نحوه طراحي و ساخت يك تقويت‌كننده متوازن كم‌نويز مبتني بر ترانزيستور HJFET در باند فركانسي GHz 11-9

How to Design a 9-11 GHz Balanced Low Noise Amplifier using HJFET Transistor

تقويت‌كننده‌هاي متوازن كه طبقات آن با دو تزويج‌كننده متعامد به هم متصل شده‌اند معمولاً در مدارات مجتمع مايكروويو براي اجزاء توان بالا و پهن‌باند استفاده مي‌شود. از كاربردهاي مهم تقويت‌كننده متوازن در فرستنده/گيرنده رادارهاي آرايه - فازي با تعداد زياد است كه موردنياز سامانه‌هاي راداري هوا فضا است و تقويت‌كننده متوازن مطلوب‌ترين گزينه براي به‌دست آوردن اهداف پيش‌بيني‌شده است. در تحقيق حاضر، چندين تركيب‌كننده/ مقسم توان مايكروويوي از قبيل تزويج‌كننده لنج، تزويج‌كننده ويلكينسون و تزويج‌كننده شاخه - خط و همچنين تقويت‌كننده كم‌نويز متوازن با استفاده از اين تزويج‌كننده‌ها در بازه فركانسي 9 تا 11 گيگاهرتز طراحي و شبيه‌سازي شده است و نتايج آن‌ها با تقويت‌كننده كم‌نويز تك‌خروجي مقايسه شده است. از ميان تقويت‌كننده‌هاي طراحي‌شده تقويت‌كننده متوازن با تزويج‌كننده ويلكينسون دو طبقه به‌عنوان طرح نهايي انتخاب و ساخته شده است، كه تقويت‌كننده ساخته‌شده در بازه فركانسي مذكور داراي بهره‌اي صاف 12 دسي‌بل با تغييرات 0.5± دسي‌بل و ميزان تلفات بازگشتي در ورودي و خروجي به ترتيب، بيش‌تر از 15 دسي‌بل و 10 دسي‌بل مي‌باشد. به‌علاوه، عدد نويز تقويت‌كننده در فركانس 10 گيگا هرتز 1.3 دسي‌بل با روش فاكتور Y اندازه‌گيري شده است.

Balanced amplifiers, using two quadrature couplers in their structures, are usually used in microwave integrated circuits for high power or low noise and wide-band applications. For an instance, the balanced amplifiers are appropriate for transmitters/receivers of large phased array radars used in air and space radar systems. In this paper, several microwave power combiners/dividers such as Lange coupler, Wilkinson power divider and branch-line coupler are used to design and simulate a balanced low noise amplifier (LNA) and then the results are compared with single-ended low noise amplifier. The balanced low noise amplifier with two-stage Wilkinson power divider/combiner is preferred to other circuits regarding to noise figure, frequency bandwidth, stability and easy implementation. The measurement results of the fabricated balanced LNA show that the gain is 12 dB with the flatness of ±0.5 dB over the frequency range of 9-11 GHz. In addition, the input and output return losses are more than 15 dB and 10 dB, respectively. The noise figure, measured by Y-factor method, is 1.3 dB at 10 GHz.