نوسان ساز کولپیتس

در ابتدا فرض می کنیم که سوییچ S در نقطه 1 قرار دارد. خازن به اندازه ولتاژ V که منبع ولتاژ است شارژ می شود. حالا فرض کنید که مانند تصویر زیر سوییچ به نقطه

نوسان ساز کولپیتس

محل دفاع کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 2920;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 74220

در گذشته کاربرد سیستم‌های راداری محدود به سیستم‌های نظامی بود؛ اما امروزه سیستم‌های راداری در زمینه‌های مختلف کاربردهای گسترده‌ای یافته‌اند. سیستم های راداری انواع مختلفی دارند. یکی از انواع سیستم-های راداری، رادار برد کوتاه است. از کاربردهای این سیستم ها می توان به سیستم‌های جلوگیری از برخورد در خودروها، سیستم ناوبری کشتی‌ها، ارتفاع سنج‌های راداری، سیستم‌های اندازه‌گیری ارتفاع مایعات در مخازن بزرگ، سیستم‌های امنیتی برای نواحی بدون قابلیت دید، اندازه‌گیری حرکات بسیار کوچک و دوربین کنترل سرعت پلیس راه اشاره کرد. یکی از انواع رادارهای برد کوتاه، رادار FMCW می¬باشد که در سال‌های اخیر بسیار رایج شده است که اساسا به دلیل پیشرفت‌های صورت گرفته در حوزه پردازش دیجیتال سیگنال‌ها و عملکرد مناسب رادار در فواصل کوتاه بوده است. یکی از مسائلی که سبب ایجاد محدودیت بر روی عملکرد رادار FMCW می‌شود نویز فاز است که به علت ارسال و دریافت همزمان نشتی سیگنال اثر خود را نمایان‌تر نشان می‌دهد. نویز فاز برروی بیشترین توان ارسالی رادار نیز محدویت ایجاد می‌کند و موجب می شود تا بیشترین برد قابل اندازه‌گیری و قدرت تشخیص اهداف کوچک، محدود شود. عملکرد مناسب سیستم FMCW نیاز به تولید جاروب فرکانسی به صورت خطی، در باند وسیع و همچنین نویز فاز کم است. بنابراین هدف این پایان‌نامه بررسی نیازمندی ها در بخش منبع سیگنال است. در تحقیق پیش رو یک نوسان ساز کولپیتس از نوع بیس مشترک با استفاده از تکنولوژی SiGe HBT توسط ترانزیستورهای مجزا در فرکانس 4.15GHz و پهنای باند حدود 300MHz که دارای خطی نگی جاروب فرکانسی است طراحی شد. نویزفاز اندازه گیری شده در آفست فرکانسی 700KHz، -119dBc/Hz و از نقطه نظر خطی-نگی نیز بیشترین مقدار انحراف آن از خط جاروب فرکانسی حدود 9MHz که معادل 0.25% است. نوسان-ساز طراحی شده بر روی برد مدارچاپی RO4003 در فضایی به ابعاد cm2 1x1 طراحی و مونتاژ شد. از دیگر مشخصات این نوسان ساز می توان به ولتاژ تغذیه، توان مصرفی و توان خروجی اشاره کرد که به ترتیب 3.3ولت، 35میلی وات و 3dBmتا 5dBm است. پس از اندازه گیری و استخراج مشخصات مداری مشخص گردید که مدار طراحی شده تمام پارامترهای سیستم FMCW مورد نظر را که بر اساس محاسبات مربوط به طراحی سیستمی FMCW در نظر گرفته شده، برآورده می کند. واژه‌های کلیدی: نویزفاز، نوسان ساز کنترل شونده با ولتاژ، FMCW ، فرکانس رادیویی، طراحی سیستمی، جاروب فرکانسی خطی.

In the past, radar systems applications were limited to military area. Nowadays, radar systems have found widespread applications in various fields. Short range radar is one of several types of these systems. Collision avoidance in vehicles, naval navigational systems, radio altimeters, level measurment in large tanks, security systems for invisble areas, measring small movment of particles, and speed control camera of police are some examples of their applications. FMCW radar system is one type of short range radars that their application have become common, recently. One of challenges in this system which causes limitation and degredation in the performance of ¬overall FMCW system, is the phase noise of signal source. The problem with phase noise arises when there is simultaneous transmit and receive operations. Phase noise also limits the maximum transmiting power. As transmitting power decreases, maximum detectable range decreases. Proper operation of a FMCW system requires linear and relatively wide band frequency sweep and low phase noise signal source. The main goal of this thesis is design and implementation a of C band low phase noise voltage controlled oscillator for FMCW applications. In this thesis a common base voltage controlled oscillator with discrete SiGe HBT transistors is designed. Its center frequency and bandwith are supposed to be 4.15GHz and 300MHz, respectively. The measured phase noise at 700kHz offset is -119dBc/Hz and its linearity regarding to a linear sweep line is 9MHz. The oscillator designed and implemented on a 20mil RO4003 PCB where occupied 1x1 cm2 area. The power supply voltage, power consumption, and output power are 3.3V, 35mW, and approximately 5dBm, respectively. After rigorous measurements, and optimization this oscillator satisfied the whole requirements for the FMCW system. Keywords: Phase noise, FMCW, voltage controlled oscillator, VCO, linear frequency sweep.

شبيه سازي نوسان ساز کولپيتس در محيط سيمولينک

نوسان سازها يا مولدهاي موج در سيستم هاي مختلف الکترونيکي داراي کاربردهاي وسيع و مهمي هستند. از نوسان ساز ها براي ايجاد موج حامل انرژي راديوئي و صوتي در مدارات راديويي استفاده مي شود.
در مدارهاي مخابراتي، ديجيتالي و بسياري ديگر از مدارهاي الکترونيکي نوسان سازها به عنوان يکي از بخش هاي اصلي تلقي ميشود. آنچه که در طراحي نوسان سازها بيشتر مورد توجه قرار ميگيرد شکل موج دلخواه با فرکانس مورد نظر است و هر خواسته طراحي متوجه فرکانس هاي بالا با شکل موج پايدارتري است.نوسان ساز ها اصولا داراي خروجي موج سينوسي هستند اگرچه شکل موج ها مي توانند مانند موج مربعي يا دندانه اره اي متفاوت باشند. شکل موج هاي سينوسي ممکن است DC يا AC باشند.
قسمت توليد فرکانس ممکن است يک مدار تشديد يا يک شبکه خازني مقاومتي باشد. مدار تشديد با توجه به فرکانس مورد نياز مي تواند ترکيبي از سلف و خازن باشد. البته شبکه هاي خازني مقاومتي فرکانس طبيعي ندارند ولي مي توان از جا به جايي فاز آن ها براي تعيين فرکانس نوسان استفاده کرد. قسمت مهم ديگر بخش نگهدارنده است که انرژي را به مدار تشديد تغذيه مي کند تا آن را در حالت نوسان نگه دارد. بخش نگهدارنده به يک تغذيه نياز دارد. در بسياري از نوسان ساز ها اين قسمت قطعه اي فعال مثل يک ترانزيستور است که پالس هاي منظمي را به مدار تشديد تغذيه مي کند.
نوسان ساز ها داراي انواع مختلفي هستند که از آن جمله مي توان به نوسان سازهاي فيدبک مثبت، نوسان ساز هارتلي، نوسان ساز کولپيتس، نوسان ساز راينارتز و نوسان ساز کنترل شده کريستالي اشاره کرد. در اين شماره قصد داريم با شبيه سازي يک نوسان ساز مهم و کاربردي به نام کولپيتس (Colpitts) در حوزه سيگنال در محيط سيمولينک نرم افزار MATLAB آشنا شويم. شکل موج نوسان ساز کولپيتس سينوسي بوده و فرکانس نوسان ساز کولپیتس توليدي توسط اين نوسان ساز مطابق شکل1، از رابطه( f= 1/(2π√(L1 C2C3/(C2+C3)) بدست مي آيد.
شکل1 مدار نوسان ساز کولپيتس را نشان مي دهد. همانطور که در اين شکل مشاهده مي کنيد براي شبيه سازي اين مدار در محيط سيمولينک نياز به المان هاي مقاومت (5 عدد)، خازن (3 عدد)، سلف(1 عدد)، ترانزيستور(1 عدد)، زمين تغذيه (3 عدد)، سنسور ولتاژ (1 عدد)، Scope(1 عدد)، مبدل سنسور به Scope (1 عدد) به همراه منبع تغذيه 12 ولت است.
شکل1) مدار نوسان ساز کولپيتس

براي شروع شبيه سازي پس از باز کردن محيط سيمولينک (با نوشتن دستور Simulink در محيط پنجره دستورات نرم افزار)، در کتابخانه آن به سراغ جعبه ابزار simscap رفته و سپس وارد قسمت کتابخانه اساسي (Foundation Library) شويد. در ادامه بايد بر روي قسمت Electrical کليک کنيد تا قادر شويد به المان هاي مورد نياز دسترسي داشته باشيد. ترتيب مراحل کار در شکل2 نمايش داده شده است.

شکل2) نحوه ورود به محيط شبيه سازي مدار الکترونيکي در کتابخانه سيمولينک

براي يافتن المان هاي نظير مقاومت، خازن، سلف و زمين منبع تغذيه به نوسان ساز کولپیتس سراغ المان هاي الکتريکي (Electrical Elements) در قسمت Electrical رفته و مطابق شکل3 اين المان ها را انتخاب کنيد.

شکل3) المان هاي مقاومت، خازن، سلف و زمين منبع تغذيه

براي رسم شکل موج خروجي (نوسان)، نياز از سنسور ولتاژ استفاده کنيد. براي دسترسي به اين بلوک از قسمت Electrical Sensors واقع در بخش Electrical کتابخانه اساسي بلوک Voltage Sensor را انتخاب کنيد. با توجه به اينکه نمي توان اين بلوک را مستقيم به بلوک Scope (به منظور نمايش شکل موج از اين بلوک استفاده مي شود) وصل کرد از يک واسط استفاده مي شود که مي توانيد اين بلوک را انتخاب کنيد و به مدل شبيه سازي اضافه کنيد.
براي اضافه کردن ترانزيستور و منبع تغذيه به مدل، از قسمت Simscap وارد SimElectronics شويد. براي دسترسي به ترانزيستور وارد قسمت Semiconductor Devices شده و از مجموعه ترانزيستور موجود ترانزيستور مورد نظر خود را انتخاب کنيد. در اين شبيه سازي از NPN Bipolar Transistor استفاده شده است. براي دسترسي به منبع تغذيه وارد Sources شويد و Positive Supply Rail را انتخاب کنيد.
در انتها براي يافتن بلوک واسط سنسور به Scope و همچنين بلوک Solver که براي حل مدل شبيه سازي شده نياز است که اين بلوک را نيز مي توانيد از قسمت Simscap وارد Utilites شويد و بلوک هاي Ps-Simulink Converter و Solver Configuration را به مدل اضافه کنيد. بلوک Scope نيز در قسمت Sinks کتابخانه سيمولينک قرار دارد.
پس از انتخاب بلوک هاي مورد نظر از قسمت هاي مختلف و تنظيم مقادير المان ها طبق مدار اصلي، بايد اين بلوک ها را طبق ساختار مدار اصلي در يک پنجره نوسان ساز کولپیتس شبيه سازي (با انتخاب Ctrl+N اين پنجره باز خواهد شد) به هم وصل کرده و در انتها مدل شبيه سازي را اجرا (Run) کنيد. شکل هاي 4 و 5 به ترتيب مدار شبيه سازي شده در محيط سيمولينک و خروجي نوسان ساز را نشان مي دهد.

شکل4) شبيه سازي نوسان ساز کولپيتس در سيمولينک
شکل5) شکل موج خروجي نوسان ساز

دانلود شبیه سازی اسیلاتور کولپیتس

اسیلاتور یک قطعه الکترونیکی است که در سیستم ها کاربرد فراوانی دارد. از جمله کاربرد های آن تولید پالس یا کلاک در سیستم های کامپیوتری است. انواع مختلی از اسیلاتور ها از جمله اسیلاتور کولپیتس در الکترونیک وجود دارد. در این پروژه دو اسیلاتور کولپیتس با فرکانس کاری مختلف در نرم افزار Pspice شبیه سازی شده است و به همراه گزارش کار محاسبات بعد از خرید قابل دانلود می باشد.

گزارشکار: دارد (یک صفحه به صورت عکس که صورت مساله پروژه می باشد)

شبیه سازی : پی اسپایس - orcad

اسیلاتور کولپیتس

نوسانگر یا اسیلاتور یک مدار الکترونیکی است که یک سیگنال الکترونیکی متناوب، اغلب موج سینوسی یا موج مربعی تولید می کند. نوسانگر جریان مستقیم DC را از یک منبع تغذیه به سیگنال متناوب (AC) تبدیل می کند. اسیلاتور به طور گسترده در بسیاری از دستگاه های الکترونیکی استفاده می شود. نمونه های معمولی از سیگنال های تولید شده توسط اسیلاتورها شامل سیگنال های پخش شده توسط فرستنده های رادیو و تلویزیون، سیگنال های ساعت یا پالس است که رایانه ها و ساعتهای کوارتز را تنظیم می کنند. امروزه اسیلاتور ها در تمام مدارات الکترونیکی وجود دارند.

انواع محتلفی از اسیلاتور ها از قبیل اسیلاتور کولپیتس، هارتلی، آرمسترانگ و … وجود دارند. در تئوری هر اسیلاتور میتواند هر فرکانسی دلخواهی را ایجاد کند، اما در عمل، طراحی عملی نوسانگر سخت است و ساخت و طراحی هر اسیلاتور با هر فرکانسی بصورت عملی ممکن نیست و بعضی از اسیلاتور ها در بازه های فرکانسی خاصی در مدارات قابل استفاده هستند.

طراحی و ساخت اسیلاتوری که بتواند به صورت کامل صحبح و منظم تولید سیگنال متناوب را انجام دهد بسیار سخت است. در این پروژه با توجه به استفاده فراوان از اسیلاتور کولپیس در مدارات الکترونیی، دو اسیلاتور کولپیس با فرکانس های کاری مختلف شبیه سازی شده اند.

شبیه سازی ها در نرم افزار Pspice نوسان ساز کولپیتس صورت گرفته است و فرکانس کاری اسیلاتور اول ۱۲.۵ مگاه هرتز و دومی ۳۲ مگا هرتز می باشد. با توجه به اینکه امروزه سیستم های سنکرون بسیار توسعه یافته اند و نیاز به سنکرون سازی در سیستم های فرستنده و گیرنده می باشد، در ادامه این پروژه این دو اسیلاتور با تکنیکی که در فایل آموزشی توصیح داده شده است با یکدیگر سنکرون شده و به یک فرکانس رسیده اند.

در ادامه بخشی از نتایج شبیه سازی برای این نوسانگر ها در محیط پی-اسپایس نشان داده شده است.

اساس کار اسیلاتور LC

اسیلاتور LC در واقع یک نوسان ساز است که از آن برای تولید سیگنال های فرکانس بالا استفاده می شود. مدار اسیلاتور کاربرد کلیدی در لوازم و دستگاه های الکترونیکی دارد. به همین دلیل است که خرید و واردات اسیلاتور با کیفیت در واردات قطعات الکترونیکی از اهمیت بالایی برخوردار است. در این مطلب با اساس کار اسیلاتور LC و انواع اسیلاتور های LC آشنا خواهیم شد.

اسیلاتور LC چیست؟

اسیلاتور LC نوعی از نوسان ساز است که در آن از یک مدار مخزن LC (خازن-القاگر) برای ارائه بازخورد مثبت مورد نیاز برای تداوم بخشیدن به نوسانات استفاده می شود. مدار مخزن LC به نام های دیگری مثل مدار LC تشدید کننده و یا مدار LC‌ تنظیم شده نیز شناخته می شود.

کاربرد اسیلاتور LC‌ به طور معمول شامل مواردی مثل جنراتور سیگنال RF، میکسر فرکانس، تیونر، جنراتور موج سینوسی، تعدیل کننده RF‌ و غیره است. قبل از آن که وارد جزئیات نوسان ساز LC‌ و انواع اسیلاتور LC‌ شویم، بیاید نگاهی بیندازیم به مدار مخزن LC.

نحوه کار مدار مخزن اسیلاتور LC

اگر چه در مدار مخزن واقعی القاگر و خازن به شکل موازی به هم متصل شده اند، در تصویر زیر برای درک بهتر نحوه کار اسیلاتور LC، سوییچ و منبع ولتاژ نیز نشان داده شده اند:

در ابتدا فرض می کنیم که سوییچ S در نقطه 1 قرار دارد. خازن به اندازه ولتاژ V که منبع ولتاژ است شارژ می شود. حالا فرض کنید که مانند تصویر زیر سوییچ به نقطه

شارژ خازن C از طریق القاگر L تخلیه می شود. در این حالت ولتاژ خازن شروع به کاهش می کند و جریان درون القاگر به تدریج افزایش می یابد. جریان در حال افزایش، یک میدان الکترومغناطیسی را در اطراف سیم پیچ (کویل) ایجاد می کند. سپس وقتی که خازن کاملا تخلیه شد، انرژی الکترواستاتیک ذخیره شده در خازن کاملا و به شکل میدان الکترو-مغناطیس به سیم پیچ منتقل می شود.

حالا که دیگر خازن نوسان ساز کولپیتس هیچ انرژی برای نگهداری از جریان به وسیله سیم پیچ ندارد، میدان اطراف سیم پیچ افت می کند و جریان موجود در سیم پیچ کاهش می یابد. به دلیل القای الکترومغناطیسی، القاگر یک back emf برابر با L(di/dt) تولید می کند تا در برابر تغییر جریان مقاومت کند. این back emf دوباره شروع به شارژ کردن خازن می کند.

وقتی که شارژ خازن پر شود، انرژی که یک بار به شکل میدان الکترو-مغناطیس در القاگر ذخیره شده بود، حالا به شکل میدان الکترواستاتیک به خازن منتقل می شود. در اینجا دوباره خازن شروع به تخلیه شارژ خود می کند و این چرخه تکرار می شود. همین چرخه انتقال انرژی بین خازن و القاگر دلیل اصلی تولید اسیلاتور ها در مدار مخزن است.

در یک دنیای ایده آل و در صورت استفاده از یک خازن و القاگر بی نقص، این نوسان ساز ها تا بی نهایت به کار خود ادامه می دهند؛ اما در دنیای واقعی، القاگر مقداری مقاومت اهمی از خود نشان می دهد و همچنین خازن نیز کمی نشتی خواهد داشت. این نواقص باعث می شوند تا با هر بار تکرار شدن چرخه، مقداری از انرژی هدر برود. در نتیجه قدم به قدم دامنه نوسان کمتر می شود تا آن ک در نهایت نوسان ها به پایان می رسند. به این افت تدریجی دامنه که باعث به پایان رسیدن کار یک اسیلاتور می شود damping می گویند که می شود آن را میرایی ترجمه کرد.

یک نوسان ساز LC در مدار مخزن که بعد از مدتی دچار اثر damping شده را می شود با نمودار زیر نشان داد:

در یک اسیلاتور LC عملی، علاوه بر معیار بارک هاوزن باید از ابزار دیگری نیز برای جبران انرژی از دست رفته در مدار مخزن استفاده شود. استفاده از عناصر فعالی مثل BJT, FET, opamp و… در انواع اسیلاتور LC راهی برای جبران این انرژی از دست رفته است.

به طور کلی عنصر فعال در یک مدار نوسان ساز LC سه کار اساسی و بنیادی دارد:

• بازده حداقلی را داشته باشد
• کمک کند تا به شرایط بازخورد مثبت مورد نیاز دست یافته شود
• انرژی از دست رفته در مدار مخزن را جبران کند

انواع اسیلاتور ها

نوسان ساز LC‌ انواع مختلفی دارد که در اینجا آن ها را مرور کرده ایم:

نوسان ساز کلکتور تنظیم شده

می شود گفت که نوسان ساز کلکتور تنظیم شده نوع پایه ای اسیلاتور ها است. در این نوع، یک ترنسفورمر و یک خازن به شکل موازی در مدار اسیلاتور متصل شده اند. ترنسفورمر اصلی و خازن مدار مخزن لازم را شکل می دهند. ترنسفورمر ثانویه، مقداری از نوسان های ایجاد شده در مدار مخزن را به پایه ترانزیستور بر می گرداند. دیاگرام مدار یک نوسان ساز کلکتور تنظیم شده به شکل زیر است:

نوسان ساز پایه تنظیم شده

نوسان ساز پایه تنظیم شده نوعی از اسیلاتور LC‌ است که در آن مدار تنظیم شده بین پایه و زمین ترانزیستور قرار می گیرد. سیم پیچ اصلی یک ترنسفورمر و خازن مدار تنظیم شده را شکل می دهند. سیم پیچ ثانویه ترنسفورمر نیز برای فیدبک مورد استفاده قرار می گیرد. دیاگرام این نوع از انواع اسیلاتور به شکل زیر است:

نوسان ساز هارتلی

در نوسان ساز هارتلی، مدار مخزن از دو القاگر و یک خازن تشکیل شده است. القاگر ها به شکل سری به همدیگر متصل شده اند و خازن به شکل موازی به ترکیب سری القاگر متصل می شود. این نوع از اسیلاتور توسط دانشمند آمریکایی رالف هارتلی در 1915 اختراع شد. فرکانس کاربردی معمول اسیلاتور هارتلی بین 20KHz تا 20MHz می باشد و می تواند از BJT, FET, opamp نیز استفاده کند. دیاگرام مدار اسیلاتور هارتلی به شکل زیر است:

اسیلاتور کولپیتس

اسیلاتور کولپیتس یکی نوسان ساز کولپیتس نوسان ساز کولپیتس دیگر از انواع اسیلاتور است که در آن مدار مخزن از دو خازن و یک القاگر تشکیل شده است. خازن ها به شکل سری به هم متصل هستند و القاگر به شکل موازی به آن ها وصل نوسان ساز کولپیتس می شود. این اسیلاتور در سال 1918 توسط ادوین کولپیتس اختراع شد و طیف کاربردی آن بین 20KHz تا 300MHz است. در مقایسه با اسیلاتور هارتلی، اسیلاتور کولپیتس عملکرد بهتری در ثبات فرکانس دارد. دیاگرام مدار اسیلاتور نوسان ساز کولپیتس کولپیتس به این شکل است:

اسیلاتور کلپ

اسیلاتور کلپ در واقع نسخه اصلاح شده اسیلاتور کولپیتس است. در اسیلاتور کلپ یک خازن اضافه به شکل سری به القاگر در مدار مخزن متصل شده است. این خازن اضافی باعث شده است تا اسیلاتور در فرکانس های متنوع تری کاربرد داشته باشد. افزودن این خازن اضافی همچنین نقش مهمی در بهبود ثبات فرکانس ایفا می کند و دو خازن دیگر را از اثرات پارامتر های ترانزیستور محافظ می کند. دیاگرام مدار اسیلاتور کلپ از انواع اسیلاتور LC به شکل زیر است:

نوسان ساز کولپیتس

محل دفاع کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 2920;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 74220

در گذشته کاربرد سیستم‌های راداری محدود به سیستم‌های نظامی بود؛ اما امروزه سیستم‌های راداری در زمینه‌های مختلف کاربردهای گسترده‌ای یافته‌اند. سیستم های راداری انواع مختلفی دارند. یکی از انواع سیستم-های راداری، رادار برد کوتاه است. از کاربردهای این سیستم ها می توان به سیستم‌های جلوگیری از برخورد در خودروها، سیستم ناوبری کشتی‌ها، ارتفاع سنج‌های راداری، سیستم‌های اندازه‌گیری ارتفاع مایعات در مخازن بزرگ، سیستم‌های امنیتی برای نواحی بدون قابلیت دید، اندازه‌گیری حرکات بسیار کوچک و دوربین کنترل سرعت پلیس راه اشاره کرد. یکی از انواع رادارهای برد کوتاه، رادار FMCW می¬باشد که در سال‌های اخیر بسیار رایج شده است که اساسا به دلیل پیشرفت‌های صورت گرفته در حوزه پردازش دیجیتال سیگنال‌ها و عملکرد مناسب رادار در فواصل کوتاه بوده است. یکی از مسائلی که سبب ایجاد محدودیت بر روی عملکرد رادار FMCW می‌شود نویز فاز است که به علت ارسال و دریافت همزمان نشتی سیگنال اثر خود را نمایان‌تر نشان می‌دهد. نویز فاز برروی بیشترین توان ارسالی رادار نیز محدویت ایجاد می‌کند و موجب می شود تا بیشترین برد قابل اندازه‌گیری و قدرت تشخیص اهداف کوچک، محدود شود. عملکرد مناسب سیستم FMCW نیاز به تولید جاروب فرکانسی به صورت خطی، در باند وسیع و همچنین نویز فاز کم است. بنابراین هدف این پایان‌نامه بررسی نیازمندی ها در بخش منبع سیگنال است. در تحقیق پیش رو یک نوسان ساز کولپیتس از نوع بیس مشترک با استفاده از تکنولوژی نوسان ساز کولپیتس SiGe HBT توسط ترانزیستورهای مجزا در فرکانس 4.15GHz و پهنای باند حدود 300MHz که دارای خطی نگی جاروب فرکانسی است طراحی شد. نویزفاز اندازه گیری شده در آفست فرکانسی 700KHz، -119dBc/Hz و از نقطه نظر خطی-نگی نیز بیشترین مقدار انحراف آن از خط جاروب فرکانسی حدود 9MHz که معادل 0.25% است. نوسان-ساز طراحی شده بر روی برد مدارچاپی RO4003 در فضایی به ابعاد cm2 1x1 طراحی و مونتاژ شد. از دیگر مشخصات این نوسان ساز می توان به ولتاژ تغذیه، توان مصرفی و توان خروجی اشاره کرد که به ترتیب 3.3ولت، 35میلی وات و 3dBmتا 5dBm است. پس از اندازه گیری و استخراج مشخصات مداری مشخص گردید که مدار طراحی شده تمام پارامترهای سیستم FMCW مورد نظر را که بر اساس محاسبات مربوط به طراحی سیستمی FMCW در نظر گرفته شده، برآورده می کند. واژه‌های کلیدی: نویزفاز، نوسان ساز کنترل شونده با ولتاژ، FMCW ، فرکانس رادیویی، طراحی سیستمی، جاروب فرکانسی خطی.

In the past, radar systems applications were limited to military area. Nowadays, radar systems have found widespread applications in various fields. Short range radar is one of several types of these systems. Collision avoidance in vehicles, naval navigational systems, radio altimeters, level measurment in large tanks, security systems for invisble areas, measring small movment of particles, and speed control camera of police are some examples of their applications. FMCW radar system is one type of short range radars that their application have become common, recently. One of challenges in this system which causes limitation and degredation in the performance of ¬overall FMCW system, is the phase noise of signal source. The problem with phase noise arises when there is simultaneous transmit and receive operations. Phase noise also limits the maximum transmiting power. As transmitting power decreases, maximum detectable range decreases. Proper operation of a FMCW system requires linear and relatively wide band frequency sweep and low phase noise signal source. The main goal of this thesis is design and implementation a of C band low phase noise voltage controlled نوسان ساز کولپیتس oscillator for FMCW applications. In this thesis a common base voltage controlled oscillator with discrete SiGe HBT transistors is designed. Its center frequency and bandwith are supposed to be 4.15GHz and 300MHz, respectively. The measured phase noise at 700kHz offset is -119dBc/Hz and its linearity regarding to a linear sweep line is 9MHz. The oscillator designed and implemented on a 20mil RO4003 PCB where occupied 1x1 cm2 area. The power supply voltage, power consumption, and output power are 3.3V, 35mW, and approximately 5dBm, respectively. After rigorous measurements, and optimization this oscillator satisfied the whole requirements for the FMCW system. Keywords: Phase noise, FMCW, voltage controlled oscillator, VCO, linear frequency sweep.