TRẦN MẠNH LINH

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ
KHUẾCH ĐẠI SIÊU CAO TẦN TẠP ÂM THẤP
(LNA) BĂNG TẦN S DÙNG CHO RADAR CẢNH
GIỚI DẪN ĐƯỜNG P37

-

– 2015


TRẦN MẠNH LINH

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ
KHUẾCH ĐẠI SIÊU CAO TẦN TẠP ÂM THẤP
(LNA) BĂNG TẦN S DÙNG CHO RADAR CẢNH
GIỚI DẪN ĐƯỜNG P37
: Công nghệ Điện tử - Viễn thông
Chuyên

: Kỹ thuật điện tử

Mã số: 60520203

-

NG

: PGS.TS. BẠCH GIA DƯƠNG


hạn chế nên công trình còn nhiều thiếu sót. Vì vậy, em rất mong nhận đƣợc sự đóng
góp, chỉ bảo của các thầy cô và các bạn.
Em xin chân thành cảm ơn!

2


MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN

1

LỜI CẢM ƠN

2

LỜI MỞ ĐẦU

8

1. Lý do chọn đề tài

8

2. Mục tiêu của đề tài

10

3. Phƣơng pháp nghiên cứu

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
P37

16

1.5 Sử dụng PIN Diode hạn chế công suất lọt bảo vệ LNA cho tuyến
thu radar P37

18

CHƢƠNG 2. LÝ THUYẾT CHUNG VỀ KỸ THUẬT SIÊU CAO TẦN

21

2.1 Giới thiệu chung

21

2.2 Cơ sở lý thuyết về thiết kế mạch siêu cao tần

22

2.2.1 Các loại đƣờng truyền


2.3.3 Phối hợp trở kháng dùng dây chêm

30
32

CHƢƠNG 3. 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

36

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

3.2 Thực nghiệm

43

3.2.1 Chế tạo mạch Layout

43


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

Cấ u ta ̣o PIN diode

Hình 1.9

Mạch mô phỏng tƣơng đƣơng các trạng thái đóng, ngắ t của PIN diode

Hình 1.10

Phân cực chuyển mạch cho PIN diode

Hình 1.11

Phối hợp trở kháng bằng đoạn dây λ\4

Hình 2.8

Phối hợp trở kháng bằng đoạn dây có chiều dài bất kỳ

5


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


Hình 3.10

,

trên ADS

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 3.18

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

7


LỜI MỞ ĐẦU
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI


này rất quan trọng để bảo vệ máy thu bán dẫn. Đối với radar tín hiệu phát và thu
đều sử dụng một anten qua chuyển mạch thu – phát. Chuyển mạch thu phát đóng
máy thu và dẫn tín hiệu phát công suất lớn ra anten. Khi thu chuyển mạch thu phát
đóng máy phát và nối anten tới đầu vào bộ khuếch đại tạp âm thấp của máy thu.
Tuy nhiên do chuyển mạch thu phát trong chế độ phát công suất lớn không đóng
kín lý tƣởng nên công suất phát lọt vào máy thu khá lớn. 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. Tuy nhiên đèn bán dẫn cần bổ sung khả năng bảo vệ xung
lọt từ máy phát sang máy thu. 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.

9


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”

2. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
Vận dụng các kiến thức về kỹ thuật phối hợp trở kháng, các giải pháp kỹ thuật

-

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
10


TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
[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
[1] David M.Pozar, RFID AT ULTRA AND SUPER HIGH FREQUENCIES,
Roderick Riesco, MA, Member of the Institute of Translation and Interpre ting,
UK
[2] Merrill I.Skolnik, RADAR HANDBOOK, Mc Graw Hill.
[3] W. Alan Davis, Radio Frequency Circuit Design, John Wiley & Sons, Inc.
[4] David M. Pozar, Microwave Engineering, John Wiley & Sons, Inc.

11