Đây là phần thi gồm những bài tập liên quan về chuyên môn kỹ thuật siêu cao tân giúp ta hiểu và hình dung được bài. Phần thi này gồm hai lý thuyết và bài tập. Dây là những dạng đề được ứng dụng trong thực tế của việc chuyền sóng và khuếch đại sóng trong quá trình chuyền sóng
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH BÀI TIỂU LUẬN Tên học phần: Kỹ thuật siêu cao tần Kỳ thi học kỳ đợt B năm học 2020 -2021 Giảng viên hướng dẫn: VÕ PHI SƠN Sinh viên thực hiện: Nguyễn Ngọc Ý Mã số sinh viên: 1911790412 Lớp: 19DDTA1 Ngành: Điện tử viễn thông Khoa/Viện: Viện Kỹ Thuật HUTECH Tp.HCM, ngày … tháng … năm … i < ĐỀ THI> ĐẠI HỌC HUTECH VIỆN KỸ THUẬT HUTECH CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 26 tháng 11 năm 2021 Hướng dẫn tổ chức làm tiểu luận cuối khoá Học phần: Kỹ thuật siêu cao tần Phần I: lý thuyết Trình bày tổng quan đường dây truyền sóng, đặc điểm đường dây truyền sóng Đặc điểm tín hiệu lan truyền đường dây truyền sóng) Trình bày đặc điểm đường dây truyền sóng thực tế: ▪ Cáp đồng trục ▪ Cáp xoắn đơi ▪ Ơng dẫn sóng ▪ Strip line Đặc điểm đồ thị smith Phối hợp trở kháng (phối hợp trở kháng gì? Tại phải phối hợp trở kháng) Tổng quan ma trận tán xạ (ma trận tán xạ gì? Ý nghĩa thông số ma trận tán xạ?) Trình bày mạch cao tần thực tế ▪ Circulator ▪ Wilkinson Power Divider ▪ Mạch ghép công suất ▪ Mạch cộng, trừ tín hiệu cao tần Phần II Bài tập lớn Nhóm 1: CÂU Xét đường dây truyền sóng khơng tổn hao hình Đường dây truyền sóng khơng tổn hao có thơng số hình vẽ, trở kháng đặc tính Z0 = 50 Ohm V = 2000 ; R = 50 ; L =1.5 tải ZL = 50 – j 50 (Ohm) S S a Đi từ bụng tải nguồn gặp bụng sóng hay nút sóng trước, xác định khoảng từ tải đến điểm bụng điểm nút đầu tiên, xác định Rmax, Rmin b Xác định điện áp đầu đường dây, điện áp cuối đường dây c Xác định công suất tới tải, công suất phản xạ tải công suất tiêu thụ tải d Trong trường hợp tải phối hợp trở kháng, xác định công suất tiêu thụ tải theo dBm CÂU : Phối hợp trở kháng dùng dây chêm cho tải Z = 60 − j80 , trở kháng đặc L tính dây chêm đường dây truyền sóng Z0 = 50 Ohm Dây chêm số mắc tải, dây chêm số mắc cách dây chêm số đoạn d = , tần số tín 12 hiệu f = GHz Sử dụng hai dây chêm hở mạch, tìm chiều dài l1 l2 CÂU : a Tìm ma trận tán xạ mạng sau, giải thích biết Z0 = 50 Ohm: b Cho ma trận tán xạ bên dưới, ? - Cho biết mạng cửa có tổn hao khơng? Chứng minh - Tính hệ số tổn hao Return loss cửa cửa 2, 3, phối hợp trở kháng - Tính hệ số phản xạ cửa 1 Return loss cửa cửa ngắn mạch cửa cịn lại phối hợp trở kháng - Tính hệ số phản xạ cửa 1 Return loss cửa cửa nối với tải 25 Ohm, cửa cửa phối hợp trở kháng, Z0 = 50 Ohm Nhóm 2: CÂU Xét đường dây truyền sóng khơng tổn hao hình Đường dây truyền sóng khơng tổn hao có thơng số hình vẽ, trở kháng đặc tính Z0 = 50 Ohm Một đầu đường dây truyền sóng nối với nguồn VS có tần số GHz, đầu nối với tải ZL = 75 + j 75 (Ohm) a Xác định hệ số phản xạ tải, hệ số phản xạ đầu đường dây, Vmax, Vmin b Xác định điện áp đầu đường dây, điện áp cuối đường dây c Xác định công suất tới tải, công suất phản xạ tải công suất tiêu thụ tải d Nếu đường dây truyến sóng hình có hế số tổn hao dB/m, điện áp nguồn không đổi, tải phối hợp trở kháng tính lại cơng suất phản xạ tải công suất mà tải tiêu thụ CÂU : Phối hợp trở kháng dùng dây chêm cho tải 𝑌! = (2 − 𝑗)𝑌" , trở kháng đặc tính dây chêm đường dây truyền sóng Z0 = 50 Ohm Dây chêm số mắc tải, dây chêm số mắc cách dây chêm số đoạn d = Sử dụng 12 hai dây chêm hở mạch, tìm chiều dài l1 l2 CÂU 3: a Tìm ma trận tán xạ mạng sau: b Trả lời ý sau? - Ma trận có tổn hao khơng? Chứng minh - Xác định hệ số tổn hao ngược cửa1 cửa nối với tải ZL = 25 Ohm - Xác định hệ số tổn hao ngược cửa cửa ngắn mạch Nhóm 3: CÂU Xét đường dây truyền sóng khơng tổn hao hình Đường dây truyền sóng khơng tổn hao có thơng số hình vẽ, trở kháng đặc tính Z0 = 50 Ohm Một đầu đường dây truyền sóng nối với nguồn VS có tần số 1.5 GHz, đầu nối với tải ZL = 100 – j 100 (Ohm) a Xác định hệ số phản xạ tải, hệ số phản xạ đầu đường dây, Vmax, Vmin b Xác định điện áp đầu đường dây, điện áp cuối đường dây c Xác định công suất tới tải, công suất phản xạ tải công suất tiêu thụ tải d Đi từ tải nguồn gặp bụng sóng hay nút sóng trước, khoảng cách từ tải đến bụng sóng nút sóng e Xác định hệ số phản xạ, hệ số sóng đứng, trở kháng điểm cách tải đoạn 0.3 𝜆 CÂU : Sử dụng đồ thị smith giải toán sau: a Thiết kế mạch phối hợp trở kháng dùng dây chêm cho tải ZL = 90 + j 60 (Ohm), với đường dây truyền sóng có trở kháng đặc tính 75 = 50 Ohm Trở kháng đặc tính dây chêm ngắn mạch ZS = 75 Ohm Sử dụng dây chêm hở mạch b Lặp lại câu b sử dụng dây chêm ngắn mạch c Thiết kế mạch phối hợp trở kháng dùng dây chêm: Biết trở kháng đặc tính 𝑅" = 50; 𝑍! = 200 + 200𝑗 CÂU : a Tìm ma trận tán xạ mạng sau: b Nhận xét ma trận tán xạ vừa tìm được? Nhóm 4: CÂU Xét đường dây truyền sóng khơng tổn hao hình Đường dây truyền sóng khơng tổn hao có thơng số hình vẽ, trở kháng đặc tính Z0 = 50 Ohm Một đầu đường dây truyền sóng nối với nguồn VS có tần số GHz, đầu nối với tải ZL = 25 – j 100 (Ohm) a Xác định hệ số phản xạ tải, hệ số phản xạ đầu đường dây, Vmax, Vmin b Xác định điện áp đầu đường dây, điện áp cuối đường dây c Xác định công suất tới tải, công suất phản xạ tải công suất tiêu thụ tải d Nếu đường dây truyến sóng hình có hế số tổn hao dB/m, điện áp nguồn trở kháng tải khơng đổi tính lại cơng suất phản xạ tải công suất mà tải tiêu thụ CÂU : Phối hợp trở kháng dùng dây chêm cho tải 𝑌! = (1.5 − 0.5𝑗)𝑌" , trở kháng đặc tính dây chêm đường dây truyền sóng Z0 = 50 Ohm Dây chêm số mắc tải, dây chêm số mắc cách dây chêm số đoạn d = Sử 12 dụng hai dây chêm hở mạch, tìm chiều dài l1 l2 CÂU 3: a Tìm ma trận tán xạ mạng sau: b Nhận xét ma trận tán xạ vừa tìm được? Nhóm 5: CÂU Xét đường dây truyền sóng khơng tổn hao hình Để đo trở kháng tải, người ta nối tải với đường dây truyền sóng khơng suy hao có trở kháng đặc tính 50 Ohm, cấp tín hiệu có f = GHz, đường dây xuất sóng đứng Với điện áp bụng sóng nút sóng là: Vmax = V, Vmin = V Bụng sóng gần tải với khoảng cách dbs = cm Khoảng cách bụng sóng nút sóng liền kề cm a Tính vận tốc truyền sóng đường dây truyền sóng b Xác định tỉ sơ sóng đứng VSWR, dùng đồ thị smith để xác đinh ZL, L c Khoảng cách từ tải đến nguồn 12 cm Xác đinh V+ , V− , công suất phản xạ tại, công suất tiêu thụ tải d Nếu đường dây truyến sóng hình có hế số tổn hao dB/m, điện áp nguồn trở kháng tải khơng đổi tính lại cơng suất phản xạ tải công suất mà tải tiêu thụ CÂU : Sử dụng đồ thị smith giải toán sau: a Thiết kế mạch phối hợp trở kháng dùng dây chêm cho tải ZL = 200 + j 50 (Ohm), với đường dây truyền sóng có trở kháng đặc tính Z0 = 50 Ohm Trở kháng đặc tính dây chêm ngắn mạch ZS = 75 Ohm Sử dụng dây chêm hở mạch b Lặp lại câu b sử dụng dây chêm ngắn mạch c Thiết kế mạch phối hợp trở kháng dùng dây chêm: Biết trở kháng đặc tính 𝑅" = 50; 𝑍! = 25 + 25𝑗 Câu 3: a Tìm ma trận tán xạ mạch sau, biết R0 = 50 Ohm, R = 50 Ohm b Phân tích ma trận tán xạ vừa tìm Nhóm 6: CÂU Xét đường dây truyền sóng khơng tổn hao hình Câu Biểu đồ Smith sử dụng để biểu diễn nhiều tham số bao gồm trở kháng, độ dẫn, hệ số phản xạ, tham số tán xạ, vịng trịn nhiễu, đường viền khuếch đại khơng đổi vùng để ổn định vô điều kiện, bao gồm phân tích rung động học Để đưa lời giải thích nhanh biểu đồ Smith, dựa ý tưởng đơn giản: ΓΓS11S11 Γ = Z- Z0Z+ Z0Γ= =Z-Z0Z+Z0 Z0Z0 Biểu đồ Smith phương tiện đồ họa để tính tốn mối quan hệ Về bản, bạn vẽ đồ thị hệ số phản xạ biểu đồ theo tọa độ cực: khoảng cách điểm từ tâm biểu đồ độ lớn hệ số phản xạ góc từ trục x đối số hệ số phản xạ Sau đó, dịng biểu đồ cho phép bạn đọc trở kháng tải Có thể vẽ giá trị trở kháng tải cách tham chiếu đến đường vẽ biểu đồ đọc hệ số phản xạ cách sử dụng thước đo để đo khoảng cách từ tâm biểu đồ xác định góc từ tỷ lệ xung quanh cạnh ngồi Phối hợp trở kháng (phối hợp trở kháng gì? Tại phải phối hợp trở kháng) Gọi Rn nội trở nguồn (hay trở kháng tầng trước), Rt tải (hay trở kháng vào tầng sau), E nguồn lý tưởng theo Ohm-Law, dòng điện I qua mạch là: I = E/R = E / (Rn+Rt) Công suất tải là: Pt = I.Ut = I.I.Rt = E^2 * Rt / (Rn + Rt)^2 Pt lớn Rn = Rt Như vậy, việc "làm đó" để trở kháng tầng trước trở kháng vào tầng sau (gọi phối hợp trở kháng - Impedance matching) nhằm đạt công suất tải lớn Ngồi ra, phối hợp trở kháng tốt cịn chống tín hiệu "dội" phần lượng bị phản xạ (reflection), nhiễu nội mạch suy hao tín hiệu (signal absorbtion) làm giảm total công suất ngõ Tần số hoạt động mạch cao yêu cầu phối hợp trở kháng chặt chẽ, phối hợp trở kháng kỹ thuật xạ cao tần (RF = Radio Frequency) Tổng quan ma trận tán xạ (ma trận tán xạ gì? Ý nghĩa thông số ma trận tán xạ?) Khái niệm: Một phương cách mơ hình hóa mạch điện phần mạch điện tần số siêu cao phần tử tương đương có thơng số phân bố tập trung trung, biểu diễn dạng mạng nhiều cửa Thông số mạng định nghĩa thơng qua ma trận đặc tính Biết giá trị ma trận biết hồn tồn đặc tính hoạt động mạng, mà ta khơng cần quan tâm đến cấu trúc thực tế phần tử mạng , đến cường độ điện từ trường điểm mạng Câu • Circulator Bộ tuần hoàn thiết bị ba bốn cổng thụ động, không tương hỗ, cho phép tín hiệu vi sóng tần số vơ tuyến qua cổng sau cổng mà vào Các máy tuần hồn quang học có hành vi tương tự Cổng nơi ống dẫn sóng đường truyền bên ngoài, chẳng hạn đường microstrip cáp đồng trục, kết nối với thiết bị Đối với lưu thơng ba cổng, tín hiệu áp dụng cho cổng phát từ cổng 2; tín hiệu áp dụng cho cổng đến từ cổng 3; tín hiệu áp dụng cho cổng đến từ cổng 1, v.v Một tuần hoàn ba cổng lý tưởng có ma trận tán xạ sau: • Wilkinson Power Divider Trong lĩnh vực kỹ thuật siêu cao tần thiết kế mạch, Bộ chia nguồn Wilkinson loại mạch chia cơng suất cụ thể đạt cách ly cổng đầu trì tình trạng phù hợp tất cổng Thiết kế Wilkinson sử dụng kết hợp điện tạo thành từ thành phần thụ động tương hỗ Được Ernest J Wilkinson cơng bố lần vào năm 1960, Mạch sử dụng rộng rãi hệ thống thông tin liên lạc tần số vô tuyến sử dụng nhiều kênh mức độ cách ly cao cổng đầu ngăn cản nhiễu xuyên âm kênh riêng lẻ Phần Bài Tập Câu Câu 2: Câu 3: