I. Giới thiệu
Nghiên cứu và thiết kế vi mạch khuếch đại nhiễu thấp băng thông rộng 6-18 GHz đóng vai trò quan trọng trong các hệ thống Radar mảng quét điện tử chủ động (AESA). Các hệ thống này ngày càng trở nên phổ biến trong lĩnh vực quốc phòng và hàng không vũ trụ. Việc phát triển mạch khuếch đại với băng thông rộng và độ lợi cao là điều cần thiết để cải thiện khả năng thu phát tín hiệu trong các ứng dụng hiện đại. Luận văn này sẽ trình bày các kỹ thuật thiết kế như Inductive Source Degeneration, Resistive Feedback, và Dual Feedback, từ lý thuyết đến thực tiễn, nhằm tạo ra một mạch khuếch đại có hiệu suất tối ưu. Đặc biệt, việc ứng dụng công nghệ GaN trong thiết kế sẽ giúp nâng cao khả năng chịu đựng của mạch trong điều kiện tín hiệu lớn.
II. Cơ sở lý thuyết mạch khuếch đại nhiễu thấp
Chương này sẽ đi sâu vào các khái niệm cơ bản về nhiễu và hệ số nhiễu trong mạch khuếch đại. Đặc biệt, hệ số nhiễu trong mạng hai cửa sẽ được phân tích chi tiết, giúp hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động của mạch trong môi trường thực tế. Các khái niệm như vòng tròn đẳng độ lợi và vòng tròn đẳng hệ số nhiễu cũng sẽ được trình bày, nhằm cung cấp cái nhìn tổng quan về cách tối ưu hóa thiết kế mạch. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của mạch, bao gồm độ ổn định và khả năng chống nhiễu, sẽ được thảo luận, làm nền tảng cho việc thiết kế mạch khuếch đại trong các chương tiếp theo.
III. Phân tích và thiết kế vi mạch khuếch đại nhiễu thấp 6 18 GHz
Chương này tập trung vào việc phân tích và thiết kế vi mạch khuếch đại nhiễu thấp băng thông rộng 6-18 GHz. Các kỹ thuật thiết kế được áp dụng bao gồm Resistive Feedback và Dual Feedback, nhằm mở rộng băng thông và cải thiện độ lợi. Việc lựa chọn kích thước transistor, phân cực và giá trị linh kiện cho từng tầng cũng được thảo luận chi tiết. Kết quả mô phỏng cho thấy mạch đạt được độ lợi 25 dB trong khoảng tần số từ 6-14 GHz, nhưng có sự suy giảm khoảng 5 dB từ 14-18 GHz. Các đường contours OP1dB và OIP3 cũng được mô phỏng để tối ưu hóa trở kháng tải cho tầng cuối, đảm bảo hiệu suất hoạt động của mạch trong các điều kiện thực tế.
IV. Kết quả đo đạc và kiểm chứng
Kết quả đo đạc cho thấy mạch đạt được hệ số phản xạ S11 không sai lệch nhiều so với mô phỏng, giữ được khoảng 8 dB, trong khi hệ số nhiễu đo đạc là 2.5 dB, cao hơn 0.5 dB so với mô phỏng. Độ tuyến tính của mạch được nâng cao với OP1dB đạt 14-17.8 dBm và OIP3 đạt 20-22 dBm. Các kết quả này chứng minh rằng mạch khuếch đại nhiễu thấp băng thông rộng 6-18 GHz không chỉ đạt được yêu cầu thiết kế mà còn có khả năng ứng dụng cao trong các hệ thống Radar hiện đại. Việc sử dụng công nghệ GaN trong thiết kế đã cải thiện đáng kể khả năng sống sót của LNA trong điều kiện công suất ngõ vào lớn, cho thấy giá trị thực tiễn của nghiên cứu này.
V. Kết luận và hướng phát triển
Luận văn đã trình bày quá trình nghiên cứu và thiết kế vi mạch khuếch đại nhiễu thấp băng thông rộng 6-18 GHz, với các kỹ thuật thiết kế tiên tiến. Kết quả cho thấy mạch có thể đáp ứng tốt các yêu cầu kỹ thuật đặt ra. Hướng phát triển trong tương lai có thể tập trung vào việc tối ưu hóa hơn nữa hiệu suất của mạch khuếch đại, cũng như nghiên cứu ứng dụng của các công nghệ mới trong lĩnh vực RF. Điều này không chỉ có ý nghĩa trong lĩnh vực quốc phòng mà còn mở ra cơ hội cho các ứng dụng dân sự, đặc biệt trong lĩnh vực viễn thông.
