Nghiên cứu thiết kế bộ khuếch đại công suất siêu cao tần hiệu suất cao băng tần 5.8 GHz

Bài viết trình bày phương pháp thiết kế một bộ khuếch đại công suất bán dẫn siêu cao tần hiệu suất cao hoạt động ở băng tần 5.8 GHz cho các ứng dụng thông tin vô tuyến. Bộ khuếch đại sử dụng bóng bán dẫn có giá thành thấp TGF2977-SM với công nghệ GaN HEMT của hãng Qorvo.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu thiết kế bộ khuếch đại công suất siêu cao tần hiệu suất cao băng tần 5.8 GHz Hội nghị Quốc gia lần thứ 23 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2020) Nghiên c˘u thi∏t k∏ bÎ khu∏ch §i công sußt siêu cao t¶n hiªu sußt cao b´ng t¶n 5.8 GHz Nguyπn Th‡ Anh⇤ , Nguyπn Huy Hoàng⇤ , L˜Ïng Duy M§nh⇤ ⇤Khoa Vô tuy∏n iªn t˚ HÂc Viªn Kˇ thu™t Quân s¸ Email: duymanhcs2@mta.edu.vn Tóm t≠t—Trong bài báo này, chúng tôi trình bày ph˜Ïng ng≠n, h m§ch  d£i t¶n sË cao khó th¸c hiªn. pháp thi∏t k∏ mÎt bÎ khu∏ch §i công sußt bán d®n siêu MÎt ph˜Ïng pháp c£i thiªn hiªu sußt i∫n hình khác cao t¶n hiªu sußt cao ho§t Îng  b´ng t¶n 5.8 GHz cho hay ˜Òc s˚ dˆng hiªn nay ó là th¸c hiªn i∑u chønh các ˘ng dˆng thông tin vô tuy∏n. BÎ khu∏ch §i s˚ dˆng pha gi˙a dòng iªn và iªn áp trên hài sao cho Î lªch bóng bán d®n có giá thành thßp TGF2977-SM vÓi công nghª GaN HEMT cıa hãng Qorvo. Mˆc tiêu thi∏t k∏ nh¨m pha gi˙a chúng 90 Î [3]-[5], nhÌ ó công sußt tiêu thˆ §t ˜Òc công sußt ra theo yêu c¶u 5 W vÓi hiªu sußt cao. trên hài ˜Òc gi£m thi∫u. Viªc i∑u chønh pha  d£i t¶n Quy trình thi∏t k∏ ˜Òc th¸c hiªn trên ph¶n m∑m Keysight sË cao dπ th¸c hiªn hÏn so vÓi viªc t§o ra các i∫m ADS. BÎ khu∏ch §i ˜Òc thi∏t k∏ t¯ chân bán d®n thông ng≠n và h m§ch nên ph˜Ïng pháp này phù hÒp hÏn so qua thi∏t k∏ m§ch phËi hÒp tr kháng vào và ra. Chø tiêu vÓi viªc s˚ dˆng ch∏ Î E và F khi thi∏t k∏  d£i t¶n cıa bÎ khu∏ch §i ˜Òc ánh giá c£  c£ m˘c Î tín hiªu sË cao. nh‰ và tín hiªu lÓn thông qua phân tích l˛ thuy∏t, mô ph‰ng trên ph¶n m∑m và ki∫m tra th¸c nghiªm. D¸a trên các phân tích nêu trên, nhóm nghiên c˘u T¯ khóa—GaN HEMT, khu∏ch §i công sußt, hiªu sußt th¸c hiªn thi∏t k∏ mÎt bÎ K CS siêu cao t¶n hiªu sußt cao. cao ho§t Îng  b´ng t¶n 5.8 GHz s˚ dˆng cho các hª thËng thông tin vô tuy∏n. Ph˜Ïng pháp i∑u khi∫n pha I. GIŒI THIõU trên các hài b™c cao ˜Òc s˚ dˆng ∫ nâng cao hiªu sußt Các bÎ khu∏ch §i công sußt (K CS) óng vai trò cho bÎ K CS ˜Òc thi∏t k∏. thi∏t y∏u trong các hª thËng vô tuy∏n iªn. Nó là ph¶n Ph¶n còn l§i cıa bài báo ˜Òc cßu trúc nh˜ sau. Trong t˚ tiêu thˆ nhi∑u n´ng l˜Òng nhßt  máy phát nh¨m ph¶n II, chúng tôi trình bày quy trình thi∏t k∏ các m§ch £m b£o m˘c công sußt ra theo yêu c¶u cıa hª thËng. phËi hÒp tr kháng vào và ra cıa bÎ K CS. Trong Chính vì v™y các bÎ K CS c¶n có hiªu sußt cao nh¨m ph¶n III, chúng tôi s≥ ki∫m ch˘ng b¨ng th¸c nghiªm ti∏t kiªm nguÁn cung cßp cÙng nh˜ gi£m tÍn hao nhiªt, các phân tích l˛ thuy∏t và k∏t qu£ mô ph‰ng  c£ cßp t´ng tuÍi th ho§t Îng và nâng cao Î Ín ‡nh cho Î tín hiªu nh‰ và tín hiªu lÓn. CuËi cùng, ph¶n IV s≥ các chø tiêu kˇ thu™t. Hiªn nay cùng vÓi ph˜Ïng pháp k∏t lu™n bài báo. nâng cao Î tuy∏n tính, c£i thiªn hiªu sußt là mÎt trong nh˙ng ph˜Ïng pháp chính trong thi∏t k∏ các bÎ K CS. II. THIòT Kò MÑCH PH»I H—P TR– KHÁNG Các ph˜Ïng pháp i∫n hình hay ˜Òc s˚ dˆng ∫ nâng Trong nghiên c˘u này, nhóm ∑ tài s˚ dˆng ph˜Ïng cao hiªu sußt cho các bÎ K CS gÁm là s˚ dˆng các pháp phân tích và ch§y mô ph‰ng trên ph¶n m∑m ch∏ Î E, F [1],[2]. Hai ph˜Ïng pháp này t™n dˆng các Keysight ADS [6] các chø tiêu bÎ K CS d¸a trên mô ˜Ìng truy∑n ng≠n và h m§ch nh¨m làm gi£m thi∫u hình tín hiªu nh‰ và tín hiªu lÓn do Qorvo [7] cung công sußt tÍn hao trên hài. Ngoài ra iªn áp và dòng cßp. Bóng bán d®n ˜Òc s˚ dˆng là lo§i bóng hiªu ˘ng iªn trên bóng bán d®n cÙng ˜Òc gia công ∫ £m b£o tr˜Ìng công nghª GaN HEMT th∏ hª mÓi. Bóng này chúng không có vùng giao nhau trong mi∑n thÌi gian, ˜Òc óng gói ki∫u quad-flat no-leads (QFN) vÓi kích d®n ∏n gi£m thi∫u công sußt tÍn hao trên bóng bán th˜Óc 3,0 cm ⇥ 3,0 cm. ây là lo§i bóng có d£i t¶n ho§t d®n. ◊u i∫m cıa hai ph˜Ïng pháp này ó là £m b£o Îng rÎng t¯ DC-12GHz vÓi công sußt ra 5 W t§i i∫m hiªu sußt cao do công sußt tÍn hao trên hài cÙng nh˜ nén 1 dB và chi phí thßp. ∫ phˆc vˆ quá trình thi∏t công sußt tÍn hao trên bóng bán d®n ˜Òc gi£m thi∫u. k∏, tr˜Óc tiên ta xác ‡nh ch∏ Î làm viªc tænh d¸a trên Tuy nhiên hai ph˜Ïng pháp này g∞p khó kh´n khi làm ∞c tuy∏n cıa bóng bán d®n. Ch∏ Î tænh theo khuy∏n viªc  d£i t¶n sË cao do viªc th¸c hiªn các i∑u kiªn cáo cıa nhà s£n xußt ó là: iªn áp c¸c máng Vds = 32 ISBN: 978-604-80-5076-4 163 Hội nghị Quốc gia lần thứ 23 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2020) VGS=-2.5 VGS=-2.6 VGS=-2.7 VGS=-2.8 VGS=-2.9 80 70 60 50 IDS (mA) 40 30 20 10 Hình 3. M§ch th¸c t∏ ˜Òc ch∏ t§o cıa m§ch PHTK vào. 0 0 5 10 15 20 25 30 35 VDS (V) Hình 1. ∞c tuy∏n ra mÎt chi∑u cıa bóng bán d®n th¸c t∏. ZS@5.8 GHz TL2 l/4@2f0 ZS@11.6 GHz Phối hợp tại f0 ...