Curs 11. Curs 11 + Curs 12

Transcript

1 Curs 3 4/5

2

3 Curs Curs + Curs

4 Proiectare petru zgomot redus

5 Adaptarea iter-etaje se poate proiecta i doua moduri: adaptarea uui etaj spre Γ ecesar petru ceaat

6 Simiar cu tema de a mii-proiect Ampificator LNA cu ATF-3443 avad caracteristicie: G = db F = = 5GHz

7 ATF-3443 at Vds=3V S =.6439 S =.9- S = S =. 46 Fmi =.54 (tipic [db]!) Γ opt = r =.3

8 G cas G G F cas F F Formua ui Friis G primu etaj factor de zgomot mai mic, probabi isotit de u castig mai mic a doiea etaj castig mare, probabi isotit de u factor de zgomot mai mare Este esetia sa se pastreze o rezerva G = G tema + ΔG F = F tema ΔF Tema se iterpreteaza G > G tema, mai bie, fara a fi evoie sa se sacrifice ati parametri petru castiguri mut mai mari F < F tema, mai bie, cu cat mai mic cu atat mai bie, e uti sa se icerce obtierea uui zgomot cat mai mic, cu idepiirea ceorate coditii

9 Formua ui Friis primu etaj factor de zgomot mai mic, probabi isotit de u castig mai mic a doiea etaj castig mare, probabi isotit de u factor de zgomot mai mare Impartire pe cee doua etaje (Estimat) itrare: F =.7 db, G = 9 db iesire: F =. db, G = 3 db Trasformare i coordoate iiare! F F db F db F.38 G F cas F F. 5 G cas G G G F cas og G cas og db G G db G db db

10 L S y Im y 5 Imy. 75 Im sp L S sp 36. 9

11

12

13

14

15 Fitree prototip sut fitre care impemeteaza : fitru FTJ frecveta de taiere ω = rad/s (f =.59 Hz) (!C X) coectate a itrare a o rezisteta R = Numaru tota de eemete reactive (L/C) este ordiu fitruui Eemetee se itroduc i aterata L serie / C parae Exista doua fitre prototip care ofera aceasi raspus, o variata care icepe cu C, o variata care icepe cu L

16 Se defiesc parametrii g i, i=,n+ g rezisteta geeratoruui R' daca g coductata geeratoruui G' daca C' g L' g k k, N iductata uei bobie serie capacitate a uui codesator parae g N rezisteta de sarcia R' N coductata de sarcia G' daca N g daca N C' g N N L' N

17 Cacuu eemeteor fitruui g k g k si, k, N g N N

18 Cacuu eemeteor fitruui (iterativ) a g N k g b a a g k k k k k,, 4 par N petru impar N petru g N 4 coth 7,37 coth Ar L N sih N k N k a k,, si N k N k b k,, si

19

20

21

22 Să se proiecteze u fitru trece-badă de ordiu 3, avîd ripurie î badă de.5 db. Frecveţa cetraa a fitruui sa fie de GHz. Bada să fie de %, şi impedaţa de 5 Ω.. 9 GHz 6.83 rad / s Tabe echiripu.5db sau reatii de cacu: g =.5963 = L, g =.967 = C, g3 =.5963 = L3, g4=. =RL

23 Tabe echiripu.5db sau reatii de cacu: g =.5963 = L/C3, g =.967 = C/L4, g3 =.5963 = L3/C5, g4=. =R L

24 ω = rad/s (f = ω / π =.59 Hz)

25 9 f GHz 6.83 rad / s. f g =.5963 = L, g =.967 = C, g3 =.5963 = L3, g4=. =R L R 5 L R L 7. H R L. 76H C L3 R L 3 7. H C. L R 99 C C pf R C. L R pf pf

26

27 Cotiuare

28 Impedata vazuta a itrarea uei iii termiate cu L i Tehoogic e preferabi ca impedata de capat sa fie: go ( L = ) i, g j cot scurtcircuit ( L = ) i, sc j ta Se obtie comportare: capacitiva iductiva L i, g i, sc j j L j X j X ta ta C L j B C C L ta ta

29 Schimbare de variabia ta ta v p Cu aceasta schimbare de variabia defiim reactata uei iductate j X L j L j Lta susceptata uei capacitati j BC j C j C ta Fitru echivaet i Ω are frecveta de taiere a: ta 4 8

30 Aegad sectiuie de iie i go sau scurtcircuit sa fie λ/8 a frecveta de taiere dorita (ω c ) si impedatee caracteristice corespuzatoare (L/C) vom obtie foarte precis a frecvete i juru ui ω c o comportare simiara cu a fitruui prototip La frecvete departate de ω c comportarea fitruui u va mai fi idetica cu a prototipuui (i situatii specifice trebuie verificata o comportare potrivita cu tipu de fitru dorit) Scaarea i frecveta se simpifica: aegerea ugimii fizice petru idepiirea ugimii eectrice λ/8 a frecveta dorita Toate sectiuie de iii vor avea ugimi eectrice egae (λ/8 ) si ugimi fizice comparabie, deci iiie se umesc iii comesurabie

31 a frecveta ω= ω c ugimie iiior sut λ/4 4 ta apare u po supimetar de ateuare a ω c (FTJ) iductatee (de obicei i serie) capacitatie (de obicei i parae) i, sc i g j ta, j cot

32 periodicitatea fuctiei tageta geereaza periodicitatea raspusuui i frecveta a circuiteor cu iii raspusu fitruui se repeta a fiecare 4 ω c ta ta c 4 c v 4 i i P LR c p 4 P 4c v p 4 LR P LR P P 3 P P 5 P 4 c LR LR c LR c c LR c LR c

33 permite obtierea cu sectiui de iii a iductateor si capacitatior dupa scaarea prototipuui petru fuctia corespuzatoare (FTJ/FTS/FTB /FOB)

34 Fitru trece jos de ordiu 4, cu frecveta de taiere de 4 GHz, de tip maxim pat (care sa fuctioeze pe 5Ω a itrare si iesire) Tabe maxim pat sau reatii de cacu: g =.7654 = L g =.8478 = C g3 =.8478 = L3 g4 =.7654 = C4 g5 = (u are evoie de adaptare supimetara a iesire apare a fitree de ordi par echiripu)

35

36 c 4GHz.533 rad / s g =.7654 = L, g =.8478 = C, g3 =.8478 = L3, g4 =.7654 = C4, g5 = = RL L L R L c R L 3 3 c.53h 3.676H C C C R c C4 R 4 c pf pf

37

38 Parametrii fitruui prototip: g =.7654 = L g =.8478 = C g3 =.8478 = L3 g4 =.7654 = C4 Impedatee raportate ae iiior z =.7654 = serie / scurt circuit z = /.8478 =.54 = parae / go z3 =.8478 = serie / scurt circuit z4 = /.7654 =.365 = parae / go Scaarea i impedata presupue imutirea cu = 5Ω Toate iiie au ugimea λ/8 (ugime eectrica 45 ) a 4GHz

39

40 Fitree reaizate cu trasformarea Richards beeficiaza de pou supimetar de ateuare ω c au dezavataju periodicitatii i frecveta, de obicei se prevede u fitru trece jos supimetar eperiodic daca e ecesar iii comesurate Richards eemete cocetrate

41 Aceasi fitru, echiripu 3dB Tabe echiripu 3dB sau reatii de cacu: g = = L g =.7483 = C g3 = = L3 g4 =.59 = C4 g5 = = R L Impedatee iiior = Ω = 7.945Ω serie / scurt circuit = 5Ω /.7483 = 66.88Ω = parae / go 3 = Ω = 7.355Ω serie / scurt circuit 4 = 5Ω /.59 = Ω = parae / go RL = Ω = Ω = sarcia

42 echiripu 3dB (ord 4) maxim pat (ord 4)

43 Fitree echiripu au evoie de adaptare a iesire spre 5Ω petru a fuctioa precis. Exempu: R L = 95.48Ω R L = 5Ω

44 Fitree impemetate cu trasformarea Richards au aumite dezavataje i ceea ce priveste impemetarea practica Idetitatie/Trasformarie Kuroda pot fi utiizate petru a eimia o parte di aceste dezavataje Se utiizeaza sectiui de iie supimetare petru a obtie sisteme mai simpu de impemetat i practica Liiie supimetare se umesc eemete uitare si au ugimi de λ/8 a frecveta de taiere dorita (ωc) fiid comesurate cu ceeate sectiui de iie V 5Ω 38.3Ω 9.4Ω 7.Ω 65.3Ω 5Ω

45 Idetitatie Kuroda pot fi utiizate petru a reaiza urmatoaree operatii: Separarea fizica a diferiteor stub-uri Trasformarea stuburior serie i stub-uri parae sau ivers Obtierea uor impedate caracteristice mai reaizabie petru iii (~5Ω) V 5Ω 38.3Ω 9.4Ω 7.Ω 65.3Ω 5Ω

46 4 echivaete de circuit

47 4 echivaete de circuit

48 I toate echivaetee de scheme Kuroda: : iductatee si capacitatie reprezita stub-uri scurtcircuitate sau i go (obtiute pri trasformarea Richards, de ugime λ/8) bocurie reprezita eemete uitare (iii de trasmisie de impedata caracteristica idicata si ugime λ/8)

49

50 Matrici ABCD, C5 Y D C B A Y j j D C B A cos si si cos +

51 j j j D C B A ta cos si, cot j j g i j j j j j D C B A

52 D C B A Y j j D C B A cos si si cos +

53 j j j D C B A ta cos si j j j j j D C B A, ta j j sc i

54 Prima schema A doua schema Rezutatee sut idetice daca aegem Simiar se pot demostra si ceeate trei idetitati j j D C B A j j D C B A

55 Fitru trece jos de ordiu 4, cu frecveta de taiere de 4 GHz, de tip maxim pat (care sa fuctioeze pe 5Ω a itrare si iesire) Tabe maxim pat sau reatii de cacu: g =.7654 = L g =.8478 = C g3 =.8478 = L3 g4 =.7654 = C4 g5 = (u are evoie de adaptare supimetara a iesire apare a fitree de ordi par echiripu)

56 V Se apica trasformarea Richards Probeme: stub-urie i serie sut extrem de difici de impemetat i tehoogie microstrip cu tehoogia microstrip e preferabi sa avem stub-uri i go (scurtcircuit ecesita u via-hoe spre pau de masa) cee 4 staburi sut coectate i aceasi puct, o impemetare care sa eimie/micsoreze cupaju itre aceste iii e imposibia u e cazu aici, dar pot aparea situatii cad impedatee raportate sut mut diferite de. Majoritatea tehoogiior sut cocepute petru iii cu impedate caracteristice i jur de 5Ω

57 Idetitatie Kuroda se refera itotdeaua a o schema cu o sectiue de iie i serie: se adauga eemetee uitare (z =, = λ/8) a fiecare capat a circuituui (adaugarea u modifica proprietatie fitruui acesta fiid adaptat a z = a fiecare capat) se apica ua di idetitatie Kuroda a fiecare capat si se cotiua u idicator a opririi procedurii este aparitia uei sectiui de iie itre toate stuburie obtiute cu trasformarea Richards V adaugat supimetar adaugat supimetar

58 Se apica : Kuroda (L, cuoscut C,) i partea staga Kuroda (C, cuoscut L,) i partea dreapta K (b) =.7654 = = K (a) = =.365 =

59 Se mai adauga u eemet uitar i partea dreapta si se apica Kuroda de doua ori K (b) =.8478 =.5667 = adaugat supimetar K (b) =.4336 = =3.363

60 V Scaare a 5Ω 5Ω 88.7Ω.73Ω 7.68Ω V 5Ω 5.33Ω 7.6Ω 37.3Ω 65.3Ω

61

62 Trasformarea Richard si idetitatie Kuroda sut utie mai aes petru fitree trece jos i tehoogiie i care stub-urie serie sut difici/imposibi de reaizat (microstrip) De exempu i cazu fitruui trece bada de ordiu 3: se poate impemeta iductata serie utiizad K-K capacitatea serie i schimb u poate fi echivaata cu u stub parae

63 Petru situatiie i care impemetarea cu Richards + Kuroda u ofera soutii practice se foosesc structuri de circuit umite iversoare de impedata si admitata i K L Y i J Y L

64 Ce mai simpu exempu de iversor de impedata/admitata este trasformatoru i sfert de ugime de uda (C3) i R L i K L Y i J Y L

65 Iversoaree de impedata/admitata pot fi utiizate petru a schimba structura fitreor i forme reaizabie Exempu FOB

66 Eemetee serie pot fi eimiate pri itroducerea uui iversor de admitata

67 L j C j C j L j Y C j L j C j L j Y C L C L L C C L C L C L Y Y Rezutat simiar se obtie si petru fitru trece bada U grup LC serie itrodus i serie se poate iocui cu u grup LC parae itrodus i parae icadrat de doua iversoare de admitata Echivaeta ceor doua scheme se obtie pri obtierea aceeiasi admitate de itrare Echivaeta competa se obtie pri icadrarea grupuui simuat itre doua ivertoare de admitata

68 Ce mai uzua se fooseste trasformatoru i sfert de ugime de uda Reaizare cu eemete cocetrate

69 Reaizare cu iii K X ta K K ta X J Y B ta J J Y ta B Y

70 Utiizad iversoare de admitata se pot impemeta fitree prototip utiizad u sigur tip de eemet,, g g L R K a A,, B a g g R L K,,,, k k k a k a k k k g g L L K

71 Utiizad iversoare de admitata se pot impemeta fitree prototip utiizad u sigur tip de eemet,, g g C G J a A,, B a g g g C J,,,, k k k a k a k k k g g C C J

72 Petru fitree prototip cu iversoare exista N+ parametri si N+ ecuatii care asigura echivaeta raspusuui deci N parametri pot fi aesi di cosiderete oarecare se pot aege vaorie reactateor, urmad ca parametrii iversoareor sa rezute di cacu se pot aege coveabi iversoaree, urmad ca reactatee sa rezute di ecuatiie de echivaare Pricipiu se poate apica si petru fitree trece bada/opreste bada, acestea putad fi reaizate di N+ iversoare si N rezoatori (grupuri LC serie sau parae cu frecveta de rezoata ω ) coectate fie i serie fie i parae itre iversoare FTB se reaizeaza cu grup LC serie coectat i serie itre iversoare grup LC parae coectat i parae itre iversoare FOB se reaizeaza cu grup LC parae coectat i serie itre iversoare grup LC serie coectat i parae itre iversoare

73 Impedata de itrare itr-o iie (stub) scurtcircuitata sau asata i go a capat maifesta comportamet rezoat care poate fi utiizat petru impemetarea rezoatoareor i L j j L ta ta i sc, j ta i, g j cot

74 Liie i scurtcircuit Petru frecveta (ω ) a care = λ/4 se obtie u circuit rezoat LC parae iia are comportamet capacitiv petru frecvete mai mici (>λ/4) iia are comportamet iductiv petru frecvete mai mari (<λ/4) Discutie simiara petru iia i go (LC serie a frecveta a care =λ/4)

75 Petru cazu particuar i care se impemeteaza iversoaree de admitata cu trasformatoare i sfert de ugime de uda si impedata caracteristica FTB stub-uri parae scurticuitate a = λ/4 4 g FOB stub-uri parae i go de ugime = λ/4 4 g

76 Simiar cu o tema de proiect Cotiuarea ampificatoruui C Fitru trece bada de ordiu 4, f = 5GHz, bada % Tabe maxim pat sau reatii de cacu: g (Ω)

77

78

79 4 5Ω 5Ω 5Ω 5Ω V 5Ω 5.3Ω.5Ω.5Ω 5.3Ω Probemee fitreor reaizate cu iii ca rezoatoare si ivertoare de impedata stub-uri i scurtcircuit (via-hoe) petru FTB deseori impedatee caracteristice petru stub-uri rezuta de vaori difici de reaizat i practica (.5Ω)

80 Aaiza sectiuior de iii cupate se face puad i evideta comportarea pe modu par si pe modu impar Aceste moduri sut caracterizate de impedatee caracteristice de mod par/impar a caror vaoare va impue i fuctie de tehoogia utiizata geometria iiior (atime/distata ditre iii)

81

82 Fitru trece bada cu rezoata a θ=π/ (=λ/4)

83 U fitru cu N+ sectiui de iii cupate

84 Se modeeaza iiie iversoaree

85 Se obtie comportare de tip FTB de ordi cu 3 sectiui de iii cupate

86 Se cacueaza iversoaree Se cacueaza iiie cupate (toate de ugime =λ/4) g J N g g J,, N N N g g J, J J e, J J o, N

87 Simiar cu o tema de proiect Cotiuarea ampificatoruui C Fitru trece bada de ordiu 4, f = 5GHz, bada % Tabe echiripu.5db sau reatii de cacu: g J e o

88

89

90 Separarea fizica a doua sectiui de iie produce u cupaj capacitiv itre cee doua iii

91 Di ugimea fizica a rezoatoareor o portiue se fooseste petru a crea schema de iversor (ramae φ=π, =λ/)

92 Se cacueaza iversoaree (simiar iii cupate) Se cacueaza susceptatee cupajuui Se cacueaza ugimie de iii care trebuie imprumutate petru reaizarea iversoareor Se cacueaza ugimie eectrice ae iiior g J N g g J,, N N N g g J,, N J J B,, ta N B N i B B i i i i i,, ta ta,, N

93 Parametri ABCD (C5) iie scurta, mode cu eemete cocetrate vaid A cos Y j C si j B si D cos 3 A 3 C 3 B 3 D

94 Eemet parae capacitiv Eemetee i serie egae, iductive Schema echivaeta Y j si cos ta si cos cos 3 j j ta X B si

95 I fuctie de vaoarea impedatei caracteristice impedata ridicata >> impedata scazuta << X 4 h B Y 4

96 Se pot crea fitre trece jos Se utiizeaza iii cu impedata caracteristica mare petru a impemeta o iductata L R h iii cu impedata caracteristica mica petru a impemeta o capacitate C R De obicei se utiizeaza cea mai mare si cea mai mica impedata permisa de tehoogie

97 Nu toate iiie au aceeasi ugime deci probema periodicitatii i frecveta a raspusuui e mai puti importata

98 FTJ cu frecveta de taiere 8GHz, de ordiu 6. Impedata maxima reaizabia este 5Ω iar cea miima 5Ω. g L/C θ [rad] θ [ ].576.6pF H pF H pF H