Nghiên cứu thiết kế chế tạo mạch tích hợp thụ động và tích cực siêu cao tần sử dụng phần mềm thiết kế mạch siêu cao tần và công nghệ gia công mạch dải nghiên cứu thiết kế, chế tạo các bộ cộng chia công suất

Đề tài: "Tổng quan các phương pháp thiết kế các bộ cộng/ chia công suất ở dải sóng siêu cao tần" trình bày một cách khái quát về các kỹ thuật cộng/chia công suất ở dải sóng siêu cao tần

Trung tâm KhKt - CnQs

Viện Rađa

Đề tài độc lập cấp Nhà nước:

Nghiên cứu thiết kế chế tạo mạch tích hợp thụ động

và tích cực siêu cao tần sử dụng phần mềm thiết kế mạch siêu cao tần và công nghệ gia công mạch dải

báo cáo tổng kết chuyên đề Nghiên cứu thiết kế, chế tạo các bộ cộng/chia công suất

M∙ số: ĐTĐL- 2005/28G Chủ nhiệm đề tài: TS Nguyễn Thị Ngọc Minh

6715-2

11/01/2007

Hà Nội - 2007

Bản quyền 2007 thuộc Viện Rađa

Đơn xin sao chép toàn bộ hoặc từng phần tài liệu này phải gửi đến Viện trưởng Viện Rađa trừ trường hợp sử dụng với mục đích nghiên cứu

môc lôc

Ch−¬ng I: Tæng quan vÒ c¸c bé céng / chia c«ng suÊt 4

Chương II: Một số giải pháp cộng / chia công suất ở dải

sóng cm thường sử dụng trong thực tế 34

2.1 Thiết kế bộ cộng công suất bốn điốt băng X dùng điốt Gunn 34

2.1.1 Bộ cộng công suất và các đặc trưng 36 2.1.2 Những kết luận rút ra qua đỉều chỉnh thực nghiệm 37

2.2 Cấu trúc bộ cộng/chia công suất kiểu ống sóng nhiều cổng 39

2.2.1 Thiết kế bộ cộng/chia công suất tối ưu 40 2.2.2 Phân tích đặc tính kỹ thuật của bộ chia 43

2.4 Thiết kế bộ cộng/chia công suất kiểu Wilkinson trên mạch dải 57

2.5 Thiết kế bộ cộng chia công suất 3 GHz cho ra đa П – 37 57

2.5.1 Giới thiệu chung về đài ra đa П – 37 57 2.5.2 Tham số kỹ thuật chính của ra đa П – 37 58

2.5.3 Các chỉ tiêu kỹ thuật của bộ cộng/chia công suất 58

2.5.4 Lựa chọn kiểu loại vật liệu mạch in 58

Lời nói đầu

Ngày nay khoa học kỹ thuật nói chung và kỹ thuật vô tuyến điện nói riêng

phát triển rất mạnh mẽ Các thiết bị vô tuyến làm việc ở dải sóng siêu cao tần

trong các lĩnh vực như: thông tin sóng ngắn, thông tin tiếp sức, thông tin vệ tinh,

truyền hình, truyền số liệu, rađa, chiến tranh điện tử, đã có những bước tiến lớn

và có nhiều ứng dụng rộng rãi trong quân sự và đời sống Trong khi đó, quân đội

ta hiện đang sử dụng phổ biến các thiết bị ở dải sóng siêu cao tần đã lạc hậu so

với thế giới Một vấn đề đặt ra là phải cải tiến nâng cao chất lượng của các thiết

bị đó đáp ứng kịp thời yêu cầu của chiến tranh hiện đại Cùng với sự ra đời của

nhiều linh kiện bán dẫn chất lượng cao làm việc ở dải sóng siêu cao tần, cho

phép bán dẫn hoá từng bộ phận, từng khối của thiết bị để nâng cao độ tin cậy,

giảm kích thước trọng lượng, phải phù hợp với điều kiện gia công cơ khí ở nước

ta để góp phần nâng cao tính sẵn sàng chiến đấu cho quân đội ta

Trong kỹ thuật siêu cao tần một vấn đề hay gặp là thiết kế các bộ cộng/

chia công suất (Combiner/Splitter), nó có chức năng cộng /chia các nguồn phát

để tạo ra các mức công suất khác nhau đáp ứng yêu cầu làm việc giữa các modun

(hoặc khối) trong một thiết bị hoặc giữa các thiết bị trong một hệ thống

Việc thiết kế chế tạo các bộ cộng/chia công suất đòi hỏi phải tính toán các

tham số thiết kế và quá trình gia công chính xác Nếu không tính toán và thiết kế

chính xác thì sẽ xuất hiện sóng phản xạ công suất từ đầu ra trở lại đầu vào của bộ

cộng/chia, sự cách ly giữa các đầu ra không đảm bảo gây ảnh hưởng lẫn nhau, do

vậy công suất tại các đầu ra sẽ không đạt mức yêu cầu và thường làm rối loạn

chức năng của hệ thống Đề tài: "Tổng quan các phương pháp thiết kế các bộ

cộng/ chia công suất ở dải sóng siêu cao tần" trình bày một cách khái quát về các

kỹ thuật cộng/chia công suất ở dải sóng siêu cao tần như các bộ cộng mức chip,

các bộ cộng mức mạch, các bộ cộng không gian và các bộ cộng đa mức (kết hợp

3 bộ cộng trên) đồng thời cũng trình bày giải pháp thực hiện một số bộ cộng/chia

công suất dải sóng cm hiện đang sử dụng trong thực tế như bộ cộng công suất

trên ống sóng và bộ cộng/ chia công suất trên mạch dải

Chương i Tổng quan về các bộ cộng / chia công suất

1.1 Khái quát chung

Trong dải sóng siêu cao tần các bộ cộng công suất được ứng dụng trong

dải sóng mét, centimét và milimét Các linh kiện tích cực trong bộ cộng thường

là các điốt Gunn hoặc điốt IMPATT, mặc dù trong tương lai các thiết bị “3 đầu

cuối” (three-teminal) có thể được phát triển cho dải sóng milimét

Do yêu cầu đòi hỏi ngày càng cao đối với các hệ thống rađa và các hệ

thống thông tin ở dải sóng centimét và dải milimét cần phải có các máy phát bán

dẫn công suất cao Các hệ thống sóng milimét này có thể có anten nhỏ hơn, cung

cấp độ rộng dải tần lớn hơn và độ phân giải tốt hơn so với các hệ thống sóng siêu

cao tần Hiện tại, đèn sóng chạy (TWT) vượt trội hơn các bộ khuếch đại và máy

phát bán dẫn về công suất đầu ra hoặc về hiệu suất (Tuy nhiên, các thiết bị bán

dẫn có độ tin cậy cao hơn, kích thước và trọng lượng nhỏ hơn, đòi hỏi nguồn

điện áp thấp) Công suất đầu ra từ một thiết bị bán dẫn đơn sẽ được giới hạn chủ

yếu bởi các vấn đề về nhiệt và trở kháng Để đáp ứng sự đòi hỏi của một số hệ

thống thì cần thiết phải cộng công suất để đạt được mức công suất cao Các

phương pháp cộng công suất được trình bày trên hình 1.1 Các phương pháp này

chủ yếu được chia làm 4 loại [6]:

