автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.04, диссертация на тему:Широкополосные и полосовые усилители УВЧ и СВЧ радиосигналов с улучшенными параметрами по выходной мощности, линейности и КПД

На правах рукописи

Коротаев Владислав Михайлович

Широкополосные и полосовые усилители УВЧ и СВЧ радиосигналов с улучшенными параметрами по выходной мощности, линейности и КПД

Специальность 05.12.04 - радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 О ЛЕК 2012

Томск 2012

005047480

005047480

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники» (ТУСУР) и в ЗАО «Научно-производственная фирма «Микран».

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ: доктор технических наук Туев Василий Иванович

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ: Майстренко Василий Андреевич, доктор технических наук, профессор, Омский государственный технический университет Заведующий кафедрой "Средства связи и информационная безопасность"

Титов Александр Анатольевич, доктор технических наук, профессор,

Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР)

Профессор кафедры радиоэлектроники и защиты информации ТУСУРа.

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ:

ФГУП НИЧ «МАТИ»-РГТУ им. К.Э. Циолковского, г. Москва.

Защита состоится 28 декабря 2012 г. в 9-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.268.01 при Томском государственном университете систем управления и радиоэлектроники по адресу г. Томск, пр. Ленина, 40, ауд. 201

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ТУСУР по адресу: (634034, г.Томск, ул. Вершинина, 74).

Автореферат разослан "_"_ 2012 г.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, подписанные составителем и заверенные гербовой печатью организации, просим направлять по адресу: 634050,г. Томск, пр. Ленина, 40, ТУСУР, ученому секретарю диссертационного совета Д 212.268.01 Филатову A.B.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.268.01 доктор технических наук, профессор

Филатов A.B.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Качественные показатели радиотехнических систем различного назначения - радиосвязи, телевидения, радиолокации, радионавигации и радиоуправления - в значительной степени определяются параметрами входящих в них устройств усиления радиосигналов. Реализация все более возрастающих требований к системам по быстродействию, пропускной способности, электромагнитной совместимости, улучшению спектральной чистоты и ослаблению уровня побочных комбинационных компонентов передающих трактов требует определения предельно достижимых значений выходной мощности и коэффициента полезного действия (КПД) усилителей радиосигналов на этапе проектирования.

Приоритетное развитие и совершенствование активной элементной базы радиотехнических устройств в настоящее время происходит в полупроводниковых приборах, работающих на принципе полевого управления движением носителей, - полевых транзисторах (ПТ). Разработаны новые усилительные элементы (УЭ), такие как полевые транзисторы на основе GaAs, GaN.

При проектировании усилителей мощности УВЧ и СВЧ первостепенное значение всегда имеет вопрос определения значения оптимальной нагрузки ПТ, которая позволяла бы максимально использовать потенциальные энергетические ресурсы полевого транзистора для поучения от него максимальной мощности. К недостаткам простых расчетно-экспериментальных методов определения комплексного значения нагрузки ПТ,например по методу С.С. Криппса, относится их расхождение с результатами прямых измерений комплексного значения нагрузки ПТ. Развитие систем высокоскоростной широкополосной связи вызывает постоянный все возрастающий спрос на усилители мощности с малыми нелинейными искажениями. Требования к допустимому уровню нелинейных искажений растут пропорционально росту скорости передачи информации в рассматриваемых системах.

Вопросы исследования и минимизации нелинейных искажений (НИ) радиосигналов в усилительных устройствах, работающих в режиме слабой нелинейности, широко представлены в работах Б.М. Богдановича, А.В.Данилова, Ю.Л. Хотунцева, А.Г. Жаркого, В.Д.Дмитриева, А.И. Силютина, С.В.Мелихова, А.А.Титова, В.И.Туева, Нарайнана (S. Naraynan), Буссганга (J.Bussgang), Эрмана (L. Ehrman), Г.С.Педро (J.C.Pedro), С.С.Криппса А.Гребенникова (A.Grebennikov), Н.О.Сокала (N.O.Sokal), С.А. Мааса и др. Однако вопросы анализа и минимизации нелинейных искажений (НИ) в усилителях со сложением мощности нескольких ПТ, оптимизированных по критерию максимального значения КПД при заданной мощности оказались нерешенными. Вопрос выбора значения импеданса нагрузки оптимальной по условию максимального использования раскрыва вольт-амперной характеристики для получения максимальной мощности или КПД по критерию сжатия коэффициента передачи остается в числе задач, требующих разработки новых подходов к их

решению с целью повышения достоверности определения величины оптимальной нагрузки.

В связи с этим разработка расчетно-экспериментального метода определения комплексной нагрузки ПТ, позволяющего получить максимальное значение выходной мощности или КПД усилителей радиосигналов, а также поиск путей уменьшения НИ радиосигналов в усилительных устройствах на основе балансного каскада с применением компенсационных решений, увеличения полосы рабочих частот и уменьшения неравномерности частотной характеристики являются актуальными.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ - совершенствование методик проектирования, создание и внедрение УВЧ и СВЧ усилителей радиосигналов на полевых транзисторах с повышенной выходной мощностью на основе максимального использования энергетического потенциала усилительного элемента по критерию сжатия коэффициента передачи, уменьшения нелинейных искажений и уменьшенными нелинейными искажениями при заданной выходной мощности и максимальном КПД во вторых в более широком диапазоне частот.

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1. Разработка метода определения комплексной нагрузки полевого транзистора для достижения максимальной выходной мощности и КПД усилителей мощности УВЧ и СВЧ диапазонов.

2. Уменьшение нелинейных искажений усилителей мощности для аппаратуры связи с использованием компенсационных методов линеаризации.

3. Увеличение выходной мощности УВЧ-СВЧ усилителей на основе разработанного компенсационного метода и создание новых схемных решений их построения.

4. Увеличение широкополосности УВЧ и СВЧ усилителей и уменьшение неравномерности амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) схемотехническими методами.

5. Создание и внедрение УВЧ и СВЧ усилителей радиосигналов на полевых транзисторах с повышенной выходной мощностью, уменьшенными нелинейными искажениями, расширенным диапазоном рабочих частот в системы связи наземного, воздушного, морского и космического базирования.

ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ. В работе использованы методы теории линейных и нелинейных электрических цепей, спектрального анализа, матричного исчисления, численного моделирования, математические формулы для точки пересечения продуктов нелинейности второго и третьего порядков, экспериментальные исследования.

Достоверность полученных теоретически выводов подтверждена экспериментально в процессе выполнения работы, а также созданием усилителей мощности, внедренных в состав радиотехнических систем различного назначения, результаты работы не противоречат известным частным результатам.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА работы определяется развитием методов проектирования усилителей радиосигналов и созданием на этой основе новых устройств для усиления УВЧ и СВЧ радиосигналов с повышенными значениями выходной мощности и КПД. Научной новизной обладают следующие основные результаты работы.

1. Метод определения комплексной нагрузки полевого транзистора, позволяющий создавать усилители радиосигналов с максимальным значением выходной мощности или КПД на основе максимального использования энергетического потенциала усилительного элемента по критерию сжатия коэффициента передачи.

2. Обоснование возможности уменьшения нелинейных искажений фазоманипулированного сигнала в усилительных устройствах, построенных по схеме с суммированием мощности на основе балансного каскада, за счет компенсации продуктов нелинейности, которая достигается режимной расстройкой плеч или расстройкой цепей согласования в каскадах усиления.

3. Удвоение выходной мощности в верхней части диапазона частот широкополосного усилителя СВЧ за счет использования балансного способа соединения двух усилителей в каскад и введения дополнительной связи через передающую линию определенной длины между последовательно включенными балансными каскадами.

4. Доказательство возможности увеличения диапазона рабочих частот широкополосного СВЧ усилителя благодаря использованию в последовательно включенных каскадах фазосдвигающих цепей, обеспечивающих постоянный в полосе частот фазовый сдвиг.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ РАБОТЫ заключается в разработке, создании и внедрении устройств усиления УВЧ и СВЧ радиосигналов с повышенными значениями выходной мощности и КПД в радиотехнические системы наземного, воздушного, морского и космического базирования, что позволило повысить качество передачи информации, помехоустойчивость и электромагнитную совместимость этих систем.

Созданы новые методики проектирования усилителей, содержащих ПТ:

- расчетно-экспериментальный метод определения комплексного значения нагрузки ПТ, обеспечивающего максимальную мощность или КПД усилителя на основе максимального использования энергетического потенциала усилительного элемента по критерию сжатия коэффициента передачи;

-методика проектирования многокаскадных усилителей мощности на балансных каскадах, позволяющая в технологическом процессе настройки (ремонта) осуществлять диагностирование каждого транзистора по значениям коэффициента усиления и выходной мощности.

Разработаны новые устройства для усиления УВЧ и СВЧ радиосигналов. На два новых устройства получены авторские свидетельства на изобретения.

Под руководством и при непосредственном участии автора созданы и внедрены следующие разработки.

1. Широкополосный усилитель СВЧ диапазона 4-8ГГц (В/Ч 25714, 1982г.), опытная партия.

2. Широкополосный усилитель СВЧ диапазона X (В/Ч 25714, 1983г.), малая серия.

3. Сверхширокополосный гибридный усилитель сантиметрового диапазона (п/я Г-4493,1988г.).

4. Сверхвысокочастотные усилители мощности 13.5-15.5ГГц (Москва, ЗАО Корпорация радиоэлектронных и информационных технологий, 19952005гг.).

5. Сверхвысокочастотные усилители мощности Х-диапазона (Томск, НИИ РТС ТУ СУР, 2005-2012гг.).

6. Усилители мощности в составе СВЧ передающих конвертеров для высокоскоростной радиолинии космического базирования (Москва, ОАО, Научно-исследовательский институт точных приборов, 2005-2007гг.).

7. Усилитель мощности в составе формирователя СВЧ (Калуга, ОАО НПП Калужский приборостроительный завод «Тайфун», 2003-2008 гг.).

8. Усилители мощности абонентских терминалов GPS 1620x1, GPS 1620x2, GPS 1620x4, GPS 1620x8 (Томск, ЗАО НПФ «Микран», 2002- 2009 гг.)

9. Усилители мощности в составе конвертеров аппаратуры высокоскоростных цифровых радиорелейных станций SDH типов МИК-PJI 4-6С, МИК-РЛ 7-15С (Томск, ЗАО НПФ «Микран», 2005-2009 гг.)

10. Усилители мощности в составе передающих конвертеров аппаратуры высокоскоростных цифровых радиорелейных станций синхронной SDH и плезиохронной PDH+ иерархий типов МИК-РЛ 13С и МИК-РЛ 13Р+. (Томск, ЗАО НПФ «Микран», 2011 г.)

Документы о внедрении разработанных устройств приведены в приложении к диссертационной работе.

Результаты внедрения диссертационной работы имеют межгосударственный уровень. Разработанные на основе проведенных исследований усилители мощности серийно выпускались и были реализованы в составе аппаратуры прямого доступа к спутниковым каналам связи системы Global-Star. Усилители мощности с низкими нелинейными искажениями в составе аппаратуры радиорелейных линий цифровой связи синхронной и плезиохронной иерархии используются как в России, так и за рубежом.

Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе в Томском государственном университете систем управления и радиоэлектроники при дипломном проектировании, учебно- и научно-исследовательской работе студентов, в лабораторном практикуме и курсовом проектировании по базовым дисциплинам на кафедрах: «Теоретических основ радиотехники», «Радиоэлектронных технологий и экологического мониторинга».

ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ

1. Предложенный расчетно-экспериментальный метод определения комплексной нагрузки позволяет по ограниченному набору параметров транзистора, доступных для измерений, определять два значения комплексного сопротивления нагрузки транзистора, которые обеспечивают достижение максимального значения выходной мощности или КПД

проектируемых усилителей УВЧ и СВЧ радиосигналов на основе максимального использования энергетического потенциала усилительного элемента по критерию сжатия коэффициента передачи.

2. Применение режимной расстройки или расстройки цепей согласования в плечах усилителя мощности, построенного по балансной схеме, позволяет уменьшить нелинейные искажения фазоманипулированного сигнала до 10 дБ в диапазоне изменения выходной мощности радиосигнала 10-15 дБ за счет компенсации продуктов нелинейности.

3. Введение дополнительной связи между балансными каскадами через отрезок передающей линии, соединяющий балластные выходы межкаскадных направленных ответвителей в двухкаскадной балансной схеме позволяет удвоить выходную мощность широкополосного согласованного СВЧ усилителя.

4. Показано, что использование фазосдвигающих цепей, вносящих постоянный в полосе частот сдвиг фаз, приводит к увеличению в 2.34 раза диапазона рабочих частот, в котором многокаскадный усилитель СВЧ будет иметь неравномерность амплитудно-частотной характеристики не хуже, чем у одиночного каскада, что обусловлено компенсацией межкаскадных отражений при неполной согласованности каскадов.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные разделы и результаты работы докладывались и обсуждались на международных научно-технических конференциях: Innovations in Information and Communication Science and Tecnology. Second Postgraduate Consortium International Workshop IICST 2012. Tomsk, Russia, September 10-13, 2012, «Спутниковые системы связи и навигации» (Красноярск, 1997), «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (Санкт-Петербург, 2008), «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (Севастополь, Крым, Украина, 2009), на всесоюзных и всероссийских конференциях, «2-я Всероссийская научно техническая конференция по проблемам создания перспективной авионики» (Томск, 2003), «Наука. Технологии. Инновации» (Новосибирск, 2008), «Современные проблемы радиоэлектроники и связи» (Иркутск, 2009), на всесоюзном семинаре «Актуальные вопросы разработки и производства средств приема спутникового телевидения» (Севастополь, 1990), на краевой научно- технической конференции «Интегральная электроника СВЧ» (Красноярск, 1987), на областных конференциях по радиотехнике, электронике и связи «Разработка и исследование радиотехнических систем и устройств» (Томск, 1981,1983).

ПУБЛИКАЦИИ. Результаты диссертационной работы опубликованы в 24 работах: в 7 статьях в центральных периодических журналах (4 из них в рецензируемых изданиях из перечня ВАК), в 11 статьях в сборниках трудов научно-технических конференций; в 2 описаниях к авторским свидетельствам, в 3 тезисах докладов научно-технических конференций, в научно-технических отчетах.

Личный вклад автора. Все результаты, сформулированные в положениях, выносимых на защиту, и составляющие научную новизну

работы, получены автором лично либо при его непосредственном участии. Работы, посвященные приложениям полученных автором результатов, выполнялись как лично автором, так и коллективом коллег автора.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, двух приложений, списка использованных источников информации, включающего 125 наименований, содержит 110 страниц текста, 42 рисунка и 11 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность работы, изложена научная новизна полученных результатов, обосновано практическое значение работы, сформулированы положения, выносимые на защиту, приведены сведения об апробации работы, публикациях и структуре диссертации.

В первом разделе дан сравнительный анализ методов моделирования и проектирования устройств усиления УВЧ и СВЧ радиосигналов и способов определения нагрузки ПТ.

Рассмотрены методы анализа нелинейных искажений при проектировании усилителей с использованием схем суммирования мощности нескольких транзисторов. Сформулированы цель и задачи исследования.

Во втором разделе предложена расчетно-экспериментальная методика определения комплексного значения нагрузки ПТ, обеспечивающего максимальную мощность или КПД усилителя на основе максимального Рис.1 Эквивалентная использования энергетического потенциала схема выходной цепи усилительного элемента по критерию сжатия полевого транзистора коэффициента передачи.

Широко используемая упрощенная схема замещения выходной цепи усилителей на ПТ без учета паразитных реактивных элементов выводов и корпуса транзистора приведена на рис. 1. Источник тока моделирует усилительные свойства ПТ, ЯънСь- эквивалентные сопротивление и емкость выходной цепи транзистора, 2Н - комплексное сопротивление нагрузки.

Для схемы, приведенной на рис. 1, эквивалентное сопротивление нагрузки определяется параллельным соединением Яь, Сь и 2Н:

(О

где

2Ь =Ъегь + ]\т2ь. Значение размаха тока стока транзистора /м определяется разложением в ряд Фурье импульса тока через нелинейный элемент:

у1 + I■ «и

где а„, (п = 0,1,...) - коэффициенты разложения.

Для обобщения расчетных соотношений на классы режимов усилительного элемента по постоянному току А и В введем отношение первой и нулевой гармоник в виде коэффициента

(3)

В общем случае значение к определяется коэффициентами разложения импульса выходного тока в ряд (2). Например, для режима класса В численное значение коэффициента к равно л/2 .

В пределе при глубоком двустороннем ограничении форма выходного сигнала усилительного каскада близка к меандру. Значения нулевой и первой гармоник спектральных составляющих однополярного меандра в соответствии

... 11 2-/.

с (2) равны /0= — , /. =--

2 л

соответствии с (3) равно

а численное значение коэффициента к в

/„ 71

(4)

С учетом (1), (2) и (4) для режима работы транзистора с двусторонним ограничением тока условие полного использования раскрыва вольт-амперной характеристики может быть записано

Z 2

^НДО +

Е-и„ kh

(5)

Рис.2. Круговая диаграмма Смита с экспериментально измеренными и расчетными значениями оптимальной нагрузки

Д-измеренная величина О-рассчитанная величина предлагаемым методом О-рассчитанная поКриппсу

где 2цдо - значение нагрузки,

соответствующее максимальной мощности при двустороннем ограничении сигнала.

В этом случае значения выходной мощности Р„ и коэффициент полезного действия г| связаны с параметрами выходного импеданса и нагрузки соотношением:

2-E\1\Zb+Z]

ндо|

(5)

" к1 Щгк^то

Входящие в уравнения параметры (ток стока в рабочей точке /0, выходная мощность Р„ и коэффициент полезного действия г) определяются экспериментально. Значение оптимальной нагрузки находится из совместного решения нелинейных уравнений (5) и (6).

Экспериментальная проверка предложенного метода определения оптимальной нагрузки по критерию максимальной мощности проведена для рНЕМТ ПТ типа 7'0/г2021-01 с выходной мощностью 1,2 Вт. Сравнение рассчитанных и экспериментальных данных проведено на частоте 10 ГГц, для которой в справочных данных имеется измеренное значение оптимальной нагрузки. Отклонение расчетного значения от экспериментально измеренного

не превышает 10% по фазе и 8 % по модулю коэффициента отражения оптимальной нагрузки.

Для иллюстрации полученных результатов на рис. 2 приведена круговая диаграмма, на которой показана экспериментально измеренная величина оптимальной нагрузки (Д) и рассчитанная по предложенному методу (□).

Таким образом, предложенный метод, заключающийся в измерении тока стока в рабочей точке, напряжения насыщения, выходной мощности и коэффициента полезного действия в режиме двухстороннего глубокого ограничения усиливаемого синусоидального сигнала с последующим

расчетом по предложенным формулам, 1 позволяет определить комплексное

Ю-

-\гКНлг

HOlY Н02Т

Jl-^JL

значение оптимальной по мощности . -¿зн нагрузки полевых СВЧ транзисторов.

Рис. 3

Схема балансного каскада в третьем разделе представлены

результаты моделирования усилителей мощности, построенных по схеме сложения, предложены технические решения усилителей УВЧ и СВЧ радиосигналов с уменьшенными НИ.

Типовая схема балансного усилителя со сложением мощности двух каскадов 1 и 2 с использованием направленных ответвителей Н01 и Н02 и балластных нагрузок йы и /?42 приведена на рис.3.

Для описания нелинейных свойств усилительных каскадов 1 и 2 используется полиномиальная аппроксимация передаточной вольт-амперной характеристики ПТ степенным рядом:

i = a0 + a1-u + a2-u2 +...+ ап-и", (6)

где а, — постоянные коэффициенты (¡'= 1,2, ... и); п - порядок полинома; и - входной сигнал.

Показано, что для схемы (рис.3) с делением на два и синфазным суммированием точка пересечения продуктов нелинейности третьего порядка 0!Р} определяется выражением:

О/Р.ЛЬЫ, (7)

3 Ко + ЯзР)]

где в скобках указана принадлежность коэффициентов а, соответственно для первого и второго каскадов.

Из выражения (7) следует, что для увеличения OIPj, а это свидетельствует об уменьшении НИ при той же выходной мощности, необходимо обеспечить смену знака коэффициента в одном из каскадов

относительно другого. Это достигается при выполнении соотношений '2-<pi(1) + bq>KU)=2<pm+n,

где фаза г'-той частоты в к-м канале;

Д— разница фаз ¡'-частоты в первом и втором каналах.

Противофазность продуктов нелинейности достигается созданием режима с отсечкой в одном каскаде и режима с ограничением в другом. С использованием режимной расстройки разработана схема усилителя с двумя последовательно включенными балансными каскадами (рис. 4).

1 ^

кы

н=н

зс

011

Л

ногУ

X

вьг

Н=н

кпн №1

эс

л.

Л

ЗС

-с=н

1?Ь2

д

№1 ниН

1

X л у х

X №1 X

чин

га>г

Л

Рис. 4. Иллюстрация механизма компенсации нелинейных искажений в двухкаскадной схеме

На рис. 5 приведены результаты экспериментальных исследований

устройства из трех последовательно включенных балансных усилителей, в двух первых балансных каскадах которого применена режимная расстройка каскадов, при усилении сигнала КАМ64,128,256 с шириной полосы 28 МГц. В качестве усилительных элементов использованы транзисторы ЕРА120В. В диапазоне изменения выходной мощности радиосигнала 15 дБ уменьшены нелинейные искажения фазоманипулированного сигнала до 10 дБ за счет компенсации продуктов нелинейности.

