Đang tải... (xem toàn văn)
Bộ mô tả lý thuyết và phương pháp chế tạo bộ hạ tần tạp âm thấp LNB sử dụng trong thông tin vệ tinh băng tần C. Trong đó, mô tả lý thuyết và phương pháp thiết kế, kết quả mô phỏng các thành phần trong bộ LNB như bộ khuếch đại tạp âm thấp LNA, các bộ lọc thông dải cao tần và trung tần, bộ tạo dao động nội LO, bộ trộn tần Mixer... Phần mềm thiết kế được sử dụng là phần mềm ADS.
LỜI NĨI ĐẦU Ngày 4/10/1957 Liên Xơ cũ phóng vệ tinh đầu tiên của lồi người: vệ tinh nhân tạo SPUTNIK. Đây được xem như là ngày bắt đầu của kỉ ngun Thơng tin vệ tinh. Từ đó đến nay, thơng tin vệ tinh đã trở thành một phương tiện thơng tin rất phổ biến và đa dạng. Nó có ý nghĩa chính trị, kinh tế xã hội to lớn, cải thiện các nhược điểm của các hệ thống thơng tin vơ tuyến mặt đất như dung lượng lớn hơn, băng tần rộng hơn và tầm phủ sóng rất lớn, cùng với đó là các dịch vụ mới với chi phí thấp. Ngày 18/4/2008, VINASAT-1, vệ tinh địa tĩnh đầu tiên của Việt Nam được phóng vào vũ trụ đã đánh dấu bước phát triển mới của ngành cơng nghệ vũ trụ nước nhà. Ngày nay, với việc có thêm VINASAT-2, VNREDSat-1, chúng ta đã đưa vào hoạt động hàng loạt các dịch vụ do vệ tinh cung cấp. Trong Thơng tin vệ tinh, các bộ thu phát có vai trò rất quan trọng, ảnh hưởng chính đến chất lượng tín hiệu, chuyển đổi dải tần và cơng suất tín hiệu. Đây là lý do em chọn đề tài “Thiết kế, mơ chế tạo hạ tần tạp âm thấp LNB máy thu thông tin vệ tinh băng tần C sử dụng MMIC”. Trong đồ án này, em nghiên cứu lý thuyết, mô phỏng, thực hiện chế tạo bộ hạ tần tạp âm thấp LNB hoạt động ở băng tần C, dải tần từ 3.40 GHz – 3.70 GHz. Em xin chân thành cảm ơn TS Phan Xn Vũ và PGS.TS Vũ Văn m đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo em trong thời gian thực tập, làm đồ án tốt nghiệp. Đồng thời, em cũng xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cơ Viện Điện tử Viễn thơng và các bạn trong RF Lab đã tạo điều kiện tốt nhất và tận tình hướng dẫn về chun mơn. Mặc dù có nhiều cố gắng, nhưng do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên đề tài còn nhiều thiếu sót. Em rất mong nhận được sự đóng góp của các thầy cơ và các bạn. Em xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội, tháng 05 năm 2015 Sinh viên thực hiện Bùi Cơng Đường ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI CAM ĐOAN Trong q trình thực hiện đồ án, em đã được sự chỉ bảo, hướng dẫn tận tình của TS.Phan Xn Vũ và PGS.TS Vũ Văn m. Em xin cam đoan các kết quả nghiên cứu đưa ra trong đồ án này dựa trên các kết quả thu được trong q trình nghiên cứu của riêng em, khơng sao chép kết quả nghiên cứu của bất kỳ tác giả nào khác. Nội dung của đồ án có tham khảo và sử dụng một số thơng tin, tài liệu từ các nguồn sách, tạp chí được liệt kê trong phụ lục và danh mục các tài liệu tham khảo. Sinh viên : Bùi Cơng Đường ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TĨM TẮT ĐỒ ÁN Đồ án tập trung nghiên cứu, thiết kế, mơ phỏng và chế tạo bộ hạ tần tạp âm thấp LNB hoạt động tại băng tần C 3.40 GHz – 3.70 GHz được sử dụng trong các máy thu thơng tin vệ tinh. Nội dung đồ án bắt đầu bằng việc nghiên cứu các vấn đề cơ bản của đường truyền sóng siêu cao tần. Sau đó, em tập trung nghiên cứu cấu trúc bộ hạ tần tạp âm thấp (Low Noise Block Downconverter), ngun lý hoạt động các khối trong bộ LNB và phương pháp thiết kế từng khối trong đó. Em tập trung vào thiết kế, mơ phỏng bộ khuếch đại tạp âm thấp (Low Noise Amplifier) dùng MMIC, chế tạo bộ lọc thơng dải ở băng C và bộ lọc thơng dải trung tần, bộ dao động nội và bộ trộn tần trong bộ hạ tần tạp âm thấp. ABSTRACT This thesis focuses on research, design, simulation and implementation of a low noise block downconverter LNB operating at C band 3.40 GHz – 3.70 GHz which is used in satellite receivers. The content of this thesis begins dealing with basic issues of microwave transmission line. After that, I focus on researching the structure of the low noise block downconverter, operating principles of internal blocks and designing methods of each block in low noise block downconverter. I concentrate on design, simulation the low noise amplifier using MMIC, a band pass filter at C band and a intermediate – frequency band pass filter, local oscillator and mixer in low noise block downconverter. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU LỜI CAM ĐOAN TÓM TẮT ĐỒ ÁN MỤC LỤC DANH SÁCH HÌNH VẼ DANH SÁCH BẢNG BIỂU DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT CHƯƠNG : ĐƯỜNG TRUYỀN SÓNG SIÊU CAO TẦN 10 Sơ lược lý thuyết đường truyền 10 1.1 1.1.1 Giới thiệu chung 10 1.1.2 Lý thuyết đường truyền 11 Đường truyền vi dải 12 1.2 CHƯƠNG : NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ BỘ HẠ TẦN TẠP ÂM THẤP LNB 14 Tổng quan hạ tần tạp âm thấp LNB 14 2.1 2.1.1 Cấu trúc 14 2.1.2 Tạp âm LNB 15 Nghiên cứu thiết kế khuếch đại tạp âm thấp LNA 16 2.2 2.2.1 Tổng quan khuếch đại tạp âm thấp LNA 16 2.2.2 Phương pháp thiết kế khuếch đại tạp âm thấp 17 2.2.3 Lựa chọn kiểu thiết kế 17 Nghiên cứu thiết kế lọc 18 2.3 2.3.1 Nguyên tắc thiết kế 18 a) Bộ lọc Butterworth (Maximally flat) 20 b) Bộ lọc Chebyshev 21 2.3.2 Phép biến đổi từ mạch lọc thông thấp 23 a) Phép giải chuẩn hóa trở kháng tần số 23 b) Phép biến đổi từ mạch lọc thông thấp sang mạch lọc thông dải 25 2.3.3 Phép biến đổi Richard phép đồng dạng Kuroda 26 a) Phép biến đổi Richard 27 b) Phép đồng dạng Kuroda 28 c) Biến dổi ngược trở kháng – dẫn nạp 29 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2.4 Bộ tạo dao động nội LO 30 2.5 Bộ trộn tần Mixer 31 2.6 Tổng kết chương 35 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG BỘ KHUẾCH ĐẠI TẠP ÂM THẤP LNA VÀ CÁC BỘ LỌC THÔNG DẢI BPF 36 3.1 Thiết kế khuếch đại tạp âm thấp LNA 36 3.1.1 Giới thiệu MMIC 36 3.1.2 Thông số kỹ thuật lựa chọn MMIC 38 a) MMIC TSS-53LNB+ 39 b) MMIC Gali-39+ 42 3.1.3 Thiết kế khuếch đại tạp âm thấp LNA 44 a) Mô khuếch đại TSS-53LNB+ 44 b) Mô khuếch đại Gali-39+ 45 c) Mô khuếch đại LNA 47 3.2 Thiết kế lọc thông dải 49 3.2.1 Thiết kế lọc thông dải dải thông 3.4 GHz – 3.7 GHz 49 a) Sử dụng điện môi RO3010 (Roger 3010) 51 b) Sử dụng điện môi FR4 57 3.2.2 Thiết kế lọc thông dải BPF trung tần 1.2 GHz – 1.5 GHz 60 3.3 Tổng kết chương 63 CHƯƠNG : THIẾT KẾ BỘ TẠO DAO ĐỘNG NỘI LO VÀ BỘ TRỘN TẦN MIXER 64 4.1 ADF4350 - tổng hợp tần số vòng khóa pha điểu khiển điện áp VCO 65 4.2 Bộ khuếch đại Gali-39+ 71 4.3 Bộ nhân tần số 72 4.4 Bộ lọc hài 73 4.5 Bộ trộn tần MAC-60MH+ 74 4.6 Tổng kết chương 75 CHƯƠNG : THIẾT KẾ MẠCH BỘ HẠ TẦN TẠP ÂM THẤP LNB 76 5.1 Sơ đồ nguyên lý 76 5.2 Mạch in 79 5.3 Mạch thực tế 82 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO 85 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1: Phổ tần số sóng điện từ 10 Hình 1.2: Các dạng đường truyền sóng 12 Hình 2.1: Sơ đồ khối hạ tần tạp âm thấp LNB 14 Hình 2.2: Các tín hiệu tới máy thu 15 Hình 2.3: Lựa chọn băng tần thu 16 Hình 2.4: Đáp ứng xung lọc 20 Hình 2.5: Phép biến đổi Richard 28 Hình 2.6: Phép đồng dạng Kuroda 29 Hình 2.7: Bộ biến đổi ngược trở kháng K dẫn nạo J 29 Hình 2.8: Dạng tương đương số phần tử lọc 30 Hình 2.9: Sơ đồ khối tạo dao động nội LO 31 Hình 2.10: Hệ thống máy thu đổi tần 32 Hình 2.11: Sơ đồ Mixer, tần số đầu vào tạo tần số đầu 33 Hình 2.12: Đo điểm chặn bậc 34 Hình 3.1: MMIC MSA-0686 38 Hình 3.2: Hình ảnh MMIC TSS-53LNB+ 40 Hình 3.3: Sơ đồ đơn giản sơ đồ chân TSS-53LNB+ 40 Hình 3.4: Sơ đồ mạch sử dụng TSS-53LNB+ 42 Hình 3.5: Hình ảnh Gali-39+ 42 Hình 3.6: Sơ đồ đơn giản sơ đồ chân Gali-39+ 43 Hình 3.7: Sơ đồ mô khuếch đại TSS-53LNB+ 45 Hình 3.8: Kết mô khảo sát TSS-53LNB+ 45 Hình 3.9: Sơ đồ mơ khuếch đại Gali-39+ 46 Hình 3.10: Kết mơ khảo sát Gali-39+ 47 Hình 3.11: Sơ đồ mô khuếch đại tạp âm thấp LNA 48 Hình 3.12: Kết mô khuếch đại tạp âm thấp LNA 48 Hình 3.13: Mơ hình lọc Coupled Line 50 Hình 3.14: Cơng cụ LineCalc phần mềm ADS 51 Hình 3.15: Sơ đồ lọc thông dải tần số 3.4 GHz – 3.7 GHz 52 Hình 3.16: Kết mơ phần tử Coupled Line vi dải BPF 3.4 GHz-3.7 GHz 53 Hình 3.17: Tạo biến cho tham số Coupled Line 54 Hình 3.18: Thiết lập mục tiêu để Optimize 55 Hình 3.19: Tiến hành Optimization cho lọc 56 Hình 3.20: Kết mô lọc sau Optimize 56 Hình 3.21: Mạch layout lọc sử dụng RO3010 57 Hình 3.22 Mạch layout lọc sử dụng FR4 57 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 3.23: Thiết lập EM Setup 58 Hình 3.24: Điện mơi FR4 ADS 59 Hình 3.25: Kết mô Momentum lọc dùng FR4 59 Hình 3.26: Bộ lọc Hairpin bậc 61 Hình 3.27: Sơ đồ lọc Hairpin 62 Hình 3.28: Mạch in lọc thơng dải trung tần Hairpin 62 Hình 3.29: Kết mơ Momentum lọc trung tần Hairpin 63 Hình 4.1: Sơ đồ khối tạo dao động nội trộn tần 65 Hình 4.2: Sơ đồ khối chức ADF4350 66 Hình 4.3: Sơ đồ chân ADF4350 68 Hình 4.4: Tính tốn ghi cơng cụ ADF435x 70 Hình 4.5: Giản đồ thời gian ghi liệu qua giao tiếp SPI 71 Hình 4.6: Sơ đồ mô khuếch đại Gali-39+ 72 Hình 4.7: Sơ đồ chân HMC189 72 Hình 4.8: Sơ đồ nguyên lý lọc hài dao động 74 Hình 4.9: Mạch layout lọc hài dao động 74 Hình 4.10: Kết mơ Momentum lọc hài dao động 74 Hình 4.11: Bộ trộn tần MAC-60MH+ 75 Hình 5.1: Sơ đồ nguyên lý khối nguồn 76 Hình 5.2: Sơ đồ nguyên lý khối vi điều khiển dùng Atmega 8L 76 Hình 5.3: Sơ đồ nguyên lý mạch tạo dao động vào PLL sử dụng ADF4350 77 Hình 5.4: Sơ đồ nguyên lý khối khuếch đại nhân đơi tần số 77 Hình 5.5: Sơ đồ nguyên lý khối khuếch đại LNA 78 Hình 5.6: Sơ đồ nguyên lý khối lọc trộn tần 78 Hình 5.7: Mạch in hạ tần tạp âm thấp LNB 79 Hình 5.8: Hình ảnh mặt top mạch layout 80 Hình 5.9: Hình ảnh mặt bot mạch layout 81 Hình 5.10: Mặt mạch 82 Hình 5.11: Mặt mạch 83 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Các băng tần IEEE 11 Bảng 2.1: Số bậc lọc hệ số g lọc Butterworth 21 Bảng 3.1: Vị trí chức chân TSS-53LNB+ 40 Bảng 3.2: Các thông số kỹ thuật TSS-53LNB+ 41 Bảng 3.3: Vị trí chức chân Gali-39+ 43 Bảng 3.4: Các thông số kỹ thuật Gali-39+ 44 Bảng 3.5: Các tham số lọc theo Chebyshev với RO3010 50 Bảng 3.6: Các tham số phần tử Coupled Line với lọc dùng RO3010 52 Bảng 3.7: Các tham số lọc theo Chebyshev với FR4 57 Bảng 4.1: Các thông số kỹ thuật ADF4350 67 Bảng 4.2: Mô tả chi tiết chức chân ADF4350 68 Bảng 4.3: Giá trị trở kháng W, S, L phần tử Coupled Line 73 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT LNB MMIC HEMT JFET Low Noise Block Downconverter Monolithic microwave integrated circuit Radio frequency Low noise amplifier Local Oscillator Radio Society of Great Britain Institute of Electrical and Electronics Engineers Bipolar junction transistor Field-effect transistor Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor High-electron-mobility transistor Junction field- effect transistor DRO QAM MAG NF NFmin ADS PLL LPF VCO Dielectric Oscillators Maximum Available Gain Noise Firgure Minimum Intrinsic Noise Figure Advanced Design System Phase-Locked Loop Low-pass Filter Voltage-Controlled Oscillator CCO Current-Controlled Oscillator IF SPI Intermediate Frequency Serial Peripheral Interface RF LNA LO BPF RSGB IEEE BJT FET MOSFET Bộ hạ tần tạp âm thấp Mạch tích hợp vi sóng ngun khối Cao tần Bộ khuếch đại tạp âm thấp Bộ dao động nội Hiệp hội vơ tuyến Anh Tổ chức kỹ sư Điện và Điện tử Tranzito lưỡng cực nối Tranzito hiệu ứng trường Tranzito hiệu ứng trường Oxit Kim loại - Bán dẫn Tranzito độ linh động electron cao Tranzito hiệu ứng trường có mặt tiếp giáp Bộ dao động điện mơi Hệ số khuếch đại tối đa Hệ số tạp âm Hệ số tạp âm nhỏ nhất Thiết kế hệ thống nâng cao Vòng khóa pha Bộ lọc thơng thấp Bộ dao động điều khiển bằng điện áp Bộ dao động điều khiển bằng dòng điện Trung tần Giao tiếp ngoại vi nối tiếp ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG : ĐƯỜNG TRUYỀN SÓNG SIÊU CAO TẦN 1.1 Sơ lược lý thuyết đường truyền 1.1.1 Giới thiệu chung Thuật ngữ “viba” (microwaves) dùng để chỉ những sóng điện từ có bước sóng rất nhỏ, ứng với phạm vi tần số rất cao của phổ tần số vơ tuyến điện. Phạm vi của dải tần số này cũng khơng có sự quy định chặt chẽ và thống nhất trên tồn thế giới. Giới hạn trên của dải thường được coi f = 300 GHz, ứng với bước sóng λ= 1 mm, còn giới hạn dưới có thể khác nhau tùy thuộc vào tập qn sử dụng. Một số nước coi “sóng cực ngắn” là những sóng có tần số cao hơn 30 MHz (bước sóng λ≤ 10m), còn một số nước khác coi “viba” là những sóng có tần số cao hơn 300 MHz (bước sóng λ≤ 1m). Với sự phát triển nhanh của kỹ thuật và các thành tựu đạt được trong việc chinh phục các băng tần cao của phổ tần số vơ tuyến, khái niệm về phạm vi dải tần của “viba” cũng có thể thay đổi. Hình 1.1 minh họa phổ tần số của sóng điện từ và phạm vi dải tần của kỹ thuật viba Tần số (Hz) Hình 1.1: Phổ tần số sóng điện từ Trong ứng dụng thực tế, dải tần của viba còn được chia thành các băng tần nhỏ hơn. Các băng tần sóng cực ngắn, được định nghĩa bởi Hiệp hội Vơ tuyến Anh (RSGB) được thể hiện trong bảng dưới đây : ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 10 Hình 4.5: Giản đồ thời gian ghi liệu qua giao tiếp SPI [9] Khi sử dụng ADF4350 kết hợp với vi điều khiển Atmega8L cần lưu ý rằng Atmega8L hoạt động ở mức điện áp +5V nên cần có mạch phân áp để tương thích với điện áp +3 3V của ADF4350. Bộ lọc vòng (Loop Filter) trong ADF4350 được tạo bởi 2 chân VTUNE và CPOUT. 4.2 Bộ khuếch đại Gali-39+ Tín hiệu RFOUT sau khi qua ADF4350 được khuếch đại bằng bộ khuếch đại dải rộng Gali-39+. Sơ đồ bộ khuếch đại tương tự như trong chương 3. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 71 Hình 4.6: Sơ đồ mô khuếch đại Gali-39+ 4.3 Bộ nhân tần số Tín hiệu LO cần thiết có tần số là fLO = 4.9 GHz. Tuy nhiên, RFOUT được tạo qua ADF4350 có giá trị là 2.45 GHz, chính vì thế ta dùng bộ nhân đơi tần số. HMC189 là một MMIC nhân đơi tần số thụ động do hãng Hittite sản xuất với các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản: Dải tần đầu vào là 2 GHz – 4 GHz. Suy hao chuyển đổi là 13 dBm. Cơng suất đầu vào 10 dBm – 15 dBm. Hình 4.7: Sơ đồ chân HMC189 [10] ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 72 4.4 Bộ lọc hài Bộ tạo dao động nội ngồi tạo ra tín hiệu dao động nội ở tần số 4.9 GHz bản thân còn sinh ra các hài dao động gây ảnh hưởng đến chất lượng của bộ tạo dao động nội. Do vậy, ta cần phải thiết kế bộ lọc thơng dải để loại bỏ những hài khơng mong muốn và đảm bảo khơng có tín hiệu ngồi tần số nào ra khỏi hệ thống. Với mục đích này ta thiết kế bộ lọc thơng dải BPF với tần số trung tâm là 4.9 GHz, dải tần 4.7 GHz – 5.1 GHz. Các thơng số tính tốn của bộ lọc Coupled Line : Bảng 4.3: Giá trị trở kháng W, S, L phần tử Coupled Line Coupled 0-1 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 Z0e 67.46773 54.81908 53.89045 53.89045 54.81908 67.46773 Z0o 40.04973 45.96488 46.63585 46.63585 45.96488 40.04973 W 2.11803 2.47146 2.48132 2.48132 2.47146 2.11803 S 1.54256 4.84837 5.62132 5.62132 4.84837 1.54256 L 4.90434 5.02627 5.02065 5.02065 5.02627 4.90434 Line GOAL GOAL Goal OptimGoal1 Expr= "dB(S(2, 1))" SimInstanceName= "SP1" Weight=1 Term Term1 MLIN Num=1 TL1 Z=50 Ohm Subst="MSub1" W=W mm L=L mm MCFIL CLin1 Subst= "MSub1" W=W0 mm S= S0 mm L= L0 mm MCFIL CLin2 Subst="MSub1" W= W1 mm S=S1 mm L=L1 mm MSub MSUB MSub1 H=1.6 mm Er=4.4 Mur=1 Cond=1.0E+50 Hu= 3.9e+ 034 mil T=0.035 mm TanD=0 02 Rough=0 mil Bbase= Dpeaks= S-PARAMETERS S_Param SP1 Start= 3.5 GHz Stop= 6.5 GHz Step= MHz MCFIL CLin3 Subst="MSub1" W=W2 mm S=S2 mm L=L2 mm Var Eqn OPTIM Goal OptimGoal2 Expr= "dB(S(1, 1))" SimInstanceName= "SP1" Weight=1 MCFIL CLin4 Subst= "MSub1" W=W2 mm S=S2 mm L= L2 mm VAR VAR1 W= 3.52419 {o} L=11.5164 {o} W0=0.627632 {o} S0= 0.877445 {o} L0= 7.93268 {o} W1=2.96287 {o} S1= 0.658926 {o} L1= 8.74274 {o} W2=1.40529 {o} S2= 0.779389 {o} L2= 6.93865 {o} MCFIL CLin5 Subst= "MSub1" W=W1 mm S=S1 mm L= L1 mm Optim Optim1 OptimType= Random MaxIters=800 DesiredError=0.0 StatusLevel= FinalAnalysis="SP1" NormalizeGoals= yes SetBestValues=yes Seed= SaveSolns=yes SaveGoals= yes SaveOptimVars=no UpdateDataset=yes SaveNominal=no SaveAllI terat ions= no UseAllOptVars=yes MCFIL CLin6 Subst="MSub1" W= W0 mm S= S0 mm L=L0 mm UseAllGoals=yes SaveCurrentEF=no EnableCockpit= yes SaveAllTrials= no MLIN TL2 Subst="MSub1" W= W mm L= L mm Term Term2 Num=2 Z=50 Ohm ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 73 Hình 4.8: Sơ đồ nguyên lý lọc hài dao động Hình 4.9: Mạch layout lọc hài dao động m2 f req=4.900GHz dB(I 0.SP1.SP.S(2,1))=-3.730 0 -5 -10 dB(I 0.SP1.SP.S(2,1)) dB(I 0.SP1.SP.S(1,1)) m1 f req=4.900GHz dB(I 0.SP1.SP.S(1,1))=-20.502 -10 -15 m1 -20 -25 -30 m2 -20 -30 -40 -50 -60 -35 -70 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 freq, GHz 6.5 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 freq, GHz Hình 4.10: Kết mơ Momentum lọc hài dao động Kết quả mô phỏng cho thấy: tổn hao do phản xạ tại đầu vào ở tần số 4.9 GHz là 20.5 dB, đã thỏa mãn yêu cầu. Tuy nhiên suy hao bộ lọc là tương đối lớn 3.73 dB. 4.5 Bộ trộn tần MAC-60MH+ Bộ trộn tần Mixer MAC-60+ của hãng Minicircuits là mixer thụ động cân bằng đơi (passive and double balanced) có các đặc tính kỹ thuật như sau: Dải tần RF/LO: 1600-6000 MHz. Dải tần IF: DC-2000 MHz. Suy hao chuyển đổi: 6dB. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 74 Hình 4.11: Bộ trộn tần MAC-60MH+ [8] 4.6 Tổng kết chương Trong chương này, chúng ta đã đi sâu vào tìm hiểu, nghiên cứu và phân tích chức năng, chỉ tiêu kỹ thuật của các thành phần cấu tạo nên bộ dao động nội và trộn tần. Từ đó đưa ra những lựa chọn phù hợp về các linh kiện cần có cũng như những mục tiêu cần đạt được trong việc thiết kế. Sau đó ta lần lượt thiết kế, mơ phỏng và thực hiện từng khối trong sơ đồ hệ thống mạch tạo dao động nội và trộn tần. Tuy nhiên đây mới chỉ là thiết kế trên lý thuyết, cần phải chế tạo và kiểm nghiệm, đo đạc trên thực tế. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 75 CHƯƠNG : THIẾT KẾ MẠCH BỘ HẠ TẦN TẠP ÂM THẤP LNB 5.1 Sơ đồ nguyên lý Hình 5.1: Sơ đồ nguyên lý khối nguồn Hình 5.2: Sơ đồ nguyên lý khối vi điều khiển dùng Atmega 8L ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 76 Hình 5.3: Sơ đồ nguyên lý mạch tạo dao động vào PLL sử dụng ADF4350 Hình 5.4: Sơ đồ nguyên lý khối khuếch đại nhân đơi tần số ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 77 Hình 5.5: Sơ đồ nguyên lý khối khuếch đại LNA Hình 5.6: Sơ đồ nguyên lý khối lọc trộn tần ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 78 5.2 Mạch in Mạch in được vẽ bằng phần mềm Altium dựa trên sơ đồ ngun lý. Mạch có 2 lớp Hình 5.7: Mạch in hạ tần tạp âm thấp LNB ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 79 Hình 5.8: Hình ảnh mặt top mạch layout ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 80 Hình 5.9: Hình ảnh mặt bot mạch layout ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 81 5.3 Mạch thực tế Hình 5.10: Mặt mạch ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 82 Hình 5.11: Mặt mạch ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 83 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Qua đồ án này, em đã lần lượt nghiên cứu tổng quan về cấu trúc, các nguồn tạp âm, sơ đồ ngun lý cũng như ngun lý hoạt động của các khối thành phần trong bộ hạ tần tạp âm thấp LNB. Từ đó, em đưa ra được những phương án thiết kế và những u cầu kỹ thuật cần đạt được. Sau khi đã lựa chọn được phương án phù hợp, em tiến hành thiết kế từng khối trong bộ hạ tần tạp âm thấp bao gồm: bộ khuếch đại tạp âm thấp, bộ dao động nội và trộn tần và các bộ lọc thơng dải. Kết quả đạt được sau khi hồn thành đồ án em đã hồn thiện việc thiết kế, mơ phỏng và chế tạo mạch hạ tần tạp âm thấp hoạt động trong dải tần 3.4 GHz – 3.7 GHz. Trên đây là kết quả đã đạt được trong thời gian thực hiện đề tài này. Tuy đã đạt được một số mục tiêu ban đầu nhưng đồ án này cần tiếp tục phát triển thêm với các hướng như: Bộ khuếch đại tạp âm thấp có thể cải thiện cho hệ số khuếch đại lớn hơn. Chế tạo các mạch lọc thơng dải sử dụng tấm điện mơi Roger 3010 để cho kết quả tốt hơn. Chế tạo hộp thép để đóng gói và chống các nguồn tạp âm ở bên ngồi. Do thời gian và kiến thức còn hạn chế, thiết kế mạch điện siêu cao tần lại là một vấn đề phức tạp nên các kết quả đạt được còn nhiều hạn chế. Em rất mong được sự đóng góp của các thầy cơ và các bạn để tiếp tục hồn thiện đề tài này. Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn TS. Phan Xn Vũ và PGS.TS. Vũ Văn m đã tận tình hướng dẫn em trong q trình thực hiện đề tài này. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] GS.TSKH Phan Anh, Trường điện từ truyền sóng, NXB Đại Học Quốc Gia Hà Nội, 2006. [2] Phạm Minh Việt, Kỹ thuật siêu cao tần, NXB Khoa học kỹ thuật, 2002. [3] I.D. Robertson and S. Lucyszyn, RFIC and MMIC Design and Technology, The Institution of Engineering and Technology, 2009. [4] Lu, Xiao, Building a 3.3 - 3.8 GHz 802.16a WiMAX LNA on FR4 Material, Avago Technologies AV02-2418EN, 2010 . [5] Agilent Technologies, ADS Circuit Design Cookbook 2.0, 2012. [6] Minicircuits, TSS-53LNB+ datasheet. [7] Minicircuits, Gali-39+ datasheet. [8] Minicircuits, MAC-60MH+ datasheet. [9] Analog Devices, ADF4350 datasheet. [10] Hittite, HMC-189 datasheet. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 85 ... THIẾT KẾ BỘ HẠ TẦN TẠP ÂM THẤP LNB 14 Tổng quan hạ tần tạp âm thấp LNB 14 2.1 2.1.1 Cấu trúc 14 2.1.2 Tạp âm LNB 15 Nghiên cứu thiết kế khuếch đại tạp âm. .. vào thiết kế, mơ phỏng bộ khuếch đại tạp âm thấp (Low Noise Amplifier) dùng MMIC, chế tạo bộ lọc thơng dải ở băng C và bộ lọc thông dải trung tần, bộ dao động nội và bộ trộn tần trong bộ hạ tần tạp ... 4.3 Bộ nhân tần số 72 4.4 Bộ lọc hài 73 4.5 Bộ trộn tần MAC-60MH+ 74 4.6 Tổng kết chương 75 CHƯƠNG : THIẾT KẾ MẠCH BỘ HẠ TẦN TẠP ÂM THẤP