Моделирование СВЧ-усилителей мощности на GaN-транзисторах
Эффективное использование GaN-транзисторов предполагает разработку электрической схемы СВЧ-усилителя мощности, которая позволит реализовать максимальные значения выходной мощности, коэффициента усиления по мощности, полосы частот и КПД. Обязательное условие - устойчивая работа СВЧ-усилителя. Для достижения данных целей необходимы электрические параметры эквивалентной схемы реальных транзисторов в режиме большого сигнала. В работе представлена полная модель СВЧ-усилителя мощности Х -диапазона частот на GaN-транзис- торах, в которой элементы согласования, питания и смещения выполнены на микрополосковых отрезках. Рассмотрен метод моделирования СВЧ-усилителей мощности в программной среде Keysight Technologies Advanced Design System (ADS), позволяющей решать вопросы устойчивости усилителя, выбирать компромисс между коэффициентом усиления, выходной мощностью, КПД и полосой рабочих частот, вычислять интермодуляционные составляющие спектра выходного сигнала. В составе СВЧ-усилителя мощности использованы нелинейные модели реальных GaN-транзисторов из библиотеки Modelithics Qorvo GaN, в частности модель TGF2023. Геометрические размеры отрезков вычислены в результате оптимизации согласующих микрополосковых эквивалентных моделей на входе и выходе транзистора на максимум выходной мощности и КПД СВЧ-усилителя в Х -диапазоне частот. Окончательные результаты получены с помощью электромагнитного анализа микрополосковых схем в составе полной модели усилителя мощности в режиме большого сигнала. Моделирование усилителей в программной среде ADS дает возможность определять геометрические размеры полной платы усилителя мощности Х -диапазона частот.
- Ключевые слова: GaN-транзистор, усилитель мощности, КПД, коэффициент стабильности
- Опубликовано в разделе: Элементы интегральной электроники
- Для цитирования: Комаров В. Т. Моделирование СВЧ-усилителей мощности на GaN-транзисторах // Изв. вузов. Электроника. 2022. Т. 27. № 2. С. 187–192. doi: https://doi.org/10.24151/1561-5405-2022-27-2-187-192
Комаров Валерий Терентьевич
Национальный исследовательский университет «МИЭТ»
Национальный исследовательский университет «МИЭТ»
1. Тарасов С., Дикарев В., Цоцорин А. Мощные GaN СВЧ-транзисторы для примене-ния в перспективных системах связи и радиолокации // СВЧ-электроника. 2016. № 1. С. 26–29.
2. Янг Т., Вай Д. Преимущества электромагнитного анализа в проектировании усили-теля мощности К-диапазона для систем навигации // СВЧ-электроника. 2019. № 4. С. 42–45.
3. Альварес К. Р. Компьютерное моделирование для оценки безусловной устойчиво-сти трехкаскадного СВЧ-усилителя мощности: пер. В. Рентюк // СВЧ-электроника. 2021. № 2. С. 48–53.
4. Angelov I., Zirath H., Rosman N. A new empirical nonlinear model for HEMT and MESFET devices // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 1992. Vol. 40. No. 12. P. 2258–2266. https://doi.org/ 10.1109/22.179888
5. Dunleavy L., Morales H., Suckling C., Tran K. Device and PA circuit level validations of a high power GaN model library // Microwave Journal: электрон. журн. 2016. Vol. 59. URL: https://www.microwavejournal.com/articles/26878-device-and-pa-circuit-level-validations-of-a-high-power-gan-model-library (дата обращения: 25.11.2021).
6. Браннинг Дж., Рэйт Р. Проектирование широкополосного усилителя мощности радиочастотного диапазона на основе GaN при помощи NI AWR Design Environment // СВЧ-электроника. 2018. № 2. С. 42–47.
7. Фирас М. А. А.-Р. Усилитель мощности класса F c новой конфигурацией схемы со-гласования нагрузки // СВЧ-электроника. 2017. № 2. С. 49–57.
8. Комаров В. Т. СВЧ-усилитель мощности до 100 Вт на GаN-транзисторах в режиме большого сигнала // Изв. вузов. Электроника. 2020. Т. 25. № 1. С. 78–82. https://doi.org/10.24151/1561-5405-2020-25-1-78-82
2. Янг Т., Вай Д. Преимущества электромагнитного анализа в проектировании усили-теля мощности К-диапазона для систем навигации // СВЧ-электроника. 2019. № 4. С. 42–45.
3. Альварес К. Р. Компьютерное моделирование для оценки безусловной устойчиво-сти трехкаскадного СВЧ-усилителя мощности: пер. В. Рентюк // СВЧ-электроника. 2021. № 2. С. 48–53.
4. Angelov I., Zirath H., Rosman N. A new empirical nonlinear model for HEMT and MESFET devices // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 1992. Vol. 40. No. 12. P. 2258–2266. https://doi.org/ 10.1109/22.179888
5. Dunleavy L., Morales H., Suckling C., Tran K. Device and PA circuit level validations of a high power GaN model library // Microwave Journal: электрон. журн. 2016. Vol. 59. URL: https://www.microwavejournal.com/articles/26878-device-and-pa-circuit-level-validations-of-a-high-power-gan-model-library (дата обращения: 25.11.2021).
6. Браннинг Дж., Рэйт Р. Проектирование широкополосного усилителя мощности радиочастотного диапазона на основе GaN при помощи NI AWR Design Environment // СВЧ-электроника. 2018. № 2. С. 42–47.
7. Фирас М. А. А.-Р. Усилитель мощности класса F c новой конфигурацией схемы со-гласования нагрузки // СВЧ-электроника. 2017. № 2. С. 49–57.
8. Комаров В. Т. СВЧ-усилитель мощности до 100 Вт на GаN-транзисторах в режиме большого сигнала // Изв. вузов. Электроника. 2020. Т. 25. № 1. С. 78–82. https://doi.org/10.24151/1561-5405-2020-25-1-78-82
Поделиться