- •Министерство образования и науки Российской Федерации
- •Введение
- •1. Составление структурной и функциональной схем линейного тракта рПрУ
- •1.1. Структурные схемы супергетеродинного приемника
- •1.2. Расчёт полосы пропускания линейного тракта приёмника
- •1.3. Обеспечение чувствительности приёмника
- •1.4. Обеспечение избирательности приемника
- •1.5. Обеспечение усиления линейного тракта
- •1.6. Составление функциональной схемы приёмника
- •1.7. Особенности построения функциональной схемы приёмника с двойным преобразованием частоты
- •2. Входные цепи радиоприемников
- •2.1. Выбор конструктивного построения фильтра, определение класса фильтра и выбор прототипа
- •2.2. Методика расчета вц на четвертьволновых резонаторах (гребенчатый фильтр)
- •2.3. Фильтр на полуволновых разомкнутых параллельно связанных резонаторах
- •3. Усилители радиочастоты
- •3.1. Выбор активного элемента и схемы включения
- •3.2. Расчет электрических параметров свч транзистора
- •3.3. Расчет согласующих цепей
- •3.5. Интегральные микросхемы широкополосных свч усилителей, используемые в урч радиоприемных устройств
- •4. Преобразователи частоты
- •4.1. Общие сведения
- •4.2. Диодные балансные смесители
- •4.3.Транзисторные преобразователи частоты
- •5. Элементы конструирования и технологии гис свч
- •5.1. Общие сведения
- •5.2. Проводники и мпл для гис
- •5.3. Резисторы гис
- •5.4. Конденсаторы и индуктивности гис
- •5.5. Подложки и корпуса гис
- •6. Усилители промежуточной частоты
- •6.1. Общие сведения
- •6.2. Расчет усилителей промежуточной частоты с сосредоточенной избирательностью
- •6.3. Расчет фсс на lc – элементах
- •6.4. Расчет фсс на пьезоэлектрических фильтрах
- •6.5. Расчет фсс на поверхностных акустических волнах
- •6.6. Расчет монолитных пьезоэлектрических фсс
- •6.7. Расчет широкополосных каскадов упч
- •Приложение 1
- •Приложение 2
- •Приложение 3
- •Список литературы
- •Оглавление
- •Методические указания к курсовому и дипломному проектированию
3.5. Интегральные микросхемы широкополосных свч усилителей, используемые в урч радиоприемных устройств
В Приложении 2 даны параметры некоторых интегральных микросхем СВЧ усилителей, применяемых в РПУ.
Выбор микросхемы производится на этапе проектирования принципиальной электрической схемы приемника.
При выборе в качестве УРЧ интегральной микросхемы СВЧ усилителя исходят из следующих соображений:
Диапазон рабочих частот микросхемы должен быть не уже рабочего диапазона приемника;
Коэффициент усиления и коэффициент шума микросхемы должны быть не хуже, определенных в процессе проектирования функциональной схемы приемника;
При использовании микросхемы в узкополосном УРЧ необходимо предусмотреть ФСС, обеспечивающий необходимую избирательность;
Если преселектор выполняется в виде ГИС СВЧ, необходимо, чтобы выбранная микросхема допускала встраивание в СВЧ блоки, выполняемые по гибридно-интегральной технологии.
Если в справочных данных не указаны параметры входной и выходной линии передач микросхема должна быть согласована в тракте.
Пример 3.1. Требуется рассчитать УРЧ для ГИС СВЧ.
Исходные данные: средняя частота настройки приемника ГГц; полоса пропускания приемника П=10МГц; коэффициент усиления усилителя ; коэффициент шума дБ; избирательность преселектора по зеркальному каналу не менее дБ; волновое сопротивление подводящих линий МПЛ на входе и выходе усилителя Ом.
1. Выбираем для усилителя схему с общим эмиттером на биполярном транзисторе 2Т3132А-2 в типовом режиме мА,В(таблица П 1.1)
Из таблицы П 1.2 находим S– параметры транзистора (на частоте ГГц):
, ,,
, ,,
Проверяем выполнение условий (3.2) и (3.3):
;
;
;
;
Так как , транзистор находится в области ОПУ.
Для перевода его в область ОБУ используем стабилизирующее сопротивление (рис.3.4а). Величину стабилизирующего сопротивления находим по формуле (3.5), выбрав .
Ом
Пересчитаем S– параметры транзистора с учетомпо формулам (3.7)÷(3.9).
Предварительно находим:
;
Пересчитанные S– параметры транзистора равны:
Для расчета этих выражений использованы следующие формулы [20]:
х=х+j0=хеj0; -х=хеjπ; jy=еjy; Z=х+ jy=r(Cosφ+jSinφ)=rеjφ;
r=;Cosφ= ;Sinφ=;
(х1+ jy1) + (х2+ jy2)= (х1+ х2) + j(y1+y2);
(х1+ jy1)(х2+ jy2)= (х1х2-y1y2)+ j(х1y2+ х2y1);
(х+jy)(х-jy)= х2+y2;
(х+ jy)+ (х- jy)= 2х;
(х1+ jy1)- (х2+ jy2)= (х1- х2)+ j(y1-y2);
;
(х1+ jy1)х2=х1х2+jх2y1.
Рассчитаем транзисторный усилитель в режиме экстремального усиления. Коэффициент усиления транзисторного усилителя по мощности находим по формуле (3.10):
Перед корнем взят знак “минус” поскольку транзистор находится в режиме ОБУ.
