როგორ შეგიძლიათ მიაღწიოთ ულტრაბროდბანდურ შესრულებას RF გამაძლიერებელში?

გქონდათ თუ სირთულეები ფართო სიხშირის დაფარვის მიღებაში თქვენი RF გამაძლიერებელი¹? მუდმივი კომპრომისები ბენდისვიდთ, სიმძლავრის და ეფექტიანობის შორის შეიძლება იყოს მაცდური. მაგრამ სწორი დიზაინის სტრატეგიებით, ეს გამოწვევა შეიძლება გადაჭრათ.

ულტრაბროდბანდურ შესრულების მისაღწევად, ყურადღება მიაქციეთ მოწინავე მატჩინგ ქსელის დიზაინს² გამოყენებით ტექნიკებს როგორიცაა განაწილებული გამაძლიერებლები ან ნეგატიური უკუკავშირი. ასევე, ყურადღებით შეარჩიეთ ტრანზისტორები დაბალი პარაზიტული კაპაციტობით. ეს კომბინაცია მინიმუმამდე ამცირებს იმპედანსის ცვლილებას და ინარჩუნებს გაუმჯობესებული გეინფლატობა³ საერთო სიხშირის დიაპაზონში.

მახსენდება ჩემი ბოსი ერთხელ რომ მკითხა მაღალი ეფექტიანობის, მაღალი ლინარობის ძალის გამაძლიერებელი. "არანაირი პრობლემა," ვთქვი, "მომეცით სამი დღე." მერე მან დაამატა, "...და ეს უნდა დაფაროს DC-დან 6 გჰც-მდე." ვუთხარი, რომ შევხვდებოდი თორმეტ დღეში და მეთქვა ჩემს ოჯახს, რომ მიყვარს სმიტ ჩარტი⁴ თუ არ დავბრუნდი. ეს ხუმრობა ხაზს უსვამს სერიოზულ ჭეშმარიტებას: ბენდისვიდ დიზაინი ძალიან რთულია. მაგრამ თუ გაყოფთ, გზა ბევრად ნათელი ხდება. დავიწყოთ იმით, რასაც მე ვთვლი ნახევრად ბრძოლად.

რატომ არის მატჩინგ ქსელები ყველაზე დიდი სირთულე ბენდისვიდ დიზაინში?

მოწყობილობა სრულყოფილად მუშაობს ერთ სიხშირეზე, მაგრამ ვერ ახერხებს მთელ ბენდზე? ეს იმპედანსის შეუთავსებლობა კლავს თქვენს შესრულებას და სიმძლავრეს. განვიხილოთ როგორ შევქმნათ სწორად ფართო სიხშირის მერყეობა.

მატჩინგ ქსელები რთულია, რადგან სტანდარტული LC ქსელი ბუნებრივად არის ნ narrowly-ბანდიანი. ბენდისვიდისთვის, საჭიროა მრავალსექციური მატჩინგი⁵, ტეპერირებული ტრანსმისიის ხაზები, ან აქტიური მატჩინგის ტექნიკები. ეს მეთოდები კომპენსირებას უკეთებს ტრანზისტორის changing impedance-ს სიხშირის ცვლილებისას, უზრუნველყოფს სტაბილურ სიმძლავრის გადაცემას.

ჩემი 10 წლიანი გამოცდილების საფუძველზე, თუ სწორად აირჩევთ მატჩინგ ქსელს, ნახევარი გზა გაქვთ წარმატებული დიზაინისკენ. ძირითადი პრობლემა ის არის, რომ ყველაფერი იცვლება სიხშირის მიხედვით, განსაკუთრებით თქვენი აქტიური მოწყობილობის იმპედანსი.

ერთი სიხშირის მატჩინგის პრობლემა

სადაც მარტივი LC მატჩინგის ქსელი განკუთვნილია ერთ კონკრეტულ სიხშირეზე რეზონანსისთვის. ის სრულყოფილად გარდაქმნის მოწყობილობის იმპედანსს სისტემის იმპედანსზე, ჩვეულებრივ 50 ომზე, ამ ერთ წერტილზე. მაგრამ როდესაც სიხშირიდან გადიხართ, მერყეობა სწრაფად იშლება. კომპონენტების მნიშვნელობები არ არის შესაბამისი ახალი სიხშირეებისთვის, რაც იწვევს რეფლექსებს, სიმძლავრის დანაკარგს და ცუდ შედეგებს. გაუმჯობესებული გეინფლატობა³. ამიტომ გჭირდებათ სტრატეგია, რომელიც მუშაობს მთელ სიხშირის დიაპაზონში, არა მხოლოდ ერთ სუსტი წერტილში. ჩემი საუკეთესო მეგობარი ამ სიტუაციებში არის სმიტ ჩარტი⁴, რომელიც მეხმარება ვიზუალიზაციაში, როგორ მოძრაობს იმპედანსი სიხშირის დიაპაზარზე და დაგეგმოს ჩემი შეტევა.

