BÁO cáo bài tập lớn môn điện tử TƯƠNG tự 2 đề tài THIẾT kế, mô PHỎNG bộ PHỐI hợp TRỞ KHÁNG BĂNG tần GPS TRÊN PHẦN mềm ADS

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG *****  ***** BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG BỘ PHỐI HỢP TRỞ KHÁNG BĂNG TẦN GPS TRÊN PHẦN MỀM ADS Giảng viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: Nhóm 12 Họ tên MSSV Nguyễn Văn Tùng 20182587 Nguyễn Đình Hùng 20182555 Nguyễn Anh Đức 20182433 Trần Anh Quân Nguyễn Tiến Dũng 20182444 LỜI NÓI ĐẦU Những lời báo cáo nhóm chúng em xin phép gửi lời cảm ơn đến thầy Nguyễn Nam Phong đồng hành, hướng dẫn chúng em kì học đầy khó khăn Báo cáo kết tìm hiểu, vận dụng lí thuyết học môn tương tự để mô thiết kế phối hợp trở kháng cho băng tần GPS Nhóm xin cam kết thực hiện, viết báo cáo, chúng em tổng hợp, mô phỏng, thiết kế Hà Nội, ngày tháng năm 2021 DANH MỤC HÌNH VẼ , DANH MỤC BẢNG BIỂU Hình : Hình : Bảng : BẢNG PHÂN CHIA NHIỆM VỤ STT HỌ TÊN Nguyễn Văn Tùng Nguyễn Đình Hùng Nguyễn Anh Đức Trần Anh Quân Nguyễn Tiến Dũng NHIỆM VỤ ĐÃ PHÂN CÔNG CHƯƠNG 1: SƠ LƯỢC VỀ GPS 1.Khái quát GPS hệ thống định vị toàn cầu Mỹ phát triển vận hành GPS tên viết tắt cụm từ “Global Positioning System”. Nó hệ thống bao gồm nhiều vệ tinh bay quỹ đạo phía trái đất độ cao 20.200 km GPS hoạt động điều kiện thời tiết, nơi Trái Đất, liên tục suốt 24 và hồn tồn miễn phí đối với số dịch vụ GPS bao gồm mảng (xem hình 1.1):  Mảng người dùng: gồm người sử dụng thiết bị thu GPS  Mảng kiểm soát: bao gồm trạm mặt đất, chia thành trạm trung tâm trạm Các trạm con, vận hành tự động, nhận thông tin từ vệ tinh, gửi tới cho trạm chủ Sau trạm gửi thông tin hiệu chỉnh trở lại, để vệ tinh biết vị trí chúng quỹ đạo thời gian truyền tín hiệu Nhờ vậy, vệ tinh đảm bảo cung cấp thơng tin xác tuyệt đối vào thời điểm  Mảng không gian: gồm vệ tinh hoạt động lượng mặt trời bay quỹ đạo Hình 1.1: Cấu trúc hệ thống định vị toàn cầu Các vệ tinh GPS phát hai tín hiệu vơ tuyến cơng suất thấp dải L1 L2 (dải L phần sóng cực ngắn của phổ điện từ trải rộng từ 0,39 tới 1,5 Ghz) Và báo cáo chúng em chon tần số 1.5Ghz để mơ tần số dân sử dụng rộng dãi CHƯƠNG 2: LÍ THUYẾT PHỐI HỢP TRỞ KHÁNG 1) Phối hợp trở kháng(PHTK) gì? Mục đích PHTK -Phối hợp trở kháng việc sử dụng phần tử thụ động mạch điện hay công cụ khác( dây chêm, biến đổi ¼ bước sóng) để đưa tối đa cơng suất trở tải -Mục đích phối hợp trở kháng: +) Đưa công suất tối đa từ nguồn tải +) giảm bớt hao phí tổn hao ngược +)PHTK giúp cải thiện tỷ số tín hiệu/tạp nhiễu (SNR)của hệ thống khác hệ thống sử dụng phần tử nhạy cảm anten, khuếch đại tạp âmthấp +Đối với mạng phân phối công suất siêu cao tần (ví dụ mạng tiếp điện cho dàn anten gồm nhiều phân tử), phối hợp trở kháng làm giảm sai số biên độ pha phân chia cơng suất Hình 2.2: Sơ đồ chung PHTK 2) Một số phương pháp PHTK - Sử dụng mạch có phần tử thụ động L C ( mạch hình L , hình pi(π), mạch hình T, vv) - Sử dụng đoạn dây chêm ( thường dùng cho PHTK đường truyền siêu cao tần)( Dùng dây chêm nối tiếp, song song) - Sử dụng biến đổi ¼ bước sóng Trong giới hạn mơn học điện tử tương tự nhóm chúng em dùng phương pháp phối hợp trở kháng mạch sử dụng dây chêm 3) Thiết lập cơng thức tính toán cho PHTK cho mạch sử dụng dây chêm 3.1 Phối hợp trở kháng sử dụng dây chêm Mạng phối hợp trở kháng sử dụng dây chêm song song chuyển đổi phần thực tải R L thành Z phần ảo X L thành → Sử dụng tham số điều chỉnh Do mục đích dây chêm song song: • Xác định 𝑑 𝑙 từ xác định y d y l • Đảm bảo dẫn nạp tổng y tot = y d + y l = Hình 2.2 PHTK sử dụng dây chêm song song (trên) nối tiếp (dưới) Các bước xác thực phối hợp trở kháng dây chêm: Bước 1: Xác định điểm trở kháng tải chuẩn hóa Z NL Bước 2: Vẽ đường tròn | Γ L |e jθr xác định Y NL Bước 3: Di chuyển theo chiều kim đồng hồ (WTG) dọc theo đường tròn | Γ L|e jθr giao với ± jB → giá trị y d Bước 4: Chiều dài từ Y NL tới y d xác định 𝑑 Bước 5: Xác định y l điểm ∓ jB Bước 6: Phụ thuộc vào dây chêm ngắn mạch hay hở mạch di chuyển tới y l (WTG), khoảng cách di chuyển xác định độ dài dây chêm 𝑙 3.2 Phối hợp trở kháng sử dụng dây chêm Trong trường hợp trở kháng tải thay đổi, sử dụng dây chêm việc điều chỉnh để phối hợp trở kháng khó khăn Sử dụng dây chêm để phối hợp trở kháng:  Khi vị trí nối dây chêm cố định  Khơng tính tổng quát, coi dây chêm thứ nối tải khoảng cách dây chêm cho trước  Khi thay đổi trở kháng tải, cần điều chỉnh độ dài dây chêm để thực phối hợp trở kháng Các bước thưc phối hợp trở kháng dây chêm: Bước 1: Tìm điểm trở kháng chuẩn hóa, lấy đối xứng qua đường tròn | Γ L|e jθr để xác định điểm Y NL = g L+ jB L Bước 2: Tìm giao điểm đường tròn đẳng g L với đường tròn ảnh → xác định nghiệm → xác định giá trị độ dài dây chêm thứ l Bước 3: Quay đường ảnh đường tròn 𝑔 = → xác định giá trị dây chêm thứ hai l Hình PHTK sử dụng dây chêm song song CHƯƠNG : BÀI TẬP PHỐI HỢP TRỞ KHÁNG SỬ DỤNG DÂY CHÊM Đường truyền trở kháng đặc tính 50 𝛺 nối với tải, hệ số phản xạ tải có biên độ 0.4, pha độ 70 độ Thiết kế mạch phối hợp trở kháng (sử dụng đồ thị Smith) tần số 1.575 Ghz (Nhóm em chọn tần số tần số dân GPS) sử dụng phương pháp: a) Hai dây chêm với khoảng cách hai dây 𝜆/8 (giả thiết dây nối vị trí tải) Bài làm Theo đồ thị Smith: Đường tròn ảnh (A) đường tròn g = + 𝑗0 dịch đoạn 𝜆/8 (xoay góc 90°) • Xác định điểm trở kháng tải chuẩn hóa: Có Γ = 0.4𝑒𝑗70𝜊 ⇒ 𝑍𝑁𝐿 = 0.95 + 𝑗0.85 ⇒ 𝑌𝑁𝐿 = 0.58 − 𝑗0.52 ⇒ 𝑔𝐿 = 0.58 Giao đường tròn 𝑔𝐿 với (A) hai điểm 𝑌𝐿1 = 0.58 + 𝑗0.08 ⇒ Độ dịch: 𝑌𝐿1 − 𝑌𝑁𝐿 = 0.58 + 𝑗0.08 − (0.58 − 𝑗0.52) = 𝑗0.6 𝑌𝐿2 = 0.58 + 𝑗1.9 ⇒ Độ dịch: 𝑌𝐿2 − 𝑌𝑁𝐿 = 0.58 + 𝑗1.9 − (0.58 − 𝑗0.52) = 𝑗2.42 • Xác định chiều dài dây chêm 𝐿1 Với 𝑌𝐿1 = 0.58 + 𝑗0.08 độ dịch 𝑗0.6 0.086𝜆 - Ngắn mạch: 𝑌𝐿 = ∞ ⇒ L1NM = 0.25 𝜆 + 0.086𝜆 = 0.336𝜆 - Hở mạch: 𝑌𝐿 = ⇒ L1HM = 0.086 𝜆 Hình Đồ thị Smith PHTK dây chêm cho chiều dài dây chêm L1 d1 Với 𝑌𝐿2 = 0.58 + 𝑗1.9 độ dịch 𝑗2.42 0.188 𝜆 - Ngắn mạch: 𝑌𝐿 = ∞ ⇒ L1NM= 0.25 𝜆 + 0.188𝜆 = 0.438𝜆 - Hở mạch: 𝑌𝐿 = ⇒ L1HM = 0.188 𝜆 10 Hình Đồ thị Smith PHTK dây chêm cho chiều dài dây chêm L1 d2 • Xác định chiều dài dây chêm 𝐿2 Quay đường tròn ảnh đường (A) Với 𝑌𝑀1 = + 𝑗0.55 lấy đối xứng 𝑗0.55 có - 𝑗0.55 0.42 𝜆 - Ngắn mạch: 𝑌𝐿 = ∞ ⇒ L2NM= 0.42 𝜆 − 0.25𝜆 = 0.17𝜆 - Hở mạch: 𝑌𝐿 = ⇒ L2HM= 0.42 𝜆 11 Hình Đồ thị Smith PHTK dây chêm cho chiều dài dây chêm L2 d1 Với 𝑌𝑀2 = − 𝑗2.4 lấy đối xứng −𝑗2.4 có 𝑗2.4 0.187 𝜆 - Ngắn mạch: 𝑌𝐿 = ∞ ⇒ L2NM= 0.25 + 0.187𝜆) = 0.437𝜆 - Hở mạch: 𝑌𝐿 = ⇒ L2HM= 0.187 𝜆 12 Hình Đồ thị Smith PHTK dây chêm cho chiều dài dây chêm L2 d2 CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG PHỐI HỢP TRỞ KHÁNG SỬ DỤNG PHẦN MỀM ADS Kiểm tra thiết kế bước sử dụng Advanced Design System (ADS) với giả thiết đường truyền vi dải (mô vùng băng thông 1Ghz) 13 Vẽ mạch in mạch phối hợp trở kháng đường truyền cho biết đường truyền có tổng chiều dài từ đầu vào tới tải 𝜆 3.1 Vẽ mạch tính tốn thơng số LineCalc 3.1.1 Tạo Workspace  Vào File => New=> Workspace biểu tượng công cụ  Đặt tên chọn mục lưu trữ sau kích Create Workspace Hình 2.1: Hộp thoại New Workspace 14 3.1.2 Tạo Schematic  Vào File => New=> Schematic biểu tượng  Đặt tên ô Cell chọn Create Schematic cơng cụ Hình 2.2: Hộp thoại New Schematic 2.1.3 Vẽ mạch tính tốn LineCalc  Vào Tools=>LineCalc=> Start LineCalc để mở hộp thoại LineCalc/untitled  Ô Freq nhập vào 1.575 Ghz ô Z0 nhập 50 Ohm  Ở ô E_Eff nhập vào giá trị tính tốn phần *360  Sau chọn Synthesize  Nhập thơng số W L vào WLIN tương ứng 15 Hình: Hộp thoại LineCalc/untitled 16 Hình 19 Mạch dây cho PHTK dây chêm hở mạch d2 3.2 Kết mơ Hình 20 Mơ ADS PHTK dây chêm hở mạch d2 3.3 Vẽ layout  Chọn Layout=>Generate/Update Layout… chọn Ok  Sau chỉnh sửa để Layout ý 17 Hình 21 Layout cho PHTK dây chêm hở mạch d2 Các trường hợp lại làm tương tự 3.4 Nhận xét kết luận Ở phần 3.2 mô ta thấy mag(var(“S”)) nhỏ tần số 1.575Ghz bên đồ thị Smith có sai số Sai số q trình tính tốn 18 Qua phần mơ giúp chúng em hiểu phần mềm ADS tích lũy thêm kiến thức Do việc lầm gấp gáp nên có sai sót mong thầy góp ý để chúng em hoàn thiện DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO,MINH MINH CHỨNG - Slide môn học điện tử tương tự thầy Nguyễn Nam Phong - https://www.alldatasheet.com/ - https://drive.google.com/drive/folders/ 143i8iprQc4l2cER6hYgxnWdgekGVjOKS?usp=sharing 19 20 ... số dân sử dụng rộng dãi CHƯƠNG 2: LÍ THUYẾT PHỐI HỢP TRỞ KHÁNG 1) Phối hợp trở kháng( PHTK) gì? Mục đích PHTK -Phối hợp trở kháng việc sử dụng phần tử thụ động mạch điện hay công cụ khác( dây chêm,... chêm