ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

TRẦN MINH NGỌC

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ KHUẾCH ĐẠI TẠP
ÂM THẤP TÍN HIỆU SIÊU CAO TẦN BĂNG X

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

Hà Nội – 2015


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

TRẦN MINH NGỌC

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ KHUẾCH ĐẠI TẠP
ÂM THẤP TÍN HIỆU SIÊU CAO TẦN BĂNG X
Ngành: Công nghệ điện tử viễn thông
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử
Mã số: 60 52 02 03

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS BẠCH GIA DƢƠNG

Hà Nội – 2015



Cô đã và đang giảng dạy tại trường Đại học Công nghệ - Đại học
Quốc gia Hà Nội đã giúp em có được những kiến thức cơ bản để
thực hiện luận văn này. Kính chúc Thầy Cô dồi dào sức khoẻ,
thành đạt, và ngày càng thành công hơn trong sự nghiệp trồng
người của mình.
Cuối cùng, em cũng xin cảm ơn gia đình, các anh chị,
bạn bè đã luôn quan tâm, động viên và giúp đỡ em trong thời gian
thực hiện luận văn tốt nghiệp.

Xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội

Trần Minh Ngọc


5

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................................4
LỜI MỞ ĐẦU .................................................................................................................7
1. Lý do chọn đề tài ....................................................................................................7
2. Mục tiêu đề tài ........................................................................................................7
3. Phƣơng pháp nghiên cứu.......................................................................................7
4. Nội dung nghiên cứu ..............................................................................................8
4.1 Nghiên cứu lý thuyết .........................................................................................8
4.2 Thiết kế bộ khuếch đại tạp âm thấp ...............................................................8
5. Kết cấu luận văn .....................................................................................................8
CHƢƠNG I – TỔNG QUAN VỀ BỘ KHUẾCH ĐẠI TẠP ÂM THẤP X ...................9

2.1.2 Phƣơng trình đƣờng truyền ............................. Error! Bookmark not defined.
2.1.3 Hệ số phản xạ ................................................... Error! Bookmark not defined.
2.1.4 Hệ số sóng đứng................................................ Error! Bookmark not defined.
2.1.5 Giản đồ Smith ................................................... Error! Bookmark not defined.
2.2 Tham số S[5] David M. Pozar (1994), “Microwave Engineering” 3rd Edition
........................................................................................ Error! Bookmark not defined.
2.2.1 Công suất đƣa ra tải ......................................... Error! Bookmark not defined.
2.2.2 Các khái niệm ................................................... Error! Bookmark not defined.
2.2.3 Xác định tham số S ........................................... Error! Bookmark not defined.
2.2.4 Đo các hệ số truyền ........................................... Error! Bookmark not defined.
2.2.5 Xác dịnh các hệ số phản xạ .............................. Error! Bookmark not defined.
2.3 Phối hợp trở kháng ................................................ Error! Bookmark not defined.
2.3.1 Phối hợp trở kháng dùng phần tử tập trung ... Error! Bookmark not defined.
2.3.2 Phối hợp trở kháng dải hẹp bằng những đoạn dây dẫn sóng mắc liên tiếp
.................................................................................... Error! Bookmark not defined.
2.3.2.1 Phối hợp trở kháng bằng đoạn dây một phần tƣ bƣớc sóng .......... Error!
Bookmark not defined.
2.3.2.2 Phối hợp trở kháng bằng đoạn dây có chiều dài bất kỳ Error! Bookmark
not defined.
2.3.2.3 Phối hợp trở kháng bằng hai đoạn dây mắc nối tiếp..... Error! Bookmark
not defined.
2.3.3 Phối hợp trở kháng dùng dây chêm ................. Error! Bookmark not defined.
CHƢƠNG III – MÔ PHỎNG VÀ THỰC THI MẠCH .. Error! Bookmark not defined.
3.1 Lựa chọn phần mềm mô phỏng và linh kiện ....... Error! Bookmark not defined.
3.1.1 Lựa chọn chƣơng trình mô phỏng ................... Error! Bookmark not defined.
3.1.2 Lựa chọn tranzitor hỗ trợ thiết kế .................... Error! Bookmark not defined.
3.2 Thiết kế và mô phỏng mạch khuếch đại .............. Error! Bookmark not defined.
3.2.1 Phƣơng pháp phối hợp trở kháng .................... Error! Bookmark not defined.
3.2.2 Tính toán mô phỏng thiết kế ............................ Error! Bookmark not defined.
3.2.2.1 Phối hợp trở kháng cho lối vào Zin .............. Error! Bookmark not defined.

bộ LNA băng X.
2. Mục tiêu đề tài
Đề tài luận văn “ Nghiên cứu thiết kế chế tạo bộ khuếch đại tạp âm thấp tín
hiệu siêu cao tần băng X ” có hai mục tiêu lý thuyết và thực tiễn:
- Về lý thuyết:
+ Trình bày tổng quan về bộ khuếch đại tạp âm thấp;
+ Trình bày cơ sở lý thuyết thiết kế bộ khuếch đại tạp âm thấp.
- Về thực tiễn:
+ Mô phỏng thiết kế đo đạc thông số bộ khuếch đại tạp âm thấp hoạt động ở
băng tần X dùng phần mềm ADS 2009;
+ Thực thi chế tạo,đo đạc sản phẩm thực tế mạch khuếch đại tạp âm thấp.
3. Phƣơng pháp nghiên cứu
Để thực hiện chuyên đề trên, phương pháp nghiên cứu được sử dụng gồm:


9
- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Sử dụng phương pháp phân tích và tổng hợp lý
thuyết; cập nhật và xử lý tài liệu liên quan về thiết kế mạch khuếch đại tạp âm thấp;
nghiên cứu phần mềm mô phỏng mạch siêu cao tần ADS 2009;
- Phương 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 sản phẩm
thực tế mạch khuếch đại tạp âm thấp băng X;
- Phương pháp nghiên cứu thực tiễn: Sử dụng phương pháp quan sát khoa học để tìm
hiểu mạch khuếch đại tạp âm thấp đã có trên cơ sở đó thiết kế mạch khuếch đại tạp âm
thấp băng X với các thông số Gain, NF, phối hợp trở kháng tốt hơn.
4. Nội dung nghiên cứu
4.1 Nghiên cứu lý thuyết

- Nghiên cứu về tổng quan bộ khuếch đại tạp âm thấp;
- Nghiên cứu kỹ thuật phối hợp trở kháng trong kỹ thuật siêu cao tần

Vị trí LNA đặt càng gần anten thu càng tốt, vì khi đó, tín hiệu vô tuyến thu được
từ anten – tín hiệu rất yếu (về công suất) – sẽ được khuếch đại thông qua LNA. Đồng
thời, với thiết kế đặc biệt, LNA sẽ khuếch đại công suất tín hiệu với mức tạp âm là tối
ưu. Lúc này hệ số tạp âm Noise Figure (NF) sẽ là thấp nhất. Từ đây, dựa vào công
thức Friiss hệ số tạp âm NF toàn máy thu sẽ là thấp nhất, do ảnh hưởng nhiều nhất từ
tầng khuếch đại đầu tiên.

Hình 1.1 Sơ đồ khối một phần bộ thu phát tín hiệu vô tuyến


11
1.3 Lý thuyết cơ bản về tạp âm đối với mạng hai cửa
Mục này trình bày bản thiết kế khái lược tạp âm trong mạng hai cửa. Việc tập
trung xây dựng mô hình hệ tạp âm loại này có thể giúp đơn giản hóa rất nhiều việc
phân tích, qua đó giúp ta hiểu rõ được ưu nhược điểm bên trong của bộ thiết kế.

Hình 1.2 Mô hình tạp âm hai cửa
1.4 Hệ số tạp âm
Hệ số tạp âm là đại lượng rất quan trọng trong việc xác định tạp âm của hệ thống
nói chung và máy thu nói riêng, thường được kí hiệu là F. Để định nghĩa và hiểu rõ
tầm quan trọng của đại lượng này, ta xem xét một mạng tạp âm 2 cửa (tuyến tính) lối
vào gồm có nguồn dẫn nạp Ys và nguồn dòng tạp âm song song is. Nếu chỉ quan tâm
tới tạp âm tại lối vào lối ra, ta cũng không cần thiết phân tích quá kỹ nguồn tạp âm gây
ra bên trong mạng 2 cửa. Tuy nhiên, các nguồn gây nhiễu này có thể biểu diễn đơn
giản chỉ bằng một cặp nguồn nhiễu ngoài: Nguồn thế và nguồn dòng. Chính nhờ điều
này, ta có thể dễ dàng đánh giá ảnh hưởng của dẫn nạp nguồn vào tới nhiễu của hệ
thống. Kết quả là, có thể xác định được tiêu chuẩn thiết kế thỏa mãn hiệu năng nhiễu lí
tưởng.
Hệ số tạp âm được định nghĩa bởi:
F ≡ (Tổng công suất tạp âm lối ra / Tạp âm lối ra gây bởi nguồn tạp âm lối vào)

[4] David M. Pozar, Microwave Engineering, John Wiley & Sons, Inc.