(علوم مخابرات ) مدارات مخابراتی فشرده فرکانس بالا (فرکانس 300 مگاهرتز تا 1 تراهرتس ) مهندسی برق _ الکترونیک  

نویسنده: دکتر (افشین رشید )


نکته : مدارات مخابراتی فشرده فرکانس بالا شاخه ای از علم مدارات الکترونیکی است که به ساخت مدارات مخابراتی از فرکانس 300 مگاهرتز تا 1 تراهرتس میپردازند . 
 هدف این فرآیند مخابراتی در نهایت ساخت آی سی یا مدار فشرده  است .

طراحی 4 بلاک اصلی مدارات مخابراتی: 

 تقویت کننده کم نویز ، میکسر ، اسیلاتور و تقویت کننده توان میپردازد.

- تقویت کننده کم نویز:

تقویت‌کننده کم‌نویز یکی از مهمترین بلوک‌های به کار رفته در یک گیرنده راداری مانند گیرنده های راداری کنترل آتش محسوب می‌شود. در این مدار مخابراتی ؛ راداری یک تقویت‌کننده کم‌نویز پهن‌باند در محدوده فرکانسی 5/2 تا 5/5 گیگا هرتز ارائه شده است.

 ساختار این مدار در طبقه ورودی به صورت سورس مشترک تعریف شده و تکنولوژی مورد استفاده در طراحی این تقویت‌کننده است. ولتاژ تغذیه مدار 5/1 ولت و توان مصرفی آن18 میلی وات است. تقویت کننده در محدوده تعریف شده از پایداری مناسبی برخوردار می باشد، حداکثر مقدار بهره به‌دست آمده برابر با 3/11 دسیبل و حداقل آن برابر با 8 دسیبل می باشد. حداقل مقدار عدد نویز در سراسر محدوده فرکانسی کمتر از 3/2 دسیبل، ضریب بازگشت ورودی و خروجی کم‌تر از 8- دسیبل می باشد، برای بهبود خطینگی مرتبه سوم این مدار از روش DS استفاده شده است و مقدار IP3 برای مدار پیشنهادی می باشد، در مدار پیشنهادی به دلیل این که از ترانزیستورهای مکمل در طبقه ورودی استفاده شده است مقدار خطینگی مرتبه دوم مناسب به دست آمده است.

_ میکسر و  اسیلاتور OSC

گیرنده فرستنده های آنالوگ عموما به دو دسته طبقه بندی می شوند. AM ، که در آن اطلاعات ارسالی در دامنه موج حامل مدوله شده و گیرنده فرستنده های FM که در آن اطلاعات ارسالی در فاز موج حامل قرار می گیرد.

عموما گیرنده فرستنده ها دارای بخش های زیر هستند:

•اسیلاتور، که فرکانس موج کاریر باند فرستنده رادیویی را تعیین می کند.

•میکسر ، که اطلاعات ارسالی را در باند فرکانسی مورد نظر مدوله می کند.

همانطور که گفته شد در طراحی هر گیرنده و فرستنده دو بخش اصلی وجود دارد. اسیلاتور و میکسر . اسیلاتور فرکانس موج حامل را تعیین می کند. در اینجا مداری را که می خواهیم طراحی کنیم باند وسیعی از فرکانس های رادیویی AM  مانند باند ۱۰۴مگا هرتز ، فرکانس ۹۸ مگا هرتز  و … و همچنین باند مورد استفاده برای فرستنده AM طراحی شده در این پروژه می باشد . بنابراین در طراحی اسیلاتور موج حامل از یک خازن متغیر در مدار تیونر اسیلاتو استفاده می کنیم.

بنابراین اولین قدم در طراحی یک گیرنده فرستنده ، طراحی اسیلاتور است. اسیلاتور در واقع مداری است که پس از طی مدت زمان کوتاهی پس از اتصال تغذیه DC ، به نوسانات پایدار می رسد. اسیلاتور ها در ابتدا با استفاده از فیدبک مثبت ناپایدار شده و دامنه نوسانات رو به افزایش می نهد. اما در دامنه ای معین این افزایش دامنه متوقف شده و نوسان ساز در آن دامنه شروع به نوسان می کند. لذا به طور خلاصه خصوصیات یک اسیلاتور را می توان به شرح زیر توصیف نمود:

۱-   یک اسیلاتور بایستی دارای فیدبک مثبت برای افزایش دامنه نوسانات باشد.

۲-  یک اسیلاتور می بایست پس از رسیدن به دامنه نهایی از ناپایدار شدن نوسانات جلوگیری کند. و با آن دامنه به نوسانات خود ادامه دهد.این امر از طرق مختلفی قابل دستیابی است. برای مثال استفاده از خاصیت بهره ترانزیستور که در آن با افزایش دامنه سیگنال اعمالی به بیس ترانزیستور،  بهره تقویتی ترانزستور کاهش می یابد و به جای تقویت ، تضعیف صورت می گیرد. بهره متغیر ترانزیستور با پارامتر (x)g   نشان داده می شود. و با سیگنال اعمالی به بیس ترانزیستور رابطه معکوس دارد.

بلوک دیاگرام یک رادار در تصویر زیر : 


تقویت کننده توان یا power amplifier یا  مخفف PF

برای تامین توان بارهای مقاومتی بزرگی مثل بلندگو یا موتور به کار رفته در یک ربات، به تقویت‌کننده‌های توان نیاز است.

کار اصلی تقویت‌کننده توان که به عنوان «تقویت‌کننده سیگنال بزرگ» نیز شناخته می‌شود، تحویل توان (ضرب ولتاژ در جریان) به بار است. 

اساساً یک تقویت‌کننده توان، تقویت‌کننده ولتاژ نیز هست، با این تفاوت که مقاومت بار متصل به مدار در این حالت نسبتاً کم است. مثلاً یک مصرف کننده 4 یا ۸ اهمی، سبب ایجاد جریان زیادی در پایه کلکتور ترانزیستور می‌شود.

به دلیل وجود این جریان‌های بار زیاد، ترانزیستور یا ترانزیستورهایی که در طبقات خروجی تقویت‌کننده‌ها به کار می‌روند، مانند 2N3055، باید ولتاژ و توان بالاتری از ترانزیستورهایی مانند BC107 داشته باشند که در تقویت‌کننده‌های سیگنال کوچک به کار می‌روند.

نویسنده: دکتر (افشین رشید )