Ефанов М.И., Дмитриев В.Д.
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ИМПЕДАНСА ПО ВТОРОЙ ГАРМОНИКЕ НА ИНТЕРМОДУЛЯЦИОННЫЕ ИСКАЖЕНИЯ ТРЕТЬЕГО ПОРЯДКА НА ОСНОВЕ GaN ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА *
Аннотация:
приведена методика оценки интермодуляционных искажений СВЧ полевого транзистора на основе вольт-амперных характеристик. Найдены оптимальные сопротивления нагрузки для первой гармоники, обеспечивающие максимальную мощность. Найдены оптимальные сопротивления нагрузки для второй гармоники и оценено её влияние на интермодуляционные искажения третьего порядка. Результаты расчёта подтверждены экспериментально.
Ключевые слова:
интермодуляционные искажения, импеданс, GaN транзистор, сопротивление нагрузки
В данный момент, коммуникационные устройства развиваются высокими темпами, увеличение количества передаваемой информации, количества способов, позволяющих повысить эффективность использования полосы пропускания т.д. В любом виде передачи сигналов используются аналоговые элементы, которые за счёт нелинейных свойств позволяют усилить сигнал, тем самым предоставляют возможность передавать сигналы на более значительные дистанции. С положительным эффектом усиления всегда присутствуют нежелательные нелинейные искажения. Нелинейные искажения, которые возникают в нелинейных устройствах в результате взаимодействия нескольких различных сигналов называются интермодуляционными искажениями (ИМИ) [1].Данные искажения при достаточно больших уровнях могут приводить к сбоям устройства, нарушению работы соседних устройств или увеличить полосу частоты излучаемого сигнала, что, безусловно, сказывается на выходной мощности сверхвысокочастотных усилителей.Целью данной работы является проведение исследования влияния ИМИ третьего порядка СВЧ (GaN) полевого транзистора для систем связи.Моделирование производилось на основе нелинейной модели транзистора при режиме класса AB (Ud = 50 В, Ug = -2.9 В) на частоте 2.4 ГГц при двухчастотном воздействии с разностью частот 10 МГц.Первоначальной задачей было определение оптимального сопротивления нагрузки при котором наблюдается максимальная величина IP3, т.к. при максимальном уровне IP3 наблюдается минимальный уровень интермодуляционных искажений.На основе нелинейной модели были определенны необходимые для анализа коэффициенты рядов Вольтерра (ФРВ).В работе [3] сказано, что для транзисторов GaN при двухчастотном воздействии, основными нелинейными элементами, оказывающими наибольшее влияние на уровень ИМИ третьего порядка, являются нелинейности крутизны зависимого источника gm и выходной проводимости G0 и взаимные коэффициенты m11, m12, m21. Данные коэффициенты определяются в виде:На основе ФРВ было получено выражение с учётом отмеченных коэффициентов для определения точки пересечения основной и комбинационной составляющей третьего порядка при двухчастотном входном воздействии (IP3) в зависимости от сопротивления нагрузки:где, , , Воспользовавшись графиками рис.1, рис.2 и рис.3 были определены необходимые для расчёта IP3 коэффициенты:gm1 = 0.109 A/B; gm2 = 0.1452 A/B2; gm3 = 0.04164 A/B3; G01 = 0.0155 A/B; G02 = 0.0002673; G03 = 6.781*10-6; m11 = 0.01452 A/B2; m12 = 0.006247 A/B2; m21 = 0.006247 A/B2.Рис.1. Зависимость коэффициентов gm1, gm2, gm3, от напряжения на затвор при UgРис.2. Зависимость коэффициентов G01, G02, G03, от напряжения затвор-исток при UdРис.3. Зависимость коэффициентов m11, m12, m21, от напряжения на затвор при UgНа основе полученных коэффициентов был произведён расчёт IP3 в зависимости от сопротивления нагрузки, который представлен на рис.4. Рис. 4. Зависимость IP3 от сопротивления нагрузки RL,Из графика на рис.4 следует что, IP3 имеет максимальное значение при сопротивлении нагрузки RL=13 Ом и составляет 35.2 дБм.В программе САПР СВЧ был уточнён необходимый импеданс на основной частоте, при этом сопротивление нагрузки оказалось близким к рассчитанному.Рис. 5. Зависимость выходной мощности ИМИ третьего порядка от входной.Так же в программе САПР СВЧ был уточнен необходимый импеданс нагрузки по второй гармонике, при котором наблюдается существенный спад ИМИ третьего порядка (на 7 дБ). Значение импеданса по второй гармонике составило:На основании проведённых исследований, можно добиться значительного снижения ИМИ третьего порядка, согласовав транзистор по основной и второй гармоникам, что может быть полезно при проектировании усилители СВЧ в системах связи LTE.
Номер журнала Вестник науки №5 (74) том 3
Ссылка для цитирования:
Ефанов М.И., Дмитриев В.Д. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ИМПЕДАНСА ПО ВТОРОЙ ГАРМОНИКЕ НА ИНТЕРМОДУЛЯЦИОННЫЕ ИСКАЖЕНИЯ ТРЕТЬЕГО ПОРЯДКА НА ОСНОВЕ GaN ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА // Вестник науки №5 (74) том 3. С. 1204 - 1210. 2024 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/14695 (дата обращения: 08.12.2024 г.)
Вестник науки СМИ ЭЛ № ФС 77 - 84401 © 2024. 16+