После того как разработчик выбрал тип диэлектрической подложки, способ установки н режим работы транзисторов (они различны для обеспечения минимума коэффициента шума и максимума коэффициента усиления), он должен провести измерения параметров и шумовых параметров для партии транзисторов, смонтированных на тестовых платах избранным способом при нужных электрических режимах. Эти параметры обычно существенно отличаются от сообщаемых изготовителем транзисторов ввиду того, что учитывают специфику монтажа.
После того как определены S-параметры или в крайнем случае входные и выходные сопротивления н модули коэффициентов передачи транзистора, можно перейти к проектированию СЦ. Лучше всего это делать на ЭВМ, использовать специальные программы. Мы же рассмотрим упрощенную методику.
Согласование, обеспечивающее максимум коэффициента усиления, называется сигнальным согласованием. В этом случае с. помощью реактивных СЦ обеспечивается минимум КСВ на входе и выходе усилительного каскада в рабочей полосе частот. Второй вариант согласования называется шумовым согласованием, когда при достаточно высоком входном КСВ находится импедапс генератора, обеспечивающий минимальный коэффициент шума каскада при приемлемом усилении.
Рассмотрим сигнальное согласование. Сопротивление источника сигнала при этом должно быть комплексно согласовано с входным сопротивлением траизистора, а сопротивление нагрузки с его входным сопротивлением.
Входные и выходные сопротивления транзистора легко вычисляются по S-параметрам по известным формулам. В упрощенном виде входное сопротивление полевого транзистора можно представить последовательно соединенными сопротивлением и емкостью, а выходное — параллельным.
В МШУ сантиметрового диапазона обычно используют нерезонансные входные СЦ, причем, учитывая то, что рабочие полосы этих усилителей невелики, вполне достаточно согласующих цепей второго порядка. Для МШУ конверторов предпочитают, чтобы схема обладала максимально плоской характеристикой. Ее расчет сводится к определению параметров фильтра —прототипа gi для расчета которого необходим вспомогательный параметр х.
Кроме того при расчетах используются обратная величина относительной полосы пропускания d = F0 / (Fверх Н - Fниж Н) и коэффициент трансформации
kтр = Z0 / Rвх, где Zo—волновое сопротивление СВЧ-тракта; Rвх — активная составляющая входного сопротивления транзистора. Имея d и a1 = aс вх, можно определить g1 = l / a1d
Описанная СЦ отлично зарекомендовала себя в МШУ конверторов. Она трансформирует действительную часть входного сопротивления транзистора или эквивалентное шумовое сопротивление вверх, как правило, к 50 0м. Входную индуктивность реализуют или в виде высокоомной МПЛ, или путем специфического монтажа транзистора.
Рассмотрим теперь вопрос проектирования выходных согласующих цепей. Она содержит отрезок регулярной МПЛ, компенсирующий выходную емкостную проводимость и четвертьволновый трансформатор, согласующий активное выходное сопротивление с волновым сопротивлением выходной полосковой линии (обычно 50 0м). Здесь вначале стоит четвертьволновой МПЛ трансформатор, преобразующий активное выходное сопротивление транзистора в 50 0м. После этого трансформатора (т. е. в точке А) выходная реактивность транзистора трансформировалась из емкостной в индуктивную, поэтому к точке подключается компенсирующий разомкнутый МПЛ шлейф. Согласующие цепи (рис. 7.8 и 7.9) обеспечивают широкополосность 15 ... 20%, чего вполне достаточно даже для двухдиапазонных конверторов.
Обычно разработчики СВЧ-усилителей предпочитают входное и выходное сопротивления любого транзисторного каскада согласовывать со стандартным СВЧ-трактом, равным 50 0м. Это облегчает отработку как отдельных каскадов, так и многокаскадных усилителей и вполне приемлемо для МШУ конверторов. В случае широкополосных (полоса более 50%) многокаскадных СВЧ-усилителей задачи построения межкаскадных СЦ осложняются, но это не мешает созданию СВЧ-усилителей сантиметрового диапазона с широкополосностью октава и более.
Итак, качество МШУ, а следовательно, и конвертора в целом определяется СВЧ-транзисторами. Пока разработчики транзисторов занимались их совершенствованием, наметился прогресс и в области ИМС СВЧ.
Практика изготовления МШУ конверторов по технологии ГИС показала, что достаточно критичным элементом являются проходные конденсаторы, включаемые в микрополосковый тракт. При использовании навесных чип-конденсаторов, во-первых, требуются тонкие монтажные работы, во-вторых, потери в этих конденсаторах и КСВ тракта меняются от образца к образцу и даже от количества припоя. Поэтому довольно распространенным для конверторов является использование встречно-штыревых конденсаторов (ВШК). Конструкция ВШК требует очень малого зазора между полосковыми проводниками, что чревато замыканиями в процессе эксплуатации из-за миграции атомов металла проводников и технологически сложно. Полоса рабочих частот такого конденсатора шире, чем у других типов ВШК. Существует ВШК, выполненный из 4 штырей. В нем зазор шире, чем у двухштыревого ВШК, однако буквально на центральной расчетной частоте возникают резонансные потери, так как два соседних нечетных (или четных) штыря образуют полуволновый резонатор камертонного типа. Поэтому длину четырехштыревого ВШК надо делать немного короче или немного длиннее четверти длины волны.
Необходимо отметить, что СВЧ полевые транзисторы весьма чувствительны к воздействию света, даже через керамический корпус свет может изменить режим работы транзисторов усилителя, что следует учитывать при настройке.
Второй момент, о котором необходимо упомянуть,— чувствительность полевых транзисторов к статическому электричеству. Руки оператора, паяльник, монтажный инструмент, измерительные приборы должны быть очень хороню заземлены. Нежелательны пластмассовые сиденья стульев, линолиумные полы, синтетическая одежда на монтажнике и настройщике. Воздух в помещении, где работают с СВЧ-транзисторы, не должен быть очень сухим. Оптимальная относительная влажность 70%.
Литература
1. Бушминский И. П., Тюхтин М. Ф. «Приёмные системы спутникового телевидения», М. «Р и С», 1993 г.
2. Шелухин О. И. «Индивидуальный и коллективный приём спутникового телевидения», М., 1995 г.