TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

Dưới đây là bài báo khoa học “Thiết kế mô phỏng bộ khuếch đại tạp âm thấp LNA băng S sử dụng phần mềm ADS2009” của ThS. Đoàn Hữu Chức: Khoa Điện - Điện tử, Đại học Dân lập Hải Phòng.

Abstract

Low noise amplifiers (LNAs) are one of the basic building blocks of any communication system. The purpose of the LNA is to amplify the received signal to acceptable levels withminimum self-generated additional noise. Gain, NF, non-linearity and impedance matching are four most important parameters in LNA design. In this paper, we present the design details and simulation results of low-noise amplifier at S band.

1. Thiết kế và mô phỏng

1.1 SPF3043

Để thực hiện thiết kế bộ khuếch đại tạp âm thấp hoạt động ở băng tần S (f₀ =2,45 GHz) và yêu cầu hệ số khuếch đại lớn hơn 15 dB ở đây chúng ta chọn transistor SPF 3043. Sơ đồ chân và các tham số quan trọng của SPF3043 trích dẫn tham khảo từ datasheet của hãng Standford được cho trên hình 1.

Hình 1. Sơ đồ chân và các tham số quan trọng của SPF3043.

Theo đó SPF3043 có dải tần hoạt động và hệ số khuếch đại lớn rất phù hợp cho việc thiết kế các bộ LNA.

Từ các tham số trên ta tính được những thông số quan trọng trong qua trình thực hiện bộ LNA. Vì mục đích thiết kế là bộ LNA hoạt động tại tần số 2,45 GHz nên ta tra cứu được:

                    S₁₁=0.75227                                   S_11Ang= -65.6501

                     S₂₂=0.49784                                   S_22Ang= -36.8457

Từ các tham số này ta có thể tính được trở kháng lối vào và trở kháng lối ra của transistor:

                    Z_in  = 22.955 – j*72.48

                     Z_out = 83.3785 – j*66.187

1.2. Phối hợp trở kháng

Có rất nhiều phương pháp phối hợp trở kháng khác nhau như: phần tử tập chung, đoạn dây chêm, đoạn dây ë/4… Trong trường hợp này chúng ta sử dụng phương pháp sử dụng dây chêm. Sơ đồ thực hiện phối hợp trở kháng của một mạch khuếch đại cho trên hình 2.

Hình 2. Sơ đồ mạch khuếch đại

1.3. Thiết kế bộ LNA dùng ADS2009

Sơ đồ nguyên lý mạch LNA băng S được cho ở hình 3. Từ các thông số trở kháng vào/ra của transistor SPF3043 chúng ta thực hiện phối hợp trở kháng cho mạch khuếch đại. Giá trị các đoạn dây chêm được tính nhờ LineCalc của phần mềm ADS2009.

Hình 3. Sơ đồ nguyên lý mạch LNA tần số 2,45 GHz

Kết quả mô phỏng tính tham số quan trọng nhất là hệ số khuếch đại của mạch được đưa ra ở hình 4. Theo đó ta thấy rằng hệ số khuếch đại đạt được là 21,568 dB tại tần số 2,45 GHz. Giá trị này thỏa mãn điều kiện thiết kế đặt ra.

Hình 4. Kết quả mô phỏng mạch LNA đã thiết kế

Kết quả mô phỏng tham số S11 được đưa ra ở hình 5.

Hình 5. Kết quả mô phỏng tham số S11

2. Kết luận

Bài báo đã trình bày việc thiết kế và mô phỏng một bộ khuếch đại tạp âm thấp LNA sử dụng transistor SPF3043. Kết quả đạt được là một bộ LNA có hệ số khuếch đại mô phỏng đạt được 21,568 dB tại tần số công tác 2,45 GHz. Công việc tiếp theo là thực hiện chế tạo bộ LNA theo công nghệ vi dải. Vấn đề này tác giả sẽ trình bày ở một bài báo khác tiếp theo.

Tài liệu tham khảo

1. David M.Pozar, Microwave Engineering, John Willey & Son, INC, Second Editon

2. Reinhold Ludwig, Pavel Bretchko, RF citcuit design theory and applications, Prentice hall Inc.

3. Abhimanyu Athikayan, Aswathy Premanand, Athira Damodaran, Design of Low Noise Amplifier Circuit at 4 GHz, 2011 International Conference on Information and Electronics Engineering, IACSIT Press, Singapore.

4. Hossein Sahoolizadeh, Alishir Moradi Kordalivand, and Zargham Heidari, Design and Simulation of Low Noise Amplifier Circuit for 5 GHz to 6 GHz, World Academy of Science, Engineering and Technology 51 2009.

Nội dung đính kèm: Thiết kế mô phỏng bộ khuếch đại tạp âm thấp LNA băng S sử dụng phần mềm ADS2009.pdf