Узкополосное согласование СВЧ транзистора

Узкополосное согласование СВЧ транзистора

СВЧ транзисторы, работающие в малосигнальном режиме, обычно представляют линейным четырехполюсником и описывают матрицей рассеяния. Пример подобного описания приведен ниже. В файле данных содержится наименование транзистора, режим по постоянному току, диапазон частот (500MHZ…15GHZ), количество частотных точек (16) и собственно таблица с данными матрицы рассеяния (строки в формате частота, |S₁₁| , argS₁₁ , |S₂₁| , argS₂₁ , |S₁₂| , argS₁₂ , |S₂₂| , argS₂₂ ).

СВЧ транзисторы обычно плохо согласованы по входу и выходу – так, в приведенном примере модуль входного коэффициента отражения меняется в полосе частот от 0.5 до 0.99, а выходного коэффициента отражения – от 0.77 до 0.85. Коэффициент же усиления транзистора без согласования равен |S₂₁| .

Если же синтезировать входную и выходную согласующие цепи, которые обеспечивают идеальное согласование транзистора по входу и выходу, то коэффициент усиления существенно вырастет:

В полосе частот обеспечить идеальное согласование транзистора принципиально невозможно, но на одной частоте это сделать нетрудно – например, с помощью реактивных шлейфов.

Задача работы – синтезировать микрополосковые согласующие цепи для СВЧ транзистора FSX017WF в пакете AWR Microwave Office, рассчитать максимально достижимый коэффициент усиления на рабочей частоте, сравнить полученный коэффициент усиления и максимально достижимый, оценить полосу пропускания по критерию согласования входа и выхода не хуже -10 дБ.

Порядок выполнения работы

1. В программе Microwave Office в меню File выбрать New Project. Далее выбираем в меню Project/ Add Schematics/ New Schematics. В появившемся окне вводим название схемы – например, Amp, после чего появляется окно, в котором необходимо построить исследуемую схему. В качестве примера рассмотрим цепь, схема которой изображена на рис. 1.

Рис. 1

2. Файл данных с S-матрицей транзистора необходимо подключить к проекту (меню Project/Add Data File/Link to Data File…).

3. Схема строится из элементов, находящихся на закладке Elements, находящейся в левой нижней части экрана. Необходимые элементы следует выбрать и перетащить мышью в окно схемы. Транзистор представляется подсхемой (элемент Subcircuits). Необходимо также задать микрополосковую подложку (Substrates/MSUB) и определить ее параметры в соответствии с заданием. Отрезки микрополосковых линий (МПЛ - элемент MLIN) на входе и выходе должны иметь волновое сопротивление 50 Ом (соответствующую ширину линий по данным задания рассчитать в утилите TXLine (меню Tools / TXLine…). После того как схема собрана, к ней подсоединяется порты, находящиеся в категории Port (или через меню Draw/ Add Port).

Параметры всех элементов схемы можно менять, открыв двойным щелчком мыши на изображении элемента (или по правой кнопке мыши через контекстные меню) окошко свойств элемента, там же доступна справка по элементу.

4. Диапазон частот можно задать в меню Options/ Project Options. В открывшемся окне на закладке Frequencies устанавливаем  Start – минимальное значение часты, Stop – максимальное значение частоты, Step – шаг по частоте (все – в гигагерцах), включить опцию Replace, нажать на кнопки Apply, OK. Диапазон частот рекомендуется выбирать ±500 МГц от рабочей частоты. Шаг по частоте разумно выбрать достаточно малым - например, 0.05 ГГц) для корректного отображения кривых на графиках.

5. Далее необходимо задать расчет и отображение комплексных коэффициентов S₁₁ и S₂₂  .

Необходимо задать построение графиков S₁₁ и S₂₂  на круговой диаграмме, как показано на рис. 2. Для отображения результатов на круговой диаграмме заказываем новый график (Project/ Add Graph), выбираем тип Smith Chart, и затем Project/ Add Measurements.

В свойствах диаграммы (по правой кнопке мыши на поле диаграммы Properties/Grid) выбрать Admittance Grid, и снять флажок Impedance Grid – тогда будет отображаться диаграмма проводимостей, с которой удобнее работать при синтезе согласующих шлейфов.