Esempio di progetto. Substrato Duroid: ε r. = 2.54 H = mm Conduttore: Rame (σ= ) t= 35 μm. =11 ±.5 db); NF 1.55 db) Topologia: TLOC

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Enrico Miele
5 anni fa
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1 Esempio di progetto Dati del transistor Modello: MGF1923 Mitsubishi (Mesfet su GaAs) Guadagno max a 6.5 GHz: db (con NF=3.4 db) Figura di rumore minima 1.94 db (con Gt=8.66 db) pecifiche amplificatore Frequenza centrale: 6.5 GHz Guadagno minimo: 11.5 db Figura di rumore massima: 1.55 db Banda: 200 MHz (G T =11 ±.5 db); NF 1.55 db) ubstrato Duroid: ε r = 2.54 H = mm Conduttore: Rame (σ= ) t= 35 μm Topologia: TLIN UBCKT NET="transistor" 1 2 TLIN TLOC TLOC Rete MATCH ingresso Rete MATCH uscita

2 Circuito di polarizzazione In ambito integrato, per questioni di spazio si preferisce utilizzare una combinazione di linee λ/4 in grado di riportare un circuito aperto a RF al gate e al drain. V gate V drain RFC (L ) RFC (L ) DC block (C ) DC block (C ) A 6.5 GHz le capacità si possono ancora implementare con elementi concentrati.

3 Reti di polarizzazione del transistor Tensione Vgs Tensione Vds Questo è un possibile schema di polarizzazione del transistor. Bassa Z c Alta Z c Corto circuito per la RF Circuito aperto per la RF NOTA: I parametri forniti dal costruttore si riferiscono alle sezioni indicate in rosso. Il progetto deve utilizzare i parametri calcolati alle sezioni effettive del circuito che include le reti di polarizzazione. ezione di ingresso ezione di uscita Condensatori di blocco per la DC

4 Effetto delle reti di polarizzazione Possibile schema sul simulatore del circuito polarizzato: MLEF ID= TL14 W= 2 mm L= 2 mm MLEF ID= TL16 W= 2 mm L= 2 mm MLIN ID= TL1 5 W= 0.2 mm L= 0.5 mm MUB Er= 2.54 H= mm Rho= T= mm 1 Tand= 0 ErNom= 2.2 Name= UB1 MLI N ID= TL17 W= 0.2 mm L= 0.5 mm MRTUB2 ID= TL3 Ri= mm Ro= mm Theta= 60 De g MT EE$ ID= TL2 MTEE$ ID= TL MRTUB2 ID= TL4 Ri= mm Ro= mm Theta= 60 Deg MLIN ID= TL10 W= mm L= mm CAP ID= C1 C= 15 pf MCTRACE ID= TL13 W= 0.2 mm R= L= mm 5 mm 3 MLI N ID= TL5 W= 1.4 mm L= 0.5 mm UBCKT ID= 1 NET= "MGF1923" MLIN ID= TL6 W= 1.4 mm L= 0.5 mm 3 MCTRACE ID= TL1 W= 0.2 mm R= L= mm 5 mm MLI N ID= TL7 W= 1.4 mm L= 0.29 mm MTEE$ ID= TL8 MTEE$ ID= TL 11 MLIN ID= TL9 W= 1.4 mm L= 0.5 mm CAP ID= C2 C= 15 pf MLIN ID= TL12 W= 1.4 mm L= 1 mm Parametri s11 s22 K MG (db) olo transistor: Transistor + rete: Cambiano le fasi dei parametri!

5 Parametri del transistor polarizzato Parametri di catter a 6.5 GHz 11 (Mag, Phase deg) , (Mag, Phase deg) , (Mag, Phase deg) 2.439, (Mag, Phase deg) , Coefficiente di tabilità: K = Potenzialmente INTABILE Maximum table Gain (db): 10log Parametri di Rumore a 6.5 GHz Figura di Rumore minima (db): NF m = = = < 1 Gamma ottimo al Generatore (Mag, Phase deg): Γ m = , Resistenza di Rumore Normalizzata: r n =

6 Metodo di progetto pecifiche del progetto: G T > 11.5dB NF < 1. 5dB i tracciano i cerchi di stabilità di ingresso e di uscita rispettivamente nei piani Γ L e Γ s ; i tracciano alcuni cerchi a G av costante e a NF costante; i cerca il punto di compromesso ottimo tra i cerchi a G av costante e i cerchi a NF costante e si trova Γ s ; Γ L = Γ * out = + Γ s 22 Gav = 1 Γ 11 s * G T Γ L può essere preso se cade fuori dal relativo cerchio di stabilità, altrimenti si deve scegliere un altro Γ s.

7 Determinazione di Γ e Γ L Γ L Cerchi a NF costante Γ Cerchi a G a costante G T = 11.7 db NF = db Γ = Γ = L

8 celta di Γ per il massimo guadagno Γ L,opt Γ,opt G T = db NF = 3.33 db > 1.5 db Γ,opt = Γ L,opt =

9 Rete di adattamento in ingresso Linea di trasmissione + ammettenza in parallelo 1 + j 1.1 Γ 53.3 LOAD ID=Z1 Z=50 Ohm TLIN ID=TL1 Z0=50 Ohm EL=53.43 Deg F0=6.5 GHz PORT P=1 Z=50 Ohm TLOC ID=TL2 Z0=50 Ohm EL=47.7 Deg F0=6.5 GHz Linea : Φ = 2βL = βl = Γ Ammettenza: j B = j 1.1 tub in c. a. : Y L = j tan(βl) = j 1.1 arctan 1.1 = 47.7 ( )

10 Rete di adattamento in uscita Linea di trasmissione + ammettenza in parallelo Γ L 1 + j LOAD ID=Z1 Z=50 Ohm TLIN ID=TL1 Z0=50 Ohm EL=50.8 Deg F0=6.5 GHz PORT P=1 Z=50 Ohm 50.8 Linea : Φ = 2βL = βl = 50.8 TLOC ID=TL2 Z0=50 Ohm EL=52 Deg F0=6.5 GHz Γ L Ammettenza: j B = j tub in c. a. : Y L = j tan(βl) = j arctan = 52 ( )

11 Comportamento in frequenza 20 Amplificatore ideale 6.5 GHz db Gt GHz db GHz db GHz db NF Frequency (GHz) 1.1 i nota come, per un amplificatore ideale, i requisiti sono soddisfatti entro le dovute tolleranze. Le cose cambiano inserendo le discontinuità.

12 chema elettrico dell amplificatore completo MUB Er=2.54 H=0.508 mm T=0.035 mm Rho=1 Tand=0 ErNom=2.2 Name=UB1 MLEF ID=TL2 W=1.411 mm L=4.19 mm PORT P=1 Z=50 Ohm MLIN ID=TL6 W=1.411 mm L=1 mm 2 3 MTEE$ ID=TL5 1 MLIN ID=TL1 W=1.411 mm L=4.69 mm UBCKT ID=1 NET="transistor" 1 2 MLIN ID=TL3 W=1.411 mm L=4.46 mm MTEE$ ID=TL MLI N ID=TL7 W=1.411 mm L=1 mm PORT P=2 Z=50 Ohm MLEF ID=TL4 W=1.411 mm L=4.57 mm

13 Determinazione delle lunghezze elettriche La realizzazione in microstrip richiede di tener conto di una costante dielettrica efficace, che in questo caso (per W = mm si ha Z c = 50 Ω) è data da ε r,eff = 2.104; 2π λ ε r,eff L = Φ i hanno così le seguenti lunghezze: Lunghezze: L LINEA,IN L TUB,IN L LINEA,OUT L TUB,OUT mm

14 Comportamento in frequenza dello schema elettrico con lunghezze ideali Amplificatore con lunghezze ideali GHz db Gt GHz db GHz db GHz db NF Frequency (GHz) 1.1

15 Tuning La modellizzazione delle discontinuità fa sì che le lunghezze elettriche calcolate facciano deviare il comportamento del circuito da quello previsto; In tal caso, grazie ai programmi di simulazione, si può effettuare un tuning in modo da apportare lievi correzioni alle lunghezze elettriche in grado di riportare il circuito al comportamento voluto; Le nuove lunghezze così risultano: Lunghezze: L LINEA,N L TUB,IN L LINEA,OUT L TUB,OUT mm 4.28(4.72) 3.94(4.22) 4.09(4.49) 4.43(4.6)

16 Comportamento in frequenza dello schema elettrico con lunghezze tunate Amplificatore con lunghezze ideali GHz db GHz db 200 MHz GHz db GHz db Frequency (GHz) Gt NF

17 Ottimizzazione Dai grafici precedenti si nota come la specifica sul guadagno, con le tolleranze ammesse, non sia soddisfatta in un intervallo di 200 MHz intorno alla portante; In tal caso si ricorre ad una ottimizzazione sulle lunghezze elettriche del circuito (compresa la larghezza della microstrip);

18 Comportamento in frequenza dell amplificatore ottimizzato F(GHz) NF G T Amplificatore con lunghezze ideali GHz db 200 MHz GHz db GHz db Gt GHz db NF Frequency (GHz) 1.1

19 Layout dell amplificatore Tensione Vgs Tensione Vds

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