-17.6

Рис. 5. Экспериментальные данные.

-Д- Выходная мощность и мощность интермодуляционных искажений в УМ без линеаризации. - Выходная мощность и мощность интермодуляционных искажений в УМ с линеаризацией

В четвертом разделе проводится дальнейшее совершенствование

усилителя из двух последовательно включенных балансных усилителей, которое направлено на увеличение полосы рабочих частот. Предложено новое схемное решение, в котором комбинация достоинств балансной схемы суммирования и каскадного соединения позволят достичь удвоения выходной мощности широкополосного согласованного усилителя в диапазоне рабочих частот направленного ответвителя с одновременным увеличением коэффициента усиления во всей рабочей полосе. Снять низкочастотные ограничения

балансного усилителя позволяет введение дополнительной связи между развязанными полюсами выходного НО первого усилителя и входного НО второго балансного усилителя, как показано на рис. 6.

В диапазоне частот НО усилитель работает по балансной схеме, в диапазоне частот ниже рабочей полосы НО усилитель работает по одноканальной двухкаскадной схеме, при этом сигналы низких частот, усиленные в одном канале первого БК, проходят через развязанный выход первого и вход второго балансных усилителей. Поскольку сигнал на нижней

частоте рабочего диапазона

ю-

-I

ы

I

9С

-В>

9С

-с=н

Рис.6. Многооктавный усилитель с удвоением мощности на ВЧ

трехдецибельных НО

проходит по одноканальной и балансной схемам одновременно, для

обеспечения равномерности коэффициента усиления за

счет компенсации фазового сдвига между каналами усиления, между выходом и входом первого и второго БК вводится отрезок линии, выравнивающий фазовые набеги сигнала на стыке низкочастотного и высокочастотного диапазонов.

Экспериментальная проверка усилителя проведена с четырьмя однотипными каскадами,

собранными на ПТ типа N£025. Широкополосный усилитель имеет коэффициент усиления от 13,5 до 18,5 дБ в полосе частот от 0,02 до 18,4 ГГц.

Последующее улучшение частотных свойств многокаскадных усилителей направлено на уменьшение неравномерности АЧХ широкополосных СВЧ усилителей. Каскадное соединение однотипных усилителей с конечной

рассогласованностью приводит к возникновению дополнительной неравномерности АЧХ по сравнению с той, которую имеет одиночный усилитель. Показано,

Рис. 7. Расчетные характеристики сверхширокополосного усилителя с удвоением мощности на ВЧ. - О - 82] всего усилителя -О- 821 каждого входного БК -Д- 821 каждого выходного БК -х- Бц всего усилителя -п - Б]! всего усилителя

что выражение для коэффициента передачи 5212; усилительного устройства,

содержащего три каскада с одинаковыми параметрами рассеяния 512,521, соединенных отрезками

между первым и вторым и ^ - между вторым и

третьим каскадами, имеет вид: ^212: =:

52, (1)^,(2)^,(3)

+ е

гПъ

-А]'

(9)

где ф,,ф2 - фазовые сдвиги, вносимые отрезками р и

Л = _^(2)^(2)5,,(З)^'1^.

При проектировании широкополосных усилителей, как правило, А «1 и выражение в квадратных скобках в (9) может быть преобразовано к виду:

(Ю)

= е12*' (1 + е~'2Л*) = е"-/2ф' ге^соБАф,

где Дф = ф, - ф2.

Очевидно, что при &<р = к/2 выражение (10) равно нулю. Это означает, что влияние отражений для рассматриваемых трех каскадов скомпенсировано.

Используя свойства фазовращателя Шиффмана, обеспечивающего

Дф = (90 + 4,8)" в полосе частот с перекрытием 2.34, можно достичь

компенсации переотражений в диапазоне частот больше октавы. Для этого последовательно с £1 включены короткозамкнутые на конце связанные

отрезки линий длиной Х/4 со связью 6 дБ, где X - длина волны на середине рабочего диапазона частот, а последовательно с = ^г ~ отрезок линии ЗЛ./4. На рис. 8 приведена схема трехкаскадного усилителя мощности СВЧ с уменьшенной неравномерностью амплитудно-частотной характеристики: 1, 2, 3 - однотипные каскады, 4 - отрезки линии, 5 - отрезок линии ЗА./4, 6 -фазовращатель Шиффмана.

Спроектированный и реализованный экспериментально на основе описанного решения усилитель

Рис.8 Схема трехкаскадного усилителя обеспечивает в полосе частот

мощности СВЧ с уменьшенной 4.8 ГГц неравномерность АЧХ

неравномерностью амплитудно-частотной ±| д£ ПрИ значении характеристики коэффициента усиления 20 дБ.

В работе показано, что при использования направленных ответвителей в четырехполюсном включении коэффициент усиления каскада, нагруженного направленными ответвителями, отличается от его собственного коэффициента усиления в 50-омном тракте не более, чем на 1-2 дБ. Экспериментально это подтверждено на макетах балансных усилителей в диапазоне частот от единиц до 15.5 ГГц с рабочими полосами частот 3-5%.

Усилители с НО в четырехполюсном включении обладают повышенной надежностью к выходу из строя одного из усилительных элементов балансного каскада по критерию сохранения коэффициента усиления (с отклонением в 1-2дБ), необходимо только на полюсах неработающего канала балансного каскада и полюсах подключения балластного сопротивления обеспечить направленным ответвителям нагрузки, соответствующие режиму полного пропускания сигнала. Используя возможность последовательного добавления в схему усилительных элементов с индивидуальной подстройкой каждого, можно оптимизировать построение усилителя мощности, осуществляя в процессе подключения очередного усилительного элемента его диагностику по уровню усиления и отдаваемой мощности.

В пятом разделе приводятся практические разработки усилителей мощности СВЧ.

Предложенный расчетно-экспериментальный метод определения комплексной нагрузки полевого транзистора, а также достигнутое уменьшения нелинейных искажений фазоманипулированного сигнала в усилительных устройствах, построенных по схеме с суммированием мощности на основе балансного каскада за счет компенсации продуктов нелинейности использованы при разработке следующих усилителей.

¡.Комплект усилителей мощности УВЧ для расширения возможностей абонентских терминалов спутниковой системы связи

«Глобал-Тел»

Разработан ряд усилителей мощности для абонентских терминалов ввР 1620x1, 08Р1620x2, ввР 1620x4, С8Р1620х8, предназначенных для передачи данных со скоростью 9,6 кбит/с на канал. Конструктивная реализация усилителей мощности показана на рис. 9, параметры приведены в таблице 1.

Таблица 1. Параметры усилителей мощности абонентских терминалов спутниковой системы связи «Глобал-Тел».

Рис. 9. Усилители мощности ОБР 1620хХ

Наименование Полоса Коэфф. КСВН КПД, Рвых,

частот, усиления, Вх/вых % Вт

ГГЦ дБ

МАР 015016-01 1.6-1.65 16 1.4 52 2,5

МАР 015016-02 1.6-1.65 30 1.4 45 4,5

МАР 015016-03 1.6-1.65 28 1.4 50 12,5

Рис. 10. Усилитель мощности 3 см диапазона

2. Гибридный СВЧ усилитель мощности Зсм диапазона

Модуль представляет собой

термокомпенсированный импульсный (по управлению) усилитель мощности X - диапазона с внешним управлением.

Внешний вид показан на рисунке 10, технические характеристики приведены в таблице 2.

Таблица 2. Технические характеристики гибридного СВЧ усилителя мощности Зсм диапазона

Параметр значение

Диапазон рабочих частот, ГГц: 8,009,0

Коэффициент усиления по мощности, дБ, не менее 20

Уровень выходной мощности Р1д6, дБ, не менее 36

Время нарастания (спада) по уровням 0,1/0,9, не, не более 100(80)

Неравномерность Кр в полосе частот и температур, дБ, не более 1,0

3. Усилители мощности СВЧ в составе передающих конвертеров спутниковой системы связи на отечественной элементной базе

В процессе изготовления усилителей использовалась

предложенная в предлагаемой работе методика поэлементного подключения усилительных элементов с контролем нарастания выходной мощности, которая позволила создать партию практически идентичных по СВЧ параметрам усилителей.

Внешний вид одного из образцов усилителя приведен на рис. 11. Технические параметры приведены в таблице 3.

Таблица 3. Технические параметры усилителей мощности СВЧ в составе передающих конвертеров спутниковой системы связи на отечественной элементной базе___

Наимено- Диапазон Полоса Коэфф. кевн Рвых

вание частот, Частот, усиления, Вх/вых по

ГГц ГГц дБ сжатию на

1дБ, Вт

МАР-120155-02 12-15,5 0,2-0,3 4 1,5 1,5

МАР-140155-01 14-15,5 0,2-0,5 15-20 1,5 1,5

МАР-140155-02 14-15,5 0,2-0,5 25-30 1,5 1,5

МАР-145150-01 14,5-15 0,2 16-18 1,5 1,8

МАР-145150-02 14,5-15 0,5 25-27 1,5 1,5

4. Опытный образец гибридного СВЧ усилителя мощности приемо- передающих модулей фазированной антенной решетки для авионики

Была спроектирована и разработана гибридная интегральная схема усилителя мощности Х-диапазона для приемопередающего модуля фазированной антенной решетки.

Рис. 11. Внешний вид МАР-145150-01

Фотография опытного образца усилителя приведена на рис. 12. Параметры усилителя приведены в таблице 4. Измеренная величина нелинейных

интермодуляционных искажений при подаче на вход сигнала KAM 64 с полосой 40 МГц не превышает минус 40 дБс при выходной мощности 28дБм. Сравнение с близкими аналогами даже в классе монолитных интегральных схем позволяет утверждать, что по комплексу энергетических параметров разработанный УМ не уступает, а даже выигрывает.

Таблица 4. Параметры усилителя фазированной антенной решетки для авионики

Наименование режимов и параметров Значение

Диапазон частот, ГГц 8-11

Ширина полосы пропускания по уровню -1дБ, ГГц 2

Коэффициент усиления, дБ 16-18

Выходная мощность (в полосе 0,5 ГГц), Вт 5

КСВН вх/вых 1,8

Питание однополярное +8В Ток потребления, А 2

Габаритные размеры ГИС (без радиатора), мм 7x12x1,5

Усилитель характеризуется повышенной надежностью к выходу из строя одного элемента или части схемы.

5. Усилители мощности СВЧ в составе передающих конвертеров аппаратуры радиорелейных станций связи цифровой синхронной (SDH) и плезиохронной (PDH+) иерархий

Разработаны и внедрены в производство ряд усилителей мощности для передающих конвертеров аппаратуры радиорелейных станций связи цифровой синхронной(80Н) и плезиохронной (PDH+) иерархий.

