СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 2011-7

Электродинамический расчёт СВЧ структур, которые содержат активные элементы, открывает новые возмож ности как для улучшения характерис тик традиционных структур, так и для создания таких уникальных структур, как волноводный многотранзистор ный СВЧ усилитель. Одной из задач, которую можно ре шить с использованием электродина мического подхода, является проекти рование транзисторного усилителя СВЧ (ТУ СВЧ) в корпусе, в волноводе и в резонансных структурах. Известно, что от этого зависит устойчивость ра боты ТУ СВЧ, а также его шумовые и усилительные свойства, включая час тотную характеристику и согласова ние в широком диапазоне частот [1, 2]. Рассмотрим типичный однокаскад ный волноводный ТУ СВЧ (см. рис. 1), который состоит из отрезка волново да, микрополосковой платына диэлек трической подложке с высокой ди электрической проницаемостьюи со ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 60 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 7 2011 гласующих структур. Транзисторные усилители в волноводномисполнении предпочтительны, начиная с 10 ГГц, когда возросшие потери микрополос ковых линий начинают вносить зна чительный вклад в коэффициентшума усилителя. С ОВМЕСТНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СВЧ СТРУКТУРЫ И АКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ Активные элементы включаются в СВЧ структуру в точках, и, следо вательно, необходимо объединение электродинамического метода расчё та и метода, основанного на теории цепей. Метод Олинера [1], который ча ще всего применяется для расчёта ак тивных СВЧ схем, является по сути методом теории цепей, который ис пользует модели распределённых цепей в виде дискретных элементов и не учитывает связь по ближнему полюмежду элементами, входящими в структуру. Такой подход, например, ре ализован в широко распространённой программе Microwave Office [3], в ко торой моделирование выполняется в схемном и топологическом представ лении (см. рис. 2). Если СВЧ структура рассчитывается в программе EMSight [3], в которой выполняется электроди намический расчёт, то S параметры или модель активных элементов до бавляются на уровне схемы, т.е. узлы активных элементов подключаются к внутренним портам структуры ТУ СВЧ. Аналогичное объединение решений, полученных разными методами, вы полняется в программе HFSS Designer (см. рис. 2). Подход, реализованный в програм ме FEKO [4], предполагает включение активного элемента в электродинами ческую структуру (см. рис. 2). Здесь сначала выполняется расчёт методами теории цепей, а затем – электродина мический анализ. В этом случае взаим ная связь входной и выходной согла сующей структуры учитывается авто матически, и появляется возможность рассчитать характеристики ближнего и дальнего поля структуры, в которую включены активные элементы. Тран зистор будет включен во внутренние порты, созданные в разрыве входной и выходной согласующей структуры (см. рис. 3). В расчёте волноводного СВЧ усилителя используем транзистор, па Плата ТУ СВЧ СТЦ1 Смещение по постоянному току Диэлектрическая плата СВЧ транзистор СТЦ2 4 мм 0,5 мм 8 мм Рис. 1. Фотография однотранзисторного волноводного СВЧ усилителя на диэлектрической подложке Характеристики ТУ СВЧ включая нелинейные Транзистор Реализация в MWO и HFSS Designer СВЧ структура Характеристики ТУ СВЧ включая характеристики излучения СВЧ структура Реализация в FEKO 5,5 Транзистор Рис. 2. Два метода объединения неизлучающей цепи (транзистора и электродинамической структуры) S%параметры транзистора Входной порт Выходной порт Внутренние порты Рис. 3. Подключение S параметров транзистора к внутренним портам 2 и 4 транзисторного СВЧ усилителя в диалоге программы FEKO Электродинамическое моделирование волноводного СВЧ усилителя Александр Курушин (Москва) С помощью программы FEKO выполнено электродинамическое моделирование и оптимизация транзисторного СВЧ усилителя. СВЧ транзистор, описанный своими S параметрами, включен в волноводную СВЧ структуру. Для повышения устойчивости усилителя предложено создать структуру, состоящую из двух повёрнутых на 90 ° волноводов. © СТА-ПРЕСС