Thiết kế mạch khuếch đại công suất băng S ứng dụng cho hệ thống thông tin di động 5G

Bài viết Thiết kế mạch khuếch đại công suất băng S ứng dụng cho hệ thống thông tin di động 5G trình bày quá trình nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mạch khuếch đại công suất siêu cao tần làm việc ở băng tần S với dải tần 2.5 - 2.8GHz sử dụng đèn công suất lớn 130W.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Thiết kế mạch khuếch đại công suất băng S ứng dụng cho hệ thống thông tin di động 5G Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020. ISBN: 978-604-82-3869-8 THIẾT KẾ MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT BĂNG S ỨNG DỤNG CHO HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 5G 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 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Hiện nay hệ thống thông tin di động 5G Nhóm tác giả sử dụng kết hợp phương pháp đang được các quốc gia nghiên cứu và triển nghiên cứu phân tích, tổng hợp lý thuyết và khai trong thực tế. Ở Việt Nam các nhà mạng phương pháp thực nghiệm khoa học để thiết kế Viettel, Mobifone đã triển khai thử nghiệm tiến hành chế tạo, đo đạc thử nghiệm. thành công hệ thống di động 5G trên các dải tần 2.6GHz với tốc độ lên đến 2,2Gbps [1]. 3. THIẾT KẾ CHẾ TẠO MẠCH PA Mạch khuếch đại công suất siêu cao tần 3.1. Thiết kế mạch PA PA (power amplifier) là một trong những Mạch khuếch đại công suất đơn tầng sử thành phần không thể thiếu trong trạm thu dụng transistor được thể hiện ở (hình 1), phát gốc vô tuyến. Mạch khuếch đại công trong đó mạch phối hợp trở kháng đầu vào suất thực hiện khuếch đại tín hiệu đã được thực hiện phối hợp trở kháng nguồn ZS với điều chế ở tần số cần phát lên mức công suất trở kháng vào của Transistor; mạch phối hợp phù hợp để cung cấp cho anten phát. trở kháng ra thực hiện phối hợp trở kháng ra Có nhiều nghiên cứu thiết kế, chế tạo các bộ của transistor với trở kháng tải ZL. khuếch đại công suất được thực hiện ở các dải tần số khác nhau [2], [3], 4] và giải quyết các vấn đề khác nhau như: tăng công suất, tăng hiệu suất của mạch [2], khuếch đại băng thông rộng và giảm méo xuyên điều chế [3]. Để mở rộng băng thông của mạch khuếch đại cũng như tăng công suất phát có thể sử dụng các phương pháp khác nhau như: Sử Hình 1. Sơ đồ mạch khuếch đại đơn tầng dụng mạch khuếch đại nhiều tầng ghép nối tiếp [3]; sử dụng các bộ khuếch đại công suất Để thiết kế bộ khuếch đại công suất song song kết hợp với bộ chia/cộng công 130W, nhóm tác giả chọn đèn bán dẫn thích suất [4]; sử dụng đèn công suất lớn [1]. hợp là PTFA261301F được cung cấp bởi Mục đích của bài báo này là trình bày quá infineon Technologies. Đây là một đèn bán trình nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mạch dẫn sử dụng công nghệ LDMOS FETs công khuếch đại công suất siêu cao tần làm việc ở suất được tăng cường nhiệt với công suất đầu băng tần S với dải tần 2.5 - 2.8GHz sử dụng ra lớn nhất 130W và hoạt động ở tần số đèn công suất lớn 130W. Mạch khuếch đại 2,6GHz, nguồn cấp 28V và hiệu suất 47%. công suất có thể được ứng dụng cho hệ thống Thông qua tham số tán xạ S của đèn bán thông tin di động 4G; 5G và các hệ thống dẫn PTFA261301F thực hiện kiểm tra tính thông tin vô tuyến trên dải tần 2.5-2.8GHz. ổn định của mạch khuếch đại. Bộ khuếch đại 257 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020. ISBN: 978-604-82-3869-8 phải ổn định trong phạm vi của dải tần thiết 3.2. Kết quả mô phỏng và thực nghiệm kế. Một trong những phương pháp được sử Sau khi mô phỏng mạch đạt các tham số dụng để xác định độ ổn định của PA là kiểm theo yêu cầu thiết kế, nhóm tác giả tiến hành tra tham số K và . 2 2 2 chế tạo và đo các tham số của mạch. 1  S11  S 22   K (1) 2 S 21 S12   S11S22  S12S21 (2) Sử dụng phần mềm ADS (Advanced Design System) và file tham số tán xạ fpta.s2p để mô phỏng hệ số ổn định K. Kết quả mô phỏng tham số K thể hiện trên hình 2. Hình 4. Mạch khuếch đại PA hoàn thiện Kết quả đo trên máy phân tích mạng Vector network analyzer 37369D và kết quả mô phỏng được thể hiện ở các hình [5-9]. Hình 2. Hệ số ổn định K Từ hình 2 cho thấy hệ số K > 1 trong dải tần khuếch đại, điều này chứng tỏ hệ số khuếch đại ổn định không điều kiện trong phạm vi dải tần hoạt động. Hình 5. Hệ số khuếch đại của mạch S21 Để thực hiện thiết kế mạch khuếch đại nhóm tác giả sử dụng phương pháp phối hợp Kết quả mô phỏng và đo trên hình 5 cho trở kháng dải rộng đó là dùng bộ ghép đa thấy hệ số khuếch đại của mạch lớn hơn đoạn dây /4. Với tham số của đèn Z11 = 5.8 12,55 dB trong dải khuếch đại 2.5 - 2.7GHz. + 0.4*j và Z22 = 1.4 – 3*j mạch thiết kế hoàn Hệ số khuếch đại mô phỏng lớn nhất đạt 14 chỉnh thể hiện trên hình 3. dB tại tần số 2.65GHz so với kết quả đo là 13.4dB tại tần số 2.625GHz. Hình 3. Sơ đồ nguyên lý mạch PA Hình 6. Hệ số khuếch đại ngược (S12) 258 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020. ISBN: 978-604-82-3869-8 Kết quả trên hình 6 cho thấy hệ số khuếch Hệ số phản xạ đầu ra thể hiện trên hình 8 đại ngược S12 có giá ...