Проектирование направленного ответвителя
Направленный ответвитель ответвляет мощность с выхода усилителя мощности в цепь обратной связи (ОС). Выбор его коэффициента ответвления обеспечивает выполнение баланса амплитуд (БА).
В качестве направленного ответвителя можно использовать любую из изображенных на рисунке схем.
Рис.
а) схема на основе линий с распределенной связью
б) схема на основе линий с емкостной связью
в) схема на основе линий со шлейфной связью
Схема на рис. а не требует навесных элементов, обладает небольшими габаритами, но требует высокой точности выполнения зазора между линиями.
Схема на рис. б использует навесные конденсаторы, но может иметь минимальные габариты при использовании свернутых полосковых линий.
Схема на рис. в имеет наибольшие габариты, но не требует высокой точности изготовления и использования навесных элементов.
Расчет выбранной схемы производится путем оптимизации ее параметров в соответствии со следующими критериями:
- коэффициент отражения на входе не более -20 дБ;
- коэффициент передачи в цепь ОС равен требуемому значению. Это значение вычисляется исходя из выполнения условия баланса амплитуд: коэффициент передачи в замкнутой петле обратной связи должен быть равен единице Кус Котв Кф Клз=1, где К коэффициенты передачи усилителя, ответвителя, фильтра и линии задержки. Если эти коэффициенты выразить в децибелах, то равенство приобретает вид Кус+Котв+Кф+Клз=0, откуда
Котв=-(Кус+Кф+Клз). При этом следует взять запас на рассогласование в петле обратной связи 1 - 2Дб.
Пример
Определим требуемый коэффициент ответвления Котв =-(12ДБ-0.5Дб-0.1дб)=-10.5Дб. С учетом запаса в 1.5Дб Котв =-9Дб. Выберем схему ответвителя с распределенной связью. Оптимизацию выполним по следующим критериям:
- - коэффициент отражения на входе не более -30Дб
- коэффициент ответвления на частоте генерации равен -9Дб.
Рис. Схема направленного ответвителя.
Параметры направленного ответвителя после оптимизации приведены на рис.Х.
Рис. Частотные характеристики направленного ответвителя
Рис. Топология направленного ответвителя
Анализ и настройка схемы аг с разомкнутой ос
Рассчитанные до этого схемы усилителя, НО и фильтра объединяют в соответствии со схемой на рис. Х и дополняют ее линией задержки в виде полосковой линии с волновым сопротивлением, равным сопротивлению тракта и нулевой длиной.
В схему также вводят измерительный прибор OSCTEST(Element/MeasDevice/Probes/OSCTEST)
, включив его в разрыв петли обратной связи (Рис.) Затем вычисляют модуль и фазу коэффициента передачи в разомкнутой петле обратной связи (MagLSSmnиANGLLSSnm).
На частоте генерации модуль коэффициента передачи должен быть более 0 дБ, а получившийся фазовый набег следует дополнить до нулевого значения за счет увеличения длины линии задержки. Требуемую длину легко определить с помощью калькулятора линий передачи (не исключено, что при составлении топологического чертежа АГ длину ЛЗ нужно будет увеличить на целую длину волны). Если потребуется увеличить модуль коэффициента передачи, то следует увеличить модуль коэффициента ответвления НО. Для этого в схеме НО с распределенной связью потребуется уменьшить зазор между линиями; в схеме с емкостной связью – увеличить номиналы конденсаторов; в схеме со шлейфной связью уменьшить волновое сопротивление шлейфов.
Пример:
В приведенной ниже схеме для компактности рассчитанные ранее схемы фильтра, направленного ответвителя и частично усилителя использованы в виде подсхем.
Анализ модуля и фазы коэффициента петлевого усиления (при нулевой длине ЛЗ) показал, что модуль имеет запас в 3.25Дб, а фаза составляет +70град. Для выполнения баланса фаз нужно увеличить электрическую длину линии задержки на 70град. С помощью калькулятора линий определяем, что длину ЛЗ нужно увеличить на 5.66мм. Такая малая длина ЛЗ не позволит в топологии АГ замкнуть петлю ОС, поэтому увеличиваем длину ЛЗ на 360 град (до 34.8мм).
Характеристики получившейся схемы приведены на рис. Х и Х.
Рис. Схема автогенератора для моделирования петлевого усиления.
Рис. Частотные характеристики петлевого усиления автогенератора
Рис. Частотные характеристики выходной мощности и КПД автогенератора с разомкнутой петлей обратной связи