Подписка на новости

Опрос

Нужны ли комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

 

2006 №9

Модули ВЧ усилителей мощности

Асессоров Валерий  
Глухов Александр  
Грищенко Сергей  
Кожевников Владимир  
Семейкин Игорь  
Стоянов Анатолий  

Модули ВЧ усилителей мощности являются важной элементной базой современной аппаратуры связи. До недавнего времени на российском рынке присутствовали исключительно модули зарубежного производства. В данной публикации Воронежское ФГУП «НИИ электронной техники» (www.niiet.vrn.ru) объявляет о результатах своих разработок модулей ВЧ усилителей мощности и приглашает отечественных производителей радиоэлектронной аппаратуры к сотрудничеству.

Современные системы связи, передачи данных, теле- и радиовещания представляют собой совокупность блоков цифровой обработки сигналов и аналоговых трактов формирования ВЧ сигнала. Наиболее сложной и дорогостоящей частью аналогового тракта является ВЧ усилитель мощности (УМ).

В настоящее время существует два подхода к созданию усилителей мощности: на дискретных компонентах или на готовых конструктивно и функционально законченных модулях. Модульный принцип компоновки радиоаппаратуры в наибольшей степени отвечает современным требованиям и представляется наиболее перспективным. Практика показывает, что использование модулей УМ уменьшает ошибки при проектировании аппаратуры, сокращает сроки ее разработки и подготовки производства. Наибольший эффект от использования модулей УМ как законченных электронных компонентов достигается в условиях серийного производства аппаратуры благодаря отсутствию необходимости выполнять регулировки, что снижает трудоемкость. Использование модулей снижает также затраты на техническое обслуживание и ремонт аппаратуры в процессе ее эксплуатации. Как правило, модули имеют меньшие габаритные размеры и вес по сравнению с узлами на дискретных компонентах, что является существенным преимуществом, особенно при создании портативной аппаратуры связи.

Неслучайно такие ведущие мировые компании, как Mitsubishi Electric, Freescale Semiconductors, Philips, Tyco Electronics M/A-COM, специализирующиеся на производстве ВЧ и СВЧ транзисторов, выпускают также и готовые модули усилителей мощности.

Одним из основных направлений деятельности ФГУП «НИИЭТ» является разработка и производство мощных СВЧ биполярных [1, 2, 3] и полевых транзисторов [4], а также гибридных микросхем [5]. В последние годы предприятие активно развивает направление разработки и производства современных модулей ВЧ УМ для средств радиосвязи. При этом изначально была поставлена задача разработки и производства модулей по техническим требованиям заказчиков — отечественных производителей аппаратуры связи, а не воспроизводство зарубежных аналогов и попытки конкурировать с их производителями. Дело в том, что некоторые диапазоны частот, используемые в РФ (например, ниже 50 МГц) не перекрываются рабочими частотами ВЧ модулей усилителей мощности зарубежного производства. Ситуация на рынке электронных компонентов резко изменилась в 2003 году, когда фирма Mitsubishi Electric, основной поставщик ВЧ модулей усилителей мощности на российском рынке, перешла на производство нового поколения модулей [6]. После этого появились новые «бреши» в частотных диапазонах, например, в диапазоне частот 175–210 МГц, 270–330 МГц и др., что и стимулировало в последние годы резкое увеличение количества заявок на разработку и поставку модулей усилителей мощности для применения на указанных выше частотах.

За последние 10 лет в ФГУП «НИИЭТ» было разработано более 50 типов модулей, потребителями которых стали отечественные производители аппаратуры связи — от малых предприятий до крупных серийных радиозаводов.

В таблице приведены данные на основные электрические параметры модулей ВЧ усилителей мощности и их конструктивное исполнение.

Таблица. Технические характеристики модулей ВЧ УМ
Примечание: Усилители УМ117-3 и УМ118-2 — функциональные аналоги модулей RA13H3340M и RA13H1317M производства Mitsubishi Electric. * — корпус находится в разработке

Представленные данные показывают, что разработанные модули ВЧ усилителей мощности закрывают типовые ряды по напряжению источников питания Uп = 7,5, 9,6, 12,5 и 28 В. Это означает, что они максимально оптимизированы для применения в портативной, носимой, возимой, бортовой и стационарной радиоэлектронной аппаратуре соответственно. Модули УМ с выходной мощностью до 5 Вт главным образом ориентированы на применение в носимых радиостанциях. Модули с выходной мощностью более 10 Вт применяются в подвижных и стационарных средствах связи. Их коэффициент полезного действия составляет 40–50%. Только для широкополосных модулей не удается обеспечить КПД более 35%. Представленный номенклатурный ряд закрывает частотный диапазон от 33 до 470 МГц, но каждый конкретный тип модуля обеспечивает ширину полосы порядка 6–40 МГц.

В настоящее время все большее распространение получают широкополосные системы радиосвязи, а также системы связи с использованием шумоподобных сигналов. Поэтому производителей аппаратуры связи могут заинтересовать новые разработки широкополосных модулей усилителей мощности типа УМ30180-5 и УМ100400-60, а также модулей УМ с повышенными требованиями к линейности передаточной характеристики — УМ120-2Б и УМ121-4А (см. табл.). Линейность выходной характеристики таких модулей УМ оценивается по коэффициенту сжатия (компрессии) Ксж как отношение коэффициента усиления при номинальной мощности усилителя к мощности, при которой достигается максимальное усиление.

Схемотехнически модули усилителей мощности в зависимости от частотного диапазона и выходной мощности содержат от одного до трех каскадов усиления. У каждого модуля предусмотрен вывод, на который подают напряжение для управления мощностью выходного сигнала. Благодаря использованию данного вывода может быть организовано оперативное управление уровнем выходной мощности. Модули УМ согласованы по входу и выходу с линиями передачи с волновым сопротивлением 50 Ом, КСВН по входу не хуже 1,5 в полосе рабочих частот. Модули работают без самовозбуждения при КСВН нагрузки до 10 при всех фазовых углах и выдерживают режимы КЗ нагрузки и холостого хода в течение не менее 30 с. Неравномерность коэффициента усиления по мощности (КУР) в полосе рабочих частот не более +1 дБ. Диапазон рабочих темпетур от –40 до +85 °С, однако по требованию заказчика может быть расширен до диапазона от –60 до +125 °С.

Разработанные ФГУП «НИИЭТ» модули, как и большинство зарубежных, собраны в металлополимерных корпусах с однорядным расположением выводов. Используются две базовые конструкции корпусов: К-1 и К-2, отличающиеся габаритными размерами (рисунок). Корпуса с различным количеством и расположением выводов имеют соответствующие буквенные индексы, например К-1А, К-2Б. Корпус К-2А отличается от корпуса К-2 отсутствием вывода «3». Шаг выводов корпусов кратен 2,5 мм.

Рисунок. Корпуса модулей ВЧ усилителей

Конструктивно модули состоят из металлического основания — фланца, диэлектрической подложки с металлической разводкой и смонтированных на ней электронных компонентов, в том числе нескольких (по числу каскадов усиления) мощных ВЧ транзисторов, проволочных внешних электрических выводов и пластмассовой крышки, на которой нанесена маркировка. Фланец из никелированной меди с крепежными отверстиями служит одновременно механическим основанием, теплоотводящим элементом и общей земляной шиной. Подложкой служит стеклотекстолитовая печатная плата, на которой методом поверхностного монтажа установлены пассивные компоненты, а мощные транзисторы смонтированы непосредственно на теплоотводе — фланце. Исследования показали, что стеклотекстолитовая подложка модуля гораздо более устойчива к механическим нагрузкам, чем керамическая, которая, как правило, используется в зарубежных модулях.

В модулях УМ в качестве активных компонентов используются кремниевые биполярные или полевые (D-MOS, LDMOS) мощные ВЧ транзисторы собственного или зарубежного производства. Транзисторы собственного производства имеют малогабаритное исполнение на кристаллодержателе из бериллиевой керамики. Данные транзисторы собраны с использованием гибкого ленточного носителя в качестве внутренних и внешних выводов. Присоединение ленточных выводов транзисторов к печатной плате УМ осуществляется пайкой, а не сваркой, как в зарубежных модулях. Метод пайки обеспечивает более прочные и надежные соединения, а стабильность геометрических размеров и формы выводов позволяет получать и стабильные динамические характеристики транзисторов. Электронные компоненты, размещенные на печатной плате, защищены лаковым покрытием. Для механической защиты компонентов на плате и защиты от проникновения в корпус модуля влаги используется пластмассовая крышка. Места соединения крышки с фланцем, печатной платой и выводами залиты герметизирующим компаундом. Требования по герметичности соответствуют степени защиты IP68 по ГОСТ 14254-96.

При разработке модулей УМ применяются современные системы автоматического проектирования Microwave Office, T-CAD, P-CAD 2000. Применение современного аппаратно-программного комплекса позволяет сократить до минимума время проектирования усилителей мощности. Тесное взаимодействие разработчиков транзисторов, схемотехников и технологов в рамках единого конструкторско-технологического подразделения позволяет не только быстро разрабатывать новые типы модулей, но и быстро организовывать их серийное производство. Время от получения технических требований заказчика до выпуска опытных образцов составляет 1–2 недели, а до выпуска серийных образцов — не более 2 месяцев, при этом этап разработки модулей заказчиком не оплачивается.

Литература

  1. Асессоров В. В., Кожевников В. А., Дикарев В. И., Асессоров А. В. Мощные СВЧ транзисторы для связной радиоаппаратуры // Электроника: Наука, Технология, Бизнес. 1999.
  2. Кожевников В. А., Асессоров В. В., Асессоров А. В., Дикарев В. И. Мощные низковольтные СВЧ транзисторы для подвижных средств связи // Радио. 1999. № 10, 11.
  3. Асессоров В. В., Кожевников В. А., Косой А. Я. Тенденция развития мощных СВЧ транзисторов // Радио. 1994. № 6.
  4. Асессоров В., Кожевников В., Дикарев В., Цоцорин А. Мощные ВЧ и СВЧ полевые транзисторы для аппаратуры средств радиосвязи // Компоненты и технологии. 2006. № 5.
  5. Асессоров В. В., Кожевников В. А., Асеев Ю. Н., Гаганов В. В. Модули ВЧ усилителей мощности для портативных средств связи // Электросвязь. 1997. № 7.
  6. Хабаров А. Модульные ВЧ усилители мощности производства Mitsubishi // Электронные компоненты. 2006. № 2.

Скачать статью в формате PDF  Скачать статью Компоненты и технологии PDF

 


Другие статьи по данной теме:

Сообщить об ошибке