- NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ KHUẾCH ĐẠI SIÊU CAO TẦN TẠP ÂM THẤP (LNA) BĂNG TẦN S DÙNG CHO RADAR CẢNH. - Công nghệ Điện tử - Viễn thông Chuyên : Kỹ thuật điện tử. - Bản luận văn tốt nghiệp này là công trình nghiên cứu thực sự của cá nhân tôi, đƣợc thực hiện dựa trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết, thực tế dƣới sự hƣớng dẫn của PGS.TS Bạch Gia Dƣơng.. - Các số liệu, kết luận của luận văn là trung thực, dựa trên sự nghiên cứu những mô hình, thành quả đã đạt đƣợc của các nƣớc trên thế giới và trải nghiệm của bản thân, chƣa từng đƣợc công bố dƣới bất kỳ hình thức nào trƣớc khi trình, bảo vệ trƣớc “Hội đồng đánh giá luận văn thạc sỹ kỹ thuật”.. - Đồng thời, em cũng xin gửi lời cảm ơn đến các anh chị trung tâm nghiên cứu điện tử viễn thông – Khoa điện tử viễn thông Trƣờng Đại học Công Nghệ đã giúp đỡ em trong quá trình thực hiện luận văn này.. - Phƣơng pháp nghiên cứu 10. - Nội dung nghiên cứu 10. - 4.1 Nghiên cứu lý thuyết 10. - 4.2 Thiết kế hệ thống 10. - TỔNG QUAN VỀ RADAR CẢNH GIỚI DẪN ĐƢỜNG P37. - 1.2 Các thông số kỹ thuật đài Radar P37 cải tiến 13 1.3 Sơ đồ chức năng Radar P37 cải tiến xử lý tín hiệu radar 13 1.4 Sơ đồ khối bộ khuyếch đại tạp âm thấp LNA trong máy thu Radar. - 16 1.5 Sử dụng PIN Diode hạn chế công suất lọt bảo vệ LNA cho tuyến. - thu radar P37. - LÝ THUYẾT CHUNG VỀ KỸ THUẬT SIÊU CAO TẦN 21. - 2.2 Cơ sở lý thuyết về thiết kế mạch siêu cao tần 22. - 2.3 Phối hợp trở kháng 28. - 2.3.1 Phối hợp trở kháng dùng các phần tử tập trung 29. - 2.3.2 Phối hợp trở kháng dải hẹp bằng những đoạn dây dẫn sóng mắc liên tiếp. - 2.3.3 Phối hợp trở kháng dùng dây chêm 32. - THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ KHUYẾCH ĐẠI SIÊU CAO TẦN TẠP ÂM THẤP (LNA) BĂNG TẦN S DÙNG CHO RADAR CẢNH GIỚI DẪN ĐƢỜNG P37. - 3.1 Yêu cầu thiết kế 36. - 3.1.1 Phƣơng pháp phối hợp trở kháng 36. - 3.1.2 Tính toán mô phỏng và thiết kế 36. - Hình 1.1 Một số hình ảnh về Radar P37. - Hình 1.2 Sơ đồ chức năng xử lý tín hiệu Radar P37 Hình 1.3 Hình một kênh máy phát. - Hình 1.4 Hình một kênh máy thu. - Hình 1.5 Các khối điều chỉnh phát và một kênh thu Radar P37. - Hình 1.6 Sơ đồ khối bộ khuyếch đại tạp âm thấp LNA trong máy thu Radar P37. - Hình 1.7 Hình ảnh thực tế khối LNA bán dẫn tích hợp khối bảo vệ máy thu Radar P37. - Hình 1.8 Cấu ta ̣o PIN diode. - Hình 1.9 Mạch mô phỏng tƣơng đƣơng các trạng thái đóng, ngắt của PIN diode Hình 1.10 Phân cực chuyển mạch cho PIN diode. - Hình 1.11 Bảo vệ thụ động dùng PIN Diode Hình 2.1 Phổ tần số của sóng điện từ Hình 2.2 Các dạng đƣờng truyền sóng. - Hình 2.3 Biểu diễn mạch tƣơng đƣơng của một đoạn đƣờng truyền sóng siêu cao tần. - Hình 2.4 Giãn đồ Smith chuẩn Hình 2.5 Sơ đồ phối hợp trở kháng. - Hình 2.6 Mạch phối hợp trở kháng hình L Hình 2.7 Phối hợp trở kháng bằng đoạn dây λ\4. - Hình 2.8 Phối hợp trở kháng bằng đoạn dây có chiều dài bất kỳ. - Hình 2.9 Phối hợp trở kháng bằng hai đoạn dây mắc nối tiếp Hình 2.10 Phối hợp trở kháng bằng các đoạn dây chêm. - Hình 2.11 Biểu diễn trên đồ thị Smith. - Hình 2.12 Phối hợp trở kháng bằng dây chêm đôi Hình 3.1 Layout của Transistor SPF-2086. - Hình 3.2 Hệ số khuếch đại của Transistor SPF-2086 Hình 3.3 Bảng tham số S-Parameter của Trans SPF-2086 Hình 3.4 Biểu diễn , trên ADS. - Hình 3.5 Sơ đồ mạch khuếch đại. - Hình 3.6 Sơ đồ nguyên lý mạch phối hợp trở kháng lối vào Hình 3.7 Kết quả mô phỏng mạch phối hợp trở kháng lối vào Hình 3.8 Sơ đồ nguyên lý mạch phối hợp trở kháng lối ra Hình 3.9 Kết quả mô phỏng mạch phối hợp trở kháng lối vào. - Hình 3.10 Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại tạp âm thấp LNA băng S hoàn chỉnh. - Hình 3.11 Kết quả mô phỏng mạch khuếch đại tạp âm thấp LNA băng S Hình 3.12 Công cụ LineCalc. - Hình 3.13 Layout của mạch khuếch đại LNA băng S Hình 3.14 Mạch thực tế của bộ khuếch đại LNA băng S. - Hình 3.15 Sơ đồ đo dùng máy phân tích phổ RONDE&SCHWARZ. - Hình 3.16 Mạch lắp ráp và đo thử nghiệm máy phân tích phổ RONDE&SCHWARZ. - Hình 3.17 Kết quả đo sử dụng máy phân tích phổ tại 2.9 GHz. - Hình 3.18 Kết quả đo sử dụng máy phân tích phổ tại 3 GHz. - Hình 3.19 Sơ đồ đo dùng máy phân tích mạng Advantest R3765CG. - Hình 3.20 Mạch lắp ráp và đo thử nghiệm máy phân mạng Advantest R3765CG Hình 3.21 Kết quả đo sử dụng máy phân tích mạng tại 2,9 GHz. - Hình 3.22 Kết quả đo sử dụng máy phân tích mạng tại 3 GHz Hình 3.23 Kết quả đo sử dụng máy phân tích mạng tại 3,1 GHz. - Trong Chiến tranh Việt Nam, hệ thống Radar P37 của Việt Nam đƣợc trang bị khá hiện đại cùng với các loại khí tài có nguồn gốc từ Liên Xô. - Hệ thống radar cảnh giới và dẫn đƣờng cho không quân kết hợp với hệ thống tên lửa phòng không và không quân tiêm kích. - Hệ thống Radar cảnh giới đã đƣợc phân bố dọc bờ biển miền bắc và phủ sóng các tầm trung và tầm thấp, cũng nhƣ đƣợc trang bị cho các trạm cảnh giới đồng bộ cho các trạm điều khiển hỏa lực và hoạt động thƣờng xuyên 24/24, phủ sóng gần nhƣ toàn bộ miền Bắc lúc bấy giờ.. - Hiện nay, các radar cảnh giới trên không đƣợc phối hợp tác chiến cùng lực lƣợng phòng không-không quân, còn các radar cảnh giới bờ biển thì phối hợp với binh chủng tên lửa-pháo bờ biển. - Radar P37 đóng vai trò quan trọng trong việc cảnh giới tầm trung và hỗ trợ cảnh giới tầm thấp, đồng thời làm nhiệm vụ dẫn đƣờng cho không quân tấn công các mục tiêu bay cũng nhƣ hỗ trợ điều phối hạ cánh tại các sân bay. - Còn rất nhiều chiến công khác có sự đóng góp không nhỏ của Radar cảnh giới dẫn đƣờng trong suốt chiến tranh Việt Nam.. - Từ phân tích trên ta thấy đƣợc tầm quan trọng của Radar cảnh giới dẫn đƣờng P37. - Tuy nhiên radar P37 đƣợc Liên xô cũ trang bị đã xuống cấp đồng bộ. - Trong đó tuyến thu siêu cao tần băng S gây ảnh hƣởng trực tiếp tới khả năng phát hiện mục tiêu do suy giảm độ nhạy. - Tuyến thu siêu cao tần Radar P37 làm việc ở dải sóng centimet ( băng tần S với tần số từ 2.9GHz tới 3.1 GHz). - Tầng khuếch đại siêu cao tần tạp âm thấp sử dụng đèn sóng chạy để đảm bảo giảm tạp âm cho tuyến thu và cung cấp hệ số khuếch đại lớn (G ≥ 28 dB với hệ số tạp NF ≤ 2 dB). - Ngoài ra bộ khuếch đại dùng đèn sóng chạy có tính năng đặc biệt là khi tín hiệu vào lớn thì đèn sóng chạy có tính năng nhƣ một bộ suy giảm, nén tín hiệu 40dB tính năng. - Đối với radar tín hiệu phát và thu đều sử dụng một anten qua chuyển mạch thu – phát. - Khi thu chuyển mạch thu phát đóng máy phát và nối anten tới đầu vào bộ khuếch đại tạp âm thấp của máy thu.. - Nếu sử dụng đèn sóng chạy hoàn toàn không ảnh hƣởng. - Hiện nay để duy trì các đài radar P37 thế hệ cũ nhƣng vẫn đóng vai trò chủ công trong hệ thống cảnh giới dẫn đƣờng, công tác đảm bảo vật tƣ thay thế là một nhiệm vụ quan trọng. - Các đèn sóng chạy đƣợc thay thế bằng các bộ khuếch đại tạp âm thấp (LNA). - Các bộ LNA bán dẫn với công nghệ CMOS hoàn toàn đáp ứng về hệ số khuếch đại, ƣu việt về hệ số tạp âm thấp (NF), có dải động cao. - Để sử dụng đèn bán dẫn trong bộ LNA cần lắp thêm bộ hạn chế công suất lọt giữa chuyển mạch anten và LNA.. - Sơ đồ chức năng cho LNA thay thế đèn sóng chạy đƣợc mô tả nhƣ sau:. - Triển khai nghiên cứu thiết kế chế tạo bộ LNA kết hợp với bộ hạn chế công suất lọt, bảo vệ là nội dung nhằm thay thế đèn sóng chạy là nội dung có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao.. - Luận văn tập trung nghiên cứu với đề tài “Nghiên cứu thiết kế chế tạo bộ khuyếch đại siêu cao tần tạp âm thấp (LNA) băng tần S dùng cho radar cảnh giới dẫn đường P37”. - Vận dụng các kiến thức về kỹ thuật phối hợp trở kháng, các giải pháp kỹ thuật nhằm hạn chế tạp âm, lựa chọn linh kiện với công nghệ CMOS có hệ số tạp âm thấp trong băng tần S để thiết kế chế tạo bộ khuyếch đại tạp âm thấp siêu cao tần dùng trong máy thu radar. - Có nhiều phƣơng pháp phối hợp trở kháng khác nhau, thông qua mô phỏng , triển khai thực nghiệm và tối ƣu hóa để tìm ra phƣơng pháp tốt nhất.. - PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. - Để thực hiện chuyên đề trên, phƣơng pháp nghiên cứu đƣợc sử dụng gồm:. - Phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết: Sử dụng phƣơng pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết, cập nhật và xử lý tài liệu liên quan về thiết kế mạch điện siêu cao tần, nghiên cứu phần mềm mô phỏng mạch siêu cao tần ADS 2009.. - Phƣơng pháp mô phỏng: Trên cơ sở thiết kế đã có thực hiện mô phỏng trên phần mềm chuyên dụng ADS, sau khi đạt chỉ tiêu kỹ thuật sẽ tiến hành chế tạo thử nghiệm mạch khuếch đại tạp âm thấp (LNA) băng S.. - Triển khai thực nghiệm để tìm kiểm chứng kết quả thiết kế mô phỏng bộ khuếch đại tạp âm thấp đã chế tạo và trên cơ sở đó hoàn thiện thiết kế bộ khuếch đại tạp âm thấp (LNA) băng S dùng cho radar cảnh giới dẫn đƣờng P37 với các thông số hệ số khuếch đại (Gain), hệ số tạp NF, tìm các giải pháp phối hợp trở kháng tốt hơn để giảm tạp âm với bộ khuếch đại dải rộng.. - NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 4.1 Nghiên cứu lý thuyết. - Nghiên cứu về cấu trúc tuyến thu và kỹ thuật sử dụng trong Radar P37 - Nghiên cứu kỹ thuật phối hợp trở kháng trong kỹ thuật siêu cao tần - Nghiên cứu phần mềm mô phỏng ADS và transistor SPF 2086 4.2 Thiết kế hệ thống. - Thiết kế và mô phỏng bộ khuếch đại tạp âm thấp (LNA) băng S. - [1] Bạch Gia Dƣơng, Trƣờng Vũ Bằng Giang, Kỹ thuật siêu cao tần, NXB ĐHQGHN. - [2] Kiều Khắc Lâu, Cơ Sở Kỹ Thuật Siêu Cao Tần, NXB Giáo Dục Tiếng Anh