Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Nízkošumový zesilovač 11 GHz Ing. Martin Randus ČVUT - Fakulta elektrotechnická Katedra elektromagnetického pole.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Nízkošumový zesilovač 11 GHz Ing. Martin Randus ČVUT - Fakulta elektrotechnická Katedra elektromagnetického pole."— Transkript prezentace:

1 Nízkošumový zesilovač 11 GHz Ing. Martin Randus ČVUT - Fakulta elektrotechnická Katedra elektromagnetického pole

2 Požadované parametry zesilovače Randus, M.: Nízkošumový zesilovač 11 GHz strana 1 z 12 Co nejnižší šumové číslo zesilovače a zisk G ≥ 10 dB na frekvenci f = 11 GHz Obr. 1Referenční roviny tranzistoru K dispozici jsou pouzdřené tranzistory HEMT typu ATF a změřené malosignálové s-parametry tranzistoru. Šumové parametry tranzistoru jsou převzaty ze změřených souborů s-parametrů poskytovaných výrobcem [1] (obr. 2). Referenční roviny tranzistoru jsou na hranách pouzdra tranzistoru (obr. 1). Gate tranzistoru bývá zpravidla označen tečkou. S G D S Obr. 2Ukázka souboru s-parametrů, včetně šumových parametrů, poskytovaných výrobcem [1] !ATF !S AND NOISE PARAMETERS at Vds=1.5V Id=10mA. LAST UPDATED # ghz s ma r … … s-parametry šumové parametry

3 Návrh nízkošumového zesilovače Randus, M.: Nízkošumový zesilovač 11 GHz strana 2 z Volba pracovního bodu tranzistoru Pro dosažení nejnižšího šumového čísla tranzistoru použijeme výrobcem [1] doporučený pracovní bod U DS = 1,5 V a proud I DS = 10 mA, pro který jsou také platné převzaté šumové parametry tranzistoru [2]. 2. Rolettův činitel stability Vypočítáme velikost Rolettova činitele stability použitého tranzistoru [2] (obr. 3) – v AWR Microwave Office lze použít měření \Linear\K. Na dané frekvenci f = 11 GHz je K < 1, tzn. že tranzistor je potenciálně nestabilní. Nelze ideálně přizpůsobit na vstupu a výstupu zároveň. Na vstupu tranzistoru ale budeme provádět přizpůsobení pro nejmenší šumové číslo, které je výrazně jiné než přizpůsobení pro dosažení maximálního zisku. Nemožnost ideálního přizpůsobení na vstupu nám tedy nemusí vadit. Obr. 3Rolettův činitel stability použitého tranzistoru

4 Návrh nízkošumového zesilovače – přizpůsobení na vstupu Randus, M.: Nízkošumový zesilovač 11 GHz strana 3 z Vynesení bodu ideálního šumového přizpůsobení tranzistoru v rovině Γ G Pro vynesení bodu lze v AWR Microwave Office použít měření \Linear\Noise\GMN (obr. 5). 4. Vynesení kružnic konstantního dosažitelného zisku tranzistoru v rovině Γ G Pro vynesení kružnic lze v AWR Microwave Office použít měření \Linear\Circle\GAC_MAX (obr. 5). 5. Vynesení kružnic stability tranzistoru v rovině Γ G Pro vynesení kružnic stability tranzistoru ve vstupní rovině lze v AWR Microwave Office použít měření \Linear\Circle\SCIR1 (obr. 5). 6. Návrh vstupního přizpůsobovacího obvodu (včetně napájecích filtrů) tak, aby koeficient odrazu na jeho výstupu odpovídal bodu ideálního šumového přizpůsobení (obr. 6) Obr. 4Definice referenčních rovin při návrhu tranzistorového zesilovače 1 2 Match_InMatch_Out ATF LNA

5 Návrh nízkošumového zesilovače – přizpůsobení na vstupu Randus, M.: Nízkošumový zesilovač 11 GHz strana 4 z 12 Obr. 5Zobrazení bodu optimálního šumového přizpůsobení tranzistoru (GMN), kružnic konstantního dosažitelného zisku (GAC) (lze očekávat zisk kolem 13,5 dB) a kružnice stability tranzistoru ve vstupní rovině (SCIR1). Obr. 6Navržený vstupní přizpůsobovací obvod včetně napájecího filtru (Match_In) 12 C1C1 C2C2 R1R1 R2R2

6 Návrh nízkošumového zesilovače – přizpůsobení na výstupu Randus, M.: Nízkošumový zesilovač 11 GHz strana 5 z Vynesení koeficientu odrazu na výstupu tranzistoru při připojení vstupního přizpůsobovacího obvodu (obr. 7) 8. Vynesení kružnic stability tranzistoru v rovině Γ L Pro vynesení kružnic stability tranzistoru ve výstupní rovině lze v AWR Microwave Office použít měření \Linear\Circle\SCIR2 (obr. 7). 9. Návrh výstupního přizpůsobovacího obvodu (včetně napájecích filtrů), který přizpůsobí výstup tranzistoru s připojeným vstupním přizpůsobovacím obvodem k 50 Ω (obr. 8).

7 Návrh nízkošumového zesilovače – přizpůsobení na výstupu Randus, M.: Nízkošumový zesilovač 11 GHz strana 6 z 12 Obr. 7Zobrazení koeficientů odrazu na výstupu tranzistoru při připojení vstupního přizpůsobovacího obvodu (* S(2,2) LNA zde odpovídá Γ 2 podle obr. 4) a na vstupu navrženého výstupního přizpůsobovacího obvodu (S(1,1) Match_Out), které jsou vzájemně komplexně sdružené a kružnice stability tranzistoru ve výstupní rovině tranzistoru (SCIR2). * Obr. 8Navržený výstupní přizpůsobovací obvod včetně napájecího filtru (Match_Out) 12 C3C3 C4C4 R3R3 R4R4

8 Výsledné parametry zesilovače – simulace Randus, M.: Nízkošumový zesilovač 11 GHz strana 7 z 12 Obr. 9Výsledky simulace parametrů nízkošumového zesilovače v AWR Microwave Office ve frekvenčním pásmu 2-18 GHz. Obr. 10Výsledky simulace šumového čísla nízkošumového zesilovače v AWR Microwave Office ve frekvenčním pásmu GHz a porovnání s minimálním dosažitelným šumovým číslem.

9 Layout a realizace nízkošumového zesilovače Randus, M.: Nízkošumový zesilovač 11 GHz strana 8 z 12 Obr. 11Layout bloku zesilovače v AWR Microwave Office Obr. 12Realizace zesilovače

10 Změřené parametry realizovaného zesilovače Randus, M.: Nízkošumový zesilovač 11 GHz strana 9 z 12 Obr. 13Změřené s-parametry realizovaného nízkošumového zesilovače umístěného v kovové krabičce opatřené SMA konektory (obr. 12 ).

11 Závěr Randus, M.: Nízkošumový zesilovač 11 GHz strana 10 z 12 ■ Byl proveden návrh a realizace nízkošumového tranzistorového zesilovače na frekvenci 11 GHz. ■ Názorně byl v jednotlivých krocích ukázán postup návrhu nízkošumového zesilovače a také fyzická realizace zesilovače. ■ Byly uvedeny výsledky simulací zesilovače pomocí návrhového softwaru AWR Microvawe Office. ■ Dále byly uvedeny výsledky měření na realizovaném nízkošumovém zesilovači.

12 Závěr Randus, M.: Nízkošumový zesilovač 11 GHz strana 11 z 12 ■ Teoretické znalosti, které jsou k návrhu takovýchto mikrovlnných obvodů nutné, je možné získat v následujících předmětech nabízených katedrou elektromagnetického pole FEL ČVUT v Praze: ■ X17PME – Planární mikrovlnná technika ▪ zabývá se různými typy mikrovlnných vedení, strukturami a návrhem pasivních planárních prvků (např. Wilkinsonovy děliče výkonu, hybridní členy, odbočnice, filtry…) ■ X17AMO – Aktivní mikrovlnné obvody ▪ zabývá se problematikou impedančního přizpůsobování a návrhem aktivních mikrovlnných obvodů, jako jsou zesilovače, směšovače a násobiče ■ X17CAM – CAD pro mikrovlnnou techniku ▪ základy práce v profesionálním návrhovém CAD softwaru AWR Microwave Office ■ X17MMS – Mikrovlnné měřicí systémy ▪ zabývá se měřením mikrovlnných komponent a systémů, skalárními i přesnými vektorovými měřeními (např. měření s-parametrů tranzistoru) ■ X17LTM – Laboratoř mikrovln, antén a optických komunikací ▪ návrh a praktická realizace mikrovlnných nebo optických komponent – projekt řeší skupina studentů (např. realizace planárního mikrovlnného děliče výkonu, optické vláknové odbočnice)

13 Doporučená literatura Randus, M.: Nízkošumový zesilovač 11 GHz strana 12 z 12 [1] Avago Technologies, URL: [2] Hoffmann, K., Hudec, P., Sokol, V. Aktivní mikrovlnné obvody. Praha: Vydavatelství ČVUT, ISBN [3]Vendelin, G. D., Pavio, A. M., Rhode, U. L. Microwave Circuit Design Using Linear and Nonlinear Techniques, 2nd Ed. Hoboken, New Jersey: Wiley, ISBN


Stáhnout ppt "Nízkošumový zesilovač 11 GHz Ing. Martin Randus ČVUT - Fakulta elektrotechnická Katedra elektromagnetického pole."

Podobné prezentace


Reklamy Google