Bộ KH & CN Bộ quốc phòng Trung tâm KhKt - CnQs Viện Rađa Đề tài độc lập cấp Nhà nớc: 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 tần ADS2005A M số: ĐTĐL- 2005/28G Chủ nhiệm đề tài: TS Nguyễn Thị Ngọc Minh 6715-8 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 trởng Viện Rađa trừ trờng hợp sử dụng với mục đích nghiên cứu. 2 Môc lôc Trang PhÇn I: ThiÕt kÕ bé chuyÓn m¹ch h¹n chÕ ®µi ra®a 55Ж6…………………….3 PhÇn II: ThiÕt kÕ bé khuÕch ®¹i cao tÇn d¶i réng ®µi ra®a 55Ж6……………17 PhÇn III: ThiÕt kÕ bé h¹n chÕ c«ng suÊt trong tuyÕn thu ®µi ra®a ∏- 37…….27 PhÇn IV: ThiÕt kÕ bé khuÕch ®¹i t¹p thÊp trong tuyÕn thu ®µi ra®a ∏- 37… 36 PhÇn V: ThiÕt kÕ bé dao ®éng VCO trong tuyÕn thu ®µi ra®a ∏- 37……… 41 PhÇn VI: ThiÕt kÕ bé trén tÇn c©n b»ng trong tuyÕn thu ®µi ra®a ∏- 37…….47 PhÇn VII: ThiÕt kÕ bé céng/chia c«ng suÊt kiÓu Wilkinson trong tuyÕn thu ®µi ra®a ∏- 37…………………………………51 PhÇn VIII: ThiÕt kÕ bé läc th«ng d¶i d¶i sãng cm………………………… 56 Phô lôc: Mét sè kÕt qña m« pháng sö dông phÇn mÒm ADS2005A 3 Phần i: Thiết kế bộ chuyển mạch hạn chế đài rađa 556 1. sơ đồ nguyên lý bộ chuyển mạch hạn chế đài rađa 556 III3 III2 III1 SO DO NGUYEN LY MACH HAN CHE CONG SUAT 2 1 4 3 Y2 5 435 036Y1 5 435 043 Xung dieu khien 2 Xung dieu khien 1 INPUT OUT PUT Vo may Vo may Tin hieu tao gia E6E4 E5E3 7 3,6 5 2 1 E2 E1 Por t P1 Por t P2 R R4 R=50 Ohm C C6 C=1.08 pF C C7 C=3.16 pF C C8 C=1.08 pF R R2 R=25 Ohm R R3 R=50 Ohm C C4 C=100 pF C C5 C=4700 pF PIN D6 PIN D4 PIN D5 PIN D3 C C1 C=4700 pF R R1 R=25 Ohm C C3 C=4700 pF C C2 C=4700 pF L L3 L=84.6 nH L L2 L=84.6 nH L L1 L=84.6 nH PIN D2 PIN D1 2. Các bớc thiết kế Các linh kiện cần thiết kế trên mạch dải gồm: Ký hiệu Giá trị C6, C8 1,08 pF C7 3,16 pF L1, L2, L3 84,6 nH Bộ ghép định hớng 20 dB 2.1. Thiết kế cuộn cảm trên mạch dải: (Thiết kế cuộn cảm có giá trị 84,6 nH) B1: Mở ADS -> Chọn Schematic. 4 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: - Chọn cuộn cảm MRlnd - Chọn chất nền MSub. Sau đó thay đổi các tham số của 2 linh kiện đã chọn theo yêu cầu của ngời thiết kế. Sơ đồ nh sau: B3: Chọn "Design asisstant" Tab để chạy quá trình thiết kế 5 B4: Sau khi chạy xong quá trình thiết kế, trên thanh Menu của Schematic chọn Push Into Hierarchy để đa 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 đa 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. 6 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. 160 180 200 220 240140 260 20 40 60 80 100 120 140 0 160 freq, MHz L (nH) AB 200.0000000 200.0000000 200.0000000 200.0000000 200.0000000 200.0000000 200.0000000 200.0000000 200.0000000 200.0000000 154.3403282 154.3403282 154.3403282 154.3403282 Imag(Zin) M3 0.20 122.82 0.06 + j154.34 Microstrip Rectangular Inductor Display Assistant Passiv e Circuit DesignGuide Marker M1 Marker M2 Change A->B Center Frequency 200.0000000 200.0000000 200.0000000 200.0000000 200.0000000 200.0000000 200.0000000 200.0000000 200.0000000 200.0000000 90 100 110 120 80 130 L (nH) M2 F: Frequency L: Inductance Zin: Input Impedance Note: Change A->B provides performance over the range from marker A to B. The 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. The Display Assistant Chapter provides general-use instructions, and specifics for this Display Assistant are found in the component documentation. M1 Zin (A -> B ) Marker M3 Desired Zin (CF) Magnified A->B F (GHz) L (nH) Zin 0.20Hz 122.82 0.06 + j154.34 0.20Hz 122.82 0.06 + j154.34 0.20Hz 122.82 0.06 + j154.34 0.00 0.00 0.00 L Zin 0.000 + j106.311 84.600 Desired L (nH) Actual L Desired L 7 2.2. Thiết kế tụ trên mạch dải: (Thiết kế tụ có giá trị 3,16 pF) B1: Mở ADS -> Chọn Schematic. 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: - Chọn tụ MICapS - Chọn chất nền MSub. Sau đó thay đổi các tham số của 2 linh kiện đã chọn theo yêu cầu của ngời thiết kế. Sơ đồ nh sau: 8 B3: Chän "Design asisstant" Tab ®Ó ch¹y qu¸ tr×nh thiÕt kÕ B4: Trªn thanh Menu cña Schematic chän Push Into Hierarchy ®Ó ®−a ra s¬ ®å nguyªn lý cña m¹ch. S¬ ®å nguyªn lý cña m¹ch nh− sau: 9 B5: Trên panel sơ đồ nguyên lý chọn Layout -> Generate/Update layout để đa 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: 10 B7: Xem kÕt qu¶ m« pháng. 160 180 200 220 240140 260 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 0.0 4.0 freq, MHz C (pF ) AB 200.0000000 200.0000000 200.0000000 200.0000000 200.0000000 200.0000000 200.0000000 200.0000000 200.0000000 200.0000000 -227. 2322629 -227. 2322629 -227. 2322629 -227. 2322629 Imag(Zin ) M3 0.20 3.50 0.28 - j227.23 Microstrip Interdigital Capacitor (Series) Display Assistant Passive Circuit DesignGuide Marker M1 Marker M2 Change A->B Center Frequency 200.0000000 200.0000000 200.0000000 200.0000000 200.0000000 200.0000000 200.0000000 200.0000000 200.0000000 200.0000000 3.2 3.3 3.4 3.5 3.1 3.6 C (pF ) M2 F: Frequency C: Capacitance Zin: Input Impedance Note: Change A->B provides performance over the range from marker A to B. The 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. The Display Assistant Chapter provides general-use instructions, and specifics for this Display Assistant are found in the component documentation. M1 Zin (A -> B) Marke r M3 Desired Zin (CF) Magnified A->B F (GHz) C (pF) Zin 0.20Hz 3.50 0.28 - j227.23 0.20Hz 3.50 0.28 - j227.23 0.20Hz 3.50 0.28 - j227.23 0.00 0.00 0.00 C Zin 0.000 - j251.827 3.160 Desired C (pF) Actual C Desired C B8: NÕu kÕt qu¶ m« pháng kh«ng nh− mong muèn, quay l¹i cöa sæ "Passive Circuit DesignGuide", Ên chän "Optimization Assistant" Tab, Ên "Optimization". [...]... OUTPUT1 R R3 R=100 Ohm Port P2 2 Các bớc thiết kế Các linh kiện cần thiết kế trên mạch dải gồm: Ký hiệu Giá trị L1, L2 84,6 nH Bộ cộng chia công suất Chia đôi (suy giảm 3 dB) Ngoài ra, ta phải thiết kế thêm mạch lọc dải thông tại tần số trung tâm là 200 MHz 2.1 Thiết kế cuộn cảm trên mạch dải: (Thiết kế cuộn cảm có giá trị 84,6 nH tơng tự nh ở phần I) 2.2 Thiết kế bộ cộng chia công suất kiểu Wilkinson B1:... phỏng mạch thiết kế Kết qủa mô phỏng nh hình sau: B4: Nhìn vào kết qủa mô phỏng ta thấy dải tần làm việc của bộ khuếch đại từ (140 - 290) MHz Có thể thay đổi làm hẹp dải tần bằng cách điều chỉnh các phần tử trong mạch. Cách điều chỉnh (turning): Bấm vào biểu tợng Tune Parametes, lựa chọn các linh kiện cần điều chỉnh Lúc này giao diện phần mềm ADS hình sau: 25 B5: Sau khi điều chỉnh các linh kiện trong mạch, ... 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 đa ra sơ đồ nguyên lý của mạch Sơ đồ nguyên lý của mạch nh sau: 22 B5: Chọn "Simulation... chất cho phù hợp với mục đích thiết kế 33 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 34 4 Tổng hợp các tHIếT Kế Sau khi đa thêm các điốt vào sơ đồ nguyên lý, ta có kết qủa sơ đồ nguyên lý nh sau: Thiết kế layout,... layout, sắp xếp lại vị trí các linh kiện trong mạch, kết qủa mạch in nh sau: 35 pHầN Iv: Thiết kế bộ khuếch đại tạp thấp TRONG TUYếN THU ĐàI RAĐA - 37 1 sơ đồ khối bộ khuếch đại tạp thấp RF Intput Tầng 1: Dùng bán dẫn ATF-13336 Tầng 2: Dùng bán dẫn MGA-86576 RF Output 2 Các bớc thiết kế 2.1 Tầng 1 B1: Mở ADS -> Chọn Schematic Từ màn hình hiển thị của Schematic chọn các linh kiện và vẽ mạch nh sơ đồ sau: 36... 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: 26 pHầN iiI: Thiết kế bộ HạN CHế TRONG TUYếN THU ĐàI RAĐA - 37 1 Sơ đồ khối bộ hạn chế Sau đèn cặp nhả điện Chia đôi + 2 điốt PIN Cộng Bộ hạn chế thụ. .. 2.9 3.0 3.1 B8: Sau khi kết qủa mô phỏng đạt nh mong muốn, ta ghép mạch in 2 phần chia và cộng công suất lại, kết qủa mạch in nh sau: 3 tHIếT Kế Bộ hạn chế thụ động trên cơ sở bộ lọc dải thông B1: Mở ADS -> Chọn Schematic 31 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: - Chọn... 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 23 2.3 Mô phỏng mạch khuếch đại 556 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... định hớng BLCplr - Chọn chất nền MSub Sau đó thay đổi các tham số của 2 linh kiện đã chọn theo yêu cầu của ngời thiết kế Sơ đồ nh sau: 13 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 đa ra sơ đồ nguyên lý của mạch Sơ đồ nguyên lý của mạch nh sau: 14 B5: Trên panel sơ đồ nguyên lý chọn Layout... S31 (Q Phase) S21 (I Coupling) S11 (RLoss) -8.5982460 Magnified A->B Magnified A->B Magnified A->B -4.4709211 S41 (Isolation) Magnified A->B -8.5982460 Phần ii: Thiết kế bộ khuếch đại cao tần dải rộng đài rađa 556 1 sơ đồ nguyên lý bộ khuếch đại cao tần dải rộng đài rađa 556 SO DO NGUYEN LY MACH KHUECH DAI TAP THAP Y1 5 030 012 2 R R1 R=170 Ohm 5 1 Port P1 C C1 C=15 pF L L4 L=45 nH L L5 L=15 nH C C10 . 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. Ohm Port P2 Port P3 2. Các bớc thiết kế Các linh kiện cần thiết kế trên mạch dải gồm: Ký hiệu Giá trị L1, L2 84,6 nH Bộ cộng chia công suất Chia đôi (suy giảm 3 dB) Ngoài ra, ta phải thiết kế thêm mạch lọc. lọc dải thông tại tần số trung tâm là 200 MHz. 2.1. Thiết kế cuộn cảm trên mạch dải: (Thiết kế cuộn cảm có giá trị 84,6 nH tơng tự nh ở phần I) 2.2. Thiết kế bộ cộng chia công suất kiểu Wilkinson