А.В. Баранов1, А.Л. Козиков2

1,2 АО «НПП «Салют» (г. Нижний Новгород, Россия)

1 baranov.micros@yandex.ru; 2 lehakozikov@yandex.ru

Введение. Усилители мощности J-класса не работают в ключевых режимах, но их можно отнести к высокоэкономичным устройствам. Ток транзистора в усилителях J-класса описывается косинусоидальными импульсами с определенными углами отсечки, а напряжение на нем выбирается так, чтобы нагрузка усилителя носила индуктивный характер для возможности компенсации на основной частоте выходной емкости транзистора. Однако для такой нагрузки выбор формы напряжения не является однозначным и эту неоднозначность следует исключить в процессе создания индуктивной реактивности нагрузки.

Цель. Предложить модификацию усилителя мощности J-класса, в модели которого выходная емкость его транзистора учитывается непосредственным образом, а не косвенно – путем выбора волновой формы напряжения.

Результаты. Разработана модель усилителя мощности J-класса, и на ее основе получены волновые формы тока и напряжения, в которых влияние выходной емкости транзистора отражается при помощи безразмерного параметра. Рассчитаны электронный КПД усилителя мощности J-класса и нормированные импедансы его нагрузок на основной частоте и ее гармониках. Для вычисленных нагрузок приведена формула пересчета их нормированных и ненормированных величин. С использованием расчетных данных спроектированы входная и выходная цепи усилителя мощности J-класса. На основе результатов машинного моделирования этих цепей изготовлен макет устройства, который при напряжении питания +10 В работает на частоте
915 МГц. В ходе эксперимента для созданного макета получены зависимости стокового КПД, выходной мощности и тока потребления от входной мощности. Выявлено, что при КПД приблизительно 71% и токе около 1 А макет обеспечивает выходную мощность примерно 7 Вт при компрессии его амплитудной характеристики 0,6 дБ, а при значениях выходных мощностей, меньше 6 Вт он является линейным устройством.

Практическая значимость. Представленные результаты подтверждают возможность разработки усилителей мощности
J-класса, в котором выходная емкость его транзистора учитывается непосредственным образом. Продемонстрированы линейные и широкополосные свойства предложенной модификации устройств J-класса с электронным КПД, значение которого приближается к теоретическому пределу 78,5%, характерному для усилителей В- и АВ-классов.

Баранов А.В., Козиков А.Л. Модификация усилителя мощности J-класса // Радиотехника. 2026. Т. 90. № 2. С. 171−179. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202602-17

1. Баранов А.В. Проектирование СВЧ-усилителей большой мощности в классе «Е» // Радиотехника. 2006. № 12. С. 65–70.
2. Баранов А.В., Моругин С.Л. Транзисторные усилители-ограничители мощности гармонических СВЧ-колебаний. М.: Горячая линия – Телеком/ 2019. 332 с.
3. Wright P., Lees J., Benedikt J., Tasker P.J., Cripps S.C. A methodology for realizing high efficiency class-J in a linear and broadband PA // IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques. 2009. V. 57. № 12. P. 3196–3204.
4. Rezaei S., Belostotski L., Ghannouchi F.M., Aflaki P. Integrated design of a class-J power amplifier // IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques. 2013. V. 61. № 4. P. 1639–1648.
5. Tuffy N., Zhu A., Brazil T. Class-J RF power amplifier with wideband harmonic suppression // IEEE MTT-S Int. Microwave Symp. Dig. Baltimore. MD. USA. 2011.
6. Hanna T., Deltimple N., Fregonese S. Class-J power amplifier for 5G applications in 28 nm CMOS FD-SOI technology // Journal of Integrated Circuits and Systems. 2018. V. 13. № 2. P. 1–6.
7. Sajedin M., Elfergani I., Rodriguez J., Violas M., Abd_Alhameed R., Fernandes–Barciela M., Abdulkhaled A.M. Design of a wideband harmonically tuned Class-J power amplifier // IMDC–SDSP. 28–30 June 2020. Cyberspace. DOI: 10.4108/eai28-6-2020.2298136.
8. Kiheum You, Seung–Hwan Kim, Hojong Choi, Kiheum You. A Class-J power amplifier implementation for ultrasound device applications // www.mdpi/journal/sensors. April 2020. 18 p. DOI: 10.3390/s20082273.
9. Weilong Tong, Lin Peng, Shaoxin Lin. A broadband high efficiency Class-J power amplifier for C-band // Microwave Journal. May 2023. № 11.
10. Баранов, А.В., Кревский М.А. Транзисторные автогенераторы гармонических СВЧ-колебаний. М.: Горячая линия – Телеком. 2021. 276 с.
11. Разевиг В.Д., Потапов Ю.В., Курушин А.А. Проектирование СВЧ-устройств с помощью Microwave Office / Под ред. В.Д. Разевига. М.: Солон-Пресс. 2003. 496 с.