Phân tíh, thiết kế mạch khuếch đại tạp âm thấp (lna) dùng cho băng tần ku

Trang 1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI--- VĂN MINH PHƯƠNGPHÂN TÍCH, THIẾT KẾ MẠCH KHUẾCH ĐẠI TẠP ÂM THẤP LNA DÙNG CHO BĂNG TẦN KUChuyên ngành : Kỹ thuật viễn thông

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

VĂN MINH PHƯƠNG

PHÂN TÍCH, THIẾT KẾ MẠCH KHUẾCH ĐẠI TẠP ÂM THẤP

(LNA) DÙNG CHO BĂNG TẦN KU

Chuyên ngành : Kỹ thuật viễn thông

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Kỹ thuật viễn thông

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :

1 TS PHẠM THÀNH CÔNG

Hà Nội – Năm 2017

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đam:

B n luả ận văn tốt nghi p này là công trình nghiên c u cệ ứ ủa cá nhân tôi, được thực hi n dệ ựa trên cơ sở nghiên c u lý thuy t, th c t cùng v i s ứ ế ự ế ớ ự hướng d n, ch ẫ ỉ

Người cam đoan

Văn Minh Phương

LỜ I CẢM ƠN

Đầu tiên, cho phép em được g i l i cử ờ ảm ơn sâu sắc đến th y TS Phạm ầ

Thành Công Thầy là người luôn theo sát em trong quá trình làm luận văn, Thầy

đã tận tình ch bỉ ảo, đưa ra những vấn đề ố c t lõi giúp em c ng c l i ki n th c và ủ ố ạ ế ứ

có định hướng đúng đắn để hoàn thành luận văn này

Tiếp đến em xin đượ ửc g i l i cờ ảm ơn đến các thầy, cô đã ảgi ng d y giúp em ậ

có được những ki n th c cốế ứ t lõi ph c v cho vi c thực hiệụ ụ ệ n luận văn

Cuối cùng em xin cảm ơn gia đình, các anh chị ạn bè đã quan tâm, độ, b ng viên và h em trong th i gian thỗtrợ ờ ực hiện luận văn

Xin chân thành cảm ơn

Hà nội, ngày 28 tháng 03 năm 2017

Văn Minh Phương

MỤ C LỤC

Lời cam đoan ……… 1

L i cờ ảm ơn ……… 2

M c lụ ục ……… 3

Danh m c các ký hi u, ch vi t t t ụ ệ ữ ế ắ ……… 5

Danh m c các b ng bi u ụ ả ể ……… 6

Danh m c các hình vụ ẽ, đồ thị ……… 7

M u ở đầ 1 Lý do chọn đề tài……… 9

2 Mục tiêu đề tài……… 10

3 Phương pháp nghiên cứ ……… u 11

4 N i dung nghiên c u ộ ứ 4.1 Nghiên c u lý thuy t ứ ế ………

4.2 Thiế ế ộ khuếch đại t p âm th p t k b ạ ấ ………

11 11 11 5 B c c lu ố ụ ận văn ……… 11

CHƯƠNG 1 – Ổ T NG QUAN V B KHUỀ Ộ ẾCH ĐẠI T P ÂM TH P Ạ Ấ –LNA 1.1 Khái ni m b khuệ ộ ếch đại t p âm th p ạ ấ – LNA …………

1.2 V trí b khu ị ộ ếch đại t p âm thạ ấp – LNA ………

1.3 Lý thuy t v tế ề ạp âm đối v i m ng hai c a ớ ạ ử ………

1.4 H s t p âm ệ ố ạ ………

1.5 D n n p ngu ẫ ạ ồn vào lý tưởng ………

1.6 H s t p âm và nhi ệ ố ạ ệt độ ………

1.7 Xây d ng mô hình m ng hai c c ự ạ ự ………

1.8 B LNA d ộ ải hẹ ……….p 1.8.1 Suy hao do điện c m emitter ả ………

1.8.2 T i collector ả ……….

12

12

13

13

16

17

17

19

22

23

1.8.3 Phân c c ự ……… 25

1.9 Các thông s quan tr ng c a m ch khuố ọ ủ ạ ếch đại – LNA

1.9.1 H s t p âm (NF ệ ố ạ – №ise Figure) ………

1.9.2 Ma tr n tán x ậ ạ ………

1.9.3 H s khu ệ ố ếch đại ……….

1.9.4 Độ tuy n tính ế ………

1.9.5 Tính ổn định c a h ủ ệ thống ………

25 25 28 30 31 36 CHƯƠNG 2 – PHỐI H P TR KHÁNG CHO M CH KHU Ợ Ở Ạ ẾCH ĐẠI 2.1 Lý thuyết chung ……… 37

2.2 Các k thu t ph i h p tr ỹ ậ ố ợ ở kháng ……… 38

2.2.1 Phố ợ i h p tr kháng dùng dây chêm ở ……… …… 39

2.2.2 Phối h p tr kháng dùng ph n t t p trung ợ ở ầ ử ậ ……… 41

2.2.3 Ph ối hợ p tr kháng d ở ải hẹ p b ng nh ằ ững đoạ n dây d n sóng m c liên ti p ẫ ắ ế ………… ……… … … 42

CHƯƠNG 3 – THI T K VÀ MÔ PH NG M CH Ế Ế Ỏ Ạ 3.1 L a ch n ph n m m thi t k mô ph ng và linh kiự ọ ầ ề ế ế ỏ ện ……

3.1.1 Ch n l a ph n m m thi t k mô ph ọ ự ầ ề ế ế ỏng ………

3.1.2 Yêu c u thi t k cho m ch khu ầ ế ế ạ ếch đạ ạ i t p âm th p ấ (LNA) băng Ku ………

3.1.3 L a ch n transistor cho vi c thi t k ự ọ ệ ế ế ………

44 44 45 45 3.2 Thi t k m ch và mô ph ng m ch khuế ế ạ ỏ ạ ếch đại …………

3.2.1 Phương pháp phối h p tr ợ ở kháng ………

3.2.2 Tính toán lý thuy t nhánh l i vào và ra ế ố ………

3.2.3 Ph i h p tr kháng m ch khu ố ợ ở ạ ếch đại …………

49

49

50

58

KẾ T LUẬN

TÀI LIỆU THAM KH O Ả

DANH MỤ C CÁC KÝ HI U, CÁC CH ẾT TẮT Ệ Ữ VI

LNA : Low Noise Amplifier

NF : Noise Figure

G : Gain (Độ ợi) l

SNR : Signal to Noise Ratio

VSWR : Voltage Standing Wave Ratio

RF : Radio Frequency

FET : Field-Effect Transistor

MOSFET : Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor (Transistor

hi u ệ ứng trườ ng Oxit kim lo ại – Bán d ẫn)

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

B ng 2 ả Yêu cầu thi t kế ộế b khu ch đ i ế ạ 45

B ng 3 ả Sơ đồ và ch c năng c a t ng chân ATF-36077 ứ ủ ừ 46

B ng 4 ả Chế độ thiên áp c a ATF-30677 ủ 47

B ng 5 ả Các tham s ốchức năng củ ATFa -30677 47

B ng 6 ả Tham s tán x n i suy cố ạ ộ ủa ATF-30677 t i 12.7 GHz ạ 48

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ TH Ị

Hình 1.1 Sơ đồ ạ m ch thu tín hiệu RF cơ bản 13

Hình 1.3 Mô hình tạp âm hai cửa tương đương 14 Hình 1.4 Mô hình tạp âm cho tranzitor lưỡng c c ự 18 Hình 1.5 Mô hình để tính toán giá tr t p âm ị ạ 19

Hình 1.6 Sơ đồ khu ch đ i ki u emitter chung dùng cu n ế ạ ể ộ

Hình 1.7 Sơ đồ thi t k LNA d i h p ế ế ả ẹ 20 Hình 1.8 Thiết kế LNA dải hẹp dùng m ch d i ạ ả 22 Hình 1.9 M ch LNA dạ ải hẹp dùng phân áp cầu điện tr ở 23 Hình 1.10 Khối khuếch đạ ại t p âm th p ấ 26

Hình 3.2 Sơ đồ ạ m ch khuếch đại ph i h p tr kháng ố ợ ở 45 Hình 3.3 Độ ợ l i G theo t n s c a ATF-36077 ầ ố ủ 47 Hình 3.4 Phương pháp phố ợi h p tr khở áng dùng λ/4 50

Hình 3.5 Công cụ tính toán Quarter Wavelenght

Hình 3.9 Mạch phố ợi h p tr kháng lở ối vào trường h p 1 ợ 53 Hình 3.10 Kết q ảu tham s Số 11, S21 lối vào trường h p 1 ợ 54 Hình 3.11 Mạch phố ợi h p tr kháng lở ối vào trường h p 2 ợ 55 Hình 3.12 Kết quả tham s Số 11, S21 lối vào trường h p 2 ợ 55

Hình 3.14 Mạch phố ợi h p tr kháng lở ối ra 57 Hình 3.15 Kết quả tham s Số 11, S21 lối ra 57 Hình 3.16 Sơ đồ nguyên lý mô ph ng m ch khu ch đ i ỏ ạ ế ạ 58

Hình 3.18 Tham s tố ỷ s ố sóng đứng VSWR1 59

LỜ I MỞ ĐẦU

1 Lý do chọ n đ ề tài

Hiện nay băng tần Ku (có t n s 12GHz-18Ghz) ầ ố được dùng ch y u cho v ủ ế ệtinh thông tin, đáng chú ý nhất là dùng cho các d ch v phát qu ng bá và c nh, ị ụ ả ố đị

và cho các ng d ng c ứ ụ ụ thể như vệ tinh theo dõi và chuy n ti p d ể ế ữ liệu

c a ủ NASAđược dùng cho liên l c v i tàu con thoi và tr m ISS Các v tinh dùng ạ ớ ạ ệbăng Kucũng được dùng cho backhaul và đặc bi t cho v tinh t ệ ệ ừ địa điểm xa tr ở

v ềcác studio của đài truyền hình để chỉnh sửa và phát sóng

So với băng C, băng Ku không ph i h n ch công suả ạ ế ất để tránh gây nhi u ễcho các hệ ố th ng vi ba mặt đất, do đó công suất đường lên và đường xu ng có th ố ểtăng Công suất cao hơn cũng có nghĩa là chảo anten thu cũng nhỏ hơn Khi công suất tăng, kích thước ch o anten thu có th gi m ả ể ả

Băng Ku cũng cung cấp cho một người dùng tính linh ho t nhiạ ều hơn Kích thước ch o anten nh ả ỏ nên người dùng cho th ểchọn v ị trí đặt ch o sao cho phù h p ả ợ

nh t v i hoàn c nh cấ ớ ả ủa mình Đố ới người v i dùng cuối, băng Ku nói chung là r ẻhơn và cho phép anten nhỏ hơn (vì t n s ầ ố cao hơn và chùm tia tập trung hơn) Băng

Kucũng ít ị b suy hao bởi mưa hơn so với băng Ka

Anten tr m mạ ặt đấ ủt c a trạm điều khi n v tể ệ ịnh đòi hỏi ph i bám v trí v ả ị ệtinh chính xác hơn khi vệ tinh hoạt động ở băng Ku so với băng C Độ chính xác thông tin ph n h i cả ồ ần cao hơn và anten có thể yêu c u m t h thầ ộ ệ ống điều khiển vòng kín để duy trì v trí c a anten tr m mị ủ ạ ặt đất

Các b u ộ th trên đòi hỏi ngày càng nh g n, ti p nh n thông tin nhanh và ỏ ọ ế ậchính xác Vì v y, yêu c u ph n c ng cho các thi t b này ngày càng gậ ầ ầ ứ ế ị ắt gao hơn Tín hiệu thu được ph i là các tín hi u vô tuyả ệ ến, biên độ tín hiệu thu được thường

r t nhấ ỏ, trong môi trường đầ ạy t p âm, sóng nhiễu Chính điều này dẫn đến việc phát tri n b khuể ộ ếch đại t p âm th p ậ ấ (LNA-Low №ise Amplifier), v i yêu c u ngày ớ ầcàng nhỏ ọ g n, h s khu ch đệ ố ế ại cao hơn là rấ ầt c n thi t ế

Thiế ết k ch t o thi t b LNA làm vi c ở băng tầế ạ ế ị ệ n Ku (12GHz-18GHz) là

m t th thách rộ ử ất khó khăn do tần s làm vi c rố ệ ất cao nhưng thiế ịt b chế ạo được t

s nên thi t thẽtrở ế ực trong xu hướng ngày càng nhi u ng d ng k ề ứ ụ ỹthuật vào thực tiễn

Bài toán phân tích, thi t k b khuế ế ộ ếch đạ ại t p âm th p tấ ại băng tần Ku tr ởnên c n thiầ ết và có ý nghĩa quan trọng Chính vì vậy, đề tài luận văn “Phân tích

và thiết kế ộ b khuếch đạ ại t p âm thấp băng tần Ku” sẽ ố ắng trình bày để c g làm

rõ hơn các nguyên lý thiế ết k , mô ph ng b khu ch đ i t p âm thỏ ộ ế ạ ạ ấp băng tần Ku

