Thiết kế và thi công mạch cộng vi dải băng tần wifi

i I HC QUC GIA THÀNH PH H CHÍ MINH I HC BÁCH KHOA N - N T B MÔN VIN THÔNG o0o LUT NGHIP THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH CỘNG VI DẢI BĂNG TẦN WIFI TP. HCM, Tháng 1-2011 iii LỜI CẢM ƠN Trong sut thi gian hi hc t HCM, vi s nhit tình, ng dng, sáng to, các tho nhiu kin thun l chúng em hoàn thành t a mình. u tiên chúng em xin gi ti thy Nguy Nhân li c thành. Trong quá trình thc hin luc ting dn và góp ý rt nhi chúng em có th c tiêu, k ho ra. Qua quá trình làm vic vi thc c  thy nhiu, nht là cách thc nghiên ct v, x lý v mt cách khoa hc. Tip theo, chúng em xin gi li cn tt c các thng  c bit là các thn-n T, nhng i trc tip ging dy và truyt kin thc cho chúng em trong sut thi gian hc tng. Kính chúc quý thy cô di dào sc kh có th ng th h trong  thành nhà k thung, sáng tc cho s nghip xây dc ngày càng giàu mnh. TP. H Chí Minh, Tháng 1/2011 iv TÓM TẮT LUẬN VĂN B cng tín hic ng dng rng rãi trong nhit -band, truyn hình cáp, v tinh, h th là mt b phn không th thiu trong các b thu phát sóng cao tn. Lu trình bày v lý thuyn ca các mng hai ca và bn ca siêu cao tn, v nguyên tc hong mt b cng tín hiu khác tn s  phân tích các thành phn ca mt b cng tín hiu. Thit k và thi công mch cng tín hin Wi-Fi (2.4 Ghz và 5 Ghz)  hai tn s c th là 2.437 GHz (kênh 6) và 5.32 GHz (kênh 60). S d thut vi di  thi công vng truyn có chiu dày ln môi là 0.95 mm, hng s n môi 4.6 Thc hin tính toán các thông s và mô phng bng phn mm ADS (Advanced Design System) và c trên máy ZVB8. v MỤC LỤC Đề mục: Trang Trang bìa i Nhim v lu ii Li c iii Tóm tt lu iv Mc lc v CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU 1 1.1 ng truyn vi di 1 1.2 B cng (Combiner ) 3 CHƢƠNG 2: SƠ ĐỒ KHỐI VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 7 2.1  khi 7 2.2 Nguyên lý hong 7 CHƢƠNG 3: MẠCH GHÉP HỖN HỢP (HYBRID)   9 3.1 Mng 4 ca 9 3.2 Gii thiu mch ghép hn hp (hybrid)   14 3.3 Phân tích mch ghép hn hp (hybrid)   16 t m và ng dng ca mch 22 ng ca mch 23 vi CHƢƠNG 4: THIẾT KẾ MẠCH HYBRID 26 4.1 Thit k mch hybrid1 26 4.2 Gii thi dng dây chêm tr c 34 4.3 Thit k mch hybrid2 38 CHƢƠNG 5: THIẾT KẾ MẠCH LỌC 51 5.1 C s lý thuyt mch lc 51 5.1.1 Ma trn S ca mch lc 51 ng Chebyshev 53 5.2 Mch lc thông di s dng dây chêm. 58 ng truyn mt phc sóng 58 5.2.2 Các dây chêm h mch và ngn mch 59 5.2.3 B lc thông di vi dây chêm ngn mch    60 5.2.4 B lc thông di vi dây chêm h mch    65 5.3 Kho sát s ng ca mch li vi vii c mch CHƢƠNG 6: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH CỘNG VI DẢI 75 CHƢƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 94 Tài liu tham kho 95 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS. Nguyễn Dương Thế Nhân ________________________________________________________________________________ 1 SVTH: Nguyễn Xuân Thọ, Nguyễn Anh Tuấn ĐH Bách Khoa HCM CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Đƣờng truyền vi dải: ng truyn vi di là mt dng cng truyn sóng hai dây dn, có cu trúc  ng truyn gm mt di dn chính và mt mt dc dùng làm mt pht. c to thành bi quá trình ph kim loi (metallization) trên 2 b mt ln môi có hng s n môi   Hình 1.1:Cấu trúc microtrip Lý thuyng minh rng: nu s khác bit gia r  và 0  =1 (hng s n môi ca không khí) là không nhiu và tng dây d thì n t lan dng vi di là sóng cnTEM (quasi  TEM). Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS. Nguyễn Dương Thế Nhân ________________________________________________________________________________ 2 SVTH: Nguyễn Xuân Thọ, Nguyễn Anh Tuấn ĐH Bách Khoa HCM Các công thc áp dng g vi chiu dày t ca lp ng nh:   =                                          (1.1)                         (1.2)         (1.2)                    (1.3)         (1.4a)          (1.4b) Với:   : là h s i hiu dng (effective relative permittivity). h : là chiu dày ln môi. W : là chiu rng ca di dn.   :  t thm ca ln môi.     :  t thm và hng s n môi ca không khí. t : là chiu dày di d).   : là tr kháng cng truyn vi di.   c sóng cng truyn. Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS. Nguyễn Dương Thế Nhân ________________________________________________________________________________ 3 SVTH: Nguyễn Xuân Thọ, Nguyễn Anh Tuấn ĐH Bách Khoa HCM 1.2 Bộ cộng (combiner): Wi-Fi Wireless Fidelity hay mạng 802.11  dây ,  và radio. sân bay, quán café,  khách Internet    TêIEEE (Institute of Electrical and Electronics     Wi- 2.4    -Fi: -   (complimentary code keying). -  mã OFDM (orthogonal frequency-  Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS. Nguyễn Dương Thế Nhân ________________________________________________________________________________ 4 SVTH: Nguyễn Xuân Thọ, Nguyễn Anh Tuấn ĐH Bách Khoa HCM -   -a,     - --band).  -- GHz vào 4 GHz cho các    -- B    Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS. Nguyễn Dương Thế Nhân ________________________________________________________________________________ 5 SVTH: Nguyễn Xuân Thọ, Nguyễn Anh Tuấn ĐH Bách Khoa HCM  Hình 1.2: Các kênh Wi-Fi dải tần 5 Ghz [...]... động ở tần số và 2.2 Nguyên lý hoạt động: Vì bộ combiner kết hợp 2 tín hiệu có tần số khác nhau nên tín hiệu này sẽ không ảnh đƣởng đến tín hiệu kia Do đó ta có thể xét riêng từng tín hiệu Tín hiệu thứ nhất (5.32 GHz) đƣợc đƣa vào cửa 1 của mạch hybrid1, sau đó ra ở cửa 2 và 3 (hai tín hiệu này bằng nhau về biên độ và lệch pha 90 độ) Hai tín hiệu đi vào mạch lọc và tiếp tục đƣợc truyền tới cửa 1 và 4... vi c chia đôi công suất vào cửa 1 tốt - Có khối lƣợng và bề dày mỏng - Dễ dàng sản xuất hàng loạt  Khuyết điểm: - Kích thƣớc còn lớn nếu ở tần số cao, nên khó tích hợp vào những thi t bị yêu cầu kích thƣớc nhỏ gọn - Tính chịu nhiệt độ không cao - Không thể làm vi c đƣợc ở mức công suất cao - Băng thông khá hẹp Ứng dụng thực tế:  Đƣợc sử dụng trong cả những ứng dụng thƣơng mại và quân đội  Công dụng... dụng cơ bản của mạch là chia công suất từ đầu vào đến 2 ngõ ra  Sử dụng trong những thi t kế cần dịch pha nhƣ điều chế tín hiệu  Có thể sử dụng trên băng tần C, chia công suất cũng nhƣ bộ ghép công suất 22 SVTH: Nguyễn Xuân Thọ, Nguyễn Anh Tuấn ĐH Bách Khoa HCM Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Dương Thế Nhân 3.5 Phân tích đáp ứng của mạch: Xét mạch ghép hỗn... Kết quả mô phỏng: Hình 4.3a 27 SVTH: Nguyễn Xuân Thọ, Nguyễn Anh Tuấn ĐH Bách Khoa HCM Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Dương Thế Nhân Hình 4.3b Nhận xét: - Tại tần số trung tâm: , - Nếu chọn và từ , , trở xuống thì băng thông của mạch từ 5.24 GHz đến 5.4 GHz (khoảng 160 MHz), chiếm 3% tần số trung tâm Mở rộng băng thông: Mạch hybrid1 có thể đƣợc thi t kế. .. hiệu thứ hai (2.437 GHz) đƣợc đƣa vào cửa 2 của hybrid2, sau đó đƣợc chia thành hai tín hiệu (lệch pha 90 độ) đi ra ở cửa 1 và 4 của hybrid2 tới hai bộ lọc Dải thông của hai bộ lọc đƣợc thi t kế sao cho tần số không đi qua, hai tín hiệu này bị phản xạ ngƣợc trở lại tới cửa 1 và 4 của hybrid2 (hai tín hiệu vẫn lệch pha 90 độ) Lúc này mạch hybrid2 đóng vai trò là bộ cộng tín hiệu, tín hiệu tổng có cùng... Wi-Fi ở dải tần 2.4 Ghz 6 SVTH: Nguyễn Xuân Thọ, Nguyễn Anh Tuấn ĐH Bách Khoa HCM Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Dương Thế Nhân CHƢƠNG 2: SƠ ĐỒ KHỐI VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 2.1 Sơ đồ khối: Hình 2.1 Một bộ combiner bao gồm: - Mạch hybrid 3db/ hoạt động ở tần số - Hai bộ lọc thông dải có tần số trung tâm là (5.32 GHz) (5.32 GHz, băng thông 1GHz) - Mạch hybrid... mô hình mạch ghép ở hình 3.1a, ta nhận thấy công suất đƣa vào cửa 1 đƣợc ghép sang cửa 2 với hệ số ghép | | và đƣợc ghép sang cửa 3 với hệ số ghép | hoàn toàn cách ly với cửa 1 ( | Cửa 4 1 Input 2 Through 4 Isolated 3 Coupled Mạch ghép hỗn hợp (hybrid) là trƣờng hợp riêng của mạch ghép định hƣớng √ (ghép 3dB) Có hai dạng mạch ghép hỗn với điều kiên hệ số ghép là hợp: - Mạch ghép hỗn hợp hiệu vào tại... Nhân Xét tín hiệu đặt vào cửa 1 và cửa 2 là là cửa lần lƣợt là và , , và Giả sử và √ , trong khi tín hiệu ra tại các √ Ta cần tính , , Hình 3.10 Ta có: [a] = [S].[b] (3.23a) (3.23b) (3.23c) (3.23d) Khi đƣa hai tín hiệu lệch pha vào cửa 1 và cửa 4, tín hiệu tổng sẽ đi ra ở cửa cùng phía với cửa vô có pha chậm hơn (tín hiệu ra ở cửa 3 vì tín hiệu vào cửa 4 có pha chậm hơn) Nếu mạch hybrid có ma trận... giữa cửa 2 và cửa 3 khi đƣa tín hiệu vào cửa 4 và không tạo lệch pha tín hiệu khi đƣa tín hiệu vào cửa 1 ( ) Đây là trƣờng hợp mạch ghép định hƣớng phản đối xứng 3dB, có ma trận [S] nhƣ sau: 0  1 1  S   2 1  0 1 1 0 0 0  1  0 0 1   1 1 0 3.2 Mạch ghép hỗn hợp (hybrid) : Có nhiều dạng mạch hybrid nhƣ đƣờng truyền ghép định hƣớng hay mạch ghép Lange cũng là một dạng của mạch ghép hỗn... cửa 2 và 3 sẽ lệch pha nhau (J = ) (3.24a) (3.24b) √ (3.24c) √ (3.24d) Khi đó, nếu đƣa hai tín hiệu cùng biên độ, lệch pha vô cửa 1 và cửa 4 thì tín hiệu tổng sẽ ra tại cửa 2 √ , √ (3.25a) (3.25b) (3.25c) (3.25d) 25 SVTH: Nguyễn Xuân Thọ, Nguyễn Anh Tuấn ĐH Bách Khoa HCM Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Dương Thế Nhân CHƢƠNG 4 : THI T KẾ MẠCH HYBRID 4.1 Thi t . I HC BÁCH KHOA N - N T B MÔN VI N THÔNG o0o LUT NGHIP THI T KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH CỘNG VI DẢI BĂNG TẦN WIFI TP. HCM, Tháng 1-2011. ng ca mch li vi vi i c mch CHƢƠNG 6: THI T KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH CỘNG VI DẢI 75 CHƢƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI. CHƢƠNG 4: THI T KẾ MẠCH HYBRID 26 4.1 Thi t k mch hybrid1 26 4.2 Gii thi  dng dây chêm tr c 34 4.3 Thi t k mch hybrid2 38 CHƢƠNG 5: THI T KẾ MẠCH LỌC 51