Рассчитанный коэффициент усиления Kpдостигается при двухстороннем согласовании на входе и выходе транзистора.
2. Коэффициенты отражения на входе и выходе (3.14) и (3.15):
,
где инайдем из выражений (3.16)÷(3.20):
Находим входное и выходное сопротивления АЭ (3.12) и (3.13):
Итак, входное комплексное сопротивление транзистора носит емкостной характер , где Ом, аОм.
Выходное комплексное сопротивление транзистора носит индуктивный характер , где Ом, аОм.
3. Рассчитаем цепи согласования входного сопротивления транзистора с подводящей микрополосковой линией с волновым сопротивлением Ом на поликоре с,мм.
Рассмотрим два варианта.
Вариант А.Одношлейфовое согласование.
Используем формулы (3.23) и (3.24), где принимаем
Ом;
соответственно Ом;;Ом;Ом.
Находим волновое сопротивление шлейфа:
Длина шлейфа равна:
см
где см; см
- эффективная диэлектрическая проницаемость находится из формул (2.9).
Из формулы (3.22) находим ширину полоски шлейфа
; мм
Ширина полоски нереализуема. Следовательно, одношлейфовое согласование в данном случае невозможно из-за большого волнового сопротивления шлейфа. Изменим волновое сопротивление подводящей МПЛ. Используем на входе усилителя МПЛ с волновым сопротивлением 20 Ом, т.е.Ом;.
Пересчитаем параметры шлейфа. Найдем его волновое сопротивление
Ом
Длина шлейфа при этом равна
см
Ширина полоски шлейфа
; мм
Таким образом, отрезок МПЛ (шлейф) длиной сми ширинойммявляется трансформатором полных сопротивлений т.е. согласует волновое сопротивление подводящей линии с волновым сопротивлениемОмсо входным комплексным сопротивлением транзистора.
Вариант Б.Двухшлейфовое согласование.
Пересчитаем по формуле (3.35) входное сопротивлением транзистора во входную проводимость
мСм
Активную составляющую входного сопротивления (проводимости) транзистора согласуем с волновым сопротивлением подводящей линииОмс помощью четвертьволного трансформатора (последовательного шлейфа) с параметрами:
длина шлейфа
см
волновое сопротивление (3.27):
Ом
Из формулы (3.22) находим ширину полоски
; мм
Реактивную составляющую входного сопротивления (проводимости) транзистора емкостного характера компенсируем параллельным короткозамкнутым шлейфом, входное сопротивление которого должно носить индуктивный характер (см. рис.3.7).
Длину шлейфа найдем по формуле (3.31):
см
где Ом; Ом
Ширина полоски шлейфа равна
; мм
Рассчитаем цепи согласования выходного сопротивления транзистора с микрополосковой линией с волновым сопротивлением Омна поликоре с;мм.
Рассмотрим двухшлейфовое согласование.
По формуле (3.36) пересчитаем выходное сопротивление транзистора в выходную проводимость
мСм
Активную составляющую выходного сопротивления (проводимости) транзистора согласуем с волновым сопротивлением МПЛОм с помощью четвертьволнового трансформатора (последовательного шлейфа) с параметрами:
длина шлейфа
см
волновое сопротивление (3.27):
Ом
Поскольку волновое сопротивление шлейфа труднореализуемо, применим двухступенчатый трансформатор. Задаемся волновым сопротивлением первой ступени Ом. Волновое сопротивление второй ступени находим по формуле (3.28)
Ом.
Итак, параметры первой ступени трансформатора
см; Ом;
; мм.
Параметры второй ступени трансформатора
см; Ом;
; мм
Реактивную составляющую выходного сопротивления транзистора, имеющую индуктивных характер, компенсируем с помощью параллельного шлейфа, в качестве которого используем четвертьволновый разомкнутый отрезок МПЛ входное сопротивление которого должно носить емкостной характер (см. рис.3.8).
Задаемся волновым сопротивлением шлейфа Ом.
Длину шлейфа находим по формуле (3.32):
см
Поскольку длина шлейфа получилась слишком мала, пересчитаем длину по формуле (3.34):
см.
Ширина полоски шлейфа равна
; мм.
4. Выбираем схему питания и смещения транзистора по постоянному току рис.3.10б. Считаем, что транзистор находится в типовом режиме работы по постоянному току (таблица П 1.1):
В; В;мА;В;
Задаемся током базового делителя
мА
Находим величины сопротивлений резисторов усилителя.
Ом; кОм,
где ток базы находят по формуле
Ом
;
Постоянные напряжения питания и смещения подаем на транзистор через высокочастотные дроссели в качестве которых используем четвертьволновые отрезки МПЛ икороткозамкнутые на конце по высокой частоте емкостями С2 и С4 (рис.3.11-3.12).
5. Заданную избирательность преселектора дБобеспечим применением двух полосовых фильтров СВЧ на входе усилителя (входная цепь) и на его выходе с избирательностью по зеркальному каналу по 30дБ на каждый фильтр. Расчет фильтров приведен в примере 2.1 или 2.2.
6. Коэффициент шума усилителя в соответствии с таблицей П 1.1 берем равным:
7. Принципиальные электрические схемы узкополосного УРЧ с одношлейфовым согласованием по входу и двухшлейфовым по выходу с разными типами ФСС приведены на рис.3.14 и 3.15.