2 Mục tiêu đề tài

Mục đích chính của đề tài là nhằm đưa ra một thi t k m ch khuế ế ạ ếch đạ ại t p

âm th p LNA có cấ ấu trúc đơn giản, s dử ụng transistor trường có chi phí thấp nhưng

hoạt động hi u qu t n s ệ ả ở ầ ố cao và đáp ứng được yêu c u làm vi c trong d i tầ ệ ả ần 12GHz - 18GHz, h s khuệ ố ếch đại > 10dB

Luận văn “Phân tích và thi t k b khu ế ế ộ ếch đạ ạ i t p âm th ấp băng tầ n Ku”

có các m c tiêu lý thuyụ ết và thực tiễn sau

- V lý thuy t ề ế

+ Trình bày cơ sở lý thuy t thi t k b khu ch i t p âm th p ế ế ế ộ ế đạ ạ ấ

+ Trình bày t ng quan v b khuổ ề ộ ếch đại tạp âm th p ấ

- V ềthực tế

+ Thi t k mế ế ạch, chạy mô phỏng và đo đạc thông s b khuố ộ ếch đạ ại t p

âm th p hoấ ạ ột đ ng ở băng tần Ku b ng ph n m m ADS 2016 ằ ầ ề

3. Phương pháp nghiên cứu

Để ự th c hi n luệ ận văn trên, phương pháp nghiên cứu đượ ử ục s d ng g m: ồ

- Phương pháp nghiên c u lý thuy t: S dứ ế ử ụng phương pháp phân tích và

t ng h p lý thuy t, c p nh t và x lý tài li u liên quan v ổ ợ ế ậ ậ ử ệ ềthiế ế ạch t k mkhuếch đại tạp âm th p, nghiên c u s d ng ph n m m ADS 2016 ấ ứ ử ụ ầ ề

- Phương pháp mô phỏng: Trên cơ sở thiết k ế đã có ta thực hi n mô ph ng ệ ỏtrên phần m m chuyên d ng ADS 2016 ề ụ

- Phương pháp nghiên cứu th c ti n: S dự ễ ử ụng phương pháp quan sát khoa

học để tìm hi u m ch khuể ạ ếch đạ ại t p âm thấp đã có trên cơ sở đó thiết

k mế ạch với các thông số độ ợ l i, NF và phối hợp tr kháng tở ốt hơn

4 N i dung nghiên c u ộ ứ

4.1 Nghiên c u lý thuy t ứ ế

- Nghiên cứu v t ng quan b khuề ổ ộ ếch đại tạp âm th p ấ

- Nghiên cứu kỹ thuật phối hợp tr kháng ở

- Nghiên cứu ph n m m mô ph ng và transistor ầ ề ỏ được chọn

4.2 Thiết kế ộ khuếch đạ ạ b i t p âm th p ấ

- Thiết kế và mô ph ng mỏ ạch

- Xuất dữ liệ u kết quả mô phỏng

5 B c ố ục luận văn

Nội dung luận văn gồm 3 chương

Chương 1: Tổ ng quan v b khu ề ộ ếch đạ ạ i t p âm th p ấ Chương 2: Ph i h p tr kháng cho m ch khu ch đ i ố ợ ở ạ ế ạ Chương 3: Mô phỏ ng và xu t d li u ấ ữ ệ

CHƯƠNG 1 – Ổ T NG QUAN V B KHU CH Đ I T P ÂM TH P Ề Ộ Ế Ạ Ạ Ấ

1.1 Khái niệm bộ khuếch đạ i tạp âm th p LNA ấ

LNA là viế ắt t t của Low №ise Amplifier, là b khuộ ếch đại tạp âm th p ấ

Biên độ các tín hi u phát b ng vô tuyệ ằ ến đến phía đầu thu nhận được thường r t ấ

nh Chính vì v y c n ph i có các b khuỏ ậ ầ ả ộ ếch đạ ại t p âm thấp để nhằm thu được các tín hiệu nh chính xác ỏ

Các m ch cao t n là phi tuy n tính t c là không biạ ầ ế ứ ến đổi theo chiều hướng có thể ế ự đoán trướ bi t d c và r t nh y c m v i nhi t Chính t p âm nhi t này gây ra ấ ạ ả ớ ệ ạ ệảnh hưởng r t nhi u trong quá trình thu và khôi ph c l i tín hi u d li u ấ ề ụ ạ ệ ữ ệ

Việc khuếch đại thông thường giúp khuếch đại công su t tín hiấ ệu nhưng đồng thời cũng khuếch đại luôn t p âm Chính vì v y b ạ ậ ộ LNA được dùng để khuếch đại tín hi u c n thiệ ầ ết để đạt được một độ ợi Gain ố l ( ) t t nh tấ , đồng thời cũng hạn ch ế

tối đa việc khuếch đại tín hi u t p âm ệ ạ

1.2 V ị trí bộ khuếch đạ ại t p âm th p LNA ấ

B khuộ ếch đạ ại t p âm th p là r t c n thi t trong h ấ ấ ầ ế ệthống thông tin di động, đặc

bi t là b ph n thu B khuệ ộ ậ ộ ếch đại t p âm th p th hi n trong hình 1.1 là b khu ch ạ ấ ể ệ ộ ếđại tầng đầu vào của máy thu, được đặt càng g n anten thu càng t có vai trò quan ầ ốt,trọng nhằm tăng tín hiệu thu mong mu n và gi m t p âm gây ra trên tuy n anten ố ả ạ ế

và feeder, b i vì tín hiở ệu thu đượ ừc t anten v công su t là rề ấ ất yếu, s ẽ được khu cế h đại thông qua LNA Đồng th i, v i thi t k ờ ớ ế ế đặc bi t, LNA s khuệ ẽ ếch đại công suất tín hi u v i t p âm là tệ ớ ạ ối ưu Lúc này hệ ố ạ s t p âm №ise Figure (NF) s là th p ẽ ấ

nh t T ấ ừ đây, dựa vào công th c Friis (liên quan đếứ n công su t phát và thu c a ấ ủ Anten khi hai anten cách nhau m t kho ng cách R > 2D ộ ả 2 λ, với D là kích thướ ớ c l n

nh t c a Anten ấ ủ ), h s t p âm NF c a máy thu s là th p nh t, do ệ ố ạ ủ ẽ ấ ấ ảnh ưởng nhiều

nhất từ ầ t ng khuếch đại đầu tiên

Hình 1.1 Sơ đồ kh i m t ph n m ch thu tín hi ố ộ ầ ạ ệu RF cơ bả n

1.3 Lý thuyết cơ bả ề ạp âm đối vớn v t i m ng hai c a ạ ử

Chúng ta s ẽ nói sơ qua về khái ni m t p âm trong m ng hai c a [3] Vi c tệ ạ ạ ử ệ ập trung xây d ng mô hình h t p âm lo i này có th ự ệ ạ ạ ể giúp đơn giản hóa r t nhi u viấ ề ệc phân tích, qua đó giúp ta hiểu rõ được ưu, nhược bên trong c a b thi t k ủ ộ ế ế

