طراحی و شبیه سازی LNA متعادل باند X با استفاده از کوپلر لانژ
 
استاد راهنما :
دکتر فرخ حجت کاشانی
 
استاد مشاور

دکتر منوچهر کامیاب حصاری
 
تیر 1385
برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

فهرست عناوین
 
عنوان
صفحه
چکیده
1
فصل اول : مقدمه
2
.1-0 مقدمه
3
.1-1 مدارات مایکروویو
3
.1-1-1 عناصر مداری مایکروویو
4
.1-1-2 تطبیق در شبکه های مایکروویو
5
فصل دوم : اصول طراحی تقویت کننده های ترانزیستوری مایکروویو
7
.2-0 مقدمه
8
.2-1 پارامتر S
8
.2-2 خواص پارامتر S
10
.2-3 قوانین جریان سیگنال میسون
11
.2-4 معادلات بهره
13
.2-5 پایداری
16
.2-6 دوایر بهره ثایت
23
.2-7 دوایر بهره توان
27
.2-7-1 دوایره بهره توان عملی
27
.2-7-2 دوایره بهره توان در دسترس
30
.2-8 دوایر VSWR ثابت
31
.2-9 دایره های عدد نویز ثابت
33
فصل سوم : شبکه های تطبیق امپدانس
43
.3-0 مقدمه
44
.3-1 طراحی شبکه های تطبیق مایکرواستریپ
44
فصل چهارم : طراحی تقویت کننده های سیگنال کوچک
53
.4-0 مقدمه
54
.4-1 مدارات بایاس
56
.4-1-1 مدارات بایاس Dc برای GaAs MESFET مایکروویو
56
.4-1-2 مدارات بایاس Dc برای ترانزیستور های سیلیکون مایکروویو
60
.4-1-3 طراحی مدارات بایاس
64
فصل پنجم : طراحی خطوط نواری و تقویت کننده های خط نواری مایکروویو
66
 

عنوان
صفحه
.5-0 مقدمه
67
.5-1 خطوط ریز نوار
67
.5-1-1 زمینه های دی الکتریک
68
.5-1-2 امپدانس مشخصه
69
.5-2 افت در خطوط ریز نوار
71
.5-2-1 افت دی الکتریک
72
.5-2-2 افت اهمی
74
.5-2-3 افت تشعشی
76
فصل ششم : طراحی وشبیه سازی LNA متعادل باند X با استفاده از کوپلر لانژ
78
.6-0 مقدمه
79
.6-1 کوپلر لانژ
79
.6-1-1 معادلات اساسی کوپلر های لانژ
80
.6-1-2 طراحی کوپلر لانژ 3dB باند X
86
.6-1-3 نتایج شبیه سازی شده کوپلر لانژ
90
.6-2-1 تقویت کننده های متعادل
92
.6-2-2 طراحی تقویت کننده متعادل باند X
95
.6-3 طراحی شبکه های تطبیق ورودی و خروجی
97
.6-3-1 طراحی تقویت کننده های کم نویز
97
طراحی شماره 1
98
نتایج شبیه سازی شده طراحی شماره 1
106
طراحی شماره 2
108
نتایج شبیه سازی شده طراحی شماره 2
115
طراحی شماره 3
117
نتایج شبیه سازی شده طراحی شماره

3
124
.6-3-2 طراحی تقویت کننده پهن باند
138
.6-3-2-1 تحلیل روش های تطبیق جبران شده
132
.6-3-2-2 روش لیائو در طراحی تقویت کننده پهن باند
134
نتیجه گیری
140
منابع
141
پیوست : کاتالوگ ترانزیستور FHX04LG
142
 
فهرست جدول ها
 

عنوان
 
صفحه
جدول 1-2-1طبقه بندی تقویت کننده های مایکروویو
6
جدول 2-9-1
مقادیر مربوط به دایره های نویز
41
جدول 4-0-1
نقاط کار مجاز GaAs MESFET مایکروویو
55
 
