Xem mẫu
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MẠCH KHUẾCH ĐẠI
TẠP ÂM THẤP BĂNG L ỨNG DỤNG CHO HỆ THỐNG THU
VỆ TINH VINASAT
Trần Văn Hội
Trường Đại học Thủy lợi, email: hoitv@tlu.edu.vn
1. GIỚI THIỆU CHUNG phối hợp trở kháng nguồn ZS với trở kháng
vào của Transistor; mạch phối hợp trở kháng
Trong hệ thống thông tin vệ tinh, tín hiệu
ra thực hiện phối hợp trở kháng ra của
thu được tại đầu vào anten thu là rất yếu và
transistor với trở kháng tải ZL.
ảnh hưởng rất lớn của tạp âm, can nhiễu. Để
thu được tín hiệu rất yếu thì trong tầng đầu
tiên của máy thu sẽ là tầng khuếch đại tạp âm
thấp LNA (Low Noise Amplifier). Mạch
khuếch đại tạp âm thấp có vai trò rất quan
trọng nó quyết định đến chất lượng của máy
thu, bởi vì bất kỳ các thành phần tạp âm sinh
ra bởi các thành phần trong tầng đầu sẽ được Hình 1. Sơ đồ mạch khuếch đại đơn tầng
khuếch đại bởi các tầng sau.
Việc thiết kế mạch khuếch đại tạp âm thấp Để đảm bảo các tham số của mạch khuếch
(LNA) yêu cầu phải thỏa hiệp giữa các đặc đại nhóm nghiên cứu đề xuất thiết kế mạch
tính quan trọng như hệ số khuếch đại, hệ số khuếch đại tạp âm thấp 2 tầng nối tiếp trong
tạp âm, độ ổn định của mạch. Đã có nhiều đó: Tầng 1 được thiết kế để đạt mức tạp âm
công trình nghiên cứu thiết kế để thực hiện nhỏ nhất và thiết kế ở tần số 1.25GHz. Tầng
các mục tiêu giảm tạp âm, tăng băng thông thứ hai được thiết kế để mở rộng dải thông và
khuếch đại [1] - [4]. nâng cao hệ số khuếch đại, mạch được thiết
Mục đích của bài báo này là trình bày quá kế ở tần số trung tâm là 1.45GHz.
trình nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mạch Linh kiện được lựa chọn trong thiết kế
khuếch đại tạp âm thấp làm việc ở băng tần L mạch LNA là transistor siêu cao tần SPF-
với dải tần 950 – 1750 MHz ứng dụng cho 3043, đây là đèn khuếch đại chế tạo theo
thiết bị thu vệ tinh VINASAT. công nghệ pHEMT GaAs FET với tần số
hoạt động 0,1 - 20 GHz, hệ số tạp âm nhỏ
2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU nhất là 0,5dB và Hệ số khuếch đại lớn nhất là
22dB ở tần số 2GHz.
Nhóm tác giả sử dụng kết hợp phương pháp
nghiên cứu phân tích, tổng hợp lý thuyết và
phương pháp thực nghiệm khoa học để thiết
kế tiến hành chế tạo, đo đạc thử nghiệm.
3. THIẾT KẾ CHẾ TẠO MẠCH LNA
3.1. Thiết kế, mô phỏng mạch LNA
Mạch khuếch đại đơn tầng sử dụng
transistor được thể hiện ở Hình vẽ 1, trong đó
mạch phối hợp trở kháng đầu vào thực hiện Hình 2. Mạch khuếch đại LNA 2 tầng
543
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8
Có nhiều phương pháp phối hợp trở kháng Kết quả phối hợp trở kháng của mạch
khác nhau, mỗi phương pháp đều có ưu điểm khuếch đại 2 tầng tương đối tốt. Hệ số phản
và nhược điểm. Một phương pháp phối hợp xạ đầu vào đạt giá trị -10,354 dB, và hệ số
trở kháng cho dải tần rộng đó là dùng đoạn phản xạ đầu ra đạt -16,778dB.
dây một phần tư bước sóng (/4). Mạch thiết Hệ số tạp âm của mạch khuếch đại nhỏ
kế hoàn chỉnh thể hiện trên Hình 2. hơn 1.822dB và đạt giá trị nhỏ nhất là 0.794
Quá trình mô phỏng mạch được thực hiện dB ở tần số 1.34 GHz.
bằng phần mềm ADS sử dụng file spf-
3.2. Kết quả đo đạc thực nghiệm
3043.s2p. Kết quả mô phỏng các tham số S
được thể hiện ở các hình dưới đây. Sau khi mô phỏng toàn bộ hệ thống đạt các
tham số theo yêu cầu thiết kế, nhóm tác giả
tiến hành chế tạo và đo các tham số của
mạch. Kết quả đo trên máy phân tích mạng
Vector network analyzer 37369D với các
tham số của mạch thể hiện trên hình vẽ dưới:
Hình 3. Hệ số độ lợi của mạch S21
Kết quả cho thấy hệ số khuếch đại của
mạch lớn hơn 23,879 dB trong dải khuếch đại
0,95 – 1,75 GHz và đạt giá trị cực đại là 50
dB tại tần số 1,25 GHz. Hệ số khuếch đại
ngược đạt giá trị
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8
Hệ số khuếch đại ngược có giá trị nhỏ hơn Hệ số phản xạ đầu ra đo được có giá trị
-18 dB trong dải tần công tác và có giá trị lớn tương đối tốt và có dạng tốt hơn so với kết
hơn so với kết quả mô phỏng. quả mô phỏng, tuy nhiên giá trị phản xạ đầu
ra đều nhỏ hơn -10dB, đạt giá trị nhỏ nhất là -
16.232 dB.
Kết quả đo hệ số tạp âm của mạch nhỏ hơn
2dB trong dải khuếch đại 950 MHz đến 1750
MHz. Đây là giá trị tương đối tốt với một dải
thông rộng.
4. KẾT LUẬN
Bài báo đã trình bày quá trình nghiên cứu,
thiết kế, mô phỏng và chế tạo đo đạc thử
nghiệm mạch khuếch đại tạp âm thấp LNA
làm việc ở băng L. Bài báo cũng đề xuất
Hình 8. Hệ số phản xạ đầu vào S11 phương án thiết kế mạch để giảm tạp âm, mở
Hệ số phản xạ đầu vào đo được có giá trị rộng dải thông của mạch, nâng cao hệ số
nhỏ hơn -7,11 dB trong dải tần 0,95 GHz - khuếch đại của mạch khuếch đại. Mạch LNA
1,75 GHz, đạt giá trị nhỏ nhất là -23,3 dB tại đã được thiết kế, chế tạo thành công với các
tần số 1,6 GHz. đặc tính: hệ số khuếch đại lớn nhất là 20.1dB
và lớn hơn 18.3dB trong dải tần 950MHz đến
1750MHz, hệ số tạp âm 2dB. Mạch được ứng
dụng trong hệ thống thu vệ tinh băng L.
5. TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Abhay P. Kulkarni, S. Ananthakrishnan,
2012, “1 to 3 GHz Wideband Low Noise
Amplifier Design”, 5th International
Conference on computers and devices for
communication (CODEC).
[2] Zhihong Dai; Yongzhong Hu; Kunzhi Xu,
“Two-stage Low Noise Amplifier for BD-II
Receiver Application”, 5th Global
Hình 9. Hệ số phản xạ đầu ra S22 Symposium on Millimeter Waves (GSMM
2012), 2012, pp. 303-306.
[3] Tran Van Hoi, Bach Gia Duong (2013),
’’Study and design of wide band low noise
amplifier operating at C band’’, Journal of
Mathematics – Physics, Vietnam National
University, Hanoi, Vol. 29 (2), pp.16-24.
[4] Tran Van Hoi, Nguyen Van Thang, (2019),
“Wideband low noise amplifier design used
for RF frond end application”, International
Journal of Research in Electronics and
Computer Engineering, Vol. 7, Iss. 2, pp.
2911-2915.
Hình 10. Hệ số tạp âm của mạch LNA
545
nguon tai.lieu . vn
