А.С. Пшеничкин1, А.Е. Крупская2, К.Н. Климов3

1,2 ПАО «НПО «Алмаз» ОКБ ЛЭМЗ (Москва, Россия)

3 Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) (Москва, Россия)

1 apshenichkin@lemz.ru, 2 krupskaya24@mail.ru, 3 const0@mail.ru

Постановка проблемы. Передающее устройство (ПРДУ) является неотъемлемой частью устройств и систем, так или иначе использующее передачу информации на расстояния. Основная их задача – обеспечение требуемого уровня подводимой к антенне мощности. При этом одним из критериев качества ПРДУ является КПД, а проектирование ПРДУ с максимально возможной мощностью на выходе без увеличения энергопотребления остается весьма актуальной задачей при разработке современных радиотехнических передающих систем. Одним из способов увеличения эффективности передающих устройств в части увеличения КПД суммирования и, как следствие, выходной мощности передающего устройства, является коррекция фаз каналов усиления в диапазоне рабочих частот за счет компенсации имеющейся разницы в электрических длинах элементов распределительно-суммирующего тракта и твердотельных усилительных модулей.

Цель. Предложить систему фазовой коррекции для твердотельного многоканального передающего устройства, повышающую КПД суммирования и обладающую высоким быстродействием.

Результаты. Предложена схема многоканального ПРДУ с системой фазовой коррекции, позволяющая компенсировать имеющиеся разницы фаз элементов выходного каскада усиления. Представлен алгоритм функционирования такой системы фазовой коррекции, который проводит коррекцию фаз каналов усиления согласно значениям, полученным расчетным методом на основе измеренных в процессе фазовой коррекции данных, что позволило сократить максимально необходимое число перестроек фазовращателя до двух на каждой из трех частот, тем самым обеспечивая лучшее быстродействие такой системы по сравнению с известными. Приведены результаты экспериментального исследования системы коррекции фаз каналов усиления, функционирующей в соответствие с предложенным алгоритмом для ПРДУ с восьмью каналами усиления, работающего в полосе частот ≈ 5%.

Практическая значимость. Применение рассмотренной системы позволило увеличить КПД суммирования мощностей исследуемого твердотельного передающего устройства на 16% и обеспечить прирост выходной мощности на 30%. Полученные результаты могут быть использованы при совершенствовании программно-аппаратного обеспечения разрабатываемых или модернизируемых ПРДУ радиотехнических комплексов и систем.

Пшеничкин А.С., Крупская А.Е., Климов К.Н. Повышение КПД суммирования многоканального твердотельного передающего устройства с помощью системы фазовой коррекции // Успехи современной радиоэлектроники. 2023. T. 77. № 10. С. 5–18. DOI: https://doi.org/10.18127/ j20700784-202310-01

1. Сечи Ф., Буджатти М. Мощные твердотельные СВЧ-усилители / Пер. с англ. В.О. Султанова / Под ред. А.А. Борисова. М.: Техносфера. 2015.
2. Глыбин А.А. Твердотельные передатчики С- и Х-диапазонов с высокой стабильностью частоты и фазы сигналов на GaN СВЧ транзисторах. 2012.
3. Бакулев П.А. Радиолокационные системы. Учебник для вузов. Изд. 3-е, перераб. и доп. М.: Радиотехника. 2015.
4. Апин М.В., Кудряшов Г.В., Хвалин А.Л. Оптимизация характеристик усилителя мощности на отечественных биполярных транзисторах в диапазоне от 1 до 2 ГГц // Радиотехника. 2018. № 8. С.84–88.
5. Шухов И., Емельянов Б., Евстигнеев Д., Смирнов А. Мощные СВЧ транзисторные сборки АО «НПП «Пульсар» на базе Ga-N-кристаллов АО «Светлана-Рост» // СВЧ-электроника. 2022. № 3. С.60–61.
6. Bhattacharya P., Fornari R., Kamimura H. Comprehensive Semiconductor Science and Technology // Elsivier. 2015.
7. Yue H., Yang L., Ma X., Ma J., Cao M., Pan C., Wang C., Zhang J. High-Performance Microwave Gate-Recessed AlGaN/AlN/GaN MOS-HEMT With 73% Power-Added Efficiency // IEEE Electron Device Letters. May 2011. V. 32. № 5. P. 626–628.
8. Wong M.H., Pei Y., Brown D.F., Keller S., Speck J.S., Mishra U.K. High-performance N-face GaN microwave MIS-HEMT with >70% power-added efficiency // IEEE Electron Device Lett. Aug. 2009. V. 30. №. 8. P. 802–804.
9. Chu R.M., Chen Z., Pei Y., Newman S., DenBaars S.P., Mishra U.K. MOCVD-grown AlGaN buffer GaN HEMTs with V-gates for microwave power applications // IEEE Electron Device Lett. Sep. 2009. V. 30. № 9. P. 910–912.
10. Алыбин. В.Г, Семочкин А.С. Бортовые твердотельные СВЧ-усилители мощности будущего для командно-измерительных работ // Ракетно-космическое приборостроение и информационные системы. 2016. Т. 3. № 3. С. 89–97.
11. Кищинский А.А. Сверхширокополосные твердотельные усилители мощности СВЧ диапазона: схемотехника, конструкции, технологии // Электроника и микроэлектроника СВЧ. 2018. С. 4–13.
12. Емельянов Б.В. Методы снижения амплитудно-фазовой нестабильности мощных твердотельных широкополосных СВЧ усилительных каскадов в нелинейном режиме. 2022.
13. Кириллов И.Н., Фролов В.В., Каряева В.Ю. Твердотельные передающее устройство РЛС UHF-диапазона, построенное на усилителях мощности СВЧ // Радиотехнические и телекоммуникационные системы. 2015. № 3. С. 34–39.
14. Пшеничкин А.С., Сучков А.В. Распределительно-суммирующие системы твердотельных передающих устройств современных РЛС // Т-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2020. Т. 14. № 12. С. 33–44.
15. Патент России №2688948. Делитель мощности / Говорухин В.И., Унру Н.Э. 2019. Бюл. № 15.
16. Патент России №63139. Усилитель высокой частоты с каскадным суммированием мощностей / Тихомиров С.Г. 2007. Бюл. № 13.
17. Миннебаев В.М., Редька А.В., Ушаков А.В., Ушаков М.А., Царев А.В. Волноводный сумматор СВЧ мощности Х-диапазона частот // Электронная техника. Сер. 2. Полупроводниковые приборы. 2018. Вып. 3 (250). С. 63–68.
18. Любченко В.Е., Калинин В.И., Котов В.Д., Радченко Д.Е., Телегин С.А., Юневич Е.О. Суммирование мощностей микрополосковых антенн-генераторов в резонаторе, встроенном в диэлектрическую подложку // Журнал Радиоэлектроники. 2017. № 4.
19. Коколов А.А., Бабак Л.И. Схемы сложения мощности для монолитных интегральных СВЧ-усилителей // Доклады ТУСУРа. Ч. 2. 2011. № 2 (24).
20. Кухаркин Е.С., Сестрорецкий Б.В. Электрическая прочность волноводных устройств. М.: Высшая школа. 1963.
21. Шахгильдян В.В. и др. Радиопередающие устройства / Под ред. В.В. Шахгильдяна. Изд. 3-е, перераб. и доп. М.: Радио и связь. 2003.
22. Коганов В.И. Транзисторные радиопередатчики. М.: Энергия. 1970.
23. Патент России №196826. Устройство коррекции электрических длин каналов усиления / Пшеничкин А.С., Дронов С.В. 2020. Бюл. № 8.
24. Keysight Technologies. FieldFox Handheld Analyzers 4/6.5/9/14/18/26.5/32/44/50 GHz – Data Sheet.
25. Киреев С.В., Вельмисов П.А. Графики в Mathcad: учебно-метод. пособие. Ульяновск: УлГТУ. 2018.
26. Keysight. N1911F/N1912A P-Series Power Meters and N1921A/N1922A Wideband Power Sensors – Data Sheet.