Amplificador de potencia de microondas con interruptor. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.

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La especificidad del uso de algunos medios de comunicación extranjeros en las condiciones rusas es la necesidad de complementar la funcionalidad de estos medios con una variedad de decodificadores de producción nacional. Por ejemplo, los sistemas de comunicación inalámbrica del estándar IEEE802.11 [1], realizados en el diseño de tarjetas PCMCIA, se utilizan en el extranjero para conectar computadoras portátiles a redes públicas y corporativas en comercios, universidades, aeropuertos, almacenes, etc. Dado que están diseñados para trabajar con una computadora portátil, su circuitería se minimiza en términos de consumo de energía, lo que se asocia con una baja potencia de transmisión (30-100 mW). Debido al precio relativamente bajo, estos dispositivos en Rusia se utilizan en todas partes para cualquier aplicación de comunicación inalámbrica. Y muchas veces su baja potencia de salida es lo único que no satisface al cliente final. En este caso, aparecen en escena los amplificadores de potencia domésticos, diseñados para ser utilizados con dispositivos en miniatura IEEE802.11 y que les permiten aumentar significativamente su potencia de salida. El diseño y las pruebas de uno de estos amplificadores se discutirán en este artículo.

Por lo general, los dispositivos IEEE802.11 tienen un conector de microondas que se usa para conectar la antena, la conmutación de transmisión/recepción se realiza dentro del dispositivo, ya que se trata de un sistema de división de tiempo. Por tanto, el primer problema que había que resolver en el desarrollo de un amplificador de potencia era la separación de los canales de recepción y transmisión para amplificar este último y, si era posible, atenuar lo mínimo posible el primero. Para la separación descrita, puede usar dispositivos pasivos: circuladores. El diseño de amplificadores de potencia con circulador se describió en detalle en [2], por lo que este artículo se centrará en otra forma: usar un interruptor activo.

Arroz. 1. Diagrama de bloques de un amplificador de potencia con un interruptor

Una característica del uso de interruptores de microondas es la necesidad de generar una señal de control para cambiar los modos de recepción y transmisión. Por supuesto, dicha señal se puede tomar del propio dispositivo IEEE802.11, pero en este caso, se pierde la conveniencia de usar el amplificador, ya que además de los cables de microondas, se debe conectar un cable de control más. Además, la señal de conmutación de recepción y transmisión no se envía explícitamente al conector PCMCIA. Para obtener la señal de control del interruptor, el amplificador desarrollado utiliza un detector de microondas basado en un diodo Schottky del tipo HSMS-2850 de Agilent. El diodo Schottky HSMS-2850, diseñado para detección, modulación, mezcla y división de frecuencia en el rango de 915 MHz a 5.8 GHz a una frecuencia de 2.45 GHz (frecuencia de funcionamiento promedio del amplificador desarrollado), tiene una sensibilidad de 35 mV/ µW. Se pueden encontrar más detalles sobre los parámetros técnicos de este componente en [3] o en Internet en agilent.ru. Para hacer coincidir el diodo Schottky a una frecuencia de 2.45 GHz, se utilizó un circuito resonante que consta de dos tiras. Su cálculo se da en [4], además, para su cálculo se puede utilizar la calculadora de microondas AppCad distribuida gratuitamente por Agilent.

Arroz. 2. Apariencia del dispositivo

El diagrama de bloques del amplificador desarrollado se muestra en la fig. 1, apariencia - en la fotografía, fig. 2. El transistor de efecto de campo SHF-0289 basado en arseniuro de galio de Stanford Microdevices se utilizó como elemento activo del amplificador. Este componente preparado para el futuro ofrece una potencia de salida de al menos 30 dBm a 2.45 GHz con una potencia de entrada de 20 dBm. Algunas desventajas de su uso pueden llamarse la necesidad de un voltaje de suministro de 8 voltios, pero como han demostrado los experimentos, funciona satisfactoriamente incluso con un voltaje de 5 voltios, si no necesita una potencia de salida completa. El circuito de conmutación del transistor, que figura en la documentación de la aplicación [5], es bastante complicado, mientras que los valores de algunos componentes durante la sintonización deben variar para obtener parámetros aceptables, pero ese es el destino de todos los transistores de efecto de campo.

Desde la salida del amplificador de transistores, la señal del transmisor amplificado se alimenta al interruptor de microondas SW-438 por MA-COM. Alojado en un paquete de montaje en superficie de plástico SOT-363, este conmutador GaAs de bajo costo proporciona atenuación directa baja (0.7 dB o menos a 2.4 GHz), alto aislamiento (25 dB o más) y prácticamente ningún consumo de energía (menos de 10 µA a 3 voltios). Por lo general, los interruptores de campo de microondas están controlados por voltaje negativo, por lo que otra de sus ventajas es la capacidad de controlar tanto el voltaje negativo como el positivo; esto es muy conveniente al diseñar su controlador. La documentación técnica detallada [6] de este componente se puede encontrar en el sitio web del fabricante: macom.com.

Arroz. 3. diagrama de circuito

El interruptor de microondas está controlado por un controlador, que en este circuito es un multiplexor de señal analógica de alta velocidad de Analog Devices ADG774ABRQ. Sus funciones incluyen la conmutación simultánea de señales de 0 y +2.5 voltios en las entradas de control del interruptor SW-438 de acuerdo con la señal de detección de potencia en la entrada del detector de microondas, transmitida a través del elemento actuador: el transistor KT-3130. El nivel + 2.5 voltios está formado por un divisor resistivo R7 / R8; consulte el diagrama del circuito en la fig. 3. El ADG774ABRQ tiene una baja resistencia de encendido de 2.2 ohmios, puede funcionar a 5 V o 3 V y es compatible con TTL/CMOS con entradas de control. La principal ventaja que distingue al ADG774ABRQ de su primera implementación, el ADG774BRQ, es el doble ancho de banda de la señal analógica - 400 MHz y el corto tiempo de conmutación - 3 ns, lo que hace posible el uso de dicho multiplexor en cualquier telecomunicaciones moderna, más sobre esto en [7].

Arroz. 4. Resultados de la prueba

Los resultados de la prueba del dispositivo desarrollado se muestran en el gráfico, Figura 4. La ganancia del dispositivo en decibelios y la potencia de salida en decibelios por milivatio se muestran en el gráfico dependiendo de la frecuencia de operación. En conclusión, nos gustaría señalar que el uso de PTFE laminado de 1 mm de espesor en lugar de fibra de vidrio laminada de 1.5 mm de espesor como material del sustrato del amplificador mejoraría significativamente los resultados obtenidos.

Lista de literatura usada

1. Shakhnovich I. "LAN inalámbricas. Anatomía de los estándares IEEE802.11". - Electrónica: Ciencia, Tecnología, Negocios. - N° 1, 2003. - S. 38-48.
2. Malygin I.V. "Desarrollo e investigación de amplificadores de potencia de radiomódems de microondas del estándar IEEE802.11" - Componentes y tecnologías. - N° 9, 2002. - S. 24 - 25.
3. Diodos detectores Schottky de microondas de montaje superficial Serie HSMS-2850. datos técnicos. Catálogo del diseñador de componentes de comunicaciones. Hewlett Packard. 5966-0895E(9/97).
4. Placa de demostración de detectores de 2.45 GHz. instrucciones de montaje y funcionamiento. HSMS-2850. Catálogo del diseñador de productos semiconductores. Tecnologías Agilent. CD. 5968-7805E (11/99).
5. SHF-0289. CC - 3 GHz, 1.0 vatio, CaAs HFET. Descripción del Producto. Stanford Microdevices, stanfordmicro.com. EDS-101241 Rev A.
6. Conmutador GaAs SPDT DC-3.0 GHz SW-438. versión 2.00, MA-COM, Tyco/Electrónica.
7. Bajo voltaje 400 VHz Quad 2:1 Mux con tiempo de conmutación de 3 ns ADG774A. REV.0. Analog Devices Inc., 2001, analog.com.

Autor: Malygin I.V.; Publicación: biblioteca.espec.ws

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