Cấu trúc Doherty là một cấu trúc khuếch đại công suất nhằm đạt được hiệu suất cao trong vùng hoạt động tuyến tính, thường được sử dụng trong các ứng dụng trạm gốc BTS.. Mục đích nghiên c
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ~~~~~ ~~~~~ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Đề tài: NGHIÊN CỨU KHUẾCH ĐẠI TÍN HIỆU LỚP VẬT LÝ CHO TRUYỀN THÔNG VÔ TUYẾN Học viên thực hiện: NGUYỄN TRUNG THÀNH Lớp Cao học 2016B MSHV CB160167 Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS NGUYỄN XUÂN QUYỀN Cán phản biện: Hà Nội, 10-2018 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057205254051000000 LUẬN VĂN THẠC SĨ 2018 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan tồn nội dung trình bày luận văn kết tìm kiếm nghiên cứu riêng tơi hỗ trợ bảo người hướng dẫn Các kết liệu nêu luận văn hoàn toàn trung thực rõ ràng Mọi thơng tin trích dẫn tn theo luật sở hữu trí tuệ, liệt kê rõ ràng tài liệu tham khảo Tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm với nội dung viết luận văn Hà Nội, ngày 26 tháng năm 2018 Tác giả luận văn Nguyễn Trung Thành HUST | NGUYỄN TRUNG THÀNH - CB160167 LUẬN VĂN THẠC SĨ 2018 LỜI NÓI ĐẦU Lý chọn đề tài Trong hệ thống thu phát sóng vơ tuyến điện, khuếch đại cơng suất khâu quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng, tính kỹ thuật sản phẩm Nhu cầu truyền thông tin tốc độ cao, mạch khuếch đại cơng suất phải có băng thơng rộng “đa năng“- tức có khả hoạt động dải tần rộng Ngày nay, khuếch đại cơng suất có bước phát triển vượt bậc, từ việc phát triển công nghê chế tạo linh kiện khuếch đại hệ đến kỹ thuật xây dựng cấu trúc mạch khuếch đại công suất với băng thông lớn, hiệu suất cao Đi kèm với nó, khuếch đại ngày có độ tuyến tính cao hơn, lẽ đó, dễ dẫn đến suy hao bão hòa từ khuếch đại Do đó, đề tài “Nghiên cứu khuếch đại tín hiệu lớp vật lí cho truyền thơng vơ tuyến” đưa nhằm mục đích nghiên cứu phương pháp làm cho mạch khuếch đại cơng suất khuếch đại tín hiệu với băng thơng lớn, hiệu suất cao Lịch sử nghiên cứu William H.Doherty, thuộc phòng thí nghiệm Bell, người đưa cấu trúc khuếch đại Doherty vào năm 1936 Cấu trúc Doherty cấu trúc khuếch đại công suất nhằm đạt hiệu suất cao vùng hoạt động tuyến tính, thường sử dụng ứng dụng trạm gốc BTS Thông thường hệ thống khuếch đại công suất khác để đạt hiệu suất hoạt động cao cơng suất đầu nằm gần với điểm nén dB Hiện nay, với phát triển cơng nghệ số, mơ hình hóa hệ thống, mạng phối hợp đưa lên máy tính để thực mô thiết kế, giúp người thiết kế tiết kiệm khoản chi phí tiết kiệm nhiều thời gian Các phần mềm mô mạnh ADS, AWR hay ANSYS ngày hoàn thiện hiệu hơn, giúp thiết kế dễ dàng thuận tiện Mục đích nghiên cứu luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu Đề tài nghiên cứu, khảo sát thực với mục đích áp dụng kiến thức học để xây dựng, thiết kế, kế thừa phát triển, tạo sản phẩm hỗ HUST | NGUYỄN TRUNG THÀNH - CB160167 LUẬN VĂN THẠC SĨ 2018 trợ nâng cao độ khuếch đại hiệu suất hoạt động mạch khuếch đại công suất cao tần Đối tượng nghiên cứu bao gồm: transistor khuếch đại công