Transcript 3-Amplificatoare de Microunde

Amplificatoare de Microunde
Proiectarea unui singur etaj
Cîştigurile în putere ale unui diport
S
S 21
P
G L 
Pin 1  
in

2
1  L 


2
2
 1  S 22 L

L 
b1
[S]
a1
b2
Ies
a’1
b'2
ZL
L
Reflexii nule
2
2
2
S 21 1  S 1  L 



Z L  Z0
Z L  Z0
a1
I’2
2
2
2
S 21 1  S 
*
PavL PL L  ies


GA 


2
2
PavS Pin    *
1  S11 S 1  L 
in
S


P
GT  L 
PavS
In
I2
V2 =V'2
VS
a'1
b'1
I1
V1 =V'1
ZS I’1
2
1  S in 1  S 22 L
S 
Z S  Z0
Z S  Z0
Z  Z0
S S 
in  in
 S11  12 21 L
Z in  Z 0
1  S 22 L
Z  Z0
S S 
ies  ies
 S 22  12 21 S
Z ies  Z 0
1  S11S
GT  S 21
L  S  0
2
Dispozitiv unilateral
S12  0
2
2
2
2
S 21 1  S 1  L 



GTU 
2
2
1  S S11 1  S 22 L
Schema bloc a unui amplificator cu un tranzistor
GS 
1  S
2
1  S in
2
G0  S 21
2
GT  GS G0G L
GL 
1  L
2
1  S 22 L
2
Stabilitatea
• Stabilitatea necondiţionată: circuitul este
necondiţionat stabil dacă in  1 şi ies  1
pentru orice impedanţă pasivă a sarcinii şi
sursei.
• Stabilitatea condiţionată: circuitul este
condiţionat stabil dacă in  1 şi ies  1 doar
pentru un anumit interval de valori pentru
impedanţa pasivă a sarcinii şi sursei.
Cercurile de stabilitate
in  1
cercul de stabilitate la ieşire :
CL 


* *
S 22  S11
2
2
S 22  
S 12 S 21
RL 
S 22
2
 
2

CS 

* *
S11  S 22
2
2
S11  
 1
K
1  S11
2
2
 S 22  
2 S12 S 21
2
1
ies  1
cercul de stabilitate la intrare

S11
1  S11
S 22 
S12 S 21
RS 

S11

2

2
2
 S12 S 21
1
Exemplu
0.894e  j60 .6 
S
j123 .6 
 3.122e
j62 .4  
0.02e

 j27 .6 

0.781e
  S11S22  S21S12  0.696  83
2
2
2
1    S11  S 22
K
2 S12 S 21
 0.607
  0.86
CL 


* *
S22  S11
2
2
S22  
RL 
 1.36147
S12 S 21
S 22
2

2
 0.5
*

S11  S*22 
CS 
 1.13268
S11
RS 
2

2
S12 S 21
S11
2

2
 0.199
Adaptarea simultana - tranzistorul bilateral
in  S*
ies  L*
S*  S11 
S 
B1 
B12
G T max 
1
1  S
S12 S21
1
 S22
L
 4 C1
2
1  S 22 L
2
S12S21
1
 S11
g
2
2
2
B2  1  S22  S11  
2
*
C2  S22  S11
C1  S11  S
*
22
2
1  L
B2  B22  4 C2
L 
2C2
2
B1  1  S11  S22  
2
S 21
L*  S22 
2C1
2
2
2
2


2
B12  4 C1  B22  4 C2  4 K 2  1 S12 S21
2
2
Exemplu
•
Să proiectăm un amplificator pentru un cîştig maxim la 4 GHz utilizînd un circuit de
adaptare cu un singur stub. Să se calculeze şi să se reprezinte grafic pierderile de
intoarcere la intrare şi cîştigul între 3 şi 5 GHz.
Solutie
  S11S 22  S12 S 21  0.488  162.289
S 
GS 
B1  B12  4 C1
2C1
1
1  S
2
K
1  S11
2
 0.872123.407
 4.17  6.201dB
L 
2
G0  S21  6.76  8.299dB
2
2
 S 22  
2 S12 S 21
B2  B22  4 C 2
GL 
 1.195
2
 0.87661.026
2C 2
1  L
2
2
1  S 22 L
2
 1.67  2.227dB
GT max  6.201  8.229  2.227  16.657dB
Y
1  S
y S  S  YS Z 0  YS  50 
 0.3  j  1.819
Y0
1  S
y S   
1  S  e 2 j
1  S  e

l1 
 0.119
2
l stub 
2 j
e y S    1
  0.75
y S 0.75  1  j  3.559
1
a tan m y S 0.75  0.206
2
yL 
1  L
 0.089  j  0.586
1  L
lL1  0.206
l Lstub  0.206
Proiectarea pentru un cîştig specificat
G
1
 T 
1  U 2 G TU 1  U 2
1
GS 
1  S
1  S11 S
GS
G S max
CS 
G0  S 21
2
G S max 
*
S  S11
gS 
2

1  S
U
1
1  S11
2
2
1  S 2 
11
2

1  S11 S 
GL 
L  S*22
gL 
CL 
*
g SS11
1  1  g S  S11
2
S12 S 21 S11 S 22
1  S 2 1  S
11
22


2
2
1  g S 1  S11 


RS 
2
1  1  g S  S11
2


1  L
2
1  S 22 L
2
G L max 
1  L
1
1  S 22
2
1  S 2 
22
2

1  S 22 L 
g L S*22
1  1  g L  S 22
2
1  g L 1  S 22 


RL 
2
1  1  g L  S 22
2
2
Exemplu
Să proiectăm un amplificator care să aibă un cîştig de 11 dB la 4 GHz.
Desenaţi cercurile de cîştig constant pentru dB şi 3 dB, şi dB şi 1
dB. Calculaţi şi desenaţi pierderile de întoarcere şi cîştigul global al
amplificatorului între 3 şi 5 GHz. Tranzistorul TEC are următoarii
parametri S
Solutie
GS max 
1
1  S11
2
 2.29  3.59dB
GL max 
2
G0  S21  6.25  7.959dB
1
1  S22
2
 1.56  1.938dB
GTU max  3.59  1.938  7.959  13.487dB
G S3  10
G SdB3 10
G S2  10 G SdB2 10  1.585
 1.995
2
g S G S3   G S3 1  S11   0.873


CS G S3   0.706120
R S G S3   0.168
,
GLdB1  1dB
GSdB2  2dB
GSdB3  3dB
g S G S2   G S2 1  S11   0.693


CS G S2   0.628120
2
R S G S2   0.293
GS  2dB
G L1  10 G LdB1 10  1.259
GLdB0  0dB
G L0  10 G Ldb0 10  1
2
2
g L G L1   G L1 1  S22   0.806 g L G L0   G L0 1  S22   0.64




CL G L1   0.52070
R L G L1   0.303
GL  1dB
GT  10.9dB
C L G L0   0.44070
R L G L0   0.441
S   CS G S2   R S G S2  e jargCS G S2   0.336120
L   C L G L1   R L G L1   e jargC L G L1   0.21670
yS 
1  S
 1.142  j  0.748
1  S
 1  S  e 2 j




e yS   e
 1    e 2 j
S


  1   1.138 l    0.181
S1

2

yS 2lS1   1  j  0.713
l stub 
1
a tan my S 2lS1   0.099
2
yL 
1  L
 0.798  j  0.34
1  L
ey L   1
  0.284
l L1 

 0.045
2
y L 2l L1   1  j  0.443
l stub 
1
a tan my L 2l L1   0.066
2
lLstub  lstub  0.5  0.434
Proiectarea de zgomot mic
2
RN
F  Fmin 
YS  Yopt
GS
RF 
F  Fmin  4rn

N N  1  opt

N 1
CF 
2


opt
N 1
2
F  Fmin
N
1  opt
4 R N Z0
S  opt
2
2
(1  S ) 1  opt
2
EXEMPLU
Un tranzistor TEC pe GaAs este polarizat pentru factorul de zgomot minim şi are următorii parametri S
şi de zgomot la frecvenţa de 4 GHz
0.6  60 0.0526 
S

 1.981 0.5  60
Fmin  1.6dB
opt  0.62100
R N  20
Pentru proiectare presupunem tranzistorul unilateral şi vom calcula ulterior eroarea
maximă în rezultată din această presupunere. Amplificatorul se va proiecta pentru o
cifră de zgomot de 2.0 dB cu cîştigul maxim compatibil cu această cifră de zgomot.
Solutie
U
S11S 22 S12 S 22
2 
1  S
11 1  S 22


2
F  10 10  1.584
N
2


 0.059
1
1  U 
2

GT
1

G TU 1  U 2
2
F  Fmin
1  opt  0.102
4 R N Z0
CF 
opt
N 1
0.891 
GT
 1.130
G TU
 0.563100
RF 
 0.50dB  GT  GTU  0.53dB
2

N N  1  opt 


 0.245
N 1
S  0.141035  j  0.522189  0.54174.886
 1  2 
S
  1.702dB
GS  10 log 
 1  S11S 2 




1
  1.249dB
GL  10 log 
1  S 22 2 


2

G0  10 log S 21  5.575dB


L  S*22
GTU  GS  G0  GL  8.527dB
1  S
yS 
 0.449  j  0.663
1  S
2
B 2  B 22  4 C 2
L 
 0.45768.435
2C 2
1  L

yL 
 0.512  j  0.55
l S1 
 0.226
1  L
2

1
l L1 
 0.242
lSstub 
a tan my S 2    lS1   0.145
2
2
l Lstub 
1
a tan my L 2    l L1   0.127
2