طراحي يك تقويت كننده فوقِ كم نويز در باند S با قابليت سوئيچ محدوده فركانسي

Design of a S-band Ultra-Low-Noise Amplifier with Frequency Band Switching Capability

در اين مقاله، يك تقويت كننده فوق كم نويز با قابليت سوئيچ باند فركانسي مورد طراحي، شبيه سازي و ساخت قرار مي گيرد. محدوده فركانسي اين تقويت كننده شامل باند 2.4GHz الي 2.5GHz و باند 3.1GHz الي 3.15GHz بوده و در كل پهناي فركانسي مذكور بايد داراي عدد نويز كمتر از 1dB، بهره كمينه‌ 23dB و VSWR كمتر از 2 باشد. براي طراحي ابتدا با تكنيك سلف گذاري در سورس، ضريب پايداري تقويت كننده را افزايش داده و سپس مدارات تطبيق ورودي و خروجي براي باند فركانسي اول طراحي شد. اين فرايند با قرار دادن دو طبقه متوالي مشابه جهت دستيابي به بهره موردنظر تكميل شد. به منظور اجتناب از تكرار مدار در باند فركانسي دوم، سوئيچ زني عناصر مدار تطبيق خروجي ايده مناسبي بود؛ چرا كه علاوه بر عدم تأثير روي عدد نويز، مقادير قابل قبولي را براي ساير پارامترها به دست مي¬دهد. مقادير ثانويه به كمك نرم افزار ADS تحليل و مقدار بهينه براي آنها انتخاب شدند. به منظور تغيير مقادير مذكور از دو MOSFET براي اضافه كردن سلف و خازن اضافي در مدار تطبيق استفاده شد. در گام بعدي، با انتخاب مدار گرايش (باياس) مناسب و اتصال آن به تقويت كننده طرح نهايي شبيه سازي و بهينه سازي شد و پس از ساخت يك نمونه آزمايشگاهي، نتايج مورد اندازه گيري قرار گرفت كه انطباق قابل قبولي در نتايج تحليل، شبيه سازي و آزمايشگاهي مشاهده شد.

In this paper an ultra-low-noise amplifier with frequency band switching capability is designed, simulated and manufactured. The frequency range of this amplifier consists of the 2.4 to 2.5 GHz and 3.1 GHz to 3.15 GHz frequency bands. The designed amplifier has a noise figure of less than 1dB, a minimum gain of 23 dB and a VSWR of less than 2 in the whole frequency band. The design process starts with increasing the stability factor in the source through manipulating the inductor placement technique. Then the input and output matching circuits for the first frequency band are designed. This process is completed by utilizing two similar stages placed successively in order to achieve the desired gain level. Since no degradation of the noise figure is observed and acceptable values are also resulted for other parameters, switching the elements in the output matching circuit can be a good idea for avoiding the use of a similar circuit for the second frequency band. The optimum secondary values for the mentioned elements are obtained through the analyses performed using the ADS software. For changing the values of the mentioned elements two MOSFETs are used for adding capacitance and inductance to the matching circuit. In the next step the designed amplifier is finalized and optimized after adding a suitable bias circuit to it. The designed amplifier is also manufactured and a good agreement between the measurement, analysis, and simulation results is observed.