طراحي، شبيه‌سازي و ساخت تقويت‌كننده‌ي توان در باند-C

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي برق

كارشناسي ارشد

با گسترش روزافزون شبكه‌هاي تلفن همراه و سيستم‌هاي مخابراتي در بيش‌تر ابعاد زندگي، اهميت تقويت‌كننده‌هاي توان به عنوان بخش اصلي فرستنده‌ي يك سيستم مخابراتي بيشتر مي‌شود. تقويت‌كنند‌ه‌هاي توان آخرين بخش از فرستنده در يك سيستم مخابراتي بوده و قبل از آنتن قرار مي‌گيرند. در يك سيستم مخابراتي فرستنده بيشترين توان را مصرف مي‌كند و بازده و توان مصرفي كل سيستم را تعيين مي‌كند. با توسعه‌ي صنعت نيمرسانا و افزايش فركانس قطع و چگالي توان ترانزيستورهاي فركانس بالا، تقويت‌كننده‌هاي توان حالت جامدگسترش يافته‌اند و استفاده از لامپ‌هاي خلا كم‌تر شده است. در اين پايان‌نامه به طراحي، شبيه‌سازي و ساخت تقويت‌كننده‌ي توان در بازه‌ي انتهايي باند-C با پهناي باند 500 MHz پرداخته مي‌شود. با افزايش فركانس و توان تقويت‌كننده‌هاي توان در باند-C، ترانزيستورهاي بسته‌بندي‌شده تنها براي فركانس‌هاي خاصي موجود هستند و قيمت بالايي دارند در مقابل ترانزيستورهاي قالبي به علت حذف اثرات پارازيتي بسته‌بندي، پهناي باندي زيادي دارند و قيمت آن‌ها نيز كمتر است. به علت بالا بودن ولتاژ شكست و چگالي توان نيمرساناي GaN، ترانزيستور قالبي CGHV1J006D ساخت شركت CREE با فناوري GaN براي ساخت تقويت‌كننده‌ي توان انتخاب شد. از آنجا كه ترانزيستورهاي قالبي با استفاده از پيوند سيمي به برد تقويت‌كننده‌ي توان متصل مي‌شوند بررسي و شناخت پيوندسيمي به عنوان يكي از عناصر مدار تطبيق اهميت ويژه‌اي دارد. با شناخت دقيق شكل و مشخصات هندسي پيوند‌سيمي و استفاده از نرم‌افزارهاي مختلف شبيه‌سازي، عناصر پارازيتي پيوندسيمي استخراج شده و سپس با انتخاب رده‌ي كاري ترانزيستور نقطه‌ي كار مناسب آن انتخاب شد. پس از انتخاب نقطه‌ي كار مناسب ترانزيستور، شبيه‌سازي پايداري ترانزيستور انجام شده و مدار پايدارساز مناسب براي داشتن پايداري در كل پهناي باند ترانزيستور و حداكثر بهره‌ي توان در دسترس براي فركانس كاري انتخاب شد. سپس امپدانس‌هاي بهينه‌ي ورودي و خروجي براي حداكثر بازده و توان خروجي با استفاده از شبيه‌سازي load-pull و source-pull استخراج شد. به دليل امپدانس پايين ورودي ترانزيستور طراحي مدار تطبيق نيازمند ملاحظات ويژه‌اي براي عملكرد مناسب در پهناي باند مي‌باشد. در نهايت پس از طراحي مدار تطبيق ورودي و خروجي به همراه مدار باياس، كل تقويت‌كننده‌ي توان در محيط EM نرم‌افزار ADS شبيه‌سازي شد. با شبيه‌سازي سيگنال بزرگ تقويت‌كننده‌ي توان ضريب انعكاس ورودي و خروجي بالاتر از -10 dBm توان خروجي بيشتر از 5 W و بازده بالاتر از 40 % و بهره‌ي سيگنال كوچك تقويت‌كننده بالاتر از 12 dB بود. در نهايت تقويت‌كننده‌ي توان بر روي بلوك مسي آبكاري طلا شده ساخته شد. برخي از نتايج اندازه‌گيري تقويت‌كننده‌ي توان ساخته شده مانند بهره‌ي توان و توان خروجي تفاوت اندكي با شبيه‌سازي داشت. از علل اين تفاوت مي‌توان به تغيير طول پيوندسيمي ناشي از دستگاه پيوندزن سيمي دستي و عدم دسترسي به مدل دقيق المان‌هاي غيرفعال استفاده شده در مدار باياس و تطبيق اشاره كرد.

213790

الكترونيك

مهندسي برق و كامپيوتر

دانشگاه صنعتي اصفهان

رضا مطهري

ابوالقاسم زيدآبادي‌ نژاد، امير رضا احمدي‌مهر

رسول دهقاني