[Сергей Викт 3]

В 03.08.2024 в 18:45, repstosw сказал:

А как решались проблемы передачи с гривы в хвост и из хвоста в гриву?  Иначе говоря, вход сыпется из-за выхода и наоборот.

Исходя из согласования сначала по выходу. Но надо учесть, что используя только S-параметры, можно адекватно согласовать только усилитель, работающий в классе "А" в малосигнальном режиме. Если требуется получать мощность и ВЧ напряжение на стоке транзистора соизмеримо с напряжением питания, то требуется знание оптимального импеданса нагрузки. Согласование по минимуму S22 в этом случае бесполезно.

[repstosw 18]

55 minutes ago, Сергей Викт said:

Исходя из согласования сначала по выходу. Но надо учесть, что используя только S-параметры, можно адекватно согласовать только усилитель, работающий в классе "А" в малосигнальном режиме. Если требуется получать мощность и ВЧ напряжение на стоке транзистора соизмеримо с напряжением питания, то требуется знание оптимального импеданса нагрузки. Согласование по минимуму S22 в этом случае бесполезно.

Мне известно, что расчёт по S-параметрам справедлив только для линейного класса усиления А.

Усилитель планируется использовать исключительно в классе А и ДАЛЕКО от точки компрессии. Потому что сигнал OFDM с QAM. Как минимум на PAPR децибелл меньше.  Но на практике - приходится использовать ещё ниже.

Потому что нужна линейность.

 

На картинке - уровень мощности 35 дБм - вершок линейности. Значит спускаемся вниз на PAPR=5.5 дБ (значение из даташита на передатчик).  Получается 29,5 дБм  средняя мощность для моего сигнала, при которой усилитель ещё линеен.

А вот теперь вопрос:   согласование, найденное с помощью VNA  (подстройка цепей согласования, посчитанных в AWR) при входном уровне сигнала -40 дБм   сохранится для других уровней сигнала - при условии, что они тоже будут в линейной области?

Ну тоесть проще говоря:  согласовали  на сигнале -40 дБм.  Будет ли тем же согласование на сигнале +0 дБм?  А на +10 дБм?   При этом естественно, выходной сигнал будет в пределах линейности: по среднему 29,5 дБм,  максимум пики -  до 35 дБм.

Как получить оптимальный импеданс нагрузки? Как заставить AWR  расчитать такое согласование?  На дворе 21-век, должны пахать роботы.

Изменено 5 августа пользователем repstosw

[Vasil_Riabko 1]

On 8/3/2024 at 2:20 PM, repstosw said:

 

Интересно как раньше, когда этих программ не было - считали? 🤣

 

Диаграмма Вольперта-Смита логарифмическая линейка и немножко мозгов.

 

[Aner 8]

Если сигналы модуляций OFDM, QAM, ... для получения линейности используют усилители с предискажениями и получают высокий кпд. В тех же усилителях для станций G3,G4,G5. Да и чипы для предыскажений давно выпускают. Но если малобюжетный проект, модуль предыскажений не потянуть.

[Сергей Викт 3]

1 час назад, repstosw сказал:

А вот теперь вопрос:   согласование, найденное с помощью VNA  (подстройка цепей согласования, посчитанных в AWR) при входном уровне сигнала -40 дБм   сохранится для других уровней сигнала - при условии, что они тоже будут в линейной области?

Ну тоесть проще говоря:  согласовали  на сигнале -40 дБм.  Будет ли тем же согласование на сигнале +0 дБм?  А на +10 дБм?

Не факт.

Когда мы загнали транзистор в класс "А", мы по выходу получили фактически резистор Uп/Iп плюс какие-то паразиты в виде выходной емкости и индуктивности. Это и покажет VNA в виде S22. А вот когда мы начнем пытаться увеличивать амплитуду ВЧ напряжения на стоке(коллекторе) выходного транзистора, то вполне может оказаться, что при имеющемся согласовании транзистор не может отдать требуемый ток для получения заданной мощности, потому, что нагрузка сильно высокоомная.

Вот это можно еще почитать.

AN1526.pdf

[Aner 8]

У ТСа класс A, а в доке AB, C совсем не то. Теоретически кпд в A 50%, реально получают 30...40%. Перегрузка в режиме A даст амплитудное ограничение, доп гармоники, и выход за точку P1db. Ему этого не нужно. Линейность в A тоже относительная, на краях участка частотного диапазона будут разные волновые как по входу так и по выходу. На Смитте это видно, часто приводят в даташитах на транзистор.

[repstosw 18]

On 8/3/2024 at 9:20 PM, repstosw said:

Дополнительно сделал  согласование транзистора RQA0011DNS.

Сделал этот усилитель.  На практике расчитанные цепи согласования вообще не работают:  S11 и S22 очень далеки от 50 Ом.

Эмпирически подобрал цепи согласования с помощью VNA.  Как оказалось, нужны малые индуктивности - выполнил их в виде П-образной скобы из толстого медного провода.  Размер скобок подобрал итеративно. Получилось, что размер скобы на выходе должен быть немного больше.  И да - выход влияет на вход и наоборот.  Чем качественнее согласован выход, тем немного хуже настроен вход.  И наоборот.  Сделал компромисс.

Вот что вышло.

Уровень сигнала с VNA: -40 дБм :

 

Снял S-параметры всего усилителя, загнал в Кукс:

 

Схема усилителя.   Для подачи Vgs на затвор использую простой делитель на резисторах, запитываемый от +3.3V, для развязки ВЧ в цепи затвора использую ферритовую бусину BLM15AG102SN1D. Понимаю, что дешевле будет поставить резистор на 1 кОм, но в данном случае хотелось бы достичь минимума паразитных падений напряжения.

Питающее напряжение 7.5V. Получаю его понижающим DC/DC конвертером из 12V от БП ПК. В цепи питания мощная ферритовая бусина BLM31PG500SN1L.   В выбранном режиме ток покоя стока 0,35A.  Напряжение на затворе относительно земли 0,69V.   Транзистор и плата греются.

 

Фото усилителя.  Сделал на двуслойке FR4, толщина 1.5 мм.  Переходные отверстия - не металлизированные, просверлил сколько и где посчитал нужным, продел проволоку и запаял её с двух сторон.

 

Установка в действии:

 

А теперь вопросы:

1) Почему цепи согласования, расчитанные в AWR не дали нормального согласования?

2) Как в AWR учесть топологию печатной платы - полоски меди, к которым припаиваются компоненты?

3) Насколько можно приблизить расчёты в AWR к практическим результатам?

Изменено 7 августа пользователем repstosw

[rloc 57]

4 часа назад, repstosw сказал:

Как в AWR учесть топологию печатной платы - полоски меди, к которым припаиваются компоненты?

Компоненты MLIN, MTEE, MSTEP и добавить MSUB на схему.

4 часа назад, repstosw сказал:

Насколько можно приблизить расчёты в AWR к практическим результатам?

Первый шаг - широкополосное согласование, пусть S21 будет не 20дБ, а 17дБ. Дальше считать в статике с элементами, указанными выше. Уже достаточно точно для 450МГц. Потом - в динамике, ЭМ-анализ, но с дискретными элементами в статике. На каждый дискретный элемент назначить порты. В качестве примера хорошо посмотреть, как FilterSolution экспортирует схему с топологией в AWR.

Примерно так: https://youtu.be/n6AiytD3sHQ

 

[repstosw 18]

Испытал усилитель на своём сигнале.

 

Спектр сигнала без усилителя:

 

Сигнал с усилителем (ток покоя стока 0,35A) : средняя мощность +22 dBm (PAPR=5,5 dB):

 

Выше - уже плечо менее 24 dB.

Увеличил ток покоя стока до 0,54 A  - для увеличения линейности.  Транзистор греется как утюг:  вот-вот отвалится с платы (припой расплавится).   

 

Усиление подросло до  +25 дБм средняя мощность (PAPR=5,5 dB): без деградации спектра - всё то же плечо 24 дБ:

 

Итого, чтобы получить среднюю мощность  25 дБм (пик до 30,5 дБм :  PAPR 5,5 dB)  без деградации спектра, пришлось на транзисторе рассеивать в покое мощность: 7,5*0,56 = 4,2 Вт.

КПД этого усилителя  в классе А:  7,5% 🤣

 

Какие есть способы повышения КПД линейного усилителя при сохранении супер-линейности?  Перейти на GaAs и GaN транзисторы?

Изменено 7 августа пользователем repstosw

[rloc 57]

1 час назад, repstosw сказал:

повышения КПД линейного усилителя при сохранении супер-линейности

Есть схема построения УМ, называется Doherty. В разы сложнее Push-Pull, но не количеством элементов.

1 час назад, repstosw сказал:

Перейти на GaAs и GaN транзисторы?

Да, любые полевики линейней биполярных без ОС. Но полевым надо сразу рабочий ток задавать, и усиление падает с ростом тока.

[repstosw 18]

1 hour ago, rloc said:

Да, любые полевики линейней биполярных без ОС. Но полевым надо сразу рабочий ток задавать, и усиление падает с ростом тока.

А почему вы думаете, что применённый транзистор RQA0011DNS - биполярный?  Это MOSFET.  Обычный. Кремниевый.    Может от того, что не pHEMT и не InGaP и не GaAs, GaN - поэтому менее линейный.

Cтоит в рациях Lira и в ретрансляторах:  https://radiochief.ru/obzory/obzor-ukv-retranslyatora-str-050-u/

 

И работает он там  очевидно в классе B или C, с отсечкой стокового тока. И в критическом режиме,  возле точке компрессии.

С высоким КПД = Пи на 4 теоретически максимально.  Потому что УЧМ: линейность там не нужна. 

 

Эксперимент с этим транзистором я провёл с целью научиться согласовывать 4-полюсник по VNA и проверить как себя поведёт транзистор с точкой компрессии около 40 дБм на OFDM сигнале.  Мне оказалось этого недостаточно - SKY65116   даёт бОльшую мощность при той же картине спектра и при токе 0,33A при питании от 3,7V.   В даташите не указаны ни IP3, ни IMD.  Значит, такие транзисторы надо обходить стороной, если планируется усиливать OFDM сигналы.

 

Планирую запустить AH312. Заказал. Жду.   У неё OIP3 выше 50 dBm.  Но ток жрёт 800 мА.  Зато от 5V всего.   Интересно:  переплюнет ли она SKY65116   на сигнале с AT86RF215 или нет...

Правда, с согласующими цепочками придётся колдовать аналогичным образом - через VNA. Но учитывая сходство кривых S11 и S22 на диаграмме Смита с RQA0011DNS , полагаю, элементы согласования у AH312 будут весьма похожими: по крайней мере, топология должна быть такой же.

 

1 hour ago, rloc said:

Есть схема построения УМ, называется Doherty. В разы сложнее Push-Pull, но не количеством элементов.

На счёт пуш-пула не видел как складываются синфазно мощности с усилителей.   Но есть метод сложения мощностей через Coupler.  Благо что есть интегральные каплеры - самому делать их не надо 🙃

Изменено 7 августа пользователем repstosw

[Сергей Викт 3]

20 часов назад, repstosw сказал:

Какие есть способы повышения КПД линейного усилителя при сохранении супер-линейности?  Перейти на GaAs и GaN транзисторы?

1. В первую очередь решить вопрос отвода тепла. При такой конструкции транзистора надо делать заводскую плату с большим количеством переходных отверстий под транзистором. Или в домашних условиях вырезать в плате окошко, туда установить медную пластинку толщиной, как плата. С одной стороны припаять транзистор, с другой медной фольгой соединить с остальной фольгой нижней стороны платы.

2. GaN транзисторы при низких напряжениях питания работают плохо. Линейность у них вообще не очень, у биполяров и LDMOS даже получше будет. Область применения GaN это 28-50 В питания.

Как арсенид галлия будет работать не знаю, но 5-8 В питания для них это норма.

3. Усилители по схеме Догерти линейность и КПД одновременно обеспечивают только при наличии предкорректора.

Совсем недавно занимался транзистором для DVB-T2 с УМ по этой схеме. Там правда мощность несколько побольше - 180 Вт средней, но вот требуемый IMD минус 33 дБн и КПД 50% они обеспечивают только с предкоррекцией , без нее получается минус 23-25 дБн, правда с КПД около 50%. Но там еще и транзистор с разными плечами используется.

 

[serega_sh____ 2]

On 8/7/2024 at 9:03 AM, repstosw said:

 

 

Фото усилителя.  Сделал на двуслойке FR4, толщина 1.5 мм.  Переходные отверстия - не металлизированные, просверлил сколько и где посчитал нужным, продел проволоку и запаял её с двух сторон.

 

Установка в действии:

 

 

Какие ужасные катушки на подаче питания. У них же добротность г...

А про малое количество земляных переходных отверстий уже говорили?

[rloc 57]

21 час назад, repstosw сказал:

А почему вы думаете, что применённый транзистор RQA0011DNS - биполярный?  Это MOSFET.  Обычный. Кремниевый.    Может от того, что не pHEMT и не InGaP и не GaAs, GaN - поэтому менее линейный.

Просто не смотрел. Мощные транзисторы строятся по принципу сложения, очевидно линейность еще зависит от внутренней структуры.

21 час назад, repstosw сказал:

На счёт пуш-пула не видел как складываются синфазно мощности с усилителей.

Противофазно (тяни-толкай), в этом и заключается преимущество, в значительном снижении четных гармоник. А вот в Доэрти должны синфазно работать, один транзистор в классе-AB с ограничением (выше точки компрессии, высокий КПД), второй - с отсечкой в классе-C, сразу за порогом ограничения первого. NXP по Доэрти много работали, раньше выпускали готовые паллеты, а сейчас вижу и во внутрь кристалла поместили, правда диапазоны все повыше 450МГц.

21 час назад, repstosw сказал:

переплюнет ли она SKY65116

В SKY65116 мне кажется применен трансформатор по выходу. Но сняли с производства.

4 часа назад, Сергей Викт сказал:

Область применения GaN это 28-50 В питания.

GaN прекрасно работают от любого напряжения, а с 50В используют потому, что материал позволяет, чтобы не трансформировать сопротивление, или с меньшим коэффициентом, полосу шире сделать.

 

[repstosw 18]

4 hours ago, serega_sh____ said:

Какие ужасные катушки на подаче питания. У них же добротность г...

Это не катушки, а RFC. RF Choke. Гуглите.

Подсказка: добротность им особо не нужна, так как они предназначены предотвратить попадание ВЧ на землю через провод питания стока транзистора. Не являются элементом согласования на ВЧ.

В цепь затвора вместо RFC можно поставить резистор на 1 кОм.

 

22 minutes ago, rloc said:

GaN прекрасно работают от любого напряжения, а с 50В используют потому, что материал позволяет, чтобы не трансформировать сопротивление, или с меньшим коэффициентом, полосу шире сделать.

Прошёлся по всем ультра-линейным транзисторам: везде питающее напряжение: 24 - 36 - 50 V.  По-другому супер-линейность в классе А не получить.

И на счёт пуш-пула есть ещё схемы даблер в гибридках.  Использовал их - остался доволен: широкополосные как кони и согласованы на 60 Ом.

Правда, корпус не совсем удобный ИМХО:

Изменено 8 августа пользователем repstosw