[alexPec 3]

Всем доброго дня.

Пытаюсь сделать усилитель мощности, схему для начала взял из референс дизайна:

Частота порядка 450МГц, OFDM сигнал с полосой 8 МГц. В таком варианте как на картинке усилитель выдает чуть больше 2 Вт при MER=20дб. Смотрю спектр на выходе - есть гармоники на частотах кратных 450МГЦ - 900МГц, 1350МГц и т.д. Ну вроде логично - усилитель в режиме АВ, должны быть гармоники. Нехитрыми расчетами рассчитал LC-ФНЧ, L=22нГн, С=8,6пф (взял то что под рукой есть). Импеданс при этом получается 50ом. Подключаю к выходу того, что на рисунке, L=22нГн, второй вывод L через конденсатор 8.6пф на землю и на вход анализатора (50 ом). Гармоники конечно задавились, но мощность на выходе упала до 0,8Вт и  MER стал 11дб.

Подскажите, уважаемые гуру, в чем может быть дело?

Сам подозреваю отсутствие согласования и отражение сигнала, поэтому и мощность упала и искажения появились. Но вроде и фильтр на 50 ом и выход усилителя 50 ом.

Может надо просто тот ФНЧ, который на картинке, своими номиналами заменить?

 

[Aner 3]

Вроде такой фильтр не есть только фильтр ... , у подобных схем есть еще функция согласования волнового. Скорее всего вы не учли это и получили рассогласоване. Отсюда и результат. При катих расчетах проще посмотреть что и как на Смитте выглядит.  

[Самурай 12]

1 час назад, alexPec сказал:

Нехитрыми расчетами рассчитал LC-ФНЧ, L=22нГн, С=8,6пф (взял то что под рукой есть). Импеданс при этом получается 50ом.

Могу предположить, что в нехитрых расчетах частота пропускания неявным образом учитывается по уровню -3дБ. Что очень хорошо подтверждается практикой:)  

[alexPec 3]

1 час назад, Самурай сказал:

Могу предположить, что в нехитрых расчетах частота пропускания неявным образом учитывается по уровню -3дБ. Что очень хорошо подтверждается практикой:)  

По расчету частота среза 517МГц, характеристическое сопротивление 50.58 Ом. Это ведь и есть волновое сопротивление? Тогда должно быть согласовано...

[MM_Andrey 0]

Попробуйте Т-образный фильтр 22n - 7p - 22n, должно получиться.

Второй вариант П-образный 7p - 18n - 7p, по характеристикам одинаковые.

У Вас нарушено согласование.

P.S. Одним LC-звеном Вы одновременно не согласуете и отфильтруете.

 

 

[Самурай 12]

28 минут назад, alexPec сказал:

По расчету частота среза 517МГц, характеристическое сопротивление 50.58 Ом. Это ведь и есть волновое сопротивление? Тогда должно быть согласовано...

Даже если не учитывать паразитные параметры L и C и их отклонение от номинала, то на частоте 450МГц Ваш фильтр уже имеет затухание 2дБ

Изменено 31 августа, 2019 пользователем Самурай

[alexPec 3]

1 минуту назад, Самурай сказал:

 входной/выходной импеданс на этой частоте тоже далеко не 50Ом

Да, вот это прощелкал. Это на 517МГц 50.58 ом, а на 450 мгц - надо смотреть...

[alexPec 3]

9 часов назад, alexPec сказал:

Да, вот это прощелкал. Это на 517МГц 50.58 ом, а на 450 мгц - надо смотреть...

А нет, не прощелкал. Характеристическое сопротивление то не зависит от частоты, равно sqrt(L/C).

Проверил вариант уважаемого MM_Andrey : 6.8p-22n-6.8p (опять же собрал из того что было). И по мощности лучше, и по искажениям лучше. Считаю хар. сопротивление цепи - получаю 40.2 Ом. В спайсе моделирую выходную цепь усилителя + свой фильтр

:

Смотрю ток и напряжение в указанной точке на частоте 450МГц - они практически синфазные. Из этого делаю вывод, что входное сопротивление моего фильтра согласовано с выходным сопротивлением выходной цепи усилителя. Считаю хар. сопротивление выходной цепи усилителя - получаю 38.7 Ом (правда, без учета самого усилителя). В чем подвох? Почему цепи сделаны на 40 ом, а не на 50? И реально так лучше, что в симуляторе, что в реальности.

[alexPec 3]

И еще вопрос: как согласовать такой выход (50 ом) с антенной - четвертьволновым штырем. По приборам ее (антенны) сопротивление 34 Ом, практически полностью активное,  что близко к теоретическому 36 Ом для штырей. В симуляторе вижу, что при подключении на выход 34 ом нагрузки согласование выходной цепи усилителя и фильтра сильно страдает. Компенсировать изменением соотношения L/C фильра?

 

В симуляторе вижу, что для частоты 450МГц при сопротивлении нагрузки 34 ом, при C6=6.8p, L1=19.6nH, C1=10p выходная цепь усилителя и фильтр практически согласованы. Это верные цифры?

[uve 2]

alexPec, фильтр кроме фильтрации может и трансформировать импеданс. Укажите в расчёте фильтра в симуляторе нагрузку 34 Ома и пересчитайте фильтр.  Синфазность тока и напряжения не указывает на согласование, это означает отсутствие реактивной составляющей. Вы  каким симулятором пользуетесь?

Изменено 31 августа, 2019 пользователем uve

[MM_Andrey 0]

Для таких дел лучше подходит это.

Можете потом сравнить в Вашем симуляторе.

RFdude Smith Chart Program 0p810.zip

А это Ваш пример 450.lls

[yurik82 17]

Трансформировать можно на сосредоточенных элементах (рассыпуха) или на полосковых линиях.

На сосредоточенных простые схемы это Г, П и Т контур.

Каждый из них бывает ФНЧ или ФВЧ в зависимости от того как поменять между собой L и C. Итого 6 схем

L/4 трансформатор 34 в 50 Ом должен иметь 41.2 Ом и электрическую длину 166.6 мм

Его можно выполнить печатным, для уменьшения размера - сложить спиралью

 

Для минимизации магнитного поля вокруг и минимизации влияния разбросов параметров дешевого субстрата - лучше делать CPW линию

На FR4 толщиной 1.5 мм, с фольгой 25 микрон и зазоре между полосками 1 мм - ширина линии 3.52 мм для 41.2 Ом и 2.56 мм для 50.0 Ом

FR4_412.aedt

 

Спойлер

 

 

 

Изменено 1 сентября, 2019 пользователем yurik82

[alexPec 3]

Большое спасибо всем!

На прототипе места под фильтры уже нет... Сейчас прототип выдает свои запланированные 2 Вт (даже чуть больше) на анализатор 50 ом.

Может к согласованию с антенной подойти с другой стороны - привести импеданс самого штыря до 50 ом? Сейчас антенна - это штырь на 1/4 длины волны, расположенный на медной площадке 17х10см. У такой антенны антенный анализатор показывает КСВ=1.6-1.7 (в минимуме, в полосе порядка 50МГц на частоте 450мгц) и сопротивление 34Ом. Это давнее наследие предыдущих конструкторов. И что-то оно мне не нравится.

По правильному надо бы ее противовесами на 1/4 длины волны дополнить, но места нет. Может есть где готовые решения всенаправленных антенн на 450МГц, чтобы без противовеса работали на 50 ом, в размере четверти длины волны?

Может посоветует кто софт (конечно, желательно попроще :) ), в котором можно 3д модель нарисовать и смоделировать параметры? Хоть посмотреть поле той антенны которая есть - теоретически она рабочая или нет.

Антенну проверяю импровизированным анализатором поля - воткнул в спектроанализатор провод, а антенну подключаю к передатчику. На анализаторе смотрю уровень - выше или ниже.

В общем, больше склоняюсь к тому что антенну надо переделывать, а передатчик вроде работает как надо.

[uve 2]

Вам подойдёт софт HFSS.  Чтобы поднять импеданс антенны до 50 Ом удлините штырь и ёмкостью скомпенсируйте индуктивную реактивность. Могу Вам такой расчёт сделать, пишите в личку.

[yurik82 17]

22 часа назад, alexPec сказал:

Может посоветует кто софт (конечно, желательно попроще

HFSS попроще.
С противовесами получите ground-plane - антенна с симметричным выходом, на которую нужен балун (преобразует +1V линии питания  в +0.5V/-0.5V)

При прямом питании линией у которой есть проводник для протекания синфазных токов - по нему побежит ток и будет искажать как согласование так и особенно ДН

На примере вертикального коаксиального кабеля без балуна:

Спойлер

 

 

в горизонт уходит от -10 dBi до -1 dBi в зависимости от введенной длины  кабеля (зависимость случайная)

 

22 часа назад, alexPec сказал:

Может есть где готовые решения всенаправленных антенн

зависит какие требования

* к ДН - какие перепады допускаются по элевации, сколько должно уходить в горизонт
* требования к поляризации, стабильно ли положение устройства в пространстве, требуется 100% вертикальная поляризация или разрешена эллиптическая

В дешевых устройствах без особых требований (смартфоны любых ценовых категорий включая iPhone XS Max, WiFi роутеры домашние, GPS, WiFi/Bluetooth антенны ноутбуков, смартфонов, планшетов) популярны PIFA антенны (inverted F). Для каждой поляризационной компоненты у них своя случайная ДН (от -12 до +5 dBi)

 

Вот монополь на примере рации Baofeng, именно с такой землей на 441 МГц можно получить 50 омный резонанс. При любом изменении земли (например подключение какого-либо провода внешнего) характеристики резко уплывут и по согласованию и по ДН

Изменено 2 сентября, 2019 пользователем yurik82