Д.С. Данилов1, Ц.М. Батоев2, Ю.А. Ламанов3, И.В. Хмара4, А.С. Загородний5

1–5 Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (г. Томск, Россия)
1 danilov.ds@micran.ru, 2 tsyren.batoev.99@mail.ru, 3 yury_lamanov@mail.ru, 4 graviti231@mail.ru, 5 zaaswork@gmail.com

Постановка проблемы. В настоящее время в области контрольно-измерительной аппаратуры (КИА) наблюдается непрерывный рост требований к максимальной рабочей частоте и ширине полосы рабочих частот. Одновременно увеличиваются требования к выходной мощности устройств. В связи с этим актуальна разработка интегральных усилителей, способных удовлетворять противоречивым требованиям – обеспечивать широкую полосу рабочих частот и при этом иметь высокую выходную мощность. Выполнение этих требований возможно посредством создания сверхширокополосных усилителей с распределённым усилением, обладающих высокой выходной мощностью, что позволяет обеспечить необходимые параметры в условиях ограничений по размеру и энергоэффективности устройств.

Цель. Создать сверхширокополосный усилитель распределенного усиления с высокой выходной мощностью для контрольно-измерительного оборудования и современных систем радиосвязи.

Результаты. Представлены результаты разработки и исследования монолитной интегральной схемы (МИС) сверхширокополосного усилителя распределенного усиления. МИС была разработана с использованием технологии псевдоморфных транзисторов с высокой подвижностью электронов (pHEMT) с шириной затвора 0,1 мкм на подложке из арсенида галлия (GaAs). Получены необходимые параметры измерений образцов усилителя: коэффициент усиления 16,5…18 дБ, точка компрессии (P1дБ) 18…22 дБм, мощность насыщения Psat = 22…24 дБм в полосе частот от 10 МГц до 35 ГГц.

Практическая значимость. Полученная в ходе работы МИС усилителя может использоваться в КИА, а также в различных других высокочастотных сверхширокополосных приложениях. Предложенные схемотехнические решения позволят создавать распределённые усилители с необходимыми параметрами.

Данилов Д.С., Батоев Ц.М., Ламанов Ю.А., Хмара И.В., Загородний А.С. GaAs pHEMT усилитель распределенного усиления с диапазоном рабочих частот от 10 МГц до 35 ГГц // Успехи современной радиоэлектроники. 2026. T. 80. № 4. С. 98–107. DOI: https://doi.org/10.18127/j20700784-202604-10

1. Hiebel M. Fundamentals of vector network analysis, Rohde & Schwarz. 2007. 419 P.
2. Percival W. Thermionic valve circuits // British Patent 460562. 1936.
3. Ginzton E.L., Hewlett W.R., Jasberg J.H., Noe J.D. Distributed amplification // Proceedings of the IRE, Aug 1948, vol. 36, P. 956–969.
4. Jutzi W. A MESFET distributed amplifier with 2 GHz bandwidth // Proceedings of the IEEE. June 1969. V. 57. № 6. P. 1195–1196.
5. Strid E.W., Gleason K.R. DC–12 GHz monolithic GaAs FET distributed amplifier // IEEE Transactions on Electron Devices. July 1982. V. 29. № 7. P. 1065–1071.
6. Ayasli Y., Mozzi R., Vorhaus J., Reynolds L., Pucel R.A. A monolithic GaAs 1–13-GHz traveling-wave amplifier // Microwave
   Theo­ry and Techniques, IEEE Transactions on. Jul 1982. V. 30. № 7. P. 976–981.
7. Ayasli Y., Reynolds L.D., Vorhaus J.L., Hanes L.K. 2–20-GHz GaAs traveling-wave amplifier // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. Jan 1984. V. 32. № 1. P. 71–77.
8. Ayasli Y., Miller S.W., Mozzi R., Hanes L.K. Capacitively coupled traveling-wave power amplifier // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. Dec 1984. V. 32. № 12. P. 1704–1709.
9. Kennan W., Andrade T., Huang C.C. A 2-18 GHz monolithic distributed amplifier using dual-gate GaAs FET’s // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. Dec 1984. V. 32. № 12. P. 1693–1698.
10. Orr J. A stable 2–26.5 GHz two-stage dual-gate distributed MMIC amplifier // Microwave and Millimeter-Wave Monolithic Circuits. Jun 1986. V. 86. № 1. P. 19–22.
11. Кузьмин А.А. Анализ усилителя с распределенными параметрами с учетом проходной проводимости усилительных элементов // Известия вузов СССР: Радиоэлектроника. 1964. Вып. 7. № 4.
12. Кузьмин А.А., Гришко В.И. Малошумящий усилитель с распределенными параметрами на транзисторах // Приборы и техника эксперимента. 1971.
13. Шмаков Н.Д., Иванушкин Р.Ю. Применение технологии распределенного усиления при построении широкодиапазонных и сверхширокодиапазонных радиочастотных усилителей мощности // Телекоммуникации и информационные технологии. 2017. Вып. 4. № 2. C. 46–50.
14. Nikandish G., Medi A. A 40-GHz Bandwidth Tapered Distributed LNA // IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs. Nov. 2018. V. 65. № 11. P. 1614–1618.
15. Chun-Lin Ko, Chieh-Pin Chang, Chien-Nan Kuo, Da-Chiang Chang, Ying-Zong Juang. A 1-V 60 GHz CMOS low noise amplifier with low loss microstrip lines // Proceedings of Technical Program of 2012 VLSI Design, Automation and Test. 2012. P. 1–4.
16. Agarwal B. 112-GHz, 157-GHz, and 180-GHz InP HEMT traveling-wave amplifiers // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. Dec. 1998. V. 46. № 12. P. 2553–2559.
17. Kyung-Tae Bae, Dong-Wook Kim. 2–6 GHz GaN Distributed Power Amplifier MMIC with Tapered Gate-Series/Drain-Shunt Capacitors: 2–6 GHz GaN Distributed Power Amplifier MMIC // International Journal of RF and Microwave Computer-Aided Engeneering. 2016. P. 456–465.
18. Park H., Nam H., Choi K., Kim J., Kwon Y. A 6–18-GHz GaN Reactively Matched Distributed Power Amplifier Using Simplified Bias Network and Reduced Thermal Coupling // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. June 2018. V. 66. № 6. P. 2638–2648.
19. Danilov D.S., Drozdov A.V., Batoev T.M., Malyutin N.D. GaAs pHEMT Traveling Wave Amplifiers up to 50 GHz // International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON). 2022. P. 1–4.
20. Beyer J.B., Prasad S.N., Becker R.C., Nordman J.E., Hohenwarter G.K. MESFET distributed amplifier design guidelines // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. Mar. 1984. V. 32. № 3. P. 268–275.
21. Ayasli Y., Mozzi R.L., Vorhaus J.L., Reynolds L.D., Pucel R.A. A Monolithic GaAs 1–13-GHz Traveling-Wave Amplifier // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. Jul. 1982. V. 30. № 7. P. 976–981.
22. Minasian R.A. Simplified GaAs MESFET model to 10 GHz // Electronics letters. 1977. V. 13. № 18.
23. Berroth M., Robert B. Broad-band determination of the FET small-signal equivalent circuit // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 1990. V. 38. P. 891–895.
24. Deibele S., Beyer J.B. Attenuation compensation in distributed amplifier design // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. Sept. 1989. V. 37. № 9. P. 1425–1433.
25. Pozar D.M. Microwave Engineering // 4th ed. Hoboken. NJ, USA: Wiley. 1998.