スイッチ付きマイクロ波パワーアンプ。スキーム、説明

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スイッチ付超高周波パワーアンプ。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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ロシアの状況における一部の外国通信手段の使用の特殊性は、これらの手段の機能をさまざまな国産のセットトップボックスで補う必要があることである。たとえば、PCMCIA カード設計で作られた IEEE802.11 規格 [1] の無線通信システムは、海外では店舗、大学、空港、倉庫などで公共および企業が使用するネットワークにラップトップコンピュータを接続するために使用されています。ラップトップコンピュータで動作するように設計されているため、回路は低送信電力 (30 ～ 100 mW) に伴うエネルギー消費の点で最小限に抑えられています。価格が比較的安いため、このようなデバイスはロシアのあらゆる場所であらゆる無線通信用途に使用されています。そして多くの場合、最終顧客を満足させないのは出力の低さだけです。この場合、小型 IEEE802.11 デバイスで使用するように設計され、出力電力を大幅に増加できる家庭用パワーアンプが登場します。この記事では、これらのアンプの XNUMX つの設計とテストについて説明します。

通常、IEEE802.11 デバイスにはアンテナの接続に使用されるマイクロ波コネクタが 2 つありますが、このシステムは時分割であるため、受信と送信の切り替えはデバイス内で行われます。したがって、パワーアンプを開発する際に解決しなければならない最初の問題は、後者を増幅し、可能であれば前者の減衰を最小限に抑えるために、受信チャネルと送信チャネルを分離することでした。説明した分離には、受動デバイス、つまりサーキュレータを使用できます。サーキュレータを備えたパワーアンプの設計については [XNUMX] で詳しく説明されているため、この記事では別の方法、つまりアクティブスイッチを使用する方法について説明します。

スイッチ付マイクロ波パワーアンプ
米。 1. スイッチ付きパワーアンプのブロック図

マイクロ波スイッチを使用する場合の特徴は、受信モードと送信モードを切り替えるための制御信号を生成する必要があることです。もちろん、そのような信号はIEEE802.11デバイス自体から取得することもできますが、この場合、マイクロ波ケーブルに加えて別の制御ケーブルを接続する必要があるため、アンプの有用性が失われます。また、送受信切り替え信号は明示的に PCMCIA コネクタに出力されません。スイッチ制御信号を取得するために、開発されたアンプは、Agilent の HSMS-2850 タイプのショットキーダイオードに実装されたマイクロ波検出器を使用します。 HSMS-2850ショットキーダイオードは、周波数915 GHz（開発されたアンプの平均動作周波数）で5.8 MHzから2.45 GHzの範囲の周波数を検出、変調、混合、分割するように設計されており、感度は35 mVです。 /μW。このコンポーネントの技術パラメータの詳細については、[3] またはインターネットの agilent.ru を参照してください。ショットキーダイオードを 2.45 GHz の周波数で整合させるために、4 つのストリップで構成される共振回路が使用されます。その計算は [XNUMX] に記載されています。また、その計算には、Agilent が無料で配布している AppCad マイクロ波計算ツールを使用できます。

スイッチ付マイクロ波パワーアンプ
米。 2. 装置の外観

開発したアンプのブロック図を図に示します。 1、外観 - 写真、図中。 2. Stanford Microdevices の SHF-0289 ガリウムヒ素電界効果トランジスタが増幅器の能動素子として使用されました。この高度なコンポーネントは、30 dBm の入力電力で 2.45 GHz で少なくとも 20 dBm の出力電力を提供します。この使用のいくつかの欠点は、8 ボルトの電源電圧が必要なことですが、実験で示されたように、フル出力電力を必要としない場合は、5 ボルトの電圧で十分に動作します。アプリケーションドキュメント [5] に記載されているトランジスタ接続回路は非常に複雑で、許容可能なパラメータを得るために一部のコンポーネントの値をセットアップ中に変更する必要がありますが、これはすべての電界効果トランジスタの宿命です。

