und WErtschiaft Anleitung zum Entwurf und Aufbau von Kleinsignal-Hochfrequenzverstärkern Diplomarbeit

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1 und WErtschiaft Anleitung zum Entwurf und Aufbau von Kleinsignal-Hochfrequenzverstärkern Diplomarbeit zur Erlangung des akademischen Grades Diplom-Ingenieur (FH) an der Fachhochschule für Technik und Wirtschaft Berlin (FHTW) Fachbereich: Ingenieurwissenschaften I Studiengang: Nachrichten- und Kommunikationstechnik Prof. Dr. Michael Schmidt Betreut von: Prof. Dr. Joachim Meißner Vorgelegt von: Axel Stage Erstellt an der FHTW-Berlin, FB1 Berlin,

2 VII INHALTSVERZEICHNIS Danksagung Für den schnellen Leser Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Abkürzungsverzeichnis Formelzeichenverzeichnis III V VII XII XVII XXI XXIII 1 Einführung Anlass der Arbeit Aufgabenstellung Ziele Gliederung 2 2 Grundlagen Einleitung "."": Lineare Vierpole Y-Parameter S-Parameter Reflexionsfaktor VSWR Stabilität Stabilitatsbedingungen Absolute und bedingte Stabilität Stabilitätskreise Verstärkung Kreis konstanter Leistungsverstärkung Rauschen.' : Thermisches Rauschen Rauschzahl eines linearen Vierpols Der technische Kondensator 15

3 VIII 2.9 Die technische Spule 17 3 Entwurf von Hochfrequenzverstärkern Überblick Einleitung Die verwendeten Transistoren Schaltungskonzepte Grundschaltungen Rückwirkung, Rückwirkungsfreiheit und Neutralisation Anpassungsnetzwerke Schaltungsnetzwerk Gesamtschaltbild Kleinsignal-HF-Verstärker Emitterschaltung Dimensionierung Kleinsignal-HF-Verstärker Emitterschaltung Gesamtschaltbild Kleinsignal-HF-Verstärker Basisschaltung Dimensionierung Kleinsignal-HF-Verstärker Basisschaltung Arbeitspunkt Gleichstromentkopplung Y-Parameter Entwurf Entwurf mit BFW92 in Emitterschaltung Entwurf mit BFW92 in Basisschaltung Entwurf mit BFR93A in Emitterschaltung Entwurf mit BFR93A in Basisschaltung S-Parameter Entwurf Entwurf mit BFW92 in Emitterschaltung Entwurf mit BFR93A in Emitterschaltung 42 4 Simulation Überblick Einleitung Eingangsanpassungsnetzwerk für 50 MHz Ausgangsanpassungsnetzwerk für 50 MHz TuneTool Simulation des HF-Verstärkers mit dem BFW92 in Emitterschaltung Optimierung Eingangsanpassungsnetzwerk 53

4 IX Optimierung Ausgangsanpassungsnetzwerk 53 r Lineare Simulation des HF-Verstärker Simulationsergebnisse HF-Verstärker Smith Tool Simulation des HF-Verstärkers mit dem BFR92A in Emitterschaltung Nichtlineare Simulation Großsignalverhalten Lineare Simulation Simulation Oszillator 61 5 Schaltungsaufbau Überblick Konstruktion des HF-Verstärkers mit BFR93A in Emitterschaltung 63 6 Messung der Kenngrössen Überblick Einleitung Arbeitspunkt Messaufbau Spannungsmessung Spannungsmessung Berechnung Kollektorstrom Ausbreitungsgeschwindigkeit im Koaxialkabel Messaufbau Ausbreitungsgeschwindigkeit Messergebnisse für l phy = 100 cm Messergebnisse für l phy = 80 cm Messergebnisse für l phy = 52 cm Kondensatoren und Spulen Messaufbau Messergebnis Kondensatoren und Spulen Anpassungsnetzwerke bei 50 MHz Messaufbau Anpassungsnetzwerke Messergebnis Eingangsanpassungsnetzwerk 50 MHz HF-Verstärker aus dem Y-Parameterentwurf BFW92in Emitterschaltung 83

5 X BFW92 in Basisschaltung BFR93A in Emitterschaltung BFR93A in Basisschaltung HF-Verstärker aus dem S-Parameterentwurf BFW92 in Emitterschaltung BFR93A in Emitterschaltung Oszillator Messaufbau Oszillator Messergebnis Oszillator Auswertung Anleitung zum Entwurf und Aufbau eines Kleinsignal-Hochfrequenzverstärkers Einleitung Grundlagen...' Lineare Vierpole S-Parameter Reflexionsfaktor Schaltungskonzeption HF-Verstärker Schaltplan Dimensionierung Anpassungsnetzwerke Arbeitspunkteinstellung des Transistors Entwurf eines HF-Verstärkers im Smith-Diagramm Simulation Smith Tool Anpassungsnetzwerke für 50 MHz TuneTool Nichtlineare Simulation des HF-Verstärkers Lineare Simulation des HF-Verstärkers Aufbau.' Messungen der Kenndaten Ausbreitungsgeschwindigkeit im Koaxialkabel Ein- und Ausgangsanpassungsnetzwerke 135

6 XI Arbeitspunkteinstellung Transistor Messung der Reflexionskoeffizienten Messung der Transmissionskoeffizienten Großsignalverhalten Rauschzahl: Stabilität Zusammenfassung und Ausblick 143 Literaturverzeichnis 144 Erklärung zur Urheberschaft 145