Điện tử tương tự II đề tài THIẾT kế MẠCH KHUẾCH đại CÔNG SUÂT PA ở tần số 2 6GHz CHO 5g SUBBAND

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Viện Điện tử - Viễn thông Điện tử tương tự II Đề tài: THIẾT KẾ MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUÂT PA Ở TẦN SỐ 2.6GHz CHO 5G SUBBAND GVHD: TS.Nguyễn Anh Quang SVTH: Nguyễn Tất Đạt • Nguyễn Khắc Trung • Lê Văn Tuấn • 20172455 20175665 20175666 January 11, 2022 Lời nói đầu Bộ khuếch đại công suất (PA) khối tiêu tốn nhiều lượng hệ thống truyền phát RF (Radio frequency) Khối PA sử dụng để khuếch đại tín hiệu nhỏ tần số cao lên tín hiệu lớn tần số cao anten để đủ công suất truyền xa Việc thiết kế PA ln vấn đề khó Ở báo cáo này, bọn em trình bày thiết kế PA hoạt động tần sô 2.6GHz cho 5G sub band sử dụng transitor MOSFET MỤC LỤC Danh mục bảng biểu Chương Phương án thiết kế 1.1 Yêu cầu khuếch đại • Bộ khuếch đại phải hoạt động tần số 2.6GHz • Đảm bảo khuếch đại đủ công suất để truyền anten 1.2 Thiết bị sử dụng Thiết bị sử dụng CG2H40010F, HEMT (high electron mobility transistor) cung cấp hãng Wolfspeed Thiết bị lựa chọn hoạt động tốt tần số 2.6GHz yêu cầu có hiệu suất tốt (60%-70% nhiệt độ 250 c) 1.3 Bias network Mơ chiều cho transistor để tìm đường làm việc chiều, từ định chế độ làm việc cho transistor 1.4 Xác định S-parameters Ma trận phân tán S cần thiết thiết PA, xác định hệ số phản xạ độ lợi thiết bị sử dụng từ tính tốn tính ổn định (K factor) có phương án phối hợp trở kháng phù hợp 1.5 Thiết kế mạch Từ nguồn transistor, mô class xác dụng thông mạchsố phối hợpmà trở kháng phù định hợp điểm Trở làm kháng việc tảicủa trở kháng sử làđịnh 50và-Q Chương Thiết kế mạch Trước vào thiết kế cụ thể nhóm đưa định lựa chọn cho mạch Khi xem xét đến việc lựa chọn class khuếch đại nhóm định chọn khuếch đại tuyến tính chưa có kinh nghiệm nhiều thiết kế mạch, class AB lựa chọn vừa đảm bảo hiệu suất độ tuyến tính so với class A B Với trở kháng tải trở kháng nguồn 50 fí, mơ hình mạch gồm tầng khuếch đại, tải nguồn khối matching cho đầu vào đầu ra: Source Input Matching Amplifier 2.1.Mô chiều Thực mô IV Curve cho transistor: Output Matching Load FET Curve Tracer I ,1 VAR Lszj VAR1 VDS =0 V VGS =0V + V_DC -=-SRC1 Vdc=VDS Pac Mô thực theo điểm làm việc m1 VDS = 28V VGS = -2.7V Kết thu sau: Hình 2.4 S parameters transistor Kết tham số S tần số 2.6GHz ghi lại sau: [ S 0.667 L1660 _[ 4,47 0.023 0,494 L-1660] Với |S11| > Gain: Từ cơng thực tính gain ta tính gain mạch sau : GS = 1.8 = 2.55 dB G0 = 20 = 13 dB GL = 1.3 = 1.14 dB Vậy có GT = GS + G0 + GL = 16.69 dB 2.5 Mơ Hình 2.9 S11 mạch Sau chạy mơ thấy mạch hoạt động tần số 2.6GHz Tuy nhiên thiết kế nhóm lại khơng đảm bảo cơng suất đầu ra, hệ số S21 mạch tần số hoạt động bé: Hình 2.10 Thơng số S21 mạch Điều cho thấy gain thu không mong muốn công suất đầu mạch mức nhỏ: m2 RFpower=30.000 HB.Pdel đBm =-0.884 -35 -1 I I I I IIIIII 10 IIIII 15 IIIII 20 IIIII 25 IIIII III 30 35 RFpower Hình 2.11 Cơng suất đầu ra[dBm] Chương Kêt luận Ở tập nhóm thiết kế khuếch đại công suất đơn giản hoạt động tần số 2.6GHz, nhiên chưa đạt yêu cầu công suất đầu Bộ khuếch đại gồm tầng khuếch đại công suất khối phối hợp trở kháng đầu vào đầu mạch, mạch phân cực cho cực D cực G transistor Nhiều mơ tính tốn thực để tối ưu hóa cơng suất đầu với đảm bảo tính ổn định mạch Cuối nhóm chưa đạt mục tiêu đề tập tìm hiểu học hỏi nhiều kiến thức liên quan đến thiết kế PA sử dụng cho RF Trong tương lai nhóm tìm hiểu củng cố kiến thức để hoàn thiện đề tài Tài liệu tham khảo [1] Datasheet HEMT CG2H40010F, hãng Wolfspeed [2] Mohamed El-Dakroury, Design and analysis of class AB RF power ampliíier for wireless communication applications, University of Central Florida [3] Shiva Ghandi Isma Ilamaran, Zubaida Yusoff, JahariahSampe, 0.5GHz - 1.5GHz Bandwidth 10W GaN HEMT RF Power Ampliíier Design, Malaysia [4] Wonseob Lim, Hwiseob Lee, Hyunuk Kang, Wooseok Lee, Kang-Yoon Lee, Keum Cheol Hwang, Youngoo Yang, and Cheon-Seok Park, 2.6 GHz GaN-HEMT Power Ampliíier MMIC for LTE Small-Cell Applications [5] Behzad Razavi, RF Microelectronics, 2011, Prentice Hall  ... Điều cho thấy gain thu không mong muốn công suất đầu mạch mức nhỏ: m2 RFpower=30.000 HB.Pdel đBm =-0.884 -35 -1 I I I I IIIIII 10 IIIII 15 IIIII 20 IIIII 25 IIIII III 30 35 RFpower Hình 2. 11... Deg 2. 4 Thiết kế mạch Sau xác định mạch phối hợp trở kháng nhóm tiến hành thiết kế mơ mạch khuếch đại PA: Hình 2. 8 Mạch khuếch đại PA tần số 2. 6GHz • Bias circuit: Mạch phân cực gồm nguồn điện. .. 2. 5 Mô Hình 2. 9 S11 mạch Sau chạy mơ thấy mạch hoạt động tần số 2. 6GHz Tuy nhiên thiết kế nhóm lại không đảm bảo công suất đầu ra, hệ số S21 mạch tần số hoạt động bé: Hình 2. 10 Thơng số S21 mạch