تحقیق رایگان با موضوع شبیه سازی، قابلیت اطمینان

?
S22
۱ ?
که در آن ، a,b متعلق به دو BJT است و اگر دو BJT مشابه باشند ، ضرایب انعکاس ورودی و
خروجی به نصف مقدار هر یک BJT ها کاهش می یابد ؛ بهره توان کل برابر بهره توان هر یک از
VSWR در قطب ورودی و خروجی برابر خواهد شد. اگر یکی از BJT ها خراب شود ، میزان افت
توان در خروجی به اندازه ۶dB خواهد بود . این نوع افت توان که در آن توان خروجی بطور کامل
حذف نمی شود ،تنزل خوش فرم۱ نامیده می شود.
در مدارات مجتمع مایکروویو مدرن ، استفاده از تقویت کننده متعادل بسیار معمول است . مزایای آن عبارتند از:
۱. VSWR ورودی و خروجی مناسب . اگر ضرایب انعکاس دو قطعه فعال خیلی نزدیک به هم باشد ، میزان VSWR بهبود می یابد.
۲. پایداری خوب . ضریب انعکاس حاصل از دو قطعه فعال که هر کدام به بار۵۰? ختم شده اند ، پایداری را تضمین می کند.
۳. قابلیت اطمینان بالا . اگر یکی از قطعات فعال خراب شود ، توان تقویت کننده نیز کاهش یافته ولی بکلی حذف نمی شود . بدیت ترتیب قابلیت اطمینان افزایش می یابد.
۴. سهولت کار تنظیم . کار تنظیم یک تقویت کننده متعادل در مراحل طراحی و تنظیم بسیار کمتر از یک تقویت کننده نا متعادل است . عملیات تنظیم یک تقویت کننده متعادل چند طبقه حتی کمتر از عملیات تنظیم یک تقویت کننده معمولی است زیرا طبقات توسط کوپلر لانژ از هم جدا می شوند.
۱ Graceful Degradation
طراحی و شبیه سازی LNA متعادل باند X با استفاده از کوپلر لانژ ۹۴
.۵ توان خروجی زیاد . توان خروجی خطی تقویت کننده متعادل در مقایسه با تقویت کننده
تک مسیره ، به میزان ۳dB افزایش یافته است.
در طراحی واقعی غالباً، لازم است تا برای حداقل نمودن انعکاسات ناشی از بار و منبع ، شبکه
های تطبیقی قبل و بعد BJT یا GaAs MESFET ها استفاده شود. مزیت طرح عملی
اینست که اگر از GaAs MESFET های غیر یکسان استفاده شود ، نیاز به تنظیم دستی نخواهد بود.
شکل ۶-۲-۲ تقویت کننده متعادل بهمراه شبکه تطبیق
طراحی و شبیه سازی LNA متعادل باند X با استفاده از کوپلر لانژ ۹۵
.۶-۲-۲ طراحی تقویت کننده متعادل باندX
هدف طراحی یک تقویت کننده متعادل باند X که با استفاده از دو ترانزیستور FHX04LG با نویز
پایین محصول کارخانه Fujitsu می باشد که مشخصه های پارامتر S آن در فرکانس ۱۰GHz
بصورت زیر ارائه گردیده است، که بدنبال طراحی تقویت کننده با گین بزرگتر از ۸dB در باند X
هستیم.
??۵.۵?
N
R
??۰.۶۵۳???۱۵۹.۸°
S
۱۱
NFmin ? 0.66
S12 ? 0.076 ?10.1°
??۰.۵۳ ۱۴۷°
?
??۲.۵۱۲ ۲۰.۲°
۲۱
S
opt
S22 ? 0.552 ?125.7°
که از فرمول((۶-۲-۳افت توان معکوس برابر خواهد بود با :
۲ ? ۵.۷۸ ×۱۰?۳ ? ?۲۲.۴dB
۲ ×۰.۰۷۶
۱
۲ ?
S12a ? S12b
۱
۲ ?
S12
= افت توان معکوس
۴
۴
و همچنین از فرمول (۶-۲-۴) بهره توان مستقیم برابر است با :
۲ ? ۶.۳۱ ? ۸dB
۲ × ۲.۵۱۲
۱
۲ ?
S21s ? S21b
۱
۲ ?
S21
= بهره توان مستقیم
۴
۴
با استناد بر مشابه بودن GaAs MESFET ها ضرایب انعکاس ورودی و خروجی به نصف مقدار
هر کدام کاهش یافته و همچنین مطابق فرمول های(۶-۲-۵ الف وب) VSWR ورودی و خروجی برابر واحد خواهد شد:
طراحی و شبیه سازی LNA متعادل باند X با استفاده از کوپلر لانژ ۹۶
.۵-۲-۵)الف)

S11
۱ ?
VSWRin ?
S11
۱ ?
.۵-۲-۵)ب)

S22
۱ ?
VSWRout ?
S22
۱ ?
ماکزیمم بهره بدست آمده۸dB است که البته با جبران سازی شبکه های تطبیق در ورودی و خروجی این مقدار بهبود می یابد .
شکل ۶-۲-۳ تقویت کننده متعادل با هایبرید ۹۰ درجه
طراحی و شبیه سازی LNA متعادل باند X با استفاده از کوپلر لانژ
۹۷
.۶-۳ طراحی شبکه های تطبیق ورودی و خروجی
ما در این قسمت در طراحی شبکه های تطبیق دو تکنیک مجزا از هم را پیاده سازی نموده و نتایج
طراحی کلی دو تقویت کننده متعادل باند X را با توجه به اینکه شبکه تطبیق برای تقویت کننده نویز پایین طراحی شود یا طراحی شبکه تطبیق برای یک تقویت کننده باند وسیع باشد را با هم مقایسه نموده و با انجام یک مصالحه شبکه تطبیق مطلوب را بر می گزینیم ؛ لازم به ذکر است ابتدا شبکه تطبیق برای یک تقویت کننده خطی ، طراحی وشبیه سازی می شود وسپس نتایج برای تقویت کننده متعادل تعمیم داده می شود.
.۶-۳-۱ طراحی تقویت کننده کم نویز
در سیستم های گیرنده الکترونیکی ،دستیابی به حداکثر بهره توان با اندازه دستیابی به حداقل نویز مهم است . با این حال در بسیاری از موارد عملی نمی توان بطور همزمان به حداکثر بهره توان و حداقل عدد نویز دست یافت . بنابراین باید بین بهره توان زیاد و نویز پائین به یک مصالحه اکتفا نمود.
روال طراحی :
.۱ دایره های نویز ثابت و بهره ثابت را در نمودار اسمیت ترسیم می نمائیم . .۲ حداکثر بهره توان را برای تقویت کننده مورد طراحی محاسبه می نمائیم .
.۳ برای جبران سازی ، یک دایره بهره توان منبع را برای تقاطع با یک دایره کم نویز انتخاب می کنیم. .۴ شبکه های تطبیق ورودی و خروجی را تعیین می کنیم.
طراحی و شبیه سازی LNA متعادل باند X با استفاده از کوپلر لانژ
۹۸
عملیات طراحی شبکه تطبیق ورودی و خروجی برای بهینه شدن پاسخ فرکانسی و دسترسی به عدد نویز مطلوب در سه مرحله انجام می گیرد.
طراحی شماره :۱
پارامتر های پراکندگی و نویز یک ترانزیستور مایکروویو درVCE =2V , I DS =10mAدر فرکانس
۱۲GHz و با امپدانس مشخصه ۵۰ ? ترانزیستور نویز پائین FHX04LG/LR بصورت زیر ارائه شده است:
R ? 4?
??۰.۶۰۱ ۱۷۸.۵°
S
n
۱۱
NFmin ? 0.75
S12 ? 0.076 ?15.9°
? ? ۰.۴۷ ۱۷۵°
??۲.۲۴۵???۵.۷°
۲۱
S
opt
S22 ? 0.587 ?146.4°
که در آن ?opt ، ضریب انعکاس بهینه منبع برای Fmin است . Rn ، مقاومت تعادل نویز است .
شبکه های تطبیق ورودی و خروجی تقویت کننده مایکروویو را برای بهره توان ۹dB و عدد نویز
کوچکتر از ۱dB طراحی می نمائیم.
طراحی و شبیه سازی LNA متعادل باند X با استفاده از کوپلر لانژ
۹۹
مراحل طراحی:
مرحله : ۱
حداکثر بهره توان تبدیلی را محاسبه کرده ؛
۱
۲
۲۱
S
۱
?
tu max
G
۲
S22
۱ ?
۲
S11
۱ ?
۱
۲
۲.۲۴۵
۱
?
۲
۲
۰.۵۸۷
۱ ?
۰.۶۰۱
۱ ?
?۱.۵۶?×۵.۰۴?×۱.۵۳??۱۲.۰۳ ۱۰.۸dB
?۱.۹۵???۷.۰۲??۱.۸۳??۱۰.۸۰dB
برای دستیابی به بهره توان کل ۹dBدر فرکانس ۱۲GHz ،بصورت انتخابی ۱/۲۰dBاز شبکه تطبیق
ورودی و ۰/۸ dB از شبکه تطبیق خروجی به بهره توان ۷dB افزوده شود .
مرحله : ۲
دایره عدد نویز ثابت : ۱dB
Fi ?1dB ?1.26
Fmin ? 0.75dB ?1.189
??۰.۰۶۳
۱ ? ۰.۴۷ ۱۷۵°
۱.۲۶ ?۱.۱۸۹
۲ ?
۱ ? ?
Fi ? Fmin
?
i
N
۴ ×۰.۰۸
opt
۴Rn
°
۰.۴۴ ۱۷۵
?
۰.۴۷ ۱۷۵°
?
?opt
c fi ?
۱ ? ۰.۰۶۳
Ni
?
۱
۱
۲ )]
?
(۱ ?
??N
۲
[N
۱
?
r
۲
i
i
fi
opt
۱ ? Ni
۱
[۳.۹۶۹ ×۱۰?۳ ? ۰.۰۶۳(۱ ? ۰.۲۲۱)]
۱
??۰.۲۲
۲
?
۱ ? ۰.۰۶۳
طراحی و شبیه سازی LNA متعادل باند X با استفاده از کوپلر لانژ
۱۰۰
دایره نویز ۱dB در نمودار اسمیت با توجه به مختصات بدست آمده در شکل ۵-۳-۱ رسم شده است .
مرحله : ۳
دایره بهره توان ۱/۲ dB ورودی :
Gs ?1.2dB ?1.32
۲ ) ?۱.۳۲(۱ ? ۰.۶۰۱ ۲ ) ? ۰.۸۴
gns ? g s (1 ? S11
??۰.۵۴
۰.۸۴ ۰.۶۰۱
?
gns S11
d s ?
۰.۶۰۱ ۲ (۱ ? ۰.۸۴)
۱ ? S11
۲ (۱ ? gns ) 1 ?
۱ ? ۰.۸۴(۱ ? ۰.۶۰۱ ۲ ) ? ۰.۲۷
۲ ) ?
۱ ? gns (1 ? S11
r ?
۱ ? ۰.۶۰۱ ۲ (۱ ? ۰.۸۴)
۲ (۱ ? gns )
۱ ? S11
s
دایره بهره توان۱/۲dB ورودی در نمودار اسمیت با توجه به مختصات
بدست آمده در
شکل
۶-۳-۱ رسم شده است .
دایره بهره توان ۰/۸ dB خروجی :
۱.۲
Gl ? 0.8dB ?
۲ ) ?۱.۲(۱ ? ۰.۵۸۷ ۲ ) ? ۰.۷۸۶
gnl ? gl (1 ? S22
??۰.۵
۰.۷۸۶ ۰.۵۸۷
?
gnl S22
?
dl
۰.۵۸۷ ۲ (۱ ? ۰.۷۸۶)
(۱ ? gnl )
? S22 2
۱ ?
۱
??۰.۳۳
(۱ ? ۰.۷۸۶) (۱ ? ۰.۵۸۷ ۲
۲ ) ?
(۱ ? gnl ) (1 ? S22
?
r
۱ ? ۰.۵۸۷ ۲ (۱ ? ۰.۷۸۶)
۲ (۱ ? gnl )
۱ ? S22
l
دایره بهره توان۰/۸dB خروجی در نمودار اسمیت با

این نوشته در No category ارسال شده است. افزودن پیوند یکتا به علاقه‌مندی‌ها.

دیدگاهتان را بنویسید