THIẾT KẾ MẠCH KHUẾCH ĐẠI NHIỄU THẤP HOẠT ĐỘNG Ở TẦN SỐ 5.8GHz CÓ ĐỘ LỢI LỚN HƠN 15dB CỰC TIỂU HỆ SỐ NHIỄU

THIẾT KẾ MẠCH KHUẾCH ĐẠI NHIỄU THẤP HOẠT ĐỘNG Ở TẦN SỐ 5.8GHz CÓ ĐỘ LỢI LỚN HƠN 15dB CỰC TIỂU HỆ SỐ NHIỄUBÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT SIÊU CAO TẦN TS. HUỲNH PHÚ MINH CƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA1YÊU CẦU THIẾT KẾ42TIẾN TRÌNH THỰC HIỆN42.1Chọn linh kiện phù hợp42.2Kiểm tra độ ổn định của Transistor42.3Tính toán các độ lợi GS và GL52.4Tính ΓL53Mô phỏng kết quả63.1Mạch PHTK phía nguồn63.1.1Thông số cho Open stub63.1.2Transmission line83.2Mạch PHTK phía tải:83.2.1Open stub93.2.2Transmission line104Kết luận115Tài liệu tham khảo11

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN VIỄN THÔNG

- -BÁO CÁO TIỂU LUẬN

MÔN MẠCH TÍCH HỢP SIÊU CAO TẦN

Đề tài: THIẾT KẾ MẠCH KHUẾCH ĐẠI NHIỄU THẤP HOẠT ĐỘNG Ở TẦN SỐ 5.8GHz CÓ ĐỘ LỢI

LỚN HƠN 15dB & CỰC TIỂU HỆ SỐ NHIỄU

GVHD: TS HUỲNH PHÚ MINH CƯỜNG

NGUYỄN TRẦN THANH LÂM 1570635

TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 6 NĂM 2016

LỜI CẢM ƠN

Nhóm thực hiện xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy – TS Huỳnh Phú Minh Cường về những bài học đầy tính thực tiễn về mạch tích hợp siêu cao tần

Thầy đã truyền đạt rất nhiều kiến thức bổ ích cũng như kinh nghiệm quý báu đúc kết được qua quá trình nghiên cứu và làm việc thực tế của Thầy mà không giáo trình nào có được Những kiến thức đó, góp phần giúp chúng em có một cái nhìn tổng quan sâu sắc về ngành học và

sự phát triển của ngành học trong tương lại, nhờ đó có thể định hướng con đường nghiên cứu đúng đắn hơn

Vì thời gian và kiến thức nghiên cứu tiểu luận có hạn nên không tránh được thiếu sót, nhóm rất mong nhận được sự góp ý và chỉnh sửa từ Thầy để bài tiểu luận thêm hoàn chỉnh

Kính chúc Thầy nhiều sức khỏe, niềm vui và thành công hơn nữa trong cuộc sống

Trân trọng

TP.HCM, ngày 14 tháng 6 năm 2016 Nhóm thực hiện

Nguyễn Trần Thanh Lâm - Hồ Quốc Tín

Mục lục

1 YÊU CẦU THIẾT KẾ 4

2 TIẾN TRÌNH THỰC HIỆN 4

2.1 Chọn linh kiện phù hợp 4

2.2 Kiểm tra độ ổn định của Transistor 4

2.3 Tính toán các độ lợi GS và GL 5

2.4 Tính ΓL 5

3 Mô phỏng kết quả 6

3.1 Mạch PHTK phía nguồn 6

3.1.1 Thông số cho Open stub 6

3.1.2 Transmission line 8

3.2 Mạch PHTK phía tải: 8

3.2.1 Open stub 9

3.2.2 Transmission line 10

4 Kết luận 11

5 Tài liệu tham khảo 11

1 YÊU CẦU THIẾT KẾ

Thiết kế mạch khuếch đại tại tần số 5.8GHz có độ lợi lớn hơn 15dB và cực tiểu hệ số nhiễu

2 TIẾN TRÌNH THỰC HIỆN

1.1 Chọn linh kiện phù hợp

Từ yêu cầu đề bài, nhóm đã thực hiện tìm kiếm Transistor có thông số kỹ thuật phù hợp với yêu cầu của mạch khuếch đại

Transistor sử dụng trong báo cáo này là BFU730F (NPN wideband silicon germanium RF trasistor)

Thông số kỹ thuật của Transistor như sau:

- Low noise high gain microwave transistor

- Noise figure (NF) = 0.8 dB at 5.8 GHz

- High maximum power gain 18.5 dB at 5.8GHz

- 110 GHz fT silicon germanium technology

Ma trân tán xạ [S] và các thông số cần thiết để thiết kế tại tần số 5.8GHz như sau:

1.2 Kiểm tra độ ổn định của Transistor

- Tính Δ:

Δ = S11 S22 - S12 S21 = (0.427∟159.24o)( 0.183∟-69.14o) – (0.062∟43.4o)

( 6.652∟51.51o) = 0.333∟-83.96o

⟹ |Δ| = 0.333 < 1

- Tính μ

μ = 1−|S11|

2

|S22−S11¿

|−|S12 S21| = 1.11 > 1

Vậy transistor ổn định không điều kiện

1.3 Tính toán các độ lợi GS và GL

Do đề bài thiết kế mạch cực tiểu hệ số nhiễu nên ta chọn

Γs = Γopt = 0.118∟200o

Bài toán đưa về thiết kế mạch khuếch đại có độ lợi lớn hơn 15dB Ở đây nhóm chọn thiết kế mạch có độ lợi 16.5dB để cân bằng giữa độ lợi cao nhất và hệ số nhiễu thấp nhất

Áp dụng công thức ta có:

GS = 1−|Γ s|2

|1−S 11Γ s| = 1.0935 ⇔ 0.388dB

GL(max) = 1

1−|S22|2 = 1.035 ⇔0.149dB

Go = |S21|2 = 44.249 ⇔16.459dB

GL = G – Go – GS = 16.5 – 16.459 – 0.388 = - 0.347dB ⇔ 0.923 < GL(max)

Vậy chọn Γs = Γopt = 0.118∟200o là khả thi

1.4 Tính ΓL

gL = G L

G Lmax=0.892

CL = g L S22

¿

1−(1−g L)|S22|2 = 0.16∟69.14

o

RL = √1−g L(1−|S22|2)

1−(1−g L)|S22|2 = 0.32

Vẽ đường tròn đẳng độ lợi ngõ ra với tâm CL và bán kính RL, ΓL là giao điểm (gần tâm độ thị Smitch nhất) của đường thẳng nối tâm Smith Chart và CL

Vậy ΓL = 0.16∟-110.86o

3 Mô phỏng kết quả

1.5 Mạch PHTK phía nguồn

Γs = Γopt = 0.118∟200o

ZS= 39.9 – 3.3j

Dùng open stub và transmission line 3.1.1 Thông số cho Open stub

Dùng Line Calc tính toán chiều dài đường dây sử dụng FR substrate

3.1.2 Transmission line

Dùng Line Calc tính toán chiều dài đường dây sử dụng FR substrate

1.6 Mạch PHTK phía tải:

ΓL = 0.16∟-110.86o

ZS= 42.8 – 13.1j

Tương tự

3.1.3 Open stub

Dùng Line Calc tính toán chiều dài đường dây sử dụng FR substrate

3.1.4 Transmission line

Dùng Line Calc tính toán chiều dài đường dây sử dụng FR substrate

4 Kết luận

5 Tài liệu tham khảo

[1] David M Pozar, “Microwave Engineering”, John Wiley & Sons, Inc, 4th ed., 2012 [2] TS Huỳnh Phú Minh Cường, chapter 3, Microwave Amplifier