I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   E l e c t r i c a l   a n d   C o m p u t e r   E n g i n e e r i n g   ( I J E C E )   V o l . 1 ,   N o . 1 ,   S e p t e m b e r   2 0 1 1 ,   p p .   1 ~ 8   I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8             1       R e c e i v e d   J u l y   2 0 th ,   2 0 1 1 ;   R e v i s e d   A u g   2 0 th ,   2 0 1 1 ;   A c c e p t e d   S e p t   9 th ,   2 0 1 1   L o w   N o i s e   A m p l i f i e r   a t   5 . 8 G H z   w i t h   C a s c o d e   a n d   C a s c a d e d   T e c h n i q u e s   U s i n g   T - M a t c h i n g   N e t w o r k   f o r   W i r e l e s s   A p p l i c a t i o n s       I b r a h i m   A . B ,   H u s s a i n   M . N ,   O t h m a n   A . R ,   J o h a l . M . S   F a c u l t y   o f   E l e c t r o n i c   a n d   C o m p u t e r   E n g i n e e r i n g   U n i v e r s i t i   T e k n i k a l   M a l a y s i a   M e l a k a   E m a i l :   a b u p s p @ g m a i l . c o m ,   r a n i @ u t e m . e d u . m y       A b s t r a c t   T h i s   p r o j e c t   p r e s e n t   a   d e s i g n   o f   a   5 . 8   G H z   l o n o i s e   a m p l i f i e r   ( L NA )   d e s i g n   wi t h   c a s c o d e   a n d   c a s c a d e d   t e c h n i q u e s   u s i n g   T - m a t c h i n g   n e t w o r k   a p p l i c a b l e   f o r   I E E E   8 0 2 . 1 6   s t a n d a r d .   T h e   a m p l i f i e r   u s e   F H X 7 6 L P   L o No i s e   S u p e r H E M T   F E T .   T h e   L NA   d e s i g n e d   u s e d   T - m a t c h i n g   n e t wo r k   c o n s i s t i n g   o f   l u m p   e l e m e n t   r e a c t i v e   e l e m e n t   a t   t h e   i n p u t   a n d   t h e   o u t p u t   t e r m i n a l .   T h e   c a s c o d e   a n d   c a s c a d e d   l o n o i s e   a m p l i f i e r   ( L N A )   p r o d u c e d   g a i n   o f   3 6 . 8 d B   a n d   n o i s e   f i g u r e   ( NF )   a t   1 . 3 d B .   T h e   i n p u t   r e f l e c t i o n   ( S 1 1 )   a n d   o u t p u t   r e t u r n   l o s s   ( S 2 2 )   a r e   - 1 1 . 4 d B   a n d   - 1 2 . 3 d B   r e s p e c t i v e l y .   T h e   b a n d wi d t h   o f   t h e   a m p l i f i e r   i s   m o r e   t h a n   1 G H z .   T h e   i n p u t   s e n s i t i v i t y   i s   c o m p l i a n t   wi t h   t h e   I E E E   8 0 2 . 1 6   s t a n d a r d s .     Ke y wo r d :   Ca s c o d e   a n d   C a s c a d e   L NA ,   R a d i o   F r e q u e n c y ,   T   - M a t c h i n g   Ne t w o r k       1 .   I n t r o d u c t i o n   T h e   n u m b e r   o f   s y s t e m s   t h a t   u s e   r a d i o   f r e q u e n c y   ( R F )   l i n k s   i s   i n c r e a s i n g   q u i c k l y .   A t   t h e   s a m e   t i m e ,   t h e   n u m b e r   o f   s t a n d a r d s   f o r   s u c h   s y s t e m s   i s   i n c r e a s i n g   q u i c k l y   a s   w e l l .   T o   m a k e   t h i s   p o s s i b l e   t h e   n u m b e r   o f   f r e q u e n c y   b a n d   d e d i c a t e d   f o r   w i r e l e s s   c o m m u n i c a t i o n   h a s   a l s o   i n c r e a s e d   [ 1 ] .   W i M A X ,   w h i c h   i s   s h o r t   f o r   W o r l d w i d e   I n t e r o p e r a b i l i t y   f o r   M i c r o w a v e   A c c e s s ,   i s   a   n o v e l   w i r e l e s s   c o m m u n i c a t i o n   t e c h n o l o g y .   I t   i s   a n   a t t r a c t i v e   t e c h n o l o g y   d u e   t o   t h e   h i g h   t r a n s m i t t i n g   s p e e d   ( u p   t o   7 0 M b p s )   a n d   l o n g   t r a n s m i t t i n g   d i s t a n c e   ( u p   t o   3 0   m i l e ) .   T h e   s y s t e m   b a s e s   o n   I E E E   8 0 2 . 1 6   s t a n d a r d s   a n d   u s e s   s e v e r a l   b a n d s   ( 2 . 3 - 2 . 7   G H z ,   3 . 4 - 3 . 6   G H z   a n d   5 . 1 - 5 . 8 G H z )   t o   t r a n s m i t   d a t a .   T h e   d e s i g n   o f   t h e   f r o n t - e n d   l o w   n o i s e   a m p l i f i e r   ( L N A )   i s   o n e   o f   t h e   c h a l l e n g e s   i n   r a d i o   f r e q u e n c y   ( R F )   r e c e i v e r s ,   w h i c h   n e e d s   t o   p r o v i d e   g o o d   i n p u t   i m p e d a n c e   m a t c h ,   e n o u g h   p o w e r   g a i n   a n d   l o w   n o i s e   f i g u r e   ( N F )   w i t h i n   t h e   r e q u i r e d   b a n d   [ 2 ] . M a n y   h i g h   g a i n   a m p l i f i e r   t o p o l o g i e s   h a v e   b e e n   p r o p o s e d   a s   a   w a y   t o   s a t i s f y   t h e   r e q u i r e m e n t   f o r   l o w   p o w e r   d i s s i p a t i o n   a s   w e l l   a s   g o o d   p e r f o r m a n c e s .   T h e   c a s c o d e   w i t h   c a s c a d e d   t e c h n i q u e s   t o   p r o d u c e s   r e s u l t s   i n   a   h i g h e r   b a n d w i d t h   a n d   g a i n ,   d u e   t o   t h e   i n c r e a s e   i n   t h e   o u t p u t   i m p e d a n c e ,   a s   w e l l   a s   b e t t e r   i s o l a t i o n   b e t w e e n   t h e   i n p u t   a n d   o u t p u t   p o r t s .   [ 3 - 7 ] .   M o s t   o f   t h e   s i n g l e   s t a g e   L N A   d e v i c e   i n   t h e   r e v i e w   c o u l d   o n l y   a r o u n d   2 0   d B   g a i n .   I t   w a s   p r o p o s e d   t h a t   t h e   l o w   n o i s e   a m p l i f i e r   s h o u l d   h a v e   a   g a i n   o f   a t   l e a s t   3 0   d B .   B y   t a k i n g   c o n s i d e r a t i o n   t h e   e x t e n s i o n   o f   c o m m u n i c a t i o n   d i s t a n c e   o f   u p   t o   5 0   k m .   A   b u d g e t e d   h i g h   g a i n   L N A   w i l l   e n s u r e   a   g o o d   s i g n a l   t o   n o i s e   s e p a r a t i o n   f o r   f u r t h e r   a m p l i f i c a t i o n .   F o r   t h i s   g a i n   o f   3 0   d B ,   a   c a s c o d e   w i t h   c a s c a d e d   a m p l i f i e r   i s   i n t r o d u c e d   f o r   t h e   L N A   a s   s h o w s   i n   f i g u r e   1 .                       F i g u r e   1 .   C a s c o d e   a n d   C a s c a d e d   L N A       2 .   T h e o r e t i c a l   A s p e c t s   B a s i c a l l y ,   f o r   t h e   d e s i g n   o f   a n   a m p l i f i e r ,   t h e   i n p u t   a n d   o u t p u t   m a t c h i n g   n e t w o r k   a r e   d e s i g n e d   t o   a c h i e v e   t h e   r e q u i r e d   s t a b i l i t y ,   s m a l l   s i g n a l   g a i n ,   a n d   b a n d w i d t h .   S u p e r   h i g h   f r e q u e n c y   a m p l i f i e r   i s   a   t y p i c a l   a c t i v e   c i r c u i t   u s e d   t o   a m p l i f y   t h e   a m p l i t u d e   o f   R F   s i g n a l .   B a s i c   c o n c e p t   a n d   c o n s i d e r a t i o n   i n   d e s i g n   o f   s u p e r   h i g h   f r e q u e n c y   a m p l i f i e r   i s   p r e s e n t e d   b e l o w .   F o r   t h e   L N A   d e s i g n e d ,   t h e   f o r m u l a   a n d   e q u a t i o n   w e r e   r e f e r r e d   t o   [ 4 ] .   F i g u r e   2 ,   s h o w s   a   t y p i c a l   s i n g l e - s t a g e   a m p l i f i e r   i n c l u d i n g   i n p u t / o u t p u t   m a t c h i n g   n e t w o r k s .           C a s c o d e   S i n g l e   L N A   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I J E C E     V o l .   1 ,   N o .   1 ,     S e p t e m b e r   2 0 1 1   :     1     8   2                   F i g u r e   2 .   T y p i c a l   a m p l i f i e r   d e s i g n     T h e   b a s i c   c o n c e p t   o f   h i g h   f r e q u e n c y   a m p l i f i e r   d e s i g n   i s   t o   m a t c h   i n p u t / o u t p u t   o f   a   t r a n s i s t o r   a t   h i g h   f r e q u e n c i e s   u s i n g   S - p a r a m e t e r s   f r e q u e n c y   c h a r a c t e r i s t i c s   a t   a   s p e c i f i c   D C - b i a s   p o i n t   w i t h   s o u r c e   i m p e d a n c e   a n d   l o a d   i m p e d a n c e .   I n p u t / o u t p u t   m a t c h i n g   c i r c u i t   i s   e s s e n t i a l   t o   r e d u c e   u n w a n t e d   r e f l e c t i o n   o f   s i g n a l   a n d   t o   i m p r o v e   e f f i c i e n c y   o f   t r a n s m i s s i o n   f r o m   s o u r c e   t o   l o a d   [ 4 - 5 ] .     2 . 1 .   P o w e r   G a i n   S e v e r a l   p o w e r   g a i n s   w e r e   d e f i n e d   i n   o r d e r   t o   u n d e r s t a n d   o p e r a t i o n   o f   s u p e r   h i g h   f r e q u e n c y   a m p l i f i e r ,   a s   s h o w n   i n   F i g u r e   3 ,   p o w e r   g a i n s   o f   2 - p o r t   c i r c u i t   n e t w o r k   w i t h   p o w e r   i m p e d a n c e   o r   l o a d   i m p e d a n c e   a t   p o w e r   a m p l i f i e r   r e p r e s e n t e d   w i t h   s c a t t e r i n g   c o e f f i c i e n t   a r e   c l a s s i f i e d   i n t o   O p e r a t i n g   P o w e r   G a i n ,   T r a n s d u c e r   P o w e r   G a i n   a n d   A v a i l a b l e   P o w e r   G a i n   [ 4 - 5 ] .           F i g u r e   3 .   I / O   c i r c u i t   o f   2 - p o r t   n e t w o r k     2 . 2 .   O p e r a t i n g   P o w e r   G a i n   O p e r a t i n g   p o w e r   g a i n   i s   t h e   r a t i o   o f   p o w e r   ( P L )   d e l i v e r e d   t o   t h e   l o a d   ( Z L )   t o   p o w e r   ( P i n )   s u p p l i e d   t o   2 - p o r t   n e t w o r k .   P o w e r   d e l i v e r e d   t o   t h e   l o a d   i s   t h e   d i f f e r e n c e   b e t w e e n   t h e   p o w e r   r e f l e c t e d   a t   t h e   o u t p u t   p o r t   a n d   t h e   i n p u t   p o w e r ,   a n d   p o w e r   s u p p l i e d   t o   2 - p o r t   n e t w o r k   i s   t h e   d i f f e r e n c e   b e t w e e n   t h e   i n p u t   p o w e r   a t   t h e   i n p u t   p o r t   a n d   t h e   r e f l e c t e d   p o w e r .   T h e r e f o r e ,   O p e r a t i n g   P o w e r   G a i n   i s   r e p r e s e n t e d   b y                                                                               ( 1 )                                                                               w h e r e ,   i n G   i n d i c a t e s   r e f l e c t i o n   c o e f f i c i e n t   o f   l o a d   a t   t h e   i n p u t   p o r t   o f   2 - p o r t   n e t w o r k   a n d   s G   i s   r e f l e c t i o n   c o e f f i c i e n t   o f   p o w e r   s u p p l i e d   t o   t h e   i n p u t   p o r t .     2 . 3   T r a n s d u c e r   P o w e r   G a i n   T r a n s d u c e r   P o w e r   G a i n   i s   t h e   r a t i o   o f a v s P ,   m a x i m u m   p o w e r   a v a i l a b l e   f r o m   s o u r c e   t o L P ,   p o w e r   d e l i v e r e d   t o   t h e   l o a d .   A s   m a x i m u m   p o w e r   i s   o b t a i n e d   w h e n   i n p u t   i m p e d a n c e   o f   c i r c u i t   n e t w o r k   i s   e q u a l   t o   c o n j u g a t e   c o m p l e x   n u m b e r   o f   p o w e r   i m p e d a n c e ,   i f   i n G = s G ,   t r a n s d u c e r   p o w e r   g a i n   i s   r e p r e s e n t e d   b y         2 2 2 2 2 2 1 2 | 1 | | | 1 | | | | 1 1 s u p p l i e d L L i n i n L P S S P P a m p l i f i e r t h e t o p o w e r l o a d t h e t o d e l i v e r e d P o w e r G G - G - G - = = = Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8       L N A   a t   5 . 8 G H z   w i t h   C a s c o d e   a n d   C a s c a d e d   T e c h n i q u e s   .   ( A b u   B a k a r )   3 L L S I N S S S S G - G + = G = G 2 2 2 1 1 2 1 1 * 1 S S L O U T S S S S G - G + = G = G 1 1 2 1 1 2 2 2 * 1 2 2 1 1 2 2 2 1 1 2 2 2 2 1 | ) ( ) 1 ) ( 1 ( | ) | | 1 ) ( | | 1 ( | | L S L S L S a v s L T S S S S S P P s o u r c e t h e f r o m A v a i l a b l e P o w e r l o a d t h e t o d e l i v e r e d P o w e r G G G - G - G - G - G - = = =                 ( 2 )                                                                                                                                                                                                                                                               w h e r e ,   L G   i n d i c a t e s   l o a d   r e f l e c t i o n   c o e f f i c i e n t .     2 . 4 .   A v a i l a b l e   P o w e r   G a i n   A v a i l a b l e   P o w e r   G a i n ,   A G i s   t h e   r a t i o   o f a v s P ,   p o w e r   a v a i l a b l e   f r o m   t h e   s o u r c e ,   t o a v n P ,   p o w e r   a v a i l a b l e   f r o m   2 - p o r t   n e t w o r k ,   t h a t   i s ,   a v s a v n A P P G = .   P o w e r   g a i n   i s   a v n P   w h e n   i n G = s * G .   T h e r e f o r e   A v a i l a b l e   P o w e r   G a i n   i s   g i v e n   b y :         ( 3 )             T h a t   i s ,   t h e   a b o v e   f o r m u l a   i n d i c a t e s   p o w e r   g a i n   w h e n   i n p u t   a n d   o u t p u t   a r e   m a t c h e d   [ 5 ] .     2 . 5 .   N o i s e   F i g u r e   S i g n a l s   a n d   n o i s e s   a p p l i e d   t o   t h e   i n p u t   p o r t   o f   a m p l i f i e r   w e r e   a m p l i f i e d   b y   t h e   g a i n   o f   t h e   a m p l i f i e r   a n d   n o i s e   o f   a m p l i f i e r   i t s e l f   i s   a d d e d   t o   t h e   o u t p u t .   T h e r e f o r e ,   S N R   ( S i g n a l   t o   N o i s e   R a t i o )   o f   t h e   o u t p u t   p o r t   i s   s m a l l e r   t h a n   t h a t   o f   t h e   i n p u t   p o r t .   T h e   r a t i o   o f   S N R   o f   i n p u t   p o r t   t o   t h a t   o f   o u t p u t   p o r t   i s   r e f e r r e d   t o   a s   n o i s e   f i g u r e   a n d   i s   l a r g e r   t h a n   1   d B .   T y p i c a l l y ,   n o i s e   f i g u r e   o f   2 - p o r t   t r a n s i s t o r   h a s   a   m i n i m u m   v a l u e   a t   t h e   s p e c i f i e d   a d m i t t a n c e   g i v e n   b y   f o r m u l a :     ( 4 )     F o r   l o w   n o i s e   t r a n s i s t o r s ,   m a n u f a c t u r e s   u s u a l l y   p r o v i d e   o p t N Y R F , , m i n   b y   f r e q u e n c i e s .     N   d e f i n e d   b y   f o r m u l a   f o r   d e s i r e d   n o i s e   f i g u r e :     ( 5 )             2 . 6 .   C o n d i t i o n   f o r   M a t c h i n g   T h e   s c a t t e r i n g   c o e f f i c i e n t s   o f   t r a n s i s t o r   w e r e   d e t e r m i n e d .   T h e   o n l y   f l e x i b i l i t y   p e r m i t t e d   t o   t h e   d e s i g n e r   i s   t h e   i n p u t / o u t p u t   m a t c h i n g   c i r c u i t .   T h e   i n p u t   c i r c u i t   s h o u l d   m a t c h   t o   t h e   s o u r c e   a n d   t h e   o u t p u t   c i r c u i t   s h o u l d   m a t c h   t o   t h e   l o a d   i n   o r d e r   t o   d e l i v e r   m a x i m u m   p o w e r   t o   t h e   l o a d .   A f t e r   s t a b i l i t y   o f   a c t i v e   d e v i c e   i s   d e t e r m i n e d ,   i n p u t / o u t p u t   m a t c h i n g   c i r c u i t s   s h o u l d   b e   d e s i g n e d   s o   t h a t   r e f l e c t i o n   c o e f f i c i e n t   o f   e a c h   p o r t   c a n   b e   c o r r e l a t e d   w i t h   c o n j u g a t e   c o m p l e x   n u m b e r   a s   g i v e n   b e l o w   [ 6 ] :                                               ( 6 )                               ( 7 )           T h e   n o i s e   f i g u r e   o f   t h e   f i r s t   s t a g e   o f   t h e   r e c e i v e r   o v e r r u l e s   n o i s e   f i g u r e   o f   t h e   w h o l e   s y s t e m .   T o   g e t   m i n i m u m   n o i s e   f i g u r e   u s i n g   t r a n s i s t o r ,   p o w e r   r e f l e c t i o n   c o e f f i c i e n t   s h o u l d   m a t c h   w i t h   o p t G     a n d   l o a d   r e f l e c t i o n   c o e f f i c i e n t   s h o u l d   m a t c h   w i t h   * o u t G   2 2 2 2 2 1 2 1 1 2 | 1 | 1 | | | 1 | | | 1 L S S a v s a v n A S S S P P s o u r c e t h e f r o m a v a i l a b l e P o w e r a m p l i f i e r t h e f r o m a v a i l a b l e P o w e r G G - G - G - = = = 2 m i n | | o p t s S N Y Y G R F F - + = 2 0 m i n 2 2 | 1 | / 4 | | 1 | | o p t N S o p t s Z R F F N G + - = G - G - G = Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I J E C E     V o l .   1 ,   N o .   1 ,     S e p t e m b e r   2 0 1 1   :     1     8   4                         s G = o p t G                                                                                                                                                                                                   ( 8 )               G - G + = G = G s s o u t L S S S S 1 1 2 1 1 2 2 2 * 1                                                                                                                                                                                           ( 9 )             3 .           D e s i g n   o f   L N A   L o w     n o i s e   a m p l i f i e r   h a s   b e e n   d e s i g n   b a s e d   o n   t h e   s - p a r a m e t e r s   w e r e   o b t a i n e d   f r o m   c a l c u l a t i o n   a n d   s i m u l a t i o n   u s i n g   A D S .   T h e   S - p a r a m e t e r   f o r   e a c h   L N A   s h o w s   i n   T a b l e   1   a n d   T a b l e   2 .                   T a b l e   1 .   S - P a r a m e t e r s   o f   C a s c o d e   L N A   F r e q / d B   S 1 1   S 1 2   S 2 1   S 2 2   5 . 8 G H Z   0 . 6 3 7   0 . 0 4 0   2 . 8 7 3   0 . 5 3 6   A n g l e   - 8 9 . 6 4 5   2 9 . 1 5 7   8 6 . 5 5 7   - 2 4 . 0 5 8                 T a b l e   2 .   S - P a r a m e t e r s   o f   S i n g l e   L N A   F r e q / d B   S 1 1   S 1 2   S 2 1   S 2 2   5 . 8 G H z   0 . 7 1 2   0 . 0 6 5   8 . 9 9 4   0 . 2 3 7   A n g l e   - 8 6 . 5 4   3 3 . 8 7 8   1 7 8 . 6 6   - 1 0 . 4 5 6       T h e   o v e r a l l   p e r f o r m a n c e   o f   t h e   l o w   n o i s e   a m p l i f i e r   i s   d e t e r m i n e d   b y   c a l c u l a t i n g   t h e   t r a n s d u c e r   g a i n   G T ,   n o i s e   f i g u r e   F   a n d   t h e   i n p u t   a n d   o u t p u t   s t a n d i n g   w a v e   r a t i o s ,   V S W R I N   a n d   V S W R O U T .   T h e   o p t i m u m ,   Γ o p t   a n d   Γ L   w e r e   o b t a i n e d   a s   Γ o p t   =   1 7 . 3 5 4   +   j 5 0 . 1 3   a n d   Γ L   =   7 9 . 9 1 3 - j 7 . 3 0 4   f o r   s i n g l e   L N A .   W h i l e ,   Γ o p t   =   2 1   +   j 4 8 . 8 8 1   a n d   Γ L   =   7 9 . 9 1 3 -   j 7 . 3 0 4   f o r   c a s c o d e   L N A .   F i g u r e   4   s h o w s ,   t h e   c o m p l e t e   s c h e m a t i c   o f   a   s i n g l e   s t a g e   L N A   a n d   F i g u r e   5   s h o w s   t h e   c o m p l e t e d   s c h e m a t i c   o f   a   c a s c o d e   L N A .   A   T - m a t c h i n g   n e t w o r k   w a s   u s e d   t o   m a t c h   t h e   i n p u t   i m p e d a n c e .   U s i n g   S m i t h   C h a r t   m a t c h i n g   t e c h n i q u e s ,   t h e   c o m p o n e n t   v a l u e s   a r e   s h o w n   i n   T a b l e   3 . T o   a c h i e v e   t h e   t a r g e t e d   o v e r a l l   g a i n   o f   3 5 d B ,   i t   w a s   d e c i d e d   t o   d e s i g n   c a s c o d e   a n d   c a s c a d e d   t e c h n i q u e .                           F i g u r e   4 .   T h e   S c h e m a t i c   C i r c u i t   f o r   S i n g l e   L N A                                       F i g u r e   5 .   T h e   S c h e m a t i c   C i r c u i t   f o r   C a s c o d e   L N A     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8       L N A   a t   5 . 8 G H z   w i t h   C a s c o d e   a n d   C a s c a d e d   T e c h n i q u e s   .   ( A b u   B a k a r )   5                                                                                                                                         T a b l e   3 .   L N A   p a r a m e t e r s   I t e m s   Co m p o n e n t s   o f   M a t c h i n g     Ca s c o d e   L N A   S i n g l e   L N A   L 1   6 . 1 4   n H   3 . 6 6 1   n H   L 2   2 . 4   n H   0 . 8 7 9 9   n H   L 3   1 . 5 5   n H   3 . 6 0   n H   L 4   1 . 6 2   n H   0 . 8 8   n H   C 1   0 . 3 1 5   p F   0 . 5   p F   C 2   4 2 9 . 9 f F         4 .   S i m u l a t i o n   R e s u l t   T a b l e   4   s h o w s   t h e   s - p a r a m e t e r s   o u t p u t   f o r   c o m p a r i s o n   o f   L N A .   I t   i s   s i m u l a t e d   u s i n g   A d v a n c e d   D e s i g n   S y s t e m   ( A D S ) .   T h e   s i m u l a t i o n   r e c o r d e d   t h a t   t h e   a m p l i f i e r   g a i n   S 2 1   i s   3 6 . 3 d B . T h e   i n p u t   i n s e r t i o n   l o s s   S 1 1   w a s   - 2 1 . 1 d B ,   o v e r a l l   n o i s e   f i g u r e   ( N F )   i s   1 . 2 d B   a n d   t h e   o u t p u t   i n s e r t i o n   l o s s   S 2 2   i s   - 2 7 . 7 d B . T h e   r e f l e c t i o n   l o s s   S 1 2   i s   - 4 2 . 5 d B .   T h e s e   v a l u e s   w e r e   w i t h i n   t h e   d e s i g n   s p e c i f i c a t i o n   a n d   w e r e   a c c e p t e d .   T h e   o u t p u t   S - p a r a m e t e r   a r e   s h o w n   i n   f i g u r e   6 a ,   6 b   a n d   6 c     T a b l e   4 :   C o m p a r i s o n   o f   o u t p u t   L N A     S - P a r a m e t e r s   ( d B )   S 1 1   S 1 2   S 2 1   S 2 2   N F   ( k )   S i n g l e   L N A   - 1 2 . 8   - 2 0 . 2   1 7 . 0   - 2 7 . 9   0 . 7 6   1 . 0 2   C a s c o d e   L N A   - 1 8 . 9   - 2 2 . 1   1 9 . 5   - 2 0 . 0   1 . 2   1 . 0 2   C a s c o d e   a n d   C a s c a d e d   L N A   - 2 1 . 1   - 4 2 . 5   3 6 . 3   - 2 7 . 7   1 . 2 0   1 . 2 6                       F i g u r e   6 a :     S - p a r a m e t e r s   f o r   s i n g l e   L N A                                                 F i g u r e   6 b :     S - p a r a m e t e r s   f o r   s i n g l e   c a s c o d e                                               F i g u r e   6 c :     S - p a r a m e t e r s   f o r   c a s c o d e   a n d   c a s c a d e d                                       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I J E C E     V o l .   1 ,   N o .   1 ,     S e p t e m b e r   2 0 1 1   :     1     8   6 5 .         M e a s u r e m e n t   R e f e r r i n g   t o   t h e   m e a s u r e m e n t   s e t u p   s h o w n   i n   F i g u r e   7 ,   t h e   S   p a r a m e t e r   o f   t h e   a m p l i f i e r ;   w h e r e a s   S 1 1 ,   S 1 2 ,   S 2 1   a n d   S 2 2   w e r e   m e a s u r e d   u s i n g   t h e   n e t w o r k   a n a l y z e r .   T h e   g a i n   o f   t h e   a m p l i f i e r   w a s   m e a s u r e d   u s i n g   t h e   s e t u p   i n   F i g u r e   8 .   T h e   n o i s e   f i g u r e   v a l u e s   a n d   3 d B   b a n d w i d t h   w e r e   o b t a i n e d   f r o m   s e t u p   i n   F i g u r e   9 .   B e f o r e   a l l   m e a s u r e m e n t   i s   r e c o r d e d ,   a   s t a n d a r d   p r o c e d u r e   o f   c a l i b r a t i o n   w a s   f o l l o w e d   t o   e n s u r e   t h a t   t h e   m e a s u r e m e n t   t o o l s   w e r e   c a l i b r a t e d .         F i g u r e   7 .   S e t u p   f o r   d e v i c e   u n d e r   t e s t   S   M e a s u r e m e n t   u s i n g   N e t w o r k   A n a l y z e r       F i g u r e   8 .   F r e q u e n c y   r e s p o n s e   m e a s u r e m e n t   s e t u p   f o r   d e v i c e   u n d e r   t e s t .       F i g u r e   9 :   M e a s u r e m e n t   s e t u p   f o r   d e v i c e   u n d e r   t e s t   f o r   N o i s e   F i g u r e     T a b l e   5 :   S - p a r a m e t e r s   m e a s u r e d                 S   P a r a m e t e r s   T a r g e t e d   M e a s u r e d   I n p u t   R e f l e c t i o n   S 1 1   d B   < - 1 0   d B   - 1 1 . 4   R e t u r n   L o s s   S 1 2   d B   < - 1 0   d B   - 3 9 . 1   F o r w a r d   t r a n s f e r   S 2 1   d B   > 3 5   d B   3 6 . 8   O u t p u t   R e f l e c t i o n S 2 2   d B   < - 1 0   d B   - 1 2 . 3   N F   d B   *   < 3   d B   1 . 3   B W   M H z   > 1 0 0 0   1 2 4 0   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8       L N A   a t   5 . 8 G H z   w i t h   C a s c o d e   a n d   C a s c a d e d   T e c h n i q u e s   .   ( A b u   B a k a r )   7 6 .     R e s u l t   T h e   r e s u l t   f o r   L N A   R F   f r o n t - e n d   m o d u l e   i s   p r e s e n t e d   i n   T a b l e   5 .   F r o m   t h e   t a b u l a t e d   v a l u e s ,   t h e   S 1 1   p a r a m e t e r   m e a s u r e d   i s   1 1 . 4   d B .   T h i s   i s   - 1 . 4   d B   l e s s   t h a n   t a r g e t e d   w h i c h   i s   b e t t e r   a n d   a c c e p t a b l e .     S 2 2   m e a s u r e d   i s   - 1 2 . 3   d B   w h i c h   i s   l e s s   t h a n   t a r g e t e d   a n d   a c c e p t a b l e .   T h e   r e t u r n   l o s s   r e q u i r e d   S 1 2   o b t a i n e d   w a s   l e s s   t h a n   - 3 9   d B .   T h e   r e l a t e d   m e a s u r e d   g a i n   S 2 1   f o r   t h e   L N A   a m p l i f i e r   i s   3 6 . 8   d B   m e a s u r e d   u s i n g   t h e   s e t u p   i n   F i g u r e   6 .   T h e   n o i s e   f i g u r e   v a l u e s   o b t a i n e d   f r o m   s e t u p   i n   F i g u r e   8   i s   1 . 3 7   d B   w h i c h   c o m p l i e d   w i t h   t h e   t a r g e t e d   v a l u e   o f   l e s s   3   d B .   T h e   u s e   o f   T   l u m p   r e a c t i v e   e l e m e n t   a n d   m i c r o s t r i p   l i n e   m a t c h i n g   t e c h n i q u e   a t   t h e   i n p u t   o f   t h e   L N A   c o n t r i b u t e s   t h e   b e s t   p e r f o r m a n c e   f o r   t h e   a m p l i f i e r .   T h i s   m a t c h i n g   t e c h n i q u e   w a s   u s e d   t o   p r o v i d e   h i g h - l o a d e d   Q   f a c t o r   f o r   b e t t e r   s e n s i t i v i t y   a n d   t h u s   m i n i m i z e d   t h e   n o i s e   f i g u r e .   T h e   e l e m e n t s   o f   T - n e t w o r k   w e r e   r e a l i z e d   i n   t h e   f o r m   o f   l u m p   r e a c t i v e   e l e m e n t s   a n d   m i c r o s t r i p   l i n e   i m p e d a n c e .   T h e   3   d B   b a n d w i d t h   f o r   t h e   a m p l i f i e r   i s   m e a s u r e d   u s i n g   s e t u p   F i g u r e   7 .   T h e   3 d B   b a n d w i d t h   o b t a i n e d   i s   1 . 2 4   G H z   c o m p l i a n t   w i t h   t a r g e t e d   r e s u l t   o f   m o r e   t h a n   1   G H z .   T h e   m e a s u r e d   p a r a m e t e r s   f o r   t h e   L N A   w e r e   a l s o   c o m p l i a n t   w i t h   t h e   e q u a t i o n   ( 1 )   t o   ( 9 )   u s i n g   M a t h C A D   a n a l y s i s .       7 .           C o n c l u s i o n     A   l o w   n o i s e   a m p l i f i e r   h a s   b e e n   s i m u l a t e d   a n d   d e v e l o p e d   s u c c e s s f u l l y   w i t h   I E E E   s t a n d a r d   8 0 2 . 1 6   W i M A X .     I t   i s   o b s e r v e d   t h a t   t h e   s i m u l a t e d   a n d   e x p e r i m e n t   r e s u l t s   h a v e   n o t   m u c h   d i f f e r e n t .   I t   o b s e r v e d   t h a t   t h e   g a i n   o f   t h e   s i m u l a t e d   a n a l y s i s   i s   3 6 . 3   d B   a n d   t h e   e x p e r i m e n t a l   v a l u e   i s   3 6 . 8   d B .   I t   i s   i m p o r t a n t   t o   t a k e   n o t e   w h e n   d e s i g n i n g   t h e   a m p l i f i e r   t o   m a t c h   t h e   a m p l i f i e r   c i r c u i t s .     T h e   5 . 8 G H z   L N A   h a s   b e e n   d e v e l o p e d   s u c c e s s f u l l y   a n d   t h e   c i r c u i t   c a b   c o n t r i b u t e d   t o   t h e   f r o n t   e n d   r e c e i v e r   a t   t h e   d e s c r i b e d   f r e q u e n c y .     F o r   b e t t e r   p e r f o r m a n c e   i n   g a i n   o f   t h e   a m p l i f i e r ,   i t   c a n   b e   a c h i e v e d   b y   i n c r e a s i n g   t h e   n u m b e r   o f   s t a g e s   t o   i m p r o v e   t h e   g a i n   a n d   n o i s e   f i g u r e   o f   t h e   d e s i g n .   H i g h e r   g a i n   w o u l d   e x p a n d   t h e   c o v e r a g e   o r   c o m m u n i c a t i o n   d i s t a n c e .         R e f e r e n c e s   [ 1 ]     M . Be n   A m o r ,   M . L o u l o u ,   D . P a s q u u t ,     " A     w i d e b a n d     CM O S   L N A   d e s i g n   f o r     W i M A X       a p p l i c a t i o n . "   I E E E                           P r o c e e d i n g         2 0 0 8 .   [ 2 ]   Ru e y - L u e   W a n g ,   S h i h - Ch i h   Ch e n , Ch e n g - L i n   H u a n g , Ch i e n - H s u a n   L i e , Y i - S h u   L i n .   " 2 - 6 G H z   Cu r r e n t - r e u s e d   L N A   W i t h   T r a n s f o r m e r - t y p e   I n d u c t o r s . "   I E E E   P r o c e e d i n g   2 0 0 8 .   [ 3 ]   L e o n ,   M i c h a e l   A n g e l o   G . L o r e n z o   a n d   M a r i a   T h e r e s a   G . D e .   " Co m p a r i s o n   o f   L N A   T o p o l o g y   f o r   W i m a x   A p p l i c a t i o n   i n   a   S t a n d a r d   9 0 - n m   CM O S   P r o c e s s . "   1 2 t h   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e r e n c e   o n   C o m p u t e r   M o d e l l i n g   a n d   S i m u l a t i o n .   2 0 1 0 .   p p - 6 4 2 - 6 4 7 .   [ 4 ]   M . P o z a r ,   D a v i d .   M i c r o w a v e   a n d   R F   W i r e l e s s   S y s t e m .   T h i r d   A v e n u e , N . Y . J o h n   W i l e y   &   S o n s , i n ,   2 0 0 1 .   [ 5 ]   G o n z a l e z ,   G u i l l e r m o .   M i c r o wa v e   T r a n s i s t o r   A m p l i f i e r .   1 9 9 6 .   [ 6 ]   O t h m a n   A . R,   H a m i d o n   A . H , T i n g   J . T . H   a n d   M u s t a f f a   M . F .   " H i g h   G a i n   Ca s c a d e d   L o w   N o i s e   A m p l i f i e r   U s i n g   T - M a t c h i n g   N e t w o r k . "   4 t h   I S BC  2 0 1 0 .   [ 7 ]   W e b e r ,   W u e z h a n   W a n g   a n d   Ro b e r t .   " D e s i g n   o f   a   CM O S   L o w   N o i s e   A m p l i f i e r   ( L N A )   a t   5 . 8 G H z   a n d   i t s   S e n s i t i v i t y   A n a l y s i s . "   1 1 t h   N A S A   S y m p o s i u m   2 0 0 3 .       B i b l i o g r a p h y   o f   a u t h o r s       A b u   B a k a r   I b r a h i m   r e c e i v e d   t h e   B. S   d e g r e e   i n   e l e c t r i c a l   e n g i n e e r i n g   a n d   m a s t e r   d e g r e e   f r o m   U n i v e r s i t y   o f   T e c h n o l o g y   M a l a y s i a   i n   1 9 9 8   a n d   2 0 0 0   r e s p e c t i v e l y .   Cu r r e n t l y   i s   w o r k i n g   t o w a r d   t h e   P h . D .   d e g r e e   i n   d e v e l o p m e n t   o f   l o w   n o i s e   a m p l i f i e r   f r o n t - e n d   r e c e i v e r   f o r   w i r e l e s s   a p p l i c a t i o n   a t   t h e   U n i v e r s i t i   T e k n i k a l   M a l a y s i a   M e l a k a .     E m a i l :   a b u p s p @ g m a i l . c o m             A b d u l   R a n i   O t h m a n   r e c e i v e d   B . e n g   i n   e l e c t r i c a l   a n d   E l e c t r o n i c   f r o m   U n i v e r s i t y   o f   S t r a t h c l y d e   a n d   m a s t e r   d e g r e e   i n   e l e c t r i c a l   a n d   e l e c t r o n i c   f r o m   U n i v e r s i t y   T e c h n o l o g y   o f   M a l a y s i a .   H e   r e c e i v e d   P h . D .   i n   R F   f r o n t - e n d   r e c e i v e r   f o r   w i r e l e s s   a p p l i c a t i o n   f r o m   U n i v e r s i t y   o f   T e k n i k a l   M a l a y s i a   M e l a k a   a n d   n o w   h e   j o i n e d   U n i v e r s i t i   T e k n i k a l   M a l a y s i a   M e l a k a .     E m a i l :   r a n i @ u t e m . e d u . m y                 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I J E C E     V o l .   1 ,   N o .   1 ,     S e p t e m b e r   2 0 1 1   :     1     8   8   M o h d   N o r   H u s a i n   r e c e i v e d   B. S   i n   e l e c t r i c a l   a n d   E l e c t r o n i c   E n g i n e e r i n g   f r o m   U n i v e r s i t y   o f   S t r a t h c l y d e   a n d   m a s t e r   d e g r e e   i n   e l e c t r o n i c   c o m m u n i c a t i o n   f r o m   U n i v e r s i t y   o f   E s s e x   E n g l a n d .   H e   r e c e i v e d   P h . D .   i n   o p t i c a l   a n d   w a v e g u i d e   f r o m   U n i v e r s i t y   o f   Ba t h   E n g l a n d   a n d   n o w   h e   j o i n e d   U n i v e r s i t i   T e k n i k a l   M a l a y s i a   M e l a k a .     E m a i l : d r m o h d n o r @ u t e m . e d u . m y                 M o h a m m a d   S y a h r i r   J o h a l   r e c e i v e d   B. S   i n   e l e c t r i c a l   E n g i n e e r i n g   f r o m   U n i v e r s i t y   o f   W e s t e r n   O n t a r i o   a n d   m a s t e r   d e g r e e   i n   e l e c t r i c a l   e n g i n e e r i n g   f r o m   U n i v e r s i t y   T e c h n o l o g y   o f   M a l a y s i a .   N o w   h e   j o i n e d   U n i v e r s i t i   T e k n i k a l   M a l a y s i a   M e l a k a .   H i s   r e s e a r c h   i n t e r e s t s   i n c l u d e   p r o p a g a t i o n   w i r e l e s s   d i g i t a l   c o m m u n i c a t i o n .     E m a i l :   s y a h r i r @ u t e m . e d u . m y     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.