đồ án công nghệ thông tin Khối khuếch đại tín hiệu sai lệch la bàn trong APK-10

Chương 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỊNH HƯỚNG 1.1. Khái quát về định hướng 1.1.1.Lịch sử định hướng Định hướng là một trong các lĩnh vực được ứng dụng rộng rãi trong hàng hải, hàng không, nó sử dụng các tính chất của sóng điện từ. Nhiệm vụ cơ bản của định hướng là xác định hướng hay góc kẹp giữa 1 phương chuẩn nào đó với hướng sóng tới của đài phát dẫn đường. Người phát minh ra bộ môn này là nhà bác học người Nga Pôrop. Năm 1898 Pôrop làm thí nghiệm: Trên 1 tàu biển, ông đặt một máy phát sóng vô tuyến điện. Trên 1 tàu khác ở cách xa 250m (trong điều kiện không nhìn thấy tàu kia) ông đặt một máy thu, anten của máy thu có tính phương hướng. Quay tàu có máy thu theo các hướng khác nhau, căn cứ vào sự thay đổi của tín hiệu thu được ông đã xác định được hướng đài phát. Năm 1912, Siliskin phát minh ra máy chỉ chuẩn làm cho tính năng của hệ thống càng ưu việt hơn, nó được ứng dụng rộng rãi trong chiến tranh thế giới lần thứ nhất. Từ năm 1927 đến nay, các máy định hướng được cải tiến ngày càng hiện đại, từ dùng đèn điện tử đến bán dẫn, rồi vi mạch nh các máy APK-5, APK-9, APK-10, APK-11 1.1.2.Cơ sở của định hướng, cấu tạo hệ thống Định hướng vô tuyến điện: dùa trên nguyên lý: sử dụng tính chất truyền thẳng với vận tốc không đổi trong một môi trường đồng nhất của sóng điện từ. Định hướng là xác định góc kẹp giữa 1 phương chuẩn nào đó so với hướng sóng tới của đài phát dẫn ddường. Hệ thống định hướng bao gồm 1 máy phát sóng chuẩn đặt ở mặt đất (các sân bay) và một máy thu (đặt trên máy bay). Góc giữa hướng trục dọc máy bay và hướng sóng tới gọi là góc Kyp. Để cho máy thu xác định được góc Kyp, máy phat sóng chuẩn phải phát 1 cánh sóng có tính phương hướng hoặc anten máy thu phải có tính phương hướng cao. Thông thường để thuận lợi cho định hướng thì máy phát thường phát ra vô hướng và anten máy thu có tính phương hướng. Nh thế thì máy bay ở mọi hướng đều có thể thu được và xác định được vị trí sân bay. 1.2. Anten khung – Anten tổng hợp 1.2.1.Anten khung Anten khung là thiết bị quan trọng trong định hướng, nó quyết định đến tính chất định hướng của đài. Anten khung bao gồm các vòng dây quấn trên lõi pherit, dùng để thu nhận tín hiệu đài phát. Sau đây ta xét anten khung có 1 vòng dây: a. Tín hiệu cảm ứng trên anten khung Ta xét trong điều kiện sau: Trong hệ trục tọa độ xyz tâm O của anten trùng với tâm của trục tọa độ. Hướng sóng S nằm trên mặt phẳng nằm ngang xoz đi qua tâm O và lệch với ox 1góc là θ. Giả sử sóng điện từ tại tâm O có giá trị: e 0 = E 0 sinωtE E 0 : cường độ điện trường sinωt : độ biến thiên của điện trường. Thì tín hiệu thu được trên anten sẽ là: Kyp M¸y thu M¸y ph¸t chuÈn Híng trôc däc m¸y bay Híng sãng tíi ®µi ph¸t e = h. E 0 sinωt Sóng điện từ lan truyền từ cạnh AB qua tâm O sang cạnh CD nên tín hiệu thu được trên các cạnh AB và CD sẽ là: E AB =h.E 0 sin(ωt + ϕ) E CD =h.E 0 sin(ωt - ϕ) Tín hiệu anten khung xác định theo công thức: E p = e AB - e CD E p = h.E 0 [sin(ωt + ϕ) – sin(ωt - ϕ)] = 2.h.E 0 sinϕcosωt Nhận xét: Từ biểu thức e p ta thấy: Thành phần biên độ tín hiệu e p biến thiên theo hàm số góc lệch sinϕ và tín hiệu biến thiên theo hàm cosωt tức là lệch pha so với tín hiệu trên mỗi cạnh (hay trên anten thẳng) 1 góc là 90° (tín hiệu trên mỗi cạnh biến thiên theo hàm số sinωt). b. Đặc tính hướng của anten khung: y b h O θ C A B D Z X e p H CDAB d O θ b/2 Định nghĩa: Đặc tính hướng là đường biểu diễn mối quan hệ giữa biên độ tín hiệu anten với hướng sóng tới đài phát. Biểu thức đặc tính hướng: Căn cứ vào biểu thức tín hiệu: e e p =2.h.E 0 sinϕcosωt Ta đặt:E E pm = 2.h.E 0 cosωt Lúc này:e e p = E pm sinϕ (1) (1) Đem chiếu anten khung lên mặt phẳng nằm ngang xOz, nhìn vào hình chiếu ta có nhận xét: Góc lệch pha ϕ sinh ra do tín hiệu lan truyền một đoạn đường OH. Ta biết rằng sóng điện từ lan truuyền 1 quãng đường bằng bước sóng thì góc lệch pha tương ứng bằng 2π nên góc ϕ tương ứng sẽ là ϕ = Từ tam giác vuông HOA ta có: OH= nên ϕ = (2) Thay (2) vào (1) ta có: E p = E pm .sinϕ = E pm sin với E víi E pm =2.h.E 0 Do bước sóng λ có độ dài rất lớn hơn kích thước b của anten (vì thường công tác ở dải sóng trung) nên rất nhỏ, từ đó sin của góc rất nhỏ có thể coi bằng chính góc đó, hay là: E p = E pm . Đặt E E pm =E pm ⇒ E p = E pm cosθ Cho θ biến thiên từ 0 ÷ 360° ta xác định được đặc tính hướng của anten khung có dạng hình số 8. Nhận xét: Tại các vị trí góc lệch θ = 0 và θ = 180° thì giá trị biên độ của tín hiệu anten khung là lớn nhất. Tại các vị trí góc lệch θ = 90° và θ = 270° thì giá trị biên độ của tín hiệu anten khung là bé nhất và bằng không. 1.2.2.Anten tổng hợp a. Cấu tạo của anten tổng hợp Anten tổng hợp là sự tổng hợp tín hiệu của 2 anten: 1 anten vô hướng có đặc tính hướng hình tròn và 1 anten khung có đặ tính hướng hình số 8. b. Biểu thức biên độ tín hiệu của anten tổng hợp Giả sử biên độ tín hiệu thu được trên anten khung và trên anten dây có công thức: E p =E pm cosθ E a =E am Hai tín hiệu này được đưa tới mạch tổng hợp để cộng với nhau theo sơ đồ mắc nối tiếp nên ta có thẻe biểu diễn trên dồ thị véctơ. Thực tế góc lệch pha ϕ= 90° nhưng để tổng quát ta đặt góc ϕ bất kỳ. Áp dụng công thức tính cạnh tam giác thường ta có: = Lập tỷ số: 90° 180° 270° 0° ϕ E T E pm cosθ E am Đặt: F = F = ; A = thì: F = F = (3) Nhận xét: Qua biểu thức (3) ta thấy đây là hàm số phụ thuộc vào tỷ số biên độ tín hiệu anten khung và anten thẳng, phụ thuộc góc lệch pha giữa 2 anten (ϕ) và phụ thuộc vào góc lệch giữa hướng sóng tới với mặt phẳng anten khung (θ). c. Đặc tính của anten tổng hợp Từ biểu thức xác định F (A, θ , ϕ ) = Ta cố định A;ϕ những giá trị tuỳ ý (có thể được vì kết cấu mạch anten có thể cho phép chọn). Để đơn giản biểu thức ta chọn : A =1; ϕ = 0 và ϕ = 180°. + Trường hợp A =1; ϕ = 0. F = ± (1 + cosθ) → E T = ± (E am + E am cosθ) Từ biểu thức ta có đặc tính như hình vẽ: + Trường hợp A=1; ϕ = 180°. F = ± (1 - cosθ) → E T = ± (E am - E am cosθ) E am Nhận xét: Qua dặc tính hướng của anten tổng hợp ta thấy: để đặc tính hướng của anten tổng hợp có dạng hình trái tim thì yêu cầu tín hiệu anten khung bằng biên độ tín hiệu anten thẳng (A=1) và góc lệch pha giữa tín hiệu anten khung và anten thẳng trùng pha hoặc ngược pha nhau ( ϕ = 0 hoặc ϕ = 180°). Lý thuyết anten đã chứng minh tín hiệu trên anten khung luôn lệch pha với tín hiệu trên anten thẳng 1 góc 90°, nên muốn cho tín hiệu trên anten này trùng pha hoặc ngược pha 180° thì một trong 2 tín hiệu đó phải dịch pha đi 90°. Đặc tính hướng của anten tổng hợp có thể nằm bên trái hay bên phải tuỳ thuộc vào góc lệch pha giữa 2 tín hiệu trên 2 anten là 0° hay 180°. Do đó nếu thay đổi góc lệch này theo chu kỳ nào đó thì đặc tính sẽ lật trái, lật phải theo chu kỳ đó và tạo nên vùng cân bằng tín hiệu. Trong máy APK-10 ta sẽ thấy đặc tính hình trái tim bị lật trái lật phải theo chu kỳ dao động chuẩn 30 Hz. 1.3. Các phương pháp định hướng - Nguyên lý tự động định hướng 1.3.1.Các phương pháp định hướng a. Phương pháp biến đổi cực đại Phương pháp này cho anten thu (có hướng) quay quanh trục nào đó. Góc lệch θ được xác định tại thời điểm ứng với vị trí mà tín hiệu thu được trên anten là lớn nhất. Ưu điểm: • Định hướng tương đối đơn giản. • Cù ly định hướng lớn. Nhược điểm: x x’ θ ϕ • Độ chính xác định hướng kém do tại thời điểm xác định θ, sù biến đổi biên độ tín hiệu nhỏ nên có góc chết ϕ. • Độ chính xác phụ thuộc độ nhạy định hướng và đặc tính hướng của anten. Nếu độ nhạy lớn anten có tính phương hướng cao → độ chính xác cao. Phương pháp này được ứng dụng nhiều trong radar. b. Phương pháp biên độ cực tiểu Nguyên tắc chung của phương pháp này là sử dụng anten có đặc tính phương hướng hình số 8 và quay được. Góc θ được xác định tại thời điểm tín hiệu thu dược trên anten là nhỏ nhất. Ưu điểm: • Độ chính xác cao vì tại thời điểm xác định θ, tốc độ biến thiên biên độ lớn. • Định hướng đơn giản vì chỉ dùng 1 anten khung. Nhược điểm: • Cù ly làm việc ngắn vì tại thời điểm xác định θ, tín hiệu thu nhỏ nên bị ảnh hưởng của các nguồn nhiễu. • Vẫn còn góc chết ϕ vì tại đó tỷ số tín hiệu/nhiễu nhỏ, không xác định được. • Có sai lệch 180°. c. Phương pháp so sánh Nguyên tắc của phương pháp này là dùng 2 anten có tính phương hướng giống nhau đặt lệch nhau 1 góc nào đó. Tín hiệu thu được trên 2 anten được đưa đến một mạh trừ để tạo ra một tín hiệu sai lệch ở mạch trừ bằng 0. Tín hiệu sai lệch phụ thuộc θ. U sl = f(θ). Ưu điểm: • Độ nhạy và độ chính xác cao. • Cù ly định hướng lớn. • Loại trừ được góc chết ϕ. Nhược điểm: • Phức tạp, tốn kém. 1.3.2.Nguyên lý tự động định hướng x x’ Nguyên tắc của phương pháp này là sử dụng anten tổng hợp có đặc tính hướng hình trái tim, có thể lật trái lật phải theo chu kỳ dao động chuẩn nào đó. Do sự lật đặc tính hướng mà tín hiệu thu bị điều chế bởi dao động chuẩn. Sau khi tách sóng đường bao điều chế, nó được đưa đi so sánh pha với dao động chuẩn ra tín hiệu sai lệch và chỉ ra θ. Ta xét 3 trường hợp sau: Dao động chuẩn lật đặc tính hướng theo quy luật : - Từ t 0 ÷ t 1 đặc tính hướng lật về bên trái. - Từ t 1 ÷ t 2 lật sang phải. - Từ t 2 ÷ t 3 lật sang trái. - Từ t 3 ÷ t 4 lật sang phải. Tuỳ theo hướng sóng tớinằm bên trái, đúng hướng hay bên phải mà ta có dạng tín hiệu thu được. Sau tách sóng ta có tín hiệu sai lệch, tín hiệu này được so snáh với dao động chuẩn và cuối cùng chỉ thị trên bộ phận chỉ hướng. A C B B’ C’ ∆ 1 ∆ 3 ∆ 2 Kết luận: Phương pháp này có bộ phận so sánh pha của doa động chuẩn với pha của đường bao tín hiệu điều chế sai lệch. Căn cứ vào sự sai lệch về pha và độ sâu điều biên mà tạo ra tín hiệu để chỉ thị góc lêch θ. Ưu điểm của phương pháp này là khắc phục đuợc các nhược điểm của phương pháp trên. Nghiên cứu máy APK-10 ta thấy rõ hơn nguyên lý hoạt động của phương pháp này. [...]... phn la bn a qua mch khuch i tớn hiu sai lch la bn.(Hỡnh súng 7) f Mch khuch i tớn hiu sai lch la bn: Nhn thnh phn sai lch la bn t mch tỏch súng tớn hiu ca mỏy thu a ti khi cú s lch pha ca súng ti vi hng cõn bng v khuch i thnh phn sai lch ú Thnh phn sai lc la bn õy l thnh phn xoay chiu 30 Hz cú biờn ph thuc mc lch ca anten khung v pha ph thuc vo hng lch Mch khuch i la bn cú nhim v khuch i tớn hiu sai. .. hao 1,5 A 2.2 Nguyờn lý lm vic theo s chc nng 1 KĐ dịch pha 90 2 Đổi pha cân bằng 4 KĐ âm tần AT DÂY 5 Tổng hợp 6 Máy thu 7 3 KĐ tín hiệu la bàn Sen sin phát Sen sin thu 3 Dao động chuẩn 30 Hz So sánh pha KYP KĐ công suất Mô tơ M-81 Sơ đồ chức năng APK - 10 2.2.1 Lm vic trong ch KOMAC Ta cú dng hỡnh súng ca ra cỏc khi nh hỡnh v: a Anten khung Biến điện 400 Hz Dựng thu tớn hiu súng in t theo c tớnh... Chng 2 Cụng dng, tớnh nng, s chc nng ca APK 2.1 Cụng dng tớnh nng k chin thut ca APK-10 2.1.1 Cụng dng, c im cu to 2.1.2 Tớnh nng k chin thut ca i 2.2 Nguyờn lý lm vic theo s oũ chc nng 2.2.1 Lm vic trong ch KOMAC 2.2.2 Lm vic trong ch anten 2.2.3 Lm vic trong ch PMKA Chng 3 Khi khuch i tớn hiu sai lch la bn trong APK-10 3.1 Cụng dụng 3.2 Cu to 3.3 Nguyờn lý lm vic 3.3.1 Mch khuch i y kộo 3.3.2... tớnh nng k chin thut ca APK-10 2.1.1.Cụng dng, c im cu to a Cụng dụng i APK-10 c lp rờn mỏy bay MIG-21 cỏc loi dựng xỏc nh gúc kp gia hng mỏy bay ang bay vi hng i chun Nh ú m gii quyt c mt s nhim v: Dn ng cho mỏy bay, xỏc nh hng bay Dn mỏy bay h cỏnh mũ theo h thng OC Xỏc nh c ly gia mỏy bay vi i phỏt dn ng (Trong APK-10 ci tin) Trong trng hp cn thit cú th thu v nghe tớn hiu trong di súng trung (120... la bn v loi tr cỏc thnh phn nhiu g Mch so sỏnh pha Nhn thnh phn sai lch la bn v thnh phn dao ng chun 30 Hz so sỏnh pha vi nhau Kt qu vic so sỏnh l a ra thnh phn la bn 1 chiu cú giỏ tr dng hay õm ph thuc vo s lch hng ca súng ti i phỏt v bờn trỏi hay bờn phi Nh vy mch so sỏnh pha ó loi tr c s ph thuc ca pha thnh phn dao ng chun vo pha ca thnh phn sia lch la bn (Hỡnh súng 8) h Mch bin in T thnh phn la. .. hng (H) 2.2.2 Nguyờn lý lm vic trong ch anten Khi cụng tc bt v v trớ anten thỡ ca vo mch anten khung b ct ra, lỳc ny APK-10 cụng tỏc vi anten vụ hng, do ú nú lm vic nh một mỏy thu i tn trong di súng trung Vỡ khụng cú s tng hp tớn hiu nờn sau tỏch súng khụng cú tớn hiu sai lch la bn m ch cú thnh phn õm tn ca õm thanh Sau khuch i õm tn tớn hiu c a ra tai nghe 2.2.3 Lm vic trong ch PMKA: Khi cụng tỏc... ngt thnh phn dao dng chun Trong trng hp ny mch i pha cõn bng nh một mch chuen tip tớn hiu t mch khuch i dch pha sang mch tng hp Mỏy APK-10 cụng tỏc nh mt mỏy thu ging ch anten Dựng cụng tc phi trỏi quay anten khung xỏc nh hng súng ti i phỏt, cn c vo õm thanh tai nghe v ng h iu hng Chng 3 Khi Khuch i tớn hiu sai lch la bn TRONG MY APK 10 3.1 Cụng dụng: khuch i thnh phn la bn t tỏch súng tớn hiu... lý lm vic 3.3.1.Mch khuch i y kộo Theo s mch in ta thy: T4-2 mc theo mch khuch i cc phỏt chung + Khi tớn hiu sai lch la bn 30 Hz bng 0 Trũng hp ny dũng 1 chiu qua 2 Tranzisto nh nhau, chy ngc chiu nhau trờn ti nờn tớn hiu ra bng 0 + Khi tớn hiu sai lch la bn 30 Hz khỏc 0 Tớn hiu sai lch la bn 30 Hz ly trờn ti tỏch súng R2-43 K3-2 K4-1 chõn 8a C4-4 R4-10 baz ca T 4-2 Gi s bỏn chu k (+), U (30Hz)... hng APK-10 hon ton bng in Cú 9 tn s chn trc, cú th iu chnh sn khi cn s dng ch cn ấn 1 trong 9 nút t sn Anten vụ hng cú dng khớ ng hc Trong mỏy cú s dng mt s Tranzisto, b trớ cỏc khi riờng bit nờn tui th cao, tin cho kim tra thay th c Cỏc ch cụng tỏc ca APK-10 Ch Anten Cụng tỏc nh một mỏy thu thụng thng di súng trung qua 2 ln i tn Mỏy ch s dng anten vụ hng Ch t ng nh hng KOMAC L ch c bn ca APK-10. .. nhy mỏy thu ch anten: Khi lp tai nghe TA 56M, tp õm 15v thỡ yờu cu tớn hiu vo 12 ữ 8 àV nhy nh hng: Khi APK-10 cụng tỏc ch KOM, kim ch gúc kyp sai lch khụng quỏ 10, dao ng khụng quỏ 3 thỡ nhy nh hng 12 ữ 4 àV/m nhy nh v: Khi APK-10 cụng tỏc ch KOM, kim ch kyp sai lch khụng quỏ 3, dao ng khụng quỏ 2 thỡ nhy nh v l 250 ữ 130 mV/m  Tc quay anten khung Khi cng in trng E = 1000 . mạch khuếch đại âm tần tới tai nghe. Thành phần la bàn đưa qua mạch khuếch đại tín hiệu sai lệch la bàn. (Hình sóng 7). f. Mạch khuếch đại tín hiệu sai lệch la bàn: Nhận thành phần sai lệch la bàn. âm thanh tai nghe và đồng hồ điều hưởng. Chương 3 Khối Khuếch đại tín hiệu sai lệch la bàn TRONG MÁY APK 10. 3.1. Công dông: Để khuếch đại thành phần la bàn từ tách sóng tín hiệu đưa tới đảm bảo. thuộc mức độ lệch của anten khung và pha phụ thuộc vào hướng lệch. Mạch khuếch đại la bàn có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu sai lệch la bàn và loại trừ các thành phần nhiễu. g. Mạch so sánh pha Nhận