Bài viết này mô tả thiết kế bộ chuyển đổi RF, cùng với sơ đồ khối, mô tả thiết kế bộ chuyển đổi tần số lên (upconverter) và bộ chuyển đổi tần số xuống (downconverter). Bài viết đề cập đến các thành phần tần số được sử dụng trong bộ chuyển đổi tần số băng tần C này. Thiết kế được thực hiện trên bo mạch vi dải (microstrip board) sử dụng các linh kiện RF rời rạc như bộ trộn RF, bộ dao động cục bộ, MMIC, bộ tổng hợp tần số, bộ dao động tham chiếu OCXO, các miếng đệm suy giảm, v.v.
Thiết kế bộ chuyển đổi tần số vô tuyến (RF) lên cao
Bộ chuyển đổi tần số RF đề cập đến việc chuyển đổi tần số từ giá trị này sang giá trị khác. Thiết bị chuyển đổi tần số từ giá trị thấp lên giá trị cao được gọi là bộ chuyển đổi tăng tần (up converter). Vì nó hoạt động ở tần số vô tuyến nên nó được gọi là bộ chuyển đổi tăng tần RF. Mô-đun bộ chuyển đổi tăng tần RF này chuyển đổi tần số IF trong phạm vi khoảng 52 đến 88 MHz thành tần số RF trong khoảng 5925 đến 6425 GHz. Do đó, nó được gọi là bộ chuyển đổi tăng tần băng tần C. Nó được sử dụng như một phần của bộ thu phát RF được triển khai trong VSAT được sử dụng cho các ứng dụng truyền thông vệ tinh.
Hình 1: Sơ đồ khối bộ chuyển đổi tần số vô tuyến lên cao (RF up converter).
Hãy cùng xem thiết kế linh kiện chuyển đổi tần số vô tuyến (RF Up converter) với hướng dẫn từng bước.
Bước 1: Tìm hiểu xem các linh kiện như Mixer, Local oscillator, MMIC, synthesizer, OCXO reference oscillator, attenuator pads thường có sẵn trên thị trường hay không.
Bước 2: Thực hiện tính toán mức công suất ở các giai đoạn khác nhau của dãy mạch, đặc biệt là ở đầu vào của các MMIC, sao cho không vượt quá điểm nén 1dB của thiết bị.
Bước 3: Thiết kế và xây dựng các bộ lọc dựa trên vi dải phù hợp ở các giai đoạn khác nhau để lọc bỏ các tần số không mong muốn sau bộ trộn trong thiết kế, dựa trên phần dải tần số mà bạn muốn cho phép đi qua.
Bước 4: Thực hiện mô phỏng bằng phần mềm Microwave Office hoặc Agilent HP EEsof với chiều rộng dây dẫn phù hợp tại các vị trí khác nhau trên PCB, sử dụng vật liệu điện môi đã chọn theo tần số sóng mang RF yêu cầu. Đừng quên sử dụng vật liệu chắn làm vỏ bọc trong quá trình mô phỏng. Kiểm tra các thông số S.
Bước 5: Đặt làm mạch in (PCB) và hàn các linh kiện đã mua.
Như thể hiện trong sơ đồ khối của hình 1, cần sử dụng các bộ suy giảm tín hiệu phù hợp với mức 3 dB hoặc 6 dB ở giữa để xử lý điểm nén 1 dB của các thiết bị (MMIC và Mixer).
Cần sử dụng bộ dao động cục bộ (LO) và bộ tổng hợp tần số (Synthesizer) có tần số phù hợp. Đối với chuyển đổi từ 70MHz sang băng tần C, nên sử dụng LO có tần số 1112,5 MHz và Synthesizer trong dải tần 4680-5375MHz. Nguyên tắc chung khi chọn bộ trộn là công suất của LO nên lớn hơn 10 dB so với mức tín hiệu đầu vào cao nhất ở P1dB. GCN là mạng điều khiển khuếch đại được thiết kế bằng cách sử dụng các bộ suy giảm diode PIN, có khả năng thay đổi độ suy giảm dựa trên điện áp tương tự. Hãy nhớ sử dụng bộ lọc thông dải và thông thấp khi cần thiết để lọc bỏ các tần số không mong muốn và cho phép các tần số mong muốn đi qua.
Thiết kế bộ chuyển đổi tần số vô tuyến (RF) giảm tần
Thiết bị chuyển đổi tần số từ giá trị cao xuống giá trị thấp được gọi là bộ chuyển đổi tần số xuống (down converter). Vì nó hoạt động ở tần số vô tuyến nên nó được gọi là bộ chuyển đổi tần số xuống RF (RF down converter). Chúng ta hãy cùng xem thiết kế của bộ chuyển đổi tần số xuống RF với hướng dẫn từng bước. Mô-đun chuyển đổi tần số xuống RF này chuyển đổi tần số RF trong phạm vi từ 3700 đến 4200 MHz thành tần số IF trong phạm vi từ 52 đến 88 MHz. Do đó, nó được gọi là bộ chuyển đổi tần số xuống băng tần C (C-band down converter).
Hình 2: Sơ đồ khối bộ chuyển đổi tần số vô tuyến xuống (RF down converter).
Hình 2 mô tả sơ đồ khối của bộ chuyển đổi tần số xuống băng tần C sử dụng các linh kiện RF. Chúng ta hãy xem thiết kế phần chuyển đổi tần số xuống RF với hướng dẫn từng bước.
Bước 1: Hai bộ trộn RF đã được chọn theo thiết kế Heterodyne, chuyển đổi tần số RF từ dải 4 GHz xuống 1 GHz và từ dải 1 GHz xuống 70 MHz. Bộ trộn RF được sử dụng trong thiết kế là MC24M và bộ trộn IF là TUF-5H.
Bước 2: Các bộ lọc phù hợp đã được thiết kế để sử dụng ở các giai đoạn khác nhau của bộ chuyển đổi tần số vô tuyến xuống. Điều này bao gồm bộ lọc thông dải 3700 đến 4200 MHz, bộ lọc thông dải 1042,5 +/- 18 MHz và bộ lọc thông thấp 52 đến 88 MHz.
Bước 3: Các IC khuếch đại MMIC và các miếng đệm suy giảm được sử dụng ở những vị trí thích hợp như thể hiện trong sơ đồ khối để đáp ứng mức công suất ở đầu ra và đầu vào của các thiết bị. Chúng được lựa chọn theo yêu cầu về độ khuếch đại và điểm nén 1 dB của bộ chuyển đổi tần số vô tuyến xuống.
Bước 4: Bộ tổng hợp RF và LO được sử dụng trong thiết kế bộ chuyển đổi tần số lên cũng được sử dụng trong thiết kế bộ chuyển đổi tần số xuống như hình minh họa.
Bước 5: Bộ cách ly RF được sử dụng ở những vị trí thích hợp để cho phép tín hiệu RF truyền theo một hướng (tức là hướng tiến) và ngăn chặn sự phản xạ RF theo hướng ngược lại. Do đó, nó được gọi là thiết bị một chiều. GCN là viết tắt của Gain control network (Mạng điều khiển khuếch đại). GCN hoạt động như một thiết bị suy giảm biến đổi, cho phép thiết lập công suất đầu ra RF theo mong muốn dựa trên ngân sách liên kết RF.
Kết luận: Tương tự như các khái niệm đã đề cập trong thiết kế bộ chuyển đổi tần số RF này, người ta có thể thiết kế bộ chuyển đổi tần số ở các dải tần khác như dải L, dải Ku và dải sóng milimét.
Thời gian đăng bài: 07/12/2023
