Impedanzanpassung an eine Kondensatorlast

Ich versuche derzeit, einen Kondensator als Last impedanzanzupassen. Im Detail handelt es sich um einen isolierenden Dünnfilm, der auf einer leitenden Schicht (geerdet) aufgewachsen ist. Wir haben nun kleine Pt-Elektroden darauf gesputtert und wollen an diese eine Spannung anlegen. Wir erwarten die Kapazität im Bereich von 0,5 - 1 pF und unsere Quelle hat eine Impedanz von 50 Ohm. Wir wollen rechteckförmige Spannungspulse mit < 50 ps Anstiegszeit (20 GHz) und bis zu 20 ns (50 MHz) Länge anlegen. Somit muss die Impedanzanpassungsschaltung sehr breitbandig sein.

Da ich kein Elektrotechniker bin, wäre ich Ihnen sehr dankbar, wenn Sie eventuelle Lösungsversuche für dieses Problem so einfach und ausführlich wie möglich erläutern würden.

BEARBEITEN:

Ich habe die Berechnung durchgeführt, um die Phasenverschiebung der Rückreflexion zu überprüfen. Ich erhalte diese Grafik:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Es scheint, als hätte ich den Sprung direkt in meiner Bandbreite (ca. 50 MHz auf 50 GHz).

Antworten (1)

Leider können Sie eine rein reaktive Last nicht anpassen. Sie könnten die Reaktanz bei einer bestimmten Frequenz mit einem Induktor wo aufheben

Z L = J ∗ ω ∗ L
Und
Z C = 1 J ∗ ω ∗ C = − J ω ∗ C

Das würde aber nur zu einem Kurzschluss führen. Verwenden Sie in jedem Fall die Formel für den Reflexionsfaktor einer Last an einer 50-Ohm-Leitung

Γ = Z L Ö A D − 50 Z L Ö A D + 50

Die Größe von Gamma für jede rein imaginäre Z_Last ist 1 (vollständige Reflexion der Spannungswelle). Wenn z. B. Z_Load j50 ist, erhalten Sie ein Gamma von j. Wenn Z_load j25 ist, erhalten Sie ein Gamma von -0,6 + j0,8. Wenn es -j33 ist, erhalten Sie -0.39-j0.92 usw.

Ich würde nur versuchen, Ihre Übertragungsleitung sehr kurz zu halten, und hoffen, dass Ihre Quelle eine ausreichend niedrige Ausgangsimpedanz hat, um mit dieser sehr nicht idealen Last fertig zu werden.

Hallo MikeP, vielen Dank für deine Antwort! Eine vollständige Spannungswellenreflexion wäre nicht der ungünstigste Fall, solange sich die Amplituden beider Wellen einfach addieren. Aber soweit ich es verstehe, wird es je nach Kapazität eine Phasenverschiebung geben. Gibt es eine Möglichkeit, die Phasenverschiebung irgendwie so zu fixieren, dass ich an der Last immer die doppelte Spannung meiner Quellenimpulsamplitude habe? Vielen Dank! Tschüss, Marvin.
Sehr gerne, Marv! Ich denke, solange die Kapazität niedrig ist und Sie somit eine große negative Reaktanz bis zu sehr hohen Frequenzen haben, sind die Terme von -50 und +50 Ohm im Ausdruck für Gamma vernachlässigbar und Sie haben a relativ konstante Phase. Bei 1 pF hätten Sie beispielsweise eine Reaktanz von über 1000 Ohm bis fast 160 MHz. Für 50 MHz ist dies gut, aber Rechteckimpulse benötigen eine Reihe von Harmonischen, und bei der 7. Harmonischen (350 MHz) ist die Reaktanz auf nur etwa 450 Ohm gesunken (etwa 12,5 Grad Verschiebung, was in Ordnung sein könnte).
Hallo MikeP, danke für die Antwort! Können Sie mir bitte die Gleichung zeigen, um die Phasenverschiebung zu berechnen? Und meine Pulse müssen sehr scharfe Anstiegszeiten haben (weniger als 50 ps). Somit werde ich Frequenzen im GHz-Bereich haben, die eine große Phasenverschiebung erfahren. Ich befürchte nun, dass sich meine Anstiegszeit durch Phasenverschiebungen in der Reflexion deutlich verlängert.
Kein Problem, Marv, verwende einfach Zload = 1/(j * w * C), wobei w 2 * pi * Frequenz und C die Kapazität ist, dann setze das in die obige Gleichung für Gamma ein und finde den Winkel dieses komplexen Vektors. Zum Beispiel bei 100 MHz und 1 pF: Zload = 1/(j*2*pi*100e6*1e-12)=-j1592, Gamma ist dann 0,998-j0,0628, atan(-0,0628/0,998) = -3,6 Grad
Hallo MikeP, nochmals vielen Dank für die Hilfe! Ich habe die Berechnung durchgeführt und ein Diagramm für meine Bandbreite gezeichnet (20 ps Anstiegszeit = 50 GHz; 20 ns Breite = 50 MHz). Es scheint, dass der große Sprung (in der Phasenverschiebung) genau in der Mitte meiner Bandbreite liegt und daher höchstwahrscheinlich meinen Puls am Sample schrauben wird? Ich gehe davon aus, dass ich eine längere Anstiegszeit sowie Klingeln und andere Instabilitäten in der Pulsamplitude (zumindest am Anfang des Pulses) bekommen werde. Kann ich etwas dagegen tun?
nicht mit anderen konzentrierten Schaltungselementen - ich denke, das Beste ist, zu versuchen, diese Übertragungsleitung so kurz wie möglich zu halten
Impedanzanpassung an eine Kondensatorlast
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