Jump to content

    

ФНЧ на выходе УМ

Всем доброго дня.

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

image.thumb.png.4c70822a8b8335553bfcf82df01aa82e.png

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?

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

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.  

Share this post


Link to post
Share on other sites
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:)  

Share this post


Link to post
Share on other sites
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...

Share this post


Link to post
Share on other sites

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.

 

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
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

Edited by Самурай

Share this post


Link to post
Share on other sites
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...

Share this post


Link to post
Share on other sites
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

:image.thumb.png.d916a813225b01cea52835e6ec814202.png

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.

Share this post


Link to post
Share on other sites

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?

Share this post


Link to post
Share on other sites

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?

Edited by uve

Share this post


Link to post
Share on other sites

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

LC1.png.0e39ca854266f02001879c638512df7e.png

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

Imped.thumb.png.b0679555a5dac3a6c0234c7338b54e46.png

CPW_GEO.thumb.png.52943c9ef57ae100623a1d32d70b0f21.png

FR4_412.aedt

 

Спойлер

H.thumb.png.dfa195c796253fbdb71ce6f245afb1b8.png

E1.thumb.gif.9de16c1e2fe38311058fad8367a42f91.gif

 

 

 

Edited by yurik82

Share this post


Link to post
Share on other sites

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.

Share this post


Link to post
Share on other sites

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.

Share this post


Link to post
Share on other sites
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

 

404210_original.thumb.gif.0b4c2f2338f41948a5f9d9a18d18c0d7.gif

403753_original.thumb.gif.232f6dd595d59555f7c4227ecacc25dc.gif

404303_original.thumb.png.6482a8a9afd1d21d21b9217813a90d36.png

 

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

Edited by yurik82

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now