Ultrahochfrequenz-Leistungsverstärker mit Schalter. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Computer

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Die Besonderheit der Verwendung einiger ausländischer Kommunikationsmittel unter russischen Bedingungen besteht in der Notwendigkeit, die Funktionalität dieser Mittel durch eine Vielzahl im Inland hergestellter Set-Top-Boxen zu ergänzen. Beispielsweise werden drahtlose Kommunikationssysteme des IEEE802.11-Standards [1] im PCMCIA-Kartendesign im Ausland verwendet, um Laptop-Computer mit Netzwerken für den öffentlichen und geschäftlichen Gebrauch in Geschäften, Universitäten, Flughäfen, Lagerhäusern usw. zu verbinden. Da sie für den Betrieb mit einem Laptop-Computer konzipiert sind, ist ihr Schaltkreis im Hinblick auf den Energieverbrauch minimiert, was mit einer geringen Sendeleistung (30–100 mW) verbunden ist. Aufgrund des relativ niedrigen Preises werden solche Geräte überall in Russland für jegliche drahtlose Kommunikationsanwendungen eingesetzt. Und oft ist es nur die geringe Leistungsabgabe, die den Endkunden nicht zufriedenstellt. In diesem Fall tauchen Haushaltsleistungsverstärker auf, die für den Einsatz mit Miniatur-IEEE802.11-Geräten konzipiert sind und es ihnen ermöglichen, ihre Ausgangsleistung deutlich zu steigern. Der Entwurf und Test eines dieser Verstärker wird in diesem Artikel besprochen.

Typischerweise verfügen IEEE802.11-Geräte über einen Mikrowellenanschluss zum Anschließen der Antenne; die Empfangs-Sende-Umschaltung erfolgt innerhalb des Geräts, da es sich bei diesem System um ein Zeitmultiplexsystem handelt. Das erste Problem, das bei der Entwicklung eines Leistungsverstärkers gelöst werden musste, war daher die Trennung der Empfangs- und Sendekanäle, um letzteren zu verstärken und die Dämpfung des ersteren möglichst gering zu halten. Für die beschriebene Trennung können passive Geräte – Zirkulatoren – verwendet werden. Der Aufbau von Leistungsverstärkern mit Zirkulator wurde in [2] ausführlich beschrieben, daher wird in diesem Artikel eine andere Methode besprochen – die Verwendung eines aktiven Schalters.

Reis. 1. Blockschaltbild eines Leistungsverstärkers mit Schalter

Die Besonderheit bei der Verwendung von Mikrowellenschaltern besteht in der Notwendigkeit, ein Steuersignal zum Umschalten des Empfangs- und Sendemodus zu erzeugen. Natürlich kann ein solches Signal vom IEEE802.11-Gerät selbst übernommen werden, allerdings geht in diesem Fall die Nutzbarkeit des Verstärkers verloren, da zusätzlich zu den Mikrowellenkabeln der Anschluss eines weiteren Steuerkabels erforderlich ist. Darüber hinaus wird das Sende-/Empfangsschaltsignal nicht explizit an den PCMCIA-Anschluss ausgegeben. Um ein Schaltsteuersignal zu erhalten, verwendet der entwickelte Verstärker einen Mikrowellendetektor, der auf einer Schottky-Diode vom Typ HSMS-2850 von Agilent implementiert ist. Die Schottky-Diode HSMS-2850, die zum Erkennen, Modulieren, Mischen und Teilen von Frequenzen im Bereich von 915 MHz bis 5.8 GHz bei einer Frequenz von 2.45 GHz (der durchschnittlichen Betriebsfrequenz des entwickelten Verstärkers) ausgelegt ist, hat eine Empfindlichkeit von 35 mV / μW. Weitere Details zu den technischen Parametern dieser Komponente finden Sie in [3] oder im Internet unter agilent.ru. Zur Anpassung an die Schottky-Diode bei einer Frequenz von 2.45 GHz wird ein Schwingkreis bestehend aus zwei Streifen verwendet. Die Berechnung ist in [4] angegeben, außerdem können Sie für die Berechnung den von Agilent kostenlos vertriebenen AppCad-Mikrowellenrechner verwenden.

Reis. 2. Aussehen des Geräts

Das Blockschaltbild des entwickelten Verstärkers ist in Abb. dargestellt. 1, Aussehen - auf dem Foto, Abb. 2. Als aktives Element des Verstärkers wurde der Galliumarsenid-Feldeffekttransistor SHF-0289 von Stanford Microdevices verwendet. Diese fortschrittliche Komponente bietet mindestens 30 dBm Ausgangsleistung bei 2.45 GHz mit 20 dBm Eingangsleistung. Ein Nachteil seiner Verwendung ist die Notwendigkeit einer Versorgungsspannung von 8 Volt, aber wie Experimente gezeigt haben, funktioniert es bei einer Spannung von 5 Volt zufriedenstellend, wenn Sie nicht die volle Ausgangsleistung benötigen. Die in der Anwendungsdokumentation [5] angegebene Transistor-Verbindungsschaltung ist recht komplex und die Werte einiger Komponenten müssen während der Einrichtung variiert werden, um akzeptable Parameter zu erhalten. Dies ist jedoch das Schicksal aller Feldeffekttransistoren.