Основные результаты работы

1. Разработан расчетно-экспериментапьный метод определения комплексной нагрузки ПТ, который позволяет по ограниченному набору параметров транзистора, доступных для измерений, определять два значения комплексного сопротивления нагрузки транзистора; которые обеспечивают достижение максимального значения выходной мощности или КПД проектируемых усилителей УВЧ и СВЧ радиосигналов на основе максимального использования энергетического потенциала усилительного элемента по критерию сжатия коэффициента передачи.

2. Показано, что применение режимной расстройки и расстройки цепей согласования в плечах усилителя мощности, построенного по балансной схеме, позволяет уменьшить нелинейные искажения фазоманипулированного сигнала КАМ64-256 на 3-10 дБ в динамическом диапазоне изменения выходной мощности радиосигнала 10-15дБ.

3. Показано, что использование фазосдвигающих цепей, вносящих постоянный в полосе частот сдвиг фаз, приводит к увеличению в 2.34 раза диапазона рабочих частот, в котором многокаскадный усилитель СВЧ будет иметь неравномерность амплитудно-частотной характеристики не хуже, чем у одиночного каскада.

4. Показано, что ведение низкочастотного канала передачи сигнала в двухкаскадной балансной схеме позволяет совместно с удвоением выходной мощности сверхширокополосного согласованного СВЧ усилителя в рабочей полосе направленных ответвителей получить остальные параметры всей схемы не хуже, чем у одиночного усилителя.

5. Показано, что балансная схема построения усилительной ячейки позволяет обеспечить надежность к выходу из строя одного УЭ по критерию сохранения коэффициента усиления. Предложенная методика проектирования многокаскадного усилителя совмещает настройку с диагностированием усилительных и мощностных свойств каждого усилительного элемента при установке в устройство.

6. Разработаны новые устройства:

6.1 Широкополосный усилитель СВЧ с удвоением мощности в октавной полосе верхней части рабочего диапазона частот.

6.2. Широкополосный многокаскадный усилитель СВЧ с улучшенной неравномерностью амплитудно-частотной характеристики.

Таким образом, выполненная работа заключается в совершенствовании методик проектирования, создании и внедрении УВЧ и СВЧ усилителей радиосигналов на полевых транзисторах с повышенной выходной мощностью на основе максимального использования энергетического потенциала усилительного элемента по критерию сжатия коэффициента передачи и уменьшенными нелинейными искажениями при заданной выходной мощности и максимальном КПД в более широком диапазоне частот, что позволило повысить качество передачи информации, помехоустойчивость и электромагнитную совместимость систем связи наземного, воздушного, морского и космического базирования.

Основные результаты диссертации изложены в следующих работах.

1. Korotaev V. М., Tuev V. I. А new method to estimate FET'S load // Innovations in Information and Communication Science and Tecnology. Second Postgraduate Consortium International Workshop IICST 2012. Tomsk, Russia, September 10-13, 2012. Proceedings: pp. 85-89.

2. Арыков B.C., Дмитриев В.Д., Коротаев B.M., Шишкин Д.А. GaAs МИС усилителя распределенного усиления // Микроэлектроника СВЧ: материалы Всероссийской конференции. СПб: 2012. - С. 165 - 168.

3. Дмитриев В.Д., Коротаев В.М., Шишкин Д.А. Оценка параметров рНЕМТ СВЧ полевого транзистора по нелинейным критериям. // Доклады ТУСУРа. 2011. - №2 (24), ч. 3. - С. 46-50.

4. Коротаев В.М., Туев В.И. Расчетно-экспериментальный метод определения оптимальной нагрузки СВЧ полевого транзистора в режиме усиления мощности // Изв. Томск, политехи, ун-та, 2009. - №4. - С. 178-182.

5. Коротаев В.М., Шейн Д.Я. Линеаризация усилителей мощности на балансных каскадах // «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии». Сб. тр. 19-ой Международной Крымской конференции, Севастополь: 2009.

6. Коротаев В.М., Шейн Д.Я. Схемные решения усилителей СВЧ с улучшенными параметрами на основе балансного каскада // «Современные проблемы радиоэлектроники и связи»: материалы восьмой Всероссийской научно-технической конференции. Иркутск: Изд-во ИГТУ, 2009. С. 141-147.

7. Коротаев В.М. Определение выходного сопротивления ПТШ на большом сигнале по косвенным измерениям // Наука. Технологии. Инновации: матер. Всеросс. науч. конф. в 7 ч. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2008. - 4.1. - С. 232-234.

8. Коротаев В.М., Туев В.И. Коррекция частотных характеристик многокаскадных СВЧ усилителей // Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности: сб. тр. пятой Междунар. науч.-практ. конф. в 12. т. СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2008.-Т. 12.-С. 300-302.

9. Коротаев В.М., Комендатенко A.B., Кулакова Н.Л. СВЧ-модуль приемника АФАР L-диапазона // «Авионика-2003»: сб.тр. второй Всероссийской научно-технической конференции по проблемам создания перспективной авионики. Томск: Изд-во ТУ СУР, 2003- С. 218-223.

10. Баров A.A., Вальтер В.И., Гусев А.Н., Комендатенко A.B., Коротаев В.М., Романюк И.В. Импульсная РЛС S-диапазона // «Авионика-2003»: сб.тр. второй всероссийской научно-технической конференции по проблемам создания перспективной авионики. Томск: Изд-во ТУ СУР, 2003- С. 323-324.

11. Коротаев В.М., Комендатенко A.B., Игнатьев М.Г., Силютин А.И. Передающий тракт ППМ АФАР // «Авионика-2003»: тезисы докладов второй всероссийской научно-технической конференции по проблемам создания перспективной авионики. Томск: Изд-во ТУ СУР, 2003- С. 58.

12. Аржанов С.Н., Баров A.A., Вавилин В.Н., Гусев А.Н., Гюнтер В.Я., Доценко В.В., Жильцов Д.Д., Коротаев В.М., Неволин А.Р., Нилова Г.М., Силютин А.И. Гибридные интегральные функциональные элементы и устройства СВЧ// Электронная промышленность. 1998. -№1-2-С. 137-145.

13. Аржанов С.Н., Баров A.A., Вавилин В.Н., Гюнтер В.Я., Доценко В.В., Игнатьев М.Г., Коротаев В.М. Монолитные арсенидгаллиевые СВЧ схемы // Электронная промышленность. 1998. - №1-2-С. 145-150.

14. Аржанов С.Н., Баров A.A., Вавилин В.Н., Гусев А.Н., Гюнтер В.Я., Доценко В.В., Жильцов Д.Д., Коротаев В.М., Неволин А.Р., Русское Д.А., Силютин А.И., Скирта Ю.В. Приемопередающие конверторные модули для систем телекоммуникаций и радиолокации // Электронная промышленность, 1998.-№1-2,-С. 161-166.

15. Аржанов С.Н., Вавилин В.Н., Гюнтер В.Я., Гусев А.Н., Доценко В.В., Жильцов Д.Д., Коротаев В.М., Неволин А.Р., Силютин А.И. Комплект приемо-

передающих модулей для бортового и наземного сегментов низкоорбитальной спутниковой системы связи // Спутниковые системы связи и навигации: Красноярск, 1997.- С. 316-323.

16. Дмитриев В.Д., Коротаев В.М., Брунев А.И. Проектирование усилителя мощности на ПТШ с учетом нелинейных критериев // Радиоэлектронные устройства СВЧ: сб. статей под ред. A.A. Кузьмина. Томск: Изд-во ТГУ, 1992. - С. 143-148.

17. Коротаев В.М., Кузьмин A.A., Вавилин В.Н., Неволин А.Р., Гюнтер В .Я. и др. Сверхширокополосный усилитель с распределенным усилением на полевых транзисторах с барьером Шоттки // Приборы и техника эксперимента, 1990.-№3. -С. 122-124.

18. А. с. 1603526 СССР, МКИ Н 03 F 3/60. Широкополосный усилитель СВЧ / Коротаев В.М. (СССР). - Опубл. 30.10.1990, Бюл. №40.

19. А. с. 1312724 СССР, МКИ Н 03 F 3/60. Усилитель СВЧ / Серебряков A.B., Коротаев В.М., Степченко В.А. (СССР). - Опубл. 23.05.1987, Бюл. №19.

20. Дмитриев В.Д., Брунев А.И., Коротаев В.М. Анализ и расчет СВЧ усилителей на полевых транзисторах с барьером Шоттки по нелинейным критериям // Известия высш. учебн. зав. Сер. Радиоэлектроника, 1988. - №7. -Том 31.-С. 68-71.

21. Вавилин В.Н., Гюнтер В .Я., Коротаев В.М., Неволин А.Р., Силютин А.И. Конверторы приемников непосредственного спутникового вещания // Актуальные вопросы разработки и производства средств приема спутникового телевидения: материалы всесоюзного семинара. Севастополь: 1990.

22. Брунев А.И., Коротаев В.М., Красоткин A.B. УРУ на полевых транзисторах // Тезисы докладов областной научно-технической конференции. Томск: 1983.-С.10.

23. Коротаев В.М., Томилов Н.Г. Балансный усилитель 4-8 ГГц // Разработка и исследование радиотехнических систем и устройств: тезисы докладов научно-технической конференции молодых ученых и студентов. Томск: 1981.-С. 52.

24. Исследование возможности создания и разработка сверхширокополосного гибридного усилителя сантиметрового диапазона. Научно технический отчет по НИР №8/87, № гос. регистрации темы 01870067056, инв. № 02880067400. Томск: 1988.

Тираж 100 экз. Заказ 1251. Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники. 634050, г. Томск, пр. Ленина, 40. Тел. (3822) 533018.

Основные сокращения и условные обозначения.

Введение.

1. Современные методы проектирования высокоэффективных усилителей мощности СВЧ диапазона электромагнитных волн.

1.1. Методы достижения высокой эффективности усилителей мощности СВЧ за счет линеаризации.

1.1.1. Методы и средства разработки высокоэффективных усилителей мощности.

1.1.1.1. Модели усилительных элементов для высокоэффективных усилителей мощности.

1.1.1.2. Методы моделирования высокоэффективных усилителей мощности на основе упрощенных эквивалентных схем.

1.1.1.3. Прямые экспериментальные методы определения параметров нагрузки для высокоэффективных усилителей мощности.

1.1.1.4. Экспериментально-аналитические методики расчета нагрузок при разработке высокоэффективных усилителей мощности.

1.1.2. Методы разработки высокоэффективных усилителей мощности, основанные на линеаризации их характеристик.

1.1.2.1. Повышение эффективности УМ за счет линеаризации созданием оптимальной нагрузки.

