Согласование в высокочастотных электронных устройствах (стр. 4 )

Её замыкание по переменному току со стороны источника питания  осуществляет блокировочный конденсатор - значит другой конец четверть волновой линии имеет бесконечное сопротивление на данной частоте - а значит его можно подключить и непосредственно к выводу транзистора и к любому участку согласующей цепи имеющий гальваническую связь с выводом транзистора. 

И еще! раз её сопротивление бесконечно то эту линию можно не учитывать на диаграмме при синтезе цепи согласования.

Вот пример: усилитель на 70 Вт 940 МГц - питание подается четвертьволновой линией L которая замкнута блокировочным конденсатором - С 

Для экономии места на плате линия довольно безжалостно "упакована" в змейку. 

Обратите внимание - там где линия меняет направление на 90 градусов для согласования сделаны уголки! 

Похоже на зеркало у перископа - с электромагнитной волной тоже происходит отражение! Делайте такие уголки проектируя свои линии передачи.

С2 - это танталовый конденсатор.

На СВЧ блокировочный конденсатор может быть выполнен в виде сектора меди платы около 90° от круга.

Пример на 3500 МГц:

четверть волновая линия L - плавные изгибы!

блокировочный конденсатор- это сектор: S.

Вот великолепный пример! 

Переходные отверстия - VIA  и 
линия передачи как фазо-вращатель

2.45 ГГц - миниатюрная антенна 
на печатной плате 

и снова упакованная змейкой линия - на изгибах уголки:

Здесь линия имеет длину в пол-волны и соответственно поворачивает фазу сигнала принятого антенной на 180 градусов. Вход LNA балансный - т. е. реально есть два входа и на них нужно подавать сигнал в противофазе - вот между входами и включена змейка - линия передачи.

Кстати отличный трансивер! передает быстрее 1 Мбит/сек

Пример 4.  

Привести импеданс популярной антенны - четвертьволновый штырь к номинальному 50 Ом. 

Медный штырь длиной 164 мм (для частоты 434 МГц) над "бесконечной" проводящей плоскостью соединенной с "землей" устройства имеет почти активный импеданс примерно 36 Ом.

Вводим в Datapoint  Smith v2.02  импеданс 

Zant = 36 + J0  Ом

и начинаем "тыкать"...

... приходим вот к такой согласующей Г-цепочке из конденсатора и индуктивности. 

Меняя номиналы элементов цепи согласования можно заметить что конденсатор меняет активную часть импеданса а индуктивностью можно подгонять реактивную часть к нулю.

Похоже двумя Г-цепочками можно согласовать любые два произвольных импеданса!

Пример 5.  

Привести импеданс стандартного радиоустройства, равный 50 Ом к сопротивлению распространенного антенного телевизионного кабеля - 75 Ом. 

На конце такого кабеля получается - 
великолепная Антенна! 
и простая в изготовлении. 

Нужно зачистить ТВ-антенный кабель от верхней изоляции на 164 мм (для частоты 434 МГц - для других часто обратно-пропорционально изменить линейные размеры) металлическую оплетку расплести выровнять и подрезать вровень с концом кабеля.  Затем оплетку опустить на внешнюю изоляцию кабеля - это получится противовес антенны (или искусственная земля). Теперь нужно удалить с зачищенного куска внутреннюю изоляцию - медный сердечник кабеля будет вибратором антенны. Все просто и антенна согласована с 75 Ом-ами кабеля.

Вводим в Datapoint  Smith v2.02  импеданс 

Zant = 50 + J0  Ом

и начинаем "тыкать"... но не к центру диаграммы, а к 75 Ом - это правее центра.

Очевидно как и в примере выше нам поможет такая же  Г-цепочка:

... только номиналы компонентов другие.

Важно! 

в примерах 4 и 5 можно согласовать эти чисто активные импедансы - четвертьволновой линией передачи с волновым сопротивлением равным корню квадратному из согласуемых сопротивлений!

Вот так для примера 5

на стандартном текстолите платы с ипсилон 4.6 длина линии примерно 80 мм для частоты 434 МГц 

А ведь линию можно еще и в змейку уложить!

Пример 6.

Проверить импеданс фильтра для выхода передатчика на 434 МГц из ДШ передатчика ADF7012 на равенство 50 Ом и при необходимости привести его к этому значению.

Фильтр НЧ очень желателен  на выходе усилителя, так как позволяет отфильтровать гармоники полезного сигнала.

Вводим в Datapoint  Smith v2.02  импеданс 

Zant = 50 + J0  Ом

и строим схему фильтра из ДШ с указаными номиналами элементов. Видим что выходной импеданс значительно отличается от 50 Ом. 

Корректируем слегка номиналы конденсаторов и получаем импеданс близкий к 50 Ом. 

Ставьте фильтры! 

Не засоряйте эфир!

Пример фильтра на разные частоты 
из демо-платы великолепного трансивера TRF6903PT:

В гнездо слева подключается антенна, справа выход на антенный переключатель прием-передача и дальше трансивер. 

Т. е. этот фильтр работает и на прием и на передачу.

Вы можете проверить в Smith v2.02 что импеданс 50 Ом фильтр сохраняет с достаточной на практике точностью.

Рекомендуются следующие компоненты:

L5 L6 5% 0603 Chip Inductor LQW18AN muRata

C15-C17 5% 0603 Ceramic Capacitor GRM1885C  muRata

Совет на 5 с плюсом: 

Согласование хорошо совместить с моделированием и проектированием в специальной программе для СВЧ устройств.

Я пробовал и рекомендую вам попробовать мощнейший пакет Microwave Office от компании Applied Wave Research 

этот скриншот дает представление о ее возможностях: 

Вот обзорная статья на русском языке: 

Microwave Office - система разработки планарных СВЧ-устройств

от дистрибьютора в России компании Родник

Обучающие уроки по Microwave Office:

Урок 1. Интерфейс и основные операции программы Microwave Office.

Урок 2. Линейное моделирование. Анализ ФНЧ с сосредоточенными параметрами.

Урок 3. Линейное моделирование.
Пример анализа полоснопропускающего фильтра в микрополосковом исполнении.

Урок 4. Линейное моделирование.
Пример анализа и оптимизации линейного усилителя мощности.

Урок 5. Нелинейное моделирование.
Модель транзистора и вольт амперные характеристики транзистора.

Урок 6. Нелинейное моделирование.
Пример расчета характеристик усилителя мощности в нелинейном режиме.

Урок 7. Нелинейное моделирование.
Пример расчета характеристик усилителя мощности в 2-х тоновом режиме.

Урок 8. Моделирование автогенератора.
Пример расчета характеристик автогенератора.

Урок 4 - как раз согласование и оптимизация усилителя! 

В программе есть возможность автоматического подбора номиналов компонентов - вы указываете какие величины можно менять и программа проигрывает их находя оптимальное решение.

С программой поставляется много моделей активных и пассивных компонентов. 

Если же вы не найдете нужных вам, то запросите по e-mail производителя и вам их любезно пришлют.

В компании Родник вы можете получить лично или заказать по почте  бесплатно два диска с этой и другими программами для разработчика электронной техники! 

Вот  на закуску  урок:

Разработка СВЧ усилителя мощности класса А 
за один цикл проектирования, 
используя только S-параметры

 

Пример 7.  

Привести входной импеданс MMG3002NT1 к стандартным 50 Ом на частоте 434 МГц. 

Мы уже определили что у  MMG3002NT1  S11 на 434 МГц - значение 0.07112 и угол 132.960 градуса.

Я постоянно привожу примеры на 434 МГц - это популярная частота. Но принципы согласования не зависят от частоты. Просто с увеличением частоты для согласования все больше применяют линии передачи, а на ещё более высоких частотах применяю специальные материалы плат с более низким чем у текстолита ипсилон. На боле низких частотах согласование проводят на дискретных компонентах.

Вводим в Datapoint  Smith v2.02  коэф. отражения от входа  S11 

Но нам нужно комплексно-сопряженное значение - т. е. нужно изменить знак у мнимой части, это эквивалентно замене знака перед углом:

Значит значение 0,07112 а угол ставим отрицательный - 132,96 градусов:

Полярные координаты!

Точка на диаграмме действительно близка к центру! 

"Тык" начинаем с того что уже помогало - конденсатор последовательно от входа MMG3002NT1 и затем индуктивность на землю: 

Конденсатор 36,3 пФ и индуктивность 55,8 пФ и 
мы практически в центре - 50 Ом.

А давайте без компонентов - линиями попробуем согласовать. 

Пускаем линию с волновым сопротивлением 100 Ом от входа MMG3002NT1 последовательно и затем линию 100 Ом разомкнутую на конце параллельно, ну и на конце гальванически развязывающий конденсатор на 1000 пФ:

После нескольких корректировок длин линий получаем почти 50 Ом 

- Линия последовательная 0.037 длины волны 
- Линия параллельно разомкнутая на конце 0.084