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Impedanzmatching HF-Transistoren - Verständnisfrage
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Jürgen Hüser
Mar 23, 2021, 8:08:41 AM3/23/21
to
Hallo in die Runde,
die letzten Tage führte mich ein "mal eben kurz.." Vorhaben in die
Verwirrung.
Ging darum "mal eben kurz" einen HF-Vorverstärker zu entwerfen.
Schön rauscharm und hinreichend Verstärkung waren gewünscht.
Also ein paar Transistoren rausgesucht, und angefangen mit RFsim99 zu
simulieren.
Durch die Bank jedoch das selbe Problem, was ich mal am Beispiel eines
NXP BFU730F beschreibe:
Laut S-Parameter hat er auf Zielfrequenz 1270MHz sowie Vce 2,0V und Ic
6mA an 50R eine Eingangsimpedanz (S11) von 18,35 Ohm -j76,15 sowie eine
Ausgangsimpedanz (S22) von 51,95 Ohm -j148,84.
Wenn ich den S11 mit einem L-Match Tiefpass 3,3pF und 12nH am Eingang
anpasse, ändert sich der S22 von 51,95 Ohm -j148,84 auf -33,45 Ohm -j54,63.
Die entsprechenden Zeilen für den benötigten Frequezbereich aus den
SParametern:
! Freq-MHz S11-mag S11-arg S21-mag S21-arg S12-mag S12-arg
S22-mag S22-arg
1200 0.81633 -61.46 15.085 135.25 0.037029 56.76
0.83963 -32.12
1250 0.80878 -63.60 14.843 133.72 0.038115 55.51
0.82974 -33.26
1300 0.80157 -65.78 14.65 132.23 0.039039 54.46
0.81822 -34.25
Wieso ändert sich die Ausgangsreflextion derart massiv wenn der Eingang
sauber auf 50 Ohm angepasst wird?
Wieso verhuntzt jeglicher Versuch den Ausgang mit L-Match anzupassen das
Eingangs-Match?
Wie geht man in solchen Fällen voran, wenn man den Eingang möglichst
optimal auf die Antennenimpedanz sowie halbwegs passabel die
Ausgangsimpedanz auf die nachfolgende Stufe anpassen will?
Kennt jemand brauchbare Grundlagenquellen zu solchen Problemen?
Jürgen
die letzten Tage führte mich ein "mal eben kurz.." Vorhaben in die
Verwirrung.
Ging darum "mal eben kurz" einen HF-Vorverstärker zu entwerfen.
Schön rauscharm und hinreichend Verstärkung waren gewünscht.
Also ein paar Transistoren rausgesucht, und angefangen mit RFsim99 zu
simulieren.
Durch die Bank jedoch das selbe Problem, was ich mal am Beispiel eines
NXP BFU730F beschreibe:
Laut S-Parameter hat er auf Zielfrequenz 1270MHz sowie Vce 2,0V und Ic
6mA an 50R eine Eingangsimpedanz (S11) von 18,35 Ohm -j76,15 sowie eine
Ausgangsimpedanz (S22) von 51,95 Ohm -j148,84.
Wenn ich den S11 mit einem L-Match Tiefpass 3,3pF und 12nH am Eingang
anpasse, ändert sich der S22 von 51,95 Ohm -j148,84 auf -33,45 Ohm -j54,63.
Die entsprechenden Zeilen für den benötigten Frequezbereich aus den
SParametern:
! Freq-MHz S11-mag S11-arg S21-mag S21-arg S12-mag S12-arg
S22-mag S22-arg
1200 0.81633 -61.46 15.085 135.25 0.037029 56.76
0.83963 -32.12
1250 0.80878 -63.60 14.843 133.72 0.038115 55.51
0.82974 -33.26
1300 0.80157 -65.78 14.65 132.23 0.039039 54.46
0.81822 -34.25
Wieso ändert sich die Ausgangsreflextion derart massiv wenn der Eingang
sauber auf 50 Ohm angepasst wird?
Wieso verhuntzt jeglicher Versuch den Ausgang mit L-Match anzupassen das
Eingangs-Match?
Wie geht man in solchen Fällen voran, wenn man den Eingang möglichst
optimal auf die Antennenimpedanz sowie halbwegs passabel die
Ausgangsimpedanz auf die nachfolgende Stufe anpassen will?
Kennt jemand brauchbare Grundlagenquellen zu solchen Problemen?
Jürgen
Helmut Schellong
Mar 23, 2021, 9:08:28 AM3/23/21
to
On 03/23/2021 13:08, Jürgen Hüser wrote:
> Hallo in die Runde,
>
> die letzten Tage führte mich ein "mal eben kurz.." Vorhaben in die
> Verwirrung.
> [...]
> Hallo in die Runde,
>
> die letzten Tage führte mich ein "mal eben kurz.." Vorhaben in die
> Verwirrung.