1.1.2.2. Повышение эффективности УМ за счет линеаризации режимом по постоянному току.

1.1.3. Методы разработки линейных усилителей мощности, за счет усложнения структур и схемных решений.

1.1.3.1. Комбинированные методы линеаризации.

1.1.3.2. Структурные методы линеаризации.

1.1.3.3. Разработка высокоэффективных УМ линеаризацией за счет использования схем с суммированием мощности.

2. Создание методики определения оптимальной по мощности нагрузки как основы проектирования высокоэффективных усилителей мощности СВЧ.

2.1. Спектральное представление сигнала.

2.2. Расчетно-экспериментальный метод определения оптимальной нагрузки СВЧ полевого транзистора как основа проектирования высокоэффективных усилителей мощности СВЧ.

2.3. Выводы.

3. Разработка основ проектирования и моделирования усилителей мощности УВЧ и СВЧ, высокая эффективность которых достигается за счет линеаризации, в том числе построенных на принципе суммирования.

3.1. Теоретический аппарат описания спектрального состава сигнала и критерии оценки нелинейности при проектировании высокоэффективных усилителей мощности.

3.2.Оценка ограничений при линеаризации усилителей мощности методами введения внешнего генератора ПЧ или второй гармоники.

3.3. Результаты численного моделирования схем усилителей мощности с линеаризацией за счет второй гармоники от внешнего источника.

3.4. Принципиальные основы линеаризации усилителей, построенных на принципе сложения мощности.

3.5. Схемы со сложением и компенсацией за счет фазы второй гармоники

3.5.1. Схемы усилителей мощности с суммированием (каскады с режимами насыщения и отсечки в рабочих точках).

3.5.2. Реализации условий компенсации, ограничения и оценки.

3.6. Развитие основ проектирования усилителей мощности, построенных на принципе суммирования с линеаризацией

3.6.1. Численное моделирование двухканальной схемы УМ с суммированием (каскады с режимами насыщения и отсечки в рабочих точках).

3.7. Улучшение энергетики за счет каскадного включения УМ с линеаризацией на базе схем с суммированием.

3.7.1. Результаты численного моделирования и экспериментальной проверки каскадного соединения схем с линеаризацией.

3.8. Выводы.

4. Схемотехнические способы улучшения характеристик при проектировании высокоэффективных усилителей мощности СВЧ.

4.1. Сверхширокополосный усилитель с удвоением мощности в диапазоне основных рабочих частот направленных ответвителей.

4.2. Коррекция неравномерности частотных характеристик многокаскадных СВЧ усилителей за счет межкаскадных фазосдвигающих цепей.

4.3. Использование частотно-избирательных свойств НО в четырехполюсном включении для улучшения характеристик балансного каскада.

4.4. Методика построения многокаскадного балансного УМ, реализующего предельные возможности однотипных УЭ.

4.5. Выводы.

5. Реализованные усилители мощности УВЧ и СВЧ диапазонов частот различного назначения.

5.1. Передающие конвертеры 2-х см диапазона СВЧ для базовой станции спутниковой системы связи и оконечные УМ для них.

5.2.Комплект усилителей мощности УВЧ для расширения возможностей абонентских терминалов спутниковой системы связи «Глобал-Тел».

5.3. Опытные образцы гибридных СВЧ усилителей мощности приемо -передающих модулей радиолокационной станции АФАР для авионики.

5.4. Образцы гибридных СВЧ УМ радиолокационной станции бортовой техники.

5.5. Образцы гибридных УВЧ усилителей мощности в составе радиолокатора охранной системы

5.6.Усилители мощности СВЧ в составе передающих конвертеров системы связи спутникового базирования.

5.7. Усилитель СВЧ с полосой пропускания от 100 МГц до 18 ГГц.

5.8. Усилители мощности СВЧ в составе передающих конвертеров аппаратуры радиорелейных станций связи цифровой синхронной (SDH) и плезиохронной (PDH+) иерархий.

5.9. Сверхширокополосный усилитель с распределенным усилением.

5.10. Выводы.

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Усилители мощности (УМ) сверхвысоких частот (СВЧ) являются неотъемлемой частью передающих трактов современных радиотехнических систем (РТС). К таким системам относятся, например, системы дальней радиолокации, радиоастрономии и радиолокации планет; радиорелейные, спутниковые, акусто- и оптоэлектронные системы связи и телевидения; цифровые системы передачи данных и радиоизмерительные системы. Улучшение качественных показателей РТС - объема и скорости передачи информации, точности и дальности действия, разрешающей и пропускной способности, помехоустойчивости и электромагнитной совместимости - связано с ужесточением требований к таким основным характеристикам усилителей мощности ультравысоких (УВЧ) и СВЧ диапазонов, как выходная мощность, усиление, коэффициент полезного действия (КПД), нелинейные искажения (НИ).

Развитие систем высокоскоростной широкополосной связи вызывает постоянный все возрастающий спрос на усилители мощности с малыми нелинейными искажениями. Требования к допустимому уровню нелинейных искажений ужесточаются пропорционально росту скорости передачи информации в рассматриваемых системах.

Вопросы исследования и минимизации нелинейных искажений радиосигналов в усилительных устройствах, работающих в режиме слабой нелинейности, широко представлены в работах Б.М. Богдановича, A.B. Данилова, Ю.Л. Хотунцева, А.Г. Жаркого, В.Д. Дмитриева, А.И. Силютина, C.B. Мелихова, A.A. Титова, В.И. Туева, Нарайнана (S. Naraynan), Буссганга (J.Bussgang), Эрмана (L. Ehrman), Ж.К. Педро (J.C.Pedro), С.С. Криппса, А.Гребенникова (A.Grebennikov), Н.О.Сокала (N.O.Sokal), С.А. Мааса и др. Однако вопросы анализа и минимизации нелинейных искажений в усилителях со сложением мощности нескольких полевых транзисторов (ПТ), оптимизированных по критерию максимального значения КПД при заданной мощности оказались нерешенными. Вопрос выбора значения импеданса нагрузки оптимальной по условию максимального использования раскрыва вольтамперной характеристики (ВАХ) для получения максимальной мощности или КПД по критерию сжатия коэффициента передачи остается в числе задач, требующих разработки новых подходов к их решению с целью повышения достоверности определения величины оптимальной нагрузки.

В связи с этим разработка расчетно-экспериментального метода определения комплексной нагрузки полевых транзисторов, позволяющего получить максимальное значение выходной мощности или КПД усилителей радиосигналов, а также поиск путей уменьшения НИ радиосигналов в усилительных устройствах на основе балансного каскада с применением компенсационных решений, увеличения полосы рабочих частот и уменьшения неравномерности частотной характеристики являются актуальными.

Одно из направлений решения указанной проблемы связано с экспериментально - аналитическими методиками проектирования усилителей в условиях неполноты набора необходимых для проектирования параметров и недостоверности моделей [20-22,38,61-63,66,72-74,95,104,114,117]. Очень популярным по простоте и использованию до настоящего времени методом расчетного определения оптимальной по мощности нагрузки является метод Криппса [62-63]. Он имеет существенный недостаток в том, что упрощенная эквивалентная схема выходного импеданса усилительного элемента (УЭ) не учитывает конечной величины его реальной части, которая для мощных транзисторов с затвором Шоттки (ПТШ) имеет конечное значение. Попытка учета влияния потерь в рамках использования соотношений Криппса ведет к еще большему отклонению расчетной величины от экспериментального значения оптимальной нагрузки. Формальный упрощенный подход, основанный на использовании исключительно раскрыва ВАХ для определения оптимальной нагрузки, приводит к большой неточности ее определения, а значит и не эффективному использованию потенциала УЭ в УМ.

На уровне количественных оценок современный уровень высококачественных усилителей определяется параметрами близкими к абсолютным максимумам для УМ по энергетике. В частности, значение КПД современного УМ должно быть порядка 50% по критерию нелинейности выходной мощности, определяемому сжатием коэффициента усиления на 1 дБ. Интермодуляционные искажения (ИМИ) передающего тракта современной цифровой аппаратуры связи при усилении спектра сигнала с высоким индексом амлитудно-фазовой манипуляции характеризуются значением не превышающем минус 40 дБ относительно мощности сигнала, при КПД не менее 2-3% на частотах 8-18ГГц. Кроме этого, усилители должны обеспечивать повышенную надежность.

В свете вышеперечисленного, современные УМ следует проектировать с позиций максимального использования ресурсов УЭ за счет реализации и расширения их предельных возможностей с целью достижения максимально возможных эксплуатационных характеристик. Обеспечить их гарантированное получение необходимо на этапе проектирования. Для достижения этой цели при создании усилителей следует ориентироваться на реализацию предельных возможностей ПТ по отдаваемой выходной мощности, усилению, КПД и (или) широкополосности, в зависимости от назначения. Соответственно, необходимы методики достоверного определения потенциальных возможностей УЭ.

Цель работы — совершенствование методик проектирования, создание и внедрение УВЧ и СВЧ усилителей радиосигналов на полевых транзисторах с повышенной выходной мощностью на основе максимального использования энергетического потенциала усилительного элемента по критерию сжатия коэффициента передачи, во-первых, уменьшения нелинейных искажений и уменьшенными нелинейными искажениями при заданной выходной мощности и максимальном КПД, во-вторых, в более широком диапазоне частот.

Цель работы достигается решением следующих основных задач:

1. Разработка метода определения комплексной нагрузки полевого транзистора для достижения максимальной выходной мощности и КПД усилителей мощности УВЧ и СВЧ диапазонов.

2. Уменьшение нелинейных искажений усилителей мощности для аппаратуры связи с использованием компенсационных методов линеаризации.

3. Увеличение выходной мощности УВЧ-СВЧ усилителей на основе разработанного компенсационного метода и создание новых схемных решений их построения.

4. Увеличение широкополосности УВЧ и СВЧ усилителей и уменьшение неравномерности амплитудно - частотной характеристики (АЧХ) схемотехническими методами.

5. Создание и внедрение УВЧ и СВЧ усилителей радиосигналов на полевых транзисторах с повышенной выходной мощностью, уменьшенными нелинейными искажениями, расширенным диапазоном рабочих частот в системы связи наземного, воздушного, морского и космического базирования.

ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ. В работе использованы методы теории линейных и нелинейных электрических цепей, спектрального анализа, матричного исчисления, численного моделирования, математические формулы для точки пересечения продуктов нелинейности второго и третьего порядков, экспериментальные исследования.

Достоверность полученных теоретически выводов подтверждена экспериментально в процессе выполнения работы, а также созданием усилителей мощности, внедренных в состав радиотехнических систем различного назначения, результаты работы не противоречат известным частным результатам.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА работы определяется развитием методов проектирования усилителей радиосигналов и созданием на этой основе новых устройств для усиления УВЧ и СВЧ радиосигналов с повышенными значениями выходной мощности и КПД. Научной новизной обладают следующие основные результаты работы.

1. Метод определения комплексной нагрузки полевого транзистора, позволяющий создавать усилители радиосигналов с максимальным значением выходной мощности или КПД на основе максимального использования энергетического потенциала усилительного элемента по критерию сжатия коэффициента передачи.

2. Обоснование возможности уменьшения нелинейных искажений фазоманипулированного сигнала в усилительных устройствах, построенных по схеме с суммированием мощности на основе балансного каскада, за счет компенсации продуктов нелинейности, которая достигается режимной расстройкой плеч или расстройкой цепей согласования в каскадах усиления.

3. Удвоение выходной мощности в верхней части диапазона частот широкополосного усилителя СВЧ за счет использования балансного способа соединения двух усилителей в каскад и введения дополнительной связи через передающую линию определенной длины между последовательно включенными балансными каскадами.

4. Доказательство возможности увеличения диапазона рабочих частот широкополосного СВЧ усилителя благодаря использованию в последовательно включенных каскадах фазосдвигающих цепей, обеспечивающих постоянный в полосе частот фазовый сдвиг.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ РАБОТЫ заключается в разработке, создании и внедрении устройств усиления УВЧ и СВЧ радиосигналов с повышенными значениями выходной мощности и КПД в радиотехнические системы наземного, воздушного, морского и космического базирования, что позволило повысить качество передачи информации, помехоустойчивость и электромагнитную совместимость этих систем.

Созданы новые методики проектирования усилителей, содержащих ПТ:

- расчетно-экспериментальный метод определения комплексного значения нагрузки ПТ, обеспечивающего максимальную мощность или КПД усилителя на основе максимального использования энергетического потенциала усилительного элемента по критерию сжатия коэффициента передачи;

- методика проектирования многокаскадных усилителей мощности на балансных каскадах, позволяющая в технологическом процессе настройки (ремонта) осуществлять диагностирование каждого транзистора по значениям коэффициента усиления и выходной мощности.

Разработаны новые устройства для усиления УВЧ и СВЧ радиосигналов. На два новых устройства получены авторские свидетельства на изобретения.

Под руководством и при непосредственном участии автора созданы и внедрены следующие разработки.

1. Широкополосный усилитель СВЧ диапазона 4-8ГГц (В/Ч 25714, 1982г.), опытная партия.

2. Широкополосный усилитель СВЧ диапазона X (В/Ч 25714, 1983г.), малая серия.

3. Сверхширокополосный гибридный усилитель сантиметрового диапазона (п/яГ-4493, 1988г.).

4. Сверхвысокочастотные усилители мощности 13.5-15.5ГГц (Москва, ЗАО Корпорация радиоэлектронных и информационных технологий, 19952005гг.).

5. Сверхвысокочастотные усилители мощности Х-диапазона (Томск, НИИ РТС ТУСУР, 2005-2012гг.).

6. Усилители мощности в составе СВЧ передающих конвертеров для высокоскоростной радиолинии космического базирования (Москва, ОАО, Научно исследовательский институт точных приборов, 2005-2007гг.).

7. Усилитель мощности в составе формирователя СВЧ (Калуга, ОАО HI 111 Калужский приборостроительный завод «Тайфун», 2003-2008 гг.).

8. Усилители мощности абонентских терминалов GPS 1620x1, GPS 1620x2, GPS 1620x4, GPS 1620x8 (Томск, ЗАО НПФ «Микран», 2002- 2009 гг.)

9. Усилители мощности в составе конвертеров аппаратуры высокоскоростных цифровых радиорелейных станций SDH типов МИК-PJI 4-6С, МИК-РЛ 7-15С (Томск, ЗАО НПФ «Микран», 2005-2009 гг.)

10. Усилители мощности в составе передающих конвертеров аппаратуры высокоскоростных цифровых радиорелейных станций синхронной SDH и плезиохронной PDH+ иерархий типов МИК-РЛ 13С и МИК-РЛ 13Р+. (Томск, ЗАО НПФ «Микран», 2011 г.)

Документы о внедрении разработанных устройств приведены в приложении к диссертационной работе.

Результаты внедрения диссертационной работы имеют межгосударственный уровень. Разработанные на основе проведенных исследований усилители мощности серийно выпускались и были реализованы в составе аппаратуры прямого доступа к спутниковым каналам связи системы Global-Star. Усилители мощности с низкими нелинейными искажениями в составе аппаратуры радиорелейных линий цифровой связи синхронной и плезиохронной иерархии используются как в России, так и за рубежом.

Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе в Томском государственном университете систем управления и радиоэлектроники при дипломном проектировании, учебно- и научно-исследовательской работе студентов, в лабораторном практикуме и курсовом проектировании по базовым дисциплинам на кафедрах: «Теоретических основ радиотехники», «Радиоэлектронных технологий и экологического мониторинга».

ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ

1. Предложенный расчетно-экспериментальный метод определения комплексной нагрузки позволяет по ограниченному набору параметров транзистора, доступных для измерений, определять два значения комплексного сопротивления нагрузки транзистора, которые обеспечивают достижение максимального значения выходной мощности или КПД проектируемых усилителей УВЧ и СВЧ радиосигналов на основе максимального использования энергетического потенциала усилительного элемента по критерию сжатия коэффициента передачи.

2. Применение режимной расстройки или расстройки цепей согласования в плечах усилителя мощности, построенного по балансной схеме, позволяет уменьшить нелинейные искажения фазоманипулированного сигнала до 10 дБ в диапазоне изменения выходной мощности радиосигнала 10-15 дБ за счет компенсации продуктов нелинейности.

3. Введение дополнительной связи между балансными каскадами через отрезок передающей линии, соединяющий балластные выходы межкаскадных направленных ответвителей в двухкаскадной балансной схеме позволяет удвоить выходную мощность широкополосного согласованного СВЧ усилителя.

4. Показано, что использование фазосдвигающих цепей, вносящих постоянный в полосе частот сдвиг фаз, приводит к увеличению в 2.34 раза диапазона рабочих частот, в котором многокаскадный усилитель СВЧ будет иметь неравномерность амплитудно-частотной характеристики не хуже, чем у одиночного каскада, что обусловлено компенсацией межкаскадных отражений при неполной согласованности каскадов.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные разделы и результаты работы докладывались и обсуждались на международных научно-технических конференциях: Innovations in Information and Communication Science and Tecnology. Second Postgraduate Consortium International Workshop IICST 2012. Tomsk, Russia, September 10-13, 2012, «Спутниковые системы связи и навигации» (Красноярск, 1997), «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (Санкт-Петербург, 2008), «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (Севастополь, Крым, Украина, 2009), на всесоюзных и всероссийских конференциях, «2-я Всероссийская научно техническая конференция по проблемам создания перспективной авионики» (Томск, 2003), «Наука. Технологии. Инновации» (Новосибирск, 2008), «Современные проблемы радиоэлектроники и связи» (Иркутск, 2009), на всесоюзном семинаре «Актуальные вопросы разработки и производства средств приема спутникового телевидения» (Севастополь, 1990), на краевой научно- технической конференции «Интегральная электроника СВЧ» (Красноярск, 1987), на областных конференциях по радиотехнике, электронике и связи «Разработка и исследование радиотехнических систем и устройств» (Томск, 1981,1983).

ПУБЛИКАЦИИ. Результаты диссертационной работы опубликованы в 24 работах: в 7 статьях в центральных периодических журналах (4 из них в рецензируемых изданиях из перечня ВАК), в 11 статьях в сборниках трудов научно-технических конференций; в 2 описаниях к авторским свидетельствам, в 3 тезисах докладов научно-технических конференций, в научно-технических отчетах.

Личный вклад автора. Все результаты, сформулированные в положениях, выносимых на защиту, и составляющие научную новизну работы, получены автором лично либо при его непосредственном участии. Работы, посвященные приложениям полученных автором результатов, выполнялись как лично автором, так и коллективом коллег автора.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, двух приложений, списка использованных источников

5.10. Выводы

С использованием результатов работы разработан ряд УМ УВЧ и СВЧ диапазонов для использования в системах радиолокации, измерений и радиосвязи с улучшенными параметрами по выходной мощности, линейности и КПД. Область внедрений созданных УМ охватывает наземную и бортовую аппаратуру радиолокации и связи. В составе передающих трактов СВЧ разработанные УМ плавают, летают в атмосфере и на спутниках. Серийно выпущенные в разные годы УМ используются в составе абонентских терминалов спутниковой системы связи «Глобал-Тел» и в составе аппаратуры передающих трактов высокоскоростных PPJ1 станций связи цифровой синхронной (.SDH) и плезиохронной (PDH+) иерархий.

6. Заключение

1 .Предложен новый метод определения оптимальной по мощности нагрузки. В отличие от известного способа определения нагрузки по методу Криппса, предлагаемое решение является более общим поскольку учитывает шунтирующее влияние выходного сопротивления (прямо связанного с величиной КПД) и привязано к экспериментально измеренным величинам не только ВАХ (т е. учитывает все ограничения какие учитываются в методе Криппса) но и прямым измерениям максимальной мощности и КПД. В частном случае решение совпадает с решением Криппса по величине нагрузки. А в предельном случае при идеализированных параметрах усилительного элемента полученные выражения дают результат, численно совпадающий с известными оценками по КПД (63%) для идеального случая, идентичного по форме импульсов тока и напряжения с исходными условиями постановки задачи в предлагаемом методе.

Кроме решения прямой задачи определения оптимальной нагрузки при таком подходе получены дополнительно предельные оценки КПДмакс-Идентификация режима нелинейного усиления и адекватного математического описания с использованием коэффициентов спектрального разложения сигнала дает возможность интерпретации и понимания информации получаемой в процессе настройки усилителя мощности. Это позволяет избежать моментов превышения предельных ограничений по раскрыву ВАХ, и предупредить вероятность сгорания усилительного элемента в процессе настройки с целью получения максимальной мощности или КПД. Помимо этого по факту полного использования ресурса роста КПД (достижения максимума в режиме, который является целевым для проектирования) можно сэкономить время на дальнейшие усилия по улучшению, либо сменить стратегию настройки с учетом необходимости перейти в другой класс по режиму. Например, достигнув 63% по КПД следует знать, что повысить КПД до 81% можно только за счет создания нагрузок по гармоникам основного сигнала. Поэтому полученная при определении оптимальной нагрузки оценка для КПДМАКС может считаться значимым для инженерной практики проектирования и создания высокоэффективных усилителей мощности результатом.

2. Получены выражения для оценки 01Рз и показана возможность расширения их корректного использования не только для прогнозирования ИМИ при разработке УМ СВЧ но и для количественного описания изменения 01Рз в схемах с суммированием, которые позволяют управлять величиной 01Рз усилителя мощности СВЧ построенного на принципе сложения.

3. Показано, что механизм компенсации ИМИ органически присущ структурам усилителей мощности со сложением. Показано, что применение режимной расстройки и расстройки по цепям согласования в плечах усилителя мощности, построенного по балансной схеме, позволяет уменьшить нелинейные искажения фазоманипулированного сигнала в динамическом диапазоне изменения выходной мощности радиосигнала 5-10дБ .

4. Показано, что использование фазосдвигающих цепей, вносящих постоянный в полосе частот сдвиг фаз, приводит к увеличению диапазона рабочих частот в многокаскадном СВЧ усилителе.

5. Показано, что ведение низкочастотного канала передачи сигнала в двухкаскадной балансной схеме позволяет совместно с удвоением выходной мощности сверхширокополосного согласованного СВЧ усилителя в рабочей полосе направленных ответвителей получить остальные параметры всей схемы не хуже, чем у одиночного усилителя

6. Показано, что балансная схема построения усилительной ячейки позволяет обеспечить надежность к выходу из строя одного УЭ по критерию сохранения коэффициента усиления.

7. Предложеная методика проектирования многокаскадного усилителя совмещает настройку с диагностированием усилительных и мощностных свойств каждого усилительного элемента при установке в схему.

8. Предложенные методики проектирования подтверждены результатами численного моделирования, экспериментальных лабораторных исследований, производственных испытаний разработанных устройств, что показывает эффективность и достоверность проведенных научных исследований.

1. Андреев В.А. Теория нелинейных электрических цепей: Учебное пособие для вузов // Радио и связь. М. 1982. 280 с.

2. А. с. 1603526 СССР, МКИ Н 03 F 3/60. Широкополосный усилитель СВЧ // Коротаев В.М. (СССР). Опубл. 30.10.1990, Бюл. №40.

3. А. с. 1312724 СССР, МКИ Н 03 F 3/60. Усилитель СВЧ / Серебряков

4. A.B., Коротаев В.М., Степченко В.А. (СССР). Опубл. 23.05.1987, Бюл. №19.

5. Аржанов С.Н., Баров A.A., Вавилин В.Н., Гюнтер В.Я., Доценко В.В., Игнатьев М.Г., Коротаев В.М. Монолитные арсенидгаллиевые СВЧ схемы // Электронная промышленность. 1998. -№1-2-С. 145-150.

6. Арыков B.C., Дмитриев В.Д., Коротаев В.М., Шишкин Д.А. GaAs МИС усилителя распределенного усиления // Микроэлектроника СВЧ: материалы Всероссийской конференции. СПб: 2012. С. 165 - 168.

7. Баров A.A., Вальтер В.И., Гусев А.Н., Комендатенко A.B., Коротаев

8. B.М., Романюк И.В. Импульсная PJIC S-диапазона // «Авионика-2003»: сб.тр.второй всероссийской научно-технической конференции по проблемам создания перспективной авионики. Томск: Изд-во ТУСУР, 2003- С. 323-324.

9. Бахарев С.И., Вольман В.И., Либ Ю.Н. и др. Справочник по расчету и конструированию СВЧ полосковых устройств // Радио и связь. М. 1982. 328 с.

10. П.Бачурин В.В., Ваксенбург В.Я., Дьяконов В.П. и др. Схемотехника устройств на мощных полевых транзисторах: Справочник // Радио и связь. М. 1994.-280 с.

11. Богданович Б.М., Черкас Л.А., Задедюрин Е.В., Вувуникян Ю.М., Бачило Л.С. Методы нелинейных функционалов в теории электрической связи // Радио и связь. М. 1990.-280 с.

12. Брунев А.И., Коротаев В.М., Красоткин A.B. УРУ на полевых транзисторах // Тезисы докладов областной научно-технической конференции. Томск: 1983.-С.10.

13. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике // Наука. М. 1967.-608 с.

14. Викулов И., Кичаева Н. Технология GaAs-монолитных схем СВЧ в зарубежной военной технике // Электроника: Наука, Технология, Бизнес 2/2007.

15. Гасанов Л.Г., Липатов A.A., Марков В.В., Могильченко H.A. Твердотельные устройства СВЧ в технике связи // Радио и связь. М. 1988.-288 с.

16. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы // Учебник для вузов // Советское радио. М. 1971. 672 с.

17. Данилов Л.В., Матханов П.Н., Филиппов Е.С. Теория нелинейных электрических цепей // Энергоатомиздат. Л. 1990. 256 с.

18. Дмитриев В.Д., Брунев А.И., Коротаев В.М. Анализ и расчет СВЧ усилителей на полевых транзисторах с барьером Шоттки по нелинейнымкритериям // Известия высш. учебн. зав. Сер. Радиоэлектроника, 1988. №7. -Том 31.-С. 68-71.

19. Дмитриев В.Д., Коротаев В.М., Шишкин Д.А. Оценка параметров рНЕМТ СВЧ полевого транзистора по нелинейным критериям // Доклады ТУСУРа. 2011. №2 (24), ч. 3. - С. 46-50.

20. Дмитриев В.Д., Коротаев В.М., Брунев А.И. Проектирование усилителя мощности на ПТШ с учетом нелинейных критериев // Радиоэлектронные устройства СВЧ: сб. статей под ред. A.A. Кузьмина. Томск: Изд-во ТГУ, 1992. -С. 143-148.

21. Зернов Н.В., Карпов В.Г. Теория радиотехнических цепей // Энергия. JI. 1972.-816 с.

22. Исследование возможности создания и разработка сверхширокополосного гибридного усилителя сантиметрового диапазона. Научно технический отчет по НИР №8/87, № гос. регистрации темы 01870067056, инв. № 02880067400. Томск: 1988.

23. Каганов В.И. СВЧ полупроводниковые радиопередатчики // Радио и связь. М. 1981.-400 с.

24. Карсон Р. Высокочастотные усилители. Пер. с англ. под ред. Магнушевского В.Р. // Радио и связь. М. 1981. 216 с.

25. Коротаев В.М., Комендатенко A.B., Кулакова Н.Л. СВЧ-модуль приемника АФАР L-диапазона // «Авионика-2003»: сб.тр. второй Всероссийской научно-технической конференции по проблемам создания перспективной авионики. Томск: Изд-во ТУ СУР, 2003- С. 218-223.

26. Коротаев В.М., Кузьмин A.A., Вавилин В.Н., Неволин А.Р., Гюнтер В.Я. и др. Сверхширокополосный усилитель с распределенным усилением наполевых транзисторах с барьером Шоттки // Приборы и техника эксперимента. 1990.-№3. -С. 122-124.

27. Коротаев В.М. Определение выходного сопротивления ПТТТТ на большом сигнале по косвенным измерениям // Наука. Технологии, Инновации: матер. Всеросс. науч. конф. в 7 ч. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2008. 4.1. - С. 232-234.

28. Коротаев В.М., Томилов Н.Г. Балансный усилитель 4-8 ГГц // Разработка и исследование радиотехнических систем и устройств: тезисы докладов научно-технической конференции молодых ученых и студентов. Томск: 1981.-С. 52.

29. Коротаев В.М., Туев В.И. Расчетно-экспериментальный метод определения оптимальной нагрузки СВЧ полевого транзистора в режиме усиления мощности // Изв. Томск, политехи, ун-та, 2009. -№4. С. 178-182.

30. Коротаев В.М., Шейн Д.Я. Линеаризация усилителей мощности на балансных каскадах // СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии. Сб. тр. 19-ой Международной Крымской конференции, Севастополь: 2009.

31. Кузьмин A.A. Маломощные усилители с распределенным усилением // Сов. Радио. М. 1974. 224 с.

32. Крыжановский В.Г. Транзисторные усилители с высоким КПД // Апекс. Донецк. 2004.- 448 с.

33. Маас С. Нелинейный анализ в СВЧ проектировании // Инженерная микроэлектроника. 1998. Декабрь, #2. Пер. Потапова Ю.

34. Малорацкий Л.Г. Микроминиаюризация элементов и устройств СВЧ // Сов. Радио. М. 1976. 216 с.

35. Малютин Н.Д., Копылов А.Ф. и др. Корректоры амплитудных и частотных характеристик СВЧ электровакуумных приборов // МЭП СССР. Обзоры по электронной технике. Сер. Электроника СВЧ. 1990. - Вып. 8(1549).

36. Малютин Н.Д. Многосвязные полосковые структуры и устройства на их основе // Изд-во Томского ун-та. Томск. 1990. -164 с.

37. Петров Г.В., Толстой А.И. Линейные балансные СВЧ усилители.// Радио и связь. М. 1983. 176 с.

38. Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ: Учеб. для радиотехнич. спец. вузов // Высш. шк. М. 1988. 432 с.

39. Сычев А.Н. Управляемые СВЧ устройства на многомодовых полосковых структурах // Томск: Томский государственный университет, 2001. 318 с.

40. Титов A.A. Транзисторные усилители мощности MB и ДМВ // СОЛОН-ПРЕСС. М. 2006.-328 с.

41. Феер К. Беспроводная цифровая связь. Методы модуляции и расширения спектра: Пер. с англ. под ред. Журавлева В.И. // Радио и связь. М. 2000. 520 с.

42. Хотунцев Ю.Л. Полупроводниковые СВЧ устройства: (Анализ и синтез) // Связь. М. 1978.- 256 с.

43. Шварц Н.З. Усилители СВЧ на полевых транзисторах // Радио и связь. М. 1987. 200 с.

44. Шурыгина В. Усилители мощности. Уменьшение потребляемой мощности // Электроника: Наука, Технология, Бизнес. 2009/6.

45. Ayaki К. Patent № 1198413 Japan, 1С: Н 03 f 3/60. Multiple-Stage Microwave Amplifier // Ayaki K.; published 15.07.1970.

46. Ayaki K. A 4-GHz Multistage Transistor Amplifier //IEEE Trans. MTT. -1969. Vol. MTT-17. -No. 12.

47. Cao H., Nemati H.M., Tehrani A.S., Eriksson T., Grahn J., Fager C. Linearization of Efficiency-Optimized Dynamic Load Modulation Transmitter Architectures//IEEE Trans. MTT. 2010. - Vol. 58. - No. 4.

48. Carrubba V, Clarke A.L., Akmal M., Lees J., Benedikt J., Tasker P.J., Cripps S.C. On the Extension of the Continuous Class-F Mode Power Amplifier //IEEE Trans. MTT. 2011. - Vol. 59. - No. 5.

49. Cho K.-J., Kim W.-J., Kim J.-H., Stapleton S.P. Linearity Optimization of a High Power Doherty Amplifier Based on Post-Distortion Compensation //Microwave and Wireless Components Letters. 2005. - No. 11.- P. 748 - 750.

50. Cheng K.-K.M., Leung C.-S. A Novel Generalized Low-Frequency Signal-Injection Method for Multistage Amplifier Linearization //IEEE Trans. MTT. 2003. - VOL. 51. - No. 2.

