T Ế KẾ ỐP Á C SUẤ BĂ S
3.2.2. Thiết kế mạch khuếc đại công suất
Sử dụng phương pháp phối hợp trở kháng dùng phần tử thụ động để thiết kế mạch khuếch đại công suất hoạt động ở băng tần S. Khác với các thiết kế phối hợp trở kháng cho mạch khuếch đại tạp âm thấp ở phần máy thu thì các phối hợp khuếch đại công suất phải đảm bảo sao cho hiệu suất đạt được là lớn nhất, hệ số tạp âm nhỏ nhất, dải động lớn, độ tuyến tính cao, công suất lớn nhất chịu được … Việc lựa chọn H201 với ưu điểm thiết kế dải rộng nên hoàn toàn có thể thực hiện thiết kế sử dụng hai phương án dùng phần tử thụ động hoặc dùng mạch dải. Trong luận văn, em thiết kế mạch phối hợp trở kháng dùng phần tử thụ động L .
Lựa chọn điểm làm việc Vds= 10V, Ids=350mA. Hình 3.15 biểu diễn sơ đồ nguyên lý của mạch khuếch đại cao tần tạp âm thấp hoạt động ở băng tần S.
Hinh 3.15 Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại công suất băng S
Trong đó, thành phần L1, 2 đóng vai trò làm mạch trở kháng lối vào trong khi L2, 3, 4 đóng vai trò làm mạch trở kháng lối ra. Thành phần cuộn cảm L2 đóng vai trò làm cuộn chặn cao tần (RF ); tụ 1 làm tụ decoupling và 5, 6 làm tụ bypassing.
Sơ đồ mạc v ì ả mạc ực ế
á á m p ỏ
Từ đồ thị trong hình 3.16 3.18 cho thấy , hệ số khuếch đại S21 của mạch là S21 = 13.2 dB trong dải tần số 2.4 GHz đến 2.6 GHz, hệ số phản xạ lối vào S11 = - 7.112dB, hệ số phản xạ lối ra S22 = -15.2 dB., hệ số cách ly của mạch S12 cỡ nhỏ hơn - 25dB. Ngoài ra, các kết quả đánh giá VSWR và độ ổn định của mạch khuếch đại được biểu diễn lần lượt trong hình 3.11 và 3.12 dưới đây:
Hình 3.16 Kết quả mô phỏng tham số của mạch khuếch đại
Hình 3.18 Kết quả mô phỏng VSWR lối ra
Hình 3.19 Kết quả mô phỏng độ ổn định của mạch
xé
Trong thiết kế trên, hệ số khuếch đại và dải tần – dải thông đáp ứng yêu cầu đặt ra, mạch hoạt động ổn định với hệ số Rollet K=1.577>1.
Sau quá trình thiết kế mô phỏng, tiếp tục thực hiện khâu quan trọng trong thiết kế là đo đạc đánh giá so sánh tham số của mạch khuếch đại so với thiết kế mô phỏng.
Hình 3.20 Sơ đồ đo đạc dùng máy phân tích mạng
Hình 3.22 Kết quả đo tham số S11
Hình 3.24 Kết quả đo tham số S12
Nh xé
ác tham số đều đạt yêu cầu thiết kế, hệ số phản xạ vào ra thỏa mãn yêu cầu hệ số khuếch đại đạt được là 13,2 dB là khá gần so với kết quả mô phỏng.
XÉT C U
Sau quá trình đo đạc tham số của bộ khuếch đại, minh chứng hoàn thành thiết kế với các tham số như sau:
STT T am số T số
1 Tần số hoạt động S band (2.2 GHz – 2.6 GHz)
2 Hệ số khuếch đại 13.2 dB
3 Công suât ra 1W
4 Return Loss (RL) lối vào > 7dB
5 Return Loss (RL) lối ra > 13dB
6 Dải thông (Bandwidth) 400 MHz
7 P1-dB (dBm) 20 dBm
8 Nguồn nuôi 10V
9 Dòng tiêu thụ 350 mA
KẾT U
Việc xây dựng mô hình hệ thống phát cơ bản hoạt động ở băng tần S dựa trên phân tích tìm hiểu khối chức năng đến chi tiết từng tham số kỹ thuật cho hệ thống là một cách tiếp cận giải quyết vấn đề trong luận văn một cách khá logic. Hơn nữa, việc xây dựng một mô hình hệ thống phát cơ bản ở dải tần này không hề đơn giản và cần những giải pháp cũng như phương pháp thiết kế hợp lý. Luận văn đã hoàn thành các nội dụng cơ bản sau:
Tìm hiểu tổng quan hệ thống phát băng tần S, cơ sở lý thuyết kỹ thuật siêu cao tần đặc biệt là kỹ thuật phối hợp trở kháng sử dụng giản đồ Smith.
Tìm hiểu lý thuyết thiết kế bộ tạo dao động (V O)
Tìm hiểu và xây dựng quy trình thiết kế khép kín từ khâu thiết kế mô phỏng layout chế tạo đo đạc
Thiết kế thành công bộ tạo dao động (V O) băng tần S; thiết kế thành công bộ khuếch đại công suất 1W phối hợp trở kháng lối ra anten.
Tuy nhiên, đây mới chỉ là những thành công nhỏ bước đầu rất cần có nhiều thiết kế tối ưu hơn nữa để sản phẩm có thể đáp ứng yêu cầu ứng dụng trong thực tế.