Amplificatore di potenza a microonde con interruttore. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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La specificità dell'uso di alcuni mezzi di comunicazione stranieri in condizioni russe è la necessità di integrare la funzionalità di questi mezzi con una varietà di set-top box di produzione domestica. Ad esempio, i sistemi di comunicazione wireless dello standard IEEE802.11 [1], realizzati nella progettazione di schede PCMCIA, vengono utilizzati all'estero per collegare computer portatili a reti pubbliche e aziendali in negozi, università, aeroporti, magazzini, ecc. Poiché sono progettati per funzionare con un computer portatile, i loro circuiti sono ridotti al minimo in termini di consumo energetico, che è associato a una bassa potenza di trasmissione (30-100 mW). A causa del prezzo relativamente basso, tali dispositivi in ​​​​Russia vengono utilizzati ovunque per qualsiasi applicazione di comunicazione wireless. E spesso la loro bassa potenza di uscita è l'unica cosa che non soddisfa il cliente finale. In questo caso compaiono sulla scena gli amplificatori di potenza domestici, progettati per essere utilizzati con dispositivi miniaturizzati IEEE802.11 e che consentono loro di aumentare notevolmente la potenza di uscita. La progettazione e il collaudo di uno di questi amplificatori saranno discussi in questo articolo.

Solitamente i dispositivi IEEE802.11 hanno un connettore a microonde utilizzato per collegare l'antenna, la commutazione di trasmissione/ricezione avviene all'interno del dispositivo, trattandosi di un sistema a divisione di tempo. Pertanto, il primo problema da risolvere nello sviluppo di un amplificatore di potenza era la separazione dei canali di ricezione e trasmissione in modo da amplificare quest'ultimo e, se possibile, attenuare il meno possibile il primo. Per la separazione descritta, è possibile utilizzare dispositivi passivi - circolatori. Il design degli amplificatori di potenza con un circolatore è stato descritto in dettaglio in [2], quindi questo articolo si concentrerà su un altro modo: utilizzare un interruttore attivo.

Riso. 1. Schema a blocchi di un amplificatore di potenza con interruttore

Una caratteristica dell'utilizzo di interruttori a microonde è la necessità di generare un segnale di controllo per la commutazione delle modalità di ricezione-trasmissione. Naturalmente, tale segnale può essere prelevato dal dispositivo IEEE802.11 stesso, ma in questo caso si perde la comodità di utilizzare l'amplificatore, poiché oltre ai cavi a microonde è necessario collegare un altro cavo di controllo. Inoltre, il segnale di commutazione ricezione-trasmissione non viene emesso esplicitamente al connettore PCMCIA. Per ottenere il segnale di controllo dell'interruttore, l'amplificatore sviluppato utilizza un rivelatore a microonde basato su un diodo Schottky del tipo HSMS-2850 di Agilent. Il diodo Schottky HSMS-2850, progettato per il rilevamento, la modulazione, la miscelazione e la divisione di frequenza nell'intervallo da 915 MHz a 5.8 GHz a una frequenza di 2.45 GHz (la frequenza operativa media dell'amplificatore sviluppato), ha una sensibilità di 35 mV/ μW. Maggiori dettagli sui parametri tecnici di questo componente possono essere trovati in [3] o su Internet all'indirizzo agilent.ru. Per abbinare il diodo Schottky a una frequenza di 2.45 GHz, è stato utilizzato un circuito risonante costituito da due strisce. Il suo calcolo è riportato in [4], inoltre, per il suo calcolo, è possibile utilizzare il calcolatore a microonde AppCad distribuito gratuitamente da Agilent.

Riso. 2. Aspetto del dispositivo

Lo schema a blocchi dell'amplificatore sviluppato è mostrato in fig. 1, aspetto - nella fotografia, fig. 2. Il transistor ad effetto di campo SHF-0289 basato sull'arseniuro di gallio di Stanford Microdevices è stato utilizzato come elemento attivo dell'amplificatore. Questo componente a prova di futuro fornisce almeno 30 dBm di potenza in uscita a 2.45 GHz con 20 dBm di potenza in ingresso. Alcuni svantaggi del suo utilizzo possono essere chiamati la necessità di una tensione di alimentazione di 8 volt, ma come hanno dimostrato gli esperimenti, funziona in modo soddisfacente anche con una tensione di 5 volt, se non è richiesta la piena potenza di uscita da esso. Il circuito di commutazione del transistor, riportato nella documentazione dell'applicazione [5], è piuttosto complicato, mentre i valori di alcuni componenti durante la sintonizzazione devono essere variati per ottenere parametri accettabili, ma tale è il destino di tutti i transistor ad effetto di campo.

Dall'uscita dell'amplificatore a transistor, il segnale amplificato del trasmettitore viene inviato all'interruttore a microonde SW-438 da MA-COM. Alloggiato in un contenitore a montaggio superficiale in plastica SOT-363, questo switch GaAs a basso costo fornisce una bassa attenuazione diretta (0.7 dB o meno a 2.4 GHz), un elevato isolamento (25 dB o più) e praticamente nessun consumo energetico (meno di 10 µA a 3 Volt). In genere, gli interruttori di campo a microonde sono controllati da una tensione negativa, quindi un altro dei suoi vantaggi è la capacità di controllare sia la tensione negativa che quella positiva: questo è molto utile quando si progetta il driver. La documentazione tecnica dettagliata [6] per questo componente è disponibile sul sito Web del produttore: macom.com.

Riso. 3. Diagramma schematico

L'interruttore a microonde è controllato da un driver, che in questo circuito è un multiplexer di segnali analogici ad alta velocità di Analog Devices ADG774ABRQ. Le sue funzioni includono la commutazione simultanea dei segnali 0 e +2.5 Volt agli ingressi di controllo dell'interruttore SW-438 in base al segnale di rilevamento della potenza all'ingresso del rilevatore a microonde, trasmesso attraverso l'elemento di azionamento - il transistor KT-3130. Il livello + 2.5 Volt è formato da un partitore resistivo R7/R8 - vedere lo schema elettrico in fig. 3. L'ADG774ABRQ ha una bassa resistenza in conduzione di 2.2 ohm, può funzionare a 5 V o 3 V ed è conforme a TTL/CMOS con ingressi di controllo. Il vantaggio principale che distingue l'ADG774ABRQ dalla sua prima implementazione, l'ADG774BRQ, è la doppia larghezza di banda del segnale analogico - 400 MHz e il breve tempo di commutazione - 3 ns, che rende possibile l'utilizzo di un tale multiplexer in qualsiasi moderna telecomunicazione. in [7].

Riso. 4. Risultati del test

I risultati del test del dispositivo sviluppato sono mostrati nel grafico, Figura 4. Il guadagno del dispositivo in decibel e la potenza di uscita in decibel per milliwatt sono mostrati nel grafico a seconda della frequenza operativa. In conclusione, vorremmo notare che l'uso di un foglio di PTFE di 1 mm di spessore invece di un foglio di fibra di vetro di 1.5 mm di spessore come materiale del substrato dell'amplificatore migliorerebbe significativamente i risultati ottenuti.

Elenco di letteratura usata

1. Shakhnovich I. "LAN wireless. Anatomia degli standard IEEE802.11". - Elettronica: scienza, tecnologia, affari. - N. 1, 2003. - S. 38-48.
2. Maligin I.V. "Sviluppo e ricerca di amplificatori di potenza di radio modem a microonde dello standard IEEE802.11" - Componenti e tecnologie. - N. 9, 2002. - S. 24 - 25.
3. Diodi rivelatori Schottky per microonde a montaggio superficiale Serie HSMS-2850. dati tecnici. Catalogo dei progettisti di componenti di comunicazione. Hewlett Packard. 5966-0895E(9/97).
4. Scheda dimostrativa del rivelatore da 2.45 GHz. istruzioni di montaggio e funzionamento. HSMS-2850. Catalogo del progettista di prodotti a semiconduttore. Tecnologie Agilent. CD. 5968-7805E (11/99).
5. SHF-0289. CC - 3 GHz, 1.0 Watt, CaAs HFET. Descrizione del prodotto. Stanford Microdevices, stanfordmicro.com. EDS-101241 Rev A.
6. Interruttore GaAs SPDT DC-3.0 GHz SW-438. ver. 2.00:XNUMX, MA-COM, Tyco/Elettronica.
7. Bassa tensione 400 VHz Quad 2:1 Mux con tempo di commutazione 3 ns ADG774A. REV.0. Analog Devices Inc., 2001, analog.com.

Autore: Malygin IV; Pubblicazione: library.espec.ws

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