Nagyfrekvenciás. Elektronikája

Nagyfrekvenciás N Rendszerek R Összefoglaló Elektronikája E Alapvető összefüggések Smith diagram, származtatása Tápvonaltípusok, S-paraméterek Ferrites eszközök, szűrők, rezonátorok Oszcillátorok, szintézerek Erősítő tipusok, kiszajú erősítők Teljesítményerősítők Detektorok, keverők Kontroll eszközök: csillapítók, kapcsolók, modulátorok, stb. Bonn Hungary Elektronikai Kft. www.bhe-mw.eu dr. Kazi Károly

Tápvonalelméleti alapok L 1 R L 1 Z 1 R 1 0 Z C 0 1 G 1 C 1 G 1 Általános, ideális, ill. kisveszteségű eset Terjedési tényező: γ = α + j β általánosan: γ = (R 1 +jωl 1 )(G 1 +jωc 1 ) Csillapítási tényező: α (ideális eset: α = 0 ) Fázistényező: β (ideális eset: β= 2π/ λ ) Hullámellenállás: Z 0 = R 1 +jωl 1 G 1 +jωc 1 Z - Z 0 Feszültség reflexiós tényező: Γ = U = e -j2βl = Γ 0 e -j2βl h Z + Z 0 U r U Feszültség állóhullámarány: r = max 1+ Γ = = 1- Γ U min 1+Γ 0 1-Γ 0 Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 2

A Smith-diagram I. A grafikus kapcsolat az impedancia és a reflexiós tényező között U r Z - Z Γ = = 0 e -j2βl = Γ 0 e U -j2βl h Z + Z 0 Komplex formában: Γ = U + jv Az impedanciát normalizáljuk Z 0 -ra és jelöljük Z -vel: Z Z 0 A fentiekből: U + jv = R -1+jX R +1+jX Ezt valós és képzetes részre megoldva kapjuk: = Z = R +jx (Z 0 általában 50 Ω) U = R 2-1+X 2 és V = (R +1) 2 +X 2 2X (R +1) 2 +X 2 Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 3

A Smith-diagram II. X -t kiejtve kapjuk: ( R U - + V 2 ( = (R +1) R +1) 1 2 )2 ami tulajdonképpen az U = R (R +1) és V = 0 középpontú, 1 jv r = 1 R +1 sugarú körök egyenlete ábrázolva -1 R =0 R =0.5 R =1 R =2 1 U Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 4-1

A Smith-diagram III. Az előző lépést alkalmazva, de az R kiejtésével: +( ( 1) U - 2 1 ( V - = 1 X )2 X )2 kifejezést kapjuk, ami viszont az és U = 1 r = 1 és V = X 1 X középpontú, sugarú körök egyenlete X = +0.5 1 jv X = +1 X = +2-1 1 U ábrázolva X = -0.5-1 X = -1 X = -2 Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 5

A Smith-diagram IV. Az előző két görberendszer együtt alkotja a Smith (poláris impedancia / admittancia) diagram-ot: Lezárás felé Generátor felé λ /2-re periodikus Impedancia diagram Tükörképe: Admittancia diagram Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 6

Csőtápvonal a b Előnyei: - kis veszteségű - jó izoláltságot biztosít - nagy teljesítményeken is használható - áramköri elemek mechanikus kialakíthatósága Hátrányai: - nagy méretek, súly - korlátozott sávszélesség - nehezen integrálható - sorozatgyártásban is drága Tipikus adatok: E-sáv: 0,75-1,12 GHz, X-sáv: 8,2-12,4 GHz, a=247,7 mm, b=123,8 mm a=22,9 mm, b=10,2 mm Alkalmazása napjainkban: mm hullámú áramkörök, kiszajú antenna tápfejek Más keresztmetszetű (kör, négyzetes, ill. bármilyen szabálytalan) is lehet Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 7

Koaxiális tápvonal D Főbb csatlakozótípusok: d Előnyei: - kis veszteségű is lehet - jó izoláltságot biztosíthat - kábel jellegű, összekötésekre jól használható - nagy sávszélességű Hátrányai: - technológiailag bonyolult, viszonylag drága - nehezen integrálható BNC DC - 1 GHz d=2 mm, D=4,6 mm (RF rendszerek) 7/16 DC - 6 GHz d=7 mm, D=16 mm (GSM, UMTS rendszerek) N DC - 12 GHz d=3 mm, D=7 mm (egyik leggyakoribb) SMA, K DC - 26 GHz d=1,5 mm, D=3,5 mm (másik leggyakoribb) SSMA DC - 40 GHz d=1,2 mm, D=2,7 mm (csak nagy frekvenciákra) Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 8

Stripline, v. triplate tápvonal w Főbb alkalmazásai: t B ε r Előnyei: - viszonylag kis súly, kis méret - nagy sávszélesség - jól illeszkedik a sorozatgyártási technológiákhoz - jól tervezhető, nem sugároz - összetettebb áramkörök építhetők Hátrányai: - nagyobb veszteség - nehézkesen hangolható - tápvonalmódusok létrejöhetnek - sorozatban gyártott drop-in elemek (iránycsatolók, hibridek, cirkulátorok, stb.) - érzékenyebb, de hangolást nem igénylő áramkörök, pl. szűrők Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 9

Microstrip-line tápvonal w Főbb alkalmazásai: t ε r H Előnyei: - kis súly, kis méret - nagy sávszélesség - olcsón gyártható sorozatban - ideális összetettebb áramkörök építésére - könnyen hangolható, akár mérés közben Hátrányai: - nagyobb veszteség - nagyobb áthallások - sugárzási effektusok - leggyakrabban használt tápvonalfajta, megegyezik a hagyományos nyák technológiával, vegyesen is használható - többnyire ezt használják az MIC technológiában Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 10

Egyéb tápvonalfajták Coplanar (GND nélkül is) Slotline / rés vonal (GND nélkül is) Parallel plate line (GND nélkül is) Suspended substrate line - általában vegyesen, az adott feladatnak megfelelően kombinálva használják Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 11

