Курушин А.А. Проектирование СВЧ устройств с применением электронной диаграммы Смита (2008) (1095871), страница 2
Текст из файла (страница 2)
По команде Change Zo вменю Options, появляется диалог (рис. В.6).Рис. В.6. Установка опорного импедансаВ нём устанавливаем 35 ом, относительного которого будут нормироватьсяS-параметры и значения реальных и мнимых частей электронной диаграммыСмита (это значение при проектировании обычных каскадов часто устанавливается равным 50 Ом).1.
Нажимаем на кнопку Datapoint. Появляется диалог рис. В.7, в которомРис. В.7. Кнопки выбора метода ввода данныхвыбирается способ ввода данных: с помощью мыши, с клавиатуры, а такжевводом с графика (для чего сначала нужно ввести файл S параметров).Нажимаем на Keyboard и в диалоге рис. В.7. Появляется диалог рис. В.8.Рис. В.8. Диалог ввода данных Data PointРис. В.9.
Диалог ввода элементов12Вносим значения комплексного импеданса. После нажатия на OK на электронной диаграмме Смита появляется точка 1 (рис. В.5).Теперь, при добавлении элементов схемы, дискретных или элементов с распределенными параметрами, точка смещается по диаграмме Смита, образуятраекторию согласования.Элементы вызываются, нажимая на значок элемента в диалоге Toolbox (рис.В.9).В этом диалоге входят 4 последовательных (Series) и 4 параллельных элемента, а также трансформатор, отрытые и короткозамкнутые шлейфы.
В процессе согласования, т.е. соединения двух точек на электронной диаграммеСмита с разными комплексными импедансами, можно предложить большоеколичество траекторий согласований.Самая простая траектория состоит из трех точек, и соответственно наиболеепростыми согласующими цепями можно считать Г-образную согласующуюструктуру из двух элементов.В нашем случае в виде первого элемента введем параллельную емкость (нажимаем на Shunt C). Двигая перекрестие курсора по появившейся полуокружности, достигаем точку, при которой входное сопротивление достигает значении 1 (в нормированном виде, т.е. 37 Ом в разнормированном виде).Нажатие на точке на электронной диаграмме Смита тут же дополняет схему вокне Schematic и в таблице данных Data Point. На схеме появляется символпараллельного элемента и его значение.
Далее выбираем последовательнуюиндуктивность и доводим курсор до центра электронной диаграммы Смита.Отметим однако, что на этом последнем этапе нужно разбить последовательный элемент так, чтобы он состоял из последовательной емкости 0.23 пФ(емкость, присущая чипу) и искомой индуктивности 157 нГ.Электронная диаграмма Смита, кроме этого, может обрабатывать данные, рассчитанные или измеренные с помощью измерительных приборов, устройств,или полученные на других программах.13Рис. В.10. Интерфейс электронной диаграммы Смита в режиме « S-Plot»Для такого расчета в интерфейсе программы Smith Chart выбирается режим'S-Plot' в меню 'Mode'.(рис.
В10). Затем загрузите файл с S-параметрами четырехполюсника с помощью браузера в формате Touchstone (обычно с расширением *.s2p).Параметры S11 и S22 наносятся на импедансной диаграмме Смита, а параметры S12 и S21 в полярной системе координат. После ввода S-параметров, вокнах выводятся таблица данных, рассчитанные параметры Gp max (максимальный коэффициент передачи по мощности), Gp max stabil (максимальныйстабильный коэффициент передачи по мощности MSG), коэффициент устойчивости K и частотные зависимости Gp max (для K>=1) и Gp max stabil (дляK<1).
В конце файла данных могут быть добавлены шумовые параметры.Электронная диаграмма Смита, с помощью которой обрабатываютсяизмеренные сигнальные и шумовые параметры, прилагается в настоящее времяк каждому современному прибору (например AppCAD фирмы Agilent, рис.В11).14Рис. В11. Интерфейс программы AppCAD, с электронной диаграммой СмитаВ предлагаемом задачнике рассматриваются вопросы проектирования транзисторных СВЧ усилителей, моделирование которых начинается в первую очередь c задания S-параметров, шумовых параметров и параметров, оценивающихнелинейные свойства, такие, как мощность насыщения по сжатию усиления на1 дБ. Выполнение анализа параметров активных элементов на диаграмме Смитапозволяет выявить потенциальные характеристики каскада на этом транзисторе. Всего в сборнике находятся 50 задач, из них больше половины имеетполное исчерпывающее решение.
Основная литература, которая рекомендуется, это книга Р. Карсона «Высокочастотные усилители» изданная впереводе в 1991 году. Книга Ф. Смита «Круговые диаграммы в радиоэлектронике», «Связь» М., 1976 г. Фундаментальной книгой является книга G.Gonzales“Microwave Transistor Amplifiers”N.-Y., 506 pp. К сожалению, эта английскаякнига является редкостью в России.
Определенная часть задач была взята изэтих источников. Другая часть задач состоит из предлагаемых на зачётах иэкзаменах МЭИ. Надеемся, что основная часть примеров в настоящем пособии,которая приведена с решениями и пояснениями, поможет для освоениястудентами этой трудной дисциплины. В процессе решения рекомендуетсявыполнить решение с помощью приводимых формул, а также повторитьрешение с помощью электронной диаграммы Смита.151. Диаграмма СмитаЗадача 1.1Показать на диаграмме Смита точки, соответствующие следующим нормированным импедансам и адмитансам:z1 = 1 + j1 ,z 2 = 0.4 + j 0.5 ,z3 = 3 − j 3 ,z 4 = 0.2 − j 0.6 ,z5 = 0y1 = 1 + j1 ,y 2 = 0.4 + j 0.5 ,y3 = 2 − j1.4 , y 4 = 0.5 − j 0.2 ,y5 = ∞РешениеВеличины z и y показаны на рис. 1.1. Диаграмма Смита на рис.
1.1 обычноиспользуется как Z диаграмма Смита (рис. 1.1), или как Y диаграмма Смита(рис. 1.2).Рис. 1.1. Z диаграмма Смита с указанными в задаче импедансами16Преобразование нормированного импеданса z в нормированную проводимость y может быть легко выполнено на диаграмме Смита, поскольку1+ Г(1.1)z=1− Ги1 1− Г(1.2)y= =z 1+ Гjπоткуда видно, что при вращении Г на угол e мы получаем новую величину z(обозначаемую z') равную1 + Ге jπ 1 − Г(1.3)z′ ==1 − Ге jπ 1 + Гчто идентично величине проводимости y. Другими словами, численная величина импеданса z' равна величине адмитанса y = 1/z.Рис.1.2.Y-диаграммаСмитасуказаннымиточкамиадмитанса17Задача 1.2Найти адмитанс y, соответствующий импедансу z = 1 + j1, используядиаграмму Смита.Рис.
1.3. Преобразование величины z в величину y на диаграмме СмитаРешение. Поместим точку z = 1 + j1 на рис. 1.3. Пересчитаем z в величину Г .Вращая Г на угол 180° (т.е. e jπ ), рассмотрим результат в точке z', численноезначение которой равно y. Эта величина y читается как 0.5 - j0.5, чтосогласуется с расчетом:y=11== 0.5 − j 0.5z 1 + j1(1.4)Импедансы, имеющие отрицательную реальную часть имеют модуль коэффициента отражения, больший единицы. Эти импедансы, таким образом, находятся вне диаграммы Смита. Рис.
1.4 показывает сжатую диаграмму Смита,которая включает диаграмму Смита (т.е. Г ≤ 1) плюс часть области с отрицательным импедансом.18Рис. 1.4. Сжатая диаграмма Смита (заштрихована обычная диаграммаСмита)Другой путь получения отрицательных сопротивлений (т.е. Г >1) состоит внанесении на диаграмму Смита величины 1/ Г и прочтением величин сопротивлений как отрицательных и реактанса по отмеченной окружности.Задача 1.3Найти импеданс, при котором коэффициент отражения равен Г =2.236∠26.56°.Решение. Если на диаграмму Смита, показанную на рис.
1.5, наноситсявеличина1= 0.447∠26.560(1.5)*Гто в результате по диаграмме Смита получаем нормированный импеданс z = -2+ j1. Теперь можно сделать проверку расчета:Г=− 2 + j1 − 1= 2.236∠26.56 0− 2 + j1 + 1Правила использования диаграммы Смита для расчета линии передачи следуетиз выражений19Г IN ( d ) = Г o e − j 2 βde j βd + Г o e − j βdV (d )= Z o jβdI (d )e − Г o e − jβdZ − ZoГo = LZL + ZoС учетом нормировки z = Z L Z o , можем записать эти уравнения в удобнойформеZ IN (d ) =Рис. 1.5. Отрицательные сопротивления на диаграмме СмитаГ0 =z −1z +1(1.6)Коэффициент отражения на входе линииГ IN (d ) = Г 0 е − j 2 βd(1.7)Импеданс на входе линииz IN (d ) =1 + Г IN (d )1 − Г IN (d )(1.8)20Задача 1.4Найти входной импеданс, коэффициент отражения от нагрузки и КСВН влинии передачи с фазовой длиной 45°, характеристическим импедансом 50 ом,и нагруженной на Z L = 50 + j 50 ом (рис.
1.6).Рис. 1.6. Отрезок длинной линии с характеристическим сопротивлением 50 омZd πРешение. В линии, показанной на рис. 1.6, где z L = L = 1 + j1 и βd = 2π =Z0λ 4или d = λ 8 = 0.125λ . На диаграмме Смита расположим точку z L = 1 + j1 , и увидим вектор, представляющий Г 0 . Для того чтобы найти Z IN , вращаем вектор Гпостоянной длины на величину -90° (т.е., − 2 βd ) т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
