Добрый день форумчане! Не большой специалист по свч, но тем не менее стоит задача спроктировать приемопередающий усилитель. Так вот стал передо мной вопрос согласования цепей. На первом этапе я так понимаю можно посчитать такие вещи в каком нибудь каде. В каком каде можно посчитать? На какие моменты мне стоит особенно заострить внимание, я понимаю, что окончательная настройка будет с помощью приборов при помощи измерения S параметров. Если какие подводные камни при согласовании цепей? Одним словом научите дурака уму разуму

Так а вопрос, собственно, в чем состоит?

не успел отредактировать, почему-то тема одна и таже два раза создалась=)

Тут надо начинать с каких-то параметров, например, с рабочей частоты хотя бы...

пардон, признаю ошибку, добавляю подробности=) Вообщем сейчас на стадии подбора компонентов нахожусь, но параллельно почитываю теорию, так вот задача такова спроектировать приемо-передающий усилитель частота 2,4-2,5 ГГц мощностью ~1Вт
нашел вроде подходящую микросхему усилителя на передающий канал ALM-31222 от avago

Тут можно обойтись AWR или ADS для моделирования. Для изучения (на мой взгляд) AWR легче...


Так этот усилитель не на Ваш диапазон...

ну как сказать верхняя частота же 2,7 ГГц. Или я чего не допонимаю?
за САПР спасибо=)

Прошу прощения, случайно открыл ALM-31322...

Так все-таки чувствуется, что должны быть какие-то подводные камни или все гораздо проще чем я себе представляю?

Ну, 30дБм маловато, если нужно на выходе иметь 1Вт... Нужно взять с запасом, хотя бы 1дБ производственный задел, так сказать...

если про усилитель, то микросхема 31.5 дБм дает правда на 2 Ггц, да и к тому же к чистому 1Вт пока не стремлюсь...примерно по тз 1 Вт если будет не хватать тогда буду думать.

Основные подводные камни надо будет ловить при разработке топологии печатной платы...

Это да, уже предвкушаю это счатье=) Какой кад кстати по топологии лучше или лучше не суваться (я про ВЧ топологию) и доверить это дело профессионалу?Или все же реально самому с минимальными затратами развести грамотно, вроде расчет волнового сопротивления освоил весьма неплохо на свой взгляд может и это потяну=)

Если не собираетесь фильтры на микрополосках считать, то для этой частоты можно и самому разобраться и сделать. IMHO.

нет фильтры на микрополосках делать не буду, лучше уж если фильтр нужен поставить микросхемку

Тогда уж лучше побольше поставить микросхемку с приемопередатчиком.

А на входе какая мощность предполагается?

Не понял ход мысли?


Думаю заложиться по-максимуму тот же 1 Вт.

Не понял.

Усилитель у вас будет работать без усиления что ли?
или 1 ВТ - максимально допустимая входная мощность?

Не понял Вас сначала, думал Вы спрашиваете про входную мошность на приемном канале. Входная мощность на усилитель пока планируется типовая 3,5 dBm (2,24мВт) максимальная 6 dBm (3,98мВт).

Согласование цепей на частоте 2.4ГГц скорей всего только в программе не получится, подгонять придется на плате вручную. Расчет вручную на "каде" особо не поможет, так как огромное влияние на этой частоте имеют параметры разводки платы (к примеру FR4). Длина дорожек будет перемещать точку настройки по Смиту по кругу, и даже если номиналы подобраны точно, а длина дорожек не учтена - получится полная ерунда. Так что берите, скажем ADS и рисуйте layout. На этой частоте есть специфика дополнительного учета длины дорожки под компонентом(это отдельная тема). Если Вы говорите о мощности 30dBm, вы должны учесть параметры сигнала который будете передавать. А именно динамический диапазон в дБ. Это вопрос "peak-to-average". Скажем, если сигнал широкополосный, то динамический диапазон может составить от одного до 30-35дБ, тогда придется брать большой запас относительно 1dBcp (есть в даташите). Чтоб особо не заморачиваться, традиционно для широкополосного сигнала берут "back-off" 10dB ниже 1dBcp, если сигнал узкополосный - можно обойтись 2-3dB. То есть, чтоб качественно передать узкополосный сигнал на 30dBm, 1dBcp должен быть не меньше 32dBm. Учтите, что согласование влияет на S11, S22, S21 OIP3 и даже на 1dBcp. Если вы хотите хорошую передачу от усилителя к антенне стремитесь к S22 не менее 10dB, но учтите, что при хорошей настройке S22 OIP3 имеет тенденцию ухудшаться. В общем подводных камней здесь больше чем самой воды. Если есть сетевой анализатор, снимите S2P подключив ваш усилитель без всякой настройки (только с питанием), между портами (вход на первый порт, выход - на второй). Потом с S2P файлом можно работать в ADS или любой др. специализированной программой. Там и настраивать, но обязательно с разводкой платы. ИМХО на этой частоте легче обойтись дискретными фильтрами... размеры.

Поставить связку усилителей MGA83563 (G~22 dB), затем всё ту же ALM-31222 (G~14 dB). Между усилителями поставьте аттенюатор, лучше пассивный. Каждый усилитель с цепями согласования необходимо поставить в отдельный отсек железки.

В ALM-31222 нет никаких цепей согласования (internaly matched), да и зачем там ведь на 2.4GHz S11 = -10.76dB; а S22 вообще -18.2dB, тут нечего согласовывать. Для MGA83563 есть цепь согласования в даташите для 2.4GHz. Так что можно обойтись и без ADS.

Что-то у меня рвения в сторону свч поубавилось...


Да лоханулся я конкретно! Не учел что входноя мощность маленькая, а там усиление всего 14 dB, щас прикинул что надо усиление как минимум 27 dB. За Ваше предложение спасибо, но предусилок не хочется ставить ИМХО лишнее потребление да и габариты растут. Может кто знает микросхемку с усилением 27 dB на 1 Вт?


Чего-то я не допонимаю это как нечего согласовывать?!

В ALM-31222 ничего не нужно, у него внутреннее согласование, на 2.4ГГц хоть и не 50 Ом, но вполне достаточно. С другим усилителем нужно смотреть.



Просто ищите усилители с внутренним согласованием (internaly matched), потому как настроить и согласовать усилитель даже в ADS не так просто. И все-таки, в Вашем случае, 1dBcp лучше если будет выше чем 31,5dB. Учтите потери на коннекторе антенны, да и вообще запас нужен не только по динамическому диапазону. Кстати, что за сигнал Вы собираетесь передавать?

А что Вы подразумеваете под приемопередающим усилителем? В нем должны быть два канала (приемный и передающий), которые коммутируются поочередно на одну антенну или что-то другое?

широкополосный сигнал. В датащите указано "Fully matched, input and output" Вы про это? К сожаление усиление у ALM-31222 14 dB при моем максимальном входном не пойдет=(


Это и подразумеваю. Два канала, два ключа, коммутируются на одну антенну, управление ключами внешнее.

Тогда не забудьте учесть потери в ключе, а также пролаз через ключ мощного сигнала, а то можно убить МШУ в приемнике...

Это я понял, и тем ни менее возьмите за пример этот усилитель и ищите пусть и с другим G, но обязательно "Fully matched"... "Internaly matched", таким образом не нужно будет ничего настраивать.
сигнал TDD или FDD?
Если сигнал широкополосный (5-10MHz), то скорей всего, и динамический диапазон большой. Тогда 1dBcp 31,5dB никак не подойдет, выбирайте 1dBcp (1dB compession point) больше 40dBm если хотите хорошую линейность.

Да потери учту спасибо, а на приемном тракте пока не надумал что сделать, про мощный сигнал сразу задумался чтоб МШУ не крякнула, пока на ум кроме аттенюатора ничего не пришло.

Аттенюатор может ухудшить коэффициент шума приемного тракта... Возможно, Вам придется ставить ограничитель (скорее всего даже не один).

Вентиль ?

присмотрел вот такой усилок HMC755LP4E. если подать на вход 0 dBm то вроде катит, насколько я понял вход у него согласован. Хоть p1dB там всего 31 dBm. Ваше мнение?

Не знаю, как на этих частотах, но у вентиля изоляция обычно не более 20дБ (это при хорошем КСВ в сторону антенны)...
Это я про циркулятор, простите. Вентиль тут уже не поможет, т.к. сигнал идет в туже сторону, что и паразитный пролаз от передатчика...


КСВ у него не очень, и, судя по элементам настройки (их достаточно много), его будет достаточно сложно согласовать...
А какой у Вас конструктив? Тут придется рассеивать большую мощность...

Пока нет конструктива. Единственно что пока точно это минимальные габариты, а радиатор прикрутить думаю не проблема. Что ж буду пока шерстить производителей может удастся найти микросхему усилителя, если нет придется остановиться на связке предусилок+ALM-31222. Скайворкс, хиттел, аваго, маком, RFMD мимо кассы.

Я не нашел значения SWR у HMC755LP4E, как вы поняли что КСВ не очень?

По S11 (Input Return Loss) и S22 (Output Return Loss). Есть формула пересчета. Или просто можно запомнить, если эти параметры меньше 10дБ, то соответствующий КСВ больше 2...

Открываем даташит:

"low EVM: 2.5% @ +25 dBm pout with 54 mbps OFDM signal."
Что это значит? Данные EVM 2,5% даны для 25dBm. Читайте между строк, выше 26-ти EVM начнет деградировать, а вам еще еще 5.5dB минимум нужно добавить. На вскидку при 30 dBm он будет около 12-15% и это в лучшем случае, а это, - по любым стандартам, мягко говоря не фонтан. Как вы собираетесь на 30dBm включить? Этот усилитель предназначен для мобильников, поэтому и 1dBcp у него около 32dBm. То есть он предназначен для того, чтоб излучать на (Uplink), и в частотном выражении речь идет об одном юзере(один мобильный - один пользователь), другими словами говоря: полоса узкая, малый динамический диапазон. Для широкой полосы с желаемой мощностью однозначно не подходит. Вам нужен усилок, ориентированный, на "Base Station", "Repiter" но никак не на на "mobile".

Для полного понимания проблемы. Возьмите Microwave office. Разберитесь с редактором топологий, и планарных структур. До 6 ГГц, он моделирует достаточно точно, при достаточной плотности ячеек на длинну волны (бонус адс, адаптивное разбиение). Есть встроенный синтезатор фильтров по заданной ачх,. Проблема любых фильтров для 1Вт, собственного изготовления -- отслеживание добротности контуров главное не перебарщивать ни в одну ни вдругую сторону. Ваша цепочка из катушек и индуктивностей может превратится в милый такой резонатор:-). Из практических рекомендаций 1мм d0.5мм медного провода приблизитлеьно 1нГн. Исходя из этого прикидывайте длинны дорожек, и что куда у вас цепляется.
1. Представте ваш тракт в режиме передачи
2. Тракт в режиме приема.
Прорисовать все что будет включено на передачу, все что планируется на прием. Пробуйте, балуйтесь с согласованием всего этого хозяйства на антенну.
Можете представить аварийный режим работы, когда то что включено на передачу уже включено, а то что на прием еще не отключено( это скорее всего уже дым, но еще не факт, вопрос как быстро ^__^).
Чем ближе вы хотите получить это все хозяйство к реальности, тем больше понадобятся данных с векторного анализатора. Отдельных кусков схемы, тогда модель сможет быть более менее адекватной. Для широкополосного устройства типа антенны ксв 2 это терпимо, но для выхода усилка ксв 2 ... ммм "не фонтан", исключение составляют микросхемы сверх широкополосные (это в теории, в вашем дипазоне не знаком с номенклатурными перечнями микрух). Неплохо иметь Осцилограммы с управляющих ключей, цепей питания, что куда с какой скоросью переключается. Смотреть фильтрацию питания, на сколько затягивает фронты, чтобы коммутатор успевал переключать ваше хозяйство.

Из материалов рекомендовал бы вибрать нечто высокочастотное, даже тот же FR4 бывает разный, на 5мм дорожки можно получить -10dB, просто из за плохого диэлектрика, или неоднородности, неравномерности, не той плотности.

Есть другой алгоритм. Нет векторного анализатора. Ставим все микрухи +4-5 dB запас по точке компрессии, по коэффициенту усиления, и тд. Если надо составляем места для аттенюаторв.(Но это уже +- 2 лаптя туда сюда).

Ничего не бойтесь, дорогу осилит идущий. Просто реально оценивайте свои возможности, собственные грабли они всегда ближе к телу, то что в вашем случае их будет 5-10шт минимум, это факт. Главное чтобы удары граблей не оказались смертельными. ^___^

Емко и доступно. Спасибо буду пробовать






Спасибо. Очень ценная информация

Да, конечно циркулятор. Вентиль тут ни при чём.

А в габариты какие необходимо уложиться?

