...ПОПОВ...ЛОСЕВ...СИФОРОВ...КОТЕЛЬНИКОВ...русские ученые подвижники

На 1 страницу

         

Диаграмма Смита

Touchstone

MMICAD

MMICAD LAYOUT

Microwave Office

LIBRA

Aplac

Sonnet

HFSS

Genesys
фирмы Eagleware

Примеры 
Serenade

 

Harmonica

 

MOMENTUM

 

Microwave Explorer

 

Series IV

Уравнения Максвелла  

Метод моментов

 

Нелинейные искажения в СВЧ приборах и устройствах

Ряды Вольтерра  

 

Эскизное проектирование СВЧ систем

  Динамический диапазон

Мощность насыщения

Шумы  

Теория
автономных четырех-
полюсников

Синтез СВЧ устройств

 

Расчет передаточных характеристик

Коэффициент передачи по мощности каскада Кр зависит от Г1 и Г2. Коэффициент отражения на выходе Г2 выбирается из условия получения максимальной линейной выходной мощности транзистора на предыдущем шаге расчета. Значит, для выбора Кр можно изменять согласование на входе. Для анализа изменения Кр от Г1 строятся линии равного Кр на плоскости Г1. При заданном Г2 окружности равного Кр определяются центром

                                     (9.24)

и радиусом

     (9.25)

где - нормированный коэффициент передачи по мощности,
  К
р - коэффициент передачи по мощности, ед, Sij - S -параметры, k - инвариантный коэффициент устойчивости..

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 9.6. Окружности равного усиления на плоскости Г1 при условии получения
номинальной мощности
1
на выходе для ПТ ЗП321 на частоте 5,9 ГГц

Результаты расчета по этим формулам приведены в табл. 9.7. Так как применяемый транзистор в рассматриваемом диапазоне частот является абсолютно устойчивым, то он позволяет получить максимальный устойчивый коэффициент передачи К p max, достигаемый при сопряженном согласовании на входе и выходе. Эти параметры полезно знать при расчете предельных усилительных возможностей транзистора. 

Коэффициенты отражения, при которых достигается, условия сопряженного согласования находятся по формулам [1]

                ,                                                                                         (9.26)

                 ,                                                                                  (9.27)

где:          ,                                                                                              (9.28)

                ,                                                                                                                 (9.29)

                ,                                                                                          (9.30)

,                                                                                             (9.31)

.                                                                                             (9.32)

а максимальный коэффициент усиления равен

                                                                     (9.33)

Сравнивая коэффициент отражения Г m.2, обеспечивающий сопряженное согласование на выходе со значением Г2 для получения максимальной 
неискаженной мощности на выходе (табл.9.6) видим, что эти условия достигаются при разных Г
2. Для максимизации номинальной выходной
 мощности транзистора (усиление можно компенсировать предварительными каскадами, если рассчитываемый каскад стоит выходным), выбираем Г
2 = 0.38 Ð 86° .

Табл. 2.10. Предельные усилительные возможности транзистора 3П321 (максимальный
малосигнальный коэффициент передачи по мощности и Г
1, Г2, при которых он достигается)

Частота, ГГц

Кp макс, ед

Кp макс, дБ

Г1 опт

Г2 опт

5.0

12.534

10.981

0.79 Ð 89.0°

0.838 Ð 52.5°

5.3

12.705

10.399

0.764 Ð 93.1°

0.825 Ð 54.3°

5.6

9.761

9.895

0.743 Ð 97.2°

0.817 Ð 56.4°

5.9

8.817

9.453

0.726 Ð 101.3°

0.811 Ð 58.6°

6.2

8.056

9.061

0.714 Ð 105.3°

0.807 Ð 60.9°

6.5

7.434

8.712

0.705 Ð 109.3°

0.806 Ð 63.4°

6.8

6.918

8.400

0.705 Ð 109.3°

0.806 Ð 66.0°

Табл.2.9. Центры и радиусы окружностей равного коэффициента реализуемого усиления
на плоскости Г
1 (при Г2=0.38Ð 86° ) на частоте 5.9 ГГц

Кр реал, ед

Кр реал, дБ

Сg1

Rg1

1.995

3.000

0.258 Ð 101.2°

0.724

2.512

4.000

0.311 Ð 101.2°

0.665

3.162

5.000

0.372 Ð 101.2°

0.596

3.981

6.000

0.441 Ð 101.2°

0.517

5.012

7.000

0.517 Ð 101.2°

0.423

6.310

8.000

0.599 Ð 101.2°

0.313

7.943

9.000

0.686 Ð 101.2°

0.164

                                          Расчет линий равного динамического диапазона

 Настройка выходной согласующей цепи на максимум линейной выходной мощности, а входной - на минимум коэффициента шума еще 
не обеспечивает получение максимума динамического диапазона. Это происходит потому, что мощность насыщения по входу, которая 
определяет верхнюю границу динамического диапазона, зависит и от линейной мощности на выходе, и от коэффициента отражения 
на входе.  Поэтому для оценки потери в динамическом диапазоне при настройке на минимум шума на плоскости Г
1 наносят линии равного 
динамического диапазона. Центр окружности равного динамического диапазона определяется по формуле

                                                                                                                  (9.34)

а радиус окружности 

                                         (9.35)

где Гвх - коэффициент отражения от входа транзистора - определяется по формуле

,                                                                                                                     (9.36)

Sij S -параметры транзистора,
Г
2 – коэффициент отражения от нагрузки, выбранный на предыдущем этапе расчета,
D
ij
– шумовые параметры,
Dн
– нормированный динамический диапазон,

,                                                                                             (9.37)

D – значение динамического диапазона, ед,

a – коэффициент различимости сигнала на фоне помех по мощности,
a
¹ 1, если за каскадом следует устройство обработки сигнала,
a
=1 для промежуточных каскадов,

D fш – шумовая полоса частот сигнала, Гц, D fш можно принять равной полосе пропускания всего тракта СВЧ приемника,

Рнас0 – мощность насыщения входа транзистора, определяется по формуле, полученной на предыдущем шаге линейной 
мощности насыщения по выходу и коэффициенту передачи ко входу транзистора. Рнас0
определим по формуле

                                                             (9.38)

Подставив все необходимые величины, получим Рнас0 = 0.369 мВт, Гвх=0.624Ð -95° . Принимаем D f ш =106 Гц, a кТо=4,0434 10-21 и взяв 
D
-параметры из табл. 9.2 для частоты 5.9 ГГц, рассчитаем линии равного динамического диапазона. Результаты расчета сведены в табл. 9.11.

Максимально достижимый динамический диапазон определяется по формуле 

                                 (9.39)

и равен для рассматриваемого каскада 120 дБ, достигая этого максимума на границе допустимых Г1 > 1.Учитывая наличие приближений, 
при которых определялась величина Рнас.0
, реально значения динамического диапазона будут отличаться от рассчитанных. Однако 
нанесенные линии и значения максимального динамического диапазона дают хорошее приближение для оценки динамических свойств каскада. 
Анализ формул позволяет определить, от каких характеристик и как зависит динамический диапазон каскада.
 

Табл.2.11. Центры и радиусы окружностей равного динамического диапазона

№ линии

Динамический диапазон, дБ

Нормированный динамический диапазон

Центр окружности

радиус

1

90

0.00669

1.647Ð 94.8°

0.427

2

92

0.01060

1.673Ð 94.7°

0.541

3

94

0.01680

1.715Ð 94.5°

0.687

4

96

0.02662

1.784Ð 94.2°

0.878

5

98

0.04220

1.897Ð 93.7°

1.136

6

100

0.06688

2.086Ð 93.1°

1.482

7

102

0.10560

2.415Ð 92.2°

1.989

8

104

0.16800

3.024Ð 91.1°

2.789

9

106

0.26367

4.253Ð 89.9°

4.214

10

108

0.42197

7.743Ð 88.5°

7.910

11

110

0.66878

33.427Ð 87.2°

33.787

12

112

1.059953

17.909Ð 266.1°

17.372

13

114

1.67991

8.081Ð 264.5°

7.390

14

116

2.66248

5.750Ð 264.1°

4.933

15

118

4.21975

4.781Ð 264.1°

3.867

16

120

6.68785

4.293Ð 263.8°

3.306

17

122

10.599525

4.021Ð 263.6°

2.983

 

Рис. 9.7. Линии равного динамического диапазона на плоскости Г1 для ПТ ЗП321 на
частоте 5,9 ГГц

8. Нанесение линий, полученных по пп. 3.7 на диаграмму Смита и принятие решения по выбору Г1 и Г2

Все линии, рассчитанные на предыдущих шагах расчета нанесем на диаграмму Смита, представляющую собой комплексную плоскость 
коэффициентов отражения во входной и выходной плоскостях транзистора (рис. 9.3 ... 9.7). В результате анализа всех характеристик,
 с целью удовлетворения заданию, принимаем (
Гвх=0.6242342992)

Г1 = 0,78Ð 90° .
Г
2
= 0,38Ð 86°.

9. Расчет характеристик усилителя по выбранным Г1 и Г2.
Поскольку при выборе Г1 и Г2 допускалось предпочтение одних характеристик другим, то необходимо произвести расчет ожидаемых 
характеристик каскада при выбранных Г
1 и Г2.
Характеристики каскада в зависимости от коэффициентов отражения в плоскости 
транзистора определяются по следующим формулам.
Коэффициент устойчивости каскада

                                                  (9.40)

Коэффициент усиления по мощности

                                     (9.41)

Коэффициент шума

                                                                                                                                                                 (9.42)

Мера шума

                                       (9.43)

Динамический диапазон каскада

 (9.44)

 

Замечания,  предложения по улучшению сайта, а также запросы на полные описания программ на русском языке, шлите  по адресу kurushin@mail.ru.
© 2000 СВЧ проектирование
Последняя модификация: июля 31, 2000