שיטוח של שיפוע הגברה שלילי עם אקולייזר MMIC קבוע

image_pdfimage_print

שיטוח של שיפוע הגברה שלילי עם אקולייזר MMIC קבוע

Rohan Shrotriya, מהנדס יישומים, Mini-Circuits

1.0 מבוא

אקולייזרים הם רכיבים המשמשים לפצות על שיפוע הגברה שלילי של מגברים. בניגוד למנחת סטנדרטי עם תגובת תדר שטוחה, אקולייזר הוא סוג ייחודי של מנחת עם הפסד מעבר (insertion loss) נמוך בעת עליית התדר, עם שיפוע מסוים ידוע. מאפיין זה הוא שימושי למתכנני מערכות שעובדים עם מגברים בטווח תדרים רחב (wideband). במאמר יישומי זה, אנו חוקרים כיצד אקולייזרים משמשים כדי לפצות על שיפוע הגברה שלילי ביישומי מגבר שונים. נערכת סקירה של סוגי האקולייזרים השונים ומאפייניהם, ומוצג מקרה מבחן לחיבור בין מגבר MMIC מסוגPHA-1+  בטווח תדרים רחב של Mini-Circuits לבין אקולייזר MMIC מסוג EQY-6-63+. נתוני הבדיקה מסופקים כדי להמחיש את התגובה המשולבת.

2.0 ניהול של שיפוע הגברה שלילי

רוב מגברי MMIC לשימוש כללי פועלים בטווח תדרים רחב, המכסה מספר טווחים יישומיים. עם זאת, מגברים אלה כוללים לעתים קרובות תגובת הגברה שפוחתת עם התדר. דבר זה נכון במיוחד לגבי מגברים בטווח תדרים רחב עם הגברה גבוהה. שיפוע הגברה שלילי עלול להוות מגבלה מרכזית ליישומים בטווח תדרים רחב הדורשים ביצועי הגברה עקביים על פני טווחי תדרים רחבים. שיפוע לא רצוי בתגובת ההגברה לעומת התדר עלול להחריף על ידי חיבור מגברים אלה באופן סדרתי, טכניקה נפוצה כדי להגדיל את ההגברה הכוללת.

אחת הדרכים לעקוף את הבעיה היא להשתמש במגברים שונים לטווחי תדרים שונים, עם ערכי הגברה ספציפיים בטווחי תדרים צרים. עם זאת, גישה זו מוסיפה עלות ומרכיבים לתכנון, והיא תופסת יותר מקום בפריסת ה-PCB של המשתמש. גורמים אלה עלולים להפוך את הגישה הזאת לבלתי מעשית, ובדרך כלל עדיף להשתמש ברכיב אחד עם הגברה שטוחה על פני טווח תדרים רחב. כאן נכנסים האקולייזרים. הוספת אקולייזר על המוצא של מגבר עם טווח תדרים רחב יוצרת אפקט של השטחת ההגברה על ידי שילוב של תגובת ההגברה של המגבר עם תגובת הפסד המעבר (insertion loss) של האקולייזר. המחיר הוא הקרבה מסוימת של הגברה לטובת השטחה בטווח תדרים שמיש רחב יותר.

3.0 סוגי האקולייזרים השונים

קיימים ארבעה סוגים בסיסיים של אקולייזרים, שכל אחד מהם עשוי להתאים, בהתאם ליישום הספציפי ולמגבר הנמצא בשימוש:

