Сверхвысокочастотный усилитель мощности с переключателем. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Компьютеры

 Комментарии к статье

Специфика применения некоторых зарубежных средств связи в российских условиях состоит в необходимости дополнения функциональности этих средств разнообразными приставками отечественного производства. Так, например, беспроводные системы связи стандарта IEEE802.11 [1], выполненные в конструктиве PCMCIA карт, применяются за рубежом для подключения портативных компьютеров к сетям общедоступного и корпоративного пользования в магазинах, университетах, аэропортах, складах и т.п. Так как они предназначены для работы с портативным компьютером, их схема минимизирована по потреблению энергии, с чем связана невысокая мощность передатчика (30-100 мВт). Вследствие же относительно невысокой цены такие устройства в России применяются повсеместно для любых применений беспроводной связи. И часто их невысокая выходная мощность - это единственное, что не удовлетворяет конечного заказчика. В этом случае на сцене появляются отечественные усилители мощности, предназначенные для совместного использования с миниатюрными устройствами IEEE802.11 и позволяющие значительно поднять их выходную мощность. О проектировании и испытании одного из таких усилителей и пойдет речь в этой статье.

Обычно устройства IEEE802.11 имеют один СВЧ разъем, используемый для подключения антенны, переключение прием-передача происходит внутри устройства, так как эта система - с временным разделением. Поэтому первая проблема, которую предстояло решить при разработке усилителя мощности - это разделения каналов приема и передачи с целью усиления последнего и по возможности минимального ослабления первого. Для описанного разделения можно использовать пассивные устройства - циркуляторы. О проектировании усилителей мощности с циркулятором было подробно рассказано в [2], поэтому в настоящей статье речь пойдет о другом способе - использовании активного переключателя.

Рис. 1. Структурная схема усилителя мощности с переключателем

Особенность использования СВЧ переключатели состоит в необходимости формирования сигнала управления для переключения режимов прием-передача. Конечно, такой сигнал можно брать с самого устройства IEEE802.11, но в этом случае теряется удобство пользования усилителем, так как кроме СВЧ кабелей необходимо подключение еще одного управляющего кабеля. Кроме того, в явном виде сигнал переключения прием-передача на разъем PCMCIA не выведен. Для получения сигнала управления переключателем в разработанном усилителе применен СВЧ детектор, реализованный на диоде Шоттки типа HSMS-2850 фирмы Agilent. Диод Шоттки HSMS-2850, предназначенный для детектирования, модуляции, смешивания и деления частоты в диапазоне от 915 МГц до 5.8 ГГц на частоте 2.45 ГГц (средней рабочей частоте разработанного усилителя) обладает чувствительностью 35 мВ/мкВатт. Более подробно о технических параметрах этого компонента можно прочитать в [3] или в Интернете на сайте agilent.ru. Для согласования диода Шоттки на частоте 2.45 ГГц применена резонансная цепь, состоящая из двух полосков. Ее расчет приведен в [4], кроме того, для ее расчета можно использовать бесплатно распространяемый компанией Agilent микроволновый калькулятор AppCad.

Рис. 2. Внешний вид устройства

Структурная схема разработанного усилителя показана на рис. 1, внешний вид - на фотографии, рис. 2. В качестве активного элемента усилителя использован полевой транзистор SHF-0289 на арсениде галлия фирмы Stanford Microdevices. Этот перспективный компонент обеспечивает выходную мощность не менее 30 дБм на частоте 2.45 ГГц при входной мощности 20 дБм. Некоторым недостатком его применения можно назвать необходимость напряжения питания 8 Вольт, но как показали эксперименты, он удовлетворительно работает и при напряжении 5 Вольт, если не требовать от него полной мощности на выходе. Схема включения транзистора, приведенная в документации по применению [5], достаточно сложна, при этом значениями некоторых компонентов при настройке необходимо варьировать для получения приемлемых параметров, но такова судьба всех полевых транзисторов.

С выхода транзисторного усилителя усиленный сигнал передатчика поступает на СВЧ переключатель SW-438 фирмы MA-COM. Этот недорогой арсенид-галлиевый переключатель, размещенный в пластмассовом корпусе SOT-363 для поверхностного монтажа, обеспечивает малое затухание при прямом прохождении сигнала (не более 0.7 дБ на 2.4 ГГц), высокую изоляцию (не менее 25 дБ) и практически не потребляет энергии (менее 10 мкА на 3 Вольт). Обычно полевые СВЧ переключатели управляются отрицательным напряжением, поэтому еще одним из его достоинств можно назвать возможность управления как отрицательным, так и положительным напряжением - при проектировании своего драйвера это очень удобно. Подробную техническую документацию [6] на этот компонент можно найти на сайте фирмы-производителя: macom.com.

Рис. 3. Принципиальная схема

СВЧ переключателем управляет драйвер, в роли которого в данной схеме выступает быстродействующий мультиплексор аналоговых сигналов фирмы Analog Devices ADG774ABRQ. В его функции входит одновременное переключение сигналов 0 и +2.5 Вольта на управляющих входах переключателя SW-438 по сигналу обнаружения мощности на входе СВЧ детектора, передающегося через исполнительный элемент - транзистор КТ-3130. Уровень + 2.5 Вольта формируется резистивным делителем R7/R8 - смотрите принципиальную схему на рис. 3. ADG774ABRQ обладает низким сопротивлением в открытом состоянии - 2.2 Ом, может функционировать при напряжении как 5, так и 3 Вольта, по управляющим входам совместим ТТЛ/КМОП. Основное достоинство, отличающее ADG774ABRQ от своей первой реализации - ADG774BRQ, состоит в удвоенной полосе пропускания аналогового сигнала - 400 МГц и малого времени переключения - 3 нс, что позволяет использовать такой мультиплексор в любых современных телекоммуникациях, подробнее о нем в [7].

Рис. 4. Результаты испытаний

Результаты испытаний разработанного устройства показаны на графике, рис 4. Коэффициент усиления устройства в децибелах и выходная мощность в децибелах к милливатту показаны на графике в зависимости от рабочей частоты. В заключение хотелось бы отметить, что использование фольгированного фторопласта толщиной 1 мм вместо фольгированного стеклотекстолита толщиной 1.5 мм в качестве материала подложки усилителя позволило бы существенно улучшить полученные результаты.

Список использованной литературы

1. Шахнович И. "Беспроводные локальные сети. Анатомия стандартов IEEE802.11". - Электроника: Наука, Технология, Бизнес. - № 1, 2003. - С. 38-48.
2. Малыгин И.В. "Разработка и исследование усилителей мощности СВЧ радиомодемов стандарта IEEE802.11" - Компоненты и технологии. - № 9, 2002. - С. 24 - 25.
3. Surface Mount Microwave Schottky Detector Diodes HSMS-2850 Series. Technical Data. Communications Components Designer’s Catalog. Hewlett Packard. 5966-0895E (9/97).
4. 2.45 GHz Detector Demonstration Board. Assembly and Operating Instructions. HSMS-2850. Semiconductor Products Designer’s Catalog. Agilent Technologies. CD. 5968-7805E (11/99).
5. SHF-0289. DC - 3 GHz, 1.0 Watt, CaAs HFET. Product Description. Stanford Microdevices, stanfordmicro.com. EDS-101241 Rev A.
6. GaAs SPDT Switch DC-3.0 GHz SW-438. Ver. 2.00, MA-COM, Tyco/Electronics.
7. Low Voltage 400 VHz Quad 2:1 Mux with 3 ns Switching Time ADG774A. REV.0. Analog Devices Inc., 2001, analog.com.

Автор: Малыгин И.В.; Публикация: library.espec.ws

Смотрите другие статьи раздела Компьютеры.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Хорошо управляемые луга могут компенсировать выбросы от скота 15.02.2026

Животноводство, особенно разведение крупного рогатого скота, часто обвиняют в значительном вкладе в глобальное потепление из-за мощного парникового газа - метана, который выделяется при пищеварении у жвачных животных. Это вызывает острые политические споры и призывы к сокращению потребления мяса. Однако ученые напоминают, что полная картина климатического воздействия отрасли не ограничивается только выбросами от животных: огромную роль играет окружающая экосистема - пастбища, почва и растительность, которые способны активно поглощать углекислый газ из атмосферы. Исследователи из Университета Небраски-Линкольна решили глубже изучить этот баланс. Группа под руководством профессора Галена Эриксона сосредоточилась на том, как правильно организованные пастбища накапливают углерод в растениях и грунте благодаря естественным процессам, стимулируемым выпасом скота. Ученые подчеркивают, что при достаточном уровне осадков и грамотном управлении такие луга превращаются в мощные природные погло ...>>

NASA тестирует инновационную технологию крыла 15.02.2026

Коммерческая авиация ежегодно расходует колоссальные объемы керосина, что сказывается не только на бюджете авиакомпаний, но и на состоянии окружающей среды. В 2024 году глобальные затраты на авиационное топливо достигли 291 миллиарда долларов, и эта сумма продолжает расти. Чтобы справиться с этими вызовами, NASA активно работает над технологиями, способными заметно повысить аэродинамическую эффективность самолетов. Одним из самых перспективных направлений стало создание специальной конструкции крыла, которая максимизирует естественный ламинарный поток воздуха и минимизирует сопротивление. В январе 2026 года специалисты NASA Armstrong Flight Research Center успешно провели важный этап наземных испытаний концепции Crossflow Attenuated Natural Laminar Flow (CATNLF). Для эксперимента под фюзеляж исследовательского самолета F-15B закрепили вертикально ориентированную масштабную модель высотой около 0,9 м (3 фута), напоминающую узкий киль. Такая компоновка позволила подвергнуть прототип р ...>>

Забота о внуках очень полезна для здоровья мозга 14.02.2026

Общение между поколениями приносит радость всей семье, но мало кто задумывается, насколько активно бабушки и дедушки, заботящиеся о внуках, поддерживают свою умственную форму. Регулярное взаимодействие с детьми стимулирует мозг пожилых людей, помогая сохранять память, скорость мышления и общую когнитивную активность. Новые научные данные подтверждают, что такая добровольная помощь не только важна для общества, но и может замедлять возрастные изменения в мозге. Исследователи из Тилбургского университета в Нидерландах провели анализ, чтобы понять, приносит ли уход за внуками реальную пользу здоровью пожилых людей. Ведущий автор работы Флавия Черечес отметила, что многие бабушки и дедушки регулярно присматривают за детьми, и оставался открытым вопрос, насколько это положительно сказывается на их собственном благополучии, особенно в плане когнитивных функций. Ученые поставили цель выяснить, способен ли регулярный уход за внуками замедлить снижение памяти и других умственных способ ...>>

Случайная новость из Архива Лазерная подзарядка дронов в полете 25.12.2025 Даже самые совершенные дроны вынуждены возвращаться на базу для подзарядки, что сокращает время их работы и ограничивает возможности применения. Именно эту фундаментальную проблему пытаются решить американские инженеры, предложив технологию лазерной подзарядки беспилотников прямо в воздухе. Компания PowerLight Technologies объявила о завершении разработки и успешных испытаний беспроводной системы энергоснабжения, основанной на использовании лазерного излучения. Проект реализуется при поддержке Центрального командования США (CENTCOM) в рамках программы PTROL-UAS, цель которой - радикально увеличить продолжительность полета военных дронов без необходимости посадки. В основе технологии лежит связка из автономного высокомощного лазерного передатчика и компактного бортового приемника, которые вместе формируют своеобразную "воздушную энергетическую линию". Система способна передавать несколько киловатт энергии беспилотникам, находящимся на расстоянии нескольких миль и на высоте до 1,5 километра. Во время испытаний была подтверждена возможность точного наведения лазерного луча на движущуюся цель и стабильной передачи энергии в режиме реального времени. Особое внимание разработчики уделили мобильности и безопасности наземного сегмента. Лазерный передатчик рассчитан на использование в полевых условиях и оснащен системой точного управления лучом, работающей совместно с программным обеспечением автоматического отслеживания дружественных летательных аппаратов. Это позволяет минимизировать риски и обеспечить контролируемую передачу энергии в общем воздушном пространстве. Для самих дронов PowerLight создала легкий приемный модуль массой около 2,7 килограмма. Он преобразует невидимое лазерное излучение в электрическую энергию, которая используется для подзарядки аккумуляторов на борту. Встроенный блок управления собирает телеметрические данные и передает их на наземную станцию, одновременно формируя технологическую основу для будущего использования оптических каналов связи между дроном и оператором. Система включает несколько уровней автоматического контроля и мониторинга, что позволяет ей безопасно функционировать рядом с другими воздушными объектами. Такой подход делает лазерную подзарядку не экспериментальной демонстрацией, а потенциально масштабируемым решением для реальных условий эксплуатации. Для практической интеграции технологии PowerLight сотрудничает с компанией Kraus Hamdani Aerospace. Лазерная система энергоснабжения встраивается в беспилотник K1000ULE - аппарат сверхпродолжительного действия, разработанный для нужд ВМС и Армии США. Именно эта платформа должна стать первым наглядным примером нового подхода к автономности дронов. Полноценные летные испытания запланированы на начало 2026 года, когда разработчики намерены продемонстрировать непрерывную подзарядку беспилотника в полете. Если заявленные характеристики будут подтверждены, технология приблизит реализацию концепции "бесконечного полета", способной изменить представления о возможностях беспилотных систем как в военной, так и в гражданской сфере.

Другие интересные новости:

▪ Предложен новый метод поиска аксионов

▪ Компактные фотореле с повышенным напряжением изоляции 3,75 кВ

▪ Луна постепенно увеличивает продолжительность дня на Земле

▪ Восстановление яйца

▪ Однокристальная система Semiconductor RSL10

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Аудиотехника. Подборка статей

▪ статья Римское право. Шпаргалка

▪ статья Какую оценку поставил учитель в школе за проект нынешнего флага США? Подробный ответ

▪ статья Поропоро. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Малогабаритная трехэлементная антенна. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Устройство защиты от перенапряжения. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026