მრავალსაფეხურიანი და ტეპერირებული გადაწყვეტილებები

ბროდბენდის წარმატებისთვის, უნდა იფიქროთ განსხვავებულად. ერთ სრულყოფილ მორგებაზე ნაცვლად, ქმნით სერიის "კარგი საკმარისი" მორგებებს მთელ სიხშირის დიაპაზონში. ეს არის იდეა მრავალსექციური მატჩინგი⁵ ქსელების. თითოეული სექცია მართავს სიხშირის დიაპაზონის ნაწილს, და ერთად ისინი უზრუნველყოფენ ღირსეულ მორგებას ფართო სიხშირის დიაპაზონში. კიდევ ერთი ძლიერი ტექნიკა არის გამოყენება ტეპერირებული ტრანსმისიის ხაზები⁶, სადაც ხაზის იმპედანსი თანდათან იცვლება მისი სიგრძის沿. ეს უზრუნველყოფს ძალიან გლუვ, ფართო სიხშირის გადართვას.

აქ არის მარტივი ცხრილი ამ მიდგომების შედარებისთვის:

როგორ შეინარჩუნებთ ბენდვიდს ძალასა და ეფექტურობას შორის ბალანსს?

გაახალგაზრდავდით საბოლოოდ საჭირო ბენდვიდი, მაგრამ ეფექტურობა დაეცა და გამაძლიერებელი გადახურავდა? ეს კომბინაცია გრძნობა შეუძლებელია. მაგრამ შეგიძლიათ ამ კონკურენტული მიზნების ბალანსი სწორ გამაძლიერებლის არქიტექტურით.

ამ ბალანსისთვის საჭიროა გამაძლიერებლის კლასისა და ტოპოლოგიის სტრატეგიული არჩევანი. მაგალითად, გავრცელებული გამაძლიერებელი უზრუნველყოფს გამორჩეულ ბენდვიდს, მაგრამ ხშირად დაბალი ეფექტურობით. ტექნიკები, როგორიცაა დოჰერტი გამაძლიერებელი⁷ შესაძლებელია ეფექტურობის გაუმჯობესება, მაგრამ ისინი ზრდიან სირთულეს და შესაძლოა შეზღუდონ ბენდვიდი.

In RF გამაძლიერებელი¹ დიზაინში მე ყოველთვის ვფიქრობ "鐡ის სამკუთხედზე": ბენდვიდი, ძალა და ეფექტურობა. შეგიძლიათ აირჩიოთ ორი კარგი, მაგრამ თითქმის შეუძლებელია ყველა სამი ერთდროულად მიღება. მეტი ბენდვიდისთვის ბრძოლა თითქმის ყოველთვის ნიშნავს გარკვეული ეფექტურობის მსხვერპლს.

ნგრევადი კომბინაცია

მოწყობილობები და მორგების ტექნიკები, რომლებიც კარგად მუშაობს ფართო სიხშირის დიაპაზონში, ხშირად ნაკლებად ეფექტურია. მაგალითად, გამაძლიერებლის გაზრდის გასათანაბრებლად გამოყენებული რეზისტორები გამონაბოლქვად ენერგიას ხარჯავენ. ასევე, გამაძლიერებლის კლასის არჩევანი კრიტიკულია. კლასი A გამაძლიერებელი ძალიან ლინეურია და კარგად მუშაობს ფართო ბენდვიდზე, მაგრამ მისი თეორიული მაქსიმალური ეფექტურობა მხოლოდ 50%-ია, პრაქტიკაში კი ბევრად დაბალია. მაღალი ეფექტურობის რეჟიმი, როგორიცაა კლასი F, შეიძლება მიაღწიოს 90%-ზე მეტ ეფექტურობას, მაგრამ ეს დამოკიდებულია ჰარმონიული ტიუნინგზე, რომელიც ბუნებრივად არის ნ narrowly-ბანდის ტექნიკა. კლასი F გამაძლიერებლის ფართო ბენდზე მუშაობის მცდელობა დიდ ტექნიკურ გამოწვევას წარმოადგენს. ეს კომბინაცია საფუძვლიანია RF ინჟინერიაში.

შესაფერისი გამაძლიერებლის ტოპოლოგიის არჩევა

შესაფერისი არქიტექტურა დაგეხმარებათ უკეთესი ბალანსის პოვნაში. ექსტრემალური ბენდვიდისთვის გავრცელებული გამაძლიერებელი არის კლასიკური გადაწყვეტა. ის იყენებს ტრანზისტორების სერიას, სადაც მათი პარასიტიკური კაპიტანობა⁸მოიწოვება ხელოვნური ტრანსმისიის ხაზებში. ეს საშუალებას აძლევს წარმოუდგენელი ბენდვიდების მიღწევას, რაც საშუალებას გვაძლევს მივაღწიოთ 110 გჰც-მდე სიხშირეზე ჩვენს ლინეურ გამაძლიერებლებში. ნაკლოვანება ხშირად არის დაბალი ძალა და ეფექტურობა. Safari Microwave-ის 30 წლიანი ინჟინერული გამოცდილება ორიენტირებულია ამ ამოცანების გადაჭრაზე. ჩვენი 3000W სატურირებული ძალის გამაძლიერებელი, მაგალითად, უზრუნველყოფს როგორც "მაღალ ძალას", ასევე "ულტრაი Wideband" შესრულებას, გამოყენებით მოწინავე GaN მოწყობილობებს⁹ და პატენტირებულ სქემატიკურ ტოპოლოგიებს, რომლებიც გადის ამ კლასიკურ კომბინაციებს.

