Широкополосные усилители – с переменным и температурно-компенсированным усилением

Mini-Circuits решает эти проблемы с помощью двух типов усилителей из серии ZVA широкополосных СВЧ/ммВ усилителей, которые предоставляют разработчику системы либо переменное усиление, либо температурно-компенсированное стабильное усиление. Усиление может быть не только температурно-стабильным или переменным, но и достаточно большим — около 50 дБ. В сочетании с низким коэффициентом шума, высокой линейностью и интерактивной телеметрией, широкополосные усилители с переменным и температурно-компенсированным усилением оказываются одним из самых высокопроизводительных и гибких решений для усилителей на современном рынке. Читайте далее, чтобы узнать, как регулируемое или температурно-стабильное усиление и возможность контроля выходной мощности могут быть полезны при проектировании системы для любого из множества приложений.

Частота, СЧ, линейность и диапазон усиления

Впечатляющие характеристики широкополосных усилителей серии «ZVA-VG(X)» и «ZVA-TC(X)» наглядно представлены в первой таблице документации. Особого внимания заслуживает модель «ZVA-18443VGX+» — её полоса пропускания достигает внушительной отметки в 25 ГГц. Ещё более впечатляющие показатели демонстрируют модели «ZVA-20543VGX+» и «ZVA-20543TCX+» — их полоса пропускания расширена до 34 ГГц. Оба инженерных решения обеспечивают мощное усиление — порядка 50 дБ, при этом коэффициент шума остаётся в комфортных пределах 4–5 дБ. Говоря о линейности этих устройств, стоит отметить их исключительные показатели — все модели демонстрируют P1dB на уровне +30 дБм (что эквивалентно 1 Вт). Усилители, работающие на частоте 43,5 ГГц, способны обеспечить OIP3 +41 дБм — это более 10 Вт выходной мощности.

Таблица 1: Ключевые характеристики расширяющейся линейки широкополосных усилителей Mini-Circuits с переменным и температурно-компенсированным коэффициентом усиления

Анализируя данные из Таблицы 1, обнаруживаем впечатляющий диапазон настройки усиления — он же диапазон затухания — у моделей «ZVA-18443VG(X)+» и «ZVA-20543VG(X)+», достигающий 17 дБ. Инженеры предусмотрели два способа регулировки коэффициента усиления: цифровой — через соединение «USB-TTL», и аналоговый — посредством подачи напряжения с предельным значением 3,3 В. Отдельного внимания заслуживает модель «ZVA-20543TC(X)+» — она оснащена встроенной системой температурной компенсации. Как демонстрирует рисунок 1, устройство сохраняет безупречные характеристики в широком температурном диапазоне — от -20⁰C до +60⁰C.

Рисунок 1: Частотная характеристика усиления «ZVA-20543TC(X)+» в диапазоне температур от -20⁰C до +60⁰C

Интеллектуальная защита и управление

Современный надёжный усилитель немыслим без комплексной защиты — инженеры Mini-Circuits интегрировали в свои широкополосные модели систему ограничения пускового тока и многоуровневую защиту от аномальных напряжений, включая обратную полярность. Усилители серий «ZVA» с температурной компенсацией и изменяемым усилением оснащены расширенной телеметрией — они отслеживают внутреннюю температуру, контролируют выходную РЧ-мощность и генерируют предупреждения при выходе температурных или токовых параметров за установленные пределы.

Все модели линейки широкополосных усилителей «ZVA-VG(X)» и «ZVA-TC(X)» поддерживают дистанционное включение/выключение через специальный вход. Особо стоит отметить модели «ZVA-18443VG(X)+» и «ZVA-20543VG(X)+» — они позволяют регулировать усиление в пределах 17 дБ двумя способами: цифровым методом с шагом 0,25 дБ или посредством аналогового управляющего напряжения. Взаимодействие с усилителями обоих типов — как с регулируемым усилением, так и с температурной компенсацией — осуществляется через удобный графический интерфейс, подключаемый по последовательному TTL-интерфейсу, причём наиболее практичным решением является использование преобразователя «USB-TTL».

Сферы применения СВЧ и ммВ усилителей — автоматическая регулировка коэффициента усиления

Потребность в усилителях, работающих в диапазоне 18–54 ГГц, стремительно растёт в различных технологических секторах. Эти устройства находят применение в радиолокационных системах, спутниковой связи (включая блочные преобразователи повышающего типа), комплексах радиоэлектронного противодействия, телекоммуникационном оборудовании, системах микроволновой радиосвязи, инфраструктуре 5G FR2, высокоскоростных транзитных каналах и измерительной аппаратуре нового поколения, в том числе для тестирования 5G-оборудования.

Возможность точной регулировки коэффициента усиления в моделях «ZVA-18443VG(X)+» и «ZVA-20543VG(X)+» существенно упрощает процесс проектирования систем — разработчики могут оптимизировать и балансировать характеристики без повторного каскадного анализа. Плавная подстройка усиления в зависимости от уровня входного сигнала позволяет максимально расширить динамический диапазон системы. Более того, предусмотрена возможность коррекции усиления при изменении опорной температуры. Используя таблицу соответствия с записями коэффициентов усиления для набора дискретных опорных температур, система может выполнять линейную интерполяцию для автоматической подстройки усиления при колебаниях температуры. В качестве опорной может использоваться как внутренняя температура усилителя, так и температура любого другого узла системы — такой подход стал стандартом де-факто в РЧ-системах. Для широкополосных усилителей часто применяются трёхмерные таблицы соответствия, учитывающие не только температуру и коэффициент усиления, но и частоту.

Для систем, требующих стабильного усиления во всём температурном диапазоне, идеальным выбором становится модель «ZVA-20543TC(X)+». В рабочем диапазоне от -20⁰C до +60⁰C вариация коэффициента усиления не превышает 1 дБ (пик-пик) — это выдающийся результат, учитывая, что у усилителей без температурной компенсации этот показатель достигает 5–6 дБ.

Система автоматической регулировки уровня

Модели «ZVA-18443VG(X)+» и «ZVA-20543VG(X)+» с переменным коэффициентом усиления часто используются для построения систем автоматической регулировки уровня (АРУ) — в этом случае детектор выходной мощности совместно с регулятором усиления обеспечивают стабильность выходного сигнала независимо от колебаний входного уровня и температуры. АРУ широко применяется в генераторах сигналов для поддержания постоянства РЧ-мощности на выходе. В приёмных трактах эта технология позволяет оптимизировать динамический диапазон промежуточной частоты и базовой полосы. РЧ-усилители мощности используют АРУ как для прецизионного контроля выходных уровней, так и для передачи сигналов с высоким пик-фактором без искажений и спектрального растекания, характерных для режима компрессии. Немаловажна и защитная функция АРУ — система предотвращает повреждение усилителя при работе на нагрузку с высоким КСВ, например, при поломке антенны.