Nghiên cứu các phương pháp phối hợp trở kháng cho mạch khuếch đại công suát RF băng rộng

- DƢƠNG HIỆP NGHIÊN CỨU CÁC PHƢƠNG PHÁP PHỐI HỢP TRỞ KHÁNG CHO MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT RF BĂNG RỘNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC : TS.
- Nguyễn Xuân Quyền Hà Nội – Năm 2017 Nghiên cứu các phƣơng pháp phối hợp trở kháng cho mạch khuếch đại công suất RF băng rộng 2 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN.
- 13 CHƢƠNG 1: CƠ BẢN VỀ KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT CAO TẦN.
- Các thông số cơ bản của một mạch khuếch đại công suất cao tần.
- Công suất đầu ra.
- Độ lợi công suất ( power gain.
- Độ đồng đều khuếch đại ( gain flatness.
- Các chế độ hoạt động của mạch khuếch đại công suất.
- Khuếch đại chế độ A.
- Khuếch đại chế độ B.
- Khuếch đại chế độ AB.
- 23 Nghiên cứu các phƣơng pháp phối hợp trở kháng cho mạch khuếch đại công suất RF băng rộng 3 1.3.4.
- Khuếch đại chế độ C.
- Khuếch đại chế độ chuyển mạch.
- Giới hạn băng thông trong thiết kế mạch khuếch đại công suất.
- Các phƣơng pháp khuếch đại công suất băng rộng.
- Mạch khuếch đại phân tán.
- Mạch khuếch đại cân bằng.
- Mạch khuếch đại đẩy kéo.
- 31 CHƢƠNG 2: CÁC PHƢƠNG PHÁP PHỐI HỢP TRỞ KHÁNG BĂNG RỘNG.
- Phƣơng pháp phối hợp trở kháng sử dụng đƣờng mạch vi dải.
- Phƣơng pháp phối hợp trở kháng sử dụng transformer.
- 59 Nghiên cứu các phƣơng pháp phối hợp trở kháng cho mạch khuếch đại công suất RF băng rộng 4 2.5.1.
- 63 CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT BĂNG RỘNG.
- 88 Nghiên cứu các phƣơng pháp phối hợp trở kháng cho mạch khuếch đại công suất RF băng rộng 5 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung đƣợc trình bày trong bản luận văn này là kết quả tìm kiếm và nghiên cứu của riêng tôi dƣới sự hỗ trợ và chỉ bảo của ngƣời hƣớng dẫn.
- Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm với những nội dung đƣợc viết trong luận văn này Hà Nội, ngày 30 tháng 10 năm 2017 Tác giả luận văn Dƣơng Hiệp Nghiên cứu các phƣơng pháp phối hợp trở kháng cho mạch khuếch đại công suất RF băng rộng 6 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT FM Frequency Modulation (điều chế tần số).
- Nghiên cứu các phƣơng pháp phối hợp trở kháng cho mạch khuếch đại công suất RF băng rộng 7 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1: Chỉ tiêu kỹ thuật chính của mạch khuếch đại công suất.
- 85 Nghiên cứu các phƣơng pháp phối hợp trở kháng cho mạch khuếch đại công suất RF băng rộng 8 DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1: Sơ đồ khối một hệ thống thông tin đơn giản.
- 15 Hình 1.2: Cấu trúc một mạch khuếch đại cơ bản.
- 20 Hình 1.4: Góc mở dòng điện chế độ A.
- 22 Hình 1.7: Sơ đồ mạch khuếch đại chế độ E.
- 24 Hình 1.8: Trở kháng đầu ra bị thay đổi bởi các phần tử phản ứng.
- 27 Hình 1.9: Cấu trúc mạch khuếch đại phân tán.
- 28 Hình 1.10: Cấu trúc mạch khuếch đại cân bằng.
- 30 Hình 1.11: Cấu trúc mạch khuếch đại đẩy kéo.
- 33 Hình 2.2: Sơ đồ mạch RLC mắc nối tiếp.
- 39 Hình 2.6: Các dạng mạch phối hợp trở kháng bằng các phần tử hỗn hợp.
- 40 Hình 2.7: Mạch phối hợp trở kháng L-transformer.
- 42 Hình 2.9: mạch phối hợp L-network.
- 42 Hình 2.10 : Sơ đồ mạch Lc- network.
- 44 Hình 2.12.
- 46 Nghiên cứu các phƣơng pháp phối hợp trở kháng cho mạch khuếch đại công suất RF băng rộng 9 Hình 2.13.
- 48 Hình 2.14.
- Kết quả tính toán và mô phỏng mạch phối hợp sử dụng mô hình π-transformer.
- 50 Hình 2.15.
- 53 Hình 2.16 : Sơ đồ tƣơng đƣơng của đƣờng truyền vi dải.
- 54 Hình 2.17.
- 58 Hình 2.20: Giản đồ Smith mô tả việc phối hợp trở kháng.
- 59 Hình 2.21: Sơ đồ phối hợp trở kháng sử dụng Transformer.
- 61 Hình 2.24: Sơ đồ tƣơng đƣơng của transformer ở tần số thấp.
- 62 Hình 2.25: Sơ đồ transformer tỉ lệ 4:1.
- 63 Hình 2.26: Sơ đồ tƣơng đƣơng của transformer sử dụng cable.
- 69 Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý mô phỏng đặc tuyến 1 chiều cho transistor.
- 70 Hình 3.3: Kết quả khảo sát chế độ một chiều.
- 71 Hình 3.4: Sơ đồ mô phỏng bộ tham số tán xạ S.
- 72 Hình 3.5: Kết quả mô phỏng S11.
- 73 Hình 3.6: Sơ đồ mạch sau khi thêm hồi tiếp.
- 74 Hình 3.8: Sơ đồ mô phỏng load pull.
- 75 Nghiên cứu các phƣơng pháp phối hợp trở kháng cho mạch khuếch đại công suất RF băng rộng 10 Hình 3.9: Kết quả mô phỏng load-pull.
- 76 Hình 3.10: Lựa chọn điểm trở kháng tại marker m3.
- 77 Hình 3.11: Nguyên lý balun.
- 77 Hình 3.12: Kết quả mô phỏng balun.
- 78 Hình 3.13: Sơ đồ mạch biến đổi trở kháng 4:1 đầu vào.
- 79 Hình 3.14: Sơ đồ mạch biến đổi trở kháng 1:4 đầu ra.
- 79 Hình 3.15: Sơ đồ mạch khuếch đại.
- 80 Hình 3.16: Kết quả mô phỏng.
- 80 Hình 3.17: Sơ đồ mạch khuếch đại sau khi thêm các linh kiện phụ trợ.
- 81 Hình 3.18: Kết quả mô phỏng sau khi thêm linh kiện.
- 81 Hình 3.19: Sơ mồ mô phỏng cân bằng hài.
- 82 Hình 3.20: Kết quả mô phỏng gain và công suất ra với tín hiệu lớn.
- 83 Hình 3.22: Kết quả mô phỏng các thành phần tần số hài.
- 85 Nghiên cứu các phƣơng pháp phối hợp trở kháng cho mạch khuếch đại công suất RF băng rộng 11 MỞ ĐẦU 1.
- Lý do chọn đề tài Trong một hệ thống thu phát sóng vô tuyến điện, khuếch đại công suất là một khâu rất quan trọng và ảnh hƣởng trực tiếp đến chất lƣợng, tính năng kỹ thuật của sản phẩm.Nhu cầu truyền thông tin tốc độ càng cao, mạch khuếch đại công suất càng phải có băng thông rộng và “đa năng“- tức là có khả năng hoạt động ở một dải tần rất rộng.
- Ngày nay, khuếch đại công suất đã có những bƣớc phát triển vƣợt bậc, từ việc phát triển các công nghê chế tạo linh kiện khuếch đại thế hệ mới đến các kỹ thuật xây dựng cấu trúc mạch khuếch đại công suất với băng thông lớn, hiệu suất cao.
- Đi kèm với nó, các mạng phối hợp trở kháng cũng phải đƣợc thiết kế sao cho mạch khuếch đại công suất đạt đƣợc đầy đủ tính năng kỹ thuật.
- Do vậy tác giả quyết định chọn đề tài nghiên cứu “ Nghiên cứu các phƣơng pháp phối hợp trở kháng cho mạch khuếch đại công suất RF băng rộng” nhằm mục đích nghiên cứu các phƣơng pháp làm cho một mạch khuếch đại công suất có thể khuếch đại tín hiệu với một băng thông lớn, công suất cao.
- Hiện nay, cùng với sự phát triển của công nghệ số, các mô hình hóa hệ thống, mạng phối hợp đƣợc đƣa lên máy tính để thực hiện mô phỏng thiết kế, giúp ngƣời thiết kế tiết kiệm đƣợc một Nghiên cứu các phƣơng pháp phối hợp trở kháng cho mạch khuếch đại công suất RF băng rộng 12 khoản chi phí cũng nhƣ tiết kiệm rất nhiều thời gian.
- Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu Mục đích nghiên cứu của luận văn là tìm hiểu về các kỹ thuật phối hợp trở kháng cho mạch khuếch đại công suất băng rộng và áp dụng một trong các kỹ thuật này vào một mạch cụ thể.
- Đối tƣợng nghiên cứu bao gồm: các transistor khuếch đại công suất, mạch phối hợp trở kháng và các phần mềm hỗ trợ mô phỏng mạch điện.
- Phạm vi nghiên cứu bao gồm: các thông số của một mạch khuếch đại công suất băng rộng, cấu trúc một hệ thông khuếch đại công suất băng rộng và các kỹ thuật phối hợp trở kháng băng rộng.
- Tóm tắt cô đọng các luận điểm cơ bản và đóng góp mới của tác giả Trong phạm vi luận văn đã đƣa ra đƣợc các lý thuyết cơ bản của một mạch khuếch đại công suất, các phƣơng pháp khuếch đại công suất băng rộng, các phƣơng pháp phối hợp trở kháng băng rộng và ứng dụng mô phỏng một mạch cụ thể.
- Nghiên cứu các phƣơng pháp phối hợp trở kháng cho mạch khuếch đại công suất RF băng rộng 13 TÓM TẮT LUẬN VĂN Trong khuôn khổ luận văn tốt nghiệp, cùng với việc tìm hiểu các sách báo trong và ngoài nƣớc, tìm hiểu các thiết kế thực tế, tác giả đã chọn nghiên cứu để tài:“ nghiên cứu các phƣơng pháp phối hợp trở kháng cho mạch khuếch đại công suất RF băng rộng.
- Nội dung của luận văn gồm có: Chƣơng 1: Cơ bản về khuếch đại công suất cao tần Chƣơng này trình bày lý thuyết cơ bản của một mạch khuếch đại công suất, các thông số cơ bản và các phƣơng pháp khuếch đại để có thể đạt đƣợc băng rộng.
- Chƣơng 3: Thiết kế mạch khuếch đại trở kháng băng rộng Chƣơng này trình cách thức xây dựng một mạch khuếch đại công suất băng rộng, đồng thời áp dụng một trong các phƣơng pháp phối hợp trở kháng đã nêu.
- Nghiên cứu các phƣơng pháp phối hợp trở kháng cho mạch khuếch đại công suất RF băng rộng 14 ABSTRACT In the framework of the thesis, along with the understanding of the paper at home and abroad to find design facts, the author chose to research: "research refreshing method to appeal" amplifies broad band RF power "The content of the thesis include: Chapter 1: Basic of high frequency power amplifier This chapter presents the basic theory of a power amplifier, basic parameters and amplification methods in order to achieve broadband.
- Nghiên cứu các phƣơng pháp phối hợp trở kháng cho mạch khuếch đại công suất RF băng rộng 15 CHƢƠNG 1: CƠ BẢN VỀ KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT CAO TẦN 1.1.
- Khái niệm Khuếch đại công suất là một phần quan trọng của một thiết bị thông tin vô tuyến điện.
- Hình 1.1 mô tả vị trí của mạch khuếch đại công suất trong một hệ thống thông tin đơn giản.
- Khuếch đại công suất đƣợc hiểu là một mạch điện dùng để chuyển đổi điện áp một chiều thành năng lƣợng sóng cao tần bằng cách khuếch đại tín hiệu cao tần đầu vào.
- Hình 1.1: Sơ đồ khối một hệ thống thông tin đơn giản Có nhiều cách để có thể thiết kế một mạch khuếch đại công suất cao tần, tùy từng ứng dụng và yêu cầu cụ thể, ngƣời thiết kế sẽ lựa chọn một dạng mạch cụ thể.
- Các thông số cơ bản của một mạch khuếch đại công suất cao tần 1.2.1.
- Công suất đầu ra Công suất nhận đƣợc trên tải đƣợc coi nhƣ là công suất đầu ra Pout .
- Trong hầu hết các trƣờng hợp, mọi ngƣời chỉ quan tâm tới công suất tại điểm tần số công tác ( fundamental frequency).
- Tuy nhiên Pout đƣợc tính toán bởi thành phần dòng điện qua tải iout và điện áp trên tải vout và đƣợc tính bởi công thức: Nghiên cứu các phƣơng pháp phối hợp trở kháng cho mạch khuếch đại công suất RF băng rộng 16 Pout = ½ real(vout * iout) |f=fo (1.1) Transistor đƣợc sử dụng trong mạch khuếch đại công suất phải có một số thông số điển hình nhƣ IDSS ( drain saturation current) và Vbr(breakdown voltage).
- Thƣờng thì các thông số này sẽ giống nhau cho phần lớn các transistor và sẽ quyết định tới công suất ra lớn nhất của transistor.
- Độ lợi công suất ( power gain) Độ lợi của một mạch khuếch đại là tỉ số giữa công suất đầu ra và công suất đầu vào mạch khuếch đại và nó đƣợc định nghĩa bằng nhiều cách.
- Với mạch khuếch đại công suất, định nghĩa thƣờng đƣợc dùng của độ lợi công suất là độ lợi công suất chuyển đổi ( GT) và độ lợi hoạt động ( GP).
- Độ đồng đều khuếch đại ( gain flatness) Độ đồng đều khuếch đại là sự thay đổi của độ lợi khuếch đại theo tần số.
- Do vậy, các mạch khuếch đại công suất phải có độ đồng đều nhất định trong cả dải tần hoạt động mong muốn.
- Hiệu suất cực máng đƣợc định nghĩa bằng tỉ số giữa công suất đầu ra (Pout) và tổng công suất tiêu thụ nguồn điện ( PDC) và đƣợc tính theo công thức: 𝜂=𝑃𝑜𝑢𝑡𝑃𝐷𝐶 (1.4)

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt