březen 2021
Úvod
Zesilovač s MRF286, vyrobený na substrátu FR4, nevyniká na kmitočtu 2400 MHz excelentním ziskem. Proto je naší snahou dobré přizpůsobení na vstupu. V popsaném návrhu jsem použil dříve navržený a vyzkoušený motiv. Deska však byla vyrobena jinou technologií a substrát pocházel od jiného výrobce.
Přizpůsobení vstupu před úpravami vstupního obvodu
Z naměřených diagramů vidíme, že vstup je nějak přizpůsoben kolem kmitočtu 2540 MHz a dle spirály ve Smithově diagramu vidíme, že se směrem k nižším kmitočtům spirála roztáčí a vzdaluje se od dobrého přizpůsobení. Pomůžeme si modelováním vstupu ve Smithově diagramu a rozhodneme o přizpůsobení vstupu změnou dvou kapacit vstupního obvodu (vysvětleno s ukázkou diagramu na konci článku).
Přizpůsobení vstupu po naladění vstupního obvodu
Po naladění vstupu je nejlepší RL = 35.8 dB na kmitočtu 2.397 GHz a na
kmitočtu 2.41 GHz je RL lepší než 30 dB (VSWR = 1.05). To je dostatečné
pro účinný přenos výkonu.
Úpravy ve vstupním obvodu
Ve vstupním obvodu bylo třeba udělat tři zásadní úpravy - viz foto vpravo:
1. Kapacita 1 nebyla stanovena správně (6.8 pF) a bylo ji třeba zvětšit. Byl přidán kondenzátor 2.2 pF paralelně.
2. Vedení 2 bylo vyrobeno s příliš nízkou impedancí. To považuji za průser. Obvykle navrhuji tato vedení s impedancí vyšší, abych ji mohl snižovat přidáním kapacit z plíšků. V popsaném prototypu jsem problém "vyřešil" připájením středního vodiče tenkého koaxiálu přímo k vazebním kondenzátorům a vedení jsem použil jako kapacitu, která však nebyla dostatečná.
3. Nedostatečná kapacita byla zvýšena připájením kousku Cu plechu viz 3.
Smithův diagram
Při ladění mikrovlnných zesilovačů je dobré vědět, co děláme a rozumět každému kroku. Profesionálové mají k dispozici celou řadu nástrojů pro design takových obvodů a současně technologie pro přesnou výrobu desek s vedením s přesně definovanou impedancí. V popsaném příkladě jsem se snažil vystačit s tím, co mám:
1. Katalogový list MFR286, ve kterém lze zjistit
impedanci na vstupu pro kmitočet 2400 MHz (Z = 7.5 -j1.85).
2. Smithův diagram, do kterého si zakreslíme použitá vedení a hodnoty
diskrétních součástek. Na obrázku je označena vstupní impedance
polovodiče (1) a ladicí kapacity (2) a (3), pomocí
kterých se budeme snažit ladění vstupního obvodu pochopit a vstupní obvod
naladit.
K ladění na papíře (PC) nám dobře poslouží funkce "Tune", kterou musíme někdy aplikovat na všechny prvky vstupního nebo výstupního obvodu, v našem případě stačí aplikovat na dva prvky:
Se změnou hodnot prvků ve vstupním obvodu vidíme, jak se
nám transformují impedance. Zjistíme, zda lze obvod přizpůsobit v použitém
návrhu, či nikoliv. Náš vstupní obvod zesilovače šel pomocí uvažovaných
prvků přizpůsobit, což jsme si ověřili měřením na vektorovém analyzátoru.
Ponaučení
Z analýzy impedančního přizpůsobení vstupu ve Smithově diagramu a ze
skutečných hodnot použitých součástí bychom měli postupovat při návrhu
vstupnícho obvodu jinak:
1. Vstupní vedení s impedancí cca 20 Ohmů (pájené k elektrodě "gate") můžeme ponechat beze změn.
2. Vazební kondenzátor - raději u prototypu navrhneme desku pro dva paralelní kondenzátory.
3. Vedení k připojení koaxiálního kabelu navrhneme tak, aby přibližně odpovídalo impedanci vyšší, než 50 Ohmů. Impedanci v případě potřeby snížíme připájením Cu plošek v potřebném množství. Plošky jsou vidět na motivu vstupního obvodu PCB - obrázek vpravo.
