Широкополосные усилительные модули диапазона 2-4 ГГЦ с выходной мощностью 50 и 100 ВТ

Бочкарев Д.В., Никитин Д.В, Кищинский А.А., Радченко А.В.
mwsystems@mwsystems.ru

Опубликовано в материалах 19 Крымской конференции "СВЧ техника и телекоммуникационные технологии", Севастополь, Вебер, 2009 г.

Аннотация. В докладе изложены результаты экспериментального исследования параметров усилительных модулей, построенных по схеме двух- и четырехканального суммирования мощностей серийно-выпускаемых широкополосных транзисторных усилителей диапазона 2-4 ГГц, реализованы макеты модулей с октавной полосой и выходной непрерывной мощностью 50 и 100 Вт.

Нередко перед разработчиками СВЧ усилителей мощности ставится задача получения больших значений мощности в широкой полосе частот. При этом построение усилителей по стандартным схемам в едином корпусе увеличивает их сложность из-за большого числа каналов суммирования, тепловых проблем, а также трудности настройки. Один из выходов — агрегатирование отдельных фазо- и ампли-тудоидентичных усилителей при помощи внешних схем суммирования с малыми потерями.

В изготовленных усилительных модулях по схемам двух- и четырехканального суммирования в качестве усилителей использовались серийно-выпускаемые широкополосные транзисторные усилители СВЧ-мощности диапазона 2-4 ГГц РМ24-С8. Усилители имеют выходную мощность 22-25 Вт, коэффициент усиления в линейном режиме 38-42 дБ, неравномерность АЧХ не более 3 дБ и КСВН выходов не более 2.
На рисунке 1 показаны семейства фазовых (в середине) и амплитудных (вверху) характеристик серии усилителей РМ24-С8, которые использовались для построения исследуемых модулей.

Рисунок 1. АЧХ и фазовая неидентичность усили-телей РМ24-С8.
Figure 1. Gain-frequency and phase difference charac-teristics of PM24-C8 amplifiers.

В схемах двух- и четырехканального суммиро-вания использовались компактные корпуси-рованные микрополосковые тандемные сумматоры мощности, фотография конструкции одного из них показана на рисунке 2. Тандемные мосты выполнены по тонкопленочной технологии с повышенной толщиной слоя вакуумной меди (толщина металлизации около 33 мкм) на поликоровой подложке толщиной 1 мм.

Рисунок 2. Конструкция тандемного сумматора мощности.
Figure 2. The construction of tandem coupler.

На рисунке 3 приведен график измеренных и расчетных потерь на деление/суммирование двух и шести таких сумматоров, соединенных между собой сфазированными коаксиальными кабельными сбор-ками.

Рисунок 3. Потери на деление/суммирование тан-демных мостов.
Figure 3. Tandem couplers division-combining loss.

На рисунке 4 представлена фотография уси-лительного модуля состоящего из: двух усилителей РМ24-С8 (РМ24-С8х2), входного и выходного тан-демного делителя/сумматора, а также высокопроиз-водительного радиатора, с возможностью установки охлаждаемых модулей с двух сторон.

Рисунок 4. Фотография модуля РМ24-С8х2.
Figure 4. The photography of РМ24-С8х2 unit.

Модуль, состоящий из четырех усилителей РМ24-С8 (РМ24-С8х4), построен по той же схеме, что и РМ24-С8х2, но суммируется, соответственно, шестью тандемными сумматорами (рисунок 5).

Рисунок 5. Фотография модуля РМ24-С8х4.
Figure 5. The photography of РМ24-С8х4 unit.

Результаты измерения выходной мощности в линейном режиме и мощности насыщения модулей показаны на рисунке 6.

Рисунок 6. Зависимость выходной мощности от частоты модулей РМ24-С8х2 и РМ24-С8х4.
Figure 6. Saturated and linear output power of РМ24-С8х2 and РМ24-С8х4 units.

Сравнение расчетной и измеренной мощно-сти, экспериментальные потери в сумматорах вме-сте с кабельными сборками для модулей РМ24-С8х2 и РМ24-С8х4, приведены в таблице 1. Эффектив-ность суммирования определяется потерями в ка-бельных сборках и сумматорах, а также идентично-стью частотных характеристик этих сборок и используемых усилителей.

Полученные результирующие параметры мо-дулей представлены в таблице 2.

При работе модулей в лабораторных услови-ях температура на радиаторах не поднималась выше 35 градусов, а на усилителях не более 45 градусов. При этом расход воздуха для модуля РМ24-С8х2 составил около 0,4 м3/мин, а для РМ24-С8х4 - около 0,8 м3/мин. Габариты модулей: 395х180х155 мм (РМ24-С8х2) и 395х180х280 мм (РМ24-С8х4).

Разработаны и экспериментально исследованы макеты агрегатированных транзисторных усилителей мощности с октавной полосой в диапазоне 2-4 ГГц и выходной мощностью 50 и 100 Вт. Дальнейшее наращивание выходной мощности до 200-500 Вт в данном диапазоне будет проводиться путем оптимизации параметров суммирующих устройств и построением усилительных модулей на нитрид-галлиевых транзисторах.