Anpassung auf min.NF / Smithchart

[Michael M. (michaelm)]

Hallo,
ich arbeite mich gerade in die MW-Technik (M-Stripline, S-Parameter, 
Anpassung usw.) als Anfänger ein.

Folgendes Beispiel:
Transistor BFP720, NF= 0,4 @ 5 mA und 1995 MHz

Aus dem DB von Infineon ist für die optimale Rauschanpsssung zu 
entnehmen:
ZL = 95 Ohm + j55 Ohm, normiert auf 50 Ohm: ZL' = 1,1 +j1,1

1. Im Smith-Diagramm (Zs = Zopt. für min. NF) ist erkennbar, dass durch 
eine Serienkapzität von 1,45pF die Impedanz reell 95 Ohm werden könnte. 
In DEM Fall wäre es für mein Gefühl sogar denkbar, den Transistor mit 
einer bereits auf 95 Ohm angepassten Leitung zu "bedienen".

Gunthart Kraus hat in seinem Tutorial zu "Ansoft Designer" auf Seite 64 
ff. ein Beispiel mit einem MMIC, dessen S 11 für min NF in sehr 
ähnlichem Bereich (ca. 1,9 Ohm + j1,5 Ohm) liegt. Dort wird jedoch die 
Anpassung über eine S-INDUKTIVITÄT erreicht?!
Bin total verwirrt...

2. Zweite Verwirrung: das DB vom BFP720 gibt als S11-Wert bei 1995 
MHz/5mA
ZL' etwa 0,3 - j1,1 aus. Dann käme logischerweise eine Serien-Ind. + 
Imp.-Transformation zur Anpassung an Z0 = 50 Ohm in Frage.

Welcher Weg ist nun der richtige bzw. wo ist mein Fehler? Bin völlig 
ratlos, eben Neuling auf dem Gebiet.

Ich hoffe, es fehlt jetzt keins der "berühmten" Salami-Scheibchen... :-)

Gruß und Guten Rutsch

[Oleg (Gast)]

Michael M. schrieb:
> in die MW-Technik

Mittelwellen-Technik?

Michael M. schrieb:
> für min. NF

Minimale Niederfrequenz?

Ich hoffe ja, daß du etwas anderes meinst, denn in den Diagrammen geht 
es um Gigahertz-Technik. :-)

[Oleg (Gast)]

Michael M. schrieb:
> NF= 0,4 @ 5 mA und 1995 MHz

Aha, jetzt habe ich es entdeckt. Du meinst die Rauschzahl (noise 
figure).

Bleibt noch die MW-Technik?

[Michael M. (michaelm)]

Danke für die schnelle Reaktion.

Gemeint ist natürlich MW= MikroWellen (microwave) und NF = Noise Figure.

Ich war der Meinung, das seien stehende Begrifflicheiten. ;-)

[Nautilus (Gast)]

Michael M. schrieb:
> ZL = 95 Ohm + j55 Ohm, normiert auf 50 Ohm: ZL' = 1,1 +j1,1

Müsste der Winkel Phi bei der Umwandlung in die Exponentialform bei 
beiden Werten nicht gleich bleiben?

[Michael M. (michaelm)]

Frag mich mal was leichteres... :D Ich bin kein großartiger 
Mathematiker.
Ich sehe im Normierungsvorgang keine Exponentialform. Es wird ja nur ins 
Verhältnis zur gewählten/üblichen System-Impedanz Z0 = 50Ohm gesetzt.

[Rest (Gast)]

Ist halt ein Tippfehler oder?

ZL = 95 + j55
Z0 = 50R
ZL' = 95/50 + j55/50 = (1,9 + j1,1)

[Egon D. (Gast)]

Michael M. schrieb:

> Gemeint ist natürlich MW= MikroWellen (microwave)
> und NF = Noise Figure.
>
> Ich war der Meinung, das seien stehende
> Begrifflicheiten. ;-)

Ja, sind es schon... nur ist der Aküfi nicht
jedermanns Sache.

[Michael M. (michaelm)]

Rest schrieb:
> Ist halt ein Tippfehler oder?
>
> ZL = 95 + j55
> Z0 = 50R
> ZL' = 95/50 + j55/50 = (1,9 + j1,1)

Ja, hast absolut Recht, es sollte natürlich 1,9 + j1,1 sein. Danke.

[Robert M. (r0bm)]

Michael M. schrieb:
> Aus dem DB von Infineon ist für die optimale Rauschanpsssung zu
> entnehmen:
> ZL = 95 Ohm + j55 Ohm, normiert auf 50 Ohm: ZL' = 1,1 +j1,1

Für geringstes Rauschen möchte der Transistor aus einem Quellwiderstand 
Zs=95+j55 gespeist werden. Die tatsächliche Eingangsimpedanz des 
Transistors liegt bei ca. Ze=16-j51 @ 1,99GHz/3V/5mA. Eine kurze 
(~0,156xLambda) 90Ohm Leitung wäre z.B. in der Lage von 50Ohm auf 
Zs=95+j55 zu transformieren.

Michael M. schrieb:
> 2. Zweite Verwirrung: das DB vom BFP720 gibt als S11-Wert bei 1995
> MHz/5mA
> ZL' etwa 0,3 - j1,1 aus. Dann käme logischerweise eine Serien-Ind. +
> Imp.-Transformation zur Anpassung an Z0 = 50 Ohm in Frage.
>
> Welcher Weg ist nun der richtige bzw. wo ist mein Fehler? Bin völlig
> ratlos, eben Neuling auf dem Gebiet.

In diesem Fall betreibst du Leistungsanpassung, das Rauschmaß ist 
zweitrangig. Die Eingangsimpedanz des Transistors Ze=16-j51 soll auf 
50Ohm angepasst werden. Mittels eines vorgeschalteten Netzwerkes (z.B. 
L-C Tiefpass) muss daher der Transistor mit dem konjugiert komplexen 
Quellwiderstand Zs=16+j51 angesteuert werden.

[Michael M. (michaelm)]

Hallo Robert,
danke für deine Ausführungen.

Robert M. schrieb:
> Für geringstes Rauschen möchte der Transistor aus einem Quellwiderstand
> Zs=95+j55 gespeist werden. Die tatsächliche Eingangsimpedanz des
> Transistors liegt bei ca. Ze=16-j51 @ 1,99GHz/3V/5mA. Eine kurze
> (~0,156xLambda) 90Ohm Leitung wäre z.B. in der Lage von 50Ohm auf
> Zs=95+j55 zu transformieren.

Ich habe das alles mal mit SimSmith probiert und wohl auch 
hinbekommen(?).

Die 90-Ohm-Leitung passt offensichtlich, siehe Bild "TL=90R". :-)

>
> Michael M. schrieb:
>> 2. Zweite Verwirrung: das DB vom BFP720 gibt als S11-Wert bei 1995
>> MHz/5mA
>> ZL' etwa 0,3 - j1,1 aus. Dann käme logischerweise eine Serien-Ind. +
>> Imp.-Transformation zur Anpassung an Z0 = 50 Ohm in Frage.
>>
>
> In diesem Fall betreibst du Leistungsanpassung, das Rauschmaß ist
> zweitrangig. Die Eingangsimpedanz des Transistors Ze=16-j51 soll auf
> 50Ohm angepasst werden. Mittels eines vorgeschalteten Netzwerkes (z.B.
> L-C Tiefpass) muss daher der Transistor mit dem konjugiert komplexen
> Quellwiderstand Zs=16+j51 angesteuert werden.

Dass das dann reine Leistungsanpassung (Rauschen zweitrangig) ist, war 
mir schon klar. Es ist nur (als Anfänger) sehr unplausibel, dass S11 so 
krass von der Rausch-Anpassung abweicht. ^^

Bild "S11" zeigt dann das nötige Eing.-Netzwerk.

Mit Bild "minNF Z0=50R" wäre ich auf "normalem" System-Z = 50R.

Wenn ich -wie eingangs erwähnt- bereits mit einem Z0=95R ankomme, wäre 
dann auch Bild "minNF Z0=95R" denke ich richtig angepasst und 
realisierbar?

[Robert M. (r0bm)]

Michael M. schrieb:
> Ich habe das alles mal mit SimSmith probiert und wohl auch
> hinbekommen(?).

Noch nicht ganz. Du hast mittels einer 90Ohm/124° Leitung  eine 95+j55 
Last auf 50Ohm transformiert, d.h. Leistungsanpassung betrieben. Eine 
Last von 95+j55 gibt es im BFP720 Bsp. nicht!

Für Rauschanpassung wird verlangt dass die Impedanz des Generators, d.h. 
wenn man in den Generator hineinguckt, 95+j55 beträgt. Eine 90Ohm/56° 
Leitung bzw. äquivalentes LC-Netzwerk würde die tatsächlich vorhandene 
50Ohm Quelle (z.B. Antenne o.ä.) so verändern dass diese wie 95+j55 
aussieht.

Der Transistor ist die eigentliche Last und dessen Eingangsimpedanz 
liegt bei 15-j55 (aus deinen Angaben). Es fällt auf, dass sich die 
Blindanteile des Generators und der Last kompensieren. Es bleiben die 
Realteile übrig die bei Rauschanpassung unterschiedlich sind, bei 
Leistungsanpassung jedoch identisch wären.