فهرست شکل ها
 

عنوان
صفحه
شکل 2-2-2 پارامترهای S شبکه دو قطبی
9
شکل 2-3-1 شبکه دو پورتی
11
شکل 2-3-2 جریان سیگنال
11
شکل 1-4-1 تعریف توانها
13
شکل 2-5-1 پایداری شبکه های دو پورتی
17
شکل 2-5-2 ساختار دوایر پایداری در نمودار اسمیت
19
شکل 2-5-3 نواحی پایداری و ناپایداری در صفحه ΓL
20
شکل 2-6-1 بلوک دیاگرام بهره توان انتقالی یکطرفه
23
شکل 2-8-1 قسمت ورودی تقویت کننده مایکروویو
31
شکل 2-9-1 شبکه با مشخصه نویز
34
شکل 2-9-2 خط انتقال با مشخصه تضعیف
35
شکل 2-9-3 اجزای شبکه دو طبقه
35
شکل 2-9-4 مدار معادل شبکه دو طبقه
36
شکل 2-9-5 سیستم گیرنده محلی
37
شکل 2-2-6 اجزاء ترکیبی شبکه با نویز پایین
38
شکل2-9-7 دایره های عدد نویز
42
شکل 3-0-1 بلوک دیاگرام یک تقویت کننده مایکروویو
44
شکل 3-0-2 شبکه های تطبیق
45
شکل 3-1-1 ساختار یک مدار تطبیق
45
شکل 3-1-2a شبکه تطبیق
46
شکل 3-1-2b تحقیق شبکه تطبیق بر روی نمودار اسمیت
47
شکل 3-1-2c تحقیق شبکه تطبیق بر روی نمودار اسمیت
48
شکل 3-1-3a شبکه تطبیق
49
شکل 3-1-3b تحقیق شبکه تطبیق بر روی نمودار اسمیت
50
شکل 3-1-3c تحقیق شبکه تطبیق بر روی نمودار اسمیت
51
شکل 3-1-4 شبکه تطبیق
50
شکل 4-0-1 عملکرد سیگنال کوچک تقویت کننده مایکروویو
54
شکل 4-0-2 عملکرد سیگنال بزرگ تقویت کننده مایکروویو
55
 

عنوان
 
 
 
صفحه
 
شکل 4-1-1 تغذیه توان دو قطبی
57
 
شکل 4 -1-2 A تغذیه توان مثبت
58
 
شکل 4-1-2b تغذیه توان منفی
58
 
شکل 4-1-3 تغذیه توان تک قطبی
59
 
شکل 4-1-4 یک مدار بایاس Dc فعال
60
 
شکل 4-1-5 مدار بایاس Dc فعال
63
 
شکل 4-1-6 نقاط کار ترانزیستور مایکروویو
65
 
شکل 5-1-1 ساختمان یک خط ریز نوار
68
 
شکل 5-1-2 ، امپدانس مشخصه یک خط ریز نوار
70
 
شکل 6-1-1 نمایه کوپلر لانج
80
 
شکل 5-1-3 رابطه بین
S
,
 
W
با ادمیتانس زوج وفرد
83
 
 
 
D
D
84
 
شکل 5-1-4 تفاضل فاز بین پورت های خروجی کوپلر لانج
 
شکل 6-1-5 کوپلر لانژ زیر تزویج
84
 
شکل 6-1-6 کوپلر لانژ بالای تزویج
85
 
شکل 6-1-7 رابطه بین
S
,
 
W
با ادمیتانس زوج وفرد
88
 
 
 
D
D
89
 
شکل 6-1-8 اندازه های پارامتریک کوپلر لانژ طراحی شده
 
شکل 6-1-9 نمایه طراحی کوپلر
89
 
شکل 6-1-10 اندازه گیر ی های توان پورت ها
90
 
شکل 6-1-11 اندازه فاز در پورت های خروجی
90
 
شکل 6-1-12 توان ارسالی در پورت های خروجی
91
 
شکل 6-1-13 توان برگشتی در پورت ورودی و پورت ایزوله
91
 
شکل .6-2-1 تقویت کننده متعادل با پیوننده های لانژ
92
 
شکل 6-2-2 تقویت کننده متعادل بهمراه شبکه تطبیق
94
 
شکل 6-2-3 تقویت کننده متعادل با هایبرید 90 درجه
96
 
شکل 6-3-1 دایره های بهره توان و دایره نویز بر روی نمودار اسمیت طرح شماره1
102
 
شکل 6-2-2 تحقیق شبکه تطبیق خروجی با استفاده از نمودار اسمیت
103
 
شکل 6-3-3 تحقیق شبکه تطبیق ورودی با استفاده از نمودار اسمیت
104
 
شکل 6-3-4 شماتیک عناصر شبکه تطبیق ورودی و خروجی
105
 
شکل 6-3-5 پاسخ فرکانسی تقویت کننده متعادل طرح شماره 1
106
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

عنوان
 
صفحه
شکل 6-3-6 برسی معیار بهره برای تقویت کننده معمولی و متعادل
107
شکل 6-3-7 برسی معیارنویز برای تقویت کننده معمولی و متعادل
107
شکل 6-3-7 دایره های بهره توان و دایره نویز بر روی نمودار اسمیت طرح شماره2
110
شکل 6-3-8 تحقیق شبکه تطبیق خروجی با استفاده از نمودار اسمیت
112
شکل 5-3-9 تحقیق شبکه تطبیق ورودی با استفاده از نمودار اسمیت
113
شکل 6-3-10 شماتیک عناصر شبکه تطبیق ورودی و خروجی
114
شکل 6-3-11 پاسخ فرکانسی تقویت کننده متعادل
115
شکل 6-3-12 بررسی معیار نویز برای تقویت کننده معمولی و تقویت کننده متعادل
116
شکل 6-3-13 دایره بهره توان خروجی بر روی نمودار اسمیت طرح شماره3
120
شکل 6-3-14 تحقیق شبکه تطبیق خروجی با استفاده از نمودار اسمیت
122
شکل 6-3-15 شماتیک عناصر شبکه تطبیق ورودی و خروجی
124
شکل 6-3-16 طرح تقویت کننده متعادل با استفاده از کوپلر لانژ
125
شکل 6-3-17 پاسخ فرکانسی تقویت کننده متعادل
125
شکل 6-3-18 بررسی معیار نویز برای تقویت کننده معمولی و تقویت کننده متعادل
126
شکل 6-3-19 توان برگشتی در پورت های ورودی و پورت خروجی
126
شکل 6-3-20 میزان VSWR در ورودی تقویت کننده معمولی و متعادل
127
شکل 6-3-21 میزان VSWR در خروجی تقویت کننده معمولی و متعادل
127
شکل 6-3-22
معیار توان تقویت کننده معمولی
128
شکل 6-3-23
معیار توان تقویت کننده متعادل با استفاده از کوپلر لانژ
129
شکل 6-3-24 نمودار مربوط به توان خروجی به ازای توان ورودی
129
شکل 6-3-25 نمودارهای کلی مربوط به تقویت کننده متعادل باند X طرح نهایی
130
شکل 6-3-26 دوایر مشخصه برای تشخیص شبکه های تطبیق ورودی
136
شکل 6-3-27 دوایر مشخصه برای تشخیص شبکه های تطبیق خروجی
137
شکل 6-3-28 شماتیک تقویت کننده متعادل طراحی شده با روش لیائو
138
شکل 6-3-29
مشخصه گین مربوط به تقویت کننده متعادل به روش لیائو
139
شکل 6-3-30 مشخصه نویز مربوط به تقویت کننده متعادل به روش لیائو
139
 
چکیده
طراحی و شبیه سازی LNA متعادل باند X با استفاده از کوپلر لانژ
 
 
با توجه به اهمیت ویژه تقویت کننده های نویز پایین در صنایع مخابرات نظامی و تجاری موجب پیشرفت تکنولوژی ساخت نیمه هادی GaAs MEFET و همچنین ارائه طرح های نوین در صنعت ساخت شده است. در این پروژه با استفاده از ترانزیستور HFX04LG ساخت شرکت Fujitsu مراحل طراحی تقویت کننده متعادل ، نویز پایین در باند X انجام می گیرد. LNA طراحی شده در محدوده فرکانسی 8~12GHz و جهت دستیابی به بهره 10dB و عدد نویز کمتر از 1/5dB
 
می باشد. از کوپلر لانژ برای متعادل طراحی شدن تقویت کننده بهره گرفته شده است که مشخصه های کوپلر لانژ در باند مورد نظر طراحی شده است. طراحی تقویت کننده پهن باند از روش های تطبیق جبران شده صورت می گیرد که در نهایت نتایج آنالیز وشبیه سازی با استفاده از نرم افزار Microwave Office ارائه خواهد شد.
 
فصل اول
 
.1-0 مقدمه :
 
در این پایان نامه روند طراحی یک تقویت کننده متعادل با نویز پایین در باندX دنبال خواهد شده ، این پروژه شامل دارای چندین ویژگی منحصر به فرد و توام را شامل می شود که عبارتند از :
 

طراحی تقویت کننده با ویژگی نویز پذیری پایین .
 

طراحی تقویت کننده با ویژگی پهنای باند وسیع .
 

طراحی تقویت کننده متعادل برای حصول بهره متوسط در باند وسیع .
 
توام بودن ویژگی های فوق در یک مدار تقویت کننده مایکروویو مستلزم طراحی مرحله به مرحله و استفاده از تکنیک های روتین طراحی و در نهایت جهت بهینه سازی پاسخ طراحی بدست آوردن ترکیب مناسبی از نمونه های طراحی می باشد .
 
.1-1   مدارات مایکروویو
 
فرکانس های مایکروویو بصورت قراردادی به فرکانس های 1 تا300GHz اطلاق می گردد یا به عبارت دیگر طول موج های رنج میکرون از نواحی مادون قرمز و نور مرئی را در خود دارد. با توجه به استاندارد
 
سازی انجام گرفته توسط IEEE یک مقیاس بندی در فرکانس های مایکروویو صورت گرفته است و
 
بعنوان نمونه در این پروژه هدف طراحی در باند X می باشد یعنی در رنج فرکانسی 8~12GHz
 
طراحی انجام می گیرد .
 
با پیشرفت تکنولوژی رویکردی در تجهیزات مایکروویو انجام گرفته و استفاده از موجبرها ، خطوط هم محور یا خطوط نواری جای خود را به مدارات مجتمع در فرکانس های مایکروویو داده است که در اینجا به سه دسته از آن اشاره خواهیم کرد :
 
-1   مدارات مایکروویو گسسته. (MDCs) 1  یک مدار گسسته شامل عناصر جداگانه ای است که