МНОГОКАСКАДНЫЙ БАЛАНСНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ НА СВЧ-ТРАНЗИСТОРАХ Российский патент 1994 года по МПК H03F3/60 

Изобретение относится к технике СВЧ, а именно, к микрополосковым многокаскадным усилителям СВЧ, собранным по балансной схеме.

Известны конструкции балансных усилителей СВЧ в микрополосковом исполнении, в которых наибольшее применение во всем мире нашли направленные ответвители типа мостов Ланге, используемые в качестве делителей и сумматоров мощности [1] .

Известной особенностью направленного ответвителя типа мост Ланге является наличие в нем развязанного по СВЧ четвертого плеча, соединенного с землей через омическое сопротивление, равное волновому сопротивлению используемой микрополосковой линии. Кроме того, в мосту Ланге одно из выходных плеч связано омически с входным плечом.

Две эти особенности мостов Ланге заставляют ставить развязывающие конденсаторы как на входе транзисторов, так и на выходе, чтобы развязываться по постоянному току с предшествующими и последующими каскадами, а также с корпусом усилителя.

Однако следует заметить, что наличие на входе и выходе транзистора емкостных элементов, не предназначенных для согласования входа и выхода транзистора со смежными элементами, усложняет согласование; наличие развязывающих конденсаторов увеличивает габариты микросхемы и предъявляет дополнительные требования к точности изготовления микросхем и тщательности монтажа.

Увеличение габаритов микросхемы вызвано необходимостью выделения дополнительного места для самих развязывающих конденсаторов, а также для дополнительных элементов подстройки и согласования.

Требования к точности изготовления микросхем и тщательности монтажа повышаются из-за необходимости расположения развязывающих конденсаторов на одинаковом расстоянии от транзисторов и от связанных линий мостов Ланге, чтобы не вызвать фазовых искажений из-за неодинаковой длины плеч мостов Ланге.

Наиболее близким техническим решением является многокаскадный балансный усилитель СВЧ на транзисторах, содержащий несколько (в зависимости от литеры) последовательно соединенных балансных каскадов на мостах Ланге и полевых транзисторах с заземленным затвором, а также развязывающие конденсаторы, стоящие в выходных плечах каждого транзистора. Нагрузочные сопротивления разомкнутых плеч мостов Ланге заземлены [2] .

Однако балансный усилитель [2] , обладает всеми недостатками усилителя [1] , а именно: пониженная надежность из-за большого числа развязывающих конденсаторов; более сложная настройка из-за необходимости компенсировать в процессе согласования дополнительный реактивный элемент в виде развязывающих конденсаторов; увеличенные габариты.

Целью изобретения является увеличение надежности многокаскадного усилителя СВЧ и упрощение его конденсации.

Поставленная цель достигается тем, что в многокаскадном балансном усилителе СВЧ на транзисторах, содержащем направленные ответвители типа мостов Ланге и развязывающие конденсаторы, заземление нагрузочных сопротивлений мостов Ланге от СВЧ выполнено разомкнутыми четвертьволновыми шлейфами, а единственный развязывающий конденсатор каждого каскада размещен в общем плече между смежными каскадами.

Существенное сокращение числа развязывающих конденсаторов и изменение их местоположения в схеме усилителя позволяет упростить конструкцию и настройку усилителя и повысить его надежность.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема многокаскадного балансного усилителя СВЧ на транзисторах, типичная для аналогов; на фиг. 2 - принципиальная схема прототипа; на фиг. 3 - принципиальная схема многокаскадного балансного усилителя СВЧ на транзисторах.

Многокаскадный балансный усилитель СВЧ на транзисторах содержит несколько последовательно соединенных балансных усилительных каскадов на транзисторах 1-8 c заземленными истоком. На затвор и сток каждого транзистора подаются разные по величине и знаку потенциалы от источника питания. На входе и выходе каждого каскада размещены направленные ответвители (Н. О. ) 9-16. типа мостов Ланге, нагрузочные резисторы 17 которых заземлены по СВЧ разомкнутыми четвертьволновыми шлейфами 18. Для развязывания каскадов по постоянному току в общее плечо между смежными мостами Ланге 10 и 11, 12 и 13, 14 и 15 помещены развязывающие конденсаторы 19.

Сокращение числа развязывающих конденсаторов стало возможным в результате использования в разомкнутом плече моста Ланге вместо заземленной нагрузки - нагрузки, соединенной с разомкнутым микрополосковым шлейфом длиной λ /4. Известно, что отрезок линии длиной λ /4, если он разомкнут на одном своем конце и, следовательно, имеет бесконечное сопротивление на этом конце, на противоположном конце имеет нулевое сопротивление, т. е. как бы короткозамкнут.

Используя это обстоятельство, резисторы 17 развязанных плеч мостов Ланге 9-16, нагруженные разомкнутыми четвертьволновыми шлейфами 18 в виде микрополосковой линии того же волнового сопротивления, что и в плечах моста Ланге, оказываются закороченными на землю по СВЧ, как и в случае прямого соединения резисторов 17 с землей, а соединение с землей (корпусом) по постоянному току не создается. Следовательно, отпадает необходимость в тех развязывающих конденсаторах на входе и выходе транзисторов, которые размещены в плечах, связанных омически с резистором в развязанном плече моста Ланге в прототипе. Что же касается развязывающих конденсаторов линий, связывающих омически выход предшествующего транзистора со входом последующего транзистора в прототипе, то отпадает необходимость в их расположении на выходе транзистора, т. е. внутри каскада. В схемах аналога и прототипа расположение таких конденсаторов внутри каскада (на выходе транзистора) было необходимо и диктовалось соображениями симметрии, требуемыми для правильных фазовых соотношений в мостах Ланге, а также для одинаковости согласования входов и выходов транзисторов в каждом каскаде.

По тем же соображениям расположение такого конденсатора на выходе транзистора является вредным в предлагаемой схеме, поскольку из-за отсутствия развязывающих конденсаторов в линиях омической связи с резисторами 17 рассматриваемые конденсаторы были бы единственными в каждом каскаде и проводили бы к несимметрии схемы. В предлагаемой схеме каждый из конденсаторов 19, развязывающих выход предыдущего каскада от входа последующего, установлен в отрезок микрополосковой линии, являющийся общим плечом двух смежных мостов Ланге.

Таким образом, в пределах каждого каскада не остается развязывающих конденсаторов, что облегчает процессы согласования транзисторов. Единственный для двух соседних каскадов развязывающий конденсатор ставится в таком месте, которое развязано с согласующими цепями выходных плеч предшествующего и входных плеч последующего каскадов мостами Ланге и не влияет на процесс согласования.

Предлагаемая конструкция балансного микрополоскового усилителя СВЧ не зависит от типа транзистора (биполярный или полевой) и от схемы его включения.

Известно, что четвертьволновый отрезок является частотно-зависимым элементом. Поэтому применение предлагаемой конструкции в широкополосных балансных усилителях СВЧ (октавных и двухоктавных) может быть затруднено, однако в рабочих полосах шириной до 30% предлагаемая конструкция опробована и дает хорошие результаты.

Таким образом, предлагаемая конструкция усилителя СВЧ позволяет получить следующие дополнительные по сравнению с прототипом технико-экономические эффекты: увеличение надежности усилителя в целом за счет существенного сокращения числа развязывающих конденсаторов; упрощение настройки усилителя, поскольку при согласовании входов и выходов транзисторов не требуется учитывать реактивность, вносимую развязывающим конденсатором; сокращение габаритов микрополосковой схемы за счет отсутствия участков, занятых развязывающими конденсаторами; упрощение конструкции многокаскадного балансного усилителя СВЧ в микрополосковом исполнении. (56) 1. Петров Г. В. , Толстой А. И. Линейные балансные СВЧ усилители, М. Радио и связь 1983.

2. Ровенский Г. В. и др. Разработка входного усилительного модуля с высокой идентичностью амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик в диапазоне 4-8 Гц. Технический отчет N 200-63087, 1981.

Использование: в технике СВЧ в качестве балансного микрополоскового многокаскадного усилителя. Сущность изобретения: в многокаскадном балансном усилителе на транзисторах, содержащем делители-сумматоры типа мостов Ланге с заземленными балансными резисторами, заземление балансных резисторов осуществляется через дополнительно введенные разомкнутые четвертьволновые шлейфы. 3 ил.

МНОГОКАСКАДНЫЙ БАЛАНСНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ НА СВЧ-ТРАНЗИСТОРАХ, содержащий делители-сумматоры типа мостов Ланге с заземленными балластными резисторами и элементы развязки по постоянному току, отличающийся тем, что, с целью увеличения надежности и упрощения конструкции, заземление балластных резисторов осуществляется через дополнительно введенные разомкнутые четвертьволновые шлейфы.