Разработка усилителей мощности СВЧ диапазона
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
?обой умножитель частоты на n, то эти шумы на выходе умножителя будут усилены на 20lg(n) дБ. Повышение требований к характеристикам малошумящих СВЧ транзисторных усилителей для приемных трактов систем передачи вызывает необходимость полного и точного определения сигнальных и шумовых параметров транзистора. При этом надо стремиться как к уменьшению этапа эскизного проектирования, так и к сокращению этапа оптимизации усилителя на ЭВМ, что можно достичь рациональным выбором системы описания СВЧ транзистора. Известные соотношения | для расчета шумовых характеристик СВЧ транзисторов по физическим эквивалентным шумовым схемам и следующие из них выводы получены при использовании упрощенных эквивалентных схем и ряда допущений, приводящих при расчетах шумовых характеристик СВЧ транзисторных усилителей к большим погрешностям. Экспериментальное определение первичных шумовых параметров СВЧ транзисторов в системе S-параметров достаточно трудоемко и может быть проведено с относительно большой погрешностью, достигающей 40%, что ограничивает практическое использование этих параметров. Рассмотрим другой возможный способ описания первичных шумовых параметров СВЧ цепей, методику их измерения и расчета по полной эквивалентной схеме, найдем взаимосвязь параметров в различных схемах включения транзистора. Шумовые свойства транзистора будем характеризовать теоретическим коэффициентом шума F и мерой шума Мш
Шумовые параметры транзистора. СВЧ транзистор как автономный четырехполюсник может быть описан волновыми параметрами, из которых наибольшее практическое применение получили S-параметры (рассеяния) и T-параметры (передачи). T-параметры реже используются на практике, хотя, как будет показано ниже, их использование для анализа свойств СВЧ транзисторов значительно упрощает расчет шумовых характеристик усилителей.
Уравнение автономного четырехполюсника в системе нормированных T-параметров имеет вид
(1.20)
здесь - соответственно комплексные действующие значения падающих и отраженных волн; Т i,j, - нормированные неавтономные параметры передачи; - автономные параметры.
При расчетах шумовых характеристик СВЧ цепей запись всех формул упрощается, если использовать элементы нормированной матрицы спектральных плотностей
(1.21)
где индекс (+) означает эрмитово сопряженную матрицу. Элементы t i,j являются первичными шумовыми параметрами СВЧ автономного четырехполюсника в системе T-параметров.
Расчет шумовых характеристик. Рассмотрим шумовые характеристики транзистора при подключении к нему источника сигналов с коэффициентом отражения Гг и произвольной нешумящей нагрузки. Исследуя пути прохождения шумовых волн в цепи, получим выражение для коэффициента шума
(1.22)
которое легко преобразуется к виду
(1.23)
Соотношение (1.23) есть уравнение окружности постоянного значения коэффициента шума на плоскости Гг iентром
(1.24)
и радиусом
Приравнивая радиус Rш к нулю, получим минимальное значение коэффициента шума Fмин и соответствующее ему значение оптимального коэффициента отражения источника сигнала Гг.ш.:
Для расчета меры шума учтем, что
,
где
(1.25)
номинальный коэффициент передачи по мощности, здесь . Подставив (1.17) и (1.21) в (1.20), получим координаты центра и радиус окружности постоянного значения меры шума:
где ; . Приравнивая радиус Rм к нулю, получим величину минимальной меры шума
и оптимальное значение коэффициента отражения генератора сигналов
Определение шумовых параметров. Из вышеприведенных соотношений следует, что, определив экспериментально величины Fмин, Гг.ш и коэффициент шума транзистора в стандартном тракте Гo, т. е. при Гг=0, можно рассчитать искомые шумовые параметры
;
;
Так как коэффициенты шума могут быть измерены с малой погрешностью, точность измерения параметров ti,j полностью определяется погрешностью измерения величины ГГ.Ш, которая практически может быть снижена до 5-10%. Поэтому точность экспериментального определения первичных шумовых t-параметров значительно выше, чем при измерении шумовых параметров в 5-системе. При использовании транзистора на высоких частотах в схеме с общим эмиттером (ОЭ) можно считать [8], где - коэффициент отражения от входа транзистора в стандартном тракте. Использование этого приближенного значения значительно упрощает процесс экспериментального определения первичных шумовых t-параметров.
В ряде случаев при расчете СВЧ транзисторных усилителей на ЭВМ предпочтительней использовать полную физическую эквивалентную схему транзистора, шумовые источники учитываются обычным способом. На первом этапе такого расчета проще определить параметры транзистора в Y-системе, т. е. вычислить Y-параметры и элементы матрицы шумовых токов короткого замыкания [Iш], после чего найти искомые параметры в Y-системе по соотношениям
(1.26)
(1.27)
где Rо - сопротивление нормировки; Yi,j - нормированные по Rо Y-параметры транзистора.
Отметим, что полученные выше формулы для коэффициента шума и меры шума проще соответствующих формул в системе S-параметров, а экспериментальное определение первичных шумовых