और कम परजीवी के लिए अनुमति देती है। यही कारण है कि हमारे अल्ट्रा-वाइडबैंड एम्पलीफायर और LNAs जो 110 GHz तक पहुंचते हैं, हम उन्नत GaAs और GaN उपकरण⁹. का उपयोग करते हैं। ये "अल्ट्रा-वाइडबैंड" प्रदर्शन को "कम NF" के साथ प्राप्त करने की कुंजी हैं।"

विशेष रूप से, GaN, बहुत उच्च शक्ति घनत्व भी प्रदान करता है¹⁰. इसका अर्थ है कि आप छोटे उपकरण से अधिक शक्ति प्राप्त कर सकते हैं, जो व्यापक बैंडविड्थ पर मेल खाने की चुनौती को सरल बनाता है।.

निष्कर्ष

अल्ट्रा-ब्रॉडबैंड एम्प्लीफिकेशन प्राप्त करने के लिए मेलिंग नेटवर्क को मास्टर करना, सही एम्प्लीफायर टोपोलॉजी चुनना, और सर्वोत्तम ट्रांजिस्टर तकनीक का चयन करना आवश्यक है। इन तीनों चीजों को सही करें, और आप रास्ते पर हैं।.