4.3.1. Входные согласующие цепи
4.3.1.1. Резонансные цепи
Они содержат два
контура, настроенных в резонанс (на
частоту
).
В последовательном контуре емкостной
элемент равен входной емкости транзистора
(в режиме согласования по сигналу или
шумам), индуктивный - индуктивности
ввода
,
выбранной исходя из условий резонанса.
Параллельный контур может быть также
сосредоточенным, но чаще выполняется
в виде четвертьволнового короткозамкнутого
шлейфа. Четвертьволновый трансформатор
с характеристическим сопротивлением
на входе цепи осуществляет трансформацию
входного сопротивления цепи к внутреннему
сопротивлению источника сигнала (обычно
50 Ом).
Рис. 4.6. Резонансная согласующая цепь.
Для расчета элементов
цепи необходимо предварительно выделить
элементы прототипа
и вспомогательные величины x и y,
определяющие неравномерность коэффициента
отражения
.
Исходными для расчета являются
,
обратная величина относительной полосы
пропускания
и допустимая неравномерность коэффициента
отражения
.
Например, для заданных
и
при максимально плоском приближении
(
)
[19]:
;
;
.
Последующие элементы
согласующей схемы вычисляются для
с помощью соотношений
;
;
;
.
Параллельный контур четвертьволновый короткозамкнутый шлейф с нормированной проводимостью
|
(4.12) |
,
где
- нижняя нормированная частота полосы
пропускания входной цепи.
Т.к. коэффициент
трансформации цепи в общем случае не
равен
,
необходим четвертьволновый трансформатор
с характеристическим сопротивлением
|
(4.13) |
.
Частным случаем
резонансной цепи являются цепи с одним
резонансным контуром (
)
- это простейшая схема с одним
четвертьволновым трансформатором.
4.3.1.2. Простейшие нерезонансные цепи
На частотах выше
8-10 ГГц индуктивность ввода часто не
может быть выполнена столь малой, чтобы
последовательный контур, образованный
емкостью входной цепи и индуктивностью
ввода резонировал на частоте
.
В этом случае применяют нерезонансные
входные цепи, в которых к индуктивности
ввода подключается трансформирующий
отрезок линии с характеристическим
сопротивлением
,
электрическая длина которого отличается
от
[19].
При этом возможны следующие случаи:
а)
(в случае
).
В этом случае включается небольшой
отрезок линии (
),
который выводит активную проводимость
на уровень 1, а включение параллельного
разомкнутого шлейфа длиной
согласует
с
;
б)
(в
случае
).
Включается большой отрезок линии для
того, чтобы вывести проводимость на
уровень 1. Согласование в этом случае
достигается короткозамкнутым шлейфом
или параллельной индуктивностью. В
обоих случаях необходима блокировка
постоянной составляющей в короткозамкнутом
шлейфе конденсатором.
Достоинство такого согласования - простота реализации, однако согласование является узкополосным.
4.3.1.3. Согласование с помощью нч-фильтров
Этот способ часто применяется в транзисторных усилителях СВЧ, т.к. такие цепи (рисунок 4.7) не имеют нулей коэффициента передачи на нулевой частоте и, соответственно, не обладают затуханием в области низких частот, что позволяет простыми методами обеспечить устойчивость усилителей. Элементы НЧ-прототипов согласующих цепей с произвольным числом реактивных элементов n рассчитываются с помощью рекурентных соотношений [19]:
|
(4.14) |
В этих соотношениях
истинные значения элементов нормированы
к верхней частоте полосы пропускания
и к сопротивлению нагрузки
.
Рис. 4.7. Согласующая цепь в виде НЧ-фильтров.
4.3.2. Синтез выходных согласующих цепей
Выходные цепи осуществляют обычно режим согласования по сигналу для передачи максимальной мощности в нагрузку.
4.3.2.1. Резонансные цепи
Двухконтурная согласующая цепь. Исходные параметры для расчета цепи:
- выходная нормированная
емкость,
- выходное сопротивление,
- полоса пропускания.
;
;
.
Рис. 4.8. Резонансная цепь согласования.
Коэффициент
трансформации цепи
,
где
.
.
4.3.2.2. Нерезонансные цепи
Рис. 4.9. Нерезонансная цепь согласования.
Они содержат отрезок
стандартной линии такой длины, что на
ее конце проводимость цепи чисто активная
и четвертьволновый трансформатор с
характеристическим сопротивлением
В схеме б) отрезок
выбирается такой длины, чтобы на его
выходе активная нормированная проводимость
была равна 1 (см. раздел 3) [19].
4.3.2.3. Классические нерезонансные цепи
Рис. 4.10. Классические нерезонансные цепи.
Целесообразность применения такой схемы обусловлена следующим:
- схема содержит R и C, соединенные последовательно, а такое соединение моделирует вход транзистора;
- схема преобразует
действительную часть входного или
эквивалентного шумового сопротивления
в сторону его увеличения, что целесообразно
при согласовании транзистора со
стандартным сопротивлением
(при сигнальном согласовании
,
при шумовом согласовании
);
эта схема позволяет
плавно изменять коэффициент трансформации
путем введения избыточной индуктивности
.
Параметры согласующей цепи определяются по следующим формулам:
,
где
;
;
.
|
(4.15) |
;
,- для чебышевской аппроксимации, - для максимально плоской аппроксимации.