トランジスタアンプの出力から、送信機の増幅された信号が MA-COM からマイクロ波スイッチ SW-438 に供給されます。この低コストの GaAs スイッチは、表面実装 SOT-363 プラスチックパッケージに収められており、低い順方向減衰 (0.7 GHz で 2.4 dB 未満)、高い絶縁 (25 dB 未満)、実質的に消費電力がありません (10 dB 未満) 3 ボルトで µA)。通常、マイクロ波フィールドスイッチは負の電圧によって制御されるため、その利点のもう 6 つは、負と正の両方の電圧を制御できることです。これは、独自のドライバを設計するときに非常に便利です。このコンポーネントの詳細な技術文書 [XNUMX] は、製造元の Web サイト macom.com でご覧いただけます。

スイッチ付マイクロ波パワーアンプ
米。 3. 回路図

マイクロ波スイッチはドライバーによって制御されます。この回路ではドライバーは、Analog Devices ADG774ABRQ のアナログ信号の高速マルチプレクサによって再生されます。その機能には、アクチュエータ - トランジスタ KT-0 を介して送信される、マイクロ波検出器の入力での電力検出信号に基づく、SW-2.5 スイッチの制御入力での 438 および +3130 ボルト信号の同時スイッチングが含まれます。 + 2.5 ボルトのレベルは抵抗分圧器 R7/R8 によって形成されます。図の回路図を参照してください。 3. ADG774ABRQ はオン抵抗が 2.2 オームと低く、5 ボルトと 3 ボルトの両方の電圧で動作でき、制御入力として TTL/CMOS 互換です。 ADG774ABRQ を最初の実装である ADG774BRQ と区別する主な利点は、400 倍のアナログ信号帯域幅 (3 MHz) と短いスイッチング時間 (7 ns) です。これにより、最新の通信でこのようなマルチプレクサを使用できるようになります。詳細については、[ XNUMX]。

スイッチ付マイクロ波パワーアンプ
米。 4. 試験結果

開発したデバイスのテスト結果を図 4 のグラフに示します。デバイスのゲイン (デシベル単位) と出力電力 (デシベル/ミリワット単位) が動作周波数の関数としてグラフに示されています。結論として、増幅器の基板材料として、厚さ 1 mm の箔コーティングされたガラス繊維ラミネートの代わりに、厚さ 1.5 mm の箔コーティングされたフッ素樹脂を使用すると、得られる結果が大幅に改善されることに注意してください。

参考文献

Shakhnovich I.「ワイヤレスローカルネットワーク。IEEE802.11 標準の構造」。 - エレクトロニクス: 科学、技術、ビジネス。 - No. 1、2003。 - P. 38-48。
マリギン I.V. 「IEEE802.11規格のマイクロ波無線モデム用パワーアンプの開発・研究」 - コンポーネントと技術。 - No. 9、2002. - P. 24 - 25。
表面実装マイクロ波ショットキー検出ダイオード HSMS-2850 シリーズ。技術データ。通信コンポーネントデザイナーのカタログ。ヒューレット・パッカード。 5966-0895E (9/97)。
2.45 GHz 検出器デモボード。組み立てと操作説明書。 HSMS-2850。半導体製品デザイナーズカタログ。アジレント・テクノロジー。 CD。 5968-7805E (11/99)。
SHF-0289。 DC - 3 GHz、1.0 ワット、CaAs HFET。製品説明。スタンフォードマイクロデバイス、stanfordmicro.com。 EDS-101241 Rev A.
GaAs SPDT スイッチ DC-3.0 GHz SW-438。バージョン2.00、MA-COM、Tyco/Electronics。
スイッチング時間 400 ns の低電圧 2 VHz クワッド 1:3 マルチプレクサ ADG774A。 REV.0。アナログ・デバイセズ社、2001 年、analog.com。

著者：Malygin I.V .; 出版物：library.espec.ws

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