Hình 1.2 Mô hình mạ ng t p âm hai c a ạ ử

1.4 H s t p âm ệ ố ạ

H s tệ ố ạp âm là đại lượng r t quan tr ng trong viấ ọ ệc xác định t p âm c a h ạ ủ ệthống, nói chung và máy thu nói riêng, thường ký hiệu là F Để ể hi u rõ t m quan ầtrọng của đại lượng, ta xem xét m t m ng t p âm 2 c a (tuy n tính) l i vào g m ộ ạ ạ ủ ế ố ồ

có ngu n d n n p Yồ ẫ ạ s và ngu n dòng t p âm iồ ạ s N u ch ế ỉ quan tâm đến t p âm t i lạ ạ ối vào và ra, thì không c n thi t phân tích quá k ngu n t p âm gây rra bên trong ầ ế ỹ ồ ạ

m ng hai c a Tuy nhiên các ngu n gây nhi u này có th bi u diạ ử ồ ễ ể ể ễn đơn giản b ng ằ

m t cộ ặp ngu n nhi u ngoài: ngu n th và dòng Vì v y ta có th ồ ễ ồ ế ậ ể đánh giá ảnh

hưởng c a d n n p ngu n vào t i nhi u c a h th ng K t qu là có th ủ ẫ ạ ồ ớ ễ ủ ế ố ế ả ể xác định được tiêu chu n thi t k th a mãn hiẩ ế ế ỏ ệu năng nhiễu lý tưởng

H s tệ ố ạp âm được xác định bở i

F=T ng công su t t p âm l i ra / T p âm l i ra gây b ổ ấ ạ ố ạ ố ởi nguồ ạ n t p âm l ối vào

H s tệ ố ạp âm dùng để đo sự suy gi m ph m ch t trong tả ẩ ấ ỷ s tín hi u/t p âm ố ệ ạ

c a h ủ ệthống và tỷ l thu n vệ ậ ới độ suy gi m ph m ch t này Nả ẩ ấ ếu ột mạng hai cửa m

b n thân không gây nhi u thì h s t p âm b ng 1 ả ễ ệ ố ạ ằ

Trong hình 1.2, tạp âm được coi là l i vào c a m ng 2 c a không gây nhi u ố ủ ạ ủ ễnên ta có th ể tính được giá tr c a h s tị ủ ệ ố ạp âm Để tính toán tr c ti p d a trên ự ế ựphương trình (1.1), ta cần đo tổng công su t t p âm lấ ạ ở ối ra, sau đó là chia cho công su t t p âm gây ra b i ngu n l i vào Mấ ạ ở ồ ố ột phương pháp đơn giản hơn là đo dòng trung bình bình phương ngắn m ch c a các ngu n nhiạ ủ ồ ễu sau đó chia cho tổng dòng trung bình bình phương của ngu n nhi u gây ra b i l i vào.V i cùng h ng ồ ễ ở ỗ ớ ằ

s t lố ỷ ệ , công su t gây ra b i ngu n thành ph n s t l thu n v i dòng trung bình ấ ở ồ ầ ẽ ỷ ệ ậ ớbình phương ngắn m ch, vì vạ ậy mà phương pháp trên là hoàn toàn tương đương

Hình 1.3 Mô hình tạ p âm hai c a ử tương đương

Trong quá trình th c hiự ện phép đo này, vấn đề hay g p là k t h p các ngu n ặ ế ợ ồ

t p âm có bạ ậc tương quan khác nhau Trường hợp đặc bi t khi h s ệ ệ ố tương quan

b ng 0, xu t hi n s x p ch ng các công su t riêng r Ví d , n u công su t t p âm ằ ấ ệ ự ế ồ ấ ẽ ụ ế ấ ạ

c a ngu n và c a m ng hai củ ồ ủ ạ ửa là không tương quan thì bi u th c c a h s tể ứ ủ ệ ố ạp

âm có th ểbiểu di n: ễ

s i

e Y i i

C n chú ý, khi gi nh r ng t p âm c a nguầ ả đị ằ ạ ủ ồn không tương quan với hai

b t o tộ ạ ạp âm tương đương của hai cửa, phương trình (1.2) sẽ không đúng trong trường h p hai c ng phát không tương quan v i nhau ợ ổ ớ

Để thi t lế ập tương quan en và in, inlà tổng c a hai thành ph n: ủ ầ

e Ys Yc i

s i

e Ys Yc i i

2

2 2 2



Phương trình (1.5) gồm 3 ngu n t p âm t do, m i ngu n có th ồ ạ ự ỗ ồ ể được coi

là ồn nhi t sinh ra b i m t đi n tr ệ ở ộ ệ ở hoăc điện dẫn tương đương:

f kT

e

R n n



 4

2

f kT

i

G u u



 4

2

f kT

i

G s s



 4

2

S d ng nh ng biử ụ ữ ến đổi tương nên phương trình có hệ ố ạ s t p âm hoàn toàn

có thể ễ bi u di n theo d n n p và tr kháng: ễ ẫ ạ ở

n s c s

c u s

n s c u

G

R B B G

G G G

R Y Y G

F 1 |  |2 1 [(  )2(  )2] (1.9)

1.5 D ẫn nạp nguồn vào lý tưởng

M t h t p âm hai c a ộ ệ ạ ử đang xét được đặ rưng bở ốc t i b n thông s ố(Gc, Bc, Rn,

và Gu), phương trình (1.9) cho phép xác định các giá tr ị điện dẫn và điện n p t i ạ ố

ưu cho các thiế ế ạt k t p âm th p Lấ ấy đạo hàm b c mậ ột đố ới v i ngu n d n n p r i ồ ẫ ạ ồcho giá trị ằng 0, thu đượ b c:

Bs=-Bc=Bopt (1.10)

opt c n

T ừ đó, để ự c c ti u h s t p âm, giá tr nguể ệ ố ạ ị ồn điện n p c n b ng v i nghạ ầ ằ ớ ịch

đảo cửa tương quan điện nạp, trong khi đó cần ch nh nguỉ ồn điện d n b ng v i giá ẫ ằ ớtrị trong phương trình (1.11)

H s t p âm ng v i l a chệ ố ạ ứ ớ ự ọn này được suy ra tr c ti p khi thay th (1.10), ự ế ế(1.11) vào (1.9)