Michael M. schrieb:
> Dass das dann reine Leistungsanpassung (Rauschen zweitrangig) ist, war
> mir schon klar. Es ist nur (als Anfänger) sehr unplausibel, dass S11 so
> krass von der Rausch-Anpassung abweicht. ^^

Rauschanpassung und Leistungsanpassung fallen leider nicht zusammen. Man 
muss überlegen was man möchte. Hängt der Vorverstärker direkt an der 
Antenne dann wird man höchstwahrscheinlich Rauschanpassung betreiben und 
Fehlanpassung akzeptieren. Bei einem ZF-Verstärker nach einem ZF-Filter 
(z.B. SAW-Filter) wird man eher Leistungsanpassung vorziehen um das 
Filter korrekt abzuschließen.


Michael M. schrieb:
> Wenn ich -wie eingangs erwähnt- bereits mit einem Z0=95R ankomme, wäre
> dann auch Bild "minNF Z0=95R" denke ich richtig angepasst und
> realisierbar?

Ist formal korrekt doch hier hast du das gleiche Problem wie weiter 
oben, es gibt in Wirklichkeit keine Last ZL=95+j55. Wenn du schon 
Zo=95Ohm hast, wäre eine kleine Serieninduktivität notwendig um den 
Blindanteil zu erhöhen und für Rauschanpassung den Generator wie 95+j55 
aussehen zu lassen.

[Michael M. (michaelm)]

Robert M. schrieb:
> Für Rauschanpassung wird verlangt, dass die Impedanz des Generators, d.h.
> wenn man in den Generator hineinguckt, 95+j55 beträgt. Eine 90Ohm/56°
> Leitung bzw. äquivalentes LC-Netzwerk würde die tatsächlich vorhandene
> 50Ohm Quelle (z.B. Antenne o.ä.) so verändern dass diese wie 95+j55
> aussieht.
>
> Der Transistor ist die eigentliche Last und dessen Eingangsimpedanz
> liegt bei 15-j55 (aus deinen Angaben). Es fällt auf, dass sich die
> Blindanteile des Generators und der Last kompensieren. Es bleiben die
> Realteile übrig die bei Rauschanpassung unterschiedlich sind, bei
> Leistungsanpassung jedoch identisch wären.

Ich hoffe, das jetzt endlich verstanden zu haben:
Ich habe auch nicht richtig auf's DB gesehen, denn da steht ja auch, 
dass die Quelle 95R + j55 darstellen soll.
Somit ist mir jetzt auch klar, dass S11 ganz anders (nämlich kapazitiv) 
ist; logisch, wenn man sich bewusst macht, dass beim Reinsehen in den 
Trans. parasitäre Kaps vorhanden sind.

Den Rest muss ich noch mal intensiv nachlesen. Leider gibt das SimSmith 
mir nicht die Möglichkeit, den Generator komplex zu machen oder ich bin 
zu doof dazu. ;-). Habe nun gerade 2 Abende bzw, wenige Stunden damit 
gespielt. Außer dem habe ich (momentan) keine weiteren 
Simul.-Möglichkeiten wie AnSoft o.ä.
Es wird sicherlich noch weitere Fragen geben; soweit erst einmal danke..
Guten Start in's neue Jahr!

[Robert M. (r0bm)]

Michael M. schrieb:
> Den Rest muss ich noch mal intensiv nachlesen. Leider gibt das SimSmith
> mir nicht die Möglichkeit, den Generator komplex zu machen oder ich bin
> zu doof dazu. ;-). Habe nun gerade 2 Abende bzw, wenige Stunden damit
> gespielt.

In SimSmith (o.ä. Tool) zuerst mit einer reellen Last Z = 50Ohm 
beginnen. Danach die Leitung einfügen und Leitungsimpedanz und -länge 
solange tunen bis am anderen Ende der Leitung (d.h. am Generator) sich 
eine Impedanz von 95+j55 einstellt. Die Leitung muss kürzer als Lambda/4 
(90°) sein da ein induktiver Blindanteil benötigt wird.

Nachdem die Leitungseigenschaften ermittelt wurden, die Eingangsimpedanz 
des Transistors als neue Last Z nehmen um z.B. zu beobachten welches SWV 
durch die Fehlanpassung am Generator entsteht.

[Michael M. (michaelm)]

Robert, ich muss mich später dazu melden, weil momentan keine Zeit für 
eine intensive Beschäftigung mit diesem Thema übrig ist...
Soweit mal danke an dich.

[Michael M. (michaelm)]

Update:
Befasse mich nun parallel etwas intensiver mit dem Ansoft-Designer, 
nicht zuletzt deswegen, weil ich nun eine Windows7-Maschine hier ständig 
verfügbar habe); es bringt langsam Erkenntnis und "Erleuchtung"... :-))