Xem mẫu
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020. ISBN: 978-604-82-3869-8
THIẾT KẾ MẠCH KHUẾCH ĐẠI TẠP ÂM THẤP
BĂNG Ku ỨNG DỤNG CHO HỆ THỐNG THU VỆ TINH VINASAT
Ngô Thị Lành1, Trần Văn Hội2
1
Trường Đại học Công nghệ Giao thông Vận tải
2
Trường Đại học Thủy lợi, email: hoitv@tlu.edu.vn
1. GIỚI THIỆU CHUNG phương pháp thực nghiệm khoa học để thiết kế
tiến hành chế tạo, đo đạc thử nghiệm.
Hệ thống thông tin vệ tinh Vinasat I và II
được phóng lên quỹ đạo địa tĩnh tại vị trí 3. THIẾT KẾ CHẾ TẠO MẠCH LNA
1320 và 131,80 Đông. Với khoảng cách truyền
dẫn lớn khoảng 36.000 km, tín hiệu thu được 3.1. Thiết kế mạch LNA
tại đầu vào anten thu là rất yếu khoảng vài V- Mạch khuếch đại đơn tầng sử dụng
nV. Mạch khuếch đại thông thường giúp transistor được thể hiện ở hình 1, trong đó
khuếch đại công suất tín hiệu, nhưng đồng thời mạch phối hợp trở kháng đầu vào thực hiện
cũng khuếch đại tạp âm. Vì vậy, để thu được phối hợp trở kháng nguồn ZS với trở kháng
tín hiệu rất yếu thì trong tầng đầu tiên của máy vào của Transistor; mạch phối hợp trở kháng
thu sẽ là tầng khuếch đại tạp âm thấp LNA ra thực hiện phối hợp trở kháng ra của
(Low Noise Amplifier), mạch sẽ khuếch đại transistor với trở kháng tải ZL.
tín hiệu với mức tạp âm nhỏ nhất.
Hiện nay có nhiều công trình nghiên cứu
thiết kế mạch với các mục tiêu giảm tạp âm,
tăng băng thông khuếch đại, nâng cao hệ số
khếch đại [1] - [3]. Để thực hiện thiết kế
mạch LNA với mục tiêu trên thì cần phải Hình 1. Sơ đồ mạch khuếch đại đơn tầng
thỏa hiệp giữa các đặc tính như hệ số khuếch Hệ số khuếch đại của mạch được tính theo
đại, hệ số tạp âm, dải tần làm việc, độ ổn công thức sau:
định của mạch. GT = GS.G0.GL (1)
Hệ thống thông tin vệ tinh Vinasat I và II Trong đó: GS, GL - hệ số khuếch đại của
phát trên băng tần Ku với tần số phát xuống từ mạch phối hợp trở kháng đầu vào và đầu ra;
dải 10.95 đến 11.2 Ghz và từ 11.45 đến 11.7 G0 - hệ số khuếch đại của của transistor.
2
GHz. Do vậy bài báo này sẽ trình bày giải 1 S
GS (2)
pháp thiết kế, chế tạo mạch khuếch đại tạp âm 1 S11 S
2
thấp làm việc ở băng tần KU với các tham số 2
yêu cầu: Hệ số khếch đại của mạch > 15 dB, G0 S21 (3)
dải tần làm việc 10.95 - 11.7 GHz, với hệ số 1 L
2
tạp âm < 2dB. Mạch LNA được ứng dụng cho GL 2
(4)
hệ thống thu vệ tinh Vinasat I và II. 1 S 22 L
2 2 2
1 S11 S22
2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU K (5)
2 S21 S12
Nhóm tác giả sử dụng kết hợp phương pháp
nghiên cứu phân tích, tổng hợp lý thuyết và S11S22 S12S21 (6)
263
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020. ISBN: 978-604-82-3869-8
Bộ khuếch đại phải ổn định trong phạm vi Từ hình 3 cho thấy hệ số K > 1 trong dải
của dải tần thiết kế. Một trong những phương tần khuếch đại, điều này chứng tỏ hệ số
pháp được sử dụng để xác định độ ổn định khuếch đại ổn định không điều kiện trong
của PA là kiểm tra tham số K và . phạm vi dải tần hoạt động.
Để đảm bảo các tham số của mạch khuếch
3.2. Kết quả đo đạc thực nghiệm
đại bài báo đề xuất thực hiện thiết kế mạch
khuếch đại tạp âm thấp 2 tầng nối tiếp trong Sau khi mô phỏng toàn bộ hệ thống đạt
đó: Tầng 1 được thiết kế ở tần số 11.2GHz các tham số theo yêu cầu thiết kế, nhóm tác
đạt mức tạp âm nhỏ nhất. Tầng thứ hai được giả tiến hành chế tạo và hoàn thiện. Kết quả
thiết kế ở tần số 11.6GHz để mở rộng dải thể hiện trên hình 4.
thông và nâng cao hệ số khuếch đại, mạch.
Linh kiện được lựa chọn trong thiết kế là
transistor siêu cao tần NE76084, đây
transistor sử dụng công nghệ pHEMT GaAs
MESFET với tần số hoạt động 0,1 - 20 GHz,
hệ số tạp âm nhỏ nhất là 1,6 dB và hệ số
khuếch đại 9 dB ở tần số 12GHz.
Có nhiều phương pháp phối hợp trở kháng
khác nhau, mỗi phương pháp đều có ưu điểm
và nhược điểm. Một phương pháp phối hợp Hình 4. Mạch chế tạo hoàn thiện
trở kháng cho dải tần rộng đó là dùng đoạn
Kết quả đo trên máy phân tích mạng
dây một phần tư bước sóng (/4). Mạch thiết
Vector network analyzer 37369D với các
kế hoàn chỉnh thể hiện trên hình 2.
tham số của mạch thể hiện trên hình 5-9:
Hình 2. Mạch khuếch đại LNA 2 tầng
Sử dụng phần mềm ADS (Advanced
Design System) và file tham số tán xạ
ne76084.s2p để mô phỏng hệ số ổn định K. Hình 5. Hệ số khuếch đại của mạch S21
Kết quả mô phỏng thể hiện trên hình 3.
Hình 3. Hệ số ổn định K Hình 6. Hệ số khuếch đại ngược (S12)
264
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020. ISBN: 978-604-82-3869-8
Kết quả trên hình 5 cho thấy hệ số khuếch
đại của mạch S21 lớn hơn 17.1 dB trong dải
khuếch đại 10.9 - 11.7 GHz và kết quả này
tương đồng với kết quả mô phỏng.
Hệ số khuếch đại ngược thể hiện trên hình 6.
Từ hình vẽ cho thấy S12 có giá trị nhỏ hơn
–25 dB trong dải tần công tác và có giá trị
lớn hơn so với kết quả mô phỏng –10 dB.
Hình 9. Hệ số tạp âm của mạch
4. KẾT LUẬN
Bài báo đã trình bày quá trình nghiên cứu,
thiết kế, mô phỏng, chế tạo và đo đạc thử
nghiệm mạch LNA làm việc ở băng KU. Bài
báo cũng đề xuất phương án thiết kế mạch để
giảm tạp âm, mở rộng dải thông, nâng cao hệ
Hình 7. Hệ số phản xạ đầu vào S11 số khuếch đại của mạch. Mạch LNA đã được
Từ hình 7 cho thấy hệ số phản xạ đầu vào thiết kế, chế tạo thành công với các đặc tính:
đo được có giá trị nhỏ hơn –10 dB trong dải hệ số khuếch đại > 17.1 dB trong dải tần
tần công tác và đạt giá trị nhỏ nhất là –23 dB 10.95 - 11.7 GHz, hệ số tạp âm 2dB. Mạch
tại tần số 11,4 GHz. được ứng dụng trong hệ thống thu vệ tinh
băng KU.
5. TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Islam T, Lahbib Zenkouar, Mohammed
Lahsaini, 2015, “Design of a Low Noise
Amplifier Using the Quarter Wave
Transformers Matching Technique in the
Frequency Band [9-13] GHz”, International
Journal on Communications Antenna and
Propagation, Vol. 5, No. 4, pp. 248-255.
[2] Mohammed Lahsaini, Lahbib Zenkouar,
Seddik Bri, 2018, “Modeling of a
Hình 8. Hệ số phản xạ đầu ra S22 Microwave Amplifier Operating around 11
GHz for Radar Applications”, Vol. 8, No.
Hệ số phản xạ đầu ra trên hình 8 cho thấy 5, pp. 3496-3503.
kết quả đo có giá trị tương đối tốt và nhỏ hơn [3] Toulali Islam, Lahbib Zenkouar, 2018,
–10dB, đạt giá trị nhỏ nhất là –20 dB tại tần “Design of 10 to 12 GHz Low Noise
số 11 GHz. Amplifier for Ultrawideband (UWB)
Hình 9 thể hiện hệ số tạp âm của mạch System”, International Journal of Electrical
and Computer Engineering (IJECE), Vol. 8,
khuếch đại. Kết quả cho thấy hệ số tạp âm
No. 5, pp. 2773-2779.
nhỏ hơn 2.008 dB và đạt giá trị nhỏ nhất là
1.645 dB ở tần số 11.1 GHz.
265
nguon tai.lieu . vn
