Nghiên cứu thiết kế và chế tạo bộ khuếch đại công suất dùng trong phát cao tần

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN *** _ Đề tài NGHIÊN CỨU, THIÉT KÉ VÀ CHÉ TẠO B ộ KHUÉCH ĐẠI CÔNG SUẤT DÙNG TRONG PHÁT CAO TẰN Mã số: QT-09-13 Chủ trì đề tài: ThS Đặng Thị Thanh Thiíy ĐA ì HỌ C © U Ổ C G IA HA NCI_ TRUNG 1Á M Ih O n G TirJ Thư v iệ n Hà nội- 2009 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN ĩfc 'ệ' NGHIÊN CỨU, THIÉT KÉ VA CHÉ TẠO B ộ KHƯÉCH ĐẠI CÔNG SUẤT DÙNG TRONG PHÁT CAO TẦN Mã số: QT-09-13 Chủ trì đề tài: ThS Đặng Thị Thanh Thủy Cán tham gia: ThS Phạm Văn Thành Hà nội- 2009 Báo cáo tóm tắt (tiếng Việt) a Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế chế tạo khuếch đại công suất dùng phát cao tần Mã số : QT-09-13 b Chủ trì đề tài: ThS Đặng Thị Thanh Thủy c Các cán tham gia: GV Phạm Văn Thành d Mục tiêu nội dung nghiên cứu: - Nghiên cứu sở lý thuyết sóng cao tần siêu cao tần, lý thuyết khuêch đại công suất - Thiết kế chế tạo khuếch đại công suât cône nghệ mạch dải e Các kết đạt được: - Tổng quan lý thuyết sóng cao tần siêu cao tần, lý thuyết khuếch đại công - Thiết kế mạch khuếch đại công suất phần mềm ADS - Gia công, chê tạo mạch thực nghiệm - Khảo sát đo đạc mạch khuêch đại cơng suất - Hướng dần 02 khóa luận tốt nghiệp - 02 báo, báo cáo khoa học - Hỗ trợ luận án nghiên cứu sinh f Tình hình kinh phí đề tài: Chi phí hết kinh phí tạm ứn2 đề tài: 25.000.000 VNĐ - Thuê khốn chun mơn: 15.000.000 VNĐ - Điện nước, sở vật chất: 1.000.000 VNĐ - Quản lý phí: 1.000.000 VNĐ - Hội nghị, seminar: 8.000.000 VNĐ Khoa quản lý Chủ trì đê tài o 'à H uy Băng ThS Đặng Thị Thanh Thủy TRI ỎNG OẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN / , : y t \t* * " V \® ^ |M lẽ u TRƯỞNG Suiĩimary (by English) a Prọịect title: Study, design and fabrication o f a microwave povver amplifier Code : QT-09-13 b Principal investigator: MSc Dang Thi Thanh Thuy c Participant Lecturer Pham Van Thanh d Project's goals and research content: - Stuđy o f theoretical basis of microwave communication and power ampliĩier and ultrahigh ữequency - Design and íabrication of a power ampliíier for microvvave communication using the microstrip technology e Results: - Review o f high frequencv and micrcnvave theory, theory of povver amplifíer - Design o f circuitrv o f ampliíler bv software package ADS - Experimental Setup and tabrication o f amplitìer - Test o f circuitry - Conduct 02 Bachelor thesis - 02 paper, 01 scientiíic report - Support PhD thesis f Financial issue: Total supported funding: 25.000.000 VNĐ - Manpovver: 15.000.000 VNĐ - Electricity, water supply: 1.000.000 VNĐ - Management cost: - Seminar: 1.000.000 VNĐ 8.000.000 VNĐ MỤC LỤC Lời mở đầu .04 Chương Lý thuyết siêu cao tần .05 1.1 Giới thiệu chung .05 1.2 Một số đặc điểm truyền sóng siêu cao t ầ n 05 1.3 Các phát thu siêu cao t ầ n .11 1.4 Đồ thị Smith .12 Chương Mô mạch khuếch đại công suất bàng phần mềm A D S 20 2.1 Thiết kế mô mạch khuếch đại 1w 20 2.2 Thiết kế mô mạch khuếch đại 45W 200W 22 Chương Chế tạo đo đạc thực nghiệm 28 Kết luận 32 Tài liệu tham k hảo 33 Phụ lục 34 Scientiílc Prọịect Phiếu đăng ký kết nghiên cứu KH-CN MỞ ĐẦU Thông tin liên lạc sóng vơ tuyến phương tiện liên lạc hiệu xuất từ lâu.Tuy nhiên thời đại bùng nổ thông tin yêu cầu đặt cho việc thông tin liên lạc lại cao nhiều ngày mở rộng cho nhiều lĩnh vực, đặc biệt lĩnh vực điện tử.viễn thông : mạng vơ tuyến khơng dây, truyền hình, điện thoại di động đặc điêm chung lĩnh vực ứng dụn , u cầu sóng vơ tun sử dụng phải có bước sóne ngắn (cỡ dm) phải có tần số cao (dải Ghz) gọi sóng siêu cao tần Việc sử dụng sóng siêu cao tân làm phương tiện liên lạc có nhiều ưu điểm : - Sóng siêu cao tần truyền phạm vi nhìn thấy trực tiếp Hầu hết dải sóng có khả xun qua bầu khí trái đất thay đổi cơng suất phương truyền - Có tính định hướng cao xạ từ vật có kích thước lớn nhiều so với bước sóng - Sóng siêu cao tần cho phép khoảng tần số sử dụng lớn hav sử dụng số kênh lớn dải siêu cao tần, đáp ứng lượng truyền thơng tin ngày tăng,ví dụ: trone tất dải sóng ngắn (7.= 100m-10m.f-3Mhz30Mhz) phân bố khoảng 4000 kênh thoại hay kênh video truyền hình mà khơng làm nhiễu lẫn Sonẹ với lượng kênh cần sử dụng dùng dải sóng cm,chỉ cần khoảng nhỏ từ bước sóng ^=2,992 đến cm - Ở dải sóng siêu cao tần kích thước phần tử thiết bị so sánh với chiều dài bước sone.thậm chí tronẹ nhiều trườns hợp chúng lớn nhiều so với bước song Trong kỹ thuật ra-đa, biết, diện tích phản xạ hiệu dụng mục tiêu tỷ lệ với kích thước tươne đơi mục tiêu so với bước sóng, dùng ra-đa viba nhận diện tích phản xạ hiệu dụng lớn Nếu xét cá đặc tính ưu việt Ãnsten viba vê độ tăng ích rõ ràng dải tần viba trở nên thích họp cho kỹ thuật ra-đa Tuy nhiên dải sónẹ cao tân siêu cao tân tín hiệu thường bị suy hao nhiều vấn đề công suất quan tâm ý Trong báo cáo đề cập đến vấn đề giải tốn cơng suất dài sóng CHƯƠNG I L Ý T H U Y Ế T SIÊ U C A O T Ầ N 1.1 Giới thiệu chung [2] Thuật ngữ “viba” (microwaves) để sóng điện từ có bước sóng nhỏ, ứng với phạm vi tần sổ cao phổ tần số vô tuyến điện Phạm vi dải tần số khơng có quy định chặt chẽ thống toàn giới Giới hạn dải thường coi tới 300 GHz (f = 3.1011 Hz), ứng với bước sóng X = mm (sóng milimet), cịn giới hạn có thề khác tuv thuộc vào quy ước theo tập quán sử dụng Một số nước coi "sóng cực ngấn" sóng có tần số cao hon 30 MHz ( bước sóng Ằ < lOm ), số nước khác coi "viba" sóng có tần số cao 300 MHz ( bước sóng < m ) Với phát triển nhanh kỹ thuật thành tựu đạt việc chinh phục băng tần cao phổ tần số vô tuyến, khái niệm phạm vi dải tần "viba" cịn thay đổi Hình 2.1 minh hoạ phổ tần số sóng điện từ & phạm vi dải tần kỹ thuật viba Tần số (H z) 3.105 sóng dài \ sóng ! trun 3.106 Ị sónạ , ngắn 3.107 3.10* sóng mét (V H P) 3.10g 3.10"’ 3.10" 3.1014 ! V i ba Hơng ngoại ' ; ánh sane nhìn thây Bước sóng ( m) H ìn h 1.1: P hơ tần s ố só n g điện từ Trong ứng dụng thực tế, dái tần vi ba chia thành băng tần nhò hơn: - Cực cao tần UHF (Ưltra High Frequency): f = 300 MHz - GHz - Siêu cao tần SHF (Super High Frequency): f ~ - 30 GHz - Thậm cao tần EHF (Extremely Hieh Frequency): f = 30 - 300 GHz * u việt dải tần viba ứng dụng kỹ thuật viba thực tiễn Kỹ thuật viba có liên quan đến phần tử mạch điện làm việc với dao động có bước sóng nhỏ Điều này, mặt khó khăn cho việc phân tích thiết kế chế tạo, mặt khác lợi ứng dụng kỹ thuật viba lý sau đây: - Như biết, độ tăng ích Ảngten hàm tỷ lệ thuận với kích thước tương đối Ăngten so với bước sóng Do vậy, tăng ích Ảngten viba dề đạt giá trị cao - Dải tần thực tế thông tin viba dễ dàng đạt giá trị lớn ứng với dải ' Af _ tân tương đơi — có giá trị nhât định (Thật vậy, 1% 30 GHz 300 MHz, 1% 300 MHz MHz) - Sóng viba truyền theo đường thẳng, không bị phản xạ tầng điện ly nên khai thác thơng tin vệ tinh thông tin viba mặt đất dải sóng mà khơng ảnh hưởng đến nhau, sử dụng lại tần số nhữns cự ly không lớn - Trone kỹ thuật ra-đa, biết, diện tích phản xạ hiệu dụnq mục tiêu tỷ lệ với kích thước tương đối mục tiêu so với bước sóng, dùng ra-đa viba sỗ nhận điện tích phản xạ hiệu dụng lớn Neu xét đặc tính ưu việt Ăngten viba độ tăng ích rõ ràne dải tân viba trở nên thích hợp cho kỹ thuật ra-đa - Như biết, dải tần viba gần gũi với tần sô cộng hưởng nhiều phân tử, nguyên tử nên kỹ thuật viba đem lại nhiều ứng dụng trone nehiên cứu bản, trone viễn thám, y học kỳ thuật nhiệt (lò viba) Ngày nay, kỹ thuật viba ứng dụng nhiều lĩnh vực thực tiễn, nhưna nhữn^ ứng dụne, quan trọng kỹ thuật ra-đa thône tin Các hệ thống ra-đa, viba dùng đê phát mục tiêu không, biển dùng để bám điều khiên đối tượna bav dùng hệ thống lái tự động, để thăm dò khí tượng phục vụ cho dự báo thời tiết (ra-đa khí tượng), để quan sát mặt đất thăm dị tài nguyên từ xa vũ trụ (viễn thám) Các hệ thống thông tin dùng dải tần viba (thông tin viba) phát triển rộng khắp giới, bao gồm thông tin cố định di động, thông tin nội hạt đường dài, đặc biệt thông tin quốc tế qua vệ tinh hệ thơng tin định vị tồn cầu .chứng tỏ vai trò quan trọne dải tần viba kỹ thuật viba * Vài nét phát triển Kỹ thuật viba vốn coi kỹ thuật có lịch sử phát triển tương đơi lâu tảng lý thuyết sóng điện từ phát từ cách 100 năm, cịn ứng dụng kỹ thuật ra-đa phát triển từ thời kỳ chiến tranh giới thứ hai Tuy kỹ thuật viba đời phát triển kể từ đầu kỷ qua, phát triển thực mạnh mẽ có ý nghĩa từ người tạo dụng cụ bán dẫn IC siêu cao tần vào năm 70 kỷ 20 Năm 1873, Maxwell đưa công thức tốn học mơ tả mối quan hệ trường điện từ tiên đoán tồn sóng điện từ Điều tiên đốn Hertz chứng minh loạt thực nghiệm vào năm 1887-1891 Nhưng phát triển tiếp lại chậm có nhiều khó khăn mặt cơng nghệ, đặc biệt việc tạo nguồn dao động dải tần số cao Phải đến đầu kỷ 20, kỷ thuật vơ tuyến điện có điều kiện phát triển mạnh có thúc đẩv việc tìm kiếm khí tài qn phục vụ chiến tranh Thoạt đâu phát triển phươn? tiện thơne tin vơ tuyến dải sóng trung sóng ngắn, tiếp dải tần cao đỉnh cao đời khí tài ra-đa thời gian chiến tranh giới thứ Tiếp theo hệ thơne tin dùng dải tần viba kỳ thuật viba phát triển Ngày nay, thông tin vô tuyến sử dụna chủ yếu dải tần vi ba, từ 400 H- 500 M Hz (bộ đàm vô tuyến), từ 900 1800 MHz (thông tin di động cá nhân), thông tin vệ tinh dùng cho lĩnh vực viễn thông phát truyền hình dùng dải tần từ - 30 GHz, chia thành băne L (H G H z) cho vệ tinh di động tầm thấp, băng s (2^4GHz), băng c (4^7GHz) băng X (7 ^ 1GHz) băns Ku ( lK G H z ), băng K (14+20GHz) băng Ka (2(H30GHz) dùng cho vệ tinh cố định, băng X dành riêne cho quân 1.2 Một số đặc điểm truyền sóng siêu cao tần [ 7| Trong khơng gian tự sóng điện từ truyền theo đường thẳng mà không bị suy hao hay ảnh hưởng có hại khác Tuy nhiên, khơng gian tự chi mơi trường lý tưởng hố đạt gần lượng sóng siêu cao tần truyền khơng khí bề mặt Trái Đất Trong thực tế để thơng tin radar hay hệ thống đo xạ phải chịu ảnh hưởng lớn tượng truyền sóng phản xạ, khúc xạ, suy hao tán xạ Chúng ta bàn sơ tượng cụ thể có ảnh hưởng tới hoạt động hệ thống siêu cao tần Một điều quan trọne ảnh hưởng truyền sóng nói chung khơng thể xác định cách xác mà diễn giải dạng thống kê * Ánh hưởng khí quyến Hằng sổ điện mơi tương đối khơng khí gần bàne thực chất hàm áp suất khơng khí, nhiệt độ độ âm Từ thực nshiệm người ta rút kết tần số siêu cao là: s r = 1+ 10 79 p T \\v T 3.8.105V T ( 1) Tron^ p áp suất khí tính theo milibar, T nhiệt độ tính theo độ Kelvin V áp suât nước tính theo milibar Kêt cho thây hăng sơ điện mơi nói chung giảm (gần bàng 1) độ cao tăng, áp suất độ ẩm giảm nhanh nhiệt độ Sự thay đôi hăng sô điện môi theo độ cao làm quỹ đạo sóne vơ tuyến cong phía Trái Đất Hình 1.2: Quỹ dạo tia sóne bị cons Như hình 1.2, khúc xạ sóns vơ tuyến đơi cũns có lợi mơ rộng phạm vi hoạt độne radar hệ thốna thôns tin vượt khỏi eiới hạn cua tầm nhìn thấy Trái Đất Study, Design and Fabrication o f a L-band, HighPower Transmitter System Using a Combination Method Dang Thi Thanh V u Tuan A nh 2| B a ch G ia D u o n g 21 T h u y '1 Researcli Center Electronics and T decom m unieation, C ollege o f Technolouy Vietnam National University Hanoi 144 Xuan Thuy Rd Hanoi, Vietnam F aculty o f P liỵ s ic s , C o lle g e o f S c ie n c e , VieinamNational ưniversity H a n o i 334 Nguyên Trai Thanh Xuan Hanoi Vietnam Ernỉul address: daii|*thijvlin@grnail.coni 1Ilm t— T h i s p a p c r d c a l s w i ( h t h e rc su lt.s o f tlic s t u d y , d c s ig n ndTiỉbriralion u f a L - h a n d , h i g h p n w e r t r a n s i n i t t c r s y s t e m for a irpnscI)f application in the natinnal snvereigntv idcntifkation ing svs tem A s k n o w n , i l i s u s u i i l l v mr I r a n s m i t t e r s y s t e m from the iIìííh u Ii low pnvver to h u i ld l i i g l i com pnnents by building the tailored po\ver-tuned N SICS which is suitable for operation under specific conditions and reproduces correct transmissions The stable íunctionality is a primary requiremerit for NS1CS operating \vithin the military missions and State security control Iinhiniitĩon ( c r h n i q u o H e r e \ v o p r c s c n t a ( l e s i g n a n d f a b r i c a t i o n iltuch a s y s l e i n h y c o m h i n a t i o n ■aall from \ \ to S \ \ , a n d ipliiìer is a m n d u l n h i c h iluc \Vc u t i l i / c d tlic o f ip n n cn ts then to 0 \ v cn m h in cs lly h rid and [M nver inolink-stuily by A n soir and to \Y ilk in sn n ■èinalion l o g i c s T h e s l u d i e s w e r e c a r r i c d A I)S \v h icli a m p lit y The 2< > \ \' p n w e r the th eciretical b rid ges as the In this article, our technoloeical solution to the problem o f buildins a L-band IOjìOMHz h ig h power amplĩííer that can he used in tlie phase modulated interrogation system for air-traftìc control and territory water control, is discussed UUI a l o n g \ v i t h I h c so lfw a re tor d esíg n and II THEOR'1' AN D CIRCU1TRY0FP0W ER íriuiion -porl tcond, vve vvill deal vvith the W ilkinson bridge [4] his is hnet\vork that the lossiess and resisũve -junction po\ver ỉf5 have no isolation betvveen the outpul poris, and the ss divider is not matched al all ports u liile the resistive rdivider is lossv The vvilkinson povver divider lias all matclied and hás isolation belvveen output ports but is [4] The w iIkinso n po\ver divider IS u 3-port device \vith tering matrix o f fomi: (b) 1-1211re The pcnver combmins ustr 180" Hybird bngde (ai and the pcnvei comhinins usc Wilkmson bngtli! (h) Figure rhc mtcuration ol theữequencv combinaiioncircuii itlkHybndbiígđe by Ansolt s pariimeier magmuides and The angles betvveen outputs Simiỉarly, \ve simulate the W ỉlkinson brigde by ADS solfware (Figure 4b), the frequency o f the transmission sianal is also 1030 MHz we have retrieved the S-matrix parameter magnitudes as depicted in Figure 4b The four ports output po\ver di Vision uiit ízed the tliree one-half Wilkinson brigdes (signal is divided then a outpi.It is divided by aiiain) IV ExPERIMENTAI RESULTS The tìequencv combination circuit is inteurated into the transniitter circuitry as given in Figure W e have designed and íabncated the pcnver ampliíiers o f 1W, 45W and 200w using the modern components sucli as the transistors vvorkmg at the micro\vave band The components were caiculated and optimalize(j by using the microstrip teclinology to reduce the loss on transmission lines The 200W modules vvere composed o f the smaller moduls ot' \v and w e r e q u ite c o m p a ct and very transportable h ese m od u ls w ere m2 freq=1 03ŨGHz dB(S(2 2))=-39 3Ũ5 fabricated simulĩaneouslv to reduce tiie power ditterence al llie inputs o f the combination circuit, so niinimizing tlie inverse íluctuation that can dainase the system .10-» -20- ờỉtíìờ) ịặc vvv •*-? m2 ▼ •50—1 -1— I - - *— —-Ị— - 1— ị 02 04 06 08 10 12 14 16 18 freq, GHz (b)TheWilkmson by ADS solfwarcand s paramcler magnitude Figurc The sciiHilink rcsulls -Tie 1030MHz siíĩiial transmits v e n ’ well from port I to Ị^and port thè loss is -3.65dB it transmits vvith larger ^Irom port I to port (the loss is -37.97đb) The poxver Nsion with four output ports uses three Hvbrid brigdes, With Ipopriate choosina o f phase, the signaì is input lư the basic ampliíier and at the end w e a c h i e v e th e c o m b i n e d total hcrvaliie For eacli o f these basis 200W moduls, we liave tesled the írequency characteristics beíore integration into the system (Fisure 6b) usine the netvvork analyzer (Rolde & Schwarz ESPI KHz-3GHz test receiver) The ampliíìcalion coeffíđ en t at 1030 VlHz is given in Figure 7c and vvas analvzed b\ the spđOtruni analvzer AdvantesE Rj7G^CG (-■>00 KHz-3.8 GHz) rìie results show the ampliíication coetíicient G>2 ldBm band \vidth - 30 MHz A noii-linear limit point is called the compress point IdBm and is valid for the whole range ĩh e signals from the generator were phase-modulated to the middle range íicquency and then modulated with the carrier \vave at 1030M Hz The signal at amplitude -!0dBm vvas input to the ampliíìer bore tlie divider This amplilier inodul \vas composed o f the I \\ small moduls and 4:>vv mẽdium size moduls At the output the amplitude vvas 32dBm and divided into outputs using the s\nchronized \ \ ilkịnson 01 - Hybird 180" bridues rhese po\ver dividers were designed using the softwares and then tabncated using the microstrip technolouy The obtained results for s,j_ on the nenvork anaiyzer asreed quite well with the modelmg results (Figure 6a) combination circuits are exactly the same as the divider circuits MU/ w ith a d iffe r e n c e for the s e le c tio n o f inputs so tliat the outpui reaches the nominal povver The output o f the po\ver c o m b i n a ti o n circuit vvas m ea su re d bv the \Vati M eter Model 43-S/N 286070 and reached d B m This value shovvs the highly stable output after the combination circtiit We proposed to combine this power coinbination cii CLiiti-y inlo tlie national sovereinty indentitlcation coding system (NSICS) to test the tunctioiialitý in tlie real condition in the near future V la) S i o f l h e H y h i r d 180" b n d g o a nd T h e I V c q u e n o c h a r a c l e n s l i c s Lí C o N C I l 'S IO N \Ve have SLiccesslull) designed and íầbricated the ptnver amplificaiion modtils at IW 45W and 0 \\\ The 200W m o dul w a s based 011 c o m b in a tio n o f the sm a lle r ones: I W to 45W and to 2Ũ0W The combination circLiitryoperates at 1030MHz thai is toiTimonly use d in air-traffic conlrol Tlie primary characterization shovved ilie proinissinn results on stability o fsig n a ls lúíĩh ainplifying cciefficient This opens an opportunities for enhancement o f communication distance and applicatíon in air-traffic and naval control botli for civiỉ and miỉitary purposes III Vietnam A e k M n V I KDGMPNT The results ol this w ork beloiiii to the research prọịect K C I I / - I ữ o i n Slate P ro g m s on Scientitìc Research o f Vietnam One o f these authors \vould like to thank the suppost from the research prọịect Ọ T 09-13 from Y ietn am National n i v e r s i ụ I lanoị ( b ) S p e c ir u m al I F lg u rc T h e L '1 rc s u lls The output signals t r o m ilic d i ú d e r arc a bou t 6dB m and kre inpmed to the 0 \ v povver a m p litìe r T h e s e povver ■pliíier moduls have to be checked atííiinst the currerìt and Wiagecarefully (voltaue u r)s = V, current 1=0,53A in static íịimeat AB mode) to ensure the eonstant output at 53dBm R l I I R IM ! s ỊII (2 | P o /n r "M ic r m v a v e K n m n e e rm a " Second l- d iim n J()hn W 'ile \ R e in m u t K llu lì n a n n "H a n d b o k o f M ic ro \v a v c in ie a tc d c irc u its " \r ie c h I lousc Inc 13 Tliereíore after eacli o f tliose moduls tlie amplitlcation ®efficienl achieved \vas G,=27dBni Pinally, all four outputs rc inputed to the power combiuation circuit These power D a \ td M & Sons Inc I In ie m a lio n a l sta n d a r Tdecom um cahons' 14 Ị M I I%2 S k o ln ik and re c o m m e n d e d p iic c s , “ A e ro n a u tic a l In te rn a u o n a l c iv il A v ia tio n O ga n iz a tiư n In ir o ilu c lio n lo R adar System s* M c G r a \v -H ill N Y t>Ạl H Ọ C Q U Ò C Q a h a i\ 'Ọ 'i Fạp chi K h o a h ọ c D ộ c l ậ p - Tụ cio - M n h p h ú c TJ: 84-4-37547902 /; ii • hi' ÌUHII '.0(1 > / GĨẢY N H Ậ N Đ Ả N G lo a soạn lạ p chi Khoa hụt., b ụ i hụ í >UQC i;iii 1i.ì 11.1 IU 1.1 \’ t ) ặ n g ĩ iiị i li a n l i ỉ h u y , V ũ I IIã 11 \ i h V u l)ii\ liụ cli ( i i a v ẽ bai k ĩ u R e s c u r c h , l t c n i ị t i (1/til í ’ ti tì I'ù : l ị t o tí I ' f ! í V /# /; i v i ỉ k i n s o n nr nl i Ịi t>f l - h i u i d d ã q u a p h n b i ệ n đ t yếu cáu ú Li i r H Nội, C h u y ê n sari T o n - ,-.t i1 Q ìú n g iỗ is ẽ sóm gửi toi Q u ỹ ta ! 'li • '•! Ihtinị; liu iic m t ii.u i i i I'.II lvu> \Ui chân thành cản 1-1 • S.TSKI i IV>- !!".!:> I UKII” !>' U I V N U luurnal o f Science Mathcmatics - Phvsics XX (2009) xxx-xxx Research, Dcsign and Pabrication o f A high-power combiner using Wilkinson o f L-band Dang Thi I hanh Thuy1 Vu uan Anh'", Vu Duy Thona', Bach Gia Duong 11 Fatull> orphysics College ctf Science V lelnain \nlion.il l !M\crsit\ Nanoi Research Cenler Occironĩcs and Telmmmiumcanon Collcgeo f Tedinolog) VNI ~1 Dcpanmcnl c»f ScicnceaiKl ỉcchitiỉloyy.Mi nỉsln 0l*[X'lcnSL‘ Hanoì Vỉclnain Receised A h s t r a c t In this paper \ve are dealina \\ilh a l.-band pouer combiner method usine ìhe Wilkinson bridge This is a modern povver combinalion iL-cliniquc' in the micrcmase technolog> I he dcsign and simulink ol the basie power moduls and \Vilkinson bridae \\crc pcríormed using the A DS sotl\\are Wc h u \c researched designed and lầbricalcd thc pimcr combinalion írom ihc basic 2()I)W m o đ u ls I he experim ental resu lts s h o u e d that po\ver com bin atio n m e th o d u sing ihc v\ ilkinson hridiie ma\ be applicahlc in ihe L-band transmission Keyword: Micrcmare \\ ilkinson po\ver combination ĩ Introducliun The a sse m b le o l tlie L-band hiíỉh-povver a m p liíier is u su a ll) đ ifficu lt th ereíore th esea rch for the povver co m b in a tio n m etlio d s is im portant T he p o u e r co m b in a lio n m ethod u sin g the NVilkinson bridẹe is on e o f m etlio d s thal have been taken into account \Ye h ave studied and aplied this m ethod for c o m b in in g povver from the basic m odules VVilkinson p o \\e r d ivid er vvas proposeđ by E J VVilkinson [6] as a m ethod o f disirib u tin g pcnver to attain equ ip h ase and equ iam p litu d e d ition Theories T he VVilkinson povver d iv id er can use as com b in er or divider It is a sim p le p ow er divider cannot sim u lta n eo u slv h ave alỉ the properties o f lo ssle ss reciprocạl and m atched H ence the W ilkinson povver d iv id er w as d e v elo p ed Here an isolation resistor is placed betvveen the output ports to help a c h ie v e the prop erties D issip a tio n o f energy occu rs o n l) in isolation resistor vvhen signal enters th e netvvork from íinv oiiip u t port Hovvever it should not affect \\ilk in s o n netvvork etíic ie n c y Corrcspondina author h-maih Jangthu\ u \n u \n I y N U lournal o f Science Mathematics - Physics XX (2009) xxx-xxx B esides this isola tio n resistor p rovid es perfect isolation to protect output ports at the operating trequency G en era lK W ilk in so n povver divid er can have anv nuinher o f output ports A basic three port vvilkinson povver d ivid er o f port characteristic im pedance Zn is seh em a tica ll) sh o u n in Figure I Fig I S c h e m a tic d iae ram ot’aW ilkinson povver di\ idcr 111 T his is a such n etw ork that the lo ssle ss and resistive T -junction povver d ivid ers liave no isolation betvveen O L i t p u t portb and the lo s sle s s divid er is not m atched at all ports and the resistive povver divider is lo ssv rhe w ilk in so n povver divid er has all ports m atched and has isolation betvveen output ports but is ỉo s s \ f n T he W ilk in so n povver divid er is a 3-port d e v ice vvith a scattering matrix of: ~ J/ ã - jN - ì/ ~ * /ã 0 0 N o te this d e v ic e is m atch eđ at port ( s II = 0) and w e tlnd thai m agnitude o l colum n ] is: ỈSnI2 - ls:, I M s „ l 2= I (2 ) T hus ju st li ke the lo ssle ss d iv id er the incident pow er 011 port I is e v en ly and e tĩic ie n tly divided betvveen the outp u ts o f port and port But n ow look closer at the scattering matrix We also note tliat the ports and o f th is d e v ic e are m atched It look s a !ot like a lo s sle s s 3dB đivider on ly w ith an additiona! resistor b e lu e e n ports and Design Wilkinson P o »er D iviíler W e sim u late the VVilkinson brigde bv A D S soltvvare (fig u re 2a) the trequency o f transm ission signal is 10 M H z v\e retrieve the S -m atrix parameter m agn itu d es dep icted in Figure 2b, 2c The 1030M H z treq u en c) \vas stu d ieđ b ecau se this frequency vvill a p p licalion in our the next reseach tor design and tah rication o f a transm itter svstem tor the phase id en titication cod e VNl lournal oĩ Sciencc .Mathcmatics - Physics XX (2009) \ x x - x x \ m freq=1 030GHz treqsl 03ũGhz ơfì- 200W P is iu ie I hc p o \v e r c o m b in ir m use V V ilk in s o n b r iiid e E x p e r im e n ts r e su lt W e h ave d e sig n ed and tầbricated the 0 W a m p liíìer m od u les IVom the sm aller on es The basic modules w ere d e sig n e d by usinu the m icrotrip tech n ologỵ [-4] w hich are sm all and portable (fiuure 4a) A tter sim u lin k m o d e llin g ilie W ilk in son bridụe vvas desiyn ed using the m odern accurate circuit imprint te c h n o lo e v [2 ](fìg u r e 4b ) l- ia u r e I h c 0 W' po xver a m p lif i e r ( a ) i he V V ilk in s o n bridgc (h ) V N U -lournal ot Science Mathematics - Physics XX (2009) x.\.\-\x.\ From the b asic am p lifier m o d u ls and W ilk in son bridne d ivid er \ve have tabricaied the hitíhpovver com b in atio n circuit as illustrated in figure5 l- ig u iv I hc' in tc iiR U Ío n o C llic f’rc q u c n c \ u n m h iiu tio n ũ r c i i i l ĩh e am p litier m o d u les u e r e caretLilt\ ch eck ed to assure the com patibiIit\ so that th risk o f maltuction aíter the íntegration is m inim al O bservintỉ the u ork in o f the 0 W ainplifier b> the netuork analyzer ( K olde & Sch \varz ESPI K H z-3G H z tesl receiver) w e revealed tliat the bandvvidth vvas quitc u id c and the a m p lily iim c o e lĩic ie n t has ach iev ed tliL- hiiih value vvithin the ữequency range M H z -1 M H z (F ig 6a) ỉ he siunal at 1030 M H z \vas inpuied into the a m p liỉviim m odule and observed 011 the spectruni a n a h z e r (A d van test R 3765C G (3 0 KH/-.Ì.N (ÍH /.I) the result shmved that at 1030 M H z the a i n p l i ĩ ) in u c o etT ic ie nt reached l i i s h v a lu e the input amplitLide \ \ a s set at - l o d B and the output o n e w as ah o v o ló d B The adịustm ent o f currenl reuim e may increase tho am p]it\irm c o e ĩiìc ie n t e v e n m o rc VVe lia v e a ls o investiiiatecl the s 11 líicto r ot' (he p o u e r d i v i d e r Wilkin.M)n on ne tuo rk a n a l v z e r the rc sult u a s r e l a t i \ e l \ s i m i l a r to that o ỉ ih e s i i n u l i n k m o d e l I ií ilir c 1 ) h t ' fì'C L ]iic n c % c h a r a c le r is Ú L '', : I b ) S p c c l r u m Jl ID M II/ A e r t h a t u e h a \ e m e a s u r e d the c h a c t e ris tic s ot' the p o u e r c o m h in e r Lisiny the W in k i n > o n bridae T h e in p n t a m p lit u d t ' tro 111 the uenerato r w a s set at - l O d B and \ \ a s d n o c u d 10 the a m p lit ie r m odnle betore thc d i\k lc r Thi'' p t)\\cr am plitier u a s com posiíd tiom the tbtítỉ iiioduk> h a \in y ihc povver I \Y \v and t ) ( ) \ \ lic output am plituđe reuched 291.111 I he siưnal w as then iransmitted to the d iv id e r the l\u > O h ip u i' : ilx t re a đ te d (x iB and u e re s M iL h ro n i/c d I lic o u u ls u e re m puled to tliẽ 20(1 \v a m p lilìè r m ociu k s I h csc m od u les \\e iv set to u o rk III the M i regim e u ith a m p lih in g c o e lĩiũ c n t and íhc oulpul am plitudc reached 53dU Altertl.at « c u u h /ed the \ \ ilkinson hridge V N L Journal oK Science Mathemalics - Physics XX (2009) xxx-xxx to com b in e the t u o output sig n a ls M easured w ith the Watt M eter M odel 43-ST M 286070 the tlnal amplitude vvas d B C o n clu sio n We liave d e sig n e d , su c c e s s fu lly fabricated and tested the povver com b in ation unit using the W ilkinson bridge T h e exp erim en tal results dem onstrated the e fflc ie n c y o f this m ethod in manufacturing the larger m o d u le s from the sm aller on es and vve anticipate to applicate this m ethod for raising the output p o u e r in Iiear 1'uture A ck n o M n lcg m en l The results o f th is vvork b e lo n g to the research prọịect K C I.I2 -1 from State Programs on Scientiíic R esearch o f V ietn a m O n e o f th ese authors vvould lik e to thank the snppost from the research prọịeci Ọ T OM-13 from V ietnam N ational U n iversity Hanoi R cferences |l| David M Po/ar \lic r o \w v c l.tiiỉiiiccrtiHỉ 2nLl I dilion John ĩIeN Ẳ; Sons inc \ e ^ \ork Unỉled Slale ol America 1998 |2 | K Mehran C A D ọ t U tcrosirip l i ti e r s cưnsiderintí dispersiưn loss a m / disconlm uĩn cl/ecl.s Ilìl-.r ĩrans v i n -27 Mar 1979 pp 239-245 [3] R Mehran A m elh o d ọ l anuìysis a n d design f m icro stn p direclion al couplers considering d isp e n ìo n an d discom im tiiy effects Proc o f the 1970 liilbrmational Svmposium on Computer-Aided Design of the l lectrics tor Space Application Bologna (Italv) 1979 pp 7A [4] Dang Thi Thanh ĩ i u i v Pliam Van Thanh Nguxen A nh Tuan Bach Gia Duong Research Oesign Aiicl l-ubncalion ( ự The 45H' And The 0 II, L-Bttnd l ‘o\\ er A m plịiìer L sin g ĩh e M odern Uicromrip 1echnolog\- l or Application /li The S a lio n a lS o ve reieivr Ideiiii/ìcaiion ( 'iHỈing Svsient .loumaỉ ot Science VNl - I XXII N o 2AP P-2I0 y>e sư KỶ YẾU Nghiên cứu khoa học phục vụ đào tạo phát triển kinh tế - văn hóa - xã hội giai đoạn (T ó m t ắ t b o c o ) T SsterinSir Ị ỊỊ ệặ m m m B *£i n r ị a r a ^ í ầ m m I ị ỉ: '»'* !■^éSyBtỉầăBÊL ìlìy ’%■*: »* #; s •ì?jrv Trường Đ ại học Sư phạm Hà \'ội 34 Giải pháp nâng cao còng suất phát tín hiệu dải sóng siêu cao tần Đặng Thị Thanh Thủy Đ ại học K tíT N - D H Ọ G Hà Nại Ba ch Cíia Dương TTNC Điện từ viễn thịng, Tncờtìg Đụi học Cơng nghệ, DHQG Hò Nội Báo cáo đề cập đẻn phương thức tô hợp công suât hăng cảu W ilkinson băng tần L Đây kỹ thuật tô hợp công suất tirơng đổi đại trone kỷ thuật siêu cao tần Việc thiết ke mỏ phịng modul cơng suất sơ vả cầu Wilkinson thực bàng phán m ềm ADS Nhóm tác già đâ nghiên cứu, thiết kế, chế tạo tỏ hợp công suất lớn tứ khuếch đại công suât cư sờ 2Ơ0\V Các kêt quà thực nghiệm cho thấy phương phap tổ họp cầu VVilkinson có th ể áp d ụ n g v o h ệ m y p h át tín h iệu b n g s ó n g s iê u c a n tan 35 Tính chất quang điện hóa mang mòng La067 xLi3xTi03chếtạo phương pháp bốc bay chúm tia diện tứ L ê D in h T r ụ n g / nrừnu DỈỈSP llìt A'ội N ịỉu y ễ n N ã iiịi Đ ịn h T nàm o Đại họt HỊihiị- Đ ỉlQ d /lò \ ọ i P h m D u y L o iiịi V iện K tid íi h ụ c I t hỌu I V " AT/ /cV f 'A l ’ú ‘{ ,\ chum lia diện tư Mang sau lãntỊ d ọ n , va ú 300 ° c d n " vơ định hình có độ dẫn itin Li kliu cao khoang 10'6 S em ’1 t p nhiêt dỏ phịng, gần suốt iroiiL! vimií kha 29 Scientilìc Project Branch: Physícs Project category: Hanoi National University Level Title High Prequency Transmitter/Receiver using Microcontroller technique Code QT-09-13 Managing Instỉtution Hanoi ưniversity o f Science Irnplementing Institution Faculty o f Physics, Hanoi University o f Science Collaborating Institutions Coordinator Pham Van Thanh Key implementors Ms Dang Thi Thanh Thuy Duration From 01/2009 to 12/2009 Budget 25.000.000 VNDD from Hanoi National Universitv 10 Main results - Results in Science and technology + Sum up theoretical basis of microwave and ultrahigh ữequencv communication and power amplifier + Design o f circuitry of ampliíìer bv software packaee ADS Experimentai setup and íabrication ofamplifier - Publication + 02 paper, 01 scientiíĩc report + Guide and advise 02 university student + Support PhD thesis Phiếu đăng ký kết nghiên cứu KH-CN Tên đề tài (hoặc dự án): Nghiên cứu, thiết kế chế tạo khuếch đại công suất dùng trons phát cao tần Mã số: QT-09-13 Co’ quan chủ trì đề tài (hoặc dự án): Trường đại học khoa học tự nhiên Địa chỉ: 334 Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà Nội Tel: Cơ quan quản lý đề tài (hoặc dự án): Đại học Quốc gia Hà nội Địa chỉ: 144 Xuân Thủy, cầu Giấy, Hà Nội Tel: Tổng kinh phí thực chi: Trong đó: - Từ ngân sách Nhà nước: 25.000.000 đơng - Kinh phí trườnẹ: - Vay tín dụng: - Vốn tự có: - Thu hồi: Thời gian nghiên cứu: 12 tháne Thời gian bắt đầu: 01/2009 Thời gian kết thúc: 12/2009 Tên cán bô phơi họp rÌghiên cứu: CN Pham Văn Thành Bộ mơn Vật lý Vô tuyên Khoa Vật lý Trường ĐH KHTN Số đăng ký đề tài Số chứng nhận đăng ký kết nghiên cứu: Ngày: Bảo mật: a Phổ biên rộna rãi: b Phô biến hạn ché: c Bao mật: 36 Tóm tắt kết nghiên cứu: - Tổng quan lý thuyết sóng cao tần siêu cao tần, lý thuyết khuếch đại cône suất - Thiết kế mạch khuếch đại công suất bàng phần mềm ADS - Gia công, chế tạo mạch thực nghiệm - Khảo sát đo đạc mạch khuếch đại cơng suất - Hướng dẫn 02 khóa luận tốt nghiệp - 02 báo, báo cáo khoa học - Hỗ trợ 01 luận án nghiên cứu sinh Kiến nghị quy mô đối tượng áp dụng nghiên cứu: Đe nghị Nhà trường, Ban Chủ nhiệm khoa, Bộ mơn tạo điều kiện nghiên cứu hồn thiện nâng cao công suất phát cao tầnvà siêu cao tần Chủ nhiệm đề tài Thủ trưởng quan chủ trì đề tài Chù tịch Hội đồng đánh giá thức Thủ trươne quan quản lý đề tài - - Họ tên Học hàm, học vị Ký tên, đỏ nu dấu Đặng Thị Thanh Thuỷ Thạc sỳ T l.G IÁM D Ó C - ■ / - /KT.ĩeUỞNGụ N KHOA HỌC ■CỔNG íjr KỈ 'P H Ò TRƯỞNG BAN ... Smith 2.2 Thiết kế mô mạch khuếch đại 45W 200W Bộ khuếch đại 200w thiết kế bao gồm tầng, tầng công suất 45 w (cơng suất cực đại 60W) đưa tới kích tầng lắp MOSFET 200W (công suất cực đại 240W)... MÔ PHỎNG MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT BẢNG PHẦN MÈM ADS Sơ đồ nguyên lý tầng khuếch đại công suất 1W,45W 200W (tầng khuếch đại 45W) khuếch đại siêu cao tần sử dụng phần mềm thiết kế chuyên dụng... tiêu nội dung nghiên cứu: - Nghiên cứu sở lý thuyết sóng cao tần siêu cao tần, lý thuyết khuêch đại công suất - Thiết kế chế tạo khuếch đại công suât cône nghệ mạch dải e Các kết đạt được: - Tổng