= Návrh úzkopásmového zesilovače =

Zápočtová práce z předmětu CAD pro vf. techniku. Vypracoval '''Radek Podgorný'''.

== Zadání ==

 * Navrhněte jednostupňový tranzistorový zesilovač s tranzistorem ATF26884 na frekvenci '''11.5 GHz'''. Vstupní a výstupní přizpůsobovací obvody proveďte:
  * s diskrétními součástkami
  * pomocí úseků mikropáskového vedení
 * zkontrolujte, zda je tranzistor na zadané frekvenci stabilní
 * mikropásková vedení navrhněte na podložce o síle 0.8 mm, pokovené 20 μm silnou vrstvou mědi, relativní permitivita podložky je rovna 4, ztrátový činitel pak 0.01, při návrhu uvažujte vliv diskontinuit (otevřené konce, odbočení) na vedení
 * porovnejte možné alternativy zapojení, určete šířku pásma pro pokles přenosu -3 dB a pásmo, v němž je přizpůsobení na vstupu a výstupu lepší než -20 dB
 * určete toleranční pásma součástek (rozměrů vedení) tak, aby teoretická výtěžnost výroby byla alespoň 90%

== Vypracování ==

=== Kontrola stability tranzistoru ===

Za stabilní tranzistor můžeme považovat ten, jehož Rolletův faktor KR je větší než 1.

||'''Freq [GHz]'''||'''Rollet K [-]'''||
||11.0||1.191771||
||11.1||1.197935||
||11.2||1.204323||
||11.3||1.210947||
||11.4||1.217798||
||'''11.5'''||'''1.224867'''||
||11.6||1.232162||
||11.7||1.239682||
||11.8||1.247413||
||11.9||1.255363||
||12.0||1.263529||

{{attachment:rollet.png}}

V našem případě pro '''f = 11.5 GHz''' je '''KR = 1.224867'''. Kritérium stability je tedy splňeno.

=== Ideální vedení ===

Nejdříve jsme přizpůsobili tranzistor pomocí ideálního vedení.

{{attachment:vedeni_schema.png}}

Jako podmínku optimalizace jsme zadali '''S11 < -40dB''' a '''S22 < -40dB'''.

Délky jednotlivých vedení potom vyšly:
 '''Delka''''''Ved11 = 131.66 deg'''<<BR>>
 '''Delka''''''Ved12 = 26.81 deg'''<<BR>>
 '''Delka''''''Ved21 = 170.81 deg'''<<BR>>
 '''Delka''''''Ved22 = 30.50 deg'''

Grafické znázornění s-parametrů pro přizpůsobení pomocí ideálního vedení:

{{attachment:vedeni_grafy.png}}

=== Mikropáskové vedení ===

Pomocí HF Lines – Synthesis jsme určili šířku pásku '''w''' a efektivní permitivitu '''εeff'''.

 '''w = 1.746 mm'''<<BR>>
 '''εeff. = 3.222'''

Schéma zapojení pomocí mikropáskových vedení:

{{attachment:mikro_schema.png}}

Délky mikropáskového vedení jsme pak určili pomocí optimalizace '''S11 < -40dB''' a '''S22 < -40dB'''. Alternativní způsob je použít délku ideálního vedení a zkrátit ji s ohledem na rychlost šíření vlny v mikropáskovém vedení. 

 '''Delka''''''Mi11 = 7.21 mm'''<<BR>>
 '''Delka''''''Mi12 = 5.93 mm'''<<BR>>
 '''Delka''''''Mi21 = 1.75 mm'''<<BR>>
 '''Delka''''''Mi22 = 5.79 mm'''

Grafické znázornění s-parametrů pro přizpůsobení pomocí mikropáskového vedení:

{{attachment:mikro_grafy.png}}

Šířka pásma pro -20 dB (z grafů S11 a S22):
 '''BW = 110 MHz'''<<BR>>
 '''BW = 188 MHz'''

Šířka pásma pro pokles přenosu -3dB (z grafů S12 a S21):
 '''BW = 1.092 GHz'''<<BR>>
 '''BW = 1.749 GHz'''

=== Diskrétní součástky ===

Nejdříve jsme si zobrazili vstupní (Z11) a výstupní (Z22) impedanci nepřizpůsobeného zesilovače. Z grafu jsme odečetli:
 '''Z11.Re = 18.856'''<<BR>>
 '''Z11.Im = 17.918'''<<BR>>
 '''Z22.Re = 23.938'''<<BR>>
 '''Z22.Im = -15.255'''

Potom jsme pomocí podprogramu Smith Chart obvod přizpůsobili.

{{attachment:diskr_schema.png}}

Hodnoty součástek po následné optimalizaci vyšly:
 '''C1 = 498.357 fF'''<<BR>>
 '''L1 = 2.70074 fH'''<<BR>>
 '''C2 = 479.770 fF'''<<BR>>
 '''L2 = 470.204 pH'''

Grafické znázornění s-parametrů pro přizpůsobení pomocí diskrétních součástek:

{{attachment:diskr_grafy.png}}

Šířka pásma pro -20 dB (z grafů S11 a S22):
 '''BW = 249 MHz'''<<BR>>
 '''BW = 433 MHz'''

Šířka pásma pro pokles přenosu -3dB (z grafů S12 a S21):
 '''BW = 3.008 GHz'''<<BR>>
 '''BW = 3.231 GHz'''

=== Výtěžnost mikropáskového vedení ===

Pro výtěžnost alespoň 90% vychází tolerance jednotlivých délek následovně:
 '''ΔDelka''''''Mi11 = 1%'''<<BR>>
 '''ΔDelka''''''Mi12 = 1%'''<<BR>>
 '''ΔDelka''''''Mi21 = 1%'''<<BR>>
 '''ΔDelka''''''Mi22 = 1%'''

Zobrazení výtěžnosti pro 5000 pokusů (mikropáskové vedení):

{{attachment:mikro_yield11.png}}

{{attachment:mikro_yield12.png}}

{{attachment:mikro_yield21.png}}

{{attachment:mikro_yield22.png}}

Motiv mikropásku:

{{attachment:mikro_motiv.png}}

=== Závěr ===

I přes některé problémy s programem Win''''''Mide se mi nakonec podařilo obvod optimalizovat podle zadání. Jediným nepřekonatelným problémem pro mne zůstala výtěžnost.