  • אקולייזרים עם שיפוע חיובי (איור 1) כוללים תגובת הפסד מעבר עם שיפוע חיובי ביחס לתדר. סוג זה של אקולייזרים משמש להשוואת מגברים או מערכות עם שיפוע הגברה חיובי.
  • אקולייזרים עם שיפוע שלילי (איור 2) כוללים תגובת הפסד מעבר שיורדת ביחס לתדר. סוג זה של אקולייזרים משמש להשוואת מגברים או מערכות עם שיפוע הגברה שלילי, כמו בדוגמה למטה.
  • אקולייזרים עם שיפוע חיובי פרבולי (איור 3) כוללים תגובת הפסד מעבר שעולה בצורה פרבולית עם עליית התדר. משמשים להשוואת השונות בהגברה במערכות עם הגברה גבוהה בקצות טווח התדרים והגברה נמוכה בתדרים המרכזיים.
  • אקולייזרים עם שיפוע שלילי פרבולי (איור 4) כוללים תגובת הפסד החדרה שיורדת בצורה פרבולית עם עליית התדר. משמשים להשוואת השונות בהגברה במערכות עם הגברה נמוכה בקצות טווח התדרים והגברה גבוהה בתדרים המרכזיים.
איור 1: אקולייזר עם שיפוע חיובי איור 2: אקולייזר עם שיפוע שלילי
איור 3: אקולייזר עם שיפוע חיובי פרבולי איור 4: אקולייזר עם שיפוע שלילי פרבולי

4.0 מקרה מבחן: חיבור בין מגבר MMIC מסוג PHA-1+
לבין אקולייזר EQY-6-63+ עם שיפוע שלילי קבוע

כדי להדגים כיצד ניתן להשתמש באקולייזרים כדי ליצור תגובת הגברה שטוחה ממגברים עם טווח תדרים רחב, בדוגמה זו חיברנו בין מגבר MMIC מסוג PHA-1+ בטווח דינמי גבוה לבין אקולייזר EQY-6-63+ עם שיפוע קבוע. סדרת  EQYשל Mini-Circuits של אקולייזרים MMIC  עם שיפוע שלילי קבוע זמינה במגוון של שיפועים מ-1 עד 10 דציבלים, המאפשרים למשתמשים לבחור את הערך המתאים לתגובה המשולבת הרצויה עם המגבר שלהם. התגובות של המודלים EQY-2-63+  (איור 5) ושל EQY-6-63+ (איור 6) המוצגות בהמשך הם של שיפועי 2 דציבלים ושל 6 דציבלים, בהתאמה. יתרונות נוספים של המודלים הם הפסד החזרה (return loss) מצוין (בסוג של 20 דציבלים), יכולת יוצאת דופן לטיפול בעוצמה (בסוג של +31 dBm) וגודל אריזה קטן (2 X 2 מ”מ)

איור 5: תגובת הפסד המעבר באקולייזר MMIC
מסוג EQY-2+  עם שיפוע -2dB.
איור 6: תגובת ההמעבר באקולייזר MMIC
מסוג EQY-6+  עם שיפוע -6dB.

המגבר PHA-1+ הוא עם טווח תדרי הפעלה בין GHz 0.5 ל- GHz 6,  אך ההגברה שלו נעה בין 16.5 דציבלים ב- 100 MHz  ל-10  דציבלים ב- 6 GHz. האקולייזר במודל EQY-6-63+ הוא עם אובדן מעבר הנע בין 7 דציבלים ב-100 MHz ל-0.5 דציבלים ב- 6 GHz, דבר שהופך אותו למלווה מצוין לשיפוע ההגברה השלילי של המגבר. אנו מצפים שהתגובה המשולבת תגרום להשוואת ההגברה של PHA+ 1 לערך שטוח של כ-9.5 עד 10 דציבלים.

תצורת המבחן המוצגת באיור 7 שימשה לבדיקת התגובה המשולבת של המגבר והאקולייזר יחד.

לוחות ההערכה לכל יחידה חוברו בצורה טורית עם האקולייזר במוצא של המגבר וחוברו למנתח רשת וקטורי (vector network analyzer). ההגברה והפסד ההחזרה נמדדו על פי התדרים. כדי להתמודד עם השונות בבדיקה, נלקחו בחשבון 5 יחידות של PHA-1+  ו-3 יחידות של EQY-6-63+ . מתקני הבדיקה למגבר ולאקולייזר מוצגים באיורים 8א ו-8ב, והם זמינים מהמלאי לצרכי הבדיקה של הלקוחות.

