بخشی از مقاله
چکیده - این مقاله یک تقویت کننده تک طبقه نویز پایین آبشاری را در فرکانس 5.8GHZ با استفاده از تکنیک های تطبیق Tجهت استاندارد IEEE 802.16 ارائه می کند. تقویت کننده از ترانزیستور اثر میدانی FHX76LP دارای تکنولوژی HEMT با نویز پایین استفاده می کند. شبیه سازی این طرح با استفاده از نرم افزار - ADS طراحی سیستم پیشرفته - انجام شده این تقویت کننده نویز پایین - - LNA دارای بهره 17.21dB و نویز فیگر 0.845dB می باشد. ضریب انعکاس ورودی - - و تلفات برگشتی در خروجی - - به ترتیب -12.71dB و -15.52dB می باشند. پهنای باند تقویت کننده 1GHZ می باشد. حساسیت ورودی مطابق با استاندارد های IEEE 802.16 می باشد.
-1 مقدمه
اخیرا بازار سیستم های مخابراتی بی سیم به سرعت در حال رشد است. به علت تقاضاهای بازار، سیستم های مخابراتی بی سیم گوناگون پیشرفت کننده برای باندهای فرکانسی مختلف و کاربردهای گوناگون وجود دارند. WiMAX، که فرم اختصاری World wide Interoperability for Microwave Access می باشد یک تکنولوژی مخابراتی بی سیم جدید می باشد . آن یک تکنولوژی جذاب است بعلت سرعت انتقال بالا - بالاتر از - 70Mbps و فاصله انتقال طولانی - بالاتر از 30 مایل - این سیستم مبتنی بر استاندارد های IEEE 802.16 بوده و از چندین باند فرکانسی جهت انتقال دیتا استفاده می کند. - - 2.3
. - 2.7GHZ , 3. 4 - 3.6GHZ , 5. 1 - 5.8GHZ طراحی تقویت کننده با نویزپایین یکی از چالش ها در گیرنده های فرکانس های رادیویی - - RF می باشد. چرا که مستلزم فراهم کردن تطبیق امپدانس ورودی خوب، بهره توان کافی و نویز فیگر پایین در باند فرکانسی مورد نظر می باشد. تعداد زیادی از توپولوژی های تقویت کننده های با بهره بالا پیشنهاد شده اند با فراهم کردن رضایتبخش نیازمندی های برای تلفات توان پایین در عین راندمان خوب. توپولوژی آبشار گونه - - cascode بهره بالاتر را به علت افزایش امپدانس خروجی نتیجه میدهد. در عین اینکه ایزولاسیون بهتری بین پورت های ورودی و خروجی فراهم می کند. در این مقاله یک توپولوژی تک آبشار گونه تقویت کننده با نویز پایین پیشنهاد شده است.
-2 مباحث نظری
اساسا جهت طراحی یک تقویت کننده، شبکه های تطبیق ورودی و خروجی جهت حاصل شدن پایداری مورد نیاز، بهره سیگنال کوچک و پهنای باند طراحی می شود. تقویت کننده فوق العاده فرکانس بالا یک مدار فعالی است که جهت تقویت دامنه سیگنال RF استفاده می شود. مفهوم پایه ای و ملاحظات اساسی در طراحی این چنین تقویت کننده ای در ادامه بیان شده است. برای LNA طراحی شده، فرمولها و معادلات به مرجع - Pozar - 3 بازگشت داده می شود. شکل 1، یک نمونه تقویت کننده یک طبقه شامل شبکه های تطبیق ورودی و خروجی را نمایش می دهد.
مفهوم اساسی طراحی تقویت کننده فرکانس بالا تطبیق کردن ورودی / خروجی یک ترانزیستور در فرکانس های بالا با استفاده از مشخصات فرکانسی پارامترهای S در یک نقطه بایاس DC مشخص شده با امپدانس منبع و امپدانس بار می باشد. مدار تطبیق I/O به خاطر کاهش دادن بازتاب های ناخواسته سیگنال و همچنین جهت بهبود بازدهی انتقال سیگنال از منبع به بار ضروری می باشد.
-1-2 بهره توان
چندین بهره توان تعریف شده است به منظور فهم عملکرد تقویت کننده فرکانس های خیلی بالا همانگونه که در شکل 2 نشان داده شده است بهره های توان شبکه مداری با دو پورت با امپدانس توان یا امپدانس بار در تقویب کننده توان ارائه شده با ضرایب پراکندگی، به بهره توان عملکردی، بهره توان مبدل و بهره توان موجود تقسیم بندی شده اند. به ضریب بازتاب باردر پورت ورودی شبکه دو پورتی اشاره دارد و به ضریب انعکاس توان تحویل داده شده به پورت ورودی اشاره دارد.
-3-2 بهره توان مبدل
بهره توان مبدل، نسبت Pavs - ماکزیمم توان موجود از منبع - به PL - توان تحویل داده شده به بار - می باشد. ماکزیمم توان زمانی حاصل می شود که امپدانس ورودی شبکه مدار، معادل با مزدوج مختلط امپدانس منبع باشد. اگر بهره توان مبدل با معادله زیر بیان می شود.
-2-2 بهره توان عملکردی
بهره توان عملکردی نسبت توان تحویل داده شده به بار - PL - به توان داده شده به شبکه دو پورتی - Pin - می باشد. توان تحویل داده شده به بار اختلاف بین توان بازتاب شده در پورت خروجی و توان ورودی می باشد. و توان تحویل داده شده به شبکه دو پورتی، اختلاف بین توان ورودی در پورت ورودی و توان بازتاب شده است. بنابراین بهره توان عملکرد با معادله زیر بیان می شود.
-5-2 نویز فیگر
سیگنال ها و نویزهای اعمال شده به پورت ورودی تقویت کننده با بهره تقویت کننده تقویت می شوند و نویز خود تقویت کننده به خروجی اضافه می شود. بنابراین نسبت سیگنال به نویز - - SNR پورت خروجی کوچکتر از این نسبت در پورت ورودی می باشد . نسبتSNR پورت ورودی به SNR پورت خروجی به عنوان نویز فیگر بیان می شود و بزرگتر از 1dB می باشد .
-6-2 شرایط برای تطبیق
ضرایب پراکندگی ترانزیستور مشخص شده اند. تنها قابلیت انعطاف پذیری اجازه داده شده به طراح مدار، تطبیق ورودی، خروجی می باشد. جهت تحویل ماکزیمم توان به بار، مدار ورودی باید به منبع تطبیق شود و مدار خروجی باید به بار تطبیق شود.
-3 طراحی LNA
تقویت کننده با نویز پایین cascode بر مبنای پارامترهای S حاصل شده از محاسبات و شبیه سازی با استفاده از نرم افزار ADS طراحی شده است. پارامترهای S برای این تقویت کننده در جدول 1 نشان داده شده است.
