Hallo, für einen N-Kanal MOSFET gibt der Hersteller die S-Parameter und auch die (minimale) Rauschzahl an, beide bei gleichem Drainstrom. Leider wird Gamma opt nicht angegeben, also die Impedanz, die der Transistor am Eingang für minimales Rauschen sehen will. Gibt es eine Faustformel wo Gamma opt ungefähr liegt, sowas in der Art "Re=0,8 des Re von S11* und ein bisschen kapazitiver als S11*"? Oder ist das für verschiedene MOSFET sehr unterschiedlich und ich muss über das ganze Smith-Chart nach dem Rauschminimum suchen? In meinem Fall reicht schmalbandige Anpassung. Vielen Dank für jeden Tipp ZF
Aus dem Stand kann ich das jetzt nicht sagen. Wenn man das genau analysiert haben will, muss man sicher jede Einzelheit im Rausch-Ersatzschaltbild berücksichtigen. Ich weiß aber, dass je nach Transistorausführung bei Rauschanpassung eine mehr oder weniger (sehr unterschiedliche!) Fehlanpassung in Relation zur Leistungsanpassung vorliegt. Und wenn ich mich richtig erinnere, liegen die Anpassungen umso weiter auseinander, umso niedriger das erzielbare Rauschen ist. Bei Leistungsanpassung hat man logischerweise mindestens das thermische Rauschen, also eine Rauschzahl von 2, bzw. Rauschfaktor 3 dB (Raumtemperatur). Andere Rauschquellen (Stromverteilung etc.) kommen noch obenauf. Die ganz schnellen HEMT & Co. liegen aber z. B. bei 0,3 dB, die Rauschanpassung liegt auch entsprechend weit entfernt. Aber wie gesagt, welcher physikalische Zusammenhang sich ergibt, müsste vom Ersatzschaltbild abhängen. Wenn das für verschiedene Transistoren (Geometrie, Dotierungsprofile) gleich sein sollte (was ich nicht annehme), könnte auch der Versatz gleich sein, bzw. zumindest bestimmbar sein. Ich vermute nur, dass die Zusammenhänge zu komplex dafür sind.
Hallo, hast du mal, neben dem Datenblatt des FETs, die S-Parameter Files genau konsultiert? Um welchen FET handelt es sich oder ist das mehr eine allgemeine Frage? Es scheint mir eher ungewöhnlich zu sein, dass Gamma Opt nicht angegeben sein soll. branadic
Danke für die Antworten. Ich hatte auch schon in der Literatur gesucht, aber nichts zu einem generellen Zusammenhang gefunden. Scheint also nicht trivial zu sein, obwohl so eine Richtlinie sicher für viele Entwickler nützlich wäre. Leider fehlen mir die Daten des Transistors, um ein Rauschmodell aufzusellen. Gamma opt ist wirklich nicht angegeben und S-Parameter Files gibt es für den Transistor nicht. Für mein File habe ich die S-Parameterwerte aus dem Datenblatt abgetippt. So bleibt wohl nur die messtechnische Suche nach dem Minimum. Leider nicht so einfach, weil ein verlustarmes Anpassnetzwerk eine hohe Leerlaufgüte in Verbindung mit einer kleinen, aber nicht zu kleinen, belasteten Güte braucht. Sowas ist leider nicht über weite Bereiche abgleichbar machbar. Falls trotzdem noch Jemand eine Idee hat, nehme ich die gerne entgegen. ZF
Hi ZF, http://www.tu-harburg.de/et3/students/Skripte_ss10/V763.pdf vlt hilft es ein bisschen, Clemens
Zitat Laborversuch TU Harburg: > Bei kleinen Generatorenwiderständen ist demnach F ~ 1/RG und relativ > groß; für große Werte von RG ist F ~ RG und auch wieder groß. > Dazwischen liegt ein Minimum, das man für rauscharme Verstärker durch > entsprechende Anpassung - Rauschanpassung - einstellen muss. Jetzt fehlt noch die Ableitung der komplexen Rausch-Formel und auf 0 setzen. Das Ergenbis (Rauschminimum) muss dann ins Verhältnis zur Leistungsanpassung gesetzt werden, um die Ausgangsfrage evtl. beantworten zu können. Das Ersatzschaltbild ist aber vermutlich auch noch zu einfach gewählt. Der dort vermessene FET hat immerhin ein Rauschmaß von 2 dB, damit liegt die Rauschanpassung noch dicht bei der Leistungsanpassung. Die Verstärkung geht natürlich deutlich in die Formel ein (über y21). Umso höher die Verstärkung ist, umso mehr verschiebt sich das Rauschoptimum von der Leistungsanpassung weg. Bei aktuellen rauscharmen FET mit Rauschmaßen im 1/10-dB-Bereich müsste m. E. die Fehlanpassung (SWR) bereits zweistellig sein. Vielleicht lässt sich aber eine Faustformel für die Verschiebung Leistungsanpassung => Rauschanpassung finden, in die zumindest die Verstärkung mit eingeht. Der Arbeitspunkt für Rauschanpassung ist dann auch noch einderer, könnte vlt. aber vernachlässigt werden.
Hallo, das folgende Dokument kann noch einige Deiner Fragen beantworten. http://www.rohde-schwarz.de/file_4091/n153_fsm_de.pdf Nach so viel Simulation und Theorie kommt man dann doch nicht um Messungen herum. Die Ernüchterung folgt auf dem Fuße. Schafft man es noch einen Print zu bestücken ist die Messumgebung kaum noch zu realisieren, die Messmittel kaum noch zu beschaffen oder zu bezahlen. Schaut man sich das Protokoll der frisch kalibrierten Rauschdiode an. Mit den angegebenen Messunsicherheiten, weiß man in welcher abgelegenen Ecke der Elektrotechnik man sich gerade befindet. Was bleibt übrig von der Rauschzahl des Halbleites, wenn er auf dem Print bestückt ist, wenn der Print mit zwei SMA Buchen im Gehäuse versehen wurde, wenn noch ein Adapter und ein bisschen Semi Rigid zur Antenne benötigt wird. De Vries ignorieren wir hier gänzlich. Das Thema bleibt faszinierend. Clemens
Hallo, > Bei Leistungsanpassung hat man logischerweise mindestens das thermische > Rauschen, also eine Rauschzahl von 2, bzw. Rauschfaktor 3 dB > (Raumtemperatur). Zumindest diese Aussage ist falsch. Denn die Rauschzahl bezieht sich auf das thermische rauschen des Generators im Verhältnis zum gesamten Rauschen am Ausgang - natürlich um die Verstärkung bereinigt. Ein Stück Koaxkabel oder ein Koppelkondensator hat (ideal) eine Rauschzahl von 0dB. Nicht alle Zweitore sind ja resisitiv. Und er resistive Anteil der Last geht in die Berechnung der Rauschzahl nicht ein. > Andere Rauschquellen (Stromverteilung etc.) kommen > noch obenauf. Die ganz schnellen HEMT & Co. liegen aber z. B. bei 0,3 > dB, die Rauschanpassung liegt auch entsprechend weit entfernt. Auch das ist so nicht richtig. Betrachten wir z.B. den ATF54143. Der hat bei 0.5GHz eine Rauschzahl von 0.17dB. Dabei ist abs(Gamma)=0.34. Das SWR ist entsprechend 1.9 was ja noch ganz ordentlich ist. Ich habe jetzt keine Lust das auszurechnen weil ich das Tool auch gerade nicht installiert habe. Aber selbst wenn man eine Leistungsanpassung vornimmt, wird die Rauschzahl nur marginal schlechter. Irgednwas bei 0.3dB waren es, wenn ich mich richtig erinnere. Viele Grüße, Martin Laabs
Wo hast du ein SWR von 1,9 her? Auch laut der R-&-S-Beschreibung liegt die Rauschanpassung von rauscharmen FET bei annähernd S11 = 1, entsprechend einem SWR von unendlich (fast rein kapazitiv). Bei Leistungsanpassung spiegelt man (konjugiert komplex) das gleiche R der Quelle (Antenne) wider. Damit muss m. E. zwangsläufig eine Rauschzahl von 2 das mindeste sein - außer man kühlt das System herunter. Nur mit (Leistungs-) Fehlanpassung kommt man ohne Kühlung unter die 3 dB. Es muss allerdings dazu genügend "Verstärkungsreserve" vorhanden sein. Wegen der groben Fehlanpassung ist ggf. auch die Stabilität ein Problem. Das kann im mittleren bis hohen GHz-Bereich zwar ggf. noch als absolut stabil durchgehen, im unteren GHz-Bereich und darunter ist K meist < 1.
Ich habe gerade im Netz ein Beispiel gefunden mit folgenden Daten: Schaltung mit Leistungsanpassung: LNA für 70 cm; F = 0,4 dB; v = 23 dB; IP3out = +30,5 dBm Schaltung mit Rauschanpassung: LNA für 70 cm: F = 0,3 dB; v = 21 dB; IP3out = +29,5 dBm Demnach wäre der Unterschied zwischen den beiden Apassungen tatsächlich nur marginal. (Was mir nicht verständlich ist.) Hängt die Betrachtungsweise des Eingangsrauschens mit der 4- resp. 8-pol-Beschaltung (bei Gegenkopplungsnetzwerken) zusammen? Von rückwirkungsarmen Anpasstufen (z. B. J-FET) weiß ich, dass die immer mit F über 2 (3 dB) liegen.