И еще, если интересно... Показатель EVM самая емкая штука в СВЧ. Для PA (усилитель мощности) он будет зависеть в основном от OIP3 и 1dBcp, для LNA от NF. То есть когда есть результат EVM параметры нелинейности или шума (для LNA) остальное можно не измерять. С другой стороны Peak-to-Average (очень полезный параметр, в и-нете есть много инфы на эту тему) важный параметр сигнала, который собираетесь передавать. Average - это средняя мощность сигнала (скажем 30dBm в вашем случае), Peak для сигнала OFDM может достигать (вверх) 10dB. То есть максимальная пиковая мощность вашего сигнала может достигать 40dBm. Единственным ограничением для этих пиков может стать компрессия (1dBcp). Именно поэтому я спросил будет ли ваш сигнал широкополосным, и предложил выбрать 1dBcp не менее 40dBm.

Я понял, что если есть переключатели -то ваш сигнал TDD. На счет распределения времени переключения и учета запаздывания фронтов согласен с Hitokiri.

Циркулятор... учтите размеры у циркуляторов немаленькие. Одним на мой взгляд, важным преимуществом циркулятора является то, что подключенный на выходе PA даже с очень плохим S22 {3-4dB} (так часто бывает если настраивать усилитель на максимальную линейность), на выходе циркулятора получаем хороший (в зависимости от параметров циркулятора) S22.

Пока примерные 40х40 мм.


Мне все интересно! Спасибо!


Я правильно понимаю, что формулы для расчета КСВ через S11 и S22 одинаковые?

прошерстил изветсных мне производителей ничего более менее подходящего не нашел, видимо придется остановиться на связке предусилок+ALM-31222

Да, правильно.
40х40мм достаточно маленький размер. Советую посчитать требуемый радиатор (с учетом времени работы PA), а то, при такой мощности потребления, у Вас быстро устройство перегреется

До расчета радиатора я не скоро доберусь мне бы сначала схемотехнику сделать Но за наводку спасибо!

EVM? прошу прощения, если туплю, а можно русскоязычный аналог?

Дословно ошибка вектора магнитуды к сожалению только на английском
Грубо говоря, это - ошибка отклонения точки (скажем при QPSK модуляции) от идеального местоположения,

Выражается в процентах либо в dB.

Доброго дня!

Чтобы не начинать новую тему спрошу здесь.
S параметры, которые приводятся в datasheet измерены при нагрузки обоих портов на сопротивление 50 Ом. Получается если я буду согласовывать один порт устройства, а второй порт будет нагружен на 50 Ом, то все будет верно. Если я уже согласовал один порт, то S параметры уже не годятся для согласования второго порта? То есть в структуре 50 Ом - цепь согласования - устройство - цепь согласования - 50 Ом получается если построить отдельно обе цепи согласования все нормально, а если собрать в MWO вся схему, по получаеся не то что надо. Что я делаю не так?

Вот это как раз и не так. S11 - коэффициент отражения по входу при условии, что выход согласован (а не нагружен на 50 Ом). S21 - коэффициент передачи при условии согласования по выходу (а не нагрузки 50 Ом). То же и в обратную сторону.

Про MWO не скажу, а в RFSim99, если не получается автоматическое согласование, то:
1. Ставим в схему требуемый 4-полюсник с нагрузками по 50 Ом по входу и выходу, моделируем, определяем выходной импеданс
2. Меняем параметры нагрузки по выходу на полученные в п. 1 цифры, снова моделируем.
3. Делаем Auto Match только по входу на 50 Ом
4. Возвращаем нагрузку по выходу на 50 Ом, снова моделируем
5. Делаем Auto Match только по выходу на 50 Ом
6. Проверяем полученные параметры цепей согласования

а как тогда измеряют S параметры транзисторов, например, в полосе 0,1 - 18 ГГц? Если не ошибаюсь просто ставят транзистор на 50 Ом линию передачи. В даташите вроде бы бак написано.
Попробую сделать как Вы написали.

Дело в том, что S-параметры позволяют рассчитать характеристики 4-полюсника при комплексных нагрузках. См. например Фуско "Анализ и автоматизированное проектирование", стр.200-2005. или лекции Курушина по СВЧ (можно найти в интернете). Другое дело в том, что входное сопротивление зависит от нагрузки, а выходное от сопротивления источника...

Т.е. если вы согласовали транзистор по выходу, то оптимальное сопротивление по входу неизбежно изменится. Т.е. входную цепь надо будет считать уже по новому Zвх.