][

21][

21

n

u n c

opt

R

G R G

G R

Ngoài ra còn có thể ể bi u di n h s t p âm qua Fmin và ngu n d n n p: ễ ệ ố ạ ồ ẫ ạ

] ) (

B n ch t c a vi c c c ti u hóa h s t p âm có ph n nào gi ng v i cả ấ ủ ệ ự ể ệ ố ạ ầ ố ớ ực đại hóa công su t truy n, ngu n d n nấ ề ồ ẫ ạp trong hai trường hợp trên thường khác nhau như trên phương trình (1.12) và (1.13) K t qu là n u tế ả ế ối ưu về ạ t p âm thì ph i ch u ả ịthi t vệ ề ệ ố h s khuếch đại và ngược lại

1.6 H s t p ệ ố ạ âm và nhi ệt độ

Ngoài h s n, hai tham s ệ ố ồ ố đặc trưng cho các linh kiện điệ ử thường được n t

đề ập trong giáo trình đó là hệ ố ạ c s t p âm tính theo decibel (dB) và nhiệt độ tác

động lên t p âm c a linh kiạ ủ ện đó

1.7 Xây d ng mô hình mự ạ ng hai cực

Để ểu rõ các đặ hi c tính c a thi t k LNA d i hủ ế ế ả ẹp, trước h t c n xây d ng mô ế ầ ựhình tạp âm cho transistor lưỡng cực Để hép phân tích đượ p c d dàng và thu n ễ ậ

tiện trong vi c tìm hi u c n k ế ế ầệ ể ặ ẽthi t k , c n gi nh m t s trư ng hả đị ộ ố ờ ợp đơn giản

mà không làm sai l nh nghiêm trệ ọng phép đo khi linh kiện hoạt động v i t n s ớ ầ ố đủthấp V i các t n s ớ ầ ố cao hơn, những đặc tính linh kiện như hệ ố s khuếch đạ ịi b suy

giảm nhanh chóng …

Hình 1.4 Mô hình tạp âm cho tranzitor lưỡ ng c c ự

M i l p ti p giáp cỗ ớ ế ủa transistor lưỡng c c gây n n (ự ồ ổ ồ n Shottky), đặc

trueng b i ngu n dòng song song mà mở ồ ật độ phổ trung binhg 2qIDC (I DC là giá tr ị dòng phân c c qua vùng chuy n ti p ự ể ế ) Dòng n n t hai vùng chuy n ti p có th ồ ổ ừ ể ế ểxem như không liên quan tớ ầi h u h t các k t qu th c nghi m, vì v y có th b ế ế ả ự ệ ậ ể ỏqua các tác d ng c a nó trong các tính toán tiụ ủ ếp theo, điều này cho phép c ng vào ộtrực ti p công su t tế ấ ạp âm Đây là dạng ch ng ch t gây bồ ấ ởi tính độ ậc l p th ng kê ố

của nguồ ạn t p âm

Ngoài s t o thành ự ạ ồn n (ổ không th ể triệt tiêu được trong các thi t k khu ch ế ế ế

đạ ạ i t p âm th p), còn có m t ngu n t o n nhi ấ ộ ồ ạ ồ ệt là điện tr base, rở b Loại ồ này gây b i chu i nu n th có mở ỗ ồ ế ật độ trung binhg 4kTrb V i công ngh hi n nay, thì ớ ệ ệ

ồn nhi t linh ki n bán dệ ệ ẫn thường lớn hơn nhiều so v i t p âm gây b i emitter hay ớ ạ ởbase, do v y có th b qua Giá tr rậ ể ỏ ị b trong các b n thi t k ả ế ếlà một giá tr ị mà người thi t kế ế không bao gi mong mu n, ngoài vi c phát sinh n nhi (làm giờ ố ệ ồ ệt ảm hệ ố s

t p âm c a h ạ ủ ệ thố ng)như trên thì sự xuất hi n c a giá tr này s ệ ủ ị ẽ ảnh hưởng không

tốt đến giá tr kháng ngu n vào tị trở ồ ối ưu Mô hình transistor tín hi u nh (hình ệ ỏ1.4) tuy đơn giản nhưng lại có th bi u diể ể ễn được các ảnh hưởng đặc bi t quan ệ

trọng khi đo hệ ố ạ s t p c a b khuủ ộ ếch đại lưỡng c c T mô hình trên có th ết ự ừ ểthi

l p bi u th c tính toán chính xác cho h s t p cậ ể ứ ệ ố ạ ủa mộ ột b khuếch đại và hơn nữa, tính toán được giá tr ngu n tr kháng tị ồ ở ối ưu

Hình 1.5 Mô hình để tính toán giá tr t p âm ị ạ F=T ng công su t t p âm l i ra/ công su ổ ấ ạ ố ất tạ p âm l i ra gây b i ngu n nhi u ố ở ồ ễ

(xét nhi ở ệ ộ t đ 290 o K) (1.14)

Để ử ụ s d ng công th c trên, c n n i ngu n tr kháng ( n nhi t) vào m ch ứ ầ ố ồ ở ồ ệ ạ ởhình 1.4 rồi đo từng thành ph n (hình 1.5ầ ) Đây là trường h p ng n mợ ắ ạch nhưng

thực tế ởtr kháng lối ra khác 0 Tuy nhiên từ (1.14) d dàng nh n th y có th nh n ễ ậ ấ ể ậtrở ả t i collector cho c t và m u và cu i cùng có th kh giá tr này ả ử ẫ ố ể ử ị

Phương pháp thông dụng hơn là khử điện dung collector base (C– µ) để thuận ti n cho vi c phân tích Khi tr kháng t i collector nh , giá tr ệ ệ ở ả ỏ ị điện dung này không gây can nhi u lễ ớn đến phép đo Trong các trường hợp thông thường, khi tính đến tr t i collector b t k , b qua Cở ả ấ ỳ ỏ µ s dẽ ẫn đến sai s ố đáng kể Sai s lố ớn nhất khi đo nguồn điện tr dở ẫn đến giá tr h s t p ch t n nh t, do v y ph ị ệ ố ạ ấ ỏ ấ ậ ụthuộc vào c u t o tr t i, nguấ ạ ở ả ồn điện tr ở lý tưởng có th bi n thiên lên xu ng ể ế ố

1.8 B LNA d i h p ộ ả ẹ

Những mục trước đã phân tích và tìm hiểu đượ ằc r ng các thi t k t p âm ế ế ạ

thấp ph ụ thuộc nhi u vào vi c ch n l a giá trí ngu n tr kháng vào tề ệ ọ ự ồ ở ối ưu Hơn

n a, tr kháng l i vào transistor cao t n mang tính ch t dung kháng, vì v y khi ữ ở ố ầ ấ ậ

ph i h p tr kháng vố ợ ở ới đường dây 50Ω mà không làm gi m h s t p âm c a m ch ả ệ ố ạ ủ ạ

là vấn đề ất khó khăn Phố ợ r i h p tr kháng vào ra (ở trở kháng thu n tr ầ ở) gần như là

b t bu c trong các thi t k khuắ ộ ế ế ếch đạ ại t p âm th p, chính vì th trong ph n này ấ ế ầchúng tạp âm cũng sẽ ậ t p trung nghiên c u ứ

Hình 1 6 Sơ đồ khuế h đại kiể c u emitter chung dùng cu n c ộ ả m tri ệ t nhi u ễ

Một phương pháp khác để ạ t o ngu n tr kháng lồ ở ối vào thực không làm suy

gi m h s t p âm là s d ng m ch khuả ệ ố ạ ử ụ ạ ếch đại emitter chung tri t nhi u dùng cuệ ễ ộn

cảm Phương pháp này có th dùng cho các m ch khuể ạ ếch đại dùng transistor hay FET

Hình 1.7 Sơ đồ thiế ế LNA dả ẹ t k i h p

Suy hao điện dung có th gây ra hiể ện tượng điện tr ở âm đối tr kháng l i ở ốvào gây ra mất ổn định trong thi t k Chính vì th , mế ế ế ọi điện dung ký sinh t ừ

emitter tới đấ ẽt s làm l ch giá tr ệ ị trở kháng th c hi n bự ệ ởi phương pháp suy hao điện cảm Điều quan trong là thành phần điện tr ở trong trường h p này không gây ợ

ồn nhiệt như các loại thông thường khác b i thành ph n thuở ầ ần điện kháng v b n ề ảchất không gây nhi u Chúng ta có th l i dễ ể ợ ụng đặc tính này để cung c p ngu n ấ ồtrở kháng l i vào lý thuy t không làm ố ế ảnh hưởng đến NF c a bộủ khu ch đ i ế ạ

Tuy nhiên do tr kháng l i vào ch là thu n tr tở ố ỉ ầ ở ại một giá tr t n s (ị ầ ố khi xảy

ra c ộng hưở ng), vì vậy phương pháp này chỉ áp d ng v i các thi t k d i h p Maụ ớ ế ế ả ẹ y

m n là có r t nhiắ ấ ều trường hợp mà trong đó thiế ế ả ẹt k d i h p không ch ỉ được ch p ấ

nhận mà còn đượ ử ục s d ng hi u qu , vì th ệ ả ế độ suy hao điện cảm chắc ch n là mắ ột phương pháp thiế ế đem lạt k i hi u qu ệ ảcao

Giá tr ị điện cảm Le đượ ực l a chọn để tính tr kháng l i vào c n thiở ố ầ ết (b ng ằ nguồn điệ n tr Rs) T i t n s c ở ạ ầ ố ộng hưởng tr kháng l i vào có tính ch t thu n trở ố ấ ầ ở, tuy nhiên để đả m b o cho tính chả ất trên thì người ta thêm l i vào m t giá tr cu n ố ộ ị ộ

Lb Ta có VBE có giá tr l n g p Q l n giá tr ị ớ ấ ầ ị thế ối vào Độ ỗ ẫ l h d n toàn ph n Gầ mtrong trường h p này s ợ ẽlà:

s

T T

s

m in

m

w L

w R c w

g Q

g G

0 2

0

1 1

2 )

ưu của b khuộ ếch đại m ng ph i h p tr ạ ố ợ ở kháng thường k t h p v i giá tr i n ế ợ ớ ị đ ệ

cảm cần để ạ ộng hưở t o c ng l p l i vào ặ ố

Chính do ảnh hưởng c a các khung củ ộng hưởng c a l i vào / ủ ố ra, điều này

s gây ra s ẽ ự thay đổi tr kháng vào ra c a b khuở ủ ộ ếch đại do vậy ảnh hưởng t i tớ ần

s ốthiết kế ự thay đổ S i này thực sự là vấn đề mà người thiết kế ầ c n phải chú ý

Để ử x lý vấn đề trên ta s d ng m ch ghép Cascode Trong nh ng tình ử ụ ạ ữ

hu ng ph c tố ứ ạp, người ta cần dùng đến m t s t ng cascode m c theo ki u bazo ộ ố ầ ắ ểchung Ngoài ra, gi m giá tr ả ịtrở ả t i c a tủ ải collector cũng có thể gi i quy t vả ế ấn đề, song cũng đồng nghĩa với vi c h s khuệ ệ ố ếch đại gi m Vì v y trong thi t k ả ậ ế ế thường

s d ng k t h p c hai bi n pháp trên, t n d ng tử ụ ế ợ ả ệ ậ ụ ối đa ưu điểm của chúng làm tăng

ph i h p tr kháng và h n ch n m c th p nh t nh ng hi u ng không mong ố ợ ở ạ ế đế ứ ấ ấ ữ ệ ứđợi

Hình 1.8 Thiế ế t k LNA d ải hẹ p dùng m ch d i ạ ả

1.8.1 Suy hao do điện c m emitter ả

Các thi t k LNA d i h p ch u ế ế ả ẹ ị ảnh hưởng b i cu n c m n i v i emitter, vì ở ộ ả ố ớcuộn c m này s t o ra tr kháng l i vào th c t i l i vào c a transisả ẽ ạ ở ố ự ạ ố ủ tor Đố ớ ầi v i t n

s cao, giá tr ố ị cuộn c m emitter ả thường là r t nh nên r t khó cho vi c ch t oấ ỏ ấ ệ ế ạ Trong trường h p này c n chú ý t i các thành ph n cu n c m kí sinh, các thành ợ ầ ớ ầ ộ ả

ph n này có th ầ ể tác động lên l i vào c a transistor làm cho giá tr c a nó mang tính ố ủ ị ủchất dung kháng, vì th ế người ta thường thêm vào các thành ph n t ầ ụ ở l i vào trong ốthi t kế ế để bù tr thành phừ ần ký sinh đó

1.8.2 T i Collector ả

Trong thi t k ế ế thường tính đến trường hợp đòi hỏi cộng hưởng t i collector, ả

t i này s làm nhi m v ghép cả ẽ ệ ụ ộng hưởng v i t ớ ụ ra giúp tăng hệ ố s khuếch đại (Gain) cho b khuộ ếch đại Ngoài ra, người ta cũng sử ụ d ng b lộ ọc đểloạ ừ các i tr tín hiệu không mong mu n ố

