Design of radio receiver for lightning interferometry

• Autorzy: Al-Taweel Malik Hasan , Ibrahim Ayman Mohammed , Ahmad Mohd Riduan , Ahmad Badrul Hisham , Al-Shaikhli Taha Raad , Al-Saeedi Mustafa Murtdha

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2022.02.48

Warianty tytułu

PL

Projekt odbiornika radiowego do interferometrii piorunowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The design of wideband receiver for the application of lightning remote sensing in the VHF band is proposed. Recently, the VHF emissions has been detected from the lightning therefore, various studies motivated on designing sensing systems to detect and analyse the radiation signals from lightning. Previous studies were done by using commercial low noise amplifier and band pass filter which its expensive, low in accuracy and signal’s magnitude. So, in order to detect the VHF emissions with better magnitude we required to design highly efficient low noise amplifier with paying attention to some specifications such as gain, noise figure, linearity of the LNA and the flatness of the band pass filter. The receiver designed for the lightning interferometer as lightning remote sensing therefore we used this technique in communication to apply in lightning. This article presents the design of high gain low noise amplifier supporting wide range of frequency from 10 MHz to 500 MHz and wide bandwidth band pass filter from 110 MHz to 400 MHz. The design is simulated by using Advance Design System (ADS) software simulator and then measured and fabricated by using FR-4 substrate. The measurement is highly satisfying to the simulation results at the (S21) gain around 20 dB at 255MHz Centre frequency and return loss (S11) around -31.204 dB at 255 MHz while the noise figure around 0.063. The designed system achieved excessive efficiency and used for lightning interferometer system.

PL

Zaproponowano projekt odbiornika szerokopasmowego do zastosowania teledetekcji wyładowań atmosferycznych w paśmie VHF. Ostatnio wykryto emisje VHF z piorunów, dlatego różne badania były motywowane do zaprojektowania systemów czujnikowych do wykrywania i analizowania sygnałów promieniowania z piorunów. Wcześniejsze badania zostały wykonane przy użyciu komercyjnego wzmacniacza niskoszumowego i filtra pasmowoprzepustowego, który jest drogi, ma niską dokładność i wielkość sygnału. Tak więc, aby lepiej wykrywać emisje VHF, musieliśmy zaprojektować wysoce wydajny wzmacniacz niskoszumowy, zwracając uwagę na pewne specyfikacje, takie jak wzmocnienie, współczynnik szumów, liniowość LNA i płaskość filtra pasmowego. Odbiornik zaprojektowany dla interferometru piorunowego jako teledetekcja wyładowań atmosferycznych, dlatego zastosowaliśmy tę technikę w komunikacji do zastosowania w piorunach. W artykule przedstawiono konstrukcję niskoszumowego wzmacniacza o wysokim wzmocnieniu, obsługującego szeroki zakres częstotliwości od 10 MHz do 500 MHz oraz filtr szerokopasmowy od 110 MHz do 400 MHz. Projekt jest symulowany przy użyciu symulatora oprogramowania Advance Design System (ADS), a następnie mierzony i wytwarzany przy użyciu podłoża FR-4. Pomiar jest wysoce satysfakcjonujący dla wyników symulacji przy wzmocnieniu (S21) około 20 dB przy 255 MHz częstotliwości środkowej i tłumieniu odbiciowym (S11) około -31,204 dB przy 255 MHz, podczas gdy współczynnik szumów około 0,063. Zaprojektowany system osiągnął nadmierną wydajność i został wykorzystany w systemie interferometru piorunowego.

Słowa kluczowe

EN

radio receiver; remote sensing; lightning interferometry; VHF

PL

odbiornik radiowy szerokopasmowy; wyładowania; interferometria

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2022
• Tom: R. 98, nr 2
• Strony: 211--214
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Al-Taweel Malik Hasan

• Universiti Teknikal Malaysia Melaka (UTeM), Malaysia, Malaysia

• https://orcid.org/0000-0003-3926-9536

autor

Ibrahim Ayman Mohammed

• Ministry of Trade/Development of private Sector, Iraq

• https://orcid.org/0000-0002-5087-5185

autor

Ahmad Mohd Riduan

• Universiti Teknikal Malaysia Melaka (UTeM), Malaysia, Malaysia

• https://orcid.org/+0000-0001-9474-7153

autor

Ahmad Badrul Hisham

• Universiti Teknikal Malaysia Melaka (UTeM), Malaysia, Malaysia

• https://orcid.org/0000-0001-8014-2444

autor

Al-Shaikhli Taha Raad

• Al-Nisour University College, Iraq

• https://orcid.org/0000-0002-3913-9769

autor

Al-Saeedi Mustafa Murtdha

• University of Technology, Iraq

• https://orcid.org/0000-0001-8912-8761

Bibliografia

• [1] R. C. Moore, “An Introduction to LightningAn Introduction to Lightning , Vernon Cooray, Springer, 2015. $79.99 (386 pp.). ISBN 978-94-017-8937-0 Buy at Amazon ,” Phys. Today, vol. 68, no. 6, pp. 54–56, 2015.
• [2] M. R. Ahmad, “Lightning Interference in Multiple Antennas Wireless Communication Systems,” J. Light. Res., vol. 4, no. 1, pp. 155–165, 2012.
• [3] V.CoorayandG.Cooray,“Electromagneticradiationfieldofan electron avalanche,” Atmos. Res., vol. 117, pp. 18–27, 2012.
• [4] A. M. Ibrahim, I. M. Ibrahim, and N. A. Shairi, “Compact MIMO antenna with high isolation for 5G smartphone applications,” J. Eng. Sci. Technol. Rev., vol. 12, no. 6, pp. 121–125, 2019.
• [5] J. W. Warwick, C. O. Hayenga, and J. W. Brosnahan, “INTERFEROMETRIC DIRECTIONS OF LIGHTNING SOURCES AT 34 MHz.,” J Geophys Res, vol. 84, no. C5, pp. 2457–2468, 1979.
• [6] B. Ahmad, “A review on echo and phase inverted scanning in acoustic microscopy for failure analysis,” Przegląd Elektrotechniczny, vol. 1, no. 3, pp. 11–16, 2021.
• [7] T. R. Al-Shaikhli, B. H. Ahmed, M. R. Bin Ahmad, and M. Murtadha, “Integrated of low noise amplifier and notch filter for wireless communications,” Int. J. Appl. Eng. Res., vol. 12, no. 23, pp. 13690–13695, 2017.
• [8] T. R. Al-Shaikhli, Z. Zakaria, B. H. Ahmad, M. R. Ahmad, M. Murtdha, and M. H. Al-Taweel, “Design of 1GHz low noise amplifier for microwave applications,” J. Adv. Res. Dyn. Control Syst., vol. 10, no. 7 Special Issue, pp. 647–651, 2018.
• [9] F. Fatonah, M. Wildan, S. Purnomo, and A. M. Soleh, “Design of High Gain Low Noise Amplifier at Base Station Receiver VOR Equipment for Ground Check Monitoring as Learning Media in Civil Aviation Design of High Gain Low Noise Amplifier at Base Station Receiver VOR Equipment for Ground Check Monitoring as Learning Media in Civil Aviation Academy,” no. October, 2020.
• [10] D. C. Vaghela, A. K. Sisodia, and N. M. Prabhakar, “Design, Simulation and Development of Bandpass Filter at 2.5 GHz,” Int. J. Eng. Dev. Res., vol. 3, no. 2, pp. 1202–1209, 2015.
• [11] R. Al-Amin, M. Omar, and F. Chowdhury, “Design and Simulation of Fifth Order Band-Pass Filter for S Band,” Iject, vol. 7, no. 1, pp. 56–60, 2016,
• [12] Z. Huang, C. Huang, C. Chen, and C. Hung, “CMOS Dual- Wideband Low-Noise Amplifier in Wideband Wireless Receiver TVu,” Ieee, vol. 00, pp. 418–421, 2007.
• [13] Y. C. Chen and C. N. Kuo, “A 6??10-GHz ultra-wideband tunable lna,” Proc. - IEEE Int. Symp. Circuits Syst., pp. 5099– 5102, 2005.
• [14] R. M. Weng, R. C. Kuo, and P. C. Lin, “An ultra-wideband LNA with notch filter,” 2007 17th Int. Conf. Radioelektronika, 2007.