Nghiên cứu khả năng ứng dụnglinh kiện thế hệ mới cho bộ khuếch đại cao tần máy thu ra đa

Nghiên cứu khả năng ứng dụnglinh kiện thế hệ mới cho bộ khuếch đại cao tần máy thu ra đa

http://www.ebook.edu.vn bộ giáo dục v đo tạo bộ quốc phòng học viện kỹ thuật quân sự . phan trọng đức nghiên cứu khả năng ứng dụng linh kiện thế hệ mới cho bộ khuếch đại cao tần máy thu ra đa luận văn thạc sỹ Kỹ thuật H nội năm 2005 http://www.ebook.edu.vn bộ giáo dục đo tạo bộ quóc phòng học viện kỹ thuật quân sự . phan trọng đức nghiên cứu khả năng ứng dụng linh kiện thế hệ mới cho bộ khuếch đại cao tần máy thu ra đa Chuyên ngnh VTĐT v TTLL Mã số 2.02.03 luận văn thạc sỹ Kỹ thuật ngời hớng dẫn khoa học Trịnh Đình Cờng H nội 2005 http://www.ebook.edu.vn bộ giáo dục v đo tạo bộ quốc phòng học viện kỹ thuật quân sự . luận văn thạc sỹ kỹ thuật tên đề ti : nghiên cứu khả năng ứng dụng linh kiện thế hệ mới cho bộ khuếch đại cao tần máy thu ra đa Chuyên ngnh : Vô tuyến điện tử v Thông tin liên lạc Mã số : 2.02.03 Ngy giao luận văn : 21.10.2004 Ngy hon thnh luận văn : 16.5.2005 Ngời thực hiện: Họ v tên : Phan Trọng Đức Cấp bậc : Trung tá Lớp : VTĐT v TTLL Khóa : K15 Hệ đo tạo : Tập trung Cán bộ hớng dẫn: Họ va tên : Trịnh Đình Cờng Cấp bậc : Đại tá Học hm,học vi : Tiến sỹ Đơn vị : Học viện KTQS H nội 2005 http://www.ebook.edu.vn Danh mục các chữ viết tắt KĐCT Khuếch đại cao tần Field Effect Tranzistor Tranzistor hiệu ứng trờng Khuếch đại cao tần dải rộng Khuếch đại cao tần đbt Đặc tuyến biên tần đpt Đặc tuyến pha tần http://www.ebook.edu.vn Mục lục Trang Mở đầu : 1 Chơng 1-Tổng quan về sự ra đời v phát triển của bộ KĐCT trong máy thu ra đa .4 1.1.lịch sử phát triển của bộ KĐCT trong máy thu : . 4 1.2.Vị trí v vai trò của bộ KĐCT trong máy thu ra đa .6 1.2.1.Vị trí bộ KĐCT . 6 1.2.2.Vai trò bộ KĐCT .8 1.2.3.Phân loại bộ KĐCT .8 1.3.Các tham số bộ KĐCT .9 1.3.1. Hệ số khuếch đại điện áp .9 1.3.2. Dải thông .10 1.3.3. Dẫn nạp vo .11 1.3.4. Dẫn nạp ra 11 1.3.5. Hệ số khuếch đại dòng điện .11 1.3.6. Hệ số khuếch đại công suất . 11 1.4. Các bộ khuếch đại cao tần .12 1.4.1. Bộ KĐCT dùng đèn ba cực mắc Katốt chung 12 1.4.2. Bộ KĐCT dùng đèn 3 cực mắc lới chung 14 1.4.3. Bộ KĐCT kiểu mắc Katốt chung - lới chung (cascode) 15 1.4.4. Bộ KĐCT dùng tranzistor 18 1.4.5. Bộ KĐCT dùng đèn sóng chạy 22 1.4.6. Các bộ khuếch đại cao tần tạp âm nhỏ .23 Kết luận chơng 1 .32 http://www.ebook.edu.vn Chơng 2- Khả năng công nghệ của mạch dải, đi ốt , tranzitor trờng lm nhiệm vụ KĐCT 32 2.1. một số linh kiện thế hệ mới lm nhiệm vụ khuếch đại ở tần số cao hiện nay . 32 2.1.1. Đờng truyền vi dải ( mạch dải ) .32 2.2.2 .Đi ốt bán dẫn 34 2.2.3.Tranzistor trờng 40 2.2. Khả năng công nghệ để thiết kế mạch KĐCT dùng linh kiện thế hệ mới 45 2.2.1 Cơ sở lý thuyết .45 2.2.2.Cơ sở thực tiễn .46 Kết luận chơng 2 47 Chơng 3.Thiết kế v khảo sát bộ KĐCT trong máy thu ra đa sóng mét .48 3.1.Nhiệm vụ của bộ KĐCT trong một số đi ra đa sóng mét hiện nay .48 3.1.1.Bộ khuếch đại dải rộng 48 3.1.2.Bộ YB v KĐCT đi ra đa sóng mét 3 18 .53 3.1.3.Bộ KĐCT đi ra đa sóng mét 556 55 3.2.Tính toán kiểm nghiệm bộ khuếch đại cao tần dùng linh kiện mới .58 3.2.1.Những số liệu ban đầu để tính toán bộ KĐCT 58 3.2.2.Xác định sơ đồ khối bộ KĐCT 59 3.2.3.Tính toán bộ KĐCT theo các số liệu đặt ra ban đầu 60 3.3. Khảo sát phần khuếch đại cao tần tạp thấp, dải rộng dùng linh kiện thế hệ mới .68 3.3.1.Mục đích 68 http://www.ebook.edu.vn 3.3.2.Yêu cầu thiết bị 68 3.3.3.Chu trình thực hiện một điểm đo trong dải thông .70 3.3.4.Vẽ ton bộ dải thông 70 3.3.5.Kết thúc quá trình đo 71 Kết luận chơng 3 .72 Kết luận v kiến nghị .73 Ti liệu tham khảo .76 Phụ lục 1- Carrier frequency 77 Phụ lục 2- RF leven 78 Phụ lục 3- Output control .80 Phụ lục 4- Kết qủa kiểm nghiệm đo v vẽ dải thông cho bộ KĐCT 81 Danh mục các bảng Bảng 2.1.Các ứng dụng cơ bản của FET .43 Bảng 2.1.Các tham số điện của tranzistor c3358 61 Danh mục hình vẽ , đồ thị Hình 1.1.Sơ đồ khối máy thu tách sóng trực tiếp .4 Hình 1.2.Dạng đơn giản của máy thu khuếch đại thẳng 5 Hình 1.3.Sơ đồ khối máy thu đổi tần .6 Hình 1.4.Sơ đồ khối máy thu siêu ngoại sai .7 Hình1.5.Sơ đồ cấu trúc tổng quát của đi ra đa cảnh giới .7 Hình 1.6.Sơ đồ khối v tơng đơng của bộ KĐCT .9 Hình 1.7. Đặc tuyến biên độ - tần số đã chuẩn hoá của bộ KĐCT 10 Hình 1.8.Bộ KĐCT dùng đèn 3 cực mắc ka tốt chung 13 Hình 1.9. Bộ khuếch đại cao tần dùng đèn 3 cực mắc lới chung 14 Hình 1.10.Bộ KĐCT mắc ka tốt chung lới chung .16 Hình 1.11 Sơ đồ KĐCT dùng tranzistor .18 http://www.ebook.edu.vn Hình 1.12.Bộ KĐCT dùng tranúetor mắc bazơ chung .20 Hình 1.13.Bộ KĐCT dùng tranzistor mắc kiểu cascode 21 Hình 1.14.Cấu tạo đèn sóng chạy kiểu" O." .22 Hình 1.15.Sơ đồ vị trí của mạng hai cực khuếch đại 24 Hình 1.16.Sơ đồ tơng đơng mạng 2 cực khuếch đại .25 Hình 1.17.(a.b).Sơ đồ tơng đơng của bộ khuếch đại dùng mạng 2 cực 25 Hình 1.18.Đặc tuyến V-A của Điốt tunen 26 Hình 1.19.Phân bố của hạt khi có kích thích 30 Hình 2.1. Ví dụ về cấu trúc mạch đờng truyền vi dải .32 Hình 2.2.Đờng truyền vi dải hở 33 Hình 2.3.Kí hiệu v sơ đồ tơng đơng của đi ốt biến dung 35 Hình 2.4.Phân bố nồng độ tạp v đặc tuyến của Varicap .36 Hình 2.5.Sơ đồ thay thế tơng đơng của đi ốt cao tần 37 Hình 2.6: Giản đồ năng lợng giải thích sự hình thnh đặc tuyến V/A của đi ốt Tunen 38 Hình 2.7 Dạng xung dòng thuận của đi ốt xung 39 Hình 2.8. Kí hiệu Tranzistor trờng 41 Hