トラッキングジェネレータ用広帯域アンプ(2)|いちろ工房 (ichiro Labo)

DC～3.5GHｚまでの広帯域アンプですが、フラットな特性（もちろん位相がくるくる回ってしまうのは論外）を出さないといけません。

増幅チップは、高周波広帯域増幅用MMIC(Microwave Monolithic IC)を使います。入出力インピーダンスが50Ωに整合されているので比較的簡単に広帯域アンプが作れます。
今回のMMICは、ミニサーキット社のERA-1です。DC～8GHｚまで対応するMMICで、4GHzまで+10～12dBm増幅してくれます。これを2段カスケードで使用します。
基板は厚さ0.8mmのガラスエポキシ基板としました。

MMICでは、バイアス回路を経由して必要な電力をチップに供給しますが、高周波信号と電源を分離することが必須です。
この信号と電源の分離回路ですが、前に増幅回路を設計した際にコンデンサとインダクタを組み合わせてチョーク回路を作りました。
今回も同様に、インダクタ、バイパスコンデンサとチップ抵抗を取り付けて回路を組んでいきます。

この回路の電磁解析結果は次の通りでした。

この結果からは、3.5GHｚまで利得は19dBmから24dBmまでの範囲に収まっているのが分かります。またS32も-50dB以下となり、電源と信号の分離はできています。でも、もうすこし改善できるといいかな。

次に、このチョーク回路をミニサーキット社のチョークコイルに交換して設計してみます。
使用するチョークはADCH-80Aで、50MHz-10GHzまで使用可能なチョークコイルです。

ミニサーキット社の製品はSパラメータが公開されているので、シミュレーターで設計するのが容易です。今回も増幅用MMIC、チョークコイルのパラメータをダウンロードして使いました。

さて、以下のように回路を変更しました。チョークコイル（けっこうサイズがでかい）が基板の面積の結構な割合を占めています。
この回路ではさらに出力ポートのインピーダンスマッチングのためにスタブ（右側の扇型のパターン）を２つ挿入してあります。チップ部品のような集中定数ではなく、分布定数のコンポーネンツを入れるのがミソです。

この回路の電磁解析結果は次の通りでした。

DCから3.5GHｚまでの利得は+20dBmから+24dBmまでの範囲に収まり、さきほどより改善しました。またS32も-70dB以下となり、電源と信号の分離もずいぶんよくなりました。
S11とS22のスミスチャートを見ると、3.5GHzまで中心に集まっています。
でも、もう少し中心に集まるようにマッチングを改善すると、もっと良い特性になります。

とりあえずの回路はできましたが、もう少し特性をよくするように回路を見直していきます。

今回はここまでとします。

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