Hình 1.9 M ch LNA d ạ ải hẹ p dùng phân áp c ầu điệ n tr ở

Việ ực s d ng t i này có th dùng ph n t ụ ả ể ầ ửthụ động ho c dùng m ch dặ ạ ải như trong hình 1.10 Khi s d ng m ch d i, n u c n thi t có th s d ng mử ụ ạ ả ế ầ ế ể ử ụ ột vài phương pháp ph i h p tr ố ợ ở kháng đặc bi t bệ ằng cách chèn thêm các đường dây ph dụ ọc theo đoạn m ch dạ ải trên để ự th c hi n ph i h p tr ệ ố ợ ở kháng Như vậy, tr kháng c a ở ủkhung cộng hưởng s ẽ đạt cực đại tại lối ra collector và đạ ực tiể ạt c u t i ngu n Vcc ồ

Tính ch t c a khung cấ ủ ộng hưởng có th ể thay đổ ằng cách thay đổi b i tr ởkháng của đường dây (thay đổi độ ộng đườ r ng dây m ch d i ạ ả) Việc thay đổi độ

rộng đường dây cũng sẽ tác động t i tờ ỷ s L/C cố ủa đường dây và do đó thay đổi

h s phệ ố ẩm chất của khung cộng hưởng

1.8.3 Phân c c ự

Có nhi u cách phân c c cho b khuề ự ộ ếch đại hoạt động t n s ở ầ ố thấp Khi phân c c cho tranự sistor người ta có th s d ng mể ử ụ ạch phân áp và thêm điện tr ởgiúp tăng tính ổn đinh cho mạch t i chân E c a transisạ ủ tor cũng như tụ cách ly… Tuy nhiên phương pháp này là khó có thể áp dụng đố ớ ải v i d i sóng c c ng n do ự ắảnh hưởng c a các thành ph n kí sinh là r t khó ki m soát, và vi c thi t k ủ ầ ấ ể ệ ế ế cũng trở nên khó khăn hơn Việ ử ục s d ng tr t i chân E v i mở ạ ớ ục đích ổ định điển m làm

vi c cho tranzitor thông qua ph n hệ ả ồi âm, ta cũng có thể áp d ng ph n h i âm t ụ ả ồ ừ

C về E như trong hình 1.9

N u b qua dòng base, dòng chế ỏ ảy qua R1 và R2 là như nhau, bở ậy điệi v n thế qua R2 ph thu c vào d ng cụ ộ ạ ủa điện th ế qua R1, qua đó phụ thu c vào Vộ BE Điện th l i ra m t chi u lúc này có d ng: ế ố ộ ề ạ

) 1 ( 1

2

R

R V

VBE nh y v i nhiạ ớ ệt độ V out cũng thay đổi theo nhiệt độ Tuy nhiên s thay ựđổi theo nhiệt độ này cũng không ảnh hưởng nhiều đến thi t k nê v n có th ế ế ẫ ểchấp

nh n ậ

Trong hình 1.9, tr tở ải collector R3 được cách ly b ng t Cằ ụ BFC, t này có tác ụ

d ng là t nụ ụ ối đất cho tín hi u xoay chi u Chú ý cu i cùng trong áp dệ ề ố ụng phương pháp phân cực này là các điện tr phân áp phở ải được chọn đủ nh khi có s thay ỏ ựđổi dòng base cũng làm thay đổi dòng qua collector, nếu điểm phân cực được thiết

k không ph thuế ụ ộc vào thay đổ ủi c a dòng base, thì các yêu c u v l a chầ ề ự ọn điện trở này khác h n v i các yêu cẳ ớ ầu đố ới v i t p âm nhi t cạ ệ ủa các điện tr phân áp này ở

1.9 Các thông s quan trố ọ ng của m ch khuạ ếch đại LNA

1.9.1 H s t p âm (NF №ise Figure) ệ ố ạ –

Khi mạch điện được c p nguấ ồn, các điện t ử dao động ng u nhiên S ẫ ự dao động này t o ra nhiạ ệt Đố ới v i m ch cao t n, chuyạ ầ ển động này là vô cùng lớn, lượng nhi t t ệ ỏ ra là đáng kể Lúc này nó hình thành m t kênh t p âm, ộ ạ ảnh hưởng đến tín

hi u truy n trên h ệ ề ệthống Trong h ệthống RF, tạp âm được k t h p t nhi u nguế ợ ừ ề ồn khác nhau Đơn vị ủ c a tạp âm thường dùng trong h ệthống RF là công su t t p âm ấ ạ

T p âm n i: tạ ộ ạp âm đượ ạc t o ra bên trong h ệthống, nên được g i là t p âm n i ọ ạ ộ

Có ba lo i t p âm n i chính trong h ạ ạ ộ ệ thống RF là: Thermal №ise, Shot №ise, Flicker №ise

a) 1/f №ise

Còn gọi là Pink Noise, thường xu t hi n ấ ệ ở ầ t n s ốthấp Flicker №ise có mật

đổ ph công su t t l ngh ch v i t n s Flicker №ise không ổ ấ ỉ ệ ị ớ ầ ố ảnh hưởng nhi u ề

∆f: băng thông [Hz]

c) T p âm nhi t (Thermail №ise Nyquist №ise) ạ ệ –

Đây là loại tạp âm được sinh ra t s chuyừ ự ển động của các điện t trong cáử c

v t dậ ẫn điện ho c các ch t bán d n gây ra b i các hi u ng nhi t Trong các ặ ấ ẫ ở ệ ứ ệlinh kiện điệ ửn t , các tín hi u ngệ ẫu nhiên đượ ạc t o ra trong các c u kiấ ện điện

t ửcó công suấ ỉ ệt t l thu n vậ ới nhiệ ột đ c a c u ki n này ủ ấ ệ

Công suấ ạp âm được xác địt t nh theo công th c: ứ

d) H s t p âm NF (№ise Figure) ệ ố ạ

Xét bộ khu ch đ i tạế ạ p âm thấp trong sơ đồ sau [5]:

hiệu là NF, để đánh giá chất lượng c a b khuủ ộ ếch đại xét trên tiêu chí ảnh hưởng

của tạp âm n b khuđế ộ ếch đại NF được xác định b i công th c: ở ứ

out

in SNR

SNR F

NF được tính theo đơn vị là dB

H s t p ệ ố ạ âm NF càng nhỏ thì chất lượng c a b khuủ ộ ếch đại càng t b khuốt, ộ ếch

đại không ch có tác d ng khuỉ ụ ếch đại mà còn h n ch ạ ế được việc tăng nhiễu

Ký hi u Pệ in là công su t tín hi u có ích phía u vào b khuấ ệ đầ ộ ếch đại; Psn là công suất nhi u gây ra b i nguễ ở ồn đầu vào; Gp h s khulà ệ ố ếch đại công suất; Pan là công suất nhiễ ở phía đầu u ra, b gây ra bị ởi nộ ạ ội t i b khuếch đại Khi đó:

SNRout=(Gp*Pin)/(Gp*Psn+Pan) (1.22)Suy ra:

NF=10log {(Gp*Psn+Pan)/(Gp*Psn)} (1.23)Như v y, có th ậ ể thấy h s t p âm NF còn là t s gi a t ng công su t nhiệ ố ạ ỷ ố ữ ổ ấ ễu phía đầu ra b khuộ ếch đại so v i công su t nhi u c a nguớ ấ ễ ủ ồn đầu vào b khuộ ếch đại

ở phía đầu ra Do đó, hệ ố ạ s t p âm càng nh thì ỏ ảnh hưởng c a thành ph n nhi u ủ ầ ễgây ra b i nở ội tại bộ khuếch đại càng nh , chỏ ất lượng của bộ khuếch đại càng tốt

H s t p âm h ệ ố ạ ệthống –Công thức Friis ]: [5

1 1 2

1

3 1

2

1

1 1

F G

G

F G

F F

với: Fx và Gx lần lượt là h s t p âm và lệ ố ạ độ ợi tại tầng th x ứ

T công th c trên, ta thừ ứ ấy đượ độ ợc l i khuếch đại và t p âm t i t ng th nh t ạ ạ ầ ứ ấ

là vô cùng quan trọng, ảnh hưởng đến toàn b h ống ộ ệth

1.9.2 Ma tr n tán x ậ ạ

Tham s tán x hay còn g i chung là tham s S là m t b tham s liên h vố ạ ọ ố ộ ộ ố ệ ới các sóng lan truy n trong m t m ng có n c ng Chúng ta bi t r ng ph n l n các ề ộ ạ ổ ế ằ ầ ớphép đo đạc v i các tham s ớ ố khác được th c hiự ện trên đầu vào và đầu ra c a linh ủ

ki n là ph i ng n m ch và h mệ ả ắ ạ ở ạch Điều này r t khó th c hiấ ự ện đặc bi t là ở t n s ệ ầ ốcao nơi mà cuộn c m và t ả ụ điện làm cho vi c ng n m ch và h m ch rệ ắ ạ ở ạ ất khó đạt được T i t n s cao, viạ ầ ố ệc đo các tham số ạ lo i này yêu c u ph i tinh ch nh, riêng ầ ả ỉ

vi c ch nh t i m i m t t n s ệ ỉ ạ ỗ ộ ầ ố đo để phản ánh các điệu ki n ng n mạch và h mệ ắ ở ạch lên các cực của linh ki n không ch bệ ỉ ất tiện và làm m m i ệt ỏ

Các tham s ố S thường được đo đạc với linh kiện được nối vào ngu n và t i có ồ ảtrở kháng là 50Ω và điều này là rất ít cơ hội cho các dao động có th x y ra M t ể ả ộthuậ ợn l i quan tr ng c a tham s S xu t phát t ọ ủ ố ấ ừthự ếc t các sóng truyền không như các điện áp và dòng điện trên các cực, nó không thay đổi độ ớ ạ l n t i m i mỗ ột điểm trên đường truy n không tề ổn hao Điều này có nghĩa là các tham số tán x có th ạ ểđược đo đạc trên m i m t linh kiỗ ộ ện xác định t i m t vài kho ng cách v i thi t b ạ ộ ả ớ ế ị

đo đạc mi n là linh ki n ễ ệ đo và thiế ị đượt b c n i v i nhau b ng mố ớ ằ ột đường truyền không có t n hao ổ

Các tham s tán x bi u di n m i quan h c a các bi n (aố ạ ể ễ ố ệ ủ ế i, bi) Các bi n aế i và

bilà các giá trị phức chuẩn hoá của các sóng tới và các sóng phản x t c ng th ạ ừ ổ ứi

c a mủ ạng Chúng đượ định nghĩa dướ ạng các điệc i d n áp Vi và dòng điện Ii trên các c c và trự ở kháng tu ý Zỳ i

|Re

|

i i i i

Z

I Z V

a  

|Re

|2

*

i

i i i i

Z

I Z V

Phầ ớn các phép đo đạn l c và sự tính toán c a các tham s tán x thích h p v i ủ ố ạ ợ ớcác tr kháng Zi có ph n thở ầ ực dươn Để xác định các phương trình sóng địg nh nghĩa các tham số S chúng ta hãy xem xét m t m ng hai cộ ạ ổng dưới đây [3]:

0 1 1 1

V Z

Z I V

a  i   i

0

2 0

0 2 2 2

V Z

Z I V

Các bi n ph ế ụthuộc b1, b2 là các điện áp ph n x ả ạchuẩn hoá:

0

2 0

0 1 1

1

V Z

Z I V

b    r

0

2 0

0 2 2 2

V Z

Z I V

1211

S S s

Trong đó:

0 1

0 1 21

b

S h s truy n thu n vệ ố ề ậ ới đầu ra được phối hợp;

0 2 22

b

S h s ph n x u ra vệ ố ả ạ đầ ớ ầu vào đượi đ c phố ợi h p;

T ừ định nghĩa này suy ra:

|S11|2 :hệ ố s ph n x công suả ạ ất tại cửa vào 1

|S22|2 :hệ ố s ph n x công suả ạ ất tại cửa vào 2

Hình 1.12 Đồ ị th dòng tín hi u ệ

Đối v i b khuớ ộ ếch đại, yêu c u Sầ 11, S22, S21 ph i r t ả ấ nhỏ, trong khi S12 ph i l n ả ớ

S ựthỏa mãn yêu c u v ma tr n ầ ề ậ tán x ph n ánh ạ ả chất lượng t t c a b khuố ủ ộ ếch đại

Có thể thấy r ng h s truyằ ệ ố ền đạt công su t Sấ 12 ph ụthuộc trực tiếp vào h s khuệ ố ếch đại công suất Tuy nhiên, để thỏa mãn yêu c u, thì không ch viầ ỉ ệc tăng hệ s khu ch ố ế

đại mà vi c ph i h p tr ệ ố ợ ở kháng cũng đóng vai trò quan trọng Khi tr kháng phía ởđầu ra và phía đầu vào b khuộ ếch đạ ằi b ng v i tr kháng trên đườớ ở ng truy n s h n ề ẽ ạchế ối đa sóng phả t n xạ, do đó các hệ ố s ph n x Sả ạ 11, S22 nên r t nh , và Strở ấ ỏ 12 đạt giá tr l n ị ớ

1.9.3 H s ệ ố khuếch đại công suất của m ng hai cạ ổng

H s khuệ ố ếch đại công suất của m ng hai cạ ổng được tính bằng bi u thể ức: