Согласование в высокочастотных электронных устройствах (стр. 2 )

Двойной клик (или клик-клик) по изображению компонента в окне "схема" выводит диалог позволяющий редактировать значение компонента в числовом виде. 

после "ОК" посмотрите окно "Data Points"

Точка 1 это импеданс на верхнем выводе конденсатора, а точка 2 это импеданс на нижнем выводе конденсатора.

4) Теперь нужно добавить емкость 16.84 пФ на "землю". Кликните на кнопку "конденсатор" в группе "SHUNT" в  "Toolbox" - это снова сделает то, что  нужно. 

Двигая мышью добейтесь показания приблизительно нужной емкости в окне "Shematic" - я получил 16.8 пФ. 

Теперь клик-клик на конденсаторе и введите точное значение 16.84 пФ и "ОК".

5) И последний элемент согласующей цепи - включенная последовательно линия передачи с электрической длинной 0.057 длины волны. 

Кликните на кнопку "Line" в группе "SERIES" в  "Toolbox" - появится диалог для ввода физических свойств линии. 

Про свойства линии сказано на стр.3 AN548 - вот: "40.65 characteristic impedance of the line" - значит ее волновое сопротивление Zo = 40.65 Ом.

Вводим:

Диэлектрическая проницаемость среды  Er нам не важна, так как известна (задана) электрическая длина линии.

Нажимаем "ОК" и мышкой доводим длину линии до нужных 0.057.

В итоге получаем точку 4 - а по схеме задания это точка B

учитывая Мы прошли путь от точки 1 до точки 4 и получили импеданс 
ZB = 1.314 - j1.503  

т. е. импеданс с практической точностью комплексно сопряженный с импедансом в точке D:  ZD = 1.3 + j1.5

В чем и требовалось убедиться!

PROTEUS - мощнейший симулятор электронных схем включая различные микроконтроллеры и СВЧ устройства! Советую использовать его в работе! Вот краткий курс с картинками и примерами. -

Пример 2.  

Частота популярнейшая: 434 МГц, делаем усилитель на 1.2 Вт выходной мощности на гнездо для подключения стандартного 50 Ом кабеля (можно конечно и без гнезда припаять коаксиальный кабель). 

Применим транзистор Philips BLT50 - этот транзистор успешно применяется в реально дальнобойных (15-20 Км в городе) радиотелефонах Senao значит штука проверенная и еще: 

Можно купить книжку по ремонту этих телефонов, и сделать усилитель по схеме и на плате как там нарисовано. 

Вам нужен ДШ на этот транзистор.

	Разумно до проектирования узнать о возможности покупки компонента который вы собираетесь использовать! посмотрите на сайтах:  REL. ru  eFind. ru Platan. ru

Синтезируем выходную согласующую цепь 

Выходной импеданс транзистора Philips BLT50 на частоте 434 МГц при напряжении коллектор-эмитер 7.5 вольт и мощности отдаваемой в нагрузку 1,2 Вт  определяется вот так и он равен:

Zout = 6.9 + J14.5  Ом

Значит мы пойдем на диаграмме Смита от точки соответствующей комплексно сопряженному найденому:

Z 'out = 6.9 - J14.5  Ом
(обозначают: Z-штрих)

к точке 50 Ом чисто активного сопротивления - эта точка находится в центре диаграммы ( если диаграмма построена для Zo = 50 Ом). 

Запустите закачанную и установленную программу 
Smith v2.02 

Внизу слева есть напоминание о том что диаграмма построена для Z0 = 50

1) кликните на DATAPOINT и теперь выберите способ ввода импеданса подлежащего согласованию, кликните "с клавиатуры" (Keyboard).

2) Введите импеданс 6.9 - J14.5 Ом и частоту 434 МГц:

Кликните "ОК" - теперь исходный  импеданс появился в окне "Data Point" и на диаграмме.

Так,

все понятно,

ну и как согласовывать?

Есть такие идеи:

1) согласовать любой импеданс с 50 Ом (практически с любым чисто активным импедансом) можно включив между ними П-фильтр или П-цепочку  - полочка буквы П это индуктивность а две боковые палочки - конденсаторы (может быть и наоборот).

Особенно ценно то, что это действительно фильтр! 
ФНЧ - фильтр низких частот - т. е. он ослабляет более высокие частоты - а значит ослабляет гармоники неизбежно возникающие в усилителе. 

2) произвольные импедансы можно попробовать согласовать Г-цепочками из емкостей и индуктивностей не много поэкспериментировав с взаимным расположением: 
С-С  С-L  L-С  L-L
и номиналами.

3) любую реактивность jХ можно убрать подключив замкнутую на конце линию передачи (с любым волновым сопротивлением!) длиной до пол-волны. Получим чисто активное сопротивление. Например кусок антенного ТВ кабеля нужной длины и с замкнутой на конце оплеткой с центральным проводом.

4) два активных сопротивления  R1 и R2 можно согласовать еще и линией передачи длиной в четверть-волны и волновым сопротивлением = корень из (R1* R2) 

Но я не креативен, а по тому пойду по пути повторов того что сделано до меня и для меня - смотрю как сделано в упомянутом выше AN548 - рисунок 1. 

Кстати! 

Это усилитель на трех транзисторах до 25 Вт на 470 МГц. Можно подправить согласующие цепи на 434 МГц и использовать!

Выход транзистора подключен к цепи согласования состоящей из линии передачи, затем конденсатор на землю и конденсатор последовательно на 50 ом-ный разъем. И конденсаторы построечные! 

Удобно подстроить под неидеально 50 Омную нагрузку.

Попробуем так же! 

итак в начале линия передачи. Наверно логично сделать ее чуть шире вывода коллектора используемого транзистора. 

Предположим мы используем фольгированый с двух сторон медью стеклотекстолит толщиной 1.5 мм с диэлектрической проницаемостью 4.6 - запускаем программу (Line или AppCAD) и находим что линия шириной 5,6 мм на этом материале платы будет иметь волновое сопротивление 35 Ом.

Пусть будет такая. 

1) Вводим ее данные по кнопке "линия" в "SERIES" разделе "Toolbox" и мышкой доводи ее длину на плате например до 50 мм (электрическая длина такой линии будет 0.155 длины волны для 434 МГц) - при этом мы движемся по диаграмме как я и обещал по какой то окружности и попадаем в т. 2 (реально получилась длина 49.921 мм)

 

2) Добавляем конденсатор параллельно Cp и мышкой делаем его емкость 10 пФ - мы в точке 3.

3) Добавляем конденсатор последовательно Cs и мышкой делаем его емкость тоже 10 пФ - мы в точке 4. 

Видим, что в центр диаграммы соответствующий активному импедансу 50 Ом мы пока не попали. 

Очевидно нужно как-то изменить номиналы элементов согласования что бы точка 4 встала в центр диаграммы.

Начинаем  обещанный  тык!

В схеме AN548 конденсаторы подстроенные 0-20 пФ - давайте и мы попробуем менять емкости: 

4) Клик-клик на  Cp (на землю) и делаем его 7 пФ - ОК - видим что точка 3 уехала не в ту сторону! Хорошо, значит "чтоб в ту" нужно его увеличивать... 

Увеличиваем постепенно... пока не увидим в окне "Data Points" что активное сопротивление в точке 4 стало как можно ближе к нужным 50 Ом, при этом дуга 3 - 4 должна проходить через центр диаграммы.

У меня получилось при Cp 11.82 пФ - активное сопротивление в 
т.4 = 50.031 Ом 

5) Теперь Клик-клик на  Cs (последовательно) и начинаем по опыту 3) сразу увеличивать его - делаем его 12 пФ - ОК - видим что точка 4 едет куда нам нужно!  Увеличиваем и дальше постепенно... Видим в окне "Data Points" что мнимая часть импеданса в т.4 растет и приближается к 0 !

Я остановился на  Cs 13.47 пФ при этом точка 4 оказалась примерно в центре диаграммы и импеданс в ней :
50.031 - j0.02 Ом

Важно :
 
Обратите внимание как великолепно работают подстроечные конденсаторы! 

Параллельный конденсатор Cp - меняет активную часть импеданса на RF-гнезде.

И наоборот:

Последовательный конденсатор Cs - меняет реактивную часть импеданса на RF-гнезде.

Т. е. можно подстроить выход усилителя под неидеально равную 50 Ом нагрузку и не чисто активную!

Все. 

Согласующая цепь построена.

Как видите ни каких формул, ни какой магии, 
чистый антинаучный "тык" и ни какого машенства!

Повторим по пунктам! 

как сделать согласование источника и нагрузки: 

1) найдите по ДШ или какому либо достоверному источнику импеданс того, что вам нужно согласовать. Измените знак перед JX (вы получите комплексно сопряженный импеданс) и внесите эти данные в DATAPOINT программы Smith v2.02  - это будет точка 1 на диаграмме.

2) определите к какому импедансу вам нужно придти в результате согласования.  Если это не чисто активные 50 Ом то:  Измените знак перед JX (вы опять получите комплексно сопряженный импеданс) и тоже внесите результат через DATAPOINT программы Smith v2.02  - это будет точка 2 на диаграмме. 
Вы теперь будете видеть куда вам нужно стремится! 

Вы можете ввести две точки импедансов 
в программе Smith v2.02