איור 7: תצורת הבדיקה של PHA-1+ ושל  EQY-6-63+

איור 8 א: מתקן בדיקה למגבר PHA-1+ MMIC איור 8 ב: מתקן בדיקה לאקולייזר EQY-6-63+

5.0 נתוני הבדיקה

איורים 7 ו -8 מראים את תגובת הפסד המעבר שנמדדה באקולייזר EQY-6-63+ עם שיפוע שלילי של כ-6 דציבלים ותגובת ההגברה של המגבר PHA-1+, גם הוא עם שיפוע שלילי של כ-6 דציבלים. אנו צופים כי ההפסד הגבוה יותר בקצה הנמוך של תגובת האקולייזר ישטח את ההגברה הגבוהה יותר בקצה הנמוך של תגובת המגבר, וכתוצאה מכך הביצועים הכוללים יהיו בטווח של 0.5 עד 6 GHz.

איור 9: שיפוע שלילי של הפסד המעבר (6 דציבלים) באקולייזר EQY-6-63+ MMIC איור 10: תגובת שיפוע הגברה שלילי במגבר
PHA-1+ MMIC, עם 12 דציבלים הגברה באמצע הטווח ושונות של 4 דציבלים

איור 9 מציג את תגובת התדר שנמדדה של PHA-1+  ושל EQY-6-63+ בחיבור סדרתי במתקן הבדיקה. שימו לב לתגובה השטוחה עם הגברה באמצע הטווח של 10 דציבלים ושונות מינימאלית של 0.6 ± דציבלים על פני כל הטווח של 0.5 עד 6 GHz. תוצאה זו מביאה להשפעה הצפויה על סמך התגובות האינדיבידואליות של המגבר והאקולייזר.

איור 11: התגובה המשולבת של PHA-1+  ושל EQY-6-63+ בחיבור סדרתי

איורים 10 ו-11 ממחישים שאובדן ההחזרה בכניסה ובמוצא של הזוג המשולב טוב יותר או שווה לזה של המגבר כאשר משתמשים בו לבד. זאת בשל אובדן ההחזרה המעולה של EQY-6-63+  והתאמה מצוינת לרוחב טווח התדרים המלא. הגרפים בתרשים 12 מראים השוואה של תגובת ההגברה של המגבר לבדו לעומת המגבר והאקולייזר המחוברים, המפצים באופן אפקטיבי על שיפוע ההגברה השלילי של המגבר.

איור 12: השוואה של אובדן החזרת קליטה במגבר בלבד לעומת השילוב מגבר-אקולייזר. איור 13: השוואה של אובדן החזרת מוצא במגבר בלבד לעומת השילוב מגבר-אקולייזר.

איור 14: השוואה של תגובת ההגברה במגבר בלבד לעומת השילוב מגבר-אקולייזר.

6.0 סיכום

בין כל היחידות שנבדקו, ההשטחה הממוצעת של ההגברה הייתה במסגרת של 1.3 ± דציבלים. במגבר PHA-1+ היתה שונות הגברה של 6 דציבלים בין 100 MHz ל-6000 MHz. באמצעות החיבור הסדרתי של EQY-6-63+ עם PHA-1+ הצלחנו לפצות על השונות בהגברה עם שיפוע אובדן המעבר השלילי של 6 דציבלים באקולייזר. לכן, האקולייזר EQY-6-63+ הוא התאמה מצוינת לשימוש לצד המגבר PHA-1+ כדי להשיג תגובת הגברה שטוחה בטווח תדרים רחב. זוהי רק דוגמא אחת לאופן שבו ניתן להשתמש בחיבור אקולייזר ומגבר כדי לשטח את תגובת ההגברה בעת שימוש במגברים עם טווח הגברה רחב.

6.0 שילובים מומלצים אחרים של מגבר ואקולייזר

כדוגמאות נוספות של התאמות שמובילות לתוצאות אופטימליות, אנו ממליצים על השילובים הבאים:

מגבר אקולייזר
GVA-62+ EQY-2-63+
GALI-19+ EQY-2-63+
GVA-81+ EQY-3-63+
GVA-63+ EQY-5-63+
PGA-102+ EQY-6-63+
GVA-83+ EQY-8-63+
CMA-84+ EQY-10-63+

 

Rohan Shrotriya , מהנדס יישום, Mini-Circuits

תגובות סגורות