Введение

    На отечественном рынке сложно найти готовые лабораторные усилители мощности для СВЧ диапазона с требуемым уровнем выходной мощности. Если же и удаётся найти, то выбор на рынке оказывается очень ограниченным. Усилители мощности более 100 Вт широко используются в:

• Телекоммуникационных системах;
• Лабораториях для испытания РЭС на ЭМС;
• Научно-исследовательских лабораториях;

Развитие производства таких усилителей мощности в России позволит обеспечить:

1. Стабильные поставки и приемлемые сроки, не зависящие от санкций,
2. Оперативный ремонт и модернизацию усилителей при необходимости как на территории завода производителя, так и на территории заказчика,
3. Конкурентоспособные цены,
4. технологический суверенитет страны,
5. Непрерывность критических технологических процессов. Такие процессы включают производство электронных компонентов, радиоэлектронных приборов и других аналогичных устройств, требующих использования высокочастотных усилителей мощности, а также научные исследования, которые требуют применения подобного оборудования.

Основная часть

К счастью ЦИР «Микроволновые технологии электродинамических структур» ЮФУ по заказу компании ООО «Радиомера» приступило к разработке собственной линейки твердотельных усилителей мощности, обеспечивающих работу в диапазоне рабочих частот от 1 до 40 ГГц с выходной мощностью до 200 Вт.

Рассмотрим усилитель мощности LPA103040, который предназначен для усиления сигналов в диапазоне частот от 1 до 3 ГГц и способен обеспечить выходную мощность до 33 дБм. Кроме того, он обладает низким уровнем интермодуляционных искажений третьего порядка (не более минус 30 дБ), высоким коэффициентом усиления (до 22 дБ) и неравномерностью коэффициента усиления в рабочей полосе не более 3 дБ. Важным достоинством является низкий уровень КСВН на входе усилителя – не более 2 и не более 4 на выходе усилителя.

На рисунках ниже приведены результаты измерений коэффициента отражения по входу СВЧ устройства (S11, S22) и отношения комплексной величины волны на выходе к комплексной величине на входе (S12, S21).

Конструкция усилителей

Конструкция усилителя обладает следующими достоинствами:

• Герметичный корпус спроектирован таким образом, чтобы минимизировать утечку радиочастотной мощности и обеспечить высокую устойчивость к радиочастотному излучению. Габариты зависят от диапазона частот и от выходной мощности и могут быть от 2U до 2,3,4-х U. Так же есть возможность оптимизировать размер корпуса под технические требования клиента, например переносной корпус для перевозки в самолете и т. п.
• Усилитель оснащен вентиляторами и датчиком температуры для естественного и принудительного воздушного охлаждения в автоматическом режиме.
• Подача питания, аварийный режим, вносимое ослабление и сервисная информация индуцируемы. Органы управления и соединители для входного и выходного сигнала расположены на передней панели, обеспечивая удобство в работе с прибором, находящимся в стойке.

• Опционально возможно установить интерфейс управления от внешнего ПК, для удобства работы с усилителем
• Усилитель оборудован аттенюатором для регулировки мощности и возможностью включения и отключения входного сигнала через коммутатор.

Таблица 1. Технические характеристики LPA103040

Наименование параметра	Величина
диапазон рабочих частот, ГГц	от 1 до 3
КСВН входа усилителя	2
КСВН выхода усилителя	4
уровень интермодуляционных составляющих 3-го порядка IM3 при выходной мощности 30 дБм, дБ	минус 30
выходная мощность в режиме насыщения, дБм	40
мощность выходного сигнала в режиме однодецибельной компрессии, дБм	33
коэффициент усиления при максимальной выходной мощности, дБ	22
неравномерность коэффициента усиления в рабочей полосе, дБ	3
неравномерность коэффициента усиления в полосе 100 МГц, дБ	1
уровень паразитных составляющих, дБ (исключая гармоники и продукты интермодуляционного взаимодействия)	Минус 50
уровень гармоник (при максимальной выходной мощности), дБ	минус 10
Конструктивные параметры
диапазон рабочих температур, °С	от 0 до 45
электропитание от сети переменного тока номинальным напряжением, В	220+/-22
высота	2U

Новые разработки

На данный момент разрабатывается LPA101847 — комплексное твердотельное решение, отличающиеся высокой надёжностью, дружественным интерактивным пользовательским интерфейсом, предназначен для широкого применения в различных приложениях, включая телекоммуникационные системы, ЭМС, и т. д.

