Thiết kế, mô phỏng mạch khuếch đại tạp âm thấp sử dụng cho bộ thu tín hiệu vệ tinh

Bài viết đề xuất thực hiện thiết kế và mô phỏng một mạch khuếch đại tạp âm thấp hoạt động ở bằng tần X với mục đích sử dụng cho bộ thu tín hiệu thông tin từ vệ tinh. Mạch được thiết kế với phương pháp phối hợp trở kháng dải rộng thay đổi thang trở kháng đặc trưng. Mạch hoạt động ở tần số 11 GHz với hệ số khuếch đại lớn đạt trên 12,8 dB và hệ số tạp âm NF nhỏ hơn 0,9 dB. Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Thiết kế, mô phỏng mạch khuếch đại tạp âm thấp sử dụng cho bộ thu tín hiệu vệ tinh Thiết kế, mô phỏng mạch khuếch đại tạp âm thấp sử dụng cho bộ thu tín hiệu vệ tinh Đoàn Hữu Chức và Trần Hữu Trung Khoa Điện – Điện tử, Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng Email: chucdh@hpu.edu.vn, trungth@hpu.edu.vn Abstract— Trong bài báo này, chúng tôi đề xuất thực hiện thiết Hệ thống thông tin siêu cao tần được ứng dụng trong các vệ kế và mô phỏng một mạch khuếch đại tạp âm thấp hoạt động ở tinh thông tin. Việt Nam đã có hai vệ thông tin VINASAT I và bằng tần X với mục đích sử dụng cho bộ thu tín hiệu thông tin từ II đặt trên quỹ đạo địa tĩnh. Ngoài ra, một số dự án phóng vệ vệ tinh. Mạch được thiết kế với phương pháp phối hợp trở kháng tinh quỹ đạo tầm thấp LEO cũng đang được triển khai. Các vệ dải rộng thay đổi thang trở kháng đặc trưng. Mạch hoạt động ở tinh quỹ đạo thấp có các dải tần phát xuống trong băng tần X. tần số 11 GHz với hệ số khuếch đại lớn đạt trên 12,8 dB và hệ số tạp âm NF nhỏ hơn 0,9 dB. Do đó, việc nghiên cứu, thiết kế và mô phỏng trạm thu tín hiệu vệ tinh hoạt động ở băng tần trên là rất có ý nghĩa khoa học. Keywords- Bộ thu tín hiệu siêu cao tần, mạch khuếch đại tạp Trong bài báo này, tác giả trình bày việc thiết kế, mô phỏng âm thấp, phối hợp trở kháng dải rộng. một mạch khuếch đại LNA hoạt động ở tần số 11GHz, sử dụng transistor ATF36077 với hệ số khuếch đại lớn và nhiễu nhỏ. I. GIỚI THIỆU Ngày nay, hệ thống truyền thông sử dụng sóng siêu cao tần II. THIẾT KẾ đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của việc truyền Mạch khuếch đại Transistor đơn tầng với mạch phối hợp trở thông tin. Trong hệ thống siêu cao tần, bộ khuếch đại là thành kháng đầu vào và ra được biểu diễn như ở hình 2[1,2,6]. phần cơ bản và phổ biến. Các transistor trong bộ khuếch đại có thể hoạt động trong khoảng tần số rất rộng lên tới 100 GHz ở những ứng dụng yêu cầu kích thước nhỏ gọn, hệ số tạp âm NF thấp, dải thông rộng và tiêu hao năng lượng thấp. Kỹ thuật thiết kế mạch khuếch đại sử dụng BJT và FET dựa trên các khái niệm được nghiên cứu về đường truyền sóng siêu cao tần, Hình 2. Sơ đồ khối mạch khuếch đại tạp âm thấp. mạng hai cổng và giản đồ Smith. Trong lĩnh vực siêu cao tần, Mạch khuếch đại LNA hoạt động ở tần số 11GHz, sử dụng lý thuyết mạch thông thường không thể sử dụng trực tiếp để transistor ATF36077 được thiết kế và mô phỏng trên phần giải quyết các vấn đề của mạng siêu cao tần. Trong trường hợp mềm ADS. Quá trình thiết kế các mạch phối hợp trở kháng, hệ đó, lý thuyết mạch thông thường được gần đúng hoặc sử dụng số khuếch đại cũng như hệ số tạp âm NF, được thực hiện dựa lý thuyết trường điện từ được mô tả bằng các phương trình trên các tham số S của ATF36077. Các tham số S cần tra cứu Maxwell. Điều đó có nghĩa cách thức thiết kế ở mạch siêu cao của transistor được đưa ra ở hình 3. Với mục đích thiết kế tần khác biệt so với khi thiết kế mạch ở tần số thấp. Điều này mạch LNA sử dụng cho bộ thu tín hiệu vệ tinh hoạt động ở được gọi là kỹ thuật phối hợp trở kháng [4]. Khi thiết kế mạch băng tần X, tác giả chọn tần số mạch hoạt động có giá trị là 11 khuếch đại dùng transistor chúng ta phải dựa trên tham số S. GHz. Khối xử lý tín hiệu đầu tiên của bộ thu trong hệ thống truyền thông sau anten là bộ khuếch đại tạp âm thấp (Low noise amplifier (LNA)). Mạch LNA sẽ khuếch đại tín hiệu thu được với hệ số khuếch đại hợp lý và có tạp nhiễu nhỏ nhất có thể. Sơ đồ khối bộ thu của hệ thống truyền thông siêu cao tần đưa ra ở hình 1[3]. Hình 1. Sơ đồ khối bộ thu tín hiệu siêu cao tần. Theo đó, tín hiệu siêu tần thu được từ antenna qua mạch khuếch đại tạp âm thấp để đạt được tín hiệu đủ lớn với nhiễu nhỏ nhất, tín hiệu này sau đó được đưa tới mạch lọc thông dải Hình 3. Tra cứu tham số S. để lấy các thành phần tín hiệu có dải thông chọn trước. Sau đó tín hiệu được giải điều chế trở về tín hiệu băng tần cơ sở. 129 Bảng 1 đưa ra các thông số yêu cầu của mạch LNA hoạt động ở tần số 11 GHz dùng để thiết kế trong trường hợp này. Bảng 1. Các thông số thiết kế mạch LNA. STT Thông số Đơn vị 1. Tần số trung tâm 11 GHz 2. Dải thông ± 5% 3. Nhiễu hình < 2dB 4. Hệ số khuếch đại > 15 dB 5. Trở kháng nguồn 50  6. Trở kháng tải 50  7. Transistor ATF36077 Hình 4. Sơ đồ mạch phối hợp trở kháng lối vào. II.1. MẠCH PHỐI HỢP TRỞ KHÁNG LỐI VÀO II.2. MẠCH PHỐI HỢP TRỞ KHÁNG LỐI RA Trên cơ sở giá trị S11 tại tần số 11 GHz, xác định được trở Tương tự như với trường hợp thiết kế mạch phối hợp trở kháng kháng lối vào của transistor. Ta có: lối vào, tra cứu S22 của ATF36077 tại tần số 11 GHz, xác định được trở kháng lối ra của transistor. Ta có: S11 = 0.66/-159 ZIN = 10.6 ...