Широкополосные и сверхширокополосные СВЧ усилители корпорации Hittite Microwave

Американская компания Hittite Microwave [1] основана доктором Я. Аясли (Yalcin Ayasli) в 1985 году с целью разработки и производства высококачественных аналоговых и цифровых интегральных микросхем и модулей радиочастотного, микроволнового и миллиметрового диапазонов военного и гражданского назначения, перекрывающих частоты от постоянного тока до 110 ГГц. Разработки компании носят инновационный характер и широко используются во всем мире.

Главный офис корпорации расположен в Чемсворде, шт. Массачусетс. Компания имеет десятки отделений и представительств в США, Канаде, Европе, Южной Азии, Японии, Новой Зеландии, Китае, Тайване, Индии, Австралии. Президент – Стефан Дали (S. Daly), Председатель Совета директоров – Я. Аясли.

Монолитные и гибридно-пленочные интегральные микросхемы Hittite производятся на основе современных транзисторов типа MESFET, PHEMT, MHEMT и HBT, изготавливаемых на GaAs, InGaP/GaAs, InP, SiGe. Сегодня это наиболее высокочастотные из известных транзисторов. По этому параметру они намного превосходят обычные германиевые и кремниевые транзисторы.

Функциональные узлы и интегральные микросхемы имеют бескорпусное исполнение либо монтируются в корпуса для поверхностного монтажа более 20 унифицированных типов, созданные на основе специальных пластмасс и керамики. Некоторые изделия представляют собой герметизированные модули с коаксиальными SMA-соединителями. Корпорация придерживается современных экологических требований к материалам и технологиям, в соответствии с директивой RoHS (ограничение применения вредных веществ) Европейского Союза, и выпускает RoHS-версии многих своих изделий.

В номенклатуру компонентов Hittite разнообразного назначения входят: усилители, аттенюаторы, смесители, модуляторы амплитуды и фазы, фазовращатели, умножители и делители частоты, управляемые напряжением генераторы, переключатели, датчики и другие компоненты, предназначенные для аппаратуры мобильной, сотовой и спутниковой радиосвязи, волоконно-оптических линий связи, радиолокационной техники. Основные компоненты Hittite и их обозначения приведены на рис. 1.

Рис. 1. Обозначения основных изделий компании Hittite Microwave

Классификация СВЧ-усилителей Hittite Microwave

Остановим наше внимание на широкополосных и сверхширокополосных усилителях.

Компания делит выпускаемые усилители на следующие классы:

• Gain Blocks & Drivers – блоки усилителей и драйверы;
• Linear & Power – линейные усилители мощности;
• Low Noise – малошумящие усилители;
• Low Phase Noise – усилители с малым уровнем фазового шума;
• Microwave & Optical Drivers – микроволновые усилители и оптические драйверы;
• Wideband – усилители для сверхширокополосных систем

Двухканальный широкополосный сдвоенный усилитель мощности Hittite

Hittite выпускает широкую номенклатуру двухканальных широкополосных сдвоенных усилителей мощности с разными параметрами.

Микросхема HMC471 (рис. 2) — это типичный двухканальный широкополосный сдвоенный усилитель мощности, выполненный на СВЧ гетеропереходных германий-кремниевых транзисторах, технология изготовления которых хорошо проработана. Микросхема размещена в миниатюрном корпусе M28G с малоиндуктивными балочными выводами (рис. 2). Каждый канал имеет полосу частот от 0 до 5 ГГц при коэффициенте усиления Gain=20 дБ и максимальном выходном сигнале 20 дБм.

Рис. 2. Микросхема Hittite Microwave HMC471

Функциональная диаграмма микросхемы показана на рис. 3. Из нее видно, что усилители двух каналов не являются дифференциальными и имеют один вход и один выход. Фактически каждый канал этой микросхемы представляет собой составной транзистор с открытым выходом. Такое построение схемы позволяет получить предельно плоскую АЧХ с нулевой нижней граничной частотой. Но на входе и выходе присутствует постоянное напряжение смещения, задаваемое внешними цепями.

Рис. 3. Функциональная диаграмма микросхемы HMC471

Зависимости коэффициента усиления микросхемы от частоты для трех значений температуры представлена на рис. 4. Нетрудно заметить, что температурная стабильность коэффициента усиления достаточно высокая.

Рис. 4. Зависимость коэффициента усиления каждого канала микросхемы HMC471 от частоты и температур

На рис. 5 показана зависимость максимальной выходной мощности по первой гармонике синусоидального сигнала от частоты также при трех значениях температуры окружающей среды.

Рис. 5. Зависимость максимальной выходной мощности по первой гармонике синусоидального сигнала от частоты для микросхемы HMC471

Наличие в составе микросхемы двух каналов позволяет строить широкополосные балансные усилители мощности, имеющие пониженный уровень третьей гармоники выходного сигнала и повышенную мощность выходного сигнала.

Типовая схема такого усилителя, рекомендуемая Hittite, показана на рис.6.

Рис. 6. Схема балансного усилителя на микросхеме HMC471

В своей документации фирма часто предлагает типовую конструкцию рекомендуемых устройств на обычных печатных платах. Так, на рис. 7 показана плата балансного усилителя, выполненная на микросхеме HMC471.

Рис. 7. Конструкция законченного балансного усилителя на микросхеме HMC471

Максимальная выходная мощность усилителя зависит от напряжения питания. Ее типовые значения представлены в таблице, показанной на рис. 8. Предельная максимальная мощность может достигать 1 Вт.

Рис. 8. Максимальная выходная мощность усилителя и рекомендуемые значения сопротивления нагрузки

Спецификация компонентов балансного усилителя представлена в таблице, показанной на рис. 9. Усилитель строится на бескорпусных компонентах с выводами в виде тонкой золотой проволочки.

Рис. 9. Спецификация компонентов балансного усилителя, см. рис. 7

Д.т.н., проф. Дьяконов В. П.

Продолжение статьи "Широкополосные и сверхширокополосные СВЧ усилители корпорации Hittite Microwave"