S (szórási) paraméterek, mátrix Mikrohullámon: pólusok helyett kapukat célszerű használni Z 01 S Z 02 a 1 a 2 b 1 b 2 Vektoros formában felírható: Áramok és feszültségek helyett: kapocspári (port) hullámparaméterek a i = U i+ Z 0i b i = U i- Z 0i i = 1, 2 U i+ és U i- az i-edik kapun a haladó és reflektált feszültség, Z 0i az i-edik kapu hullámellenállása b = S. a Definició: Részletezve: b 1 S 11 S a 1 b = 12. 2 S 21 S 22 a 2 b 1 =S 11. a 1 +S 12. a 2 b 2 =S 21. a 1 +S 22. a 2 b 1 b S 11 = a1 a 2 =0 és 2 S 22 = a2 a 1 =0 b 1 b S 12 = a2 a 1 =0 és 2 S 21 = a1 a 2 =0 azaz S ii a reflexiótényező az i-edik kapun, ha a többi illesztetten van lezárva és S ij az átviteli tényező az j-edikről az i-edik kapura, ha a többi illesztetten van lezárva Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 12

S mátrix tulajdonságai különféle négypólusok esetén A NP tulajdonsága Az S mátrix tulajdonsága A mátrixelemek közötti kapcsolat A NP-t leíró valós adatok Általános S 11 ;Φ 11 S 12 ;Φ 12 Reciprok Főátlóra szimmetrikus, azaz S = S S 12 = S 21 S 11 ;Φ 11 S 21 ;Φ 21 S 22 ;Φ 22 S 21 ;Φ 21 S 22 ;Φ 22 Reciprok, reaktáns S = S és S*. S = E azaz unitér S 12 = S 21 ; S 11 = S 22 2 S 21 = 1- S 22 2Φ 12 = Φ 11 + Φ 22 ± π 2 S 11 ;Φ 11 Φ 22 Szimmetrikus, reciprok, reaktáns Mindkét átlóra szimmetrikus, unitér, azaz S*. S = E S 11 = S 22 ; S 12 = S 21 2 2 S 21 = 1- S 11 Φ 12 = Φ 11 ± π/2 S 11 ;Φ 11 Jelölések: S : transponált (sor oszlop csere) S* : konjugált E : egység (főátlóban 1) Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 13

Főbb jellemzők leírása hullámparaméterekkel A négypólusba befolyó teljesítmény: A négypólusból kifolyó teljesítmény: A Γ 1 bemenő reflexió Γ 2 lezárás esetén: 1 P be = a*. 1 a = ( a 2 1 + a 2 2 ) 2 2 1 P ki = b*. 1 b = ( b 2 1 + b 2 2 ) 2 2 Γ 1 S a 1 a 2 Γ 2 b 1 =S. 11 a 1 +S. 12 a 2 b 2 =S. 21 a 1 +S. Γ 2 = a 2 Γ 22 a 1 = b 1 a b 2 2 1 b 1 b 2 Γ 1 = S 11 + S 12. S 21. Γ 2 1 - S 22. Γ 2 Γ 2 = 0 Γ 1 = S 11 Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 14

Kétkapus, passzív, reciprok, reaktáns szerkezetek szórási mátrixa Ilyen áramkör: pl. egy tápvonalszakasz (bármilyen reaktáns elemmel) ez egyben szimmetrikus is: S 12 = S 21 Ζ 01 = 1 a 1 S S Ζ 02 = 1 b 1 b 2 S 11 = Γ 1 = b 1 a 1 Levezethető: a 2 = 0 S = a 1 = 0 S 11 ± j 1 - S 11 2 b 1 b 2 a 2 S 22 = Γ 2 = b 2 a 2 ± j 1 - S 2 11 S 11 Tehát a szórási mátrix egy paraméterrel (S 11 ) teljesen meghatározott, azaz csak egyetlen egy műszaki előírást adhatunk rá (ez általában a bemeneti reflexiótényező) Ideális esetben reflexió és csillapítás mentes, S 11 =S 22 =0, S 12 = S 21 = 1, a fázisa a referenciasíktól függ Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 15

Izolátorok szórási mátrixa Egyik legfontosabb, veszteséges nonreciprok kétkapu az izolátor 1 2 Ideális esetben: S = 0 0 e -jφ 0 Általában ez nem igaz, de felírható, hogy: S 11, S 12 és S 22 << S 21 Az izolátorok jóságát a 0-val közelített elemek eltűnésének mértéke határozza meg. A gyakorlati izolátorokat az S 11 és S 22 reflexiós tényezők helyett a könnyebben mérhető r 1 és r 2 feszültség-állóhullámaránnyal szokták jellemezni. r 1 = 1 + S 11 és r 2 = 1 - S22 1 - S11 1 + S 22 Az S 12 és S 21 átviteli tényezők helyett pedig az a 1-2 és a 2-1 csillapításokat használják (db-ben): a 2-1 = 20 lg 1 és a 1-2 = 20 lg 1 S 12 S 21 Ideális esetben r 1 = r 2 = 1, a t = a 1-2 = 0 és a i = a 2-1 =. Az izolátor jóságát a szelepviszony adja meg: R = a i a t Gyakorlati adatok: r 1, r 2 1,02 és R 100 (pl.: a t 0,2 db, a i 20 db) Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 16

Cirkulátorok szórási mátrixa A legfontosabb, veszteségmentes nonreciprok három- (vagy több) kapu a cirkulátor 1 2 3 0 0 S = (A referenciasík megfelelő megválasztásával) A valóságban itt sem tűnnek el a 0-ás elemek, de értékük jóval kisebb az 1-es elemekénél! S = 0 S 12 S 21 0 S 31 S 32 S 13 S 23 0 Ideális esetben: Kihasználva, hogy veszteségmentes, illesztett 3 kapu S = 0 e jφ 21 0 0 0 e jφ 32 1 0 e jφ 13 A reflexiós tényező nem független a záróirányú csillapítástól, a mátrix egyenleteket megoldva, a másodrendű kicsi tagokat elhanyagolva kapjuk: 0 0 0 1 1 0 0 vagy S = 0 0 e jφ 31 e jφ 12 0 0 0 e jφ 23 0 S 11 S 23 S 22 S 31 S 33 S 12 Gyakorlati adatok: a 3-2 [db]= 20 lg 20 lg = 20 lg 1 S 23 1 S 11 1 Γ 1 r 1, r 2, r 3 1,02 és a t 0,2 db, a i 20 db) Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 17

Elméleti alapok Anyagok mágneses tulajdonságain alapul Elektron mint töltés kétféle mozgása (mag körüli, ill. perdület) Mágneses momentum (ferrites anyagok esetében: perdület a döntő) Alapjában véve véletlenszerű az irányítottság makro szinten semleges Külső térrel rendezve mágnesessé válik állandó mágnesek (ha a külső teret megszüntetve megmarad), <T C ferritek tulajdonságai (külső térrel vezérelhetők ), táp (bias): állandó mágneses tér Az elektromágneses hullám terjedése ferritekben a mágneses tulajdonságoktól függően irányonként más terjedési tényező csillapítás, polarizáció elforgatása rezonancia jellegű viselkedés, szűrők, oszcillátorok Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 18

Izolátorok szórási mátrixa Egyik legfontosabb, veszteséges nonreciprok kétkapu az izolátor 1 2 Ideális esetben: S = 0 0 e -jφ 0 Általában ez nem igaz, de felírható, hogy: S 11, S 12 és S 22 << S 21 Az izolátorok jóságát a 0-val közelített elemek eltűnésének mértéke határozza meg. A gyakorlati izolátorokat az S 11 és S 22 reflexiós tényezők helyett a könnyebben mérhető r 1 és r 2 feszültség-állóhullámaránnyal szokták jellemezni. r 1 = 1 + S 11 és r 2 = 1 - S22 1 - S11 1 + S 22 Az S 12 és S 21 átviteli tényezők helyett pedig az a 1-2 és a 2-1 csillapításokat használják (db-ben): a 2-1 = 20 lg 1 és a 1-2 = 20 lg 1 S 12 S 21 Ideális esetben r 1 = r 2 = 1, a t = a 1-2 = 0 és a i = a 2-1 =. Az izolátor jóságát a szelepviszony adja meg: R = a i a t Gyakorlati adatok: r 1, r 2 1,02 és R 100 (pl.: a t 0,2 db, a i 20 db) Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 19

Izolátorok alkalmazásai Különféle áramköri egységeknek, a jel haladási útján történő, egymástól való elválasztására használják Generátor Terhelés Kritikus: S 11 Az ún. terhelés-visszahatás csökkentése (Átviteli csillapítás tip.: 0,2 db Izoláció tip.: 20 db) Jel bemenet Előerősítő Keverő KF kimenet Az előerősítő leválasztása a helyi oszcillátorról Kritikus: S 11 és S 12 Helyi oszc. Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 20

Izolátor tervezése reflexió leválasztására Γ 1 Γ 2 T Γ 1 = S 11 + S 12. S 21. Γ 2 1 - S 22. Γ 2 Jó izolátor esetén: S 21 1 valamint S 11, S 12 és S 22 << S 21 Γ 1 S 11 + Γ 2 S 12 S 21 S 11 + Γ 2 S 12 e jφ 21 Felhasználva: a z = 20 lg 1 S 12 a legrosszabb esetben a reflexiók összeadódnak Γ a z = 20 lg 2 + 20 lg Γ 1 Γ1 - Γi1 Γ 1 S 11 + Γ 2 S 12 Γ 1 izolátor S 11 alapcsillapítás a = α a za a saját reflexió miatt szükséges záróirányú csillapítás többlet Γ 2 a z (1 + α) a zs = (1 + α) 20 lg Γ1 a za Példák: α = 0,5 a Γ 1 Γ a z 30 lg 2 Γi1 Γ 1-1 Γ1 Γ 2 Γ 1 Γ i1 Γ 1 1- Γ 2 α α értékét célszerű 0,5 1 közé venni, ha Γ 1 nagyon kicsi, α legyen nagy Γ = 0,5; Γ 2 1 = 0,05 -re a z 30 db, Γ i1 0,684. Γ 1 = 0,0342; FÁHA = 1,07 α = 1 Γ a z 40 lg 2 Γ i1 Γ 1-1 Γ1 Γ 2 Γ 2 = 0,5; Γ 1 = 0,05 -re a z 40 db, Γ i1 0,9. Γ 1 = 0,045; FÁHA = 1,09 Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 21 Γ 1

Cirkulátorok szórási mátrixa A legfontosabb, veszteségmentes nonreciprok három- (vagy több) kapu a cirkulátor 1 2 3 0 0 S = (A referenciasík megfelelő megválasztásával) A valóságban itt sem tűnnek el a 0-ás elemek, de értékük jóval kisebb az 1-es elemekénél! S = 0 S 12 S 21 0 S 31 S 32 S 13 S 23 0 Ideális esetben: Kihasználva, hogy veszteségmentes, illesztett 3 kapu S = 0 e jφ 21 0 0 0 e jφ 32 1 0 e jφ 13 A reflexiós tényező nem független a záróirányú csillapítástól, a mátrix egyenleteket megoldva, a másodrendű kicsi tagokat elhanyagolva kapjuk: 0 0 0 1 1 0 0 vagy S = 0 0 e jφ 31 e jφ 12 0 0 0 e jφ 23 0 Gyakorlati adatok: S 11 S 23 S 22 S 31 S 33 S 12 a 3-2 [db]= 20 lg 20 lg = 20 lg 1 S 23 1 S 11 1 Γ 1 r 1, r 2, r 3 1,02 és a t 0,2 db, a i 20 db) Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 22

Cirkulátorok alkalmazásai A leggyakrabban alkalmazott giromágneses eszköz, azonos frekvenciájú, de ellentétes irányba haladó jelek egymástól való elválasztására használják Jel kimenet 1 3 2 T Jel kimenet 1 3 Egykapus erősítő Vevő 1 3 Jel bemenet 2 Jel bemenet 2 Adó Izolátor Reflexiós erősítő Adó-vevő Antenna Be 1 3 2 f 1 1 3 2 f 2 f 3 Be 1 3 2 f 1 f 1 f 2 1 3 2 f 2 f 3 Csatorna szűrőváltó elrendezések Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 23

Tranzisztorok kétportos szórási mátrixa G D S D G S S G D erősítők szélessávú oszcillátorok közepes teljesítményű oszcillátorok Bármely konfigurációban tud aktív eszközként viselkedni Tranzisztorok háromportos szórási mátrixa a 1 G D a 2 b 2 Mérhető, vagy a kétportos paraméterekből származtatható Z 0 b 1 S a 3 b 3 Z 0 Oszcillátortervezésnél, a pontosabb visszacsatolás modellezésben sokszor előnyösen használható Z 0 Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 24

A Szűrők főbb jellemzői Nem foglalkozunk a speciális (pl. lineáris fázisú, futási idő korrektor, ill. aktív) szűrőkkel (ezeket a speciális korrekciókat ritkán oldják meg mikrohullámon, ill. az aktív szűrők zaja, stabilitása a gond) Passzív, lineáris és (első közelítésben) veszteségmentes kétkapuk kis csillapítású az áteresztősáv f 1 < f < f 2 A a m a 0 f 1 f 2 f 3 f 4 F - ezek alapján megkülönböztetünk: LPF, HPF, BPF, BSF A A nagy csillapítású a zárósáv f 3 < f < f 4 A a m a m a m a m a 0 f F 1 f 2 f 3 aluláteresztő (low pass filter) LPF a 0 F f 1 f 2 f 3 felüláteresztő (high pass filter) HPF a 0 a 0 F f 1 f 2 f 3 f 4 f 1 f 2 f 3 f 4 F sáváteresztő sávzáró (band pass filter) (band stop filter) BPF BSF Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 25

Szűrőtervezés 1. A mikrohullámú integrált szűrők megvalósításuk, tervezésük szempontjából lehetnek: - koncentrált, ill. kvázikoncentrált paraméterűek Valamilyen szinten mindegyik visszavezethető a koncentrált elemű szűrők tervezésére Koncentrált elemű szűrők tervezése: jól ismert szűrőelmélet, szintézis, tervezési módszerek - rezonátor inverter típusúak - azonos hosszúságú tápvonalszakaszokból felépítettek valamennyi átviteli típus visszavezethető aluláteresztő típusra A A A csak főbb vonalaiban A a m a 0 Ω a = 2πf a = 1 f a F a m a 0 Ω = f f a f a F a m a 0 f a1 f a2 F a m a 0 f a1 f a2 F Sávszűrőkre a transzformálhatóság feltétele: f a1. f a2 = f z1. f z2 = f 0 2 f f 0 f a2 f a1 Ω = f 0 f f Ω = 0 f a2 f a1 f f 0 f 0 f 0 f Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 26

Szűrőtervezés 2. Az aluláteresztő jellege lehet: A A A F Az áteresztő sávban maximális laposságú F Az áteresztő sávban egyenletes (Csebisev) F Mindkét sávban egyenletes (elliptikus) A megvalósítás koncentrált, normalizált elemekkel: g 1 g 3 g N g 2 g 4 g N-1 g 0 g g 2 g 4 g N+1 g 0 N-1 g g 1 g N g N+1 3 A gyakorlati mikrohullámú megvalósítás rezonátorokkal történik Probléma: a rezonátorok összekötése a távolság összevethető a hullámhosszal Megoldás: tervezési segédeszköz az inverter bevezetése Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 27

Inverterek Passzív, veszteségmentes, szimmetrikus kétkapuk: Z 1 impedanciát Z 2 -be transzformálják az alábbi definíció szerint: Z 1. Z 2 = K 2 ahol K az inverterre jellemző (frekvenciafüggetlen) modulus, Ω-ban 90 0 -os fázistolást valósít meg a bemenet és kimenet között gyakran normalizálják a hullámimpedanciára Az inverterek transzformációs tulajdonságai: K Z 1 Z 2 K Z 1 K Z 2 90 0 Z 1. Z 2 = K 2 Z 1. Z 2 = K 2 K Z 1 K Z 2 K 1 K 2 K 3 K Z 1. Z 2 = K 2 Impedancia-inverter (K) Admittancia-inverter (J = K -1 ) Megvalósításuk: - L(C) - L(C) L(C) (keskeny sávban) K hullámellenállású, λ/4 (90 0 ) hosszúságú L(C) - L(C) - L(C) tápvonalszakasz K = K 1. K 3 K 2 K = ω. L 1 K = ω. C Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 28

Rezonátorok Koncentrált esetben (L i, C i ) rezgőkör a gyakorlati rezonátoroknak több rezonanciafrekvenciája van egy rezonanciafrekvencia közelében jól leírható rezgőkörrel Mikrohullámon L i és C i helyett: ω 0i = 2. π. f 0i = 1 Li. C i rezonancia (kör)frekvencia soros esetben x i = 2 ω 0i párhuzamos esetben dx i ω 0i db i b dω i = 2 dω reaktanciameredekség admittanciameredekség Terhelt jósági tényező L R 0 L C R 0 L R 0 R 0 C C C L 1 Q t = 2R0 x k = ω 0. L L C 2 Q t = R0 x k = ω 0. L L C Q t = R 0 C 2 L b k = ω 0. C Q t = 2. R C 0 L b k = ω 0. C Soros / párhuzamos rezgőkörök transzformációja párhuzamos / sorossá: R 0 Q párh. =. Q K soros 2 és fordítva K 2 Q soros =. Q R0 párh. a jósági tényező is transzformálható, ha: R 0 = K Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 29

Rezonátorok megvalósítása Fajtái: félhullám hosszúságú tápvonalszakasz méretezése viszonylag egyszerű jósági tényezője nagyon jó is lehet tetszőleges formájú fizikai üreg méretezése alakfüggően bonyolult lehet jósági tényezője nagyon jó is lehet csőtápnonal, mikrosztrip általában mértani alakzat koaxiális üreg méretezése könnyebb lehet jósági tényezője nagyon jó is lehet becsatolás hurokkal, vagy szondával dielektromos rezonátor kis méret, egyszerű csatolás, jó integrálhatóság viszonylag nagy jósági tényező giromágneses (YIG) kis méret, nagy jósági tényező nehezen gyártható, érzékeny, drága szélessávú hangolhatóság diszk gyűrű nagy hiszterézis Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 30

Gyakorlati szűrőfajták Rezonáns üregekkel megvalósított - csatolt üregek - kisveszteségű - nagy meredekségű - általában drága Azonos hosszúságú tápvonalakból felépített szűrők - egyik legelterjedtebb (egyszerű analízis) - inverterekkel transzformált elemek - tápvonalcsonkok (nyitott, v. rövidrezárt) - csatolt vonalas, (pl. mikrosztrip) Elrendezés szerinti nyomtatott szűrők - hajtű (combline) - lépcsős szűrő - csatolt vonalas Tervezési példa Microwave Office-al Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 31

Oszcillátorok főbb jellemzői Frekvencia Kimenő teljesítmény Stabilitás (frekvencia, ill. amplitudó) - hőmérsékletfüggés - tápfeszültségfüggés (push) - lezárás függés (load pull) Zaj (amplitudó: AM ill. fázis: FM) Spektrumtisztaság harmonikusok egyéb jelek Rázásállóság (mikrofónia) Oszcillátorok fajtái Csöves (Klisztronok) (aktív eszköz alapján) Félvezetős Diódás Tranzisztoros IC-s Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 32

Negatív ellenállású (diódás) oszcillátorok (Tunnel-diódás, Gunn-diódás, Impatt-diódás) Dióda kisjelű admittanciája: Y d = G d + jωc d Y d = G 0 (1 α U 2 ) + jωc 0 (1 + βu 2 ) U: effektív feszültség a dióda kapcsokon A rezgés feltétele: Y d (U) + Y(ω) = 0 Valós részre (veszteségekre): Képzetes részre (reaktanciákra): 1 Y(ω) = G + j ωc p ωlp G 0 (1 α U 2 ) = G Y d G d U C p L C p G d dióda ωc d0 (1 + βu 2 ) = ωc p ωlp 1 rezonátor - G d G 0 terhelés (+ összes veszteség) G U A dióda teljesítménye: A berezgés folyamata: U = 0; G 0 > G U addig nő, míg - G d = G P = G U 2 = G 0 (1 α U 2 ) U 2 P max = 0,5 G 0 U 2 (a dióda veszteségét is figyelembe véve, a A rezgési frekvencia: f 0 = 1 2π L p (C p + C d0 (1 + βu 2 )) valóságban kicsit kisebb) U növelésével f 0 kissé csökken Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 33

Diódás oszcillátor konstrukciók 1. DC Csőtápvonalas: (waveguide) Mechanikus hangolás Gunn-dióda rezonáns hossz hangolócsavarral rövidzárral kisebb terhelt Q nagyobb hangolási sávszélesség Elektronikus hangolás hangoló feszültség varaktor dióda Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 34

Diódás oszcillátor konstrukciók 1. DC Csőtápvonalas: (waveguide) Mechanikus hangolás Gunn-dióda rezonáns hossz hangolócsavarral rövidzárral kisebb terhelt Q nagyobb hangolási sávszélesség Elektronikus hangolás hangoló feszültség varaktor dióda Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 35

Diódás oszcillátor konstrukciók 2. Koaxiális: Elektronikus hangolás Varaktor-dióda DC táp Gunn-dióda Mechanikus hangolás 2. harmonikus elnyomása Mikrosztrip: λ 8 P ki λ 2 LPF Kimeneti csatlakozó Gunn-dióda Z 0 λ 2 C L C L DC táp Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 36

Tranzisztoros oszcillátor Dielektromos rezonátoros Kimenet LPF Z D DRO G S R Tápfeszültség Oszcillátorok külső jósági tényezőjének mérése: Injektálásos módszerrel Injektáló bemenet 3 1 Kimenet Adler formula 2 Mérendő oszcillátor B L = 2ω 0 Q ext P i P o Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 37

Fáziszaj P P c f c f 1 Hz dbc Hz @ f f dbc Pl.: - 80 @ 10 khz Hz Vezérelt oszcillátor fáziszaja injektált fáziszaja injektáló fáziszaja P f c P c szabadonfutó fáziszaja f az injektálás az AM zajt nem csökkenti FM zaj csökkentése stabilitás növelése moduláció Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 38

Tipikus, mért fáziszajgörbe statikus esetben Mért fáziszajgörbe vibrációs terhelés esetén Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 39

Varaktoros hangolású tranzisztoros DRO Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 40

Szinkronizálási technikák, szintézerek Egyhurkos, frekvenciaosztással A hangoló feszültség: U H f R - f 0 /N Referencia oszcillátor Egyhurkos, frekvenciasokszorozással Mikrohullámú oszcillátor f R U H Keverő f 0 /N Mikrohullámú oszcillátor U H Iránycsatoló Frekvencia osztó N Iránycsatoló Kimenet f 0 Kimenet f 0 Osztásarány programozása Referencia oszcillátor f R Sokszorozó keverő Sokszorozás Referencia oszcillátor f R Frekvencia sokszorozó x N N x f R BPF Kimenet f 0 = N x f R Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 41

Szinkronizált VCO mikrohullámú panelja Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 42

Erősítők csoportosítása Kiszajú (LNA), - kis teljesítményű - bemeneti zajtényező - bemeneti illesztés Meghajtó (buffer, driver) - közepes teljesítményű - átviteli karakterisztika - erősítés Nagyteljesítményű (HPA) - kimenő teljesítmény - kimeneti illesztés - hatásfok Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 43

Kiszajú erősítők erősítése A 70-es évek elejéig csöves, majd egyre nő a FET-es erősítők jelentősége Általánosan: Ζ s Γ s a 1 Ζ in Γ in S 11 S 12 S 21 S 22 Ζ out Γ out Ζ L Γ L b 1 b2 a 2 = 0 G T = S 21 2 (1- Γ s 2 )(1- Γ L 2 ) (1- S 11 Γ s )(1- S 22 Γ L )- S 12 S 21 Γ s Γ L 2 A maximális erősítés: Mindkét oldal komplex konjugálttal van lezárva és nincs visszahatás Γ S = S 11 * S 12 = 0 Γ L = S 22 * G max = S 21 2 (1- S 11 2 )(1- S 22 2 ) Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 44

Kiszajú erősítők stabilitása A stabilitási faktor: Rollett féle Feltétel nélkül stabil, ha: K > 1 és K = vagy S 1+ S 11 S 22 - S 12 S 2 21 - S 2 11 - S 2 22 2 S 12 S 21 1+ S 2 11 S 2 22 S 2 > 0 1 S 2 11 + S 2 22 S 2 > 0 Maximális stabil erősítés: MSG = S 21 S 12 ha K < 1 feltételesen stabil Maximális elérhető erősítés: Smith-diagramon ábrázolva: stabilitási körök S 21 MAG = (K K 2 1 ) ha K = 1 S 12 K-tól függően kívül vagy belül stabilak MSG = MAG Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 45

Kiszajú erősítők zaja Az ellenállás zaja R N @T Ν R = ktb LNA N A ; G Ζ L Ν o = N A + G. ktb Boltzmann-állandó Zaj sávszélesség Hőmérséklet K-fokban A zajtényező (NF): S/N in ktb NF = = = = 1+ S in. G G. ktb S/N out S in N 0 N A G. ktb Sorba kapcsolt fokozatok zajtényezője: Kimenő zajteljesítmény: Ν o = G. k. (T 0 +T A )B N 0 F = 1+ T0 Az erősítő zaja (ekvivalens zajhőmérséklet) F F = F 1 + 2 1 F 3 1 + + + G 1 G 2 Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 46 G 1 F n 1 G 1 G n-1 T A T A NF[dB] =10 log(f)= 10 log(1+ ) Szobahőmérséklet (290 K 0 ) T 0

Kiszajú erősítők tervezése 1. Elvileg: Bemeneti illesztés Kimeneti illesztés de helyette, a gyakorlatban: Bemeneti illesztés Közbülső illesztés Kimeneti illesztés Optimum - zajtényezőre - bemenő reflexióra - maximális erősítésre - átviteli kompenzációra - kimenő teljesítményre - kimenő reflexióra S 11 Zaj Freq Tápfeszültség: mindig kettős! Dinamika-tartomány: NF P 1dB Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 47

Kiszajú erősítők tervezése 2. FET paraméterek helyettesítőkép alapján: C DG G L G R G U CGS i DS g m = UCGS R i g m C GS i DS S R S L S R DS R D L D D C DS C DG + C GS: teljes gate csatorna kapacitás R i + R DS: teljes csatorna ellenállás A többi parazita elem Gyakorlatban ma már katalógusadatok (mért S paraméterek) alapján terveznek. Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 48

Kiszajú erősítő megvalósítása (LNBDC) Szűrők Buffer-ek Keverők DRO LNA-k Bemenetek Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 49

LNA layout: Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 50

A teljesítményerősítők tervezésének 10 fő szempontja 1. Megfelelő FET választás (20-30%-al nagyobb teljesítmény, mint a specifikált kimenőszint, alacsony frekvencián Si bipolaris a jobb) 2. Nagyobb feszültségű a jobb (nagyobb letörési feszültség, kisebb áram) 3. Mindig a maximális érték alatt járassuk (áram, feszültség) 4. Réteg-tok-doboz hővezetést a legjobbra kell tervezni (optimalizált hűtési viszonyok) 5. Load-pull (terhelés visszahatás) érzékenységet figyelembe kell venni 6. Ha lehet, tokon belül illesztett (internally matched) eszközt használjunk (jobb a hatásfoka, de sávkorlátozott) 7. Bemenetet minimális csillapításra, kimenetet maximális teljesítményre illesztetjük (előnyös, ha sávon kívül nem erősít) 8. Használjunk kis veszteségű koncentrált, vagy koncentrált-elosztott elemeket (főleg a kimeneti veszteségeket kell minimalizálni) 9. Kis veszteségű teljesítményösszegzőt (85-90% hatásfok) alkalmazzunk 10. Szélessávú illesztésre a kis Q-jú hálózat a legjobb Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 51

I DSS I d Erősítési osztályok IF I d U gs A osztály I d MP t A maximális áram lehetne: -Vp U gs U gs beépített potenciál ~0,5 V U ds U ds I F /2, de I DSS /2 jobb t U gs Resistive load (ohmos lezárás) I d =I dpeek. sin(ω 0 t) (0 < ω 0 t < π) t B osztály Furier sorfejtéssel: t I d = 0 (π < ω 0 t < 2π) Ha viszont nincs RF, nincs DC sem! Mindig van DC komponens t I d =I dpeek. ( + sin(ω 0 t) Σ cos(nω 0 t)) π 1 1 2 π 2 n=2,3 n 2-1 AB osztály Digitális modulációnál C osztály Még kisebb folyási szög Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 52 1

Kompresszió, torzítás P out (db) 1 db-s kompresszió 1 db IP3 Tipikusan 10-12 db a különbség Harmadrendű termék (3 db/db) Egy jel esetén nem annyira zavaró, de többre P in (db) f 2 - f 1 2f 2-2f 1 f 1, f 2 kombinációs termékek frekvencia 3f 1-2f 2 2f 1 - f 2 2f 2 f 1 3f 2-2f 1 2f 1 f 1 + f 2 2f 2 Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 53

Hozzáadott teljesítmény hatásfok (PAE) A teljesítményerősítőknél lényeges szempont: Egy FET-ből kivehető maximális teljesítményre levezethető, hogy a Gate szélesség függvénye: η = P out - P in P DC S D w MMIC-ra tipikus érték a 0,5 W/mm G Tipikus FET teljesítményadatok napjainkban: 2 GHz körül: 200 300 W CW 10 GHz körül: 20 30 W CW 30 GHz körül: 2 3 W CW Ez a legritkább esetben elegendő Párhuzamos kapcsolásra, összegzésre van szükség Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 54

Összegzési technikák I. 1. Elosztott (distributed) erősítő: Szélessávú megoldás, meglehetősen bonyolult, aktív összegzés Input Z G1 Z G2 Z G3 Z G4 Z t C R t U G C R G Z P1 Z P2 Z P3 Z P4 C U D R D C Z D1 Z D2 Z D3 Z D4 Z out Output Csövekre először 1936-ban publikálták 1981-ben GaAs FET-es erősítő 7,5 db gain, 2-14 GHz sáv, 300-350 mw Ma hasonló 2-3 W-os, de keskenyebb sávú Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 55

Összegzési technikák II. 2. Wilkinson-hibrid: Egyszerű megoldás, de keskenysávú Input 1 Input 2 Z 0 Z 0 2 λ/4 R = 2Z 0 λ/4 Output Z 0 Z 0 2 Z 0 és veszteséges ha nem illesztett Azonos fázisú Sáv szélesítése: több szakasz Létezik többágú verziója, de illesztés? Gyakorlatban ezt alkalmazzák Input 1 λ/4 Input 2 Input 3 λ/4 λ/4 λ/4 λ/4 Z 0 Output Input 4 λ/4 Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 56

Összegzési technikák III. 3. Branchline-hibrid: Port 1 Port 4 4. Soros összegzés: Port 2 Port 3 S 21 = - 3 db, α S 31 = - 3 db, α + 90 0 S 41 = Izolált Sávszélesítés több szekcióval Input - 6 db - 4,78 db - 3 db - 3 db - 4,78 db - 6 db Output Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 57

Összegzési technikák IV. 5. Összegzés chipek esetén (IC-kben): Gyakorlati erősítőknél: Kimeneti izolátor Reflektált jel figyelése Hőmérséklet figyelése Áramfelvétel figyelése Bekapcsolási sorrend vezérlése Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 58

Linearizálási technikák: Előrecsatolt (feedforward) erősítő: Főerősítő S+D φ 2 S Input S Alapjel Torzítás -D φ 1 Hibaerősítő Analóg előtorzítás Digitális előtorzítás Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 59

100 W, 2 GHz-es erősítő: Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 60

i Detektálás v i i v t q v i(v) = I. ktn 0 (e 1) C(v) n: idealitási tényező (1 1,5) q: elektron töltése I 0 : dióda telítési árama i(v) v g(v) t 10 000 1 000 100 10 1 0,1 R s V out [mv] telítéses lineáris Először tűs diódák, majd q v d i q g(v) = = I 0 (e ktn ) d v ktn négyzetes 1940 körül az első kristálydiódák: 20 db konverziós veszteség 1945 évek elején: 10 db konverziós veszteség -40-20 0 +20 +40 P in [dbm] 1950 körül: 6 db konverziós veszteség ma már: 4 db konverziós veszteség @ 50 GHz Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 61

200 Előfeszítés hatása 30 β v [mv/µw] 100 50 20 10 5 I 0 = 0 I 0 = 20µA C j = 0,13 pf R s = 10 Ω I s = 1. 10-7 Α β v [mv/µw] 20 10 I 0 = 0 I 0 = 20 µa f = 10 GHz 5 10 15 20 f [GHz] Detektortípusok -50 0 50 100 hőmérséklet [ 0 C] Nagyérzékenységű, keskenysávú V d erősítő Szélessávban érzékeny V d erősítő illesztés illesztés Jel DC C B Z t Jel DC+ill. C B Z t Hőkompenzált illesztés D d - V d erősítő Szélessávban lapos illesztés V d erősítő Jel DC C B D m + Z t Jel 50 Ω C B Z t Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 62

1 m/2 Videó detektálás vett jel m = 0,5 f c - f m f c Keverők IF f c +f m f RF felső oldalsávos lefelé keverés 1+m 2 /2 2m IF m 2 /2 DC LO detektált jel f m 2f m P LO P RF P LO P IF P RF P IF IF 1+m 2 /2 m m m 2 /4 m 2 /4 2f c 2f c ±f m 2f c ±2f m A kikevert jel mindig kisebb mindkét bemenő jelnél alsó oldalsávos felfelé keverés f f Ia = f L -f Ra f If = f Rf - f L alsó oldalsávos lefelé keverés f Ra f L f Rf A másik a tükörfrekvencia (image) f f Ra f L f Rf felső oldalsávos felfelé keverés f Ia = f L +f Ra 2f L f f If = f Rf + f L Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 63

Matematikai leírási módszer: harmonikus balansz technika Furier-transzformáció Időtartományban U-I leírás a diódára (nemlineáris, feltételezés: csak LO van) Frekvenciatartományban leírás a külső áramkörre (lineáris, DC-n, n. LO-n végezzük el) Az illeszkedő felületen megegyeznek? Ha igen, ügyesek voltunk Ha nem, újraszámoljuk Konvergencia esetén, néhány ciklus után kellő pontosságú leírást kapunk Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 64

Keverő típusok I. 1. Egydiódás keverők (Single Ended Mixer): RF illesztés LPF IF 50 Ω Szélessávú LO jel LO DC RF illesztés LPF IF Rögzített LO jel 50 Ω LO DC Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 65

Keverő típusok II. 2. Kétdiódás keverők: Antiparallel Diode Mixer RF BPF LO+IF filter LPF LPF IF Egyszeresen kiegyenlített keverő Single Balanced Mixer LO RF LO Hybrid IF filter LPF IF dióda az illesztőáramkörökkel Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 66

Keverő típusok II. 2. Négydiódás keverő: RF Kétszeresen kiegyenlített keverő Double Balanced Mixer DBM IF I-Q detektor/ demodulátor I 2 db DBM LO LO Elvileg modulátor is! 90 0 Hybrid 0 0 Hybrid RF 50 Ω Q Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 67

Keverő típusok III. 3. Tükörelnyomásos keverő: Image Reject Filter Real IF 0 0 ; Image IF 0 0 RF 90 0 Hybrid 0 0 90 0 0 0 0 0 LO 90 0 0 0 Hybrid Hybrid Real IF Image IF 50 Ω 50 Ω Real IF -90 0 ; Image IF +90 0 (alsó LO frekvenciát felételezve) Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 68

Gyakorlati detektorok, keverők I. Csőtápvonalas (Detektor / Egydiódás keverő) Detektor: csak RF Keverő: RF + LO Det. out / IF Keskenysávú, hangolt Szélessávú, illesztett Csőtápvonalas (Kétdiódás keverő) RF Mágikus T IF LO Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 69

Gyakorlati detektorok, keverők II. Kétszeresen kiegyenlített (DBM) RF IF LO Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 70

Gyakorlati detektorok, keverők III. I-Q vevő I 50 Ω 90 0 Hybrid 0 0 Hybrid RF LO Q Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 71

Kapcsolók (diódás,vagy FET-es, IC-s) Soros R s Kis impedancia Nagy impedancia Z L S 0 C i Z 0 Párhuzamos Nagy impedancia Kis impedancia L S L S Z 0 R s Z 0 C i Legfőbb jellemzők: Beiktatási csillapítás (Insertion Loss, IL) Záró csillapítás, izoláció (Isolation) Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 72

A beiktatási csillapítás számolása IL = V L V LD 2 Z 0 Z = R + jx kapcsoló V LD = 2V L 2 + Z/Z 0 2V L Z 0 V LD 2 + Z/Z 2 0 R IL = = 1 + + 1 R + 1 2 4 Z 0 4 Z 0 A párhuzamos kapcsolóra analóg módon: 2 + Y/Y 2 0 G IL = = 1 + + 1 G + 1 2 4 Y 0 4 Y 0 2 2 Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 73 X Z 0 2 2 A kapcsoló mindkét állapotát ezzel kell számolni, a megfelelő értéket helyettesítve a dióda impedanciája helyébe Gyakorlati adatok: IL = 0,1dB / ISO = 15 db Y = G + jb B Z 0 reaktáns kompenzálással IL = 0,05 db-re javítható

Kapcsoló típusok SPDT (Single Pole Double Throw) Soros OUT2 IN OUT1 Párhuzamos SW1 SW2 OUT1 OUT2 OUT1 SW1 SW2 λ/4 OUT2 A párhuzamos inkább rezonáns jellegű (λ/4) IN Izoláció [db] 30 25 20 15 0,8 0,6 0,4 0,2 Párhuzamos 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 74 IL λ/4 ISO IN Soros f[ghz]

FET-es SPDT kapcsoló Párhuzamos λ/4 50 Ω IN λ/4 50 Ω OUT1 OUT2 10 GHz-en: 0,5 / 25 db OUT1 OUT2 Soros-párhuzamos kapcsolóelemek kombinációja Sn-1 a S3 a S1 a S1 b S3 b Sn-1 b OUT a Sn a S4 a S2 a S2 b S4 b Sn b OUT b Pl.: SP3T 0,5-18 GHz-ig: 0,5 3 db 60-70 db IN Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 75

Kapcsolási idő: Töltések kiürítése az I (Intrinsic) rétegből a rétegvastagságtól függ átütési feszültség lecsökken P[W] Tapasztalati érték: τ = nsec 25 Vezérlés (táplálás) hatása: HPF LPF vezérlés SD Az optimális szűrőkarakterisztika Csillapítás [db] HPF 3 LPF legyen vékony a réteg legyen vastag a réteg (Si-ra, GaAs kb. négyszer jobb) kompromisszum 0,44 Szűrő impulzus felfutási ideje: τ = nsec BW HPF 1/2f 0 f 0 τ = τ 12 +τ 2 2 BW = f 0 3/2f 0 Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 76 f τ 1 = τ 2 = τ F τ = 2 τ F = 1,24 f 0 Pl.: 1 GHz-en Diódára: τ D τ F τ = 1,24 nsec FET-re: τ FET << τ F

Vezérelt csillapítók: PIN dióda: Áram-vezérelt ellenállás: π hálózat: R i = w 2 2µ. τ. I 0 az I réteg vastagsága áram (gyakorlatban: I 0-0,87 ) töltéshordozó élettartam töltéshordozó mozgékonyság az I rétegben T hálózat: PIN 2 PIN 1 R 1 Z 0 U 1 R 2 R 2 Z 0 PIN 2 PIN 1 PIN 1 PIN 2 U 2 Z 0 U 1 U 2 Z 0 Ellenütemű vezérlés: bemenő impedancia Z 0 legyen π hálózatra: K = U 1 U 2 R 1 = Z 0 (K -1/K) 2 R 2 = Z 0 (K+1) (K -1) Analóg csillapító (Hittite) Pl.:IC DC-20 GHz, 32 db, (két vezérlő fesz. kell) Alapcsillapítás: 1-2 db, fázistolás: 0-190 0 Digitális csillapító (Hittite) Pl.:IC (6 bit) DC-13 GHz, 31,5 db, 0,5 db lépés Alapcsillapítás: 3-4 db, fázistolás: 0-60 0 Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 77

Limiterek I: Alapban csak minimális beiktatási csillapításuk van Egy adott bemenő teljesítményszint felett limitálnak Alkalmazásuk: Vevők védelme: saját, és/vagy más, közeli adókkal szemben Szélessávú generátorok állandó kimenő szintjének biztosítása Fázismodulált rendszerek AM zajának csökkentése 30 Átviteli karakterisztika Izolációs csillapítás Schottky-diódás: egyenirányító jellegű U in D 1 D 2 U out i u u U out t P out [dbm] 20 10 Beiktatási csillapítás Ideális limiter áteresztési szint 10 20 30 40 P in [dbm] U in D 1 D 2 L U out c U in Varaktor-diódás: kis teljesítményen rezonáns jellegű előbb a rezonancia elhangolódik, majd egyenirányító hatás Mindkét fajta csak kis teljesítményt visel el u Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 78

Limiterek II: Nagyobb teljesítmények kezelése: PIN diódás limiter Ún. vezetőképesség-modulátor (az RF feszíti elő, ill. zárja le) Elvi kapcsolásban hasonlít az előzőekhez Valamivel lassúbb (főleg a nagyteljesítményűek) Gyakorlati elrendezések: IN PIN VARAKTOR OUT A PIN megvédi a varaktort IN DET PIN VARAKTOR OUT A detektor gyorsítja a reagálást, s bekapcsolja a PIN-t Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 79

Fázistolók: Lehet digitális, vagy analóg Ferrites, vagy félvezetős, ez utóbbi diódás vagy FET-es Reflexiós, vagy átviteli (transzmissziós) jellegű Digitális elrendezések: Transzmissziós vonal 1 SW1 IN SW2 φ 1 φ 2 Reflexiós OUT SW1 OUT SW2 1 2 3 φ 2 /2 φ 1 /2 φ 3 /2 SW1 SW2 vonal 2 IN (hibrid is lehet) Probléma: a nem tökéletes kapcsoló: kikapcsolt vonal rezonanciát okoz, de kihangolható Folytonos elrendezés: kis értékű reaktancia (reflexiós, de egy λ/4-re elhelyezett másikkal kompenzálható) Megvalósítása, pl. varaktorral IN jb 1 λ/4 jb 2 OUT Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 80

Modulátorok: Amplitudó modulátor: Bármely kapcsoló, vezérelt csillapító (járulékos fázismoduláció) Fázismodulátor: Bármely vezérelt digitális - fázistoló (járulékos amplitudómoduláció) Vektormodulátor (amplitudó és fázis): Amplitudó és fázismodulátorok megfelelő kombinációja (általában diszkrét helyzetű) I-Q modulátor (folytonos fázisban és amplitudóban is) I IN 90 0 Hybrid DBM 0 0 Hybrid OUT DBM 50 Ω Q Frekvenciamoduláció: Jelforrások frekvenciájának változtatása (varaktor, YIG, stb.) Egyéb áramkörök: Frekvenciaosztók, frekvencia sokszorozók, fésűgenerátorok Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 81

Sok sikert kívánok! A puskázás még fegyverviselési engedély birtokában is elnyeri méltó büntetését! Bonn Hungary Elektronikai Kft. dr. Kazi Károly 82