I. Tổng quan về hệ thống radar FMCW
Hệ thống radar FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave) là một công nghệ radar hiện đại, được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng dân sự và quân sự. Hệ thống radar này hoạt động bằng cách phát ra sóng điện từ liên tục được điều chế tần số, giúp đo khoảng cách và vận tốc của mục tiêu với độ chính xác cao. Luận văn thạc sĩ kỹ thuật điện tử này tập trung vào việc thiết kế mạch khuếch đại nhiễu thấp (LNA) cho hệ thống radar FMCW, nhằm tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu nhiễu trong quá trình thu tín hiệu.
1.1. Ứng dụng của radar FMCW
Hệ thống radar FMCW được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như kiểm soát giao thông, dẫn đường máy bay, đo mức chất lỏng trong bồn chứa, và phát hiện chuyển động nhỏ. Công nghệ này đặc biệt hiệu quả trong các ứng dụng đo đạc cự ly ngắn nhờ kích thước nhỏ gọn và độ chính xác cao. Luận văn này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc nghiên cứu và phát triển mạch khuếch đại nhiễu thấp để nâng cao hiệu suất của hệ thống radar FMCW.
1.2. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu chính của luận văn là thiết kế mạch khuếch đại nhiễu thấp cho hệ thống radar FMCW hoạt động ở tần số 10GHz, với băng thông 1.5GHz, độ lợi 15dB và hệ số nhiễu nhỏ hơn 3dB. Mạch khuếch đại này sẽ được sử dụng để khuếch đại tín hiệu thu từ anten, giúp tăng cường độ chính xác và giảm thiểu nhiễu trong quá trình xử lý tín hiệu.
II. Lý thuyết về mạch khuếch đại nhiễu thấp
Mạch khuếch đại nhiễu thấp (LNA) là một thành phần quan trọng trong hệ thống radar, đặc biệt là radar FMCW. Mạch khuếch đại này có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu thu từ anten với mức nhiễu thấp nhất có thể, đảm bảo tín hiệu được xử lý chính xác. Luận văn này tập trung vào việc phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của mạch LNA, bao gồm hệ số nhiễu, độ lợi và băng thông.
2.1. Nguyên lý hoạt động của mạch LNA
Mạch khuếch đại nhiễu thấp hoạt động dựa trên nguyên lý khuếch đại tín hiệu yếu từ anten mà không làm tăng đáng kể mức nhiễu. Mạch điện tử này thường được thiết kế với các transistor có hệ số nhiễu thấp và độ lợi cao. Luận văn sử dụng phần mềm ADS để mô phỏng và phân tích các thông số của mạch LNA, đảm bảo thiết kế đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật.
2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất mạch LNA
Hiệu suất của mạch khuếch đại nhiễu thấp phụ thuộc vào nhiều yếu tố như hệ số nhiễu, độ lợi, băng thông và sự ổn định của mạch. Luận văn này phân tích các phương pháp để tối ưu hóa các thông số này, bao gồm việc lựa chọn transistor phù hợp, thiết kế mạch phối hợp trở kháng và giảm thiểu nhiễu từ các thành phần khác trong hệ thống.
III. Thiết kế và thực nghiệm mạch LNA
Luận văn trình bày chi tiết quá trình thiết kế mạch khuếch đại nhiễu thấp cho hệ thống radar FMCW. Mạch LNA được thiết kế gồm hai tầng khuếch đại riêng biệt, với độ lợi tổng cộng đạt 15dB và hệ số nhiễu nhỏ hơn 3dB. Mạch điện tử này được mô phỏng và kiểm tra bằng phần mềm ADS, sau đó được chế tạo và đo đạc thực tế để đánh giá hiệu suất.
3.1. Quy trình thiết kế mạch LNA
Quy trình thiết kế mạch bao gồm các bước lựa chọn transistor, phân tích đặc tính của transistor, thiết kế mạch phối hợp trở kháng và mô phỏng mạch bằng phần mềm ADS. Luận văn cũng đề cập đến việc tối ưu hóa kích thước microstrip và mô phỏng trường điện từ để đảm bảo mạch hoạt động ổn định trong dải tần số mong muốn.
3.2. Kết quả thực nghiệm
Kết quả đo đạc thực tế cho thấy mạch khuếch đại nhiễu thấp đạt độ lợi 8.1dB ở tầng một và 7dB ở tầng hai. Các thông số S của mạch được đo bằng máy phân tích vector cho kết quả phù hợp với mô phỏng. Luận văn cũng phân tích các nguyên nhân dẫn đến một số mạch thiết kế không thành công và đưa ra các giải pháp khắc phục.
IV. Kết luận và hướng phát triển
Luận văn đã thành công trong việc thiết kế mạch khuếch đại nhiễu thấp cho hệ thống radar FMCW, đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật về độ lợi và hệ số nhiễu. Mạch điện tử này không chỉ có thể ứng dụng trong hệ thống radar mà còn có thể sử dụng trong các hệ thống thông tin vô tuyến khác. Luận văn cũng đề xuất các hướng phát triển trong tương lai, bao gồm việc nghiên cứu và chế tạo các mạch tích hợp siêu cao tần (MMIC) để nâng cao hiệu suất và giảm kích thước của hệ thống.
4.1. Giá trị thực tiễn của luận văn
Luận văn này có giá trị thực tiễn cao trong việc nghiên cứu và phát triển công nghệ radar tại Việt Nam. Việc thiết kế thành công mạch khuếch đại nhiễu thấp sẽ tạo tiền đề cho các nghiên cứu tiếp theo trong lĩnh vực kỹ thuật điện tử và hệ thống radar.
4.2. Hướng phát triển trong tương lai
Trong tương lai, nghiên cứu có thể tập trung vào việc phát triển các mạch tích hợp siêu cao tần (MMIC) để giảm kích thước và tăng hiệu suất của hệ thống radar. Ngoài ra, việc ứng dụng công nghệ radar trong các lĩnh vực mới như y tế và nông nghiệp cũng là một hướng phát triển tiềm năng.
