Nghiên cứu thiết kế bộ khuếch đại tạp âm thấp sử dụng công nghệ MMIC dùng cho ra đa băng X

Bài viết trình bày phương pháp thiết kế một bộ khuếch đại tạp âm thấp công nghệ MMIC hoạt động ở tần số trung tâm 10 GHz ứng dụng cho rađa. Bóng bán dẫn sử dụng là transistor hiệu ứng trường NP2500MS với công nghệ 0.25 µm AlGaN/ GaN HEMT của hãng WIN Semiconductor, Đài Loan.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu thiết kế bộ khuếch đại tạp âm thấp sử dụng công nghệ MMIC dùng cho ra đa băng X Hội nghị Quốc gia lần thứ 24 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2021) Nghiên cứu thiết kế bộ khuếch đại tạp âm thấp sử dụng công nghệ MMIC dùng cho ra đa băng X Nguyễn Xuân Ngọc*, Nguyễn Huy Hoàng*, Lương Duy Mạnh* *Khoa Vô tuyến điện tử Học Viện Kỹ thuật Quân sự Email: duymanhcs2@mta.edu.vn Tóm tắt—Trong bài báo này, chúng tôi trình bày xuất cách thiết kế một bộ LNA cho rađa băng X gồm 2 phương pháp thiết kế một bộ khuếch đại tạp âm thấp tầng khuếch đại [1], nhấn mạnh vào nâng cao hệ số công nghệ MMIC hoạt động ở tần số trung tâm 10 GHz ứng dụng cho rađa. Bóng bán dẫn sử dụng là transistor khuếch đại, tối thiểu tạp âm, thuận tiện cho phối hợp trở hiệu ứng trường NP2500MS với công nghệ 0.25 µm kháng (PHTK) giữa 2 tầng và tổn hao đầu ra nhỏ. AlGaN/ GaN HEMT của hãng WIN Semiconductor, Đài Loan. Mục tiêu thiết kế nhằm đạt được hệ số khuếch đại Tuy nhiên do đặc điểm mô hình và linh kiện dùng (HSKĐ) tối thiểu là 25 dB và hệ số tạp âm nhỏ hơn 1 dB. thiết kế mạch đều do nhà sản xuất (NSX) cung cấp nên Quy trình thiết kế được thực hiện trên phần mềm Keysight ADS với mô hình, linh kiện MMIC do hãng đối với các linh kiện thụ động như L và C thì NSX chỉ cung cấp. Chỉ tiêu của bộ khuếch đại được đánh giá cả ở cung cấp rời rạc một số giá trị nhất định gây khó khăn mức độ tín hiệu nhỏ và tín hiệu lớn thông qua phân tích lý thuyết và mô phỏng trên phần mềm. cho quá trình PHTK, hơn nữa khi hoạt động ở tần số siêu cao thì việc bố trí các linh kiện, mạch phân áp cũng ảnh Từ khóa— LNA GaN HEMT, khuếch đại tạp âm thấp hưởng không nhỏ tới mạch PHTK nhất là các mạch cho rađa, LNA băng X rađa. PHTK phức tạp, nhiều phần tử. Khảo sát 5 công trình đã I. GIỚI THIỆU công bố trước đây [2], [3], [4], [5] và [6] sử dụng sơ đồ Các bộ khuếch đại tạp âm thấp (LNA) có nhiều ứng ghép 2 hoặc 3 tầng khuếch đại, điểm chung ở đây là việc dụng quan trọng trong các hệ thống thông tin vô tuyến PHTK giữa các tầng đều phải sử dụng tụ ghép tầng Cp hiện nay như: thông tin vệ tinh, thông tin di động hay để nối tầng, đây là phương pháp thông thường để cách ly rađa. Các bộ thu trên đòi hỏi phải nhỏ gọn, tiếp nhận về mặt một chiều giữa các transistor, tuy nhiên việc gắn thông tin nhanh và chính xác, đặc biệt là trong thời đại thêm tụ điện thường làm xê dịch phối hợp trở kháng giữa công nghệ ngày nay thì yêu cầu đó càng trở thành quan các tầng khuếch đại. Kết quả Bảng 1 cũng cho thấy [3], trọng hơn. Tín hiệu thu là các tín hiệu vô tuyến, năng [4] và [5] mặc dù sử dụng 3 tầng khuếch đại tuy nhiên hệ lượng tín hiệu thu thường rất nhỏ, lan truyền trong môi số khuếch đại không cao hơn thậm chí còn thấp hơn so trường có nhiều tạp âm và nhiễu, tổn hao đường truyền với việc sử dụng 2 tầng khuếch đại, công trình [2], [5] dải lớn. Đặc biệt trong lĩnh vực rađa, tín hiệu đầu vào máy thông còn nhỏ hơn dải tần số hoạt động được công bố. thu rất nhỏ nên thường yêu cầu bộ LNA phải có HSKĐ Trong phạm vi bài báo, nhóm nghiên cứu đề xuất việc lớn, hệ số tạp âm nhỏ và phối hợp đầu vào, đầu ra tốt mạch PHTK giữa 2 tầng khuếch đại không sử dụng tụ nối cũng như cho khả năng tiêu thụ nguồn thấp. Để thực tầng Cp mà sử dụng đoạn đường truyền ghép (Coupled hiện được điều này thì các bộ LNA phải được chế tạo Line) [7], [8]; vừa đảm bảo cho quá trình thiết kế đơn dựa trên các công nghệ vật liệu bán dẫn thế hệ mới với giản, dễ hiệu chỉnh vừa đảm bảo thuận tiện cho việc cấp công nghệ chế tạo mạch cao tần kiểu mới. Với sự ra đời nguồn một chiều cho các transistor. Mạch PHTK vào và của công nghệ mạch tích hợp nguyên khối (MMIC), các ra vẫn sử dụng các phần tử tập trung L và C như được thể mạch điện cao tần thế hệ mới ngày nay có thể được chế hiện trong sơ đồ nguyên lý. Phần còn lại của bài báo tập tạo với kích thước nhỏ gọn, cho công suất tiêu thụ thấp trung vào giải thích kết quả mô phỏng thu được trên linh và có độ tích hợp cao. Để đáp ứng những yêu cầu ngày kiện thực tế MMIC và so sánh kết quả thiết kế với một càng cao đối với các bộ LNA như đã nêu, bài báo đề số bài báo nước ngoài đã được phát hành. ISBN 978-604-80-5958-3 84 Hội nghị Quốc gia lần thứ 24 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2021) II. XÂY DỰNG SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ Hình 1. Sơ đồ nguyên lý toàn mạch trên phần tử lý tưởng A. Chọn sơ đồ và điểm làm việc tĩnh cho transistor Từ phần này, nhóm đề tài sử dụng phương pháp phân tích và chạy mô phỏng trên phần mềm Keysight ADS [9], các chỉ tiêu bộ LNA dựa trên mô hình tín hiệu nhỏ dựa trên việc khảo sát đặc tuyến tĩnh và đặc tuyến động từ mô hình bóng bán dẫn do NSX cung cấp. Đây là bóng bán dẫn có dải tần hoạt động lên tới 50 GHz hoàn toàn phù hợp để lựa chọn thiết kế bộ LNA theo yêu cầu. Để đảm bảo HSKĐ cao nhóm nghiên cứu sử dụng sơ đồ ghép 2 tầng khuếch đại (Hình 1). Phương pháp thiết kế với tầng thứ nhất là ưu tiên cho hệ số tạp âm nhỏ, HSKĐ Hình 2. Đặc tuyến ra của bóng GaN HEMT với các giá ...