Новости

Aug 12, 2023

Влияние потерь несоответствия на измерение радиочастотной мощности и коэффициент усиления каскадных усилителей

Эффективная передача мощности является основной проблемой при разработке радиочастотных устройств. Поскольку импеданс

Эффективная передача мощности является основной проблемой при разработке радиочастотных устройств. Поскольку разрывы импеданса могут отражать электрические волны, они могут вызывать потери мощности, обычно называемые потерями из-за несоответствия (ML), которые проявляются в различных приложениях. Например, отражения волн влияют на мощность, измеряемую датчиком радиочастотной мощности, а также на эффективный коэффициент усиления каскада радиочастотных блоков. Для каскада радиочастотных блоков мы стремимся минимизировать потери из-за несоответствия, чтобы мы могли передавать как можно больше мощности. Кроме того, минимизируя потери несоответствия и разрабатывая соответствующие статистические модели для этой ошибки, мы можем оценить неопределенность в наших системах.

В этой статье мы сначала рассмотрим уравнения потерь из-за несоответствия. Затем мы обсудим влияние этого явления на измерение радиочастотной мощности и эффективный коэффициент усиления каскадных усилителей.

Рассмотрим схему на рисунке 1, на которой показана линия передачи, подключенная к несогласованным импедансам (Zs ≠ Z0 и ZL ≠ Z0) как на входном, так и на выходном портах.

Уравнение 1 показывает один из способов определения потерь из-за несоответствия для приведенной выше схемы:

\[ML = \frac{|1- \Gamma_1 \Gamma_2|^2}{\big ( 1-|\Gamma_1|^2 \big )\big ( 1-|\Gamma_2|^2 \big )}\]

Это уравнение, которое было подробно рассмотрено в предыдущей статье, дает потерю мощности по отношению к мощности, доступной от источника. Например, если мощность, передаваемая источником на сопряженно-согласованную нагрузку, равна -30 дБВт, а ML составляет 1 дБ для нашей фактической нагрузки, то мощность, передаваемая на нагрузку, составляет -31 дБВт.

Согласно приведенному выше определению, опорная мощность — это мощность, доступная от источника. Обычно потери из-за несоответствия определяют с использованием другой (на самом деле более полезной) опорной мощности; мощность, которую источник передает на оконечную нагрузку Z0 (где Z0 — характеристическое сопротивление линии, стандартное значение — 50 Ом).

Имея это в виду, вы можете задаться вопросом, почему нас интересует мощность, которая может быть подана на оконечное устройство Z0. В радиочастотных системах большинство схем проектируются с учетом того, что они будут использоваться с некоторым известным характеристическим сопротивлением. Другими словами, предполагается, что во время нормальной работы большинство схем видят сопротивление источника Z0 и сопротивление нагрузки Z0. Поэтому в этих условиях обычно характеризуются РЧ-блоки. Чтобы лучше понять эту функциональность, рассмотрим тестовую установку для измерения S-параметров двухпортовой сети (рис. 2).

Для измерений S-параметров на один порт подается источник с последовательным сопротивлением Z0, а на другой порт подключается нагрузка Z0. Используя приведенную выше диаграмму, мы можем измерить входной коэффициент отражения (S11) и коэффициент передачи от порта 1 к порту 2 (S21).

Обратите внимание, что согласование Z0 на выходном порту гарантирует, что никакая энергия не отражается от нагрузки (a2 = 0) и, таким образом, b1 и b2 возникают только в результате бегущей волны, падающей на входной порт (a1). . Также стоит отметить, что выходное сопротивление сети Zout не обязательно должно быть равно Z0. На самом деле Zout = Z0 встречается редко. Нам нужно только ZL = Z0, чтобы гарантировать, что a2 = 0. По определению, S-параметры основаны на тестовой установке, в которой используются согласованные выводы. Это существенно упрощает измерение S-параметров по сравнению с другими типами представлений двухпортовой сети, например Т-параметрами.

Поскольку отклик радиочастотных блоков обычно характеризуется в среде Z0 (ZS = ZL = Z0, где Z0 = 50 Ом является стандартным значением), желательно найти потери из-за несогласования относительно мощности, которую источник доставляет в Z0. прекращение.

В схеме на рисунке 1 общий термин «согласованная нагрузка» может относиться к двум различным условиям: \(Z_L=Z_S^*\) и ZL = Z0. Первое условие соответствует теореме о максимальной передаче мощности, тогда как второе условие дает безотражательную нагрузку. Использование термина «согласованная нагрузка» иногда может вызвать путаницу. Чтобы быть более понятным, мы можем использовать термин «сопряженное совпадение» для обозначения \(Z_L=Z_S^*\) и термины «совпадение Z0» или «безотражательное совпадение» для описания ZL = Z0.