suất, mạch phối hợp trở kháng phần mềm hỗ trợ mô mạch điện Phạm vi nghiên cứu bao gồm: thông số mạch khuếch đại công suất băng rộng, cấu trúc hệ thông khuếch đại công suất băng rộng kỹ thuật phối hợp trở kháng băng rộng Tóm tắt đọng luận điểm đóng góp tác giả Trong phạm vi luận văn đưa lý thuyết mạch khuếch đại công suất, phương pháp khuếch đại công suất băng rộng, phương pháp phối hợp trở kháng băng rộng ứng dụng mô mạch cụ thể Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu thơng qua nguồn tư liệu xuất bản, báo đăng tạp chí khoa học, datasheet linh kiện, diễn đàn thảo luận liên quan đến nội dung cần nghiên cứu Phương pháp tham khảo tài liệu: cách thu thập thơng tin từ sách, tạp chí điện tử, viễn thông, truy cập từ mạng internet Phương pháp quan sát: khảo sát số sản phẩm có sẵn gần tương đương qua mạng internet, khảo sát cử động người để chọn lựa phương án thiết kế sau Nghiên cứu kết hợp phân tích tính tốn lý thuyết mơ mạch cụ thể để kiểm chứng Lời cảm ơn Cùng với việc thực đề tài này, tác giả xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô Viện điện tử viễn thông, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, đặc biệt thầy PGS.TS Nguyễn Xuân Quyền, nhiệt tình dẫn bước, hướng nghiên cứu, thực yêu cầu cần có đề tài Cuối cùng, xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành đến bạn thành viên lab RF hết lịng hỗ trợ đóng góp ý kiến suốt khoảng thời gian làm thực đề tài HUST | NGUYỄN TRUNG THÀNH - CB160167 LUẬN VĂN THẠC SĨ 2018 Trong trình thực đề tài, dựa theo kết đạt bước đầu, dù cố gắng nhiên không tránh khỏi thiếu sót hạn chế định Vì vậy, tác giả mong nhận góp ý, bổ sung thầy cô để đề tài tối ưu hoàn thiện HUST | NGUYỄN TRUNG THÀNH - CB160167 LUẬN VĂN THẠC SĨ 2018 TÓM TẮT ĐỒ ÁN Trong đề tài trình bày tổng quan khuếch đại công suất cao tần, cấu trúc nguyên lý hoạt động tầng khuếch đại công suất, cách thức phối hợp trở kháng, tham số quan trọng phải tính tốn để thiết kế khuếch đại công suất công suất ra, độ khuếch đại, hiệu suất hoạt động, hệ số phản xạ, độ ổn định, độ tuyến tính,… Đi sâu vào nghiên cứu nguyên lí khuếch đại cơng suất Doherty nhằm cải thiện hiệu suất cho khuếch đại cuối q trình thiết kế mơ mạch khuếch đại công suất Doherty band sử dụng LDMOS MRF8S18120H với vật liệu Roger5870 mô thực tế EM đánh giá kết đạt THESIS SUMARY This thesis show overview of the high frequency power amplifier, structure and operational principle of a state’s power amplifier, the method of impedance matching, the important parameters that to design such as Power output, Gain, Total efficiency, Resonant reflection, VSWR, Introducing operational principle of a Doherty amplifier to enhance the performance Finally, implement to build of Doherty amplifier for band It uses LDMOS MRF8S18120H with Roger5870 material to simulate real EM and evaluate accomplished results HUST | NGUYỄN TRUNG THÀNH - CB160167 LUẬN VĂN THẠC SĨ 2018 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI NÓI ĐẦU TÓM TẮT ĐỒ ÁN MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH, BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT, TIẾNG ANH 12 PHẦN MỞ ĐẦU 13 PHẦN NỘI DUNG 15 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ KHUẾCH ĐẠI 15 1.1 Khuếch đại công suất tần số vô tuyến 15 1.1.1 Giới thiệu khuếch đại 15 1.1.2 Phân loại khuếch đại công suất 17 1.1.2.1 Khuếch đại công suất chế A, AB, B, C 18 1.1.2.2 Khuếch đại công suất chế D, DE, E, F, F-1 19 1.1.3 Các tham số quan trọng mạch khuếch đại công suất 21 1.1.3.1 Hiệu suất hoạt động 21 1.1.3.2 Độ lợi công suất 21 1.1.3.3 Độ đồng khuếch đại 21 1.1.3.4 Độ tuyến tính 21 1.1.3.5 Tính ổn định 22 1.1.3.6 Nhiễu 22 1.2 Kết luận chương 23 CHƯƠNG II HỆ THỐNG LTE VÀ BỘ KHUẾCH ĐẠI CƠNG SUẤT THÍCH NGHI 24 HUST | NGUYỄN TRUNG THÀNH - CB160167 LUẬN VĂN THẠC SĨ 2018 2.1 Tổng quan LTE 24 2.1.1 Công nghệ LTE 24 2.1.1.1 Cấu trúc mạng LTE 24 2.1.1.2 Các quy tắc hệ thống vô tuyến LTE 26 2.1.2 Tổng quan LTE band 33 2.2 Bộ khuếch đại Doherty 34 2.2.1 Khuếch đại Doherty 35 2.2.1.1 Tổng quan Doherty 35 2.2.1.2 Cấu trúc khuếch đại Doherty 36 2.2.1.2 Chế độ hoạt động mức công suất thấp 40 2.2.1.3 Chế độ hoạt động mức công suất trung 41 2.2.1.4 Chế độ hoạt động mức công suất đỉnh 42 2.2.2 Ưu nhược điểm khuếch đại Doherty 43 2.3 Kết luận chương 44 CHƯƠNG III PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ 45 3.1 Giới thiệu 45 3.2 Kiến trúc thiết kế 45 3.3 Chọn transistor cao tần 46 3.4 Phối hợp trở kháng 47 3.4.1 Phối hợp trở kháng cho khuếch đại 50 3.4.2 Phối hợp trở kháng cho khuếch đại phụ 56 3.5 Bộ chia công suất đầu vào 57 3.6 Thiết kế mô mạch nguyên lý khuếch đại Doherty band3 59 3.6.1 Thiết kế mạch nguyên lý khuếch đại Doherty band 59 3.6.2.Kết mô 61 HUST | NGUYỄN TRUNG THÀNH - CB160167 LUẬN VĂN THẠC SĨ 2018 3.7.Kết luận chương 65 PHẦN KẾT LUẬN 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 HUST | NGUYỄN TRUNG THÀNH - CB160167 LUẬN VĂN THẠC SĨ 2018 DANH MỤC HÌNH ẢNH, BẢNG BIỂU Hình MĐ Sơ đồ khối phát vô tuyến 13 Hình 1 Mạch khuếch đại hệ thống vô tuyến 15 Hình Cấu trúc mạch khuếch đại 16 Hình Sơ đồ tương đương nguồn dòng Transitor 16 Hình Dạng sóng dòng điện cực máng 18 Hình Dạng sóng lớp A, B, AB, C 19 Hình Mạch khuếch đại chế độ E 20 Hình Cấu trúc mạng LTE 24 Hình 2 Điều chế giải điều chế 26 Hình Các bước điều chế 26 Hình Mơ dạng điều chế QPSK LTE 27 Hình Mơ hình chịm 27 Hình Phân bổ tần số FDM xen kẽ tần số bảo vệ 29 Hình Mơ hình hóa trực giao OFDM 29 Hình 9Nhiễu liên kí tự gây sai khác liệu 30 Hình 10 Chèn tiền tố vịng để loại bỏ ISI 30 Hình 11 Cách thêm tiền tố cyclic vào mẫu liệu 31 Hình 12 Mơ dạng tín hiệu sau sử dụng FFT 31 Hình 13 Tương quan mẫu OFDMA SC FDMA miền tần số 32 Hình 14 Tổng quan LTE band 33 Hình 15 Mức độ tương thích sử dụng LTE với thiết bị 34 Hình 16 Cấu trúc khuếch đại Doherty 36 Hình 17 Sơ đồ khối Doherty đơn giản 37 Hình 18 Sơ đồ khuếch đại Doherty chi tiết 38 Hình 19 So sánh hiệu suất khuếch đại với hệ khuếch đại đơn 38 Hình 20 Mạch tương đương nguồn dịng 39 Hình 21 Hai trường hợp đặc biệt mạch tương đương nguồn dịng 40 Hình 22 Giới thiệu nhánh đường truyền vi dải 41 HUST | NGUYỄN TRUNG THÀNH - CB160167