I. Giới thiệu đề tài
Nghiên cứu và thiết kế mạch khuếch đại công suất cho hệ thống viba băng X là một đề tài quan trọng trong lĩnh vực viễn thông. Hệ thống viba đóng vai trò thiết yếu trong truyền dẫn thông tin, đặc biệt ở các khu vực địa hình phức tạp như biên giới, hải đảo. Mạch khuếch đại công suất là thành phần không thể thiếu, giúp tăng cường tín hiệu để đảm bảo truyền dẫn xa và ổn định. Đề tài này nhằm thiết kế một mạch khuếch đại công suất hoạt động ở tần số 8.5 GHz, đáp ứng yêu cầu công suất đầu ra > 20 dBm và độ lợi > 10 dB.
1.1 Tính cấp thiết của đề tài
Việc nhập khẩu các thiết bị hệ thống viba từ nước ngoài gặp nhiều khó khăn về chi phí và thời gian. Đặc biệt, các mạch khuếch đại công suất thường xuyên hư hỏng do điều kiện khí hậu khắc nghiệt. Đề tài này hướng đến việc nghiên cứu và thiết kế mạch khuếch đại công suất thay thế, giúp giảm sự phụ thuộc vào nước ngoài và đảm bảo truyền dẫn thông tin liên tục.
1.2 Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu chính là mạch khuếch đại công suất hoạt động ở băng X (8-12 GHz). Đề tài tập trung vào việc thiết kế mạch sử dụng transistor GaAs và mô phỏng bằng phần mềm Agilent Advanced Design System (ADS). Các yêu cầu kỹ thuật bao gồm băng thông 1 GHz, công suất đầu ra > 20 dBm, và độ lợi > 10 dB.
II. Cơ sở lý thuyết
Mạch khuếch đại công suất trong hệ thống viba đòi hỏi kiến thức sâu về kỹ thuật siêu cao tần. Các yếu tố như tín hiệu viba, tần số băng X, và công suất khuếch đại cần được tính toán chính xác để đảm bảo hiệu suất truyền dẫn. Phương trình cân bằng công suất và lý thuyết đường truyền sóng là cơ sở quan trọng để thiết kế mạch.
2.1 Phân loại viba
Hệ thống viba được phân loại dựa trên tần số hoạt động và ứng dụng. Băng X (8-12 GHz) là một trong những băng tần phổ biến trong truyền dẫn thông tin. Các hệ thống này thường được sử dụng trong phát thanh, truyền hình và viễn thông.
2.2 Mạch khuếch đại công suất
Mạch khuếch đại công suất được thiết kế để tăng cường tín hiệu vô tuyến, đảm bảo truyền dẫn xa và ổn định. Các thông số quan trọng bao gồm độ lợi, công suất đầu ra, và hiệu suất. Transistor GaAs được lựa chọn do khả năng hoạt động hiệu quả ở tần số cao.
III. Thiết kế và thực nghiệm
Quá trình thiết kế mạch khuếch đại công suất bao gồm các bước: lựa chọn linh kiện, mô phỏng bằng phần mềm ADS, và thực nghiệm trên hệ thống thực tế. Mạch được thiết kế để hoạt động ở tần số 8.5 GHz, với công suất đầu ra > 20 dBm và độ lợi > 10 dB.
3.1 Mô phỏng mạch
Mạch được mô phỏng bằng phần mềm Agilent ADS để đảm bảo các thông số kỹ thuật như băng thông, công suất đầu ra, và độ lợi. Kết quả mô phỏng cho thấy mạch đáp ứng được các yêu cầu thiết kế.
3.2 Thực nghiệm
Mạch được thi công và lắp đặt trên hệ thống viba ABE CARAVAGGIO. Kết quả thực nghiệm cho thấy mạch hoạt động ổn định ở tần số 8.5 GHz, với công suất đầu ra đạt > 20 dBm và độ lợi > 10 dB.
IV. Kết luận và hướng phát triển
Đề tài đã thành công trong việc thiết kế và chế tạo mạch khuếch đại công suất cho hệ thống viba băng X. Mạch đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật và hoạt động ổn định trong điều kiện thực tế. Hướng phát triển tiếp theo là tối ưu hóa hiệu suất và giảm kích thước mạch để ứng dụng rộng rãi hơn.
4.1 Giá trị thực tiễn
Mạch khuếch đại công suất được thiết kế giúp giảm chi phí và thời gian bảo trì hệ thống viba, đảm bảo truyền dẫn thông tin liên tục. Đây là bước tiến quan trọng trong việc làm chủ công nghệ thiết kế mạch siêu cao tần tại Việt Nam.
4.2 Hướng phát triển
Hướng phát triển tiếp theo bao gồm nghiên cứu sử dụng vật liệu mới như GaN để tăng hiệu suất và công suất đầu ra của mạch khuếch đại công suất. Ngoài ra, việc tích hợp mạch vào các hệ thống truyền dẫn hiện đại cũng là một hướng nghiên cứu tiềm năng.