რა როლი აქვს ტრანზისტორს ფართო სიხშირის გამაძლიერებაში?

თქვენი მორგების ქსელი იდეალურია, და აირჩიეთ ტოპოლოგია, მაგრამ გამაძლიერებელი ჯერ კიდევ ვერ აღწევს ბენდვიდს. პრობლემა შეიძლება იყოს უფრო ღრმა. ტრანზისტორი, რომელსაც ირჩევთ, არის ნებისმიერი ფართო სიხშირის დიზაინის კრიტიკული საფუძველი.

ტრანზისტორი მნიშვნელოვანია. მოწყობილობები, როგორიცაა GaN (Gallium Nitride) ან GaAs (Gallium Arsenide) HEMTs, უზრუნველყოფს მაღალი ელექტრონული მობილურობას და დაბალ პარასიტიკური კაპიტანობა⁸ს. ეს ინტრინსიკი თვისებები საშუალებას აძლევთ მათ ეფექტურად იმუშაონ უფრო ფართო სიხშირის დიაპაზონზე, შედარებით ძველ ტექნოლოგიებთან, როგორიცაა LDMOS.

შეგიძლიათ ჰქონდეთ საუკეთესო სქემის დიზაინი მსოფლიოში, მაგრამ ვერ გადალახავთ აქტიური მოწყობილობის ფიზიკურ შეზღუდვებს. ტრანზისტორის საკუთარი თვისებები განსაზღვრავს თქვენს გამაძლიერებლის საბოლოო სიჩქარის ზღვარს.

მტერი შიგნიდან: პარაზიტული კაპაციტანობა

ყოველი ტრანზისტორი აქვს შიდა, ან "პარაზიტული", კაპაციტანობები. ყველაზე მნიშვნელოვანი მათგანია გეიტიდან-სორს კაპაციტანობა (Cgs) და გეიტიდან-დრაინ კაპაციტანობა (Cgd). დაბალ სიხშირეებზე, ეს არ არის დიდი პრობლემა. მაგრამ სიხშირის მატებასთან ერთად, მათი იმპედანსი მცირდება. ისინი იწყებენ მოქმედებას როგორც პატარა მოკლე სქემები, რომლებიც გადაყრიან თქვენს ძვირფას RF სიგნალს იქიდან, სადაც მას უნდა წავიდეს. ეს ეფექტი არის მთავარი მიზეზი, რატომაც ტრანზისტორის გაძლიერება ბუნებრივად მცირდება მაღალი სიხშირეებზე. ბროდბენდის გამაძლიერებლის აშენებისთვის, უნდა დაიწყოთ ტრანზისტორით, რომელიც აქვს ყველაზე დაბალი შესაძლო პარასიტიკური კაპიტანობა⁸ს. ეს მოგცემთ უფრო მაღალი "სიჩქარის ზღვარს", რაც გაგიადვილებთ მორგების ქსელის მუშაობას.

რატომ იგებს GaN და GaAs ბროდბენდისთვის

აქ თანამედროვე სემიკონდუქტორ მასალები ქმნიან ყველა განსხვავებას. ტექნოლოგიები როგორიცაა Gallium Arsenide (GaAs) და Gallium Nitride (GaN) ფუნდამენტურად უკეთეს ფიზიკურ თვისებებს იძლევა მაღალი სიხშირის ოპერაციისთვის, შედარებით ძველი სილიკონის დაფუძნებული LDMOS-ისგან. მათ აქვთ უფრო მაღალი ელექტრონული მობილობა, რაც საშუალებას აძლევს პატარა ტრანზისტორებს, რომლებიც აქვთ დაბალი პარაზიტები. სწორედ ამიტომ, ჩვენი ულტრა-წინადიანი ბროდბენდის გამაძლიერებლებისა და LNAs, რომლებიც აღწევენ 110 GHz-ს, ვიყენებთ მოწინავე GaAs-ს და GaN მოწყობილობებს⁹. ისინი არის გასაღები "ულტრა-წინადიანი" შესრულების მიღწევაში "დაბალი NF"-ით."

GaN, განსაკუთრებით, ასევე გთავაზობთ ძალიან მაღალ სიმძლავრეის სიმკვრივეს¹⁰. ეს ნიშნავს, რომ თქვენ შეგიძლიათ მიიღოთ მეტი ძალა პატარა მოწყობილობიდან, რაც სიმკვრივის ფართო სიხშირის ბანდზე შესაბამისობის გამოწვევას ამარტივებს.

საბოლოო შედეგი

ულტრაბროდბანდური გამაძლიერებლის მიღწევა მოდის შესაბამისობის ქსელების მმართველობით, სწორი გამაძლიერებლის ტოპოლოგიის არჩევით და საუკეთესო ტრანზისტორის ტექნოლოგიის არჩევით. ამ სამს სწორად გააკეთეთ, და თქვენ გზაზე ხართ.