Разработка усилителей мощности СВЧ диапазона
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
t-параметров менее трудоемко и более точно. Но особенно заметно преимущество использования параметров в T-системе сказывается при анализе и параметрическом синтезе многотранзисторных СВЧ усилителей (каскадных и многокаскадных), так как для каскадного соединения N четырехполюсников общая T-матрица усилителя определяется в виде
а автономные параметры
Эти соотношения содержат лишь операции сложения и умножения, что приводит к сокращению требуемого машинного времени при упрощении алгоритма расчета. Аналогичные формулы в системе S-параметров более громоздки и неудобны при машинном анализе сложных соединений шумящих СВЧ цепей. Целесообразность использования шумовых t-параметров подтверждают результаты исследования шумовых свойств СВЧ балансных усилителей.
Естественно, что практически можно использовать и смешанную систему параметров, т. е. неавтономные параметры описывать в S-системе, а автономные - шумовыми t-параметрами. В этом случае при экспериментальном определении всех параметров транзистора может быть достигнута наибольшая точность расчетов, так как эти параметры определяются экспериментально с наибольшей точностью.
Взаимосвязь шумовых параметров транзистора в различных схемах включения. Так как наибольшее распространение в СВЧ диапазоне получила схема включения транзистора ОЭ, то выразим шумовые параметры
транзистора в схемах с общей базой (ОБ) и с общим коллектором (ОК) через параметры схемы ОЭ. Для этого случая были получены соотношения:
(1.27)
(1.28)
где ,
параметры Тi,j определены для схемы ОЭ. При выводе этих соотношений не использовались какие-либо допущения, поэтому они справедливы для любого частотного диапазона. Отметим, что аналогичные соотношения в системе S-параметров настолько громоздки, что практически не используются.
Из анализа (1.26) и (1.27) следует, что шумовые параметры транзистора в различных схемах включения отличны друг от друга. Поэтому при произвольной проводимости источника сигнала коэффициенты шума транзистора в схемах ОЭ, ОБ и ОК не равны. Однако можно найти условия, определяющие области равенства коэффициентов шума этих схем. Так, свойства схем ОЭ и ОБ примерно равны, если
.
Соответственно коэффициенты шума схем ОЭ и ОК равны, если . Расчеты показывают, что эти условия выполняются лишь на относительно низких для данного транзистора частотах.
Зависимости первичных шумовых параметров от тока эмиттера
Рис. № 7
По предложенной методике были измерены шумовые t-параметры ряда отечественных СВЧ транзисторов. На рис. 7 приведены зависимости t-параметров от тока эмиттера 1Э на частоте 3,6 ГГц для транзистора КТ391
Зависимости минимального коэффициента шума от тока эмиттера в трех схемах включениях
Рис. № 8
на рис. 8 - зависимости минимального значения коэффициентов шума транзистора КT391 для трех схем включения на частотах 1 ГГц (сплошные линии), 3,6 ГГц (пунктирные линии) и 5 ГГц (штрихпунктирные линии).
Выводы: 1. Использование параметров СВЧ транзистора в T-системе значительно упрощает экспериментальное определение первичных шумовых параметров и анализ шумовых характеристик многокаскадных усилителей.
2. Полученные соотношения позволяют оценить шумовые свойства транзистора в различных схемах включения, что облегчает выбор схемы усилителя при заданных требованиях на шумовые характеристики.
3. Применение T-параметров транзисторов позволило при параметрическом синтезе многокаскадного усилителя на элементах с распределенными постоянными сократить на 40% машинное время по сравнению со случаем использования S-параметров.
Глава 2. Исследование схемы с управляющим входным аттенюатором
В данной главе рассмотрен модуль усиления мощности СВЧ, построенный по схеме с возможностью регулировки коэффициента усиления посредством изменения коэффициента передачи аттенюатора на входе усилителя, т. е. изменения затухания входного сигнала (Рис № 2).
Недостатки схемы, описанной в предыдущей главе (возможность получения уровня мощности выходного сигнала ниже необходимого уровня), могут быть устранены путем уменьшения диапазона перестройки ослабления выходного управляющего аттенюатора на фиксированную величину в децибелах с параллельным увеличением на эту величину диапазона перестройки входного подстроечного аттенюатора (рис № 9 а,б,в) такие преобразования исходной схемы приводят к постепенному увеличению выходной мощности прибора.
Изменение параметров управления схемы усилителя
а)
б)
в)
рис № 9
Однако вместе с этим происходят и ухудшения в области стабильности поддержания уровня и линейности работы усилителя. В схеме на рисунке № 9 а) усилитель и устройство управления работают уже не в одной точке, а динамическом в диапазоне 0тАж20 дБ, чем и обусловлено проявление их нелинейных свойств. Также снижается стабильность поддержания уровня выходной мощности.
Схема на рисунке 9 в) является предельным случаем этого преобразования, и ее реализация, помимо вышеперечисленных недостатков, осложняется тем, что здесь усилитель должен работать динамическом в диапазоне перестройки мощности 0тАж70 дБ, что является очень большой величиной. Достаточно сложно реализовать такой усилитель. Также данная схема обладает пониженной устойчивостью по сравнению с рассмотренной выше.