Vom Ausgang des Transistorverstärkers wird das verstärkte Signal des Senders dem Mikrowellenschalter SW-438 von MA-COM zugeführt. Dieser kostengünstige GaAs-Schalter, untergebracht in einem oberflächenmontierbaren SOT-363-Kunststoffgehäuse, bietet eine geringe Vorwärtsdämpfung (weniger als 0.7 dB bei 2.4 GHz), eine hohe Isolierung (weniger als 25 dB) und praktisch keinen Stromverbrauch (weniger als 10 dB). µA bei 3 Volt). Normalerweise werden Mikrowellenfeldschalter durch negative Spannung gesteuert. Ein weiterer Vorteil ist daher die Möglichkeit, sowohl negative als auch positive Spannung zu steuern. Dies ist sehr praktisch, wenn Sie Ihren eigenen Treiber entwerfen. Eine ausführliche technische Dokumentation [6] zu dieser Komponente finden Sie auf der Website des Herstellers: macom.com.

Reis. 3. Schematische Darstellung

Der Mikrowellenschalter wird von einem Treiber gesteuert, der in dieser Schaltung von einem Hochgeschwindigkeits-Multiplexer analoger Signale von Analog Devices ADG774ABRQ gespielt wird. Zu seinen Funktionen gehört das gleichzeitige Schalten von 0- und +2.5-Volt-Signalen an den Steuereingängen des SW-438-Schalters basierend auf dem Leistungserkennungssignal am Eingang des Mikrowellendetektors, das über den Aktuator – Transistor KT-3130 – übertragen wird. Der +2.5-Volt-Pegel wird durch den Widerstandsteiler R7/R8 gebildet – siehe Schaltplan in Abb. 3. ADG774ABRQ hat einen niedrigen Einschaltwiderstand von 2.2 Ohm, kann mit einer Spannung von 5 und 3 Volt betrieben werden und ist TTL/CMOS-kompatibel für Steuereingänge. Der Hauptvorteil, der den ADG774ABRQ von seiner ersten Implementierung, dem ADG774BRQ, unterscheidet, ist die doppelte analoge Signalbandbreite – 400 MHz und die kurze Schaltzeit – 3 ns, was den Einsatz eines solchen Multiplexers in jeder modernen Telekommunikation ermöglicht, mehr darüber in [ 7].

Reis. 4. Testergebnisse

Die Testergebnisse des entwickelten Geräts sind in der Grafik, Abbildung 4, dargestellt. Die Verstärkung des Geräts in Dezibel und die Ausgangsleistung in Dezibel pro Milliwatt sind in der Grafik als Funktion der Betriebsfrequenz dargestellt. Abschließend möchte ich anmerken, dass die Verwendung von folienbeschichtetem Fluorkunststoff mit einer Dicke von 1 mm anstelle von folienbeschichtetem Glasfaserlaminat mit einer Dicke von 1.5 mm als Verstärkersubstratmaterial die erzielten Ergebnisse erheblich verbessern würde.

Liste der verwendeten Literatur

1. Shakhnovich I. „Drahtlose lokale Netzwerke. Anatomie der IEEE802.11-Standards.“ - Elektronik: Wissenschaft, Technologie, Wirtschaft. - Nr. 1, 2003. - S. 38-48.
2. Malygin I.V. „Entwicklung und Forschung von Leistungsverstärkern für Mikrowellenfunkmodems des IEEE802.11-Standards“ – Komponenten und Technologien. - Nr. 9, 2002. - S. 24 - 25.
3. Oberflächenmontierte Mikrowellen-Schottky-Detektordioden der Serie HSMS-2850. Technische Daten. Katalog für Kommunikationskomponenten-Designer. Hewlett Packard. 5966-0895E (9/97).
4. 2.45-GHz-Detektor-Demonstrationsplatine. Montage- und Bedienungsanleitung. HSMS-2850. Designerkatalog für Halbleiterprodukte. Agilent Technologies. CD. 5968-7805E (11/99).
5. SHF-0289. Gleichstrom – 3 GHz, 1.0 Watt, CaAs-HFET. Produktbeschreibung. Stanford Microdevices, stanfordmicro.com. EDS-101241 Rev. A.
6. GaAs-SPDT-Schalter DC-3.0 GHz SW-438. Ver. 2.00, MA-COM, Tyco/Elektronik.
7. Niederspannungs-400-V-Hz-Quad-2:1-Mux mit 3 ns Schaltzeit ADG774A. REV.0. Analog Devices Inc., 2001, analog.com.

Autor: Malygin I.V.; Veröffentlichung: library.espec.ws

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