Определение устойчивости Опции

[Alex_IC]

Всем доброго!

Является ли усилитель гарантированно неустойчивым в 50 Ом тракте если S11 или S22 больше 0 дБ?

[proxi]

Всем доброго!

Является ли усилитель гарантированно неустойчивым в 50 Ом тракте если S11 или S22 больше 0 дБ?

ну да, так и есть, ибо отражает больше, чем на него падает, это уже клиника

[Alex_IC]

Ну я так тоже думал) Но начал в этом сомневаться...
Отражение больше единицы означает, что действительная часть импеданса отрицательная. Но, для того чтобы усилитель вошел в режим генерации этого недостаточно. Надо чтобы еще и мнимая часть была равна нулю, т.е. соблюдался баланс фаз. Вполне возможна ситуация, когда частота на которой мнимая часть становится равной нулю, действительная часть уже не отрицательная и в результате режима генерации нет, хотя отражение больше единицы. Если я неправ, поправьте.

[Stanislav]

ну да, так и есть...

Простите, а Вы в этом уверены?

Ну я так тоже думал) Но начал в этом сомневаться...

По-моему, превышение S11 над S22 достаточным условием неустойчивости не является.

[Alex_IC]

По-моему, превышение S11 над S22 достаточным условием неустойчивости не является.

Речь идет о превышении модуля S11 или S22 над единицей, а не о соотношении между ними. Т.е. является ли условие |S11|>1 или |S22|>1 достаточным для неустойчивости?

[Stanislav]

Речь идет о превышении модуля S11 или S22 над единицей, а не о соотношении между ними. Т.е. является ли условие |S11|>1 или |S22|>1 достаточным для неустойчивости?

Извините, не понял сразу. Всё равно не является.
Представьте себе, например, что на вход падает вертикально-поляризованная волна, а отражается горизонтально-поляризованная, с бОльшей мощностью.

Сообщение отредактировал Stanislav - Oct 21 2010, 20:33

[Alex_IC]

Говорю же: нет.
Представьте себе, например, что на вход падает вертикально-поляризованная волна, а отражается горизонтально-поляризованная, с бОльшей мощностью.

Спасибо. Собственно вопрос возник при исследовании СВЧ усилителя. При измерении на анализаторе цепей отражение по входу на некотором участке бОльше единицы, а на осциллографе все чисто. Хотелось понять, что же с ним все таки происходит.

[Stanislav]

Лучше б тогда схемку измерений сразу было привести.
Фаза отражёнки развёрнута, скорее всего, а её проекция на фазу падающего сигнала меньше 1.
ЗЫ. Под падающим сигналом подразумевается единичный вектор.

Сообщение отредактировал Stanislav - Oct 21 2010, 20:45

[Alex_IC]

Лучше б тогда схемку измерений сразу было привести.
Фаза отражёнки развёрнута, скорее всего, а её проекция на фазу падающего сигнала меньше 1.

А какие именно детали схемы измерения интересны?
Измерения на анализаторе E8362, усилитель включен непосредственно к откалиброванным концам кабеля.
Измерения на осциллографе Tektronix DPO... полоса 3,5 ГГц, вход 50 Ом. На входе усилителя 50 Ом заглушка.

По поводу фазы не совсем понял, если можно поподробнее...

[Stanislav]

По поводу фазы не совсем понял, если можно поподробнее...

Попробуйте сами векторную диаграмму сигналов нарисовать, всё станет понятно.
Если не получится - тогда попробую пояснить подробнее.
ЗЫ. В своих рассуждениях Вы, в принципе, правы. Плясать нужно от определений.

А какие именно детали схемы измерения интересны?

Я к тому, что любое измерение вносит погрешность в работу той или иной системы. Для того, чтобы утверждать наверняка, следует убедиться, что эксперимент был "чистым", то бишь, влияние метода измерений на результат - несущественным.

[andreysar]

Всем доброго!

Является ли усилитель гарантированно неустойчивым в 50 Ом тракте если S11 или S22 больше 0 дБ?

Представим себе такую систему:
Усилитель 2 каскада по 15 дБ
Вход и выход не отражают, а между каскадами - неоднородность, отражающая 10%
Тогда, если пренебрегаем затуханием при обратном распространением волны по каскаду, имеем на входе и выходе отражение +5дБ при измерении S параметров, а весь усилитель не заводится, т.к. от входа и выхода отражений нет, след. обратной связи не получается.

Конечно в реальной системе есть и отражения от входов и затухания в каскадах, но может быть ситуация, когда отражается больше, чем падает, а возбуждения нет.

[Stanislav]

Мне показалось, что речь идёт об узлах, где модуль к-та отражения может превышать 6 дБ.

Вход и выход не отражают, а между каскадами - неоднородность, отражающая 10%
Тогда, если пренебрегаем затуханием при обратном распространением волны по каскаду, имеем на входе и выходе отражение +5дБ при измерении S параметров...

Простите, но, по-моему, это не так.

Сообщение отредактировал Stanislav - Oct 21 2010, 21:17

[andreysar]

Черный то он черный...
Но человек спрашивает: Как такое может быть?
Чтоб понять "как?" и "почему?" нужно уже представлять структуру, тем более, что, насколько я понял, измеряется реальная железка

ЗЫ Что-то я отвечаю на вопрос, который уже стерли, но ответил, так ответил

Сообщение отредактировал andreysar - Oct 21 2010, 21:25

[Stanislav]

Чтоб понять "как?" и "почему?" нужно уже представлять структуру, тем более, что, насколько я понял, измеряется реальная железка

Всё верно, и я об этом.

[Oldring]

Является ли усилитель гарантированно неустойчивым в 50 Ом тракте если S11 или S22 больше 0 дБ?

Нет, не является. Устойчивость такого усилителя зависит от нагрузки, подключенной к портам усилителя. Если отраженная от усилителя усиленная волна достаточно хорошо давится на другом конце линии, то гененерация не возникнет, то есть система окажется устойчивой.

И, вообще говоря, такой коэффициент отражения можно использовать для усиления сигнала. Некоторый усилители иначе и использовать не получится, так как они двухполюсники Например, усилительные диоды.

[Alex_IC]

Фаза отражёнки развёрнута, скорее всего, а её проекция на фазу падающего сигнала меньше 1.
ЗЫ. Под падающим сигналом подразумевается единичный вектор.

Нарисовал диаграмму. Фаза отраженного сигнала неизвестна, пусть условно будет такой как нарисована. Понятно, что если векторы не синфазны, то проекция одного на другой меньше единицы. Вывод - коэффициент отражения меньше единицы, Вы это хотели сказать?
Но что из этого следует? Я не могу понять, что Вы хотели сказать этой фразой. Извините за мою непонятливость и назойливость...

Мне показалось, что речь идёт об узлах, где модуль к-та отражения может превышать 6 дБ.

В примере с усилителем, коэффициент отражения по выходу составляет +2,7 дБ, что конечно же существенно сказалось на форме АЧХ (усиление на этой частоте даже выше чем в рабочей полосе), но не привело к генерации. Усилитель конечно надо переделывать, т.к. при некоторой реактивности на выходе условия баланса фаз и амплитуд начнут выполняться одновременно и он обязательно загудит.
По поводу погрешностей измерений - сомневаюсь что дело в них, АЦ был откалиброван за 1-2 дня до измерений набором механических кал. мер, уж погрешности в 2 дБ там наверняка не могло набежать. Перед измерениями проверяю характеристику на проход - отражение на уровне -40 дБ, передача примерно +/-0,02

Представим себе такую систему:
Усилитель 2 каскада по 15 дБ
Вход и выход не отражают, а между каскадами - неоднородность, отражающая 10%
Тогда, если пренебрегаем затуханием при обратном распространением волны по каскаду, имеем на входе и выходе отражение +5дБ при измерении S параметров, а весь усилитель не заводится, т.к. от входа и выхода отражений нет, след. обратной связи не получается.

ИМНО: В Вашем примере, если усилители имеют S11=0, и обратным распространением можно пренебречь (т.е. S12=0 дБ), то на входе отражение будет -20 дБ (Pотр/Рпад=0,1 => RL=-20 дБ) на выходе -5 дБ (-20+15).

Итого, как я понимаю: за то, что "S11>0 дБ недостаточное условие" +2 (со мною +3), "S11>0 дБ достаточное условие" +1.

обсчитался) Итого +4))

[eugene1]

Почитайте вот это:

Practical RF Circuit Design for
Modern Wireless Systems
Volume II
Active Circuits and Systems
Rowan Gilmore
Les Besser
Artech House
Boston • London
www.artechhouse.com

Там есть глава про это. Юбчно вычисляются коэффициенты устойчивости мю1 и мю2 по S-параметрам. Если они больше единицы во всём диапазоне рабочих частот, то устройство абсолютно устойчиво, т.е. при любой пассивной нагрузке на входе и выходе, если меньше 1, то при некоторых пассивных нагрузках будет возбуждения. Чтобы определить при каких - строятся на диаграмме Смита окружности устойчивости. То же самое - если S11>1 - при некоторых активных и пассивных нагрузках будет самовозбуждение, а при некоторых нет, при каких - надо смотреть на окружности устойчивости. Это всё можно сделать в MWOffice на основе S-параметров.

[andreysar]

... В Вашем примере, если усилители имеют S11=0, и обратным распространением можно пренебречь (т.е. S12=0 дБ), то на входе отражение будет -20 дБ (Pотр/Рпад=0,1 => RL=-20 дБ) на выходе -5 дБ (-20+15).

ну не совсем так, на сколько я понимаю.
На входе отражений нет, значит сигнал проходит первый каскад, усиливается на +15 дБ, отражается от неоднородности 10% (т.е. -10 дБ), идет обратно (нет затухания и отражения от входа - все полностью проходит обратно. Итого 15-10=+5 дБ.

С выхода аналогично: сигнал идет обратно по второму каскаду (считаем, что без потерь), отражается от неоднородности между каскадами (-10 дБ), возвращается через второй каскад обратно на выход (+15 дБ). Итого +5 дБ.

Откуда -20 дБ?

[Stanislav]

Нет, не является. Устойчивость такого усилителя зависит от нагрузки, подключенной к портам усилителя. Если отраженная от усилителя усиленная волна достаточно хорошо давится на другом конце линии, то гененерация не возникнет, то есть система окажется устойчивой.

Простите, но вынужден задать вопрос: Вы уверены в том, что написали?

...И, вообще говоря, такой коэффициент отражения можно использовать для усиления сигнала. Некоторый усилители иначе и использовать не получится, так как они двухполюсники Например, усилительные диоды.

Предлагаю поговорить об усилительных диодах. Похоже, здесь некто опять захотел п....уть в лужу.


-------------------------------------------------------------------------------------

Нарисовал диаграмму. Фаза отраженного сигнала неизвестна, пусть условно будет такой как нарисована. Понятно, что если векторы не синфазны, то проекция одного на другой меньше единицы. Вывод - коэффициент отражения меньше единицы, Вы это хотели сказать?
Но что из этого следует? Я не могу понять, что Вы хотели сказать этой фразой. Извините за мою непонятливость и назойливость...

Правильно всё спрашиваете.
Давайте построим годограф траетктории отражённого сигнала в зависимости от частоты. (я был неправ: проекция на действительную ось - ось падающего сигнала - может быть и больше 1 по модулю).
Вот примитивный рисунок:

Красный -падающая волна, фиолетовый - отражённая. В терминах Вашего же разсуждения.
Ежли на углУ( или частоте), соответствующему(ей) точке -1 в комплексной плоскости, будет модуль отражения <1, система будет устойчивой.

[EVS]

Представим себе такую систему:
Усилитель 2 каскада по 15 дБ
Вход и выход не отражают, а между каскадами - неоднородность, отражающая 10%
Тогда, если пренебрегаем затуханием при обратном распространением волны по каскаду, имеем на входе и выходе отражение +5дБ при измерении S параметров, а весь усилитель не заводится, т.к. от входа и выхода отражений нет, след. обратной связи не получается.

Смешной теоретический пример. На сообразительность.
Да, все верно. Кроме, пожалуй, одного: усилитель с |S21|=15dB, измеренном в согласованном 50 Ом тракте, при работе на нагрузку с модулем коэф.отр. ~0.3 будет иметь S21 чуть меньше - примерно 14.5dB, то есть и S11 будет не 5, а около 5.5dB.

>Alex_IC Вы берете S12=0, у andreysar S12=1, отсюда и результат. Оба варианта существуют лишь в теории.

[andreysar]

Смешной теоретический пример. На сообразительность.
Да, все верно. Кроме, пожалуй, одного: усилитель с |S21|=15dB, измеренном в согласованном 50 Ом тракте, при работе на нагрузку с модулем коэф.отр. ~0.3 будет иметь S21 чуть меньше - примерно 14.5dB, то есть и S11 будет не 5, а около 5.5dB.

Ну конечто это всего лиш "идеальная" теоретическая модель.
Но что-то я не понял 14.5 дБ действительно будут, но при коэф.отр 0.3 S11 будет около 4,5 дБ (а при 0,3162.. т.е 10% отражении по мощности будет все-таки 5дБ), если я не ошибаюсь, ведь считаем от входной мощности, а не от выходной.
Даже если я ошибаюсь, смысл не в правильной арифметике, а в том, что это пример системы, у которой отражение больше единицы, а возбуждения нет, что и спрашивалось.

[Oldring]

Простите, но вынужден задать вопрос: Вы уверены в том, что написали?

Я уверен, Станислав, что вы как собеседник мне совершенно не интересны, и это единственное, что я собираюсь вам разъяснять хоть бесконечно.

[Alex_IC]

Откуда -20 дБ?

Я подумал, что под "10% неоднородности" понимается отражение 0,1. Еще и ошибся в расчетах по входу, будет примерно (т.е. не учитывать, что не вся мощность пойдет в неоднородность) -5 дБ по входу и выходу.

Я понял, что Вы привели пример условно устойчивой системы. Можно и другой пример привести. Усилитель с S21=20 дБ, S12=-10 дБ, S11=х работает на отражающую нагрузку 0 дБ => отражение по входу больше 0 дБ, точное значение 20*log(|S21|^2/(1-|S11|^2)). В режим генерации усилитель войдет лишь при соблюдении двух условий:
1) Rи+Rвх=0,
2) Xи+Xвх=0.
Так написано в книге Gonzalez_-_Microwave_Transistor_Amplifiers_2nd (стр.389) по крайней мере. Здесь надо было смотреть разделы по генераторам, а не усилителям)) Там как раз именно достаточные условия рассматриваются.

[EVS]

Но что-то я не понял...

Да, действительно, вы правы, был невнимателен. Мои прикидки были для RL по выходу всего лишь около -9.5 (привычный VSWR=2).