В комплект поставки входят все опции для комфортной работы:

• Эффективное воздушное охлаждение,
• Отключение при перегрузке/перегреве,
• Подходит для размещения на столе и в 19”-телекоммуникационной стойке,
• Индикация и регулировка коэффициента усиления.

Таблица 2. Технические характеристики усилителя LPA101847

Наименование характеристики	Значение
Наименование	LPA101847
Диапазон частот, ГГц	10 – 18
Выходная мощность при компрессии 1 дБ, Вт (дБмВт), не менее	0,1–50 (20–47)
Коэффициент усиления (КУ), дБ	0 – 50
Шаг регулировки выходной мощности/выходной мощности, дБ	0,25
Тип радиочастотных соединителей	N-female
Режим работы: — непрерывный — импульсный	да да
Напряжение питания, В	220 ± 22
Частота питающей сети, Гц	50 ± 5
Ток потребления, А, не более	4
Рабочие условия применения:    — температура окружающего воздуха, °С	от 0 до + 45
Конструктивное исполнение	моноблок
Габаритные размеры, мм, не более	448×600×268
Масса, не более, кг	20

Так же ведется работа по производству усилителей мощности в малом корпусе по техническому заданию клиента для обеспечения следующих характеристик:

	Частотный диапазон	Величина	Выходная мощность (Р1)
1	LMA09KM50-30	9к-500к	30 дБм
2	LMAM5010G-36	0,5М-1000М	36 дБм
3	LMA01G06G-24	1G-6G	24 дБм
4	LMA06G18G-24	6G-18G	24 дБм
5	LMA18G26G-24	18G-26G	24 дБм
6	LMA26G40G-24	26G-40G	24 дБм

В планах представить линейку усилителей мощности в диапазонах частот от 9 кГц до 40 ГГц, с выходной мощностью до 200Вт

Предъявляемые технические требования:

• Коэффициент усиления 35–50 дБ
• Неравномерность коэффициента усиления в рабочей полосе – не более 3 дБ;
• Неравномерность коэффициента усиления в полосе 100 МГц – не более 1 дБ;
• КСВН – не более 2;
• Регулировка коэффициента усиления 20 дБ;
• Электропитание – AC 220 В;
• Коэффициент усиления УМ не должен меняться более, чем на ± 2 дБ при изменении температуры окружающей среды на 10°С при скорости изменения температуры 5°С/час.;
• Диапазон рабочих температур 0–40 °С;
• Исполнение настольное, габариты и вес минимальные
• Футляр для авиотранспартировки.

Заключение

Разработка и производство лабораторных усилителей мощности для СВЧ диапазона с требуемыми характеристиками в России имеет ряд преимуществ, таких как стабильные поставки, оперативный ремонт и модернизация измерительных стендов, поддержка разработчиком своих изобретений, а также повышение технологического суверенитета страны, развитие компаний, занимающихся радиоаппаратурой, доступная цена и сроки поставки.

Полезные ссылки:

https://radiomera.ru/product-category/kontrolno-izmeritelnoe-oborudovanie/usiliteli/usiliteli-radiomera/ — одна из моделей линейки твердотельных усилителей мощности.

https://sfedu.ru/press-center/news/69244 — подробная информация о центре инженерных разработок «Микроволновые технологии электродинамических структур» (МВТЭДС).