Bộ phát chuyển tiếp truyền hình kênh UHF

Với tên đề tài luận văn là: “Bộ phát chuyển tiếp truyền hình kênh UHF”, bằng lý thuyết và thực nghiệm, luận văn đã thực hiện những nội dung sau: - Tìm hiểu về Cơ sở kỹ thuật thu phát tr

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN QUANG ĐỨC

BỘ PHÁT CHUYỂN TIẾP TRUYỀN HÌNH KÊNH UHF

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

Hà Nội – 2013

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN QUANG ĐỨC

BỘ PHÁT CHUYỂN TIẾP TRUYỀN HÌNH KÊNH UHF

Ngành: Công nghệ Điện tử - Viễn thông

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử

Mã số: 60 52 70

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Bạch Gia Dương

Hà Nội – 2013

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

MỤC LỤC 4

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 6

DANH MỤC HÌNH VẼ 7

LỜI CẢM ƠN 8

MỞ ĐẦU 9

CHƯƠNG 1 - CƠ SỞ KỸ THUẬT THU PHÁT TRUYỀN HÌNH 10

1.1 Máy phát vô tuyến truyền hình 10

1.1.1 Tổng quan về lý thuyết máy phát 10

1.1.2 Sơ đồ khối tổng quát của các loại máy phát 11

1.2 Máy thu vô tuyến truyền hình 15

1.2.1 Định nghĩa 15

1.2.2 Đặc điểm máy thu 15

1.3 Một số hệ thống thu phát vô tuyến 16

1.3.1 Máy thu-phát trực tiếp (Direct-Conversion Transmisters) 16

1.3.2 Hệ thống thu- phát 17

CHƯƠNG 2 - KỸ THUẬT PHỐI HỢP TRỞ KHÁNG 20

2.1 Khái quát chung 20

2.2 Phối hợp trở kháng dùng phần tử tập trung [2] 21

2.2.1 Thuộc tính cơ bản của giản đồ Smith và giản đồ Admittance 21

2.2.2 Mạch phối hợp trở kháng kiểu L 22

2.2.3 Vòng tròn điện dẫn không đổi Z 23

2.2.4 Vòng tròn điện trở không đổi 25

2.2.5 Thiết kế mạch phối hợp trở kháng dùng các mạch tập trung 28

2.3 Phối hợp trở kháng dùng dây chêm 30

2.4 Phối hợp trở kháng dùng đoạn 1/4 bước sóng λ/4 30

CHƯƠNG 3 - THIẾT KẾ BỘ PHÁT VÔ TUYẾN TRUYỀN HÌNH KÊNH UHF 33

3.1 Thiết kế mạch tiền khuếch đại 33

3.1.1 Yêu cầu và thiết kế 33

3.1.2 Mô Phỏng mạch Khuếch đại công suất bằng phần mềm ADS 33

3.1.3 Mạch Layout 35

3.1.4 Đo đặc trưng tần số sử dụng máy phân tích phổ 35

3.1.5 Đo đặc trưng tần số sử dụng máy phân tích mạng 39

3.2 Thiết kế bộ khuếch đại công suất 41

3.2.1 Yêu cầu và thiết kế 41

3.2.2 Mô Phỏng mạch Khuếch đại công suất bằng phần mềm ADS 42

3.2.3 Mạch Layout 44

3.2.4 Đo đặc trưng tần số sử dụng máy phân tích phổ 44

3.2.5 Đo đặc trưng tần số sử dụng máy phân tích mạng 48

3.3 Đo công suất 51

KẾT LUẬN 52

TÀI LIỆU THAM KHẢO 53

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

ADS Advanced Design System

AM Amplitude modulation

ASK Amplitude Modulation

BJT Bipolar junction transistor

QAM Quadrature amplitude modulation

QPSK Quadrature phase shift keying

PM Phase modulation

PLL Phase Locked Loop

PSK Phase shift keying

RF Radio frequency

MOSFET Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor

LO Local oscillator

SSB Single sideband

UHF Ultra High Frequency

VCO Voltage Controlled Oscillator

VSWR Voltage standing wave ratio

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống thiết bị thu phát 10

Hình 1.2 Sơ đồ khối tổng quát của máy phát điều chế AM 11

Hình 1.3 Sơ đồ khối của máy phát đơn biên 13

Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý máy phát trực tiếp 16

Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý máy thu giải điều chế trực tiếp (Hommodyme) 16

Hình 1 6 Sơ đồ nguyên lý máy phát qua trung tần 17

Hình 1 7 Sơ đồ nguyên lý bộ thu siêu ngoại sai 17

Hình 2.1 Mạch phối hợp trở kháng không tổn hao giữa trở kháng tải bất kì 20

Hình 2.2 Hướng quay trên đường điện dẫn không đổi (G=const) và điện trở không đổi (R= const) để bổ sung dung kháng hoặc cảm kháng song song và nối tiếp 21

Hình 2.3 Các sơ đồ phối hợp trở kháng kiểu L 22

Hình 2.4 Sơ đồ kiểu L (1) (LSCSH) 23

Hình 2.5 Sơ đồ Kiểu L (3) (CSLSH) 24

Hình 2.6 Sơ đồ Kiểu L (5) (CSCSH) 25

Hình 2.7 Sơ đồ Kiểu L (7) (LSLSH) 25

Hình 2.8 Sơ đồ kiểu L (2) (CSHLS) 26

Hình 2.9 Sơ đồ Kiểu L (4) (LSHCS) 27

Hình 2.10 Sơ đồ Kiểu L (6) (CSHCS) 27

Hình 2.11 Sơ đồ Kiểu L (8) (LSHLS) 28

Hình 2.12 Mạch phối hợp trở kháng hình L 28

Hình 2.13 Phối hợp trở kháng dùng đoạn một phần tư bước sóng 31

Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý mô phỏng 33

Hình 3.2 Kết quả mô phỏng lối vào 34

Hình 3.3 Kết quả mô phỏng lối ra 34

Hình 3.4 Mạch Layout 35

Hình 3.5 Sơ đồ đo đạc và kiểm chứng công suất 35

Hình 3.6 a,b đo khuếch đại công suất trên mạch thực 36

Hình 3.7 a,b,c,d,e đo công suất lối ra bộ khuếch đại công suất 38

Hình 3.8 Đo đặc trưng tần số biên độ………36

Hình 3.9 Sơ đồ đo đặc trưng tần số sử dụng máy phân tích mạng 39

Hình 3.10 a,b,c,d đo đặc trưng tần số 41

Hình 3.11 Kết quả mô phỏng lối vào 42

Hình 3.12 Sơ đồ nguyên lý mô phỏng lối vào 42

Hình 3.13 Kết quả mô phỏng lối ra 43

Hình 3.14 Sơ đồ nguyên lý lối ra 43

Hình 3.15 Layout phiên bản 44

Hình 3.16 Sơ đồ đo đạc và kiểm chứng công suất 44

Hình 3.17 a,b đo khuếch đại công suất trên mạch thực 45

Hình 3.18 a,b,c,d,e,f,g đo công suất lối ra bộ khuếch đại công suất 48

Hình 3.19 Đo đặc trưng tần số biên độ……… 46

Hình 3.20 Sơ đồ đo đặc trưng tần số sử dụng máy phân tích mạng 49

Em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy cô giáo trường Đại Học Công Nghệ, Đại Học Quốc Gia Hà Nội đã rất nhiệt tình giảng dạy và cho em những lời khuyên hữu ích trong suốt hai năm học tập tại trường

Em xin cảm ơn các cán bộ trung tâm nghiên cứu điện tử viễn thông đã tạo điều kiện tốt nhất và tận tình hướng dẫn về chuyên môn trong thời gian thực hiện luận văn này

Cuối cùng, xin cảm ơn gia đình, người thân và các bạn của tôi, những người đã luôn bên cạnh động viên, khích lệ và giúp đỡ tôi trong thời gian qua

Mặc dù có nhiều cố gắng, song thời gian thực hiện luận văn có hạn, vốn kiến thức nắm được chưa nhiều nên luận văn còn nhiều hạn chế Em rất mong nhận được nhiều sự góp ý, chỉ bảo của các thầy, cô để hoàn thiện hơn luận văn của mình

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 28 tháng 03 năm 2013

Học viên

Nguyễn Quang Đức

tế mở, các hệ thống thu phát có ứng dụng an toàn thông tin có mặt trong các lĩnh vực

như thương mại điện tử, ngân hàng, công nghiệp Các hệ thống này đã góp phần vào

việc bảo vệ an ninh quốc phòng và phát triển kinh tế đất nước

Với tên đề tài luận văn là: “Bộ phát chuyển tiếp truyền hình kênh UHF”, bằng

lý thuyết và thực nghiệm, luận văn đã thực hiện những nội dung sau:

- Tìm hiểu về Cơ sở kỹ thuật thu phát truyền hình

- Tìm hiểu về Kỹ thuật phối hợp trở kháng

- Tìm hiểu sâu về kỹ thuât phối hợp trở kháng và chế tạo thành công một khối khuyếch đại công suất 10 W, hoạt động ở dải tần 430Mhz – 520Mhz, hệ số khuyếch đại trên 40dBm

- Đánh giá kết quả đã đạt được trong luận văn và kết luận

CHƯƠNG 1

CƠ SỞ KỸ THUẬT THU PHÁT TRUYỀN HÌNH

1.1 Máy phát vô tuyến truyền hình

1.1.1 Tổng quan về lý thuyết máy phát

1.1.1.1 Định nghĩa

Một hệ thống thông tin bao gồm: máy phát, máy thu và môi trường truyền sóng như hình 1.1 Trong đó máy phát là một thiết bị phát ra tín hiệu dưới dạng sóng điện từ được biểu diễn dưới một hình thức nào đó

Sóng điện từ gọi là sóng mang hay tải tin làm nhiệm vụ chuyển tải thông tin cần phát tới điểm thu Thông tin này được gắn với tải tin theo một hình thức điều chế thích hợp Máy phát phải phát đi công suất đủ lớn để cung cấp tỉ số tín hiệu trên nhiễu đủ lớn cho máy thu Máy phát phải sử dụng sự điều chế chính xác để bảo vệ các thông tin được phát đi, không bị biến dạng quá mức Ngoài ra, các tần số hoạt động của máy phát được chọn căn cứ vào các kênh và vùng phủ sóng theo qui định của hiệp hội thông tin quốc tế (ITV) Các tần số trung tâm của máy phát phải có độ ổn định cao Do

đó, chỉ tiêu kỹ thuật của máy phát là: Công suất ra, tần số làm việc, độ ổn định tần số, dải tần số điều chế Có nhiều cách phân loại máy phát

1.1.1.2 Phân loại máy phát

Theo tần số

- Phát thanh:

- Phát hình:

Theo phương pháp điều chế

Môi trường Truyền sóng

Hình 1.1 Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống thiết bị thu phát

+ Máy phát điều biên (AM)

+ Máy phát đơn biên (SSB)

+ Máy phát điều tần (FM) và máy phát điều tần âm thanh nổi (FM Stereo)

+ Máy phát điều xung (PM)

+ Máy phát khoá dịch biên độ ASK, QAM

+ Máy phát khoá dịch pha PSK, QPSK

+ Máy phát khoá dịch tần FSK

Theo công suất

+ Máy phát công suất nhỏ Pra <100W

+ Máy phát công suất trung bình 100W < Pra < 10KW

+ Máy phát công suất lớn 10KW < Pra < 1000KW

+ Máy phát công suất cực lớn Pra > 1000KW

Ngày nay, trong các máy phát công suất nhỏ và trung bình người ta có thể sử dụng hoàn toàn bằng BJT, FET, MOSFET công suất, còn trong các máy phát có công suất lớn và cực lớn người ta thường sử dụng các loại đèn điện tử đặc biệt

1.1.2 Sơ đồ khối tổng quát của các loại máy phát

1.1.2.1 Sơ đồ khối tổng quát của máy phát điều biên (AM)

Tiền KĐ âm

tần

KĐCSÂT KĐCSCT

Khối dao động chủ

Tiền KĐ cao tần

Mạch ra

Thiết bị an toàn

Nguồn cungcấp

Hình 1.2 Sơ đồ khối tổng quát của máy phát điều chế AM

+ Tiền khuếch đại âm tần: Có nhiệm vụ khuếch đại điện áp tín hiệu vào đến mức cần thiết để đưa vào tầng khuếch đại công suất âm tần (KĐCSÂT) Vì đối với máy phát

AM thì biên độ điện áp âm tần yêu cầu lớn để có độ điều chế sâu (m lớn) nên tầng này thường có tầng khuếch đại micro và khuếch đại điện áp mức cao

+ Khuếch đại công suất âm tần (KĐCSÂT): có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu đến mức

đủ lớn để tiến hành điều chế tín hiệu cao tần

+ Khối chủ sóng (Dao động): có nhiệm vụ tạo ra dao động cao tần (sóng mang) có biên độ và tần số ổn định, có tầm biến đổi tần số rộng Muốn vậy, ta có thể dùng mạch dao động LC kết hợp với mạch tự động điều chỉnh tần số (AFC)

+ Khối tiền khuếch đại cao tần (TKĐCT): có thể được dùng để nhân tần số hoặc khuếch đại dao động cao tần đến mức cần thiết để kích thích cho tần công suất làm việc Nó còn có nhiệm vụ đệm, làm giảm ảnh hưởng của các tầng sau đến độ ổn định tần số của khối chủ sóng Vì vậy, nó có thể có nhiều tầng: tầng đệm, tầng nhân tần và tầng tiền khuếch đại công suất cao tần (TKĐCSCT)

+ Khối khuếch đại công suất cao tần (KĐCSCT): có nhiệm vụ tạo ra công suất cần thiết theo yêu cầu công suất ra của máy phát Công suất ra yêu cầu càng lớn thì số tầng khuếch đại trong khối KĐ CSCT càng nhiều

+ Mạch ra để phối hợp trở kháng giữa tầng KĐCSCT cuối cùng và anten để có công suất ra tối ưu

+ Anten để bức xạ năng lượng cao tần của máy phát thành sóng điện từ truyền đi trong không gian

+ Nguồn cung cấp điện áp phải có công suất lớn để cung cấp cho Transistor hoặc đèn điện tử công suẩt

+ Ngoài ra, máy phát phải có thiết bị an toàn và thiết bị làm nguội

1.1.2.2 Sơ đồ khối tổng quát của máy phát đơn biên (SSB)

Thiết bị

đầu vào

Bộ điều chế đơn biên

KĐ dao động điều chế

Bộ đổi tần

Bộ lọc 1

Suy giảm

HTDD tầng ra

Bộ lọc 2

Bộ tổng hợp tần số

Nguồn cung cấp

TB an toàn & làm nguội

có thêm một số chỉ tiêu kỹ thuật sau đây:

- Mức méo phi tuyến - 35 dB

- Bề rộng mỗi kênh thoại và tổng số kênh thoại

- Tần số làm việc: 1MHz - 30 MHz

Việc xây dựng sơ đồ khối của máy phát đơn biên có một số đặc điểm riêng so với máy phát điều biên (AM) Ở đây các bộ điều biên cân bằng và bộ lọc dải hẹp được sử dụng để tạo nên tín hiệu đơn biên, nhưng công suất bị hạn chế chỉ vài mW Nếu sóng mang ở dải tần số cao (sóng trung và sóng ngắn) thì không thể thực hiện được bộ lọc với các yêu cầu cần thiết (dải thông hẹp, sườn dốc đứng…) vì vậy sẽ xuất hiện nhiễu xuyên tâm giữa các kênh, làm giảm tỷ số tín hiệu trên nhiễu Vì vậy, đối với máy phát đơn biên thì tần số sóng mang cơ bản để tạo đơn biên ở khoảng tần số trung gian: ( f1=100 KHz - 500 KHz) Do đó, sơ đồ cấu trúc của máy đơn biên gồm một bộ tạo tín hiệu đơn biên ở tần số trung gian (100-500) KHz sau đó nhờ một vài bộ đổi tần để chuyển đến phạm vi tần số làm việc ( f1=1MHz-30MHz) rồi nhờ bộ khuếch đại tuyến tính để khuếch đại đến một công suất cần thiết

+ Thiết bị đầu vào: thường làm nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu âm tần nếu tín hiệu

+ Bộ điều chế đơn biên (BĐCĐB): trong các máy phát công suất lớn BĐCĐB thường được xây dựng theo phương pháp lọc tổng hợp Trong các máy phát công suất nhỏ, yêu cầu kỹ thuật không cao nên đôi khi có thể sử dụng bộ điều chế đơn biên theo phương pháp lọc - quay pha Khi đó việc điều chế tín hiệu đơn biên có thể được thực hiện ngay ở tần số làm việc nên không cần có bộ đổi tần và bộ lọc 1

+ Bộ tổng hợp tần số của máy phát đơn biên: là thiết bị chất lượng cao và phức tạp

Nó phải bảo đảm tần số sóng mang gốc ( f1) và các tần số khác ( f ) có độ ổn định tần 2

số rất cao (  107  109

f

f

) Vì vậy, cần dùng thạch anh để tạo các tần số gốc

+ Bộ đổi tần: thực chất là bộ khuếch đại cộng hưởng để lấy thành phần hài

1

2 nf

f  Chính nhờ bộ đổi tần mà độ ổn định tần số của máy phát tăng lên

+ Bộ lọc 1: có nhiệm vụ lọc các sản phẩm của quá trình đổi tần

+ Bộ khuếch đại dao động điều chế (KĐDĐĐC): phụ thuộc vào công suất ra mà

có số tầng từ 2 đến 4 Để điều chỉnh đơn giản, một, hai tầng đầu là khuếch đại dải rộng không điều hưởng Còn các tầng sau là các bộ khuếch đại cộng hưởng

+ Hệ thống dao động tầng ra dùng để triệt các bức xạ của các hài và cũng để phối hợp trở kháng Trong các máy phát đơn biên bộ lọc đầu ra thường là một hay hai bộ lọc hình  ghép với nhau và giữa chúng thường có phần tử điều chỉnh độ ghép để nhận được tải tốt nhất của máy phát Tầng KĐDĐĐC đơn sử dụng đơn giản hơn so với tầng đẩy kéo Song sử dụng tầng đơn thì gặp khó khăn là không phối hợp trở kháng với anten sóng ngắn đối xứng Đối với máy phát công suất ra Pra = (20 - 40)KW người

ta dùng biến áp ra đối xứng có lõi Ferrite Còn đối với máy phát công suất ra Pra = 100Kw người ta dùng biến áp đối xứng không có lõi

+ Bộ lọc 2: dùng để triệt các thành phần cao tần xuất hiện trong dải tần số truyền hình, nên còn gọi là bộ lọc tín hiệu truyền hình Đối với máy thu đơn biên ta phải đổi tín hiệu đơn biên thành điều biên để thực hiện tách sóng trung thực Muốn vậy phải phục hồi sóng mang, điều này yêu cầu vòng khoá pha PLL Do đó, ở máy phát không triệt tiêu hoàn toàn tần số sóng mang mà giữ lại sóng mang có biên độ bằng (5-20)% Tần

số này còn được gọi là tần số lái, được phát cùng tín hiệu đơn biên Nhờ đó máy thu đơn biên có thể khôi phục tín hiệu một cách chính xác nhờ hệ thống tự động điều chỉnh tần số AFC

1.2 Máy thu vô tuyến truyền hình

1.2.1 Định nghĩa

Máy thu là thiết bị đầu cuối trong hệ thống thông tin vô tuyến điện Máy thu có nhiệm vụ tiếp nhận và lặp lại tin tức chứa trong tín hiệu chuyển đi từ máy phát dưới dạng sóng điện từ trường Máy thu phải loại bỏ được các loại nhiễu không mong muốn, khuếch đại tín hiệu và sau đó giải điều chế nó để nhận được thông tin ban đầu Máy thu có rất nhiều tham số, nhưng chúng ta chủ yếu chỉ xét các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản của máy thu như sau:

1.2.2 Đặc điểm máy thu

1.2.2.1 Độ nhạy

Biểu thị khả năng thu tín hiệu yếu của máy thu, được xác định bằng sức điện động cảm ứng tối thiểu của tín hiệu tại anten để bảo đảm cho máy thu làm việc bình thường Nó thường được đo bằng microvolt Điều kiện làm việc bình thường của máy thu là:

- Đảm bảo công suất ra danh định

- Đảm bảo tỉ số tín hiệu trên nhiễu (S/N)

Muốn nâng cao độ nhạy của máy thu thì hệ số khuếch đại của nó phải lớn và mức tạp âm nội bộ của nó phải thấp (giảm tạp âm của tầng đầu)

A

A S

+ Ao: là hệ số khuếch đại tại tần số f0 + Af: là hệ số khuếch đại tại tần số f

Độ chọn lọc thường được tính bằng đơn vị dB SedB 20 log Se

Đặc tuyến chọn lọc lý tưởng của máy thu có dạng chữ nhật, nghĩa là trong dải thông B biên độ tín hiệu không đổi

1.3 Một số hệ thống thu phát vô tuyến

Có rât nhiều loại hệ thống thu phát vô tuyến với các loại kiến trúc máy thu và kiến trúc máy phát khác nhau Sau đây là một vài kiến trúc máy thu và kiến trúc máy phát điển hình:

1.3.1 Máy thu-phát trực tiếp (Direct-Conversion Transmisters)

Sơ đồ nguyên lý:

Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý máy phát trực tiếp Máy phát trực tiếp có ưu điểm là đơn giản vì thế giá thành rẻ Nhưng nó có nhược điểm là tần số của bộ dao động nội LO chính là tần số phát, khi bị phản xạ từ angten gây nhiễu cho LO

Sơ đồ nguyên lý:

Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý máy thu giải điều chế trực tiếp (Hommodyme)

Loại kiến trúc máy thu này có ưu điểm là đơn giản, dễ tích hợp, công suất thấp Tuy nhiên, nó có nhược điểm là:

+ Xuất hiện thành phần 1 chiều DC offset, nguyên nhân là do cách ly giữa 2 cổng của bộ trộn tần

+ I/Q mismatch: do bộ trộn IQ Demodulator hoạt động ở tần số cao nên bộ vuông pha 90 hoạt động không chính xác hoàn toàn và đọ suy giảm của nó làm cho biên độ và pha của các tín hiệu không hoàn toàn bằng nhau

+ Độ nhạy kém do bộ lọc băng thông có dải thông rộng

1.3.2 Hệ thống thu- phát

Sơ đồ nguyên lý:

Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lý máy phát qua trung tần

Hình 1.7 Sơ đồ nguyên lý bộ thu siêu ngoại sai

Bảng 1 Các khôi trong hệ thống thu phát

 Bộ khuyếch đại công suất lớn: phát công suất tối đa là 8w Với điều kiện 2 anten nhìn thấy nhau

Modulated signal

Mixer

Drive Ampifier

Power Ampifier

 Bộ tạo dao động ngoại sai: có nhiệm vụ phát

ra tín hiệu cao tần UHF làm sóng mang cho tín

hiệu mang thông tin

 Bộ khuyếch đại tạp âm thấp (LNA): đây là

một modul khuyếch đại đặc biệt, sử dụng trong các hệ vô tuyến để khuyếch đại những tín hiệu rất yếu được thu từ anten Nó thường được đặt rất gần anten thu để giảm thiểu suy hao Khi sử dụng bộ khuyếch đại này ở máy thu thì ồn nhiễu của những tầng sau sẽ được giảm bởi hệ số khuyếch đại của nó Trong khi đó, ồn nhiễu của LNA lại được cộng trực tiếp vào tín hiệu nhận được Việc sử dụng LNA là cần thiết để tăng công suất tín hiệu mong muốn, còn tạp nhiễu sẽ được xử lý ở những tầng tiếp theo

 Bộ khuyếch đại trung tần khuếch đại công suất tín hiệu trung tần sau khi lấy ra khỏi bộ trộn tần số trước khi đc xử lý ở các tầng tiếp theo

 Bộ tách sóng: có nhiệm vụ tách lấy thông tin mong muốn

 Anten phát và anten thu

Ưu điểm của bộ thu-phát trung tần là: tránh được nhiễu dao động nội do phản

xạ, độ ổn định tần số cao hơn thu-phát trực tiếp Sử dụng băng thông hẹp hơn nên chất lượng máy thu tốt hơn

Nhược điểm: do có nhiều khối nên phức tạp và tốn kém hơn so với thu-phát trực tiếp

Nguyên lý: Tại máy phát, tín hiệu sau khi được điều chế sẽ được đưa vào bộ trộn tần với sóng dao động nội có tần số thích hợp để tín hiệu cuối cùng có sóng mang

VCO

LNA

IF Ampifier

Detector

ở băng UHF Sóng mang cao tần được tạo ra bởi mạch tạo dao động điều khiển bằng điện áp có khả năng điều khiển tần số linh hoạt với dải điều chỉnh rộng, phát tín hiệu

đã được điều chế đi với khoảng cách xa nhờ một bộ khuếch đại đệm trước khi đưa vào

khuếch đại công suất và phát đi bởi anten

CHƯƠNG 2

KỸ THUẬT PHỐI HỢP TRỞ KHÁNG 2.1 Khái quát chung

Phối hợp trở kháng là một vấn đề rất quan trọng của kĩ thuật vi ba, là một phần của quá trình thiết kế mạch liên hệ thống siêu cao tần dựa trên cơ sở áp dụng những kiến thức về lí thuyết đường dây truyền dẫn sóng Mạch phối hợp thường là một mạch không tổn hao để tránh làm giảm công suất và được thiết kế sao cho trở kháng vào nhìn từ đường truyền có giá trị bằng trở kháng sóng Zo của đường truyền Khi ấy sự phản xạ sóng ở phía trái của mạch phối hợp về phía đường truyền dẫn sẽ không còn nữa, chỉ còn trong phạm vi giới hạn giữa tải và mạch phối hợp, cũng có thể

là phản xạ qua lại nhiều lần Quá trình phối hợp cũng được coi là quá trình điều chỉnh [2]

Z0 Hình 2.1 Mạch phối hợp trở kháng không tổn hao giữa trở kháng tải bất kì

và đường truyền dẫn sóng

* Mục tiêu của phối hợp trở kháng:

- Khi thực hiện phối hợp trở kháng công suất truyền cho tải sẽ đạt được cực đại còn tổn thất trên đường truyền là cực tiểu

- Đối với các phần tử nhạy thu phối hợp trở kháng sẽ giúp cải thiện tỷ số tín hiệu/tạp nhiễu của hệ thống khác trong hệ thống sử dụng các phần tử nhạy cảm như: anten, bộ khuếch đại tạp âm thấp

- Đối với mạng phân phối công suất siêu cao tần (mạng tiếp điện cho dàn anten gồm nhiều phân tử), phối hợp trở kháng sẽ làm giảm sai số về biên độ và lỗi pha khi phân chia công suất

Ta hãy khảo sát một vài quan hệ định hướng để làm sáng tỏ hơn tính ưu việt của việc phối hợp trở kháng đối với việc truyền công suất siêu cao tần trên đường truyền

2.2 Phối hợp trở kháng dùng phần tử tập trung [2]

2.2.1 Thuộc tính cơ bản của giản đồ Smith và giản đồ Admittance

- Khi mắc nối tiếp thành phần dung kháng với tải trở kháng ở các điểm bất kỳ trên giản đồ Smith thì các điểm dẫn nạp tương ứng sẽ chuyển động trên đường tròn đẳng điện dẫn (G không đổi) theo chiều ngược kim đồng hồ

- Khi mắc nối tiếp thành phần cảm kháng với tải trở kháng ở các điểm bất kì trên giản đồ Smith thì các điểm dẫn nạp tương ứng sẽ chuyển động trên đường tròn đẳng G theo chiều kim đồng hồ

- Khi mắc song song thành phần điện nạp là dung kháng với tải dẫn nạp ở các điểm bất kì trên giản đồ dẫn nạp, thì các điểm dẫn nạp sẽ chuyển động trên đường tròn đẳng G theo chiều kim đồng hồ

- Khi mắc song song thành phần điện nạp là cảm kháng với tải dẫn nạp ở các điểm bất kỳ trên giản đồ dẫn nạp, thì các điểm dẫn nạp sẽ chuyển động trên đường tròn đẳng G theo chiều ngược kim đồng hồ

Hình 2.2 mô tả khả năng sử dụng giản đồ Smith (trở kháng) và Admittance (dẫn nạp) để bổ sung cảm kháng và dung kháng song song hoặc nối tiếp

Hình 2.2 Hướng quay trên đường điện dẫn không đổi (G=const) và điện trở không đổi (R=

2.2.2 Mạch phối hợp trở kháng kiểu L

Trên hình 2.3 chỉ ra 8 khả năng ghép nối mạch phối hợp trở kháng kiểu L

Hình 2.3 Các sơ đồ phối hợp trở kháng kiểu L Các sơ đồ phối hợp trở kháng kiểu L dùng để biến đổi một trở kháng bất kỳ nào

đó (chẳng hạn trở kháng của anten với đường truyền cho trước với trở kháng Z0) Mỗi sơ đồ gồm 2 phần tử tính từ trái sang phải, phần tử thứ nhất có thể mắc nối tiếp với tải (S) hoặc song song với tải(SH) và phần tử thứ 2 cũng có thể S hoặc SH với tải Giả sử như sơ đồ (1) là phần tử L mắc nối tiếp với trở tải ZL (kí hiệu là S), phần

tử thứ 2 là C mắc song song với trở tải (kí hiệu là SH) khi đó kí hiệu sơ đồ (1) là (LSCSH) Sơ đồ (2) và sơ đồ (1) đổi chỗ cho nhau cùng là L nối tiếp LS và C song song CSH nhưng đổi thứ tự cho nhau Khi đó sơ đồ (2) kí hiệu (CSHLS) Tương tự như vậy với các sơ đồ (3) và (4), (5) và (6), (7) và (8)

Các hình từ 2.3 tới hình 2.10 trình bày cách phối hợp trở kháng giữa trở kháng tải không phối hợp với trở kháng đường truyền Z0, sao cho có thể di chuyển điểm

mô tả trở kháng tải không phối hợp đó về tâm giản đồ Smith cho trường hợp phối hợp trở kháng lí tưởng Mọi thành phần mắc song song với trở tải (trong trường hợp này

là anten) như trong sơ đồ (1), (3), (5) và (7), đầu tiên sẽ di chuyển dọc theo đường tròn có giá trị điện dẫn không đổi (G const ) tới khi gặp đường trònR 1 Đoạn dịch chuyển đó sẽ cho ta giá trị của phần tử mắc song song Tiếp đó dịch chuyển dọc trên đường tròn R 1 tới tâm giản đồ trở kháng Smith ở đó Z=Z0 Bởi vì tại tâm của giản

đồ Smith ta có: Z Z/ 0  R j X 1 giá trị quay được trên đường R 1 sẽ cho ta xác định giá trị của điện kháng mắc nối tiếp Mọi thành phần mắc nối tiếp với trở kháng tải anten như trong các sơ đồ (2), (4), (6) và (8) sẽ được dịch chuyển trên đường đẳng điện trở (R= const) cho tới khi gặp đường tròn G 1 Giá trị quay được cho ta xác định giá trị của thành phần điện kháng mắc nối tiếp với trở kháng tải Trên đường G 1ta quay trở kháng về tâm, ở đó Z=Z0 Giá trị quay được trên đường G 1 cho ta xác định giá trị của điện nạp mắc song song

2.2.3 Vòng tròn điện dẫn không đổi Z

Chúng ta khảo sát hình 2.2 và hình 2.4, trong đó tụ điện mắc song song với tải, lấy các điểm trở kháng tải Z L trên giản đồ Smith và sử dụng giản đồ dẫn nạp chuyển động trên đường tròn G không đổi cho đến khi gặp đường R 1trên giản đồ Smith Tổng giá trị thay đổi của điện nạp B C trên giản đồ dẫn nạp sẽ cho giá trị của

tụ điện C mắc song song, xác định từ B C  j C  j2 f C

Từ điểm cắt của đường tròn G không đổi với đường R 1 ta quay dọc theo đường R 1tới điểm R/Z0 =1 (tâm của giản đồ Smith) Từ hình 2.2 chúng ta thấy đường “Bổ sung cảm kháng nối tiếp” Giá trị quay được trên giản đồ Smith cho phép

ta tính giá trị của của L Giá trị của L được xác định từ công thức

Hình 2.4 Sơ đồ kiểu L (1) (LSCSH) Khảo sát hình 2.2 và hình 2.5 cuộn cảm mắc song song với tải, chúng ta vẽ trở

Gkhông đổi theo chiều ngược kim đồng hồ tới khi gập đường tròn R 1 trên giản đồ Smith Giá trị thay đổi của điện nạp B L trên giản đồ dẫn nạp cho ta tính giá trị của L mắc song song với tải Giá trị L được tính từ

không đổi theo chiều ngược kim đồng hồ tới khi gặp đường tròn R 1 trên giản đồ Smith Giá trị thay đổi của điện nạp B C trên giản đồ dẫn nạp cho ta tính giá trị của dung kháng mắc song song Giá trị của tụ điện C từ phương trình

C

Gkhông đổi theo chiều ngược kim đồng hồ tới khi gập điểmR 1 trên giản đồ Smith Giá trị thay đổi của điện nạp B L trên giản đồ dẫn nạp sẽ cho giá trị của cảm kháng mắc song song Ta xác định được giá trị của tụ điện L từ phương trình:

2.2.4 Vòng tròn điện trở không đổi

Khảo sát hình 2.2 và hình 2.8 cuộn cảm mắc nối tiếp với tải, chúng ta vẽ trở

kim đồng hồ trên giản đồ Smith tới khi gặp đường G 1, sử dụng giản đồ dẫn nạp Tổng giá trị thay đổi của điện kháng X L trên giản đồ Smith cho ta giá trị nối tiếp của cảm kháng Giá trị của L được xác định từ phương trình: X L  j L  j2 f L

Từ điểm cắt của đường R không đổi với đường G 1, quay cùng chiều kim đồng hồ tới điểm R/Z0 =1 (tâm của giản đồ Smith) Từ hình 2.2 ta thấy chiều của đường “Bổ sung dung kháng song song” Tổng giá trị thay đổi trên giản đồ dẫn nạp theo chiều kim đồng hồ của dung kháng song song sẽ cho ta giá trị của tụ điện, tính theo công thức như sau: B C  j C  j2 f C

C

X j C j f C

ngược chiều kim đồng hồ tới điểm R/Z0 =1 (tâm của giản đồ Smith) Từ hình 2.2 ta thấy chiều của đường “Bổ sung dung kháng song song” Tổng giá trị thay đổi trên giản đồ dẫn nạp theo chiều ngược kim đồng hồ của cảm kháng song song sẽ cho ta giá trị của tụ điện, tính theo công thức như sau: B L1/ j L 1/ 2j f L

X j C j f C

theo chiều kim đồng hồ tới điểm R/Z0 =1 (tâm của giản đồ Smith) Từ hình 2.2 ta thấy chiều của đường “Bổ sung dung kháng song song” Tổng giá trị thay đổi trên giản đồ dẫn nạp theo chiều kim đồng hồ của dung kháng song song sẽ cho ta giá trị của tụ điện, tính theo công thức như sau: B C  j C  j2 f C