Các bộ cộng cộng hưởng bao gồm kỹ thuật cộng trong hốc cộng hưởng

hình chữ nhật hoặc trong hốc cộng hưởng ống dẫn sóng hình trụ

Hình 1.1 Các kỹ thuật cộng khác nhau

Kỹ thuật cộng không cộng hưởng bao gồm: bộ cộng ghép lai (hybrid), bộ

cộng ống dẫn sóng hình nón, bộ cộng đường-tia, bộ cộng hưởng ghép chuỗi và

bộ cộng kiểu Wilkinson

Trong vài thập kỷ qua người ta đã chế tạo thành công các bộ cộng hốc

cộng hưởng đến 220GHz cho các ứng dụng dải hẹp Các bộ cộng không cộng

hưởng đã được phát triển trong các hệ thống dải rộng đến tần số 60GHz và các

bộ cộng ghép lai là loại hay được sử dụng nhất

1.2 Các bộ cộng hốc cộng hưởng

Bộ cộng hốc cộng hưởng đầu tiên được Kurokawa và Magathaes đưa ra là

bộ cộng công suất 12 điốt làm việc là ở băng-X [7] Mạch gồm một hốc cộng

hưởng ống dẫn sóng chữ nhật với các điốt được cắm trong các môdun gắn điốt

dạng ống dẫn sóng trục được ghép ngang trong thành ống dẫn sóng

Các kỹ thuật cộng

Bộ cộng

mức chip

Bộ cộng mức mạch

Bộ cộng không gian

Bộ cộng

N

đường

Bộ cộng tổng hợp

Bộ cộng ghép lai

Bộ cộng ghép chuỗi

Kurokawa đã phát triển lý thuyết mạch dao động và chỉ ra cấu hình mạch

dao động tạo được dao động ổn định không phụ thuộc vào vấn đề mode đa-điốt

[7] Sau đó Harp và Stover đã chỉnh lại cấu hình bộ cộng bằng cách thay hốc ống

dẫn sóng cộng hưởng hình chữ nhật bằng hốc ống dẫn sóng cộng hưởng hình trụ

nhằm tăng thêm mật độ gá lắp để có thể cộng được số lượng điốt nhiều hơn trong

một thể tích nhỏ [8] kỹ thuật cộng này đã được sử dụng để xây dựng các bộ

cộng công suất bán dẫn cho các ứng dụng khác nhau

Các bộ cộng có thể được sử dụng như một bộ dao động, bộ khuyếch đại

khoá-tiêm, hoặc bộ khuyếch đại ổn định.Trong trường hợp các bộ khuyếch đại

khoá-tiêm thì dải tần khoá đã chuẩn hoá

0

2

f f

f

(1.1)

Trong đó: + f0: là tần số dao động tự do;

+ ∆f: là độ rộng băng khi khoá một bên;

+ P0 : là công suất bộ dao động tự do;

+ PL: công suất tín hiệu khoá-tiêm

Trong đa số các trường hợp, Qe có giá trị thay đổi trong khoảng từ 20 đến

• Bộ cộng hốc cổng hưởng có các ưu điểm sau:

- Hiệu suất cộng nói chung cao, vì các đầu ra công suất của các thiết bị sẽ

cộng trực tiếp không có tổn hao đường dẫn

- Bộ cộng hốc cộng hưởng có khả năng cộng được một số các điốt đạt tới

300GHz

- Các bộ cộng có kích thước nhỏ, gọn và được sử dụng cho việc xây dựng

khối đối với các bộ cộng đa mức

- Tạo ra sự cách ly giữa các điốt nhằm tránh sự thay đổi trở kháng qua lại

do việc ghép kiểu hốc cộng hưởng

• Nhược điểm của các bộ cộng hốc cộng hưởng:

- Độ rộng dải tần bị giới hạn nhỏ hơn một vài %, mặc dù một vài kỹ thuật

đã được đưa ra để giảm hệ số phẩm chất Q của mạch nhưng như vậy độ

rộng dải tần cũng tăng lên không đáng kể [5]

- Số lượng các điốt được cộng trong một hốc được giới hạn bởi vấn đề về

mode, từ đó số lượng mode sẽ tăng lên cùng với kích thước hốc

- Sự điều chỉnh về điện hoặc về cơ khí là khó

1.2.1 Bộ cộng hốc cộng hưởng ống dẫn sóng HCN

Các giải pháp cộng này thường được áp dụng ở dải sóng dm, cm và mm

a Giới thiệu chung

Các bộ cộng hốc cộng hưởng ống dẫn sóng hình chữ nhật đã được

Kurokawa và Magalhaes mô tả như hình 1.2

Hình 1.2 Mặt cắt ngang và cấu hình bộ cộng ống dẫn sóng Kurokawa

Mỗi điốt được cắm ở một đáy của một đường đồng trục Đường đồng trục

đã được ghép từ trường tại thành bên của hốc ống dẫn sóng Một đầu của đường

đồng trục được tải bằng một bộ hấp thụ hình nêm nhằm làm ổn định dao động

Để ghép phù hợp vào hốc ống dẫn sóng, các mạch đồng trục cần phải đặt vào vị

λg/4 λg/2 λg/4

Từ trường

Chất dẫn ở tâm

đường đồng trục

trí từ trường cực đại của hốc Do đó, các cặp điốt cần phải cách nhau một nửa

Hốc cộng hưởng được tạo thành bởi cửa sổ điện cảm và pittông ngắn

mạch Sử dụng mạch này có thể nhận được công suất trung bình là 10,5W ở tần

số 9,1GHz với hiệu suất là 6,2% bằng cách cộng 12 điốt IMPATT Để tăng dung

lượng điốt, có thể đặt 2 hoặc nhiều điốt trên cả phía từ trường yếu như được thấy

ở hình 1.3 [5]

Hình 1.3 Mạch dung lượng 2 điốt của Kurokawa đã được thay đổi

Mạch tương đương được đơn giản hoá của bộ cộng gần tần số cộng hưởng

của hốc được mô hình hoá như hình 1.4 R, L, C dùng để mô tả hốc cộng hưởng

N1, N2, NN là các hệ số ghép giữa mỗi môdun đồng trục và hốc R0 mô tả điện

trở Eccosorb và dẫn nạp của linh kiện YD Đối với một hốc cộng hưởng HCN thì

tần cộng hưởng cho bởi:

2 2

2 ,

,

22

2

.2

p a

n

εà (1.2)

Trong đó:

+ a: Độ rộng ống dẫn sóng (trục x); b: Độ cao ống dẫn sóng (trục y);

+ c: Độ dài hốc cộng hưởng (trục z), với các số lẻ tương ứng (số mode)

m, n, p

Điốt λ/4

Hình 1.4 Mạch tương đương của bộ cộng hốc cộng hưởng

Các tần số hốc cộng hưởng có thể được tính toán một cách dễ dàng khi các

kích thước hốc cộng hưởng được cho trước Hốc sẽ được thiết kế sao cho các

mode lân cận rơi vào vùng tần số mong muốn sẽ có giãn cách thưa Ví dụ: ở

94GHz với a = 0,1; b = 0,05; nếu c = 1,5λgthì 3 mode rơi vào dải từ 70GHz đến

120GHz mà trong dải này các điốt IMPATT có điện trở âm (xem bảng 1.1)

Giãn cách các mode xấp xỉ 20GHz Nếu c = 3λgthì sẽ có 6 mode và giãn cách

giữa các mode xấp xỉ 10GHz

Bảng 1.1 Các tần số cộng hưởng của một hốc cộng hưởng băng-w

Khi tăng độ dài hốc, giãn cách giữa các mode sẽ giảm và khi đó cùng

một lúc nhiều mode được kích thích, thì về thực chất sẽ làm giảm hiệu suất cộng

Các môdun được ghép ở thành bên có thể được ưu tiên sắp xếp Tuy nhiên, các

môdun ghép ở thành bên có thể đặt tuỳ ý sao cho kích thích chỉ ở mode mong

Bộ cộng xây dựng theo khối có một cấu trúc gá điốt ống dẫn sóng đồng

trục ghép ngang Levin đã tiến hành phát triển đầu tiên phân tích lý thuyết cấu

trúc này [9] Khi thiết kế bộ cộng công suất các mạch tương đương của các bộ

cộng đã được Chang và Ebert sửa đổi và được kiểm tra bằng thực nghiệm [5]

Khối cấu thành bộ cộng là một cấu trúc gá điốt ống dẫn sóng đồng trục ghép

ngang Một cấu trúc chung đã được chỉ ra trên hình 1.5 và mạch tương đương

của nó trên hình 1.6 Đường đồng trục có các đường kính khác nhau trên các mặt

cắt cao và mặt cắt thấp, Z1, Z2, Z3 và Z4 là các trở kháng tải ở mỗi đầu một cách

tương ứng, Z0 là trở kháng đặc trưng của ống dẫn sóng, Z01 và Z02 là trở kháng

đặc trưng của các đường đồng trục Z0plà một thành phần cảm kháng do thanh

(post) trong ống dẫn sóng được kích thích bằng mode TE 0 Υ và ' Υp,Υ p tính

cho các ảnh hưởng ở chỗ nối ống dẫn sóng đồng trục

Hình 1.5 Cấu trúc gắn điốt ống dẫn sóng đồng trục

Với mạch tương đương này, trở kháng Z1N2 nhìn vào mạch tại vị trí điốt

có thể được tính toán bằng 3 cửa khác được tải Z2, Z3 và Z4 Tỉ số công suất R

được định nghĩa bằng R3 / R1 và được tính toán liên quan đến lượng công suất đi

đến tải so với lượng được tiêu tán ở tải đã được ổn định Z1 Mạch có thể được tối

ưu hoá để phối hợp trở kháng mạch với trở kháng điốt và làm giảm bớt công suất

tiêu tán trong mạch đã được ổn định

Bộ hấp thụ Eccsorb (Z1) được đặt tại đầu cuối môdun đồng trục đối diện

với điốt, nó dùng để ổn định mạch cộng Bộ hấp thụ Eccsorb có thể là hình nêm

để đạt được các mức trở kháng khác nhau Một đầu cuối hoàn toàn hình nêm sẽ

cho ta hoạt động ổn định nhất, nhưng trả giá là hiệu suất giảm bởi vì tiêu tán

A

d1

d2d

công suất Để nâng cao hiệu suất thì trở kháng tải cần phải được giảm sao cho

công suất tiêu tán trên tải nhỏ đi và công suất ghép ra ngoài ống dẫn sóng sẽ tăng

lên Tuy nhiên, trở kháng tải thấp thì thường dẫn đến ổn định kém Việc sử dụng

bộ hấp thụ Eccsorb làm nêm hoàn toàn, một phần hoặc dạng phẳng sẽ tuỳ thuộc

vào các mức trở kháng điốt khác nhau, các yêu cầu của mạch và các ứng dụng

Hình 1.6 Mạch tương đương của cấu trúc gắn điốt ống dẫn sóng đồng trục

Bộ cộng hốc cộng hưởng HCN có thể dùng đối với chế độ làm việc liên

tục (CW) hoặc xung ngắn Trong quá trình làm việc xung ngắn, tiêu tán nhiệt

của điốt thường không phải là vấn đề nhưng dạng xung của dòng thiên áp cho

mỗi điốt phải được điều chỉnh để giảm việc nhảy tần số mà ngược lại làm tăng

hiệu suất cộng [5] Mặt khác, công suất đầu ra chỉ được cộng một phần trong

khoảng thời gian có xung Còn trong quá trình làm việc liên tục, tiêu tán nhiệt do

các điốt ở gần có thể là nguyên nhân khắt khe làm tăng nhiệt trên điốt như vậy sẽ

làm giảm đi độ tin cậy Điều khiển nhiệt và toả nhiệt phù hợp là các tham số

thiết kế xác định cần xem xét trong các bộ cộng tín hiệu liên tục (CW)

b Các kết quả thực nghiệm

Từ khi có bộ cộng của Kurokawa rất nhiều nhà nghiên cứu đã tập trung

nhằm cải thiện và áp dụng mạch trong dải tần siêu cao tần và sóng milimét

Với điốt IMPATT hoạt động trong chế độ xung, một bộ cộng 2 điốt

băng-W đã được thực hiện tạo ra công suất 20,5băng-W ở 92,4GHz với hiệu suất cộng 82%

Các điốt làm việc với độ rộng xung 100-ns và chu kỳ 0,5% Mỗi điốt tạo ra xấp

l

2

l

Y’1:N

Z1N3 Z1N4

rộng dải tần trên 3GHz bằng việc cộng 4 điốt với công suất đầu ra riêng rẽ từ

125mW đến 150 mW [5] Các điốt đã được gắn trên các góc của hốc cộng hưởng

HCN làm việc trong mode TE101

1.2.2 Bộ cộng hốc cộng hưởng hình trụ

Các giải pháp cộng này thường được áp dụng ở dải sóng dm, cm và mm,

đặc biệt khi phải cộng nhiều điốt với nhau

Bộ cộng hốc cổng hưởng hình trụ được Harp và Stover đưa ra đầu tiên [8]

Bộ cộng hốc cổng hưởng hình trụ như hình 1.8, bao gồm một số các môdun đồng

trục giống nhau trên thiết bị ngoại vi của hốc cộng hưởng hình trụ

Công suất đầu ra đối với mỗi điốt sẽ được cộng bởi môdun đồng trục ghép

ngang và hốc cộng hưởng hình trụ Công suất được cộng sẽ được ghép tới tải

thông qua đầu dò cáp đồng trục trên hốc cộng hưởng và đầu chuyển đổi ống dẫn

sóng Sơ đồ cộng ở đây đã được thiết lập tốt và rất thành công ở dải tần số sóng

siêu cao tần do nó có kích thước nhỏ và cấu trúc đối xứng Tuy nhiên, ở tần số

cao hơn hốc cộng hưởng hình trụ sẽ ít đáp ứng yêu cầu do các lí do sau đây:

- Giới hạn về mode, điều này đưa đến việc cộng chỉ được một số lượng

nhỏ các điốt ở tần số cao bởi vì đường kính của hốc cộng hưởng ảnh hưởng đến

số lượng các điốt trong bộ cộng hình trụ Bằng việc tăng đường kính hốc cộng

hưởng sẽ bố trí được nhiều các điốt hơn, số mode trong một dải tần cho trước

cũng tăng lên nhanh chóng Ngược lại, hốc cộng hưởng HCN có thể bố trí nhiều

điốt bằng cách tăng chiều dài của hốc nhưng giữ nguyên hai kích thước kia Kết

quả là số mode bậc cao trong hốc cộng hưởng HCN sẽ tăng chậm hơn Một giải

pháp kỹ thuật để giải quyết vấn đề này là sử dụng hốc cộng hưởng mode bậc cao

để nhận được bộ cộng có hiệu suất cao [8]

- Đầu dò đồng trục vào-ra rất khó chế tạo ở tần số cao và nó có thể hạn

chế độ rộng dải tần và hiệu suất cộng nếu nó không được thiết kế và chế tạo

chính xác Với các lí do trên thì mọi nỗ lực chỉ giới hạn trong việc thực hiện

cộng lai (Hybrid) có khả năng cho độ rộng dải tần lớn (lớn hơn 5%), do vậy việc

thiết kế bộ cộng có thể đạt được mà không phụ thuộc vào đặc tính lai Bộ ghép

lai cũng cung cấp sự cách ly tốt giữa các nguồn, như vậy sự ảnh hưởng lẫn nhau

của thiết bị và các vấn đề về tính không ổn định trong quá trình làm việc nhiều

thiết bị được giảm đến mức tối thiểu.Vì vậy, phương pháp thiết kế được đưa về

thiết kế mạch lai và thiết kế môdun điốt Môdun điốt có thể là một mạch điốt

đơn hoặc một bộ cộng Phần này bàn về môdun điốt đơn và phân cấp môdun

cộng như sơ đồ cộng đa mức sẽ được bàn đến ở phần 1.7

Sơ đồ khối của bộ cộng ghép lai 3-dB được thấy ở hình 1.9

Hình 1.9 Sơ đồ khối bộ cộng ghép-lai

Nguồn (I)

Nguồn (II)

4 3

1

2

Trong nhiều trường hợp, bộ cộng được hoạt động trong chế độ khoá- tiêm

để đồng chỉnh pha Khi công suất đầu vào được đưa tới cổng 1 thì công suất sẽ

được ghép như nhau đối với cổng 2 và 3, còn cổng 4 được cách ly với cổng 1

Nếu cổng 2 và 3 được tải bằng một cặp bộ khuếch đại phối hợp thì khi một tín

hiệu được đưa tới cổng 1 sẽ được khuếch đại và được phản xạ lại từ các cổng 2,

3 Các sóng phản xạ sẽ được cộng thêm vào tại cổng 4 nhưng bị triệt tiêu tại

cổng 1 do mối quan hệ pha giữa hai sóng phản xạ Như vậy, công suất được đưa

tới cổng 1 sẽ được khuếch đại và được tích luỹ tại cổng 4

Quá trình phân tích ở [5] đã chỉ ra rằng công suất đầu ra của một bộ cộng

cos.2(10

( ) ( )

( ) ( / 20)

20 / 1

0

10.cos1

10.sintan

D

D

θ

θθ

+

= ư (1.4)

Trong đó:

D: hệ số chênh lệch công suất (dB);

θ: độ lệch pha từ mối liên hệ về pha phù hợp cần có để cộng tối ưu

hai nguồn công suất Trong một hệ thống thực tiễn, các sai số về biên độ và pha

có thể được quy cho là do các đặc tính khác nhau của các nguồn và các đặc tính

không lý tưởng của bộ ghép lai 3-dB Hiệu suất cộng từ cổng vào được cho bởi:

++

20 10

0

1012

10cos210

1

D

D D

Hình 1.10 chỉ ra các đặc tính đầu ra của bộ cộng ghép lai là một hàm của

hiệu đầu vào với độ lệch pha coi như một tham số [5] Hiệu suất cộng được tính

theo công thức trên và được vẽ như hình 1.11 Để hiệu suất cộng cao thì sai số

pha nghiêm trọng hơn nhiều so với sự không cân bằng biên độ của các nguồn

Hiệu suất cộng cao hơn 90% có thể đạt đ−ợc đối với sự thay đổi biên độ trong

một phạm vi lớn miễn là sai số pha giữ không quá 300

Hình1.10 Đặc tính đầu ra của bộ ghép lai

Hình 1.11 Hiệu suất cộng công suất của bộ cộng ghép-lai

Nếu bộ cộng đ−ợc sử dụng nh− một bộ dao động hơn là một bộ khuếch

đại thì khi số l−ợng các nguồn đầu vào tăng lên, dẫn đến bộ cộng khó hoạt động

hơn nhiều ở điểm làm việc tối −u với cùng tần số dao động Do đó, một chế độ

làm việc khoá-tiêm hoặc ổn định sẽ phù hợp hơn để cộng một số lớn các nguồn

đầu vào dùng bộ ghép lai

Bây giờ ta xem xét một bộ khuếch đại cộng lai đối xứng với K tầng Số

các bộ khuếch đại riêng lẻ đòi hỏi là:

N = 2K (1.6)

Công suất được cộng tại đầu ra của bộ cộng với mỗi môdun có hệ số

khuếch đại Gi và công suất đầu ra Pi khi này sẽ là [11]:

i

i

k k

Trong đó: Lh: là hệ số tổn hao chèn liên quan đến lai (mỗi đường) Nó sẽ

được xem xét đối với một ghép lai có tổn hao (Lh >1) và có hệ số khuếch đại

môdun hữu hạn (Gi < ∞), số tầng ghép lai có thể sử dụng để cộng là giới hạn

Công suất được cộng không thể tăng lên một cách tuỳ tiện mà phải căn cứ vào

việc tăng số K Điều này đưa ra một giới hạn cho công suất đầu ra có

thể nhận được với phương pháp này Để minh hoạ cho điều này, ta định nghĩa

hiệu suất cộng công suất toàn phần là:

Ρ

i

k h k

h i

add T

G

L L

N

2

1

η (1.8)

Hiệu suất cộng công suất toàn phần được định nghĩa bằng tỉ số công suất

thực ở đầu ra bộ cộng trên công suất của N thiết bị Hiệu suất này được vẽ đối

với hệ số khuếch đại của môdun là 6dB và 15dB như hàm của K và hệ số tổn hao

chèn vào Lh ở hình 1.12

Hình 1.12 Hiệu suất cộng của bộ khuyếch đại được cộng- lai

L=0.2dB L=0.4dB L=0.6dB L=0.2dB

L=0.4dB L=0.6dB

Đối với hệ số khuếch đại môdun 6-dB, hiệu suất cộng là rất thấp Tuy

nhiên, đối với hệ số khuếch đại 15-dB, hiệu suất cộng là rất cao và có thể cộng

số lượng lớn các tầng với hiệu suất toàn phần rất tốt

Việc phân tích ở trên đã cung cấp cho việc thiết kế chính xác một bộ cộng

ghép lai Cân bằng biên độ và mối liên hệ pha phù hợp cần phải đạt được giữa

các nguồn riêng lẻ tại cùng tần số Do đó, trong phát triển bộ cộng, đòi hỏi phải

có cấu hình hốc riêng hoặc cấu hình môdun để bám phù hợp về biên độ, pha và

tần số Khi số thiết bị tăng thì khó khăn trong việc đạt được mối liên quan theo

yêu cầu giữa các nguồn cũng tăng Sự tổn hao chèn của bộ ghép lai cũng đưa ra

một giới hạn trên về số lượng các bộ khuếch đại được cộng Nhưng tiếc rằng, sự

tổn hao đó lại tăng lên cùng với tần số Do đó, phương pháp lai gần như không

được ưa chuộng đối với việc cộng một số lượng lớn các thiết bị, đặc biệt là ở tần

số cao hơn

Các dạng của bộ ghép lai 3-dB bao gồm có bộ ghép kiểu Wilkinson hai

đường, bộ ghép nhánh, bộ ghép “bẫy chuột”(rat-race) đã được xây dựng rất

thuận tiện trên mạch vi dải hoặc mạch tích hợp sóng milimét Mạch ghép lai

khe-ngắn mạch (short-slot) được phổ biến hơn trong dạng ống dẫn sóng Bộ ghép

3-dB cũng có thể được xây dựng trên thiết bị ống dẫn sóng điện môi

• Tổng kết lại bộ cộng ghép lai có những ưu điểm sau:

- Thiết kế dễ hiểu và có cấu trúc mạch đơn giản

- Nó có tiềm năng độ rộng dải tần lớn (lớn hơn 5%) Độ rộng dải tần phụ thuộc

vào độ rộng dải của môdun điốt và sự mất cân bằng pha/biên độ của mạch

ghép lai

- Nó có sự cách ly giữa cổng với cổng cao, vì vậy sự ảnh hưởng giữa các thiết bị

đã được giảm đi tối thiểu Sự cách ly phụ thuộc vào bộ ghép lai và thường lớn

hơn 20dB

• Nhược điểm của bộ cộng ghép lai như sau:

- Chỉ cộng được cực đại là 4 môdun do các vấn đề về tổn hao và pha

- Bộ cộng tương đối lớn so với các bộ cộng khác

- Giới hạn trên của tần số đối với bộ cộng ghép lai ống dẫn sóng là khoảng

140GHz do tổn hao của bộ ghép lai Tuy nhiên, bộ ghép ống dẫn sóng điện môi

có thể được dùng lên đến tần số tới 300GHz

- Nó có tổn hao đường dẫn

1.3.2 Bộ cộng ghép chuỗi

Các giải pháp cộng này thường được áp dụng ở dải sóng dm, cm và mm

Bộ cộng ghép chuỗi có cấu hình được thấy ở hình 1.13 [5] Công suất đầu

ra từ các bộ dao động 1, 2, , N được ghép thông qua các bộ ghép định hướng

D1, D2, , Dn đến đường truyền chính Nếu bỏ qua sự tổn hao, hệ số ghép cần

thiết cho thấy rằng: các tầng khác được cộng vào bằng cách nối đơn giản nguồn

mới vào tuyến sau tầng thứ N Nhưng ở tần số cao, việc kết hợp các bộ ghép

khác nhau và các bộ dịch pha khác nhau là rất khó

Kết quả thực nghiệm: Việc dùng sơ đồ cộng ghép lai đã được thực hiện ở

tần số sóng milimét băng-W và băng-V Kuno và English đã công bố đầu tiên bộ

cộng 4 điốt ở tần số 60GHz [11] Một bộ khuếch đại 2 tầng đã được thực hiện,

trong đó sử dụng bộ cộng 2 điốt cho tầng đầu tiên và bộ cộng 4 điốt cho tầng thứ

Bộ khuyếch đại IMPATT

Bộ khuyếch đại IMPATT

Bộ phối hợp ghép lai

đầu cuối

Tầng ra bộ cộng công suất Tầng bộ kích thích

Công suất liên tục ở đầu ra đạt được 1W, với hệ số khuyếch đại tín hiệu

nhỏ 22dB và độ rộng dải tần là 6GHz trong dải 60GHz Sơ đồ khối bộ khuyếch

đại được mô tả ở hình 1.14 Sau đó bộ khuyếch đại đã được hoàn chỉnh để tạo ra

CW là 2,5W ở tần số 61GHz bằng cách sử dụng 4 điốt IMPATT kép công suất

Các bộ cộng không cộng hưởng-N đường bao gồm các cấu hình mạch

Wilkinson, ống dẫn sóng hình nón, đường-tia và Rucker Nói chung, bộ cộng

không cộng hưởng- N đường có ưu điểm về độ rộng dải tần lớn Nhưng nó lại

vấp phải các vấn đề về mode và sự cách ly Vật liệu điện trở cần thiết thường

được đưa vào giữa các linh kiện hoặc đưa vào hộp để tăng sự cách ly giữa các

linh kiện tích cực và tránh kích thích các mode bậc cao Vì lí do này, bộ cộng

không cộng hưởng-N đường khó thực hiện được ở tần số trên 60GHz

1.4.1 Bộ cộng Wilkinson và đường tia

Bộ cộng/chia công suất theo kiểu Wilkinson được minh họa trên hình

đặc trưng Ν Ζ0, các đường đó có độ dài là λ/4 Sự cách ly giữa N cổng được

thực hiện bằng cách là nối hình sao điện trở tới N cổng

Hình 1.15 Bộ cộng N- đường kiểu Wilkinson

Vấn đề với các điện trở cách ly Wilkinson là ở tần số cao nó không thể nối

tất cả các điện trở trong mạch planar Để giải quyết vấn đề này người ta đã đưa

Μ

°

°

.

điểm trung tính

Bộ cộng được thực hiện bởi Russel và Harp ở băng-X [12] và nó cũng có

tiềm năng rất lớn đối với các ứng dụng dải tần rộng Sơ đồ bộ cộng công suất

ống dẫn sóng hình nón được mô tả ở hình 1.17 Bộ cộng công suất ống dẫn sóng

hình nón đối với các thiết bị “2 đầu cuối” gồm có một cấu trúc ghép-đầu dò

vào-ra, một ống dẫn sóng hình nón và các môdun gắn điốt Các điốt có thể được gắn

trực tiếp trong ống dẫn sóng hình nón hoặc được gắn trong ống dẫn sóng HCN

sau đó được gắn tới ống dẫn sóng hình nón Tín hiệu đầu vào từ bộ xoay vòng

(circulator) sẽ được ghép bằng một đầu dò ống dẫn sóng tới đường hình nón Khi

đó sóng TEM sẽ truyền lan xuống tới ống dẫn sóng hình nón và năng lượng của

nó được chia cho các môdun điốt Mỗi môdun điốt làm việc như một bộ khuyếch

đại phản xạ Công suất được khuếch đại sau đó được cộng đồng pha tại ống dẫn

sóng hình nón và đi ngược tới bộ mạch vòng Bất kỳ tính không đồng nhất và

tính gián đoạn đều tạo ra các mode bậc cao, nó sẽ làm giảm hiệu suất cộng Các

bộ lọc mode có thể được liên kết trong ống dẫn sóng hình nón bằng việc gia

công các khe đồng tâm phối hợp trở kháng ở chóp nón ngoài để nén các mode

bậc cao Các khe đồng tâm lấp đầy bằng các vật liệu gây tổn hao

Cấu hình này bao gồm nhiều đầu chuyển đổi khác nhau: từ ống dẫn sóng

HCN tới ống dẫn sóng đồng trục, từ đường đồng trục tới ống dẫn sóng hình nón

và từ ống dẫn sóng hình nón tới ống dẫn sóng HCN Các chuyển đổi này cần

phải được thiết kế tốt để duy trì hoạt động dải rộng và hạn chế tối thiểu kích

thích của các mode bậc cao

Các thành phần trường của các mode khác nhau trong ống dẫn sóng hình

nón có thể được tìm thấy bằng việc giải các phương trình Maxwell và các

phương trình Helmholtz trong hệ toạ độ cầu [5] Mode trội hơn là mode TEM,

với độ dài bước sóng của tần số cắt vô hạn thì các thành phần tồn tại của nó là:

jkr e

θθ

1

2cot

2

cotln

2 1

(1.9)

e jkr

=Η

θ

1.2

2cot

2

cotln60

Mức trở kháng này có thể được thiết kế để phối hợp trở kháng đường đồng

trục và trở kháng ống dẫn sóng tại các chỗ tiếp giáp Mặc dù bộ cộng hình nón

có ưu điểm độ rộng dải tần rộng, nhưng nó có nhược điểm sau:

- Nó có các vấn đề về mode và đòi hỏi có các bộ lọc mode

- Nó có các vấn đề về sự cách ly với các linh kiện tích cực

- Cấu trúc của nó dẫn đến khó thiết kế và xây dựng đối với các tần số trên

60 GHz

Một vài các bộ cộng công suất hình nón đã được xây dựng từ băng-X tới

băng-Ka Bộ cộng 8 điốt băng-X đã được thực hiện với độ rộng băng 15% và độ

tăng ích 6-dB [12] ở băng-Ku, một bộ cộng 8 điốt được xây dựng sử dụng các

điốt IMPATT GaAs để tạo ra 17,9W công suất đầu ra ở 14,6 GHz [12]

1.4.3 Bộ cộng Rucker

Rucker đã mô tả kỹ thuật cộng không cộng hưởng N- đường và sau đó

Kurokawa đã phân tích [5] Kỹ thuật này cho bộ cộng 5 điốt sử dụng 5 đường

truyền đồng trục, mỗi đường truyền có độ dài gần 1/4 bước sóng (hình 1.18)

được tải bằng linh kiện và được bố trí dạng tia xung quanh mạch nguồn chung và

mạch ra chung Điện trở Rổnđịnh được nối vào lõi giữa của cáp đồng trục để

hạn chế tối thiểu sự mất ổn định Tụ Cc giữa đĩa ghép đầu ra và mỗi lõi giữa của cáp đồng trục cho độ ghép cần thiết với tải chung RL

Đầu ra công suất CW vượt quá 4W ở tần số 7GHz và 3W ở 9GHz đã được

chế tạo sử dụng các điốt 0,5W đến 1W [5]

1.5 Các bộ cộng mức chip

Cộng công suất có thể nhận được bằng việc sử dụng một cấu hình đa chip

bao gồm hai hoặc nhiều hơn các chip linh kiện tích cực độc lập được kết nối với

nhau để đạt được dao động ổn định hoặc khuếch đại với đầu ra công suất cao

hơn Bộ cộng mức chip đầu tiên do Josenhans đưa ra [13] là bộ cộng ba điốt

IMPATT nối tiếp về điện và song song về nhiệt trên một bộ tản nhiệt kim cương

Cách bố trí này cho trở kháng tổng thể cao và điện trở nhiệt thấp Bộ cộng có

công suất ra 4,5W ở tần số 13GHz với hiệu suất cộng 6,4% đã được công bố

Hạn chế cơ bản của việc cộng mức chip là phối hợp trở kháng mạch và sự tương

tác của linh kiện

Khi tần số tăng lên thì kích thước bên trở nên nhỏ đi và sự tương tác về

nhiệt giữa các linh kiện có thể sẽ hạn chế số các điốt được cộng

Hình 1.19 (a) Cấu trúc bộ cộng mức chip, (b) Cộng qua dãy điốt

đầu ra chung

Có lẽ bộ cộng mức chip thành công nhất đã được Rucker đưa ra[5] Cấu

trúc bộ cộng được thấy ở hình 1.19a Các tụ điện thạch anh đã được đặt song

song với mỗi chip điốt để tránh vấn đề mất ổn định gắn với sự tương tác đa chip

Một kỹ thuật tương tự sử dụng phương pháp dãy điốt song song được thực

hiện bởi Swan [5], các điốt được xắp xếp trên một diện tích nhỏ sẽ được xem xét

như một điốt đơn xuất phát từ điểm RF (hình 1.19b) Do đó, chỉ cần một mạch

điều khiển đơn là đủ để hoạt động Dãy điốt có thể được chế tạo bằng xử lý theo

khối để cải thiện độ tin cậy Tuy nhiên khi tần số tăng, thì kích thước cạnh bên

của dãy điốt sẽ không dài mà nhỏ so với độ dài bước sóng, mỗi điốt sẽ không

chia sẻ môi trường điện từ giống nhau Phối hợp trở kháng giữa dãy điốt và mạch

trở nên rất khó do các dãy đa điốt có trở kháng thấp Trong dải sóng milimét,

kích thước cạnh bên của dãy điốt trở nên tương đối nhỏ kết quả là tạo ra tương

tác nhiệt giữa các điốt

1.6 Các bộ cộng trong không gian

Các giải pháp cộng này thường được áp dụng ở dải sóng m, dm, cm và

mm

Các bộ cộng kiểu này sử dụng mối quan hệ pha phù hợp của nhiều phần tử

bức xạ để cộng công suất trong không gian Công suất được cộng có thể được

thu thập hoặc bằng anten khác nhau hoặc được phản xạ hoàn toàn từ mục tiêu

trong hệ thống rađa Một ví dụ là anten mạng pha nơi có số lượng lớn các bộ

khuyếch đại công suất được sử dụng để tạo ra một dãy mặt mở phát xạ tích cực

Một bộ cộng trong không gian được Staiman thực hiện thành công ở 410 MHz

[5] để cộng một trăm bộ khuếch đại transistor với hệ số khuếch đại 4,75dB và

công suất đầu ra 100W Sự sắp xếp dãy được chỉ ra trên hình 1.20 Công suất

được cộng bằng cách sử dụng một dãy các phần tử bức xạ rất nhỏ, được lắp gần

nhau với mỗi phần tử được cung cấp bởi một thiết bị tích cực Công suất đầu ra

của mỗi linh kiện được phát xạ và việc cộng công suất sẽ xảy ra trong không

gian tự do

Gần đây một dãy tích cực ở 35GHz đã được Durkin phát triển [5], nó cộng

trong không gian công suất từ các bộ dao động IMPATT xung được tích hợp với

một anten làm trên mạch in Sơ đồ khối và mạch dãy anten của bộ cộng được

thấy ở hình 1.21

Hình 1.21 Sơ đồ khối bộ cộng trong không gian 35-GHz

Dãy anten gồm có 32 phần tử phát xạ ảnh trên một mặt mở có đường kính

5,5 inch Dãy được chia thành các cung một phần tư cho hoạt động xung đơn và

mỗi một phần tư được cung cấp bởi một bộ dao động IMPATT xung hoạt động

theo phương thức khoá-tiêm Một bộ kích thích hai tầng sẽ cung cấp tín hiệu

khoá-tiêm và được phân bố tới các bộ dao động trên mặt mở qua bộ so đơn xung

λ/4

a AMP

b Array elemen

Hình 1.20 Cộng công suất RF trong không gian tự do sử dụng một dãy

được cung cấp độc lập, các ngẫu cực được đặt sát vào nhau

Đầu ra với một công suất xung khoá-tiêm là 36W đã đạt được với một độ tăng

ích 29dB

1.7 Bộ cộng đa mức

Trong thực tế, số lượng cực đại các linh kiện có thể được cộng sẽ bị giới

hạn bởi mode, sự tương tác thiết bị và các vấn đề về tổn hao Ví dụ như các vấn

đề về mode sẽ giới hạn số các điốt (hoặc kích cỡ cực đại của hốc cộng hưởng)

của các bộ cộng cộng hưởng Trong các bộ cộng ghép lai thì tổn hao xen vào ở

ghép lai khe ngắn 3dB đưa ra một giới hạn trên cho các nguồn có thể được cộng

(a) (a)

(b)

Hình 1.22 (a) Quy trình mức của bộ cộng đa mức, (b) Cộng đa mức hình cây

Để tăng thêm công suất đầu ra thì cần phải sử dụng các kỹ thuật cộng theo

các kiểu khác nhau Một quy trình lôgíc của cộng đa mức được chỉ ra trên hình

1.22a và phép cộng quy mô lớn 4 mức ở hình 1.22b Dựa vào sơ đồ ta thâý các

bộ cộng mức chip làm việc như kỹ thuật cộng mức một Bộ cộng cộng hưởng có

thể được sử dụng để cộng một vài môdun bộ cộng mức chip và nó làm việc như

cộng mức hai Các môdun bộ cộng cộng hưởng sau đó được kết hợp lại bằng kỹ

Các bộ cộng

mức chip

Các bộ cộng cộng hưởng

Các bộ cộng không cộng hưởng

Các bộ cộng không gian

Μ

Bộ cộng hốc cộng hưởng

Bộ cộng hốc cộng hưởng

Μ

Bộ cộng hốc cộng hưởng

Bộ cộng hốc cộng hưởng

Bộ cộng không cổng hưởng

Bộ cộng không gian Out put

thuật cộng không cộng hưởng ví dụ như các phương pháp cộng ghép lai hoặc các

phương pháp cộng ống dẫn sóng hình nón Mức cuối cùng hoặc bộ cộng không

gian, nó cộng một vài các bộ cộng không cộng hưởng, như vậy công suất đầu ra

của hàng trăm điốt có thể được cộng với nhau Tần số của các môdun bộ cộng sẽ

được chỉnh hoặc khoá-tiêm để tạo ra một đầu ra tương can

Bộ cộng đa mức đầu tiên được Yen và Chang thực hiện là bộ cộng hai mức

như ở hình 1.23 [5]

Bốn bộ cộng ống dẫn sóng cộng hưởng hai điốt được cộng thông qua bốn

bộ ghép lai và một bộ chuyển đổi bốn đường Công suất đầu ra của mỗi bộ cộng

hai điốt là khoảng 20W đến 23W công suất đỉnh tại 92,6GHz Tần số hoạt động

của bốn bộ cộng hốc ống dẫn sóng cần phải được phối hợp tốt trong vòng một

vài trăm MHz trước khi chúng được kết hợp bằng các bộ ghép lai Công suất đầu

ra đỉnh được cộng là 63W ở 92,6GHz từ tám điốt Gần đây đã phát triển bộ cộng

120 điốt Gunn sử dụng kỹ thuật cộng tương tự để đạt 436mW công suất ở tần số

23GHz [5] Công suất ra cực đại từ 1 điốt đơn có thể rất thấp chỉ từ 4mW đến

6mW

1.8 Các kỹ thuật cộng khác

1.8.1 Bộ cộng ống sóng dẫn điện môi

Các giải pháp cộng này thường được áp dụng ở dải sóng dm, cm và mm

Gần đây, hốc điện môi đã được sử dụng để cộng hai điốt với nỗ lực để

giảm giá thành và giảm sai số về cơ khí [5]

Từ hình 1.24 ta thấy mỗi điốt Gunn được đặt trong một nền silicon điện

trở cao Thanh điện môi hình chữ nhật làm việc như một bộ cộng hưởng chính để

ghép công suất đã cộng ra Điều hưởng tinh được tiến hành bằng một pittông

ngắn mạch Với cách bố trí này có thể nhận được công suất ra là 235mW ở (tần

số) băng-X Mức công suất ra này gần bằng 4 lần công suất ra của 1 điốt đơn bởi

vì trong bộ cộng đã phối hợp trở kháng tốt hơn so với mạch thử 1 điốt đơn

Phương pháp cộng này có thể áp dụng lên tần số cao của dải sóng milimét

Hình 1.24 Bộ cộng điốt Gunn trong hốc điện môi

Nắp

điốt Gunn

Thanh điện môi HCN

Kỹ thuật cộng này gồm một hoặc vài môdun cặp điốt làm việc trong chế

độ “đẩy-kéo” (ở điểm ghép tải, các trường hoặc các dòng được cộng đồng pha)

Cặp “đẩy-kéo” có thể được nối nối tiếp hoặc nối song song bằng cách sử dụng

phương pháp cộng công suất thông thường Khi tất cả trong chế độ hoạt động

“đẩy-kéo” thì tất cả lượng hài lẻ được nén Kết quả là nó có điện trở âm cao hơn,

hiệu suất cao hơn và dải tần rộng hơn Các chế độ làm việc “đẩy-kéo” đã được

công bố trong các linh kiện IMPATT, Gunn và FET ở dải sóng milimét [5], [6]

Hình 1.25 trình bày một cấu hình nối hai chip điốt IMPATT [6] Mức trở

kháng của mỗi cặp điốt được nhân đôi và khả năng công suất ra cực đại của linh

kiện được tăng lên 4 lần Với mạch này có thể nhận được dải tần 3GHz và hệ số

khuyếch đại 3-dB ở tần số 7,75GHz trên mạch tích hợp siêu cao tần (MIC) từ hai

điốt GaAs IMPATT

1.8.3 Bộ cộng mạch cộng hưởng CAP - “mũ”

Các giải pháp cộng này thường được áp dụng ở dải sóng dm, cm và mm

Các mạch cộng hưởng CAP có thể được sử dụng để cộng các điốt Gunn

Hình1.26 trình bày cấu hình bao gồm hai cấu trúc cộng hưởng CAP được gắn

trong ống dẫn sóng chung với 1 điốt Gunn được lắp dưới mỗi CAP [6] Có thể

nhận được gần 80mW công suất sử dụng 2 điốt Gunn 50mW ở tần số 73GHz

Kỹ thuật cộng này đã mở rộng tới tần số 90GHz khi cộng 4 điốt Gunn InP với

công suất ra 260mW và hiệu suất cộng 93% [6]

Hình 1.26 Cấu trúc cộng hưởng CAP với điốt Gunn được lắp dưới mỗi CAP

Điốt Gunn Lá tản nhiệt

Rẽ mạch RF Thiên áp

Đĩa

1.8.4 Bộ cộng ống dẫn sóng planar

Hình 1.27 minh họa một bộ cộng băng-Ka trong mạch planar [6] Mạch

planar được áp dụng cho cấp thiên áp và phối hợp trở kháng, ở đó mạch cộng

hưởng được tạo bởi ống dẫn sóng Các bộ cộng công suất 2 và 4 điốt đã được

thực hiện Với bộ cộng kiểu này có thể nhận được công suất ra lên đến 630mW ở

tần số 34GHz với hiệu suất cộng là 98%

1.8.5 Bộ cộng phân bố

Hình 1.28 giới thiệu một ví dụ của một bộ cộng mạch phân bố [6] Thay

vào việc ghép các đầu ra điốt bằng đường đồng trục, các điốt ở đây là một phần

tử của mạch cộng hưởng mà kết quả là có ít mode kí sinh (parasitic) hơn và

mạch có hệ số phẩm chất thấp hơn Như vậy có thể nhận được dải tần rộng hơn

Một bộ cộng 4 điốt đã được công bố để lấy ra 5W ở 10GHz với hiệu suất cộng

100% và dải tần khóa 400- MHz cho hệ số khuyếch đại 10dB

Một bộ cộng 6 điốt đã được xây dựng ở tần số 14,5GHz trong hốc cộng

hưởng điện môi tròn tạo ra 11W với hiệu suất cộng 70%

Màn ngăn

Điốt Lá toả nhiệt

Hình 1.27 Bộ cộng ống dẫn sóng-Planar

Mạch planar

Vị trí IMPATT

Điện trở tạo sự

ổn định

Khe làm suy giảm