¿Cómo diseñar amplificadores de banda ancha?

He estado diseñando amplificadores de potencia de microondas y LNA para la escuela, diseño en microstrip y mis redes coincidentes generalmente consisten en secciones de ramal/línea o arreglos similares, también he diseñado redes más sofisticadas para anchos de banda más amplios, sin embargo, generalmente logro anchos de banda máximos de digamos 200-300 MHz.

Mi principal problema es que he visto muchos amplificadores comerciales que alcanzan anchos de banda de 2 GHz o más y no parecen usar ningún stub o ningún tipo de redes coincidentes, de hecho, no parecen usar nada más que un sola línea de transmisión. Una búsqueda rápida de amplificadores de banda ancha comerciales baratos revelará algo como el siguiente amplificador de 0,1 Hz a 2 GHZ:

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Parece tan simple, un par de bloques de CC, un poco de desacoplamiento de PSU, ¡y eso es todo! Entonces, ¿cómo logran anchos de banda tan amplios usando solo una línea de transmisión normal en la entrada y en la salida? ¿Cómo hacen coincidir las impedancias? ¿Es la guía de ondas Coplanar en lugar de MicroStrip? ¿cuál es el secreto?

He leído libros sobre el diseño de amplificadores de banda ancha y generalmente involucra redes mucho más complicadas, algoritmos complicados como la técnica de frecuencia real o algo así como amplificadores distribuidos.

Ese MMIC se ve impresionante, pero mi pregunta es cómo lograr anchos de banda amplios usando solo un transistor, eso es lo que no entiendo.
El ancho de banda es gm/C para modelado agrupado; a 26ma, gm = 1 amperio/voltio, por lo que en 50 ohmios la ganancia es de aprox. 50 o 34dB. ¿Qué tan plana es la respuesta? No has dado detalles. Pero 1pf y 50 ohmios son 50 picosegundos, o 20 Gigarad o 3GigHertz.
¿Observe cómo GND (capa superior) se estrecha más cerca de la ruta de la señal, justo en la salida DC_blocker? ¿Es esto ----- más energía Efield ---- en consonancia con la inductancia DC_blocker ----más energía Hfield? ¿Sus estudios han mencionado el aumento intencional de la capacitancia en los componentes DC_blocker?
No me refería a un amplificador específico, pero el que publiqué tiene un rango de ganancia de alrededor de 12dB. El vendedor afirma estos resultados: Ganancia del amplificador: F = 0,1 MHz, ganancia = 32 dB F = 500 MHz, ganancia = 31 dB F = 1000 MHz, ganancia = 29 dB F = 1500 MHz, ganancia = 25 dB F = 2000 MHz, ganancia = 20 dB. No es plano en absoluto, pero sigue siendo bastante lineal de 0 a 1000 MHz. ¿Están usando CPW?
¿Podrías compartir un look de tus propios diseños? ¿Cómo emparejas las impedancias? ¿Cómo los pruebas?
Creo que la topología de la línea de transmisión (micro strip/cpw) no tiene nada que ver.
Recuerdo que esos amplificadores tienen terminadores internos de 50 ohmios en la entrada.
Publique su diseño que solo proporcione un ancho de banda de 300 MHz y deje que los muchachos lo desmenucen y le den sugerencias sobre dónde puede mejorar el ancho de banda. Sin hacer esto, su pregunta es demasiado amplia y probablemente no se pueda responder.

Respuestas (2)

Esa placa utiliza un dispositivo INA-02186 , que no es un transistor bipolar sino un bloque de ganancia MMIC completo encapsulado en un paquete de transistor típico.

Esta "cifra de rendimiento" proviene de un vendedor aleatorio de eBay (con quien, por cierto, no estoy relacionado de ninguna manera):

cifra de rendimiento del amplificador de eBay

que, como puede ver, no es más que una instantánea de la hoja de datos INA-02186:

Cifra de rendimiento INA-02186

El INA-02186 está preajustado a 50 Ω , y esa es la razón por la que no ve ninguna red coincidente de entrada o salida. Sin embargo, el rendimiento coincidente tampoco es estelar: su peor caso IRL = 10 dB y ORL = 12 dB significa que para algunas aplicaciones no puede simplemente ignorarlo.

INA-02186 IRL y ORL

También tenga en cuenta que aunque este dispositivo puede tener una ganancia utilizable de hasta 2 GHz, su ancho de banda de 3 dB es de solo 0,8 GHz según la hoja de datos. Parece que fue diseñado para ser un bloque de ganancia con ganancia plana de hasta 0,8 GHz. Tómalo en cuenta también en tu solicitud.

Entonces, es un MMIC, eso suena lógico, así que, en resumen, no es posible diseñar un amplificador de banda ancha simplemente usando líneas de transmisión de 50 ohmios.

El MMIC que utilizan se adapta internamente a 50 ohmios resistivos (más o menos), por lo que no es necesaria una red de adaptación sintonizada (y, por lo tanto, de banda estrecha).

Además, tenga en cuenta que la placa es pequeña en comparación con la longitud de onda a 2 GHz, por lo que incluso si las líneas tuvieran la impedancia incorrecta, no importaría mucho.

Para un ancho de banda más amplio, necesita un Q más bajo en sus redes de coincidencia, lo que a menudo significa usar algunas etapas para obtener la transformación total que necesita, pero cualquier cosa que use una coincidencia sintonizada será un ancho de banda más estrecho que algo que dependa de la inundación resistiva de las reactancias.

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