Sơ đồ nguyên lý mạch LNA với mạch phối hợp trở kháng lối vào và lối ra

Từ các thiết kế trên, cuối cùng chúng ta đạt được sơ đồ mạch bộ khuếch đại LNA hoàn chỉnh như hình 3.5. Sử dụng file S2P chứa thông tin về các tham số S của ATF – 58143 giúp việc mô phỏng dễ dàng hơn như trình bày tiếp theo đây.

Hình 3.5: Sơ đồ nguyên lý mạch LNA với mạch phối hợp trở kháng lối vào và lối ra

Sau khi thiết kế, mạch LNA được mô phỏng trên phần mềm ADS và được hiệu chỉnh để đạt kết quả tốt hơn. Kết quả mô phỏng các tham số S được đưa ra ở hình 3.6. Các tham số mô phỏng bao gồm hệ số truyền đạt lối vào ra, hệ số sóng đứng.

Hình 3.6: Kết quả mô phỏng tham số S và hệ số sóng đứng VSWR

Theo đó tham số phản xạ lối vào S11 nhỏ hơn -20 dB trong 1 dải thông từ 2 GHz – 2.2 GHz điều đó chứng tỏ mạch được phối hợp trở kháng tốt. Hệ số S21 của mạch khuếch đại tạp âm thấp đạt giá trị 19.4 dB ở tần số 2.1 GHz . Trong khoảng 2 – 2.2 GHz mạch có hệ số khuếch đại lớn hơn 19 dB như vậy mạch LNA có hệ số khuếch đại lớn . Giá trị này thỏa mãn điều kiện thiết kế đặt ra.

Hệ số sóng đứng ( VSWR ) của mạch ở mức 1.192 dB tại tần số 2.1 GHz gần bằng hệ số lí tưởng ( hệ số lý tưởng là 1 ). Điều đó chứng tỏ, mạch gần như không có sự phản xạ sóng siêu cao tần trên đường truyền sóng là các đoạn mạch dải dùng để phối hợp trở kháng. Như vậy cùng với các thông số đạt được trong dải thông này, mạch LNA có thể hoạt động trong một dải tần lớn.

Kết quả mô phỏng của hệ số khuếch đại lớn nhất được đưa ra ở hình 3.7 dưới đây. Theo đó, mạch có hệ số khuếch đại lớn nhất trong dải thông từ 2 – 2.2 GHz lớn hơn 19 dB. Đây là giá trị lớn nhất đối với một mạch khuếch đại đơn tần sử dụng transistor.

Hình 3.7: Hệ số khuếch đại lớn nhất

Một thông số quan trọng nữa là hệ số tạp âm NFmin. Đối với mạch LNA yêu cầu nhiễu càng nhỏ càng tốt. Theo yêu cầu thiết kế NFmin<2dB. Kết quả mô phỏng NFmin của mạch LNA được đưa ra ở hình 3.8. Theo đó nó đạt giá trị bằng 0 dB đó là một kết quả rất tốt. Như vậy mạch khuếch đại sẽ đảm bảo yêu cầu khuếch đại tạp âm nhỏ nhất có thể. Đáng chú ý ở đây là mạch có NFmin bằng 0 dB trong một giải thông lớn từ 1.4-3 GHz. Điều này chứng tỏ mạch được thiết kế rất là tốt hoàn hảo với mục đích chính là khuếch đại tín hiệu có ích và giảm thiểu được khuếch đại tạp nhiễu.

Một lần nữa , để kiểm tra việc thiết kế mạch có thỏa mãn điều kiện ổn định của một mạch khuếch đại hay không, em đã thực hiện mô phỏng hệ số ổn định của mạch LNA này. Kết quả mô phỏng trên hình 3.8 chỉ ra rằng mạch có khuếch đại tạp âm thấp LNA được thiết kế đảm bảo tính ổn với hệ số K<1 trong dải tần 2-2.2 GHz.

Như vậy mạch LNA đạt ổn định vô điều kiện. Do đó trong quá trình hoạt động tránh để hiện tượng tự kích.

Hình 3.8: Kết quả mô phỏng nhiễu hình và hệ số ổn định của mạch LNA thiết kế

KẾT LUẬN

Trong thời gian tìm hiểu và nghiên cứu dưới sự giúp đỡ tận tình của thầy hướng dẫn Tiến sĩ Đoàn Hữu Chức, cùng với sự cố gắng nỗ lực của bản thân đến nay toàn bộ nội dung của luận văn đã được hoàn thành đáp ứng đầy đủ các yêu cầu đã đặt ra. Quá trình thực hiện đề tài thực sự là khoảng thời gian vô cùng quý báu và hữu ích cho em khi nghiên cứu, tìm hiểu về kỹ thuật siêu cao tần, cũng như sự khó khăn khi triển khai ứng dụng lý thuyết siêu cao tần vào thực tế. Hơn nữa, đây cũng sẽ là hành trang kiến thức rất quý giá cho em sau khi tốt nghiệp và trong những công tác thực tiễn sau này.

Qua quá trình tìm hiểu thực hiện đề tài, dưới sự hướng dẫn tận tình của Tiến sĩ Đoàn Hữu Chức, em đã thu được những kết quả chính như sau:

Nghiên cứu, tìm hiểu về kỹ thuật siêu cao tần.

Tìm hiểu thiết kế, mô phỏng các mạch siêu cao tần bằng phần mềm thiết kế chuyên nghiệp ADS.

Thiết kế, mô phỏng hiệu chỉnh được một bộ khuếch đại tạp âm thấp sử dụng ATF 58143 hoạt động ở băng tần S, mạch có hệ số khuếch đại lớn 19 dB, tạp âm nhỏ 0 dB ở tần số 2,1 GHz.

Một lần nữa em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Đoàn Hữu Chức cùng các thầy, cô trong Bộ môn Điện Tử đã hướng dẫn em thực hiện đề tài này.