THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG BỘ LỌC THÔNG DẢI CHO HỆ THỐNG GSM 1800

` TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ II ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG BỘ LỌC THÔNG DẢI CHO HỆ THỐNG GSM 1800 Sinh viên thực : GVHD : Đặng Phú Trung 20172874 Dương Đình Thái 20172807 Nguyễn Ngọc Duy 20172517 Phạm Minh Tú 20172885 TS Nguyễn Nam Phong ` LỜI NÓI ĐẦU Cùng với phát triển mạnh mẽ khoa học kĩ thuật , hệ thống thơng tin di động tồn cầu đời dùng rộng rãi toàn giới Trong q trình đường lên xuống nắm vai trị quan trọng tới tín hiệu truyền Trong ngày có nhiều dạng tín hiệu với tần số khác gây nhiễu đến tín hiệu cần thu mong muốn , Bộ lọc thơng dải ( Bandpass Filter) có vai trị quan trọng việc lọc tín hiệu tần số mong muốn Là cử nhân, kỹ sư Điện tử Viễn thông tương lai, kỹ thiết kế mô mạch điện tử vơ quan trọng Vì vậy, tập lớn môn điện tử tương tự II này, chúng em xin chọn đề tài “ Thiết kế mô Bộ lọc thông dải cho hệ thống GSM 1800 ADS” Trong trình thực đồ án, em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Nguyễn Nam Phong có hướng dẫn chi tiết, nhiệt tình bảo em gặp vấn đề việc tìm hiểu phần mềm thiết kế mới, hướng đi, cách tư duy, tài liệu bổ ích giúp em hồn thành kết tốt môn Điện tử tương tự II Em xin chân thành cảm ơn ` MỤC LỤC DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT i DANH MỤC HÌNH VẼ ii DANH MỤC BẢNG BIỂU .iii TÓM TẮT ĐỀ TÀI iv CHƯƠNG YÊU CẦU VÀ PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ .1 1.1 Yêu cầu 1.2 Phương án .1 CHƯƠNG THIẾT KẾ BỘ LỌC THÔNG DẢI 2.1 Nguyên lý hoạt động .2 2.2 Bộ lọc thông dải 2.3 Thiết kế lọc thông dải cho đường lên 1710 – 1785 MHz .3 2.3.1 Tính tốn thiết kế lọc thông cao cho 1710 MHz , = 50 Ohm 2.3.2 Tính tốn thiết kế lọc thông thấp cho 1785 MHz , = 50 Ohm .4 2.4 Thiết kế lọc thông dải cho đường lên 1710 – 1785 MHz .4 2.4.1 Tính tốn thiết kế lọc thông cao cho 1805 MHz , = 50 Ohm 2.4.2 Tính tốn thiết kế lọc thông thấp cho 1785 MHz , = 50 Ohm CHƯƠNG MÔ PHỎNG BỘ LỌC THÔNG DẢI TRÊN ADS 3.1 Bộ lọc thông dải cho đường lên ( BPFTX) 3.2 Bộ lọc thông dải cho đường xuống ( BPFRX) .6 3.3 Kết luận : CHƯƠNG TỔNG KẾT 4.1 Những điều đạt : 4.2 Hướng phát triển : 4.3 Lời cảm ơn .8 TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Thuật ngữ đầy đủ GSM Global System for Mobile Communications LPF Low Pass Filter HPF High Pass Filter BPF Band Pass Filter TX Transmitter RX Receiver ` DANH MỤC HÌNH VẼ Hình Đặc tuyến biên độ Hình Sơ đồ lọc thơng cao Hình Sơ đồ lọc thơng thấp Hình Sơ đồ lọc thông dải đường lên (BPFTX) Hình Đặc tuyến tần số BPFTX Hình Sơ đồ lọc thơng dải đường xuống (BPFRX) Hình Đặc tuyến tần số BPFRX DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng Băng tần cho GSM900 GSM1800 ` TÓM TẮT ĐỀ TÀI Bộ lọc thông dải lọc cho qua tần số nằm dải tần quy định loại bỏ tần số nằm phạm vi dải tần Có nhiều phương án để