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 quy trình thiết kế các sản phẩm sử dụng phần mềm thiết kế mạch siêu cao tầ

B4: Sau khi chạy xong quá trình thiết kế, trên thanh Menu của Schematic chọn Push Into Hierarchy để đ−a ra sơ đồ nguyên lý của mạch.. B3: Chọn "Design asisstant" Tab để chạy quá trình th

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

Mục lục

TrangPhần I: Thiết kế bộ chuyển mạch hạn chế đài rađa 55Ж6……….3 Phần II: Thiết kế bộ khuếch đại cao tần dải rộng đài rađa 55Ж6………17 Phần III: Thiết kế bộ hạn chế công suất trong tuyến thu đài rađa ∏- 37…….27 Phần IV: Thiết kế bộ khuếch đại tạp thấp trong tuyến thu đài rađa ∏- 37… 36 Phần V: Thiết kế bộ dao động VCO trong tuyến thu đài rađa ∏- 37……… 41 Phần VI: Thiết kế bộ trộn tần cân bằng trong tuyến thu đài rađa ∏- 37…….47 Phần VII: Thiết kế bộ cộng/chia công suất kiểu Wilkinson

trong tuyến thu đài rađa ∏- 37………51 Phần VIII: Thiết kế bộ lọc thông dải dải sóng cm……… 56

Phụ lục: Một số kết qủa mô phỏng sử dụng phần mềm ADS2005A

SO DO NGUY EN LY MACH HAN CHE CONG SUAT

2

1

4 3

Y 2 5 435 036

Y 1 5 435 043

Xung dieu khien 2

Xung dieu khien 1

7

3,6 5

B2: Từ màn hình hiển thị của Schematic chọn Design Guide -> Passive Circuit

Từ Palettes chọn Component palette - RLC -> Lấy linh kiện từ Palette đặt vào sơ đồ Schematic:

B4: Sau khi chạy xong quá trình thiết kế, trên thanh Menu của Schematic chọn Push Into Hierarchy để đ−a ra sơ đồ nguyên lý của mạch

Sơ đồ nguyên lý của mạch nh− sau:

B5: Trên panel sơ đồ nguyên lý chọn Layout -> Generate/Update layout để

đ−a ra sơ đồ layout Từ sơ đồ layout này ta có thể thay đổi một số tính chất cho phù hợp với mục đích thiết kế

B6: Chọn "Simulation asisstant" Tab để mô phỏng mạch thiết kế

Bảng các tham số mô phỏng hiện ra, ở đây ta có thể nhập vào các tham số để mô phỏng (start frequency, stop frequency, step frequency) nh− hình sau:

Note: Change A->B provides performance over the range from marker A to B T he change of

F, L and imag(Zin) are given.

Need Help? Please see the Passive Circuit DesignGuide User Manual for complete instructions on using this Display Assistant T he Display Assistant Chapter provides general-use instructions, and specifics for this Display Assistant are found in the component documentation

M1 Zin (A -> B)

L

Zin 0.000 + j106.311

84.600 Desired L (nH) Actual L

Desired L

B3: Chọn "Design asisstant" Tab để chạy quá trình thiết kế

B4: Trên thanh Menu của Schematic chọn Push Into Hierarchy để đ−a ra sơ đồ nguyên lý của mạch

Sơ đồ nguyên lý của mạch nh− sau:

B5: Trên panel sơ đồ nguyên lý chọn Layout -> Generate/Update layout để

đ−a ra sơ đồ layout Từ sơ đồ layout này ta có thể thay đổi một số tính chất cho phù hợp với mục đích thiết kế

B6: Chọn "Simulation asisstant" Tab để mô phỏng mạch thiết kế

Bảng các tham số mô phỏng hiện ra, ở đây ta có thể nhập vào các tham số để mô phỏng (start frequency, stop frequency, step frequency) nh− hình sau:

Note: Change A->B provides performance over the range from marker A to B T he change of

F, C and imag(Zin) are given.

Need Help? Please see the Passive Circuit DesignGuide User Manual for complete instructions on using this Display Assistant T he Display Assistant Chapter provides general-use instructions, and specifics for this Display Assistant are found in the component documentation

B9: Chọn "Design asisstant" Tab để chạy quá trình thiết kế sau khi đã tối −u Trên thanh Menu của Schematic chọn Push Into Hierarchy để đ−a ra sơ đồ nguyên lý của mạch sau khi đã tối −u Sơ đồ nguyên lý của mạch sau khi đã tối −u nh− sau:

B10: Trên panel sơ đồ nguyên lý chọn Layout -> Generate/Update layout để

đ−a ra sơ đồ layout sau khi đã tối −u Từ sơ đồ layout này ta có thể thay đổi một số tính chất cho phù hợp với mục đích thiết kế

B11: Chọn "Simulation asisstant" Tab để mô phỏng mạch thiết kế sau khi đã tối ưu Sau đó xem kết quả mô phỏng sau khi đã tối ưu

Note: Change A->B provides performance over the range from marker A to B T he change of

F, C and imag(Zin) are given.

Need Help? Please see the Passive Circuit DesignGuide User Manual for complete instructions on using this Display Assistant T he Display Assistant Chapter provides general-use instructions, and specifics for this Display Assistant are found in the component documentation

M1 Zin (A -> B)

3.160 Desired C (pF)

Actual C

Desired C

Các bước thiết kế tụ có giá trị 1,08 pF tương tự như trên, trong đó tại bước 2 ta thay giá trị tụ của MICapS là 1,08 pF

B3: Chọn "Design asisstant" Tab để chạy quá trình thiết kế

B4: Sau khi chạy xong quá trình thiết kế, trên thanh Menu của Schematic chọn Push Into Hierarchy để đ−a ra sơ đồ nguyên lý của mạch

Sơ đồ nguyên lý của mạch nh− sau:

B5: Trên panel sơ đồ nguyên lý chọn Layout -> Generate/Update layout để

đ−a ra sơ đồ layout Từ sơ đồ layout này ta có thể thay đổi một số tính chất cho phù hợp với mục đích thiết kế

B6: Chọn "Simulation asisstant" Tab để mô phỏng mạch thiết kế

Bảng các tham số mô phỏng hiện ra, ở đây ta có thể nhập vào các tham số để mô phỏng (start frequency, stop frequency, step frequency) nh− hình sau:

Marker M1 Marker M2 Change/Worst A->B

Desired Center Frequency Actual Center Frequency

-4.4709211 -4.4709211

-4.3823624 -4.3823624

20.00 C(dB)=

Need Help? Please see the Passive Circuit DesignGuide User Manual for complete instructions on using this Display Assistant T he Display Assistant Chapter provides general-use instructions, and specifics for this Display Assistant are found in the component documentation

F

Phần ii: Thiết kế bộ khuếch đại cao tần

dải rộng đài rađa 55 Ж6

1 sơ đồ nguyên lý bộ khuếch đại cao tần dải rộng đài

3 2

1 E1

E2

L L7

L=72 nH

L L6

L=72 nH

L L5

L=15 nH

L L4

L=45 nH

L L3

C=4700 pF

Amplifier2 T1

L L1

C C4

C=100 pF

C C8

C=18 pF

C C9

C=20 pF

C C6

C=2.2 nF

C C2

C=4700 pF

R R1

R=170 Ohm

R R2

R=170 Ohm

C C3

C=4700 pF

C C5

C=100 pF

C C7

C=2.2 nF

L L2

Amplifier2 T2

R R3

R=100 Ohm Port P2

Port P3

2 Các bước thiết kế

Các linh kiện cần thiết kế trên mạch dải gồm:

Ngoài ra, ta phải thiết kế thêm mạch lọc dải thông tại tần số trung tâm

Từ Palettes chọn Component palette - Couplers -> Lấy linh kiện từ Palette đặt vào sơ đồ Schematic:

B4: Trên thanh Menu của Schematic chọn Push Into Hierarchy để đ−a ra sơ đồ nguyên lý của mạch

Sơ đồ nguyên lý của mạch nh− sau:

B5: Trên panel sơ đồ nguyên lý chọn Layout -> Generate/Update layout để

đ−a ra sơ đồ layout Từ sơ đồ layout này ta có thể thay đổi một số tính chất cho phù hợp với mục đích thiết kế

B6: Chọn "Simulation asisstant" Tab để mô phỏng mạch thiết kế

Bảng các tham số mô phỏng hiện ra, ở đây ta có thể nhập vào các tham số để mô phỏng (start frequency, stop frequency, step frequency) nh− hình sau:

K =

Marker M1 Marker M2 Change/Worst A->B

Desired Center Frequency Actual Center Frequency

-3.4 -3.0

-3.4 -3.0

Magnified A->B Magnified A->B Magnified A->B Magnified A->B

1.000

F S11 S21 S31 S22 S23

2.3 Thiết kế bộ lọc dải thông:

B1: Mở ADS -> Chọn Schematic

B2: Từ màn hình hiển thị của Schematic chọn Design Guide -> Filter

Từ Palettes chọn Component palette - all -> Lấy linh kiện từ Palette đặt vào sơ

đồ Schematic:

- Chọn bộ lọc dải thông thấp DA_LCBandpassDT_untitled1 Bấm đúp vào biểu t−ợng bộ lọc trên màn hình, sau đó chọn N (số mắt lọc) = 3

Sơ đồ nh− sau:

B3: Từ cửa sổ Filter DesignGuide, chọn "Filter asisstant" Tab Sau đó thay đổi các tham số: Tần số Fs1: 150MHz; Tần số Fp1: 180MHz; Tần số Fs1: 220MHz; Tần số Fp1: 250MHz; Mức suy giảm trong dải: 1dB; Mức suy giảm ngoài dải: 20dB Sau đó ấn nút Design để chạy quá trình thiết kế

B4: Sau khi chạy xong quá trình thiết kế, trên thanh Menu của Schematic chọn Push Into Hierarchy để đ−a ra sơ đồ nguyên lý của mạch Sơ đồ nguyên lý của mạch nh− sau:

B5: Chọn "Simulation asisstant" Tab để mô phỏng mạch thiết kế

Bảng các tham số mô phỏng hiện ra, ở đây ta có thể nhập vào các tham số để mô phỏng (start frequency, stop frequency, step frequency) nh− hình sau:

B6: Xem kết quả mô phỏng

2.3 Mô phỏng mạch khuếch đại 55 Ж6

B1: Mở ADS -> Chọn Schematic

B2: Từ màn hình hiển thị của Schematic chọn các linh kiện và vẽ lại mạch nh− sơ đồ sau: (xem chi tiết sơ đồ này tại trang cuối cùng)

B5: Sau khi điều chỉnh các linh kiện trong mạch, kết qủa mô phỏng ta thấy dải tần làm việc của bộ khuếch đại đã hẹp lại khoảng từ (160 - 250) MHz

B5: Nếu kết qủa mô phỏng đạt nh− mong muốn, trên thanh công cụ Tune Parametes, bấm vào nút Update Schematic ta có mạch điện sơ đồ nguyên lý cuối cùng nh− sau:

pHÇN iiI: ThiÕt kÕ bé H¹N CHÕ TRONG TUYÕN THU §µI RA§A ∏- 37

B3: Chọn "Design asisstant" Tab để chạy quá trình thiết kế

B4: Trên thanh Menu của Schematic chọn Push Into Hierarchy để đ−a ra sơ đồ nguyên lý của mạch

Sơ đồ nguyên lý của mạch nh− sau:

B5: Trên panel sơ đồ nguyên lý chọn Layout -> Generate/Update layout để

đ−a ra sơ đồ layout Từ sơ đồ layout này ta có thể thay đổi một số tính chất cho phù hợp với mục đích thiết kế

B6: Chọn "Simulation asisstant" Tab để mô phỏng mạch thiết kế

Bảng các tham số mô phỏng hiện ra, ở đây ta có thể nhập vào các tham số để mô phỏng (start frequency, stop frequency, step frequency) nh− hình sau:

K =

Marker M1 Marker M2 Change/Worst A->B

Desired Center Frequency Actual Center Frequency

2.7 2.8 2.9 3.0

-3.10 -3.05

-3.15 -3.00

-3.15 -3.00

1.000

B2: Từ màn hình hiển thị của Schematic chọn Design Guide -> Passive Circuit

Từ Palettes chọn Component palette - Filter -> Lấy linh kiện từ Palette đặt vào sơ đồ Schematic:

B4: Trên thanh Menu của Schematic chọn Push Into Hierarchy để đ−a ra sơ đồ nguyên lý của mạch

Sơ đồ nguyên lý của mạch nh− sau:

B5: Trên panel sơ đồ nguyên lý chọn Layout -> Generate/Update layout để

đ−a ra sơ đồ layout Từ sơ đồ layout này ta có thể thay đổi một số tính chất cho phù hợp với mục đích thiết kế

B6: Chọn "Simulation asisstant" Tab để mô phỏng mạch thiết kế

Bảng các tham số mô phỏng hiện ra, ở đây ta có thể nhập vào các tham số để mô phỏng (start frequency, stop frequency, step frequency) nh− hình sau:

B7: Xem kết quả mô phỏng

pHầN Iv: Thiết kế bộ khuếch đại tạp thấp

TRONG TUYếN THU ĐàI RAĐA ∏- 37

1 sơ đồ khối bộ khuếch đại tạp thấp

Tầng 2: Dùng bán dẫn MGA-86576

RF Intput

B2: Thực hiện mô phỏng mạch khuếch đại, kết qủa mô phỏng nh− sau:

B3: Thực hiện điều chỉnh các linh kiện để phối hợp trở kháng đầu vào nhằm

đạt đ−ợc hệ số khuếch đại lớn nhất và hệ số tạp nhỏ nhất Bấm vào biểu t−ợng Tune Parametes, lựa chọn các linh kiện cần điều chỉnh Lúc này giao diện phần mềm ADS hình sau:

B4: Sau khi điều chỉnh các linh kiện trong mạch, kết qủa mô phỏng ta thấy hệ

số khuếch đại tăng và hệ số tạp giảm

B5: Nếu kết qủa mô phỏng đạt nh− mong muốn, trên thanh công cụ Tune Parametes, bấm vào nút Update Schematic ta có mạch điện sơ đồ nguyên lý cuối cùng của tầng 1 nh− sau:

2.2 Tầng 2

Các bước thiết kế tương tự như ở tầng 1 Sau khi thiết kế xong, ta có mạch điện sơ đồ nguyên lý cuối cùng của tầng 2 như sau:

2.3 Thực hiện nối 2 tầng khuếch đại

Tổng hợp lại, ta có sơ đồ nguyên lý cuối cùng của bộ KĐTT như sau:

Kết qủa mô phỏng sơ đồ nguyên lý cuối cùng của bộ KĐTT nh− sau:

pHầN v: Thiết kế bộ DAO ĐộNG VCO TRONG TUYếN THU ĐàI RAĐA ∏- 37

1 Sơ đồ khối bộ DAO ĐộNG VCO

2 tHIếT Kế mạch dao động cao tần dùng điốt Varactor

B1: Mở chương trình thiết kế ADS Từ màn hình giao diện ADS chọn màn hình "thiết kế sơ đồ nguyên lý" (Schematic) để bắt đầu quá trình thiết kế bộ dao động VCO

B2: Từ cửa số thiết kế sơ đồ nguyên lý chọn menu "hướng dẫn thiết kế" (Design Guide) -> Bộ dao động Oscillator -> Voltage Controlled Oscillator -> Tuned Frequency Oscillator Giao diện của cửa sổ hướng dẫn thiết kế như sau:

Nguồn cung cấp

RF Output

Mạch dao động cao tần dùng điốt Varactor

Mạch khuếch

đại công suất Nguồn

cung cấp

B3: Bấm nút OK, trên màn hình hiện ra sơ đồ nguyên lý mô phỏng mạch nh− sau:

B4: Sau khi chạy xong quá trình thiết kế, trên thanh công cụ của màn hình sơ

đồ nguyên lý, chọn "vào hệ thống bậc trong" (Push Into Hierarchy) để đ−a ra sơ đồ nguyên lý của mạch cbVar

B5: Trên thanh công cụ của màn hình sơ đồ nguyên lý, chọn "vào hệ thống bậc trong" (Push Into Hierarchy) để đ−a ra sơ đồ nguyên lý của mạch cResS

B6: Trên thanh công cụ của màn hình sơ đồ nguyên lý, chọn "vào hệ thống bậc trong" (Push Into Hierarchy) để đưa ra sơ đồ nguyên lý của mạch cOsCore

B7: Trên cửa sổ hướng dẫn thiết kế chọn nhãn "trợ giúp mô phỏng" (Simulation asisstant) để mô phỏng mạch thiết kế Sau khi chạy xong quá trình mô phỏng sẽ xuất hiện màn hình kết quả mô phỏng

B8: Sau khi chọn một số linh kiện có sẵn, tổng hợp lại ta có sơ đồ nguyên lý của mạch dao động cao tần dùng điốt Varactor như sau:

3 tHIếT Kế mạch khuếch đại công suất

Các bước thiết kế tương tự như thiết kế bộ KĐTT dùng trong tuyến thu

đài rađa ∏- 37 Việc chọn bán dẫn khuếch đại dựa vào hệ số KĐ, hệ số tạp, mức công suất đầu ra ở đây chúng tối chọn bộ KĐ có 2 tầng, tầng 1 dùng MGA-86576 có hệ số tạp nhỏ, tầng 2 dùng NBB-300 có hệ số KĐ 13 dB, công suất ra 14 dBm Sau khi thiết kế và mô phỏng xong, sơ đồ nguyên lý của mạch như sau:

Cuối cùng, tổng hợp lại ta có sơ đồ nguyên lý của bộ VCO nh− sau:

B2: Tạo 1 “project” mới với tên là: Rat_race_coupler

- Trên menu chính chọn New Schematic Windows để bắt đầu tiến hành thiết kế sơ đồ nguyên lý của vòng ghép Rat-race

- Từ màn hình hiển thị của Schematic: Chọn "DesignGuide" -> “Passive Circuit" -> Microstrip Control Windows để hiển thị cửa sổ thiết kế

- Từ cửa sổ thiết kế chọn "Component palette - coupler" -> Lấy linh kiện

từ Palette đặt vào sơ đồ Schematic:

+ Chọn Rat_race_coupler: Chọn kiểu loại bộ ghép, trong trường hợp của chúng ta, chọn biểu tượng “RRCplr” (bộ ghép vòng dạng Rat-race) và khai báo các tham số mà chúng ta yêu cầu đối với bộ ghép này Ví dụ:

782

,

1

=

+ Chọn chất nền MSub: Tiến hành khai báo các thuộc tính của vật liệu làm mạch dải (nhấn đúp vào biểu tượng vật liệu mạch in “Msub”), trong mục này ta cần khai báo đầy đủ các thuộc tính của vật liệu mạch dải, ví dụ trong trường hợp của chúng ta, vật liệu mạch dải là RT/Duroid 5880 có hằng số

0009

,

0

=

Sau khi khai báo xong, màn hình thiết kế như sau:

B3: Sau khi khai báo xong, trên cửa sổ “Passive Circuit DesignGuide” chọn

“Design Assistant” -> “Design”

- Nhấn nút “Push into Hierarchy” trên cửa sổ “Schematic”, sơ đồ nguyên

lý của vòng ghép Rat-race sẽ đ−ợc thiết kế và xuất hiện trên màn cửa sổ

“Schematic”

B4: Trªn menu bar chän “layout” -> “generate/update layout”, cöa sæ thiÕt kÕ

“layout” xuÊt hiÖn cïng víi “layout” cña vßng ghÐp Rat-race võa ®−îc ta thiÕt

B6: Sau khi chọn các tham số chọn "Simulate" để thực hiện quá trình mô phỏng Kết quả mô phỏng nh− sau:

B3: Từ cửa số thiết kế sơ đồ nguyên lý chọn menu "hướng dẫn thiết kế" (Design Guide) -> Mạch thụ động (Passive Circuit) sẽ hiện cửa sổ hướng dẫn thiết kế Giao diện của cửa sổ hướng dẫn thiết kế như sau:

- Từ cửa sổ hướng dẫn thiết kế: trên thanh công cụ chọn menu "Coupler" sẽ xuất hiện các kiểu bộ cộng chia công suất, từ cửa sổ này ta chọn dạng bộ cộng cần thiết kế và đặt vào màn hình thiết kế sơ đồ nguyên lý:

+ Chọn bộ cộng chia công suất kiểu Wilkinson

+ Chọn chất nền MSUB1

Sau đó thay đổi các tham số của 2 linh kiện đã chọn theo yêu cầu của người thiết kế Sơ đồ thiết kế như sau: