Согласование в высокочастотных электронных устройствах (стр. 3 )

Но добавление элементов в схему будет двигать вас от точки 1.  к точке 3 и далее.  Точка 2 будет на диаграмме просто как визуальный ориентир. 

3)  возможно не понимая и не сильно задумываясь что происходит, подключайте разные компоненты по разному пока не достигните точки с нужным вам импедансом. Начинайте с попытки построить П-цепочку, затем разные Г-цепочки.

4) когда будете использовать линии обращайте внимание к чему они должны подключаться и соответственно выбирайте их толщину, затем в программе Line  (или иной) рассчитывайте их волновое сопротивление на вашем материале печатной платы и продолжайте "тык" в проге Smith v2.02 

Программа Smith v2.02  в демо варианте, без регистрации, позволяет строить цепи до 5 элементов и не позволяет сохранять результат работы. Сохраняйте результат кнопкой клавиатуры "PrtSc" - т. е. "фотографируя" экран. 

5 элементов это совсем не проблема. 

Если вы хотите просчитать какую то сложную цепь то считайте по частям. Нарисовали 5 элементов - запишите текущий импеданс, и введите его через "DataPoint" как точку 1 на следующем этапе построения согласующей цепи.

	О. Бендер говорил Паниковскому:  "Не делайте из еды культа" я, перефразируя, скажу:  Не делайте из согласования культа! Если вы к 50 Ом-ному источнику  подключите нагрузку (приемник) от 17 до 150 Ом (или наоборот) то все равно в нее передастся 75 % мощности и лишь 25 % отразятся!  вы можете увидеть наглядно в программе AppCAD какой % мощности отражается из-за той или иной не согласованности. Но и пренебрегать согласованием не стоит!  Особенно важно согласование приемной антенны с входным малошумящим усилителем! (по аглицки: LNA) так как из эфира антенна порой ловит НАНОватты мощности и ни один из них терять не желательно!  Так же важно согласование в мощных каскадах - не согласованность с нагрузкой в них ведет не только к снижению КПД но и может вывести их из строя!

Вот еще варианты линий на распространенном фольгированом текстолите:

Это линия шириной 0.467 мм с волновым 
сопротивлением Zo=100 Ом.

Линия окружена медью верхнего слоя платы с зазором 1 мм. 

Такие линии часто используются, так как сохранение меди верхнего слоя платы соединенной с нижним "земляным" слоем меди множеством переходных отверстий ("via") по краям обращенным к центральному проводнику линии позволяет: 

- снизить эффективность линии как антенны, следовательно уменьшить взаимное паразитное влияние разных участков схемы 

- повысить "монолитность земли" что очень важно в RF схемах.

Итак, при сохранении остальных размеров:

Ширина центрального проводника в мкМ	Волновое сопротивление линии Zo Ом
467	100
1000	75
2376	50

Что я забыл при проектировании 
согласующей цепи? 

Необходимость подачи постоянного тока на выход транзистора для его питания и на вход транзистора для обеспечения смещения (англ. bias) - т. е. правильного режима по постоянному току. 

Питание транзистора и подачу смещения на вход обычно осуществляют через катушку индуктивности. 

40 - 200 нГн для частоты 434 МГц

Для других частот индуктивность нужно взять обратно пропорционально увеличению частоты. Для 868 МГц это будет ориентировочно 20-100 нГн.

Конкретно величина индуктивности не очень важна если учитывать её влияние на диаграмме при построении цепи согласования - желательно лишь что бы ее реактивное сопротивление XL было в 10 - 20 раз больше модуля импеданса в точке куда схемы куда подключена индуктивность - нижний вывод L1 на рисунке ниже.

модуль импеданса Z=R+jX - это длина вектора его изображающего: 
|Z|= корень квадратный из (R2+X2) 

Вот пример подачи питания:  усилитель на 470 МГц в АппНоуте Motorola AN548: 

Катушка индуктивности L1 имеет 5 витков медного эмалированного провода  ф 0.8 мм наматывалась вплотную на оправке Ф 4.8 мм - это примерно 120 нГ 

Много примеров самодельный индуктивностей и их параметры есть в каталоге DL110.pdf  от   

Вот мой вариант: программа расчета колебательных контуров и индуктивности самодельных "воздушных" однослойных катушек. там есть и примеры промеров параметров реальных катушек!

А вот страничка-калькулятор для радиолюбителя - расчет контуров, аттенюаторов, резисторов конденсаторов...

Конденсатор C7 называют блокировочным - он блокирует по переменному току верхний вывод  L1 и можно считать  что в точке соединения  C7-L1-С1  переменное напряжение высокой частоты практически отсутствует - эта точка как бы замкнута на землю для 470 МГц. 

Удобно в программе AppCAD запустить вот эту иконку:

И посмотреть номиналы индуктивности в цепи питания, блокировочного конденсатора и конденсаторов межкаскадной гальванической развязки в зависимости от частоты.

Можно увидеть что рекомендуемая емкость блокировочного конденсатора для этой частоты около 1500 пФ. В реальных схемах эта величина начинается от 100 пФ. 

Конденсатор С7 лучше бы составить из двух параллельно включенных - один на 100 пФ и второй на 1000 - 1500 пФ, 

Для предотвращения прохождения ВЧ тока в блок питания установлен проходной конденсатор С1  470 пФ и танталовый конденсатор С4  1 мкФ. 

С12 - это конденсатор межкаскадной гальванической (значит по постоянному току - предотвращает протекание постоянного тока) развязки и здесь начальный элемент цепи согласования со следующим транзистором. 

Пример 3.  

Давайте заново создадим цепь согласования по заданию примера 2 но: 

добавим в неё питание транзистора BLT50 и сделаем линию передачи покороче. 

Считаем что блокировочный конденсатор С7 (1000+100) пФ замыкает на "землю" верхний вывод индуктивности по переменному току - значит на схеме в Smith v2.02 этот вывод индуктивности будет заземлен и значит индуктивность мы подключим параллельно. В эту точку нужно подавать питание транзистора + 7.5 вольт.

Коллектор BLT50 будет припаян на контактную площадку 4х4 мм - чтоб не считать её линией передачи можно убрать медь платы под ней - хотя это не обязательно. 

Питание транзистора подадим через линию передачи с волновым сопротивлением 100 Ом.

1) Вводим точку 1 в "Data Points" Z' = 6.9 - j14.5 

2) Затем нажимаем кнопку "линия" в блоке "SHUNT" т. е. параллельно? задаем ее параметры 100 Ом и 4.6  затем выбираем "замкнутый конец" - "ОК"

3) Движем мышкой и приходим в точку 2 диаграммы.  Электрическая длина линии получилась 0.029 

4) Теперь добавим линию с такими же свойствами последовательно и доводим точку 3 до толстой зеленой окружности на диаграмме. Получаем длину линии 0.043 

5) Чтоб спустится по зеленой окружности в центр диаграммы нужно добавить конденсатор параллельно на "землю" - добавляем.  получается 3.9 пФ

6)  Хотя мы пришли почти к 50 Ом нужно добавить последовательно  подключенный конденсатор  гальванической развязки - добавляем на 1000 пФ.

7) Теперь смотрим на цифровые данные о текущем импедансе и подстраиваем конденсатор по п 5)  - наилучший результат получается при 2.88 пФ

Получилось так:

Спроектируем примерную топологию платы по полученным результатам синтеза цепи согласования-питания транзистора. Например вот такую:

Это изображение платы увеличено в 3 раза. 

Поясняю полет моей конструкторской мысли:

1) от площадки 4х4 мм к которой припаян коллектор транзистора идет линия передачи L1 длиной 9.34 мм

Грязно-розовым цветом я изобразил медь!

2) L1 приходит к площадке, к которой припаян блокировочный конденсатор C1 = 1000 пФ - он замыкает по высокой частоте конец линии L1 на "землю" в соответствии со схемой выше.

3) К этой же площадке припаяна индуктивность-дроссель L3  200 - 600 нГ которая окончательно пресекает попытки остатков ВЧ проникнуть в блок питания, но главное подает постоянный ток питания на площадку. 

4) верхний вывод L3 припаян к площадке на которую подается от блока питания  +7.5 вольт и припаян танталовый конденсатор 1.0 х 10 вольт 

5) полезный сигнал от транзистора поступает на линию передачи L2 длиной 13.85 мм и затем на контактную площадку. 

6) к этой контактной площадке припаян построечный конденсатор С3 и конденсатор гальванической развязки С4.

Конденсаторы и индуктивности размером 0805 для поверхностного монтажа. 

Белые точки с черной окантовкой это переходные отверстия соединяющие верхний слой меди с нижним.

Должно работать...

Если вы собираетесь настраивать ваш усилитель, то логично использовать подстроечные конденсаторы! 

Вот очень хорошие - миниатюрные, стабильные:

компании Murata  - торгует ими Platan 

Другой вариант подачи питания
через аналог резонирующего параллельного колебательного контура - линию передачи с любым волновым сопротивлением  длиной в четверть длины волны на данной частоте.