Thiết kế bộ tổ hợp tần số của máy phát thanh fm stereo dùng làm đài phát thanh địa phương

Đề tài: THIẾT KẾ BỘ TỔ HỢP TẦN SỐ CỦA MÁY PHÁT THANH FM STEREO DÙNG LÀM ĐÀI PHÁT THANH ĐỊA PHƯƠNG LỜI NĨI ĐẦU Hệ thống Thơng tin Phát Thanh nước ta hình thành phát triển từ năm 1945 đến nay, ngày phát triển hoàn thiện đại Hệ thống đài phát có vai trị quan trọng đời sống trị, kinh tế, văn hóa nhân dân ta, Đảng nhà nước ta quan tâm tới vấn đề này, vài thập kỷ qua, chiến lược phủ sóng phát bốn cấp đảm bảo việc đưa thông tin đến người dân đất nước Việt Nam Đặc biệt vùng xa xôi, hẻo lánh, miền núi hải đảo Qua việc nghe nhận thơng tin trước qua loa truyền công cộng trở thành thói quen nhu cầu cần thiết người dân Việt Nam Tuy nhiên thiết bị truyền cũ bao gồm: máy tăng âm, cột, dây dẫn loa công cộng bộc lộ nhiều nhược điểm quản lý khai thác sử dụng, để hoạn thiện cho mạng lưới truyền sở, khoảng hai mươi năm gần với mạng phát Trung ương cấp tỉnh, xây dựng mạng lưới phát cấp huyện cấp sở máy phát FM loa truyền không dây Chất lượng thiết bị với tiến khoa học công nghệ cải thiện đảm bảo thông số kỹ thuật Theo kịp mạng lưới phát khu vực giới Muốn cần sử dụng giải pháp kỹ thuật để hoàn thiện nâng cao tiêu thiết bị phát Trong số biện pháp việc thiết kế, xây dựng hồn thiện “ BỘ TỔ HỢP TẦN SỐ” đóng vai trị quan trọng, em nhận đề tài: “Thiết kế ứng dụng tổ hợp tần số vào phát quảng bá” nhằm củng cố hệ thống hóa kiến thức học tiến tới xây dựng phương pháp tự nghiên cứu sáng tạo người cán kỹ thuật Đồ án gồm ba chương phần mở đầu kết luận: CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MÁY PHÁT THANH FM Trong chương em trình bày kiến thức máy phát sóng nói chung thiết bị phát FM nói riêng nhằm tạo tiền đề để chương đề phương án thiết kế Bộ tổ hợp tần số cách tối ưu có tính thực tiễn khoa học CHƯƠNG II: THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI BỘ TỔ HỢP TẦN SỐ ỨNG DỤNG VÀO PHÁT THANH FM Trong chương em chọn tiêu kỹ thuật xây dựng phương án thiết kế sơ đồ khối tính tốn để tạo mạng tần số có độ ổn định cao dùng cho đài phát sở cách tối ưu phù hợp với thực tế kinh tế đất nước CHƯƠNG III: TÍNH TỐN CHI TIẾT BỘ TỔ HỢP TẦN SỐ Song song với chương II, chương III đóng góp q trình làm đồ án đạt Do thời gian trình độ có hạn nên Bản đồ án em khơng tránh khỏi thiết sót Em mong thầy cô giáo khoa Vô Tuyến Điện Tử giúp đỡ bảo bạn đồng nghiệp đóng góp Em xin chân thành cảm ơn CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MÁY PHÁT SĨNG FM Vai trị máy phát sóng FM Hệ thống thu phát vơ tuyến hệ thống truyền thơng tin xa nhờ xạ sóng điện từ khơng gian Hệ thống có sơ đồ khối tổng quát hình sau: Hình I.1: Sơ đồ khối hệ thống Hệ thống có ưu điểm so với thiết bị truyền cổ điển Ưu điểm: Không dùng dây dẫn nên giảm bớt nhiều chi phí cột, dây dẫn; đảm bảo độ tin cậy hơn, dễ lắp đặt, sửa chữa; phù hợp với vùng cao, vùng núi, hải đảo Có thể sử dụng thành tựu khoa học công nghệ để nâng cao chất lượng thiết bị phát sóng, mà thời gian song song với mạng truyền cổ điển đài cấp sở nước ta sử dụng phổ biến thiết bị đài phát theo nguyên lý sơ đồ khối Chính chương em phân tích chi tiết để làm sở thiết kế cho chương II chương III I) Sơ đồ khối tổng qt máy phát Vơ tuyến điện Hình I.2: Sơ đồ khối máy phát vô tuyến điện Âm biến đổi thành tín hiệu âm tần nhờ Micro, khuếch đại, qua khuếch đại âm tần điều chế dao động chủ sóng, qua khuếch đại đệm, đến khuếch đại công suất, qua lọc hài phối hợp đưa tới Anten biến đổi thành lượng điện từ không gian Các tiêu kỹ thuật chủ yếu thiết bị phát sóng đảm bảo tùy theo yêu cầu phụ thuộc vào mức độ phức tạp sơ đồ khối chi tiết, thể hình Những tiêu kỹ thuật thiết bị phát gồm: I.1 Công suất Anten, PA Công suất định cự ly độ tin cậy kênh thông tin Công suất lớn cự ly xa đảm bảo độ tin cậy Tuy nhiên thiết bị đài sở với địa bàn tương đối hẹp khoảng vài chục km cơng suất lớn dẫn đến gây nhiễu cho đài lân cận, quân ảnh hưởng lớn đến bảo mật Hiện công suất máy phát chia thành loại sau: P = vài trăm mW đến vài chục W - Cơng suất trung bình: P = vài trăm W đến vài chục KW Công suất nhỏ nhỏ: A A Công suất lớn lớn: P A= công suất lớn vài KW đến vài trăm KW Các đài cấp trung ương cấp tỉnh có cơng suất lớn để bán kính phủ sóng rộng Các đài cấp huyện sở thường chọn máy phát có cơng suất nhỏ trung bình từ vài chục W đến vài trăm W Công suất định số tầng khuếch đại, cơng suất lớn số tầng khuếch đại cơng suất nhiều tùy theo điều kiện cụ thể mà chọn mức công suất cho hợp lý I.2 Tần số công tác Theo quy định quy hoạch tần số Quốc tế Cục tần số nước ta máy phát cấp sở bố trí dải tần VHF với khoảng tần số từ 87.5MHz ÷ 108 MHz Với dải tần sóng truyền lan theo phương thức sóng truyền thẳng Như biết có ba loại sóng bản: Sóng đất: Truyền lan theo bề mặt trái đất, thường dùng sóng trung phần đầu sóng ngắn hấp thụ mặt trái đất nên cự ly khơng xa, tổn hao sóng điện từ lớn Sóng trời: Bằng phản xạ qua tầng điện ly, chia thành tầng D, E, F1, F2 Được dùng dải sóng ngắn truyền cự ly xa, công suất phù hợp truyền xa phản xạ nhiều lần Sóng truyền thẳng: Trong trường hợp khoảng cách anten phát thu không bị che khuất chướng ngại vật đồi, núi, bề cong trái đất làm hạn chế nhiều truyền sóng, yếu tố ảnh hướng lớn đến cự ly truyền sóng Khi chiều cao anten phát thu khoảng vài chục m, phạm vi phủ sóng giới hạn vài chục km, điều đài phát sở có sóng truyền thẳng tỏ có nhiều ưu việt:  Đường truyền ổn định  Cự ly hạn chế vùng định nên không ảnh hưởng tới đài sở xung quanh, Ủy ban tần số nước ta quy định đàu sở sử dụng dải sóng VHF với phương thức truyền lan sóng thẳng Trên thực tế nước ta có 61 tỉnh thành tính có khoảng 500 huyện nên khơng đủ phần chia sở tần số riêng, nên số huyện trùng mà không bị ảnh hưởng lẫn I.3 Độ ổn định tần số Độ ổn định tần số cao đảm bảo thơng tin cần tìm kiếm q trình liên lạc không cần phải tinh chỉnh tần số Dải thông tin máy thu chọn hẹp nâng cao khả chống nhiễu tăng chất lượng đường truyền Tuy nhiên độ ổn định tần số cao mức độ phức tạp Tổ hợp tần số lớn, nên việc xây dựng thiết kế Tổ hợp tần số cơng trình cơng phu số trường hợp thiết kế hồn chỉnh Đối với đài phát nước ta độ ổn định tần số phải đảm bảo độ không ổn định tương đối: ∆f/f = 5.10-6 Với độ ổn định cần phải sử dụng thạch anh yêu cầu làm việc dải tần rộng phải xây dựng sơ đồ tổ hợp tần số theo phương pháp đại I.4 Mức độ loại bỏ dao động phụ Dao động phụ máy phát sóng bao gồm: - Các dao động không mong muốn tần số khác với tần số công tác danh định tổ hợp tần số phát sinh - Các hài bậc cao dao động phụ khuếch đại làm việc khơng tuyến tính sinh Các dao động phụ gây tác hại lớn, làm giảm tiêu thiết bị đồng thời gây cản nhiễu cho thiết bị vô tuyến khác mà làm việc tần số trùng với tần số sóng hài Chính u cầu mục cao, thông thường cần loại bỏ dao động phụ với mức không nhỏ (40 ÷ 60) dB I.5 Méo tín hiệu Có hai loại: - Méo tuyến tính bao gồm méo tần số méo pha - Méo phi tuyến, méo không đường thẳng Méo làm giảm độ trung thực tiếng nói ảnh hưởng lớn tới chất lượng phát thanh, yêu cầu méo là: - Méo tần số không lớn ± dB Trong dải tần f = 30Hz ÷ 15.000Hz - Méo phi tuyến: Kf ≤ (0.5÷1)% I.6 Điều chế FM ưu điểm Điều chế tần số trình làm cho tần số dao động sóng mang thay đổi theo quy luật tức thời tín hiệu điều chế ( Tín hiệu âm tần), hình U U cos(t   max sin t )  Hình I.3: Quá trình điều chế 1.1 Trong tham số lượng di tần độ lệch tần số cực đại so với tần số danh định trình điều chế máy FM lượng di tần (75÷150)Khz Với phổ rộng: Theo lý thuyết 2f (1  m  m ) Fmax Trong đó: Fmax tần số cực đại tín hiệu điều chế m độ sâu điều chế Như ta biết độ sâu điều chế lớn tính chống nhiễu tín hiệu điều tần cao chất lượng phát tốt, nhiên với m lớn phổ tín hiệu điều tần rộng, điều tần sử dụng dải siêu cao tần băng VHF trở So sánh với tín hiệu điều biên phổ tín hiệu điều biên hẹp nhiều 2f 2 Fmax với Fmax= 10Khz, bề rộng phổ tín hiều điều biên khoảng 20Khz, phổ tín hiệu điều tần lên đến hàng trăm Khz Chính khoảng cách tần số không chọn nhỏ Lượng di tần (hay độ di tần) độ lệch tần số so với tần số danh định Trong trình điều chế với máy phát sóng FM độ di tần từ 75 đến 100 KHZ Trong thực tế người ta chọn ∆fo = 100 Khz Vì số tần số làm việc N Fmax  Fmin 108  87.5   206 fo 0.1 tần số, bắt đầu 87.5, 87.6 ÷ 108Mhz I.7 Chất lượng phát Do chất lượng phát đòi hỏi cao nên để thỏa mãn nhu cầu ngày tinh xảo thính giả, thực tế người ta sử dụng phát FM Stereo để đảm bảo cho việc phát âm có tính khơng gian Muốn phát stereo máy phát phải có giải mã stereo I.8 Biên độ tín hiệu điều tần khơng đổi Biên độ tín hiệu điều tần khơng thay đổi q trình điều chế, có khả loại bỏ can nhiễu trình lan truyền phận liên quan q trình thu Hình I.4: Dạng sóng điều biên điều tần Chính chất lượng phát FM đảm bảo tốt so với điều chế biên độ Điều dẫn tới chương trình ca nhạc có chất lượng cao sử dụng theo nguyên lý điều chế tần số I.9 Các phương pháp thực điều chế tần số I.9.1 Điều chế gián tiếp Điều tần thơng qua điều pha Như tín hiệu qua tích phân, điều pha đầu ф(1) tín hiệu điều chế tần số Hình I.5: Điều chế gián tiếp