Национальный исследовательский

ядерный университет «МИФИ»

Факультет автоматики и электроники

Кафедра электроники

Отчет по курсовому проекту

Схема управления коэффициентом усиления малошумящего усилителя СВЧ диапазона

Выполнил: Сотсков Д.И. ст.гр. А7-05

Руководитель: Онищенко В.М.

Комиссия:

Москва 2010

Содержание

Техническое задание . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1. Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4

2. Описание устройства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7

3. Клавиатура . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

4. Схема управления цифровым табло . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

5. Аттенюатор . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16

6. Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19

Список литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

Техническое задание

Разработать схему управления коэффициентом усиления малошумящего усилителя (МШУ) СВЧ диапазона. Диапазон регулировки ослабления 0…15 дБ, шаг регулировки ослабления 1 дБ. Предусмотреть вывод коэффициента ослабления на цифровое табло.

1. Введение

Малошумящие усилители (МШУ) являются одними из основных функциональных блоков приемных модулей СВЧ и мм-диапазона и, благодаря малым собственным шумам и высокому усилению, определяют интегральный коэффициент шума всего тракта. К параметрам МШУ предъявляются жесткие требования в части малого коэффициента шума NF, высокого коэффициента усиления G, приемлемой верхней границы линейности амплитудной характеристики P_1dB, малого значения неравномерности амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) и нелинейности фазочастотной характеристики (ФЧХ).

Минимальный коэффициент шума и максимальный коэффициент усиления транзистора достигаются выбором соответствующей рабочей точки. Требуемые параметры МШУ обеспечиваются проектированием согласующих цепей (СЦ) на входе и выходе усилителя с необходимыми коэффициентами отражения Г_S и Г_L, что является наиболее трудоемкой задачей. Структурная схема усилителя с СЦ на входе и выходе представлена на рис. 1. В классической литературе [1], как правило, представлены методики проектирования СЦ МШУ в одной частотной точке, что является не совсем корректным при проектировании усилителя со средними и широкими полосами пропускания.

В данной работе представлена методика (подход), в которой СЦ проектируются с учетом оптимальных значений Г_S и Г_L во всей рабочей полосе частот. Для определения Г_S и Г_L на диаграмме Смита строятся области допустимых значений (ОДЗ) коэффициентов отражения от СЦ, при которых выполняются требования к МШУ.

Одним из основных параметров является устойчивость МШУ в рабочем диапазоне частот, так как неустойчивый усилитель склонен к генерации и, как следствие, к нарушению нормальной работы. В настоящее время с целью получения малых значений коэффициента шума NF МШУ строят на сверхмалошумящих транзисторах, которые требуют принятия дополнительных мер для обеспечения устойчивости МШУ таких, как синтез стабилизирующей цепи, которая в простейшем случае представляет собой резистор, включенный последовательно или

Рис. 1. Структурная схема усилителя с СЦ на входе и выходе

параллельно во входную и (или) выходную цепь. Также для повышения устойчивости применяются несколько видов обратных связей (ОС), одной из разновидностей которых является последовательная реактивная ОС, получаемая с помощью последовательного включения индуктивности в цепи истока транзистора. Принимая во внимание то, что на данных частотах (9…11 ГГц) ОС такого типа является неэффективной [2], целесообразно использовать для обеспечения устойчивости МШУ последовательно включенный в сток резистор.

Рис. 2. ОДЗ на плоскости коэффициента отражения ГS входной СЦ (требования к характеристикам усилителя: G ≥ 9 дБ, NF ≤ 1,5 дБ)

Указанный подход прошел апробацию на примере проектирования электрической схемы однокаскадного МШУ с полосой пропускания 9…11 ГГц на основе pHEMT-транзистора ATF-36077 (производства фирмы Avago Technologies, США). С целью снижения коэффициента шума транзистора, а также достижения наибольшего возможного коэффициента усиления был выбран следующий режим работы транзистора: напряжение сток-исток V_DS=1,5 В, ток стока I_D=10,7 мА. Для достижения требуемых параметров МШУ была построена ОДЗ на плоскости Г_S при условии комплексно-сопряженного согласования на выходе Г_L=Г^*_OUT (Рис. 2), после оптимизации коэффициенты отражения от СЦ на центральной частоте составили: и . Для обеспечения устойчивой работы МШУ последовательно в сток был включен резистор номиналом 25 Ом. Разработанный усилитель в полосе частот 9…11 ГГц имеет следующие параметры: коэффициент усиления G не менее 9 дБ; коэффициент шума NF не более 1 дБ; потери на отражение по входу RL_IN и выходу RL_OUT не менее 9,5 и 10 дБ соответственно; входная мощность при снижении коэффициента усиления на 1 дБ P_1dB не менее -5,5 дБм. В диапазоне частот 9…11 ГГц значение коэффициента устойчивости МШУ μ не менее 1,2.

Представленный подход показал свою эффективность на примере проектирования ГИС МШУ. Отличительными особенностями указанного подхода являются простота использования, а также малые временные затраты на оптимизацию параметров, что особенно актуально при оперативном проектировании тестовых схем МШУ.