пр=-

(13.67)

(13.68)

(13.69)

где С, gjj - средние значения элементов эквивалентной схемы за период действия сигнала гетеродина (могут быть получены из анализа параметров на малом сигнале) .

Анализ соотношения (13.69) позволяет сделать следующие выводы. Коэффициент преобразования К зависит от отношения К/К j„> которое может быть выбрано оптимальным с учетом режима по постоянному току и мощности сигнала гетеродина. При этом желательно получить большое значение крутизны. Однако при выборе рабочей точки, соответствующей максимальному коэффициенту усиления (S максимально), получается коэффициент преобразования примерно на 10 дБ меньше, чем максимально возможный коэффициент усиления, что определяется соотношением (13.60). Кроме того, необходимо учитьшать частотную зависимость максимального коэффициента усиления и его спад со скоростью 6 дБ/окт. В данном случае можно рекометздовать выбрать рабочую точку по постоянному току, соответствующую малым токам стока, что позволит получить большие значения коэффициента преобразования.

При проектировании смесителя на ПТШ должны быть учтены следуюцще требования и факторы:

1) коэффициент преобразования;

2) малый коэффициент шума;

3) широкий динамический диапазон;

Зь/пд прамежущач-ной частоты !

50 Ом\

вход сиг Hanoi

3-Дв нопраЬпенный отдетдитепь сог-напьной частоты

Синфазный

делитель

мощности

Выход Промежуточной частоты Z

3-дВ направленный отЬетдотель промежуточной частоты

Рис.

Вход сигнала гетеродина

13.28. Схема балансного смесителя с подавлением сшиала зеркальной частоты на двухзатворных ПТШ

4) развязка между входами сигнала и гетеродина;

5) низкие интермодуляционные искажения;

6) большая широкополосность.

Для удовлетворения этих требований могут быть использованы балансные (2 транзистора) или двойные балансные (4 транзистора) смесители. Например, балансный смеситель, схема которого показана на рис. 13.28, обеспечивает подавление сигнала зеркальной частоты. Такая схема обычно содержит трехдецибельные направленные ответвители, балансные каналы н делители мощности, позволяющие одновременно подавать сигнал гетеродина и входной сигнал в параллельные каналы смесителя.

13.4.4. КЛЮЧИ [20-22]

Обычная реализация СВЧ ключей связана с использованием параллельного или последовательного включения диодов в СВЧ тракт. Применение р-г-и-диодов обеспечивает в этом случае хорошую развязку при выключении и малые потери во включенном состоянии. Кроме того, следует отметить их относительно малую стоимость. В общем случае GaAs ПТШ могут быть использованы в схемах ключей. Однако вследствие большой стоимости их применение в переключающих схемах экономически невыгодно. Тем не менее с развитием полупроводниковых СВЧ интегральных схем вопрос их использования в качестве ключей может стать актуальным.

Структурные схемы ключей на GaAs ПТШ показаны на рис. 13.29. Во включенном состоянии схема переключателя представляет собой просто усилитель с соответствующим коэффициентом усиления в требуемом диапазоне частот. Режим работы ключа, связанный с отсутствием передачи сигнала, задается потенциалом затвора, обеспечивающим ток стока, равный нулю, т, е, условие отсечки. Суммарная развязка ключа в этом состоянии приблизительно равна Iul транзистора с учетом, конечно, вклада цепей согласования ЛГ 1 и Afj • Проектирование широкополосных ключей на GaAs ПТШ осуществляют теми же методами, что и проектирование линейных усилителей с использованием S-параметров. При этом для режима отсутствия передачи сигнала должны быть измерены S-параметры при соответствующей рабочей точке по постоянному току. Типичное значение развязки для ключа на GaAs ПТШ в диапазоне частот до 10 ГГц может быть легко получено не хуясе -20 дБ. Если необходимо обеспечить низкие значения КСВН входа и выхода, то предпочтительным является использование балансной схемы включения.

Двухзатворные GaAs ПТШ имеют низкое значение 15,jl. Поэтому они могут использоваться в ключах с высокой развязкой. Аналогичный результат можно получить в двухкас-кадном усилителе.

Uf- -гв

Вход

Выход

11=-7В иОВ

Рис. 13.29. Структурные схемы ключей на GaAs ПТШ: а - режим включения; б - режим выключения

Вход

Выход

« - 6517

Н= 400 к Ом ~~0,1пФ

\ R=100 к Ом \ = /7,« пФ

\ R = S Ом

X 0=0,1пФ

11=2 Ом С~0,4пФ

0 2 4 6 S 10 12 14 16 Id Частота, ГГи, a)

100 с

Я = 20м С=0,4лФ

R = S Ом С = 0,1 пф

R = ЮОкОм С=0,4пФ,.

О 2

S а 10 12 14 16 18 Частота, ГГи, 3)

Рис. 13.30. Эквивалентные схемы и характеристики ключей последовательного (а) и параллельного (б) типов на GaAs ПТШ [21]: -W =300 мкм;---W = 1200 мкм

В ключах на GaAs ПТШ из-за малых значений входной емкости обеспечиваются высокие скорости переключения. Ограничение времени переключения из-за инерционности входной цепи транзистора можно оценить следующим образом:

(13.70)

эи -ззи-

Для кристалла транзистора типа DXL 2501А, эквивалентная схема которого показана на рис. 13.13, постоянная времени входной цепи = 5 пс. Сейчас получены времена переключения логических схем на GaAs ПТШ [55] около 10 пс.

В некоторых работах приведены результаты разработки GaAs ПТШ, предназначенных для использования в ключевых схемах [21 -22]. Анализ их характеристик показал очень малое потребление мощности и низкие потери во включенном состоянии при параллельном включении транзистора в передающий тракт. Переключатель на таком

транзисторе имел на частоте 10 ГГц потери пропускания 0,7 дБ и развязку 28 дБ. При этом не было потребления мощности в стоковой цепи. Выход 2 так как напряжение на стоке равнялось нулю.

Выход 1

Затвор! ь Затвор 2 Вход

Рис. 13.31. Двухканальный ключ на GaAs ПТШ [21] ([/„ = 0; К, = О при включении; [/з=-5В при включении)