מגברי MMIC נפוצים בעלי הספק נמוך עד בינוני מתוכננים לספק ביצועים מוגדרים בסביבת 50-אוהם בתחום תדרים מוגדר. מגברים אלה מכילים מעגלי תאום פנימיים כדי להשיג איזון בין ביצועי התחום הדינמי בהפסד-חזרה (R. Loss) כנגד תדר; אולם במציאות אפילו מגבר MMIC 50 אוהם מותאם פנימית עשוי לחשוף שיפורי ביצועים לא מנוצלים כאשר עכבת העומס במוצא ממוטבת כנגד תדר עבור דרישות של ביצועים ספציפיות.
מיטוב (Optimizing) התחום הדינמי
הטכניקה של מיטוב (אופטימיזציה) ביצועי התחום הדינמי על-ידי התאמת המוצא של ההתקן לעכבת עומס ממוטבת היא גישה מקובלת, המשמשת תדיר בדרגות הסופיות של מגברים בתחום התקשורת.
מערכות מדידה של משיכת עומס (Load Pull) שימשו במשך שנים רבות לאפיון ביצועי התקני מוליכים למחצה כנגד מטריצה של עכבות עומס מורכבות. לרוב, מערכות מדידה אלו שימשו לאפיון טרנזיסטורים להספק גבוה המוצבים בדרגות הסופיות של משדר; אולם, רק לאחרונה טכניקות דומות הופעלו לאפיון התקנים המשמשים במסגרת שרשרת השידור.
ה-Output Load Impedance Contours החדשים של Mini-Circuits עושים שימוש בשיטת אפיון זו כדי לספק נתונים שיסייעו ללקוחות לתכנן מעגלי תיאום מוצא הממטבים פרמטרים קריטיים דוגמת ה-Output Intercept Point (IP3) וה-Output Power Compression (P1dB) עבור מגוון רחב של מגברי MMIC סטנדרטיים בעלי הספק נמוך עד בינוני. במקרים מסוימים, מיטוב הביצועים דרך מעגלי תאום המוצא עשוי אף לפטור את המהנדס מההחלטה לתכנן התקנים בעלי הספק גבוה יותר כדי לקבל ביצועים דומים, לחסוך עלויות, צריכת זרם, ניהול תרמי ולקדם את האמינות הכוללת.
המגבר בעל התחום הדינמי הגבוה-מאוד PHA-1+ של Mini-Circuits הוא דוגמה מושלמת של מגבר דוחף (driver amplifier) המוכיח את הערך המוסף של שימוש במיטוב עכבת העומס. מתוכנן לעבוד בתחום של 50 מגה-הרץ עד 6 גיגה-הרץ, ל-PHA-1+ יש IP3 טיפוסי של +41 dBm והספק מוצא של +23dBm בנקודה של 1dB C.P.. זהו מגבר MMIC רחב-פס בעל תאום פנימי המתוכנן במיוחד כדי להציג עכבה נומינלית של 50 אוהם בכל תחום התדרים.
הביצועים בדף המפרטים של ה-PHA-1+ כוללים פרמטרי S, ספרת רעש (N.F.), P1dB ו-IP3. פרמטרים אלה מדודים ומוצגים בסביבה של 50 אוהם כמוצג באיור 1 ואיור 2.
פועל בתחום תדרים רחב זה הוא אידיאלי לשימוש ביישומי פס-רחב כגון מערכות CATV, יישומי הגנה או ציוד מדידה ובדיקה. אולם קיים מגוון רחב של יישומים שאינם דורשים רוחבי-פס כה גדולים ועשויים ליהנות מביצועים הממוטבים בתוך תחומי תדר יותר צרים. התקשורת המסחרית והצבאית הן מועמדים אידיאליים, במיוחד תוך שימוש באפנון דיגיטלי מורכב המותח מאוד את התחום הדינמי של שרשרת RF.
איור 3 מראה דחיסה במוצא ו- Contours IP3 עבור ה-PHA-1+. מגרף זה ניתן לראות שעל-ידי הוספת רשת תאום פשוטה במוצא המגבר, אפשר לשפר את ה-IP3 (בביצועי 50 אוהם) בכ-5 dB, מ-+41 dBm עד +46 dBm.
בסביבת two-tone מיטוב זה גורם לשיפור של 10 dB בתחום הדינמי תמורת השקעה מזערית של רכיבים בדידים אחדים במוצא המגבר.
הערה נוספת מתוך הסתכלות במתארי Load Pull Contours באיור 3 היא שהעכבה הממוטבת עבור IP3 עשויה להיות שונה מהעכבה הממוטבת עבור P1dB. יתרה מזו, מערכות תקשורת דיגיטלית רגילות משתמשות באותות מאופננים במופע ובאמפליטודה כדי להגדיל את היעילות הספקטרלית ואת צפיפות האות; אותות אלה מושפעים מדחיסת (compression) AM-AM ו-AM-PM ומביצועי האפנון ההדדי הרב-צלילי (multitone IM) כמתואר באיור 4. לכן, עכבת העומס במוצא הממוטב עשויה לא להיות 50 אוהם, וגם עשויה לא להיות זהה לעומס הממוטב עבור ה-IP3 או P1dB.
מסקנות
אפיון מגברים מקובל של IP3 ו-P1dB תוך שימוש בעכבת עומס של 50 אוהם מספק מידע רב-ערך למהנדס המערכת. אם כי מדידות של 50 אוהם הן השיטה המקובלת לאפיון התקן בתחום תדרים רחב, בתחומים צרים יותר ניתן להשיג שיפורי ביצועים משמעותיים באמצעות הצבת עכבת עומס ממוטבת גם למגברי MMIC 50 אוהם המתואמים פנימית.
יתרה מזו, לא ניתן להסיק שתאום ממוטב הוא זהה עבור כל פרמטרי התחום הדינמי. הראינו שהתאום הממוטב עבור אפנון-הדדי (IP3) עשוי לא להיות תאום ממוטב עבור דחיסה (compression) ועשוי גם להיות שונה עבור פרמטרים מאופננים דיגיטלית דוגמת ה-ACPR ו- EVM.
אפיון ה-Load Pull והשימוש במתארי משיכת עומס (load pull contours) עבור פרמטרים של התחום הדינמי הם טכניקה יעילה לפתח מעגלי תאום L-C שיכולים לשמש כמוצא של מגברי MMIC 50 אוהם כדי למטב את ביצועי התחום הדינמי של טרנזיסטורי RF. Mini-Circuits אימצה שיטה זו והרחיבה אותה למגברי MMIC בעלי הספק נמוך עד בינוני, כדי לאפשר ללקוחות לשפר את הביצועים של מגברים קיימים אלה, ולהוסיף ערך מוסף לתהליך התכנון על-ידי הגברת הגמישות בבחירה והתאמה של מגברי ה-MMIC לדרישות של מערכות ספציפיות.
*הכתבה נמסרה באדיבות חברת
Mini Circuits
