d) Hệ số tạp âm Noise Figure (NF)
3.2.2 Tính toán mô phỏng thiết kế
Từ file .s2p của chip SPF 3043, dùng ADS 2009 ta có b của chip
ng mạch khuếch đại
ợp trở kháng
u phương pháp phối hợp trở kháng khác nhau: phần tử
p, dây chêm song song, λ/4…Nhưng qua thực nghiêm, phương pháp s chính xác, ổn định cho kết quả hệ số khuếch đại cao hơn so v
Hình 3.4 Sơ đồ mạch khuếch đại phối hợp trở kháng
Hình 3.5 Phương pháp phối hợp trở kháng dùng λ/4
ng thiết kế
a chip SPF 3043, dùng ADS 2009 ta có bảng thông s
ử tập trung, dây c nghiêm, phương pháp sử i cao hơn so với
kháng
Tại tần số 8.5Ghz: S11 = 0.46826 S21 = 0.16301 3.2.2.1 Phối hợp trở kháng cho l Hình 3.6 Tính toán S11Ang = 154.092 S21Ang = -137.490
kháng cho lối vào Zin
Hình 3.6 Tính toán giá trị trở kháng vào Zin
Dùng phần mềm ADS đ toán với Z0 = 50 (18.95 + j*9.9) Ω
m ADS để tính = 50 Ω Zin =
* Tính toán các tham s Dùng giản đồ Smith ta tính đư vào
* Tính toán các tham số lối vào
Smith ta tính được 2 trường hợp của phối hợp trở kháng cho
Hình 3.7 Trường hợp 1 của lối vào
Hình 3.8 Trường hợp 2 của lối vào
d1 = 0.21409λ Z(d1) = 137.922 Ohm Zλ/4 = 83.0427 Ohm d2 = 0.46409λ Z(d2) = 18.1262 Ohm Zλ/4 = 30.105 Ohm kháng cho lối Z(d1) = 137.922 Ohm = 83.0427 Ohm λ Z(d2) = 18.1262 Ohm = 30.105 Ohm
* Tính toán mô phỏng phố
Dùng công cụ LineCalc trên ph chiều dài L các đoạn dây củ
Hình 3.9 M
Hình 3.10 Kế
ối hợp trở kháng lối vào trường hợp 1 LineCalc trên phần mềm ADS 2009 ta tính được đ
ủa mạch phối hợp:
Hình 3.9 Mạch phối hợp trở kháng lối vào trường hợ
ết quả tham số S11, S21 lối vào trường hợp 1
c độ rộng W và
ợp 1
* Tính toán mô phỏng phố
Hình 3.11 M
Hình 3.12 Kế
ối hợp trở kháng lối vào trường hợp 2
Hình 3.11 Mạch phối hợp trở kháng lối vào trường h
ết quả tham số S11, S21 lối vào trường hợp 2 ng hợp 2
3.2.2.2 Phối hợp trở kháng cho l
Hình 3.13 Tính toán
kháng cho lối ra Zout
Hình 3.13 Tính toán giá trị trở kháng ra Zout Với Z0 = 50Ω
*Tính toán các tham số lối ra
Hình 3.14 Tr
Hình 3.15 Tr i ra
Hình 3.14 Trường hợp 1 của lối ra
Hình 3.15 Trường hợp 2 của lối ra
d1 = 0.06192λ Z(d1) = 35.9665 Ohm Zλ/4 = 42.4067 Ohm d2 = 0.31192λ Z(d2) = 69.5091 Ohm Zλ/4 = 58.953 Ohm λ Z(d1) = 35.9665 Ohm = 42.4067 Ohm λ Z(d2) = 69.5091 Ohm = 58.953 Ohm
* Tính toán mô phỏng phố
Hình 3.16 Mạ
Hình 3.17 K
ối hợp trở kháng lối ra trường hợp 1
ạch phối hợp trở kháng lối ra trường hợp 1
Hình 3.17 Kết quả tham số S11, S21 lối ra trường hợp 1 p 1
* Tính toán mô phỏng phố
Hình 3.18 Mạ
Hình 3.19 Kế
ối hợp trở kháng lối ra trường hợp 2
ạch phối hợp trở kháng lối ra trường hợp 2
ết quả tham số S11 và S21 lối ra trường hợp 2 p 2
3.2.2.3 Phối hợp trở kháng cho m
Từ kết quả tính toán m vào và lối ra, ta thấy chọn l phỏng tốt nhất. Từ đó ta có sơ đ
Hình 3.20 Sơ đ Sau khi phân cực đưa ngu đồ nguyên lý thiết kế của m
Hình 3.21 Sơ đ
kháng cho mạch khuếch đại
tính toán mạch phối hợp phối hợp trở kháng các trườ n lối vào trường hợp 2 và lối ra trường hợp 2 cho k đó ta có sơ đồ mô phỏng mạch khuếch đại:
ơ đồ nguyên lý mô phỏng mạch khuếch đạ c đưa nguồn một chiều vào mạch nguyên lý mô ph
a mạch khuếch đại:
ơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại tạp âm thấ
ờng hợp của lối p 2 cho kết quả mô
ại
ch nguyên lý mô phỏng ta có sơ
Với mạch khuếch ở hình 3.21 ta có
Hình 3.22 Kế Kết quả mô phỏng: S21 của chip SPF 3043 ở băng X. S hợp với tiêu chí phối hợp trở 3.3 Chế tạo và đo đạc mạch khu
Sau khi mô phỏng thành công, ta đi ti công hoàn thiện ta được sản ph
Hình 3.23 Layout m
hình 3.21 ta có kế quả mô phỏng sau:
ết quả S11, S21, VSWR của mạch khuếch đạ
21 = 12.368 dB hệ số khuếch đại cao, phù h
băng X. S11 = -34.750 dB và hệ số sóng đứng VSWR=1 là phù ở kháng
ch khuếch đại
ng thành công, ta đi tiến hành thiết kế layout cho m n phẩm là mạch khuếch đại thực tế:
Hình 3.23 Layout mạch khuếch đại tạp âm thấp. ại
i cao, phù hợp với độ lợi ng VSWR=1 là phù
ho mạch và gia
Hình 3.24 Sả Tiến hành đo đạc trên m
Hình 3.25 Sơ đồ
ản phẩm thực tế mạch khuếch đại tạp âm th c trên mạch thực tế ta được kết quả:
ồ bố trí đo đạc mạch khuếch đại tạp âm th p âm thấp.
Hình 3.26 Kết quả đo tham số S21(hệ số khuếch đại của mạch).
S21 = 9.876 dB hệ số khuếch đại G = 9.876 dB chưa đạt tới kết quả mô phỏng (G = 12.368 dB) và đo tại tần số làm việc là 8.49675 Ghz bị dịch tần so với tần số làm việc mô phỏng là 8.5 Ghz do suy hao và tổn thất trên đường truyền thực nghiệm không lý tưởng như mô phỏng.
Hình 3.27 Kết quả đo thực nghiệm tham sốS11
S11 = - 7.106 dB, độ âm chưa sâu nhưng đạt chỉ tiêu phối hợp trở kháng
a)b)
Hình 3.28. Đo đạc xác định băng thông của mạch
a) Hệ số khuếch đại giảm 3dB về bên trái so với đỉnh tại tần số trung tâm. b) Hệ số khuếch đại giảm 3dB về bên phải so với đỉnh tại tần số trung tâm.
Băng thông của mạch đạt khoảng 19 Mhz là đạt yêu cầu so với mạch khuếch đại tạp âm ở băng tần X
3.4 Hạn chế trong khi đo đạc mạch thực tế - Kết quả đo thông số mạch thực tế: - Kết quả đo thông số mạch thực tế:
+ Hệ khuếch đại G = S21 = 9.876 dB
+ Băng thông của mạch: BW = 19 Mhz (8.4874 Ghz - 8.5068 Ghz) + Tham số S11 = -7.106 dB
- Về hệ số NF: do hạn chế về thiết bị đo hệ số NF nên khi đo đạc thông số mạch khuếch đại thực tế không đo được hệ số NF
KẾT LUẬN
Trong thời gian tìm hiểu và nghiên cứu dưới sự giúp đỡ tận tình của thầy hướng dẫn PGS.TS Bạch Gia Dương, đến nay toàn bộ nội dung của luận văn đãđược hoàn thành đáp ứng đầy đủ các yêu cầu đãđặt ra. Quá trình thực hiện đề tài thực sự là khoảng thời gian vô cùng quý báu và hữu ích cho em khi nghiên cứu, tìm hiểu về kỹ thuật siêu cao tần, cũng như sự khó khăn khi triển khai ứng dụng lý thuyết siêu cao tần vào thực tế. Hơn nữa, đây cũng sẽ là hành trang kiến thức rất quý giá cho em trong những công tác thực tiễn sau này.
Qua quá trình tìm hiểu thực hiện đề tài, em đã thu được những kết quả chính như sau:
1. Tìm hiểu tổng quan về bộ khuếch đại tạp âm thấp trong các bộ thu radar băng X.
2. Nghiên cứu, tìm hiểu về kỹ thuật siêu cao tần trong đó tìm hiểu kỹ thuật phối hợp trở kháng để đưa ra giải pháp tối ưu khi thiết kế các bộ khuếch đại tạp âm thấp băng X trong các máy thu radar.
3. Sử dụng phần mềm chuyên nghiệp ADS để thiết kế, mô phỏng các mạch siêu cao tần nói chung và trong các mạch khuếch đại tạp âm thấp nói riêng. 4. Thiết kế, chế tạo, đo đạc thành công bộ khuếch đại tạp âm thấp tín hiệu siêu
cao tần băng X trong các ứng dụng theo dõi thời tiết, kiểm soát không lưu, kiểm soát giao thông hàng hải, radar bám mục tiêu cho quốc phòng và đo tốc độ phương tiện cho cảnh sát. Hệ số khuếch đại 9.876 dB. Dải thông đạt 19 MHz
5. Kết quả đo kiểm các tham số S phù hợp cơ bản với kết quả mô phỏng. Và hướng phát triển tiếp theo của đề tài:
o Tiếp tục cải thiện các đặc tính của bộ LNA cho tốt hơn (NF nhỏ hơn, độ lợi cao hơn, độ tuyến tính tốt hơn…)
o Tìm hiểu và thiết kế được các bộ LNA hoạt động ở nhiều tần số yêu cầu khác nhau trong thực tế và có các băng thông dải rộng đến siêu rộng.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
[1] Bạch Gia Dương, Trường Vũ Bằng Giang, Kỹ thuật siêu cao tần, NXB
ĐHQGHN
[2] Kiều Khắc Lâu, Cơ Sở Kỹ Thuật Siêu Cao Tần, NXB Giáo Dục
Tiếng Anh
[1] David M.Pozar, RFID AT ULTRAAND SUPER HIGHFREQUENCIES,
Roderick Riesco, MA, Member of the Instituteof Translation and Interpre ting, UK
[2] Merrill I.Skolnik,RADARHANDBOOK,Mc Graw Hill.
[3] W. Alan Davis, Radio Frequency Circuit Design, John Wiley & Sons, Inc. [4] David M. Pozar, Microwave Engineering, John Wiley & Sons, Inc.