thiết kế lọc khác : lọc thông dải Hairpin-Line , lọc thông dải Interdigital , ….Trong báo cáo này, chọn cách ghép lọc thông thấp (Lowpass Filter – LPF) lọc thông cao ( Highpass Filter – HPF) để thiết kế mơ Vì dạng lọc đơn giản , dựa đặc trưng hai loại lọc nói Đề tài gồm chương: Chương 1: Yêu cầu thiết kế, phương án thực Chương 2: Thiết kế lọc thông dải theo chuẩn GSM 1800 Chương 3: Mô lọc thông dải ADS Chương 4: Tổng kết ` CHƯƠNG YÊU CẦU VÀ PHƯƠ NG ÁN THIẾT KẾ 1.1 Yêu cầu Yêu cầu báo cáo thiết kế lọc thông dải cho hệ thông GSM 1800 mô ADS Yêu cầu mạch chạy đúng, đầu phù hợp với lý thuyết Trên toàn giới, GSM chuẩn sủ dụng rộng rãi Thông thường, hệ thống hoạt dộng tần số 900Mhz 1800Mhz Ở ta tập trung vào chuẩn GSM 1800 Loại TX RX P-GSM900 890 MHz to 915 MHz 935 MHz to 960 MHz GSM1800 710 MHz to 785 MHz 805 MHz to 880 MHz E-GSM900 880 MHz to 915 MHz 925 MHz to 960 MHz R-GSM900 876 MHz to 915 MHz 921 MHz to 960 MHz Bảng Băng tần cho GSM900 GSM1800 1.2 Phương án Có nhiều loại lọc khác : lọc thông dải Hairpin-Line , lọc thông dải Interdigital , ….Mỗi loại lại có ưu nhược điểm định Trong báo cáo này, ta chọn cách làm lọc thông dải việc kết hợp lọc thông thấp ( LPF) lọc thông cao (HPF) -Ưu điểm: Đơn giản , sử dụng tốt lý thuyết học , việc thiết kế dễ dàng tính tốn hai loại lọc thông thấp , thông cao đơn giản -Nhược điểm: hai điểm đầu suy hao chưa tối ưu , mơ khơng tốt phương pháp khác CHƯƠNG THIẾT KẾ BỘ LỌC THÔN G DẢI 2.1 Nguyên lý hoạt động Hệ thống thông tin di động toàn cầu (Global System for Mobile Communications - GSM) công nghệ dùng cho mạng thông tin di động GSM chuẩn phổ biến cho điện thoại di động (ĐTDĐ) giới Khả phú sóng rộng khắp nơi chuẩn GSM làm cho trở nên phổ biến giới, cho phép người sử dụng sử dụng ĐTDĐ họ nhiều vùng ` giới Các mạng di động GSM hoạt động tần số Hầu hết hoạt động tần số 900 MHz 1800 MHz Vài nước Châu Mỹ sử dụng tần số 850 MHz 1900 MHz tần số 900 MHz 1800 MHz nơi bị sử dụng trước Ở báo cáo , chúng em sử dụng cho chuẩn GSM 1800 với đường lên sử dụng tần số khoảng 1710 - 1785 MHz đường xuống 1805 – 1880 MHz Từ , ta thiết kế hai lọc thông dải cho đường lên đường xuống 2.2 Bộ lọc thông dải Bộ lọc thông dải lọc cho qua tần số năm dải tần mong muốn chặn tần số nằm phạm vi Bộ lọc đặc trưng Đáp ứng tần số, định lượng phổ đầu hệ thống thiết bị đáp ứng với kích thích, sử dụng để mô tả động lực học hệ thống Bộ lọc thơng dải có đặc trưng biên độ đáp ứng tần số, trường hợp lý tưởng dạng hình chữ nhật, vả thực tế chấp nhận dạng "cái chng" Hình Đặc tuyến biên độ Trong thực tế, khơng có lọc thông dải lý tưởng Bộ lọc không làm giảm hoàn toàn tất tần số dải tần mong muốn; đặc biệt, có khu vực bên ngồi băng thơng dự định nơi tần số bị suy giảm, không bị cắt bỏ Điều gọi cuộn lọc thường biểu thị dB suy giảm Nói chung, thiết kế lọc tìm cách làm cho cuộn xuống hẹp tốt, cho phép lọc thực gần tốt với thiết kế dự định Như biết , lọc thông thấp cho qua tần số thấp mong muốn loại bỏ tần số cao , ngược lại lọc thơng cao cho qua tín hiệu tần số cao loại bỏ tần số thấp Sử dụng hai đặc trưng , ta kết hợp hai lọc để thiết kế lọc thông dải 2.3 Thiết kế lọc thông dải cho đường lên 1710 – 1785 MHz 2.3.1 Tính tốn thiết kế lọc thông cao cho 1710 MHz , = 50 Ohm Ta thực thiết kế theo mơ hình sau : Hình Sơ đồ lọc thơng cao Với thơng số L , C tính sau  Tần số cắt , = 1710 MHz => = = 10.74 *  L = / = 50 / (2*10.74 * ) = 2.32 nH  C = / (2 ) = / (2*10.74** 50 ) = 0.931 pF 2.3.2 Tính tốn thiết kế lọc thông thấp cho 1785 MHz , = 50 Ohm Mơ hình thiết kế sau : ` Hình Sơ đồ lọc thơng thấp Với thơng số L , C tính :  Tần số cắt , = 1785 MHz => = = 11.21 *  L = / = 2*50 / ( 11.21 * = 8.92 nH  C = / ( ) = / (11.21** 50 ) = 3.56 pF 2.4 Thiết kế lọc thông dải cho đường lên 1710 – 1785 MHz 2.4.1 Tính tốn thiết kế lọc thơng cao cho 1805 MHz , = 50 Ohm Thực thiết kế theo mô hình Hình với thơng số L , C tính :  Tần số cắt , = 1805 MHz => = = 10.74 *  L = / = 50 / (2*10.74 * ) = 2.32 nH  C = / (2 ) = / (2*10.74** 50 ) = 0.931 pF 2.4.2 Tính tốn thiết kế lọc thông thấp cho 1785 MHz , = 50 Ohm Thực thiết kế theo mơ hình Hình với thơng số L , C tính tốn :  Tần số cắt , = 1880 MHz => = = 11.21 *  L = / = 2*50 / ( 11.21 * = 8.92 nH  C = / ( ) = / (11.21** 50 ) = 3.56 CHƯƠNG MÔ PHỎN G BỘ LỌC THÔN G DẢI TRÊN ADS Bọn em sử dụng phần mềm ADS để thực mô lọc thông dải cho đường lên đường xuống 3.1 - Bộ lọc thông dải cho đường lên ( BPFTX) Sơ đồ thiết kế : ` Hình Bộ lọc thông dải đường lên ( BPFTX) - Kết mơ : Hình Đặc trưng tần số BPFTX 3.2 -  Bộ lọc cho qua tần số nằm dải (1710 - 1785 MHz) Bộ lọc thông dải cho đường xuống ( BPFRX) Sơ dồ thiết kế : Hình Bộ lọc thông dải đường xuống (BFTRX) Kết mô : ` Hình Đặc trưng tần số BPFRX  Bộ lọc cho qua tần số nằm dải (1710 - 1785 MHz) 3.3 Kết luận : Dựa vào lý thuyết kết mô bọn em rút kết luận sau : - Mô chạy với lý thuyết , lọc thực chức lọc - tần số dải tín hiệu mong muốn Suy hao đầu S21 hai lọc thỏa mãn > -3dB CHƯƠNG TỔNG KẾT 4.1 Những điều đạt : Sử dụng tốt công cụ ADS để mô lọc Thiết kế , mô lọc thông dải Mô chạy yêu cầu đề tài 4.2 Hướng phát triển : Áp dụng lọc thiết kế cho nhiều loại mạch cần lọc tần sô ong muốn mạch đổi tần , trộn tần , … 4.3 Lời cảm ơn Để hoàn thành đề tài chúng em xin cám ơn thầy Nguyễn Nam Phong tận tình hướng dẫn Qua đề tài chúng em hiểu rõ kiến thức lý thuyết thầy giảng dạy lớp môn học Đây đề tài bổ ích với chúng em Chúng em xin cám ơn thầy lần ! 10 ` TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Digital cellular telecommunications system (Phase 2+) (GSM); Mobile Station (MS) conformance specification; Part 1: Conformance specification (3GPP TS 51.010-1 version 13.11.0 Release 13) [2] Vinay Divakar1, Manasa K2, Band Pass Filter and Low Noise Amplifier Design using Advanced Design System (ADS) 11