350 руб
Журнал «Успехи современной радиоэлектроники» №6 за 2019 г.
Статья в номере:
Монолитные микроволновые интегральные схемы высокоэффективных усилителей мощности
Тип статьи: научная статья
DOI: 10.18127/j20700784-201906-07
УДК: 621.375.026
Ключевые слова: Усилитель мощности ММИС КПД.
Авторы:

Мьо Мин Тхант – аспирант,  Институт микроприборов и систем управления имени Л.Н. Преснухина, Национальный исследовательский университет «МИЭТ» (Москва) E-mail: myominthant5129@gmail.com

В.А. Романюк – к.т.н., доцент,  Институт микроприборов и систем управления имени Л.Н. Преснухина, Национальный исследовательский университет «МИЭТ» (Москва) E-mail: v.a.romanjuk@gmail.com

Аннотация:

Постановка проблемы. Систематизированы сведения о методах увеличения КПД микроволновых монолитных интегральных схем (ММИС) усилителей мощности, выполненных из различных полупроводниковых материалов. Основное внимание уделено методам увеличения КПД на достаточно высоких частотах, включая миллиметровый диапазон длин волн. 

Цель. Исследовать влияние на КПД рабочей частоты основных параметров усилителей и работы ММИС нелинейных усилителей трех типов: а) при работе транзистора с отсечкой выходного тока: классы AB, B и C; б) ключевых усилителей: классы D и E; в) полигармонических усилителей: классы F, инверсный класс F.

Результаты. Подробно рассмотрены способы построения выходных цепей усилителей, необходимых для создания наиболее выгодных временных форм выходного напряжения и тока транзистора. 

Практическая значимость. Для усилителей с изменяющейся амплитудой колебаний описаны способы увеличения КПД при уменьшении нелинейных искажений, связанные с регулировкой режима работы транзистора.

Страницы: 52-65
Список источников
  1. Paolo Colantonio, Franco Giannini, Ernesto Limiti High Efficiency RF and Microwave. Solid State Power Amplifiers. 2009 John Wiley & Sons.
  2. Нейман М.С. Курс радиопередающих устройств. М.: Сов. радио. 1965.
  3. Романюк В.А. Аналоговые устройства приемопередатчиков. М.: СОЛОН-Пресс. 2018.
  4. Лившиц И.И. Транзисторные усилители в режиме D. Л.: Энергия. 1973. 
  5. Алипов А.С., Козырев В.Б. Систематизированная классификация транзисторных усилителей мощности. Электросвязь. 2006. № 10. С. 37–43.
  6. Zoya Popovic High-Efficiency Microwave Power Amplifiers with Dynamic Power Supplies. University of Colorado, Boulder. ECEN 5014. Spring 2009.
  7. Moon J.S., Moyer H., Macdonald P., Wong D. et al. High Efficiency X-band Class-E GaN MMIC High-Power Amplifiers. IEEE Topical Conference on Power Amplifiers for Wireless and Radio Applications. 15-18 Jan. 2012.
  8. Grebennikov A. High-efficiency power amplifiers: turning the pages of forgotten history. URL: https://www.researchgate.net/publication/242282964/ (September 2008).
  9. Woo Y, Yang Y. Analisis and Experiments for High Efficiency Class-F and Inverse Class-F Power Amplifiers. IEEE Trans. Microw. Theory and Tech. 2006. V. 54. № 5. P. 1969–1974.
  10. Сечи Ф., Буджати М. Мощные твердотельные СВЧ-усилители. М.: Техносфера. 2016.
  11. Tyler V.J. A New High-Efficiency High-Power Amplifier. Marconi Review. V. 21. P. 96–109. Fall 1958.
  12. Raab F.H. FET Power Amplifier Boosts Transmitter Efficiency. Electronics. V. 49. P. 122–126. June 1976.
  13. Воронович В.В., Потапов А.Ю., Кузьмин В.А. Исследование полигармонического усилителя мощности с высоким импедансом нагрузки на 2-й гармонике. Электросвязь. 2015. № 8. С. 25–29.
  14. Воронович В.В., Потапов А.Ю., Рогов Н.В. Энергетические характеристики усилителя мощности инверсного класса F при ограничении числа гармоник. Электросвязь. 2013. № 8. С. 40–43.
  15. Yang Wang, Taijun Liu, Yan Ye, Qian Xu et al. Design and linearization of high-efficiency inverse class-F RF power amplifiers. 2014 IEEE International Wireless Symposium (IWS 2014). X'ian, China.
  16. Yasuyuki Abe, Ryo Ishikawa, Kazuhiko Honjo Inverse Class-F AlGaN/GaN HEMT Microwave Amplifier Based on Lumped Element Circuit Synthesis Method. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. V. 56. № 12. December 2008. P. 2748–2752. 
  17. Kazuhisa Yamauchi, Hifumi Noto, Hiroyuki Nonomura et al. A 45% power added efficiency, Ku-band 60W GaN power amplifier. Information Technology R&D Center, Mitsubishi Electric Corp.5-1-1 Ofuna. Kamakura-city. Kanagawa. 247-8501. Japan.
  18. Michael V.A., Arvind K.S., Alex T.C., Augusto L.G.-A. A High Efficiency and High Linearity 20 GHz InP HBT Monolithic Power Amplifier for Phased Array Applications. 2008. IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest (15-20 June 2008).
  19. Charles F.C., Sabyasachi N., Ming-Yih Kao, Shuoqi C.Q. Infrastructure and Defense Products Division. Design and performance of 16–40GHz GaN distributed power amplifier MMICs utilizing an advanced 0.15µm GaN process. 2016. IEEE MTT-S International Microwave Symposium (IMS) (22-27 May 2016).
  20. Chuang W., Vincent F. Fusco 43–68 GHz broad band low noise MMIC medium power amplifier. 2008. 11th IEEE International Conference on Communication Technology Proceedings.
  21. Andy Tang O.S., Joseph Liu S.M., Pane C. Chao et al. Design and fabrication of a wideband 56- to 63-GHz monolithic power amplifier with very high power-added efficiency. IEEE Journal of Solid-State Circuits. V. 35. № 9. September 2000.
  22. Yasuhiro Hamada, Masahiro Tanomura, Masaharu Ito, Kenichi Maruhashi A High Gain 77 GHz Power Amplifier Operating at 0.7 V Based on 90 nm CMOS Technology. IEEE Microwave And Wireless Components Letters. V. 19. № 5. MAY 2009.
  23. Mansoor K. Siddiqui, Arvind K. Sharma, Leonardo G. Callejo, Richard Lai A high-power and high-efficiency monolithic power amplifier at 28 GHz for LMDS applications. IEEE Transactions On Microwave Theory And Techniques. V. 46. № 12. December 1998.
  24. Dadello A., Fattorini A., Mahon S.J., Bessemoulin A., Harvey J.T. 44-GHz High Power and Driver Microstrip Amplifier MMICs using 6-inch 0.15-μm PHEMTs. Proceedings of the 1 st European Microwave Integrated Circuits Conference.
  25. Kasody R.E., Dow G.S., Sharma A.K., Aust M.V. et al. A high efficiency V-band monolithic HEMT power amplifier. IEEE Microwave And Guided Wave Le'iters. V. 4. № 9. Sef'ember 1994.
  26. Lai R., Ng G.I., Lo D.C.W. et al. A high-efficiency 94-GHz 0.15-μm InGaAs/InAlAs/InP monolithic power HEMT amplifier. IEEE Microwave And Guided Wave Letters. V. 6. № 10. October 1996.
  27. Michael Chang, Gabriel M. Rebeiz A wideband high-efficiency 79–97 GHz SiGe linear power amplifier with ≫ 90 mW output. 2008. IEEE Bipolar/BiCMOS Circuits and Technology Meeting (13-15 Oct. 2008).
  28. Wei Tai, David S. Ricketts A Q-band power amplifier with high-gain pre-driver and 18.7 dBm output power for fully integrated CMOS transmitters. 2014. IEEE Topical Conference on Power Amplifiers for Wireless and Radio Applications (PAWR) (19–23 Jan. 2014).
  29. Chen Y.C., Ingram D.L., Lai R. et al. A 95-GHz InP HEMT MMIC amplifier with 427-mW power output. IEEE Microwave And Guided Wave Letters. V. 8. № 11. November 1998.
  30. Inkwon Ju, Hong-gu Ji, In-Bok Yom Satellite & Wireless Convergence Research Department, Electronics and Telecommunications Research Institute, 218 Gajeong-ro, Yuseong-gu, Daejeon, 305-700, South Korea/Ku-band GaAs MMIC High Power Amplifier with High Efficiency and Broadband. 2015. Conference on Microwave Techniques (COMITE) (22-23 April 2015).
  31. Hwang Y., Lester J., Schreyer G. et al. 60 GHz high-efficiency HEMT MMIC chip set development for high-power solid state power amplifier. TRW Inc., Electronic Systems and Technology Division One Space Park, Redondo Beach, CA 90278.
  32. Dellier S., Dehaene T., Peragin E. GaN High-Efficiency S-band Power Amplifier with Power Flexibility from 1 to 10 Watts//2014 IEEE Topical Conference on Power Amplifiers for Wireless and Radio Applications (PAWR) 19-23 Jan. 2014.
  33. Lei Dong, Songbai He, Fei You, Qi Lei Department of circuit and system, University of Electronic, Science and Tech. of China, Chengdu, 611731, China/High-Efficiency Class-F Power Amplifier Design with Input Harmonic Manipulation. 2012. IEEE Topical Conference on Power Amplifiers for Wireless and Radio Applications (15-18 Jan. 2012).
  34. Moon J.S., Moyer H., Macdonald P. et al. High Efficiency X-band Class-E GaN MMIC High-Power Amplifiers. 2012. IEEE Topical Conference on Power Amplifiers for Wireless and Radio Applications (15-18 Jan. 2012).
  35. To-Po Wang, Che-Yi Chiang A high-PAE high-gain 24-GHz fully integrated 0.18-µm CMOS power amplifier using micromachined inductors. 2011 IEEE International Conference of Electron Devices and Solid-State Circuits (17-18 Nov. 2011).
  36. Philipp Pahl, Sandrine Wagner, Hermann Massler et al. A 50 to 146 GHz Power Amplifier Based on Magnetic Transformers and Distributed Gain Cells. IEEE Microwave And Wireless Components Letters. V. 25. № 9. September 2015.
  37. Иванюшкин Р.Ю., Дулов И.В., Овчинникова М.В., Тришина Ю.А. История и перспективы применения метода автоматической регулировки режима для повышения КПД радиопередатчиков. Телекоммуникации и транспорт. 2012. № 9. С. 66–68.
  38. Петров Б.Е., Романюк В.А. Радиопередающие устройства на полупроводниковых приборах. М.: Высшая школа. 1989.
  39. Левон Аветисян Усилитель Доэрти и его реализации на компонентах компании Cree. Современная электроника. № 5. 2012. С. 62–65.
  40. Шурыгина В. Усилители мощности. Уменьшение потребляемой мощности. ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес. № 6. 2009. С. 58–64.
  41. Mehran Yahyavi On the design of high-efficiency RF Doherty power amplifiers. Universitat Politecnica de Catalunya. BARCELONATECH.
Дата поступления: 20 марта 2019 г.