ĐỀ TÀI THIẾT KẾ MẠCH KHUẾCH đại CÔNG SUẤT CÓ độ LỢI LỚN NHẤT TẠI TẦN SỐ 5 2 GHz

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN VIỄN THÔNG o0o BÁO CÁO TIỂU LUẬN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH KHUẾCH ĐẠI CƠNG SUẤT CĨ ĐỘ LỢI LỚN NHẤT TẠI TẦN SỐ 5.2 GHz GVHD: TS Huỳnh Phú Minh Cường SVTH: Từ Văn Hưng MSSV: 1611452 Nhóm: A03 TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 07 NĂM 2021 Tiểu luận Kỹ thuật siêu cao tần MỤC LỤC Quy trình thiết kế 1.1 Lựa chọn Transistor phù hợp 1.2 Thiết kế mơ hình mạch khuếch đại 1.3 Lý thuyết 1.4 Phối hợp trở kháng mạch khuếch đại Kết luận: 14 Tiểu luận Kỹ thuật siêu cao tần HÌNH ẢNH Hình 1-1 Mạch phân cực cho BJT Hình 1-2 Đặc tuyến dịng áp ngõ Hình 1-3 Mơ hình mạch khuếch đại công suất Hình 1-4 Ma trận S thông số khác Hình 1-5 Tham số để tính toán Hình 1-6 Đặt tuyến Gamma S Gamma L Hình 1-7 Mơ ZS ZL theo Smith_Chart Hình 1-8 Sơ đồ mạch sau hiệu chỉnh ZS ZL 10 Hình 1-9 Ma trận S thơng số sau hiệu chỉnh ZS ZL 10 Hình 1-10 Mơ ZS ZL theo Smith_Chart sau hiệu chỉnh 11 Hình 1-11 Phối hợp trở kháng ZL 11 Hình 1-12 Phối hợp trở kháng ZS 12 Hình 1-13 Sơ đồ mạch phối hợp trở kháng có độ lợi cao 12 Hình 1-14 Kết ngõ vào ngõ mạch khuếch đại 13 Hình 1-15 Ma trận S thông số khác sau PHTK 13 Tiểu luận Kỹ thuật siêu cao tần ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH KHUẾCH ĐẠI CƠNG SUẤT CĨ ĐỘ LỢI LỚN NHẤT TẠI TẦN SỐ 5.2 GHz Quy trình thiết kế 1.1 Lựa chọn Transistor phù hợp - Mạch khuếch đại dùng BJT, đề tài lần với mục đích thiết kế đạt độ lợi cơng suất lớn tần số 5.2 GHz Sau xem xét thư viện Infineon RF Components, em thấy BJT BFP620 có số thông số như: tần số lên đến 12GHz, VCE0max = 2.3V, ICmax = 80mA, Gmax = 21.5dB - Ta tìm điểm phân cực tĩnh cho BJT IBB VCE: Hình 1-1: Mạch phân cực cho BJT - Tiến hành mô theo biên độ VCE : => 2.3V step 0.5, IBB : 100 µA => 350µA, step 10µA Tiểu luận Kỹ thuật siêu cao tần Hình 1-2 Đặc tuyến dòng áp ngõ - Ta chọn điểm m1 điểm làm việc BJT BFP620 vùng tuyến tính VCE = 2.3V, IBB = 170µA IC = 38mA 1.2 Thiết kế mơ hình mạch khuếch đại - Ta tiến hành mô mạch khuếch đại với thông số thiết lập mạch sau: Tiểu luận Kỹ thuật siêu cao tần Hình 1-3 Mơ hình mạch khuếch đại cơng suất - Kết mơ tìm ma trận S độ lợi cực đại mà mạch mang lại: Hình 1-4 Ma trận S thông số khác Tiểu luận Kỹ thuật siêu cao tần - Kết mô ma trận S, S max tính ổn định mạch hoạt động tần số 5.2GHz:  Ma trận S(dB): S11 = -6.822, S12 = -17.212, S21 = 12.614, S22 = -13.161 Độ lợi cực đại max_gain(S) = 13.909  S21 tỉ số công suất cổng 12.614, chưa đạt giá trị tối đa 13.909 Nên ta hiệu chỉnh số linh kiện để mạch đạt độ lợi lớn 1.3 Lý thuyết - Để thiết kế mạch phối hợp trở kháng để cơng suất lớn độ lợi tổng cộng mạch khuếch đại tính sau: GT = GSG0GL GS, G0, GL định nghĩa hình bên G0 = |𝑆21|2 - GT tính sau: - Để G max ta cần phối hợp trở kháng sau Tiểu luận Kỹ thuật siêu cao tần - Trong - Ta thiết lập cơng thức để mơ sau Hình 1-5 Thiết lập tham số để tính tốn - Ta thu đặt tuyến Gamma S Gamma L: Tiểu luận Kỹ thuật siêu cao tần Hình 1-6 Đặt tuyến Gamma S Gamma L - Tiếp tục mô theo Gamma Sn Gamma Pn chúng < Hình 1-7 Mơ ZS ZL theo Smith_Chart 1.4 Phối hợp trở kháng mạch khuếch đại - Dựa vào ZL ZS tìm từ mô Smith_Chart ta chỉnh lại thông số mạch: Tiểu luận Kỹ thuật siêu cao tần Hình 1-8 Sơ đồ mạch sau hiệu chỉnh ZS ZL - Ta thu kết mô sau Hình 1-9 Ma trận S thơng số sau hiệu chỉnh ZS ZL 10 Tiểu luận Kỹ thuật siêu cao tần Hình 1-10 Mơ ZS ZL theo Smith_Chart sau hiệu chỉnh - Theo kết nhận S21 13.909= S max S11 S22 bé nên thiết kế tốt - Việc ta cần làm thiết kế mạch phối hợp trở kháng để đưa ZL 50 Ohm mà độ lợi không đổi cách dùng tool Smith_Chart ADS Hình 1-11 Phối hợp trở kháng ZL 11 Tiểu luận Kỹ thuật siêu cao tần Hình 1-12 Phối hợp trở kháng ZS - Sau có thơng số mạch phối hợp trở kháng ta thêm phẩn tử cần thiết vào mạch Hình 1-13 Sơ đồ mạch phối hợp trở kháng có độ lợi cao 12 Tiểu luận Kỹ thuật siêu cao tần - Kết mơ Hình 1-14 Kết ngõ vào ngõ mạch khuếch đại - Ta thấy Z có lệch lượng nhỏ nên bỏ qua Hình 1-15 Ma trận S thơng số khác sau PHTK 13 Tiểu luận Kỹ thuật siêu cao tần - Nhận thấy giá trị S21 đạt cực đại S11 S22 có giá trị nhỏ - Độ ổn định mạch tần số 5.2 GHz thỏa mãn (1.26 > 1)  Ta đạt yêu cầu đề đặt Kết luận: - Sau trình thiết kế mạch phối hợp trở kháng tần số 5.2 GHz, ta biết độ lợi tối đa mạch khuếch đại đạt phụ thuộc nhiều vào thông số L C kể giá trị vị trí - Thơng qua tiểu luận giúp em nắm rõ bước cách phối hợp trở kháng ngõ vào ngõ ra, cách sử dụng đồ thị Smith_Chart để thiết kế mạch phối hợp trở kháng Giúp em nắm kiến thức cách vững vàng 14 ... mạch hoạt động tần số 5. 2GHz:  Ma trận S(dB): S11 = -6. 822 , S 12 = -17 .21 2, S21 = 12. 614, S 22 = -13.161 Độ lợi cực đại max_gain(S) = 13.909  S21 tỉ số công suất cổng 12. 614, chưa đạt giá trị... Hình 1- 15 Ma trận S thông số khác sau PHTK 13 Tiểu luận Kỹ thuật siêu cao tần - Nhận thấy giá trị S21 đạt cực đại S11 S 22 có giá trị nhỏ - Độ ổn định mạch tần số 5. 2 GHz thỏa mãn (1 .26 > 1) ... VCE : => 2. 3V step 0 .5, IBB : 100 µA => 350 µA, step 10µA Tiểu luận Kỹ thuật siêu cao tần Hình 1 -2 Đặc tuyến dịng áp ngõ - Ta chọn điểm m1 điểm làm việc BJT BFP 620 vùng tuyến tính VCE = 2. 3V, IBB