2.3. Электрический расчет упч с пав-фильтром

Расчет входной цепи каскада

Входная цепь соединяет выход смесителя с первым каскадом УПЧ. Обычно СВЧ-часть приемника соединяется о УПЧ при помощи отрезка коаксиального кабеля. Принципиальная схема входной цепи представлена на рис.2.14,а, где g_см- выходная проводимость смесителя, y₁₁=g₁₁+b₁₁ - полная проводимость усилительного прибора

Рис.2.14. Схемы входной цепи:

а - принципиальная б - эквивалентная

Расчет входной цепи УПЧ проводится на основе ее эквивалентной схемы, представленной на рис.2.14,б, где С_к- емкость отрезка кабеля, С_п- входная емкость первого каскада УПЧ. Индуктивность L служит для согласования каскадов.

Условием согласования является максимально возможная передача мощности сигнала с выхода смесителя на вход УПЧ. При этом должно выполняться равенство

m₁²g_см=m₂²g₁₁ (2.9)

где m₁= U₁/U_k = С₁₁/(С₁₁+С_k) - коэффициент включения входной цепи со стороны смесителя, m₂= U₂/U_k = С_k/(С₁₁+С_k)- коэффициент включения входной цепи со стороны УПЧ. Из выражения (2.9) можно определить С_k:

контурную емкость С и индуктивность L:

Далее рассчитывается полоса пропускания входной цепи:

определяется ее коэффициент передачи:

и находится минимальное напряжение на входе УПЧ:

где P_cmin- чувствительность приемника, К_РСВЧ=К_РФК_РУВЧК_РПЧ,

К_РФ –коэффициент передачи фидера, К_РУВЧ – коэффициент усиления УВЧ, К_РПЧ - коэффициент передачи смесителя.

Следует отметить, что при правильном выборе усилительного прибора в первом каскаде УПЧ должно выполняться неравенство ∆f_ВХ.Ц.»∆f_п, где ∆f_n - полоса пропускания фильтра, рассчитанная в 2.2.

Расчет согласующих цепей каскада

Частотные характеристики ВШП и, следовательно, фильтров на них периодические, так как излучение и прием ПАВ происходят в дискретных точках. В этом смысле фильтры на ПАВ подобны дискретно-аналоговым фильтрам. Нетрудно установить, что при d=V_a/2fo период частотной характеристики равен 2fo. Указанная периодичность частотной характеристики не представляет собой опасности, так как необходимая избирательность на частотах 2kfo , k = 1,2,..., легко обеспечивается согласующими цепями фильтра, представляющими собой резонансные цепи, настроенные на частоту fo .

Подробное описание согласующих цепей и вывод коэффициентов передачи и отражения ВШП приведены в [11]. В данном учебном пособии рассматривается только порядок расчета согласующих цепей (аналогично расчету входной цепи УПЧ).

Статистическая емкость С_т у фильтров на ПАВ обычно вели­ка из-за большого числа электродов ВШП. В этом случае фильтры подключаются к усилительным каскадам через согласующие цепи, принципиальная схема которых представлена на рис.2.15. При такой схеме согласования достигается максимальный коэффициент усиления каскада с фильтром на ПАВ.

Рис.2.15. Принципиальная схема согласующих цепей

Расчет согласующих цепей начинается с определения по табл.2.1 требуемого, ослабления L_отр сигнала трёхкратного прохождения при котором вносимая им неравномерность частотной характеристики в полосе пропускания не превосходит заданного значения A2 (см. 2.2). Затем по формуле [11]

где L_отр задано в децибелах, находится параметр b и вычисляется вносимое фильтром затухание L_ф в децибелах:

По найденному значению параметра b вычисляется эквивалентная шунтирующая проводимость [11]:

которая определяет степень подавления эхосигнала трехкратного прохождения и вносимое фильтром затухание.

Далее определяются коэффициенты трансформации m₁ и m₂. Коэффициент трансформации входной согласующей цепи

где -проводимость на выходе транзистора или микросхемы, при которой обеспечивается устойчивое усиление каскада. Коэффициент трансформации выходной согласующей цепи

где - активная составляющая входной проводимости нагрузки фильтра (входной проводимости последующего усилительного каскада).

Затем рассчитываются дополнительные емкости С1, С2, С3 и С4 с учетом выходной емкости C₂₂ транзистора или микросхемы и входной емкости C₁₁ нагрузки фильтра.

Если С_т/С₂₂>m₁, то

; C3=0

Если C_т/C₂₂<m₁ , то

C1=0; C3=m₁C₂₂-C_т

Аналогично, при С_т/C₁₁>m₂

; C2=0

и при С_т/C₁₁<m₂

C4=0; C2=m₂C₁₁-C_т

Значения шунтирующих резисторов R1 и R2 входной и выходной согласующих цепей, с помощью которых обеспечивается заданное подавление сигнала трехкратного прохождения, определяются выражениями:

Контурные индуктивности согласующих цепей

где C'=Cт при C_т/С₂₂≥ m₁; C'=Cт+С3 при C_т/С₂₂< m₁ ; С"=Ст при С_т/С₁₁≥ m₂; С"=С_т+C2 при C_т/С₁₁< m₁.

Коэффициент усиления каскада с фильтром на ПАВ

где Y₂₁ - крутизна транзистора или микросхемы каскада на частоте fo, L_ф - затухание, вносимое фильтром на ПАВ.

Расчет согласующих цепей завершается определением их по­лосы пропускания

Если , то можно пренебречь влиянием согласующих цепей на частотную характеристику фильтра. В этом случае мож­но также не принимать во внимание зависимость проводимости излучения ВШП G_A(f) от частоты. В противном случае, используя зависимости рис.2.16, необходимо учесть дополнительную нерав­номерность АЧХ, обусловленную согласующими цепями и проводимостью излучения ВШП, и скорректировать расчет фильтра (см. рис. 2.2), уменьшив значение неравномерности A2 за счет сигнала трехкратного прохождения.

Рис.2.16 Влияние согласующих цепей на

неравномерность АЧХ-фильтра на ПАВ

Семейство кривых, показанных на рис.2.16, характеризует искажения ∆ амплитудно-частотной характеристики фильтра на верхнем (правые кривые) и нижнем (левые кривые) краях полосы пропускания при различных отношениях в зависимости oт относительной полосы пропускания фильтра.

Для входной и согласующих цепей УПЧ также имеются программы расчета на ЭВМ в диалоговом режиме.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Петров Г.В., Толстой А.И. Линейные балансные СВЧ-

усилители М.: Радио и связь, 1983.

2. Данилин В.Н. и др. Аналоговые полупроводниковые интегральные схемы СВЧ / В.Н.Данилин, А.И.Кушнаренко, Г.В.Петров. М.: Радио и связь, 1985.

3. Карсон Р. Высококачественные усилители / Пер.с англ.; Под ред. В.Р.Магнушевского. - М.: Радио и связь, 1981.

4. Проектирование радиоприемных устройств:

Учеб.пособие/ Под ред. А.П.Сиверса - М.:Сов.радио,

1976.

5. Хелзайн Дж. Пассивные и активные цепи СВЧ Пер.с

англ.; Под ред. Л.С.Галина. - М.: Радио и связь,

1981.

6. Щепеткин Ф.В., Данич Ю.С. Шумовые свойства

транзисторного усилителя дециметрового

диапазона // Электросвязь.-1973.-№ 2,-С. 60-65.

7. Петров Г.В. Анализ шумовых свойств ГИС балансных

усилителей // Микроэлектроника.-1979.-Т.8, №2.-С.

I3I-I40.

8. Орлов B.C., Бондаренко B.C. Фильтры на поверхностных

акустических волнах. - М.: Радио и связь, 1984.

9. Речицкий В.И. Радиокомпоненты на поверхностных

акустических волнах. - М.: Радио и связь, 1984.

10.Фильтры на поверхностных акустических волнах

(расчёт, технология и применение)/ Пер. с англ.;

Под ред. Г.Мэттьюза.-М.: Радио и связь, 1981.

11.Богданович В.А., Вострецов А.Г., Елистратов А.О.

Расчёт интегральных пьезофильтров на поверхностных

акустических волнах: Учеб.пособие/ ЛЭТИ.-Л.,I985.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение____________________________________________ 3

1. Расчет усилителя высокой частоты_________________ 4

1.1.Линейные СВЧ-усилители _______________________ 4

1.2. Пассивные элементы СВЧ-усилителей___________ 9

1.3. Сведения из теории линейных СВЧ-усилителей__ 31

1.4. Расчет сопряженно-согласованного усилителя__ 51

2. Разработка усилителя промежуточной частоты_______ 54

2.1. Выбор интегрального пьезофильтра на ПАВ для

усилителя промежуточной частоты_____________ 54

2.2. Методика расчета интегрального ПАВ-фильтра_ 64

2.3. Электрический расчет УПЧ с ПАВ-фильтром____ 80

Список литературы___________________________________ 85

1