đồ án kỹ thuật viễn thông Vô tuyến điện dẫn đường

Lời nói đầu Vô tuyến điện dẫn đường hàng không là một ngành khoa học nghiên cứu nguyên lý dẫn đường cho các phương tiện bay bằng vô tuyến điện, trên cơ sở đó xây dựng các phương pháp và thiết bị phù hợp với mục đích đề ra. Để thực hiện nhiệm vụ dẫn đường cho các phương tiện bay, các thiết bị vô tuyến điện phải đảm bảo chính xác các tham sè sau đây: cự ly, góc hướng, góc phương vị, độ cao, tốc độ, góc trượt, gia tốc… của các phương tiện bay hoạt động trong không gian và các tham số khác phục vụ cho người điều khiển ở các giai đoạn bay như thực hiện xuyên mây, cất và hạ cánh trong mọi điều kiện thời tiết, ngày cũng như đêm. Như chóng ta đã biết, ngày nay cùng với sự phát triển của ngành kỹ thuật hàng không, hàng loạt các loại máy bay hiện đại được thiết kế và chế tạo. Các hệ thống vô tuyến điện dẫn đường đóng góp phần rất quan trọng trong việc nâng cao và phát huy tính năng sẵn có của máy bay. Sở dĩ máy bay có khả năng hoạt động được trong mọi điều kiện của thời tiết trên mọi địa hình phức tạp ở bất cứ thời gian nào, đặc biệt là khả năng bay theo địa hình phần lớn đều dùa vào khả năng làm việc và độ tin cậy của các hệ thống vô tuyến điện dẫn đường hàng không. Với nhiệm vụ đồ án được giao là: "Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của hệ thống dẫn đường APK-15 và nguyên lý hoạt động của mạng trung tần, tách sóng APY của hệ thống". Trong quá trình tìm hiểu và thực hiện làm đồ án môn học này, em đã được sự giúp đỡ rất tận tình của thầy Võ Yên Chương. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Võ Yên Chương đã tận tình hướng dẫn em trong thời gian vừa qua. Chương I Khái quát chung về APK-15 và hệ thống dẫn đường góc. I.KHÁI QUÁT CHUNG VỀ APK-15. 1.Công dông. La bàn tự động định hướng APK-15 được trang bị trên các loại máy bay phản lực và cánh quạt để dẫn máy bay theo đài chuẩn mặt đất và giải quyết các nhiệm vụ dẫn đường sau. - Giúp máy bay, bay xa đài hoặc về hướng đài nhờ bộ chỉ thị góc. - Liên tục đo góc kẹp KYP, góc hướng đến đài phát. - Giúp máy bay hạ cánh theo hệ thống OCΠ. - Thu và nghe các tín hiệu đài phát trong giải tần số từ 150 1799,5KHZ. 2. Các kỹ năng kỹ chiến thuật cơ bản. - Dải tần công tác: 150 1799,5KHZ. - Độ nhạy máy thu ở chế độ thoại Tλφ không kém hơn ở khoảng tần số 150 200KHz, và không kém hơn ở trong khoảng tần số 150 1799,5KHz. - Tỷ số: Tín/tạp = 2/1. - Độ chính xác đặt tần sè: . - Độ nhạy định hướng khi góc sai lệch và dao động kim chỉ thị không kém hơn (đối với phương án chính) và không kém hơn đối với phương án đơn giản. - Thời gian điều chỉnh đài: 4s - Tốc độ quay tự động (Tốc độ chỉ thị trung bình) Không nhỏ hơn - Cù ly công tác với đài ΠAP-3P: + Khi bay ở độ cao 10000m không nhỏ hơn 340km. + Khi bay ở độ cao 1000m không nhỏ hơn 180km. - Điều kiện làm việc: + Nhiệt độ làm việc (đối với anten khung từ ). + Độ Èm cho phép khoảng khi nhiệt độ là . - Dòng tiêu thụ ở điện xoay chiều 36V- 400Hz không kém hơn 1A, ở điên áp xoay chiều 27V không kém hơn 2A. 3. Các chế độ công tác. Đài APK-15 có 3 chế độ công tác sau: - Chế độ tự động định hướng “KOM-ΠAC”. - Chế độ “ANTEN”. - Chế độ “PAM KA”. Chế độ “KOM-ΠAC” là chế độ làm việc cơ bản của đài. Trong chế độ này APK-15 tự động xác định góc giữa hướng máy bay với hướng góc đài phát (góc kẹp KYP). Tín hiệu thu được truyền tới tai người sử dụng qua bé tai nghe mắc trực tiếp ở cựa ra của đài. Chế độ “ANTEN” dùng anten dây để thu và nghe tín hiệu đài phát. Nếu đài phát làm việc ở chế độ đẳng biên thì quá trình thu tiến hành theo chế độ báo . Chế độ “PAMKA” là chế độ dự bị: Đài dùng một anten khung để thu tín hiệu. Khi cần có thể quay độc lập bộ tìm của Gônômét để xác định góc phương vị của đài. Chế độ này có thể dùng khi mức nhiễu tạp quá cao. II. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG GÓC. Các thiết bị trên máy bay hoặc ở trên mặt đất dùng để đo góc giữa hướng bay và một hướng xác định nào đó (hướng đến kinh tuyến bắc đi qua tâm của máy bay hoặc hướng đến đài phát ) gọi là hệ thống dẫn đường góc vô tuyến điện. Hệ thống dẫn đường có thể phân ra các loại sau đây: - Hệ thống đài định hướng ở mặt đất. Hệ thống này có thể giúp cho máy bay xác định được vị trí của mình bằng phương pháp liên lạc hai chiều: Hỏi – Trả lời. - Hệ thống la bàn vô tuyến điện. Hệ thống này dùng để kiển tra đường bay, dẫn máy bay về sân bay hoặc đến điểm quy định. Để định hướng được bằng sóng vô tuyến điện người ta có thể dùng các phương pháp sau: - Phương pháp biên độ: + Phương pháp biên độ cực đại. + Phương pháp biên độ cực tiểu . + Phương pháp so sánh biên độ. - Phương pháp định hướng theo pha. + Phương pháp quay anten có hướng. + Phương pháp quay anten vô hướng. Để có cơ sở cho quá trình khảo sát đài la bàn tự động định hướng APK-15. Sau đây ta đi sâu nghiên cứu các loại anten dùng trong hệ thống dẫn đường góc. Anten hướng trong hệ thống dẫn đường góc có công dụng biến đổi những tín hiệu của đài phát vô hướng thành tín hiệu đưa vào máy thu mang được lượng thông tin về góc độ, phương hướng của đài phát. 1. Anten khung. Anten khung có đặc tính hướng không thay đổi trong một giải tần rộng nên được sử dụng rộng rãi trong các la bàn định hướng trên không. Anten khung là anten kín gồm nhiều vồng dây quấn hình chữ nhật liên tiếp nhau. Để tăng biên độ tín hiệu người ta thường quấn trên lõi phe rít a. Tín hiệu trên anten khung theo quan điểm điện trường. - Giả sử có một khung dây đặt thẳng đứng và vuông góc với mặt phẳng nằm ngang và có thể quay được theo trục thẳng đứng. - Giả sử có tia sóng “S” gây ra cường độ điện trường tại O là: E(t) = E 0 .Sinωt Hướng tới của “S” hợp với mặt phẳng anten khung một góc θ. - Chiếu anten khung xuống mặt phẳng nằm ngang. Ta có: (1,1 ’ ), (2,2 ’ ), (3,3 ’ ) vuông góc với “S” đi qua 3 điểm. Theo tính chất của sóng điện từ cho phép ta suy ra những mặt phẳng đi qua các đường thẳng trên thể hiện là những mặt phẳng đồng pha của sóng điện từ. - Giả sử tại điểm O góc pha của sóng điện từ bằng 0 ( góc ) như vậy sóng điện từ gây ra trên thanh CD và AB có giá trị sau: Do cách mắc ta có: A B C D 3 3 ’ 2 2 ’ 1 1 ’ O H×nh 1 b h Ta đã biết sóng điện từ có góc dịch pha tương đương với việc sóng điện từ di chuyển được một đoạn là . Vậy khi góc dịch pha được một lượng là thì sóng điện từ di chuyển được một đoạn đường là OM nên ta có: Vậy: Ta đặt : Nên ta được: (1) Nhận xét: Biên độ điện áp lấy ra trên Anten khung bao giê cũng lệch với cường độ điện trường tại điểm đặt Anten khung một góc 90 0 . Do đài APK thường làm việc với sóng có và Anten khung có b<10cm nên: . Từ đó suy ra. Xét khi (2) Nhìn vào biểu thức (2) ta thấy phụ thuộc vào b, mà do Anten khung bố trí ở trên máy bay nên không thể tăng b lên được nên ta phải dung phương pháp cuốn nhiều vòng dây vì vậy ta có: Vẽ biểu diễn quan hệ và trong hệ tọa độ cực ta thấy giản đồ hướng của Anten khung có hình số 8 ( hình 2 ). θ =180 0 θ = 90 0 θ = 270 0 H×nh 2 θ = 0 0 b. Tín hiệu trên Anten khung theo quan điểm từ trường. Giả sử có một tia sáng S, tia này là nằm ngang và hợp với mặt phẳng Anten khung một góc θ . Nó gây ra tại điểm O một cường đồ điện trường có giá trị: E 0 = E m .Sin . Theo lý thuyết trường điện từ đã chứng minh được tại O cũng tồn tại một từ trường có giá trị là: H 0 = H m .Sin . Hai véc tơ này vuông góc với nhau. Cả hai mặt phẳng chữa hai véc tơ trên cũng vuông góc với tia sóng S . Ta phân tích H 0 thành hai thành phần: - Thành phần H 2 nằm trong mặt phẳng Anten khung. - Thành phần H 1 vuông góc với mặt phẳng Anten khung. Với: H H 1 = H 0 .Cosθ = H m .Cosθ.Sin . Chính H 1 là từ trường xuyên qua khung dây, là nguyên nhân gây ra suất điện động cảm ứng trên khung dây. Ta có: Mà: Trong đó: : Là độ từ thẩm của môi trường. S : Là diện tích của khung dây. Từ và ta có: Nhận xét: Từ biểu thức ta thấy điện áp lấy ra trên Anten khung tỷ lệ với hàm , tức là nó cũng lệch một góc 90 0 so với cường độ điện trường. Điện áp ra H 1 H T H 2 A B 0 S H×nh 3 θ còn tỷ lệ với hệ sè do vậy để tăng biên độ điện áp ra người ta thường quấn khung dây trên lõi pherít. 2. Anten tổng hợp. Mục đích chế tạo để loại trừ tính đa trị trong giản đồ hướng của Anten khung. Tín hiệu thu được trên Anten dây và trên Anten khung có giá trị: Ta biểu diễn tín hiệu trên Anten dây E A (t) bằng một véc tơ có độ dài E A . Véc tơ này quay với vận tốc góc theo chiều ngược kim đồng hồ. Tương tự, ta cũng biểu diễn tín hiệu lấy ra trên Anten dây bằng một véc tơ có độ dài E Pmax . Véc tơ này quay với vận tốc ngược chiều với kim đồng hồ. Hai véc tơ này lệch nhau một góc . Ta hình dung mặt giấy cũng quay với vận tốc nhưng thuận chiều kim đồng hồ. Ta biểu diễn hai véc tơ này trên một mặt phẳng quay với vận tốc góc thì ta được hình 4. Từ hình vẽ ta có: Nếu ta đặt: và thì biểu thức trên ta có thể viết: - Ta xét trường hợp tín hiệu trên Anten khung đồng pha với tín hiệu Anten vô hướng, tức là góc . Thay giá trị vào ta được: H×nh 4 0 Nếu ta chọn A=1 thì . Vậy ta có giản đồ hướng của Anten tổng hợp nh hình 5a. - Ta xét trường hợp tín hiệu trên Anten khung ngược pha với tín hiệu Anten vô hướng, tức là góc : A=1, lúc này thay vào ta được . Khi đó ta có giản đồ hướng Anten tổng hợp nh hình 6. Nhận xét: Gi¶n ®å híng cña Anten tæng hîp Gi¶n ®å híng cña Anten khung Gi¶n ®å híng cña Anten d©y Híng 180 0 Híng 270 0 Híng 90 0 Híng 0 0 H×nh 5b: Gi¶n ®å híng cña An ten tæng hîp khi chän A=1 vµ Gi¶n ®å híng cña Anten tæng hîp Gi¶n ®å híng cña Anten khung Gi¶n ®å híng cña Anten d©y Híng 180 0 Híng 270 0 Híng 90 0 Híng 0 0 H×nh 5a: Gi¶n ®å híng cña An ten tæng hîp khi chän A=1 vµ . Giản đồ hướng của Anten tổng hợp có cực tiểu vuông góc với hướng cực tiểu của Anten khung nên khi quay Anten khung hướng cực tiểu của Anten tổng hợp cũng quay, do vậy ta xác định hướng đến mục tiêu. Điều kiện để khi ta cộng giản đồ hướng của Anten dây với giản đồ hướng của Anten khung cho ta giản đồ hướng của Anten tổng hợp là có hình trái tim: - Là điều kiện về pha: Có thể chọn hoặc tức là tín hiệu Anten khung và Anten dây phải đồng pha hoặc ngược pha với nhau. Theo tính toán trên khi thu hai tín hiệu này pha của chúng lệch nhau 90 0 nên để đảm bảo điều kiện trên ta phải dịch pha tín hiệu Anten khung đi 90 0 . - Điện kiện về biên độ: Biên độ tín hiệu trên Anten khung và Anten dây phải bằng nhau. Trên thực tế thì tín hiệu trên Anten khung nhỏ hơn rất nhiều so với tín hiệu trên Anten dây vì vây ta phải đưa tín hiệu của Anten khung qua rất nhiều tầng khuyếch đại trước khi đưa vào mạch cộng. 3. Phương pháp quay giản đồ hướng của Anten . Để xác định hướng được bằng sóng vô tuyến điện, phần lớn người ta phải quay Anten mới xác định được hướng. Để thực hiện điều này người ta có hai cách: a.Dùng cơ học. Dùng động cơ có điều khiển, có cơ cấu truyền động đến Anten khung. Khi có lệch quay thì động cơ sẽ chạy và kéo theo Anten khung quay. Phương pháp này có ưu điểm là đơn giản, độ tin cậy cao nhưng ngược lại thì việc bố trí Anten sao cho vừa thu được sóng lại vừa quay là khó khăn và xuất hiện quán tính khi quay. b. Dùng Gônômét. S θ 1 2 1 ' 2 ' H 2 H n H 1 H T θ α U ra H×nh 6: Nguyªn lý lµm viÖc cña G«n«mÐt Dùng Gônômét để thay thế cho việc quay Anten khung mà giản đồ hướng của Anten vẫn có thể quay được. Sơ đồ nguyên lý của Gônômét thể hiện trên hình 6. Anten khung gồm hai cuộn dây cố định đặt vuông góc với nhau ( cuộn 1 và 2) và đặt ở vị trí thoáng có thể thu được sóng điện từ. Gônômét cũng có hai cuộn dây đặt vuông góc với nhau và đặt cố định (1 ' và 2 ' ). Hai cuộn này được nối với nhau theo từng cặp nh hình vẽ. Ngoài ra ở Gônômét còn có cuộn thứ ba có thể quay một cách tương đối với hai cuộn tìm nên gọi là cuộn rôto của hai cuộn trên. Nguyên lý làm việc: Giả sử có một tia sóng điện từ tác động vào anten khung, khi tia sóng S hợp với cuộn 1 của anten khung một góc θ thì suất điện động trên cuộn 1 là: Vì cuộn 1 nối với cuộn 1 ' nên gây ra ở cuộn 1 ' mét dòng điện là: Dòng điện I 1 tạo ra từ trường H 1 vuông góc với cuộn dây và có giá trị: Hiện tượng trên cũng xảy ra nh ở cuộn 2 và 2 ' . Do đó ta có: Tại Gônômét có thể tổng hợp hai véc tơ thành véc tơ H T và xác định góc hợp bởi véc tơ H T với thành phần nằm ngang của Gônômét, đó là góc θ. Vậy khi xác định véc tơ H T ta xác định hướng mục tiêu, nhưng chưa chỉ rõ được việc quay rôto của Gônômét có thể được thay thế việc quay anten khung, do vậy phải tính điện áp ra của rôto. Cuộn rôto của Gônômét có mặt phẳng hợp với Gônômét một góc α, muốn tìm điện áp lấy ra trên rôto ta phải phân tích véc tơ H T thành hai thành phần. Một thành phần vuông góc với cuộn dây rôto và một thành phần song song với cuộn dây rôto. Ta tính H n : Trong tam giác vuông OH n H T ta có góc nhọn H T bằng tổng góc θ và góc phụ với góc α. Trong đó: - là góc hướng đến nguồn phát. - là góc hợp bởi cuộn rôto và cuộn stato thứ nhất. Theo hệ thức lượng trong tam giác vuông ta có: [...]... vi hng i phỏt + Khi ngun: m bo cung cp ngun in cho ton b i APK-15, m bo cho i hot ng Nhánh (+) đang hướng về đài dẫn Hướng đúng về đài dẫn t 2 t t 1 Nhánh (-) đang hướng về đài dẫn t t t t 4 t t 3 t t t t 5 t t 7 t t t 6 t t Chiều quay của động cơ a b c Hình 2-4: Biểu đồ điện áp trong các khối của la bàn vô tuyến điện II NGUYấN Lí LM VIC CA APK-15 CH ANTEN V CH PAMKA 1 Ch Anten Trong ch anten,... 6a-Y1b 6a-T1 6a-C5 Điện áp (f=500Hz) 4 5 6a-L1 6a-C6 6a-Y2 6a-Y5 Tách sóng APY 6a-Y1b YT 6a-T1 2 3 Emitơ lặp 6a-Y1a 6 7 Sơ đồ khối mạng trung tần(hình3-1) Ghi chú: 1 -Điện áp mạng trung tần 2-Tín hiệu điều khiển TAr 12,6V 3-Tín hiệu điều chế U=250mV 4-Cửa ra tách sóng tín hiệu U=50ữ70mV 5-Cựa ra tách sóng tín hiệu đến KĐCS(U=150mV) 6-Kiểm tra điện áp ra KĐTT(f=500Khz, U=100ữ200mV) 7 -Điện áp điều khiển... chung về APK-15 và hệ thống dẫn đờng góc I.KHI QUT CHUNG V APK-15 1.Cụng dng .2 2 Cỏc k nng k chin thut c bn .2 3 Cỏc ch cụng tỏc 2 II KHI QUT CHUNG V H THNG DN NG GểC 1 Anten khung .3 2 Anten tng hp .7 3 Phng phỏp quay gin hng ca Anten 9 4 chớnh xỏc, nh ng chun trong h thng dn ng gúc 11 CHNG II NGUYấN Lí LM VIC CA APK-15 THEO S CHC NNG Nguyên lý làm việc của APK-15 theo sơ đồ chức năng I S CHC NNG . Lời nói đầu Vô tuyến điện dẫn đường hàng không là một ngành khoa học nghiên cứu nguyên lý dẫn đường cho các phương tiện bay bằng vô tuyến điện, trên cơ sở đó xây dựng các. việc và độ tin cậy của các hệ thống vô tuyến điện dẫn đường hàng không. Với nhiệm vụ đồ án được giao là: "Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của hệ thống dẫn đường APK-15 và nguyên lý hoạt động. Trả lời. - Hệ thống la bàn vô tuyến điện. Hệ thống này dùng để kiển tra đường bay, dẫn máy bay về sân bay hoặc đến điểm quy định. Để định hướng được bằng sóng vô tuyến điện người ta có thể dùng