51. Chen W., Bassam S.A., LiX., Liu Y., Rawat K., Helaoui M., Ghannouchi F.M., Feng Z. Design and Linearization of Concurrent Dual-Band Doherty Power Amplifier With Frequency-Dependent Power Ranges // IEEE Trans. MTT. 2011. -Vol. 59. -No. 10.

52. Choi J., Kim D., Kang D., Kim B. A New Power Management IC Architecture for Envelope Tracking Power Amplifier // IEEE Trans. MTT. 2011. - Vol. 59. - No. 7.

53. Choi J., Kang D., Kim D., Kim B. Optimized Envelope Tracking Operation of Doherty Power Amplifier for High Efficiency Over an Extended Dynamic Range // IEEE Trans. MTT. 2009. - Vol. 57. - No. 6.

54. Colantonio P., Giannini F., Limiti E. High Efficiency RF and Microwave Solid State Power Amplifiers // A John Wiley and Sons, Ltd. 2009.

55. Colantonio P., Giannini F., Giofre R., Piazzon L. Increasing Doherty Amplifier Average Efficiency Exploiting Device Knee Voltage Behavior // IEEE Trans. MTT. 2011. - Vol. 59. - No. 9.

56. Cripps S.C. Advanced Techniques in RF Power Amplifier Design // Artech House. 2002.

57. Cripps S. C. A Theory for the Prediction of GaAs FET Load-pull Power Contours //IEEE MTT-S Symposium Digest. P. 221-223. - 1983.

58. Cripps S.C. RF Power Amplifier for Wireless communication // Artech House. Norwood.-1999.

59. Darraji R., Ghannouchi F.M., Hammi O. A Dual-Input Digitally Driven Doherty Amplifier Architecture for Performance Enhancement of Doherty Transmitters //IEEE Trans. MTT. 2011. - Vol. 59. - No. 5.

60. De Carvalho N.B., Pedro J.C. Large- and Small-Signal IMD Behavior of Microwave Power Amplifiers //IEEE Trans. MTT. 1999. - Vol. 47. - No. 12.

61. De Hek A.P. Design, Realisation and Test of GaAs-based Monolithic Integrated X-band High-Power Amplifiers // Technische Universiteit Eindhoven. -2002.

62. De Hek A.P. A Novel Fast Search Algorithm for an Active Load-pull measurement system // GAAS'98 Symposium Digest. October 1998. - P. 268-273.

63. Gomez-Garcia R., Alonso J.I., Amor-Martin D. Using the Branch-Line Directional Coupler in the Design of Microwave Bandpass Filters // IEE Trans. MTT, October 2005. -№3. P. 3221 - 3229.

64. Grebennikov A. RF and Microwave Power Amplifier Design // Microwave Frontiers, IEEE MTTS. 2004.

65. Grebennikov A., Sokal N.O. Switchmode RF Power Amplifiers //Elsevier Inc., USA Linacre House. 2007.lA.Grebennikov A. High-Efficiency Class E/F Lumped and Transmission-Line Power Amplifiers //IEEE Trans. MTT. 2011. - Vol. 59. - No. 6.

66. Ни Y., Mollier J.C., Obregon J. A New Method of Third-Order Intermodulation Reduction in Nonlinear Microwave Systems // IEEE Trans. MTT. -1986. Vol MTT-34. - NO 2.

67. Imai N., Nojima Т., Murase T. Novel Linearizer Using Balanced Circulators and Its Application to Multilevel Digital Radio Systems // IEEE Trans. MTT. 1989. - Vol. 37. -No. 8. -pp. 1237-1243.

68. Jing D., Chan W.S., Li S.M., Li C. W. // New Linearization Method Using Interstage Second Harmonic Enhancement // IEEE Microwave and Wireless Components Letters. 1998. - Vol. 8. - No. 11.

69. Kang D., Choi J., Kim D., Kim B. Design of Doherty Power Amplifiers for Handset Applications//IEEE Trans. MTT. 2010. - Vol. 58. - No. 8.

70. Kenington P.B. High-Linearity RF Amplifier Design // Artech House. 2000.

71. Kenington P.B. Methods Linearize RF Transmitters and Power Amps (Part 2) //Microwaves & RF. 1999. - Vol. 38. - No. 1. -pp. 79-89.

72. Kim Y., Chang I.-S., Jeong Y.-C. An Analog Predistortion Linearizer Design //Microwave Journal. February 2005.

73. Kim K.H., Kim G.B., Hwang S. W., Lee S.H., Ahn D. A Wide Dinamic Range Analog Predistortion-Type Linearizer Using Self-cancellation Scheme // Microwave and Wireless Components Letters, October 2005. -№10. — P. 661 663.

74. Kim J.H., Lee S.J., Park B.H., Jang S.H., Jung J.H., Park C.S. Analysis of High-Efficiency Power Amplifier Using Second Harmonic Manipulation: Inverse Class-F/J Amplifiers //IEEE Trans. MTT. 2011. - Vol. 59. -No. 8.

75. Kuo J.J., Tsai Z.-M., Lin K.-Y., Wang H. Design and Analysis of Novel Linearization Technique of Cascode Cell in a 60-GHz CMOS Demodulator // IEEE Trans. Microwave Theory and Techn. 2011. - Vol. 59. - No. 2.

76. Miehle K. A New Linearization Method for Cancellation of Third Order Distortion // 2003.

77. Moon J., Kim J., Kim J., Kim I., Kim B. Efficiency Enhancement of Doherty Amplifier Through Mitigation of the Knee Voltage Effect // IEEE Trans. Microwave Theory and Techn. 2011. - Vol. 59. - No. 1.

78. Ngoya E., Quindroit C., Nebus J.M. On the Continuous-Time Model for Nonlinear-Memory Modeling of RF Power Amplifiers // IEEE Trans. Microwave Theory and Techn. 2009. - Vol. 57. - No. 12.

79. Nemati H.M., Fager C., Gustavsson U., Jos R., Zirath H. Design ofVaractor-Based Tunable Matching Networks for Dynamic Load Modulation of High Power Amplifiers //IEEE Trans. Microwave Theory and Techn. 2009. - Vol. 57. - No. 5.

80. Nick M., Mortazawi A. Adaptive Input-Power Distribution in Doherty Power Amplifiers for Linearity and Efficiency Enhancement // IEEE Trans. Microwave Theory and Techn. 2010. - Vol. 58. - No. 11.

81. Park Y. Class-F Technique as Applied to Active Frequency Multiplier Designs //IEEE Trans. Microwave Theory and Techn. 2009. - Vol. 57. - No. 12.

82. Pedro J.C., Carvalho N.B. Intermodulation distortion in microwave and wireless circuits//ARTECHHOUSE. Canton Street Norwood, MA 02062. 2003.

83. Popovic Z., Kim B. Spesial Issue on Power Amplifiers // IEEE Trans. Microwave Theory and Techn. Submission date: October 1, 2011, Publication date: April 2012.

84. Raab F.H., Asbeck P., Cripps S., Kenington P.B., Popovich Z.B., Pothecary N., Sevic J.F., Sokal N.O. RF and Microwave Power Amplifier and Transmitter Technologies — Part 4 // High Frequency. — 2003. No. 11.

85. Raab F.H. Power Amplifiers and Transmitters for RF and Microwave //IEEE Trans. Microwave Theory and Techn. 2002. - Vol. 50. - No. 3.

86. Raffo A., Scappaviva F., Vannini G. A New Approach to Microwave Power Amplifier Design Based on the Experimental Characterization of the Intrinsic Electron-Device Load Line //IEEE Trans. MTT. 2009. - Vol. 57. - No. 7.

87. Randus M., Hoffmann K. A Method for Direct Impedance Measurement in Microwave and Millimeter-Wave Bands //IEEE Trans. MTT. 2011. - Vol. 59. - No. 8.

88. Wl.Sewiolo B., Fischer G., Weigel R. A 12-GHz High-Efficiency Tapered Traveling-Wave Power Amplifier With Novel Power Matched Cascode Gain Cells Using SiGe HBT Transistors//IEEE Trans. MTT. -2009. Vol. 57. - No. 10.

89. Singhal N., Nidhi N., Rishi Patel R., Pamarti S. A Zero-Voltage-Switching Contour-Based Power Amplifier With Minimal Efficiency Degradation Under BackOff // IEEE Trans. Microwave Theory and Techn. 2011. - Vol. 59. - No. 6.

90. Snider D.M. A Theoretical Analysis and Experimental Conformation of the Optimally Loaded and Over-driven RF Power Amplifier // IEEE Trans. Electron Devices. 1967. - Vol. ED-14. -No. 12. -P. 851-857.

91. Takahashi M., Asari N., Aihara S. A Negative Feedback Amplifier in Microwave Frequencies // NEC Research and Development. — 1985. No. 77, April. -pp. 63-69.

92. Takayama Y. A. New Load-pull Characterization Method for Microwave Power Transistor //IEEE MTT-S Symposium Digest P. 218-220. - June 1976.

93. Virdee D.S., Virdee A.S., Banyamin B.Y. Broadband Microwave Amplifier if Artech House. Boston London. - 2004.

94. Webster D., Scott J., Haigh D. Control of Circuit Distortion by the Derivative Superposition Method // IEEE Microwave and Guided Wave Lett. Vol. 6. - No. 3.

95. Webster D.R., Ataei G., Haigh D.G. Low-Distortion MMIC Power Amplifier Using a New Form of Derivative Superposition // IEEE Trans. Microwave Theory and Techn. 2001. - VOL. 49. -No.2.

96. Walker J.L.B. High-Power GaAs FET Amplifier // Artech House. Boston, London. -1993.

97. Wright P., Lees J., Benedikt J., Tasker P. J., Cripps S.C. A Methodology for Realizing High Efficiency Class-J in a Linear and Broadband PA // IEEE Trans. Microwave Theory and Techn. 2009. - Vol. 57. - No. 12.

98. Data Sheet X-band Discrete Power pHEMT TGF2021-0\ Электронный ресурс. http://www.triquint.com/prodserv/moreinfo/proddisp.asp. 07.08.2007.

99. Ь22.,Yang Y, Jiim B. A New Linear Amplifier Using Low-Frequency Second-Order Intermodulation Component Feedforwarding // IEEE Microwave and Guided Wave Letters. 1999. - VOL. 9. - No. 10.

100. Yang W-M., Yuen C. A Broadband Linearizer for Ka-Band Satellite Communication //IEEE MTT-SDigest. May 1998. -pp. 1203-1206.

101. Zhong Z., Guo Y.-X., Leong M.S. A Consistent Charge Model of GaAs MESFETs for Ku-Band Power Amplifiers //IEEE Trans. MTT. 2011. - Vol. 59. -No. 9.