> Wieso ändert sich die Ausgangsreflextion derart massiv wenn der Eingang
> sauber auf 50 Ohm angepasst wird?
> Wieso verhuntzt jeglicher Versuch den Ausgang mit L-Match anzupassen das
> Eingangs-Match?
>
> Wie geht man in solchen Fällen voran, wenn man den Eingang möglichst
> optimal auf die Antennenimpedanz sowie halbwegs passabel die
> Ausgangsimpedanz auf die nachfolgende Stufe anpassen will?
Der verwendete Transistor muß 'gut' genug sein, um den Ausgang
> sauber auf 50 Ohm angepasst wird?
> Wieso verhuntzt jeglicher Versuch den Ausgang mit L-Match anzupassen das
> Eingangs-Match?
>
> Wie geht man in solchen Fällen voran, wenn man den Eingang möglichst
> optimal auf die Antennenimpedanz sowie halbwegs passabel die
> Ausgangsimpedanz auf die nachfolgende Stufe anpassen will?
vom Eingang zu entkoppeln.
Deinen Simulator kenne ich nicht.
> Kennt jemand brauchbare Grundlagenquellen zu solchen Problemen?
>
--
Mit freundlichen Grüßen
Helmut Schellong v...@schellong.biz
www.schellong.de www.schellong.com www.schellong.biz
http://www.schellong.de/c.htm
http://www.schellong.de/htm/audio_proj.htm
http://www.schellong.de/htm/audio_unsinn.htm
Leo Baumann
Mar 23, 2021, 9:34:26 AM3/23/21
to
Am 23.03.2021 um 13:08 schrieb Jürgen Hüser:
> Laut S-Parameter hat er auf Zielfrequenz 1270MHz sowie Vce 2,0V und Ic
> 6mA an 50R eine Eingangsimpedanz (S11) von 18,35 Ohm -j76,15 sowie eine
> Ausgangsimpedanz (S22) von 51,95 Ohm -j148,84.
>
> Wenn ich den S11 mit einem L-Match Tiefpass 3,3pF und 12nH am Eingang
> anpasse, ändert sich der S22 von 51,95 Ohm -j148,84 auf -33,45 Ohm -j54,63.
Ich verstehe nicht warum Du S11 als Eingangsimpedanz u. S22 als
> Laut S-Parameter hat er auf Zielfrequenz 1270MHz sowie Vce 2,0V und Ic
> 6mA an 50R eine Eingangsimpedanz (S11) von 18,35 Ohm -j76,15 sowie eine
> Ausgangsimpedanz (S22) von 51,95 Ohm -j148,84.
>
> Wenn ich den S11 mit einem L-Match Tiefpass 3,3pF und 12nH am Eingang
> anpasse, ändert sich der S22 von 51,95 Ohm -j148,84 auf -33,45 Ohm -j54,63.
Ausgangsimpedanz ansiehst, beides sind Reflexionsfaktoren.
Ich würde erstmal aus den Streuparametern die wirkliche Eingangs- u.
Ausgangsimpedanz berechnen.
Funktionen zur Umrechnung der S-Parameter in Z-Parameter
Z11:=(S11,S12,S21,S22)->Z0*((1+S11)*(1-S22)+S12*S21)/((1-S11)*(1-S22)-S12*S21):
Z12:=(S11,S12,S21,S22)->Z0*2*S12/((1-S11)*(1-S22)-S12*S21):
Z21:=(S11,S12,S21,S22)->Z0*2*S21/((1-S11)*(1-S22)-S12*S21):
Z22:=(S11,S12,S21,S22)->Z0*((1+S22)*(1-S11)+S12*S21)/((1-S11)*(1-S22)-S12*S21):
DZ :=Z11*Z22-Z12*Z21:
ZIn:=(z11,z12,z21,z22,zL)->(Z11*ZL+DZ)/(ZL+Z22):
Leo Baumann
Mar 23, 2021, 10:11:51 AM3/23/21
to
Am 23.03.2021 um 13:08 schrieb Jürgen Hüser:
> ...und angefangen mit RFsim99 zu
> simulieren.
Nimm' 'mal einen vernünftigen Simulator --> LTspice
Die Impedanz bestimmt man akademisch durch Anschließen einer
*Stromquelle I=1 A*, messen der Spannung U über der Stromquelle und
Darstellung von Z=U/(1 A).
Mann ...
:)
Leo Baumann
Mar 23, 2021, 10:21:39 AM3/23/21
to
Hier ist das .model für Deinen Transistor für LTspice:
https://www.nxp.com/downloads/en/spice-model/BFU730F.prm
:)
https://www.nxp.com/downloads/en/spice-model/BFU730F.prm
:)
Jürgen Hüser
Mar 23, 2021, 1:24:32 PM3/23/21
to
Hallo!
Am 23.03.2021 um 14:08 schrieb Helmut Schellong:
> Der verwendete Transistor muß 'gut' genug sein, um den Ausgang
> vom Eingang zu entkoppeln.
Tja, und sollte auch gut erhältlich sein.
Daher habe ich mir über Mouser lieferbare LowNoise-Typen raus gesucht,
die alle laut Datenblatt "sehr gut" sind.
Der BFU730F sieht in Form der S-Parameter auf geplanter Mittenfrequenz
(1270MHz) auch perfekt aus:
S21 (Vorwärts-Verstärkung) 22,26dB
S12 (Isolation) -27,94dB
Allerdings gelingt es mir nicht die Reflektionen S11 und S22 anzupassen.
Direkt beidseitig an 50 Ohm habe ich dort laut Simulation:
S11 Eingangsreflektion -1,50dB
S22 Ausgangsreflektion -1,35dB
S11: Magnitude 0,8 Angle -59,8°
Impedanz 17,45 Ohm -j84,29
Admittance 2,36mS +j0,01S
Serien-Equivalent 17,45 Ohm 1,49pF
Parallel-Equavilent 424,57 Ohm 1,43pF
S22: Magnitude 0,86 Angle -31,04°
Impedanz 50,36 Ohm -j165,94
Admittance 1,67mS +j5,52mS
Serien-Equivalent 50,36 Ohm 0,775pF
Parallel-Equivalent 597,19 Ohm 0,691pF
> Deinen Simulator kenne ich nicht.
RFsim99 ist ein Freewaretool für HF-Netzwerke (Filter, Verstärker,
1-Tore, 2-Tore, Matching und Richtkoppler.
Kann S-Parameter von Bauteilen verarbeiten, sowie eigene Schaltungen
auch als S-Parameter speichern.
Ist in Hobbykreisen z.B. unter Funkamateuren bis heute beliebt.
Jürgen
Am 23.03.2021 um 14:08 schrieb Helmut Schellong:
> Der verwendete Transistor muß 'gut' genug sein, um den Ausgang
> vom Eingang zu entkoppeln.
Daher habe ich mir über Mouser lieferbare LowNoise-Typen raus gesucht,
die alle laut Datenblatt "sehr gut" sind.
Der BFU730F sieht in Form der S-Parameter auf geplanter Mittenfrequenz
(1270MHz) auch perfekt aus:
S21 (Vorwärts-Verstärkung) 22,26dB
S12 (Isolation) -27,94dB
Allerdings gelingt es mir nicht die Reflektionen S11 und S22 anzupassen.
Direkt beidseitig an 50 Ohm habe ich dort laut Simulation:
S11 Eingangsreflektion -1,50dB
S22 Ausgangsreflektion -1,35dB
S11: Magnitude 0,8 Angle -59,8°
Impedanz 17,45 Ohm -j84,29
Admittance 2,36mS +j0,01S
Serien-Equivalent 17,45 Ohm 1,49pF
Parallel-Equavilent 424,57 Ohm 1,43pF
S22: Magnitude 0,86 Angle -31,04°
Impedanz 50,36 Ohm -j165,94
Admittance 1,67mS +j5,52mS
Serien-Equivalent 50,36 Ohm 0,775pF
Parallel-Equivalent 597,19 Ohm 0,691pF
> Deinen Simulator kenne ich nicht.
1-Tore, 2-Tore, Matching und Richtkoppler.
Kann S-Parameter von Bauteilen verarbeiten, sowie eigene Schaltungen
auch als S-Parameter speichern.
Ist in Hobbykreisen z.B. unter Funkamateuren bis heute beliebt.
Jürgen
Gerhard Hoffmann
Mar 23, 2021, 1:43:38 PM3/23/21
to
Am 23.03.21 um 18:24 schrieb Jürgen Hüser:
>
> RFsim99 ist ein Freewaretool für HF-Netzwerke (Filter, Verstärker,
> 1-Tore, 2-Tore, Matching und Richtkoppler.
> Kann S-Parameter von Bauteilen verarbeiten, sowie eigene Schaltungen
> auch als S-Parameter speichern.
> Ist in Hobbykreisen z.B. unter Funkamateuren bis heute beliebt.
Sieh Dir mal den an:
< http://www.gunthard-kraus.de/qucsstudio/index_qucsstudio.html >
< http://dd6um.darc.de/QucsStudio/qucsstudio.html >
Gruß, Gerhard
>
> RFsim99 ist ein Freewaretool für HF-Netzwerke (Filter, Verstärker,
> 1-Tore, 2-Tore, Matching und Richtkoppler.
> Kann S-Parameter von Bauteilen verarbeiten, sowie eigene Schaltungen
> auch als S-Parameter speichern.
> Ist in Hobbykreisen z.B. unter Funkamateuren bis heute beliebt.
< http://www.gunthard-kraus.de/qucsstudio/index_qucsstudio.html >
< http://dd6um.darc.de/QucsStudio/qucsstudio.html >
Gruß, Gerhard
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