In //www.ihe.kit.edu/download/MMICdesign_4_LowNoiseAmplifiers_handout.pdf wird sogar als Designziel angegeben, Leistungs- und Rauschanpassung in Übereinstimmung zu bringen! (Ab S. 22) Meine bisherige Annahme streiche ich damit vollständig, die ist S12 /= 0 zum Opfer gefallen. Ein Großteil des der Quelle angebotenem R stammt demnach von der Ausgangsseite, der thermische Rauschanteil dieser "fiktiven" Last wird so um den Verstärkungswert verringert.
Danke für eure Rückmeldungen. Was mich bei www.ihe.kit.edu/download/MMICdesign_4_LowNoiseAmplifiers_handout.pdf in dem Beispiel auf Seite 23 allerdings wundert ist, dass der Punkt für Leistungsanpassung einen kleineren Realteil hat als der für Rauschanpassung. Damit Rg nicht zu groß wird hätte ich das umgekehrt erwartet. Ob das daran liegt, dass bei dem betreffenden Transistor der Anteil der Rauschspannungsquelle höher ist als der der Rauschstromquelle, oder ob das so ist weil die Rückwirkung vom Ausgang so hoch ist? Habt ihr Erfahrung ob das bei anderen echten Bauteilen, insbesondere MOSFETs, der Realteil für Leistungsanpassung auch kleiner ist als der für Rauschanpassung? Der von R&S beschriebene Aufwand zur Messung ist ja erheblich. Schade, dass sie nur ein Diagramm der Testschaltung und nicht das eines echten Transistors veröffentlicht haben. Viele Grüße Jörg
ZF schrieb: > Danke für eure Rückmeldungen. Was mich bei > www.ihe.kit.edu/download/MMICdesign_4_LowNoiseAmplifiers_handout.pdf > in dem Beispiel auf Seite 23 allerdings wundert ist, dass der Punkt für > Leistungsanpassung einen kleineren Realteil hat als der für > Rauschanpassung. Damit Rg nicht zu groß wird hätte ich das umgekehrt > erwartet. Ob das daran liegt, dass bei dem betreffenden Transistor der > Anteil der Rauschspannungsquelle höher ist als der der > Rauschstromquelle, oder ob das so ist weil die Rückwirkung vom Ausgang > so hoch ist? Auch nicht direkt mein Spezialthema, aber das, was da auf Seite 23 in www.ihe.kit.edu/download/MMICdesign_4_LowNoiseAmplifiers_handout.pdf zu sehen ist, ist aber auch schon die ganz hohe Schule des LNA-Designs. Da werden der Punkt für Maximum-Gain-Anpassung und Rauschanpassung übereinandergeschoben, um mit einer Abschlussimpedanz gleich beides auf einmal perfekt erfüllen zu können. Der "normale" Fall ist doch eher ein Kompromiss, den man je nach Bedarf zwischen Rausch- und Maxmimum-Gain eingeht. ZF schrieb: > Habt ihr Erfahrung ob das bei anderen echten Bauteilen, > insbesondere MOSFETs, der Realteil für Leistungsanpassung auch kleiner > ist als der für Rauschanpassung? Über die Hintergründe habe ich mir noch nicht wirklich Gedanken gemacht, aber ich bin mir ziemlich sicher, dass mir beides bereits untergekommen ist (größer + kleiner). Die Anpassung läuft ja sowieso über quasi rauschlose kapazitive und induktive Elemente, von daher spielt es meiner Meinung nach auch keine Rolle. (Die Leute, die mehr im Thema stecken mögen mich hier bitte verbessern falls ich falsch liege).
Hallo Miko, im Prinzip hast du Recht. Da ich aber denke, dass mein Anpassnetzwerk nicht gut hohe Güte mit großem Abgleichbereich vereinen kann, wäre es schön zu wissen in welche Richtung die Reise auf dem Smith Diagramm geht. Aber vermutlich gibt es da keine allgemeingültige Aussage. Ich stimme dir auch zu, dass man nicht immer beide Punkte vereinen muss. Wenn man an niedrigstem Rauschen interessiert ist, kann man eventuell auf das letzte dB an Verstärkung verzichten. Vielleicht passt es ohne das letzte dB sogar besser in den Pegelplan.
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