Lineární RF zesilovač v pásmu ISM

V rámci projektu byl cílem návrh lineárního vysokofrekvenčního (RF) zesilovače, jenž lze využít v rozličném spektru aplikací od komunikačních systémů, přes biomedicínské systémy až po výkonové nasazení v mikrovlnném ohřevu. Dle požadavků konkrétní aplikace byl navržen budič a výkonový stupeň zesilovače, jenž pracuje v lineární třídě A. Celkový zisk zesilovače dosahoval 45 dB a výstupní výkon byl až 37 dBm (cca 5 Wattů) v pásmu nelicencovaného frekvenčního pásma 2.45 GHz (ISM).

Jako budící zesilovač nízkých úrovni signálu bylo zvoleno kaskádní zapojení zesilovače od výrobce Qorvo se ziskem 15 dB a bodem 1 dB komprese cca 27 dBm (0.5 Wattu). Pro druhý, výkonový stupeň, byl použit GaN HEMT zesilovač od výrobce Macom se ziskem 17 dB a maximálním výstupním výkonem Psat = 39 dBm (8.5 W).

Na základě referenčního zapojení, linearizovaných modelů rozptylových parametrů a rozložení součástek na PCB byly provedeny obvodové simulace, jenž potvrdily dosažitelnost zadaných parametrů aplikace. Následně byl vytvořen PCB layout a dané desky vyrobeny, osazeny a experimentálně ověřeny. Pro dosažení požadovaných parametrů a přizpůsobení zesilovače byly následně vybrané součástky a jejich hodnoty doladěny.

Pomocí vektorového síťového analyzátoru byly změřeny rozptylové parametry obvodů v pracovních bodech. Následně byly pomocí budícího generátoru a spektrálního analyzátoru změřeny dosažené výkonové úrovně jednotlivých stupňů zesilovače napříč frekvenčním spektrem v závislosti na vstupním budícím výkonu. Dosažené parametry byly následně srovnány s jiným zařízením mírně lepší kategorie.