Проектируйте двухступенчатый малошумящий усилитель с использованием микрополосковой сети согласования линий электропередачи

Открыть Live Script

Этот пример показов, как использовать элемент RF Toolbox™ microstrip линии электропередачи для разработки двухступенчатого малошумящего усилителя (LNA) для беспроводной локальной сети (WLAN) с входом и выхода совпадающей сетью (MNW), чтобы максимизировать степень, доставляемую через 50-омную нагрузку и систему.

Разработка входа и выхода MNW является важной частью проекта усилителя. Усилитель в этом примере имеет высокий коэффициент усиления и низкий уровень шума. Чтобы минимизировать паразитарный эффект, этот пример использует микрополоску линии электропередачи MNW с одной заглушкой.

Задайте параметры микрополосковой линии электропередачи

Параметры микрополосковой линии электропередачи выбираются следующим образом.

Физическая высота проводника или диэлектрика - 1,524 мм
Относительная диэлектрическая диэлектрическая проницаемость - 3,48 (F/м)
Тангенс угла потерь диэлектрика - 0,0037
Физическая толщина микрополосковой линии электропередачи - 3,5 мкм

Проектируйте входную совпадающую сеть с помощью микрополосковой линии электропередачи

Совпадающая с входом сеть состоит из одного шунтируемого заглушки и одной последовательной микрополосковой линии электропередачи.

Создайте входную шунтирующую микрополосковую линию электропередачи с физической длиной 8,9 мм.

TL1 = txlineMicrostrip('Width',3.41730e-3,'Height',1.524e-3,'EpsilonR',3.48,'LossTangent',0.0037,...
    'LineLength',8.9e-3,'Thickness',0.0035e-3,'StubMode','Shunt','Termination','Open');

Создайте входную последовательную микрополосковую линию электропередачи с физической длиной 14,7 мм.

TL2 = txlineMicrostrip('Width',3.41730e-3,'Height',1.524e-3,'EpsilonR',3.48, 'LossTangent',0.0037,...
    'LineLength',14.7e-3,'Thickness',0.0035e-3);

Создайте и извлеките объект усилителя

Создайте и извлечите объект усилителя из частотно-зависимых данных S-параметра, доступных в указанном файле.

amp1 = nport('f551432p.s2p');

Задайте частотную область значений.

freq = 2e9:10e6:3e9;

Создайте двухкаскадный усилитель и постройте график его S-параметра.

casamp = circuit([amp1,clone(amp1)],'amplifiers'); % amplifier ciruit without MNW.

Постройте график S-параметра в частотной области значений от 2 до 3 ГГц.

S2 = sparameters(casamp,freq);

Проектируйте выходную совпадающую сеть с помощью микрополосковой линии электропередачи

Совпадающая с выходом сеть состоит из одного шунтируемого заглушки и одной последовательной микрополосковой линии электропередачи.

Создайте выходную последовательную микрополосковую линию электропередачи с физической длиной 22,47 мм.

TL3 = txlineMicrostrip('Width',3.41730e-3,'Height',1.524e-3,'EpsilonR',3.48, 'LossTangent',0.0037,...
    'LineLength',22.47e-3,'Thickness',0.0035e-3);

Создайте выходную шунтирующую микрополосковую линию электропередачи с физической длиной 5,66 мм.

TL4 = txlineMicrostrip('Width',3.41730e-3, 'Height',1.524e-3,'EpsilonR',3.48, 'LossTangent',0.0037,...
    'LineLength',5.66e-3,'Thickness',0.0035e-3,'StubMode','Shunt','Termination','Open');

Постройте входные коэффициенты отражения двухэтапной LNA

Чтобы проверить одновременное сопряженное соответствие на входе усилителя, постройте график входных коэффициентов отражения в дБ для схемы усилителя с совпадающей сетью и без нее.

Каскадируйте элементы схемы путем добавления входа и выхода MNW к двухкаскадному усилителю.

c = circuit([TL1, TL2,clone(amp1),clone(amp1),TL3, TL4]); % two-stage LNA with MNW

Постройте график S-параметров и проанализируйте усилитель с совпадающими сетями и без них в частотной области значений 2,4 - 2,5 ГГц.

figure
S3 = sparameters(c,freq); 
rfplot(S2,1,1)
hold on;
rfplot(S3,1,1)
legend('|S11| of Two-Stage LNA Without MNW','|S11| of Two-Stage LNA with MNW');
title('Input Reflection Coefficients of Two-Stage LNA');
grid on;

Расчетные потери входа при возврате для двухэтапной LNA с входом MNW составляют -13,2 дБ.

Построение выходных коэффициентов отражения двухступенчатой LNA

Чтобы проверить одновременное сопряженное соответствие на выходе усилителя, постройте выходные коэффициенты отражения в дБ для обеих двухэтапных LNA с MNW и без.

figure
rfplot(S2,2,2)
hold on;
rfplot(S3,2,2)
legend('|S22| of Without MNW','|S22| of With MNW');
title('Output Reflection Coefficients of Two-Stage LNA');
grid on;

Вычисленные выходы потери на возврат для двухэтапной LNA с выходом MNW составляют 11,5 дБ.

График коэффициентов усиления и входного отражения каскадного LNA

Чтобы проверить одновременное сопряженное соответствие на входе и выходе усилителя, постройте график входного коэффициента отражения и параметров усиления в дБ для двухэтапной LNA с MNW.

figure;
rfplot(S3,1,1)
hold on;
rfplot(S3,2,1)

Вычисленный коэффициент усиления усилителя, S21 равен 34,5 дБ, и входной коэффициент отражения, S11 равен -13,1 дБ.

Вычисление и построение графиков коэффициентов комплексной нагрузки и отражения источника

Вычислите и постройте график всех комплексных коэффициентов нагрузки и отражения источника для одновременного сопряженного соответствия во всех измеренных точках данных, которые безусловно стабильны. Эти коэффициенты отражения измеряются на интерфейсах усилителя.

figure
smithplot(S3,1,1,'LegendLabels','Measured S11')

Вычислите фигуру шума усилителя

Использование rfbudget объект для вычисления рисунка шума усилителя.

b = rfbudget( ...
    'Elements',[TL1 TL2 amp1 clone(amp1) TL3 TL4], ...
    'InputFrequency',2.45e9, ...
    'AvailableInputPower',0, ...
    'SignalBandwidth',2e9, ...
    'Solver','Friis', ...
    'AutoUpdate',1);
rfplot(b,'NF')

Рисунок шума усилителя вычисляется как 0,7 дБ.

Ссылка

[1] Maruddani, B, M Ma 'sum, E Sandi, Y Taryana, T Daniati и W Dara. «Проект двухступенчатого низкошумового усилителя с частотой 2.4 - 2.5 ГГц с использованием метода микрополоскового линейного соответствия». Журнал физики: Серия конференций 1402 (декабрь 2019): 044031.

Документация