Курс лекций по дисциплине “Методы и устройства формирования радиосигналов” (Лекции 1-34. Назначение дисциплины. Радиосигнал и его характеристики. Основные этапы развития радиотехники. Паразитные излучения в формирователях. Электромагнитная совместимость в формирователях), страница 68

Схемы СВЧ цепей транзисторных генераторов в интегральном исполнении могут быть построены из элементов с сосредоточенными параметрами. В частотном диапазоне до 2 ГГц эти элементы имеют малые размеры и высокую добротность. В схемах, предназначенных для работы выше 2 ГГц, применяются элементы с распределенными параметрами в виде отрезков несимметричных полосковых линий, используется также сочетание с сосредоточенными элементами. Выполнение полосковой линии на подложке из диэлектрического материала с высокой относительной диэлектрической проницаемостью позволяет существенно уменьшить размеры схемы. На рис.1. приведена принципиальная электрическая схема транзисторного усилителя СВЧ с общей базой, так как по сравнению со схемой с ОЭ у приведенной схемы энергетические показатели на частотах существенно превышающих предельную граничную частоту (в 2…3 раза) значительно лучше чем в схеме усилителя с ОЭ. Как видно из рис.2., эквивалентная схема транзисторного генератора СВЧ с сосредоточенными элементами во многом похожа на низкочастотный эквивалент ГВВ. Контур во входной цепи образован конденсаторами  и  и индуктивностью , параллельно которому подключено входное сопротивление транзистора, также являющееся элементом избирательной цепи. Контур в выходной цепи образуется емкостью коллектор-база транзистора, индуктивностью  и конденсаторами  и . Индуктивности  и  образуют путь протекания постоянной составляющей коллекторного и эмиттерного токов. На рис.3. показана топология усилителя СВЧ. В качестве проводника используют медную фольгу с нанесенным на ее поверхность слоем серебра. Ширину полосковой линии выбирают исходя из волнового сопротивления , чем шире линия тем меньше .Для дросселей используют узкие полосковые линии с высоким , а для контурных катушек – более широкие полосковые линии с меньшим . Для согласования сопротивлений на входе и выходе полосковой линии рассчитывается ее длина. В приведенной конструкции используются конденсаторы сосредоточенного типа. В варианте использования конденсаторов с распределенными параметрами, последние представляют собой короткие и широкие отрезки линий, близко расположенные друг от друга. Чем больше площадь линий и чем ближе они расположены к подложке платы, чем больше емкость конденсатора.

Рис. 1. Принципиальная электрическая схема

транзисторного усилителя СВЧ.

Рис. 2. Эквивалентная схема усилителя СВЧ

с сосредоточенными элементами.

Рис. 3. Топология транзисторного усилителя СВЧ.

В генераторах с внешним возбуждением, построенных по схеме с ОБ для получения выбранного электрического режима транзистора на его входе и выходе необходимо обеспечить требуемые сопротивления по первой гармонике  и . Эти сопротивления принципиально могут быть определены в результате расчета режима работы транзистора на основе его физической эквивалентной схемы.

Анализ режимов работы биполярного транзистора включенного по схеме с ОБ, удобно проводить, считая входным воздействием гармонический управляющий заряд на суммарной емкости эмиттерного перехода. В этом случае функции   и  получаются такими же как и в схеме ОЭ. Для расчета режимов целесообразно воспользоваться формулами приведенными для расчета УМ с ОЭ. Только необходимо учитывать следующее:

1) В диапазоне СВЧ крутизна линии граничных режимов  в 3…5 раз меньше, чем крутизна, определенная по статистической ВАХ.

2) При малых  выходная мощность соизмерима с входной, поэтому на СВЧ электродный КПД следует рассчитывать по полной формуле .

В практике наряду с аналитическим методом получил распространение метод экспериментального определения полных входного  и выходного  сопротивлений транзистора по первой гармонике при заданной частоте и энергетическом режиме.

Расчеты и измерения сопротивлений  и  показали, что сопротивление входной цепи транзистора можно аппроксимировать полным сопротивлением последовательной цепи из активного сопротивления , индуктивности , емкости , а сопротивление выходной цепи хорошо аппроксимируется полным сопротивлением параллельной цепи из , , , как изображено на рис.4. а и б.