Экзамен УПОР / Лекции Устименко / РПрУ_ раздел 10 Прием на СВЧ

12

10. Радиоприемные устройства СВЧ диапазона

СВЧ – Microwave – частоты выше 1…3 ГГц

Особенности РПрУ СВЧ:

• необходим исключительно низкий K_Ш (0.3 – 0.5 дБ)

• широкое использование элементов с распределенными параметрами (направляющие системы: микрополосковые линии, воллноводы)

• жесткие требования к согласованию каскадов (КСВ<1.3 … 1.5)

• принципиальное наличие внутренней обратной связи в активных приборах (ОС – комплексная)

Учебное пособие:

М.А.Кузнецов, В.М.Устименко

Транзисторные усилители и преобразователи СВЧ, ЛЭИС. – Л., 1989.

10.1. СВЧ фильтры на микрополосковых линиях

На полуволновых разомкнутых резонаторах	На встречных штырях	На меандровых резонаторах
На диэлектрических резонаторах

10.2. Основы техники транзисторных СВЧ усилителей

10.2.1. Параметры рассеяния

СВЧ транзисторы, СВЧ узлы в целом, их составные части принято описывать параметрами рассеяния (S-параметрами)

Обычно S-параметры измеряют при включении на входе и выходе линий со стандартным волновым сопротивлением 50 Ом

В настоящее время процесс измерения S-параметров автоматизирован

Пример результатов измерений:

!MGA-725M4 Vd=3V Id=10mA

! Freq S11 S21 S12 S22

! (GHz) Mag Ang Mag Ang Mag Ang Mag Ang

# GHZ S MA R 50

1.2 0.63 -54 5.18 144 0.06 21 0.38 -31

1.3 0.63 -58 5.1 142 0.06 21 0.38 -33

1.4 0.62 -61 5.03 139 0.07 22 0.38 -35

1.5 0.62 -64 4.95 137 0.07 23 0.38 -37

1.6 0.62 -68 4.88 134 0.07 23 0.38 -39

1.7 0.61 -71 4.81 132 0.07 23 0.37 -42

1.8 0.61 -74 4.73 130 0.07 24 0.37 -44

1.9 0.61 -77 4.65 128 0.07 24 0.37 -46

10.2.2. Связь параметров каскада с параметрами транзистора и согласующих цепей

Обычно потерями в СЦ можно пренебречь. Их параметры рассеяния: Для реализуемых цепей:

S-матрица каскада выражается через S-матрицы СЦ1, транзистора, СЦ2:

Параметры каскада в целом:

1. Коэффициент усиления каскада по мощности:

2. Аргумент коэффициента передачи:

Частотные зависимости K_P и  – это АЧХ и ФЧХ каскада

3. Коэффициент отражения от входа каскада и КСВ входа:

4. Коэффициент отражения от выхода каскада и КСВ выхода:

Задачи разработчика:

• Найти при каких параметрах согласующих цепей (Г₁ и Г₂) характеристики усилителя будут удовлетворять предъявляемым требованиям

• Синтезировать СЦ1 и СЦ2.

• Убедиться, что синтезированные СЦ1 и СЦ2 действительно обеспечивают предъявляемые требования

10.2.3. Возможность самовозбуждения и устойчивость

Условие самовозбуждения:

Его можно разрешить через Г₁ или Г₂

Если оба эти условия не могут быть выполнены при любых реализуемых Г₁ и Г₂ (|Г₁ |<1, | Г₂|<1), то транзистор безусловно устойчив

Условия безусловной устойчивости:

• 

• 

• 

– инвариантный коэффициент устойчивости

10.2.4. Режим двухстороннего согласования

Реализуем для безусловно устойчивого транзистора

При этом: Г_{ВХ УС} = Г_{ВЫХ УС} = 0, K_P→ max. Условия двухстороннего согласования:

, а

Отличие Г₁ от Г_{1 ДС} и Г₂ от Г_{2 ДС} приводит к снижению усиления относительно K_{P ДС} и появлению отражений на входе

Варианты согласующих цепей:

	Принципиальная схема транзисторного каскада на ПТШ

В случае потенциально неустойчивых транзисторов двухстороннее согласование каскада получить невозможно. В этом случае либо добавляют стабилизирующие цени с диссипативными элементами (резисторами), либо используют балансные схемы, в которых отраженные от обоих транзисторов волны компенсируются

Иногда включают ферритовые развязывающие вентили

Варианты квадратурных мостовых устройств

КМУ должны быть широкополосными

10.3. СВЧ смесители

СВЧ смесители часто выполняют на диодах Шотки по балансной схеме. В качестве КМУ получили распространение 6/4-кольцо и квадратный мост.