Отечественные усилители мощности СВЧ-диапазона

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:
- Стабильные поставки и приемлемые сроки, не зависящие от санкций,
- Оперативный ремонт и модернизацию усилителей при необходимости как на территории завода производителя, так и на территории заказчика,
- Конкурентоспособные цены,
- технологический суверенитет страны,
- 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).