Giải pháp tự động đo công suất và tốc độ nhảy tần đối với máy thông tin nhảy tần sóng ngắn, sóng cực ngắn dựa trên máy phân tích tín hiệu N9030A/CXA N9000A

Bài viết nghiên cứu đề xuất hệ thống đo công suất và tốc độ nhảy tần dựa trên máy phân tích tín hiệu N9030A hoặc thiết bị CXA N9000A. Hệ thống có thể đo công suất đến 200 W, tốc độ nhảy tần đến 500 Hop/s đối với các máy thông tin sóng ngắn và sóng cực ngắn.

Hội nghị Quốc gia lần thứ 24 Điện tử, Truyền thông Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2021) Giải pháp tự động đo công suất tốc độ nhảy tần máy thơng tin nhảy tần sóng ngắn, sóng cực ngắn dựa máy phân tích tín hiệu N9030A/CXA N9000A Nguyễn Tất Nam∗ , Hoàng Minh Quân∗ , Nguyễn Trọng Thắng∗ , Lâm Văn Tân∗ ∗ Cục Tiêu chuẩn-Đo lường-Chất lượng Bộ Tổng Tham mưu Email: {namnguyentat}@gmail.com Tóm tắt—Trong báo này, nghiên cứu đề xuất hệ thống đo công suất tốc độ nhảy tần dựa máy phân tích tín hiệu N9030A thiết bị CXA N9000A Hệ thống đo cơng suất đến 200 W, tốc độ nhảy tần đến 500 Hop/s máy thơng tin sóng ngắn sóng cực ngắn Ngoài ra, báo đánh giá hiệu ba giải pháp bù hệ số suy giảm công suất để chọn giải pháp phù hợp Các giải pháp đề xuất báo thử nghiệm, đánh giá 03 máy thông tin nhảy tần VRU 812, VRH 811/S, VRS 631/S hệ thống phát công suất đến 200 W Từ khóa—Thơng tin nhảy tần, Máy phân tích tín hiệu N9030A, Matlab, Bộ suy giảm cơng suất I GIỚI THIỆU Hiện quan Việt Nam sử dụng ba hệ thống đo tốc độ nhảy tần thuộc Hãng (Aeroflex Rohde & Schwarz Keysight) Nhược điểm nói chung giải pháp đo nước ngoài: Chưa đưa giá trị tốc độ nhảy tần (ngoại trừ giải pháp đo Hãng Keysight phải sử dụng 02 phần mềm: phần mềm phân tích tín hiệu VSA 89600 đưa giá trị tham số thời gian tồn tín hiệu nhảy tần; phần mềm FHSA lấy liệu-thời gian tồn tín hiệu nhảy tần từ phần mềm VSA 89600 để tính tốn đưa giá trị tốc độ nhảy tần thiết bị cần đo); việc xác định giá trị thời gian tồn tín hiệu nhảy tần phần mềm phân tích tín hiệu nước ngồi người sử dụng thực nhân công, sử dụng phức tạp (địi hỏi người sử dụng phải có kiến thức chuyên môn sâu lĩnh vực thông tin vô tuyến), tốn nhiều thời gian, dẫn tới nhầm lẫn; phần mềm chưa hỗ trợ đo xác cơng suất máy thông tin nhảy tần Để khắc phục hạn chế này, năm 2018, thực thành công giải pháp tự ISBN 978-604-80-5958-3 306 động đo công suất tốc độ nhảy tần dựa máy phân tích phổ N9322C [1] Kết báo: đưa giải pháp đo tự động công suất với sai số nhỏ tốc độ nhảy tần máy thông tin nhảy tần, giúp rút ngắn thời gian đo, tăng độ xác kết đo công suất Tuy nhiên, kết báo dừng lại kiểm chứng đo công suất tốc độ nhảy tần máy thông tin nhảy tần PRC 2188 Ngồi ra, máy phân tích phổ N9322C hệ thống [1] (chỉ có 461 điểm hiển thị hình, sai số đo mức lớn khoảng ± 0.6 dB dải tần GHz [2]) nên sai số đo tốc độ nhảy tần công suất [1] cịn cao Trong đó, dịng máy phân tích tín hiệu nói chung có số điểm hiển thị lớn (có thể lên đến 40001 điểm máy phân tích tín hiệu N9030A [3]), sai số đo mức nhỏ hơn, băng thơng phân tích tín hiệu lớn thuận lợi cho việc đo, phân tích tín hiệu nhảy tần Các giải pháp bù suy giảm công suất phổ biến sử dụng hàm nội suy tuyến tính, nội suy theo hàm mũ nội suy theo hàm đặc trưng Trong [1] sử dụng hàm nội suy tuyến tính để bù suy giảm suy hao sử dụng hệ thống, chưa có đánh giá, so sánh tính xác ba thuật tốn tốn bù suy giảm cơng suất phép đo cơng suất lớn tín hiệu cao tần Chính vậy, nhóm tác giả đề xuất giải pháp nhằm khắc phục nhược điểm hệ thống đo đề xuất vấn đề chưa giải [1] Phần lại báo tổ chức sau: Trong phần II phần III, chúng tơi trình bày giải pháp thực thử nghiệm, đánh giá kết đo Cuối cùng, phần IV kết luận báo Hội nghị Quốc gia lần thứ 24 Điện tử, Truyền thông Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2021) Máy tính Phần mềm đo cơng suất tốc độ nhảy tần GPIB Máy thông tin nhảy tần Bộ suy giảm cơng suất 60 dB, 300 W Máy phân tích tín hiệu N9030A/CXA N9000A Hình Sơ đồ khối hệ thống vừa đo công suất tốc độ nhảy tần báo đề xuất Hình Sơ đồ khối thực khảo sát giá trị thực suy giảm 60 dB II GIẢI PHÁP THỰC HIỆN Mục tiêu báo xây dựng hệ thống đo công suất đến 200 W đo tốc độ nhảy tần máy thơng tin sóng ngắn, sóng cực ngắn (dải tần hoạt động từ 1.5 MHz đến 90 MHz) sử dụng phổ biến Quân đội với độ xác phép đo tốt so với hệ thống đề xuất [1] Nhóm tác giả đề xuất sơ đồ khối thực Hình Những điểm hệ thống đề xuất: a) Sử dụng card giao tiếp GPIB có tốc độ truyền liệu, tính ổn định cao để hỗ trợ điều khiển, thu thập liệu máy tính máy phân tích tín hiệu; b) Máy phân tích tín hiệu N9030A/CXA N9000A hệ thống có sai số đo mức nhỏ khoảng ± 0,19 dB số điểm đo hiển thị trace tín hiệu đến 40001 điểm; c) Bộ suy giảm 60 dB, cơng suất trung bình chịu đựng tối đa đến 300 W để đảm bảo cho hệ thống đề xuất đo cơng suất tín hiệu 200 W cách an tồn, xác thời gian dài, khơng gây hại cho máy phân tích tín hiệu N9030A thiết bị CXA N9000A Hình Giao diện chương trình tự động đo hệ số suy giảm suy giảm (Phần thiết lập tham số đo) tập giá trị khảo sát), sử dụng giải pháp nội suy tuyến tính sở cơng thức (1): A Đánh giá giải pháp bù suy giảm cơng suất Trước tiên, nhóm tác giả tiến hành đánh giá lại giá trị suy giảm suy giảm sử dụng hệ thống đề xuất cách sử dụng máy phân tích mạng vec-tơ N9927A, sơ đồ thực Hình Để giảm thời gian thực thuận lợi cho trình lấy số liệu, nhóm tác giả tiến hành xây dựng chương trình tự động điều khiển q trình đo trích xuất liệu Hình Hình Sau trình khảo sát, ta có tập giá trị (f0 ,A0 ), (f1 ,A1 ) (fn ,An ) suy giảm 60 dB Trong đó, fi tần số khảo sát, Ai giá trị suy hao tần số fi Để xác định giá trị suy hao suy giảm tần số đo công suất fj (fj khơng có ISBN 978-604-80-5958-3 307 Aj = Ai−1 (fi − fj ) + Ai (fj − fi−1 ) , fi − fi−1 (1) đó, fj tần số cần đo cơng suất phát, có giá trị nằm fi fi−1 ; Ai Ai−1 tương ứng giá trị suy giảm điểm tần số fi fi−1 Tính xác giải pháp nội suy phụ thuộc vào giá trị đo/khảo sát tập giá trị khảo sát được, số điểm đo lớn xác phép tốn nội suy cao Hoặc sử dụng giải pháp nội suy theo hàm số đặc trưng Trên sở tập giá trị suy hao khảo sát theo tần số máy phân tích mạng N9927A, nhóm tác giả sử dụng công cụ Curve Fitting để xác định hàm đặc Hội nghị Quốc gia lần thứ 24 Điện tử, Truyền thông Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2021) Bảng I THUẬT TỐN THỰC HIỆN ĐO CƠNG SUẤT PHÁT BẰNG MÁY PHÂN TÍN HIỆU N9030A/CXA N9000A Bắt đầu (1) (2) (3) Hình Giao diện chương trình tự động đo hệ số suy giảm suy giảm (Phần thực phép đo) trưng hay công thức kinh nghiệm biểu diễn mối quan hệ giá trị suy giảm theo tần số, công thức tổng quát (2) với sai số ước lượng ± 0.045 dB: A(f ) = −59.85 × f 0.0006314 , (2) (4) Khi muốn xác định giá trị suy giảm suy giảm tần số phạm vi khảo sát, cần thay giá trị tần số vào công thức (2) để tính tốn giá trị suy giảm Giải pháp thứ nội suy theo hàm mũ dựa công thức (3): Aj = e log(Ai−1 )(fi −fj )+log(Ai )(fj −fi−1 ) fi −fi−1 , (3) đó, fj tần số cần đo cơng suất phát, có giá trị nằm fi fi−1 ; Ai Ai−1 tương ứng giá trị suy giảm điểm tần số fi fi−1 Để đánh giá phù hợp 03 giải pháp bù suy giảm trên, nhóm tác giả tiến hành xây dựng chương trình tự động đo công suất với 03 giải pháp bù suy giảm trên, sau tiến hành so sánh kết đo công suất với thiết bị đo công suất chuẩn khác Kết đánh giá cụ thể trình bày phần III Thuật tốn chương trình điều khiển thiết bị N9030A để đo cơng suất minh họa Bảng I B Đo tốc độ nhảy tần dựa máy phân tích tín hiệu N9030A/CXA N9000A Phương pháp chung để xác định tốc độ nhảy tần thiết bị phát tín hiệu nhảy tần chuyển tín hiệu phân tích miền tần số sang miền thời gian để từ xác định thời gian tồn tín hiệu Sau đó, tốc độ ISBN 978-604-80-5958-3 308 (5) Khai báo tham số: - Tần số bắt đầu: fstart ; - Tần số kết thúc: fstop ; - Độ phân giải băng thông, RBW ; - Chọn liệu suy hao: A=uigetfile(’*.*’); Kết nối với máy phân tích tín hiệu N9030A N9000A : PXA = GPIB_PXA; %GPIB_PXA hàm để hỗ trợ kết nối đến máy phân tích tín hiệu N9030A N9000A; Đặt tham số đo máy phân tích tín hiệu N9030A/N9000A Setup_N9030A_N9000A; Thực thủ tục đo công suất máy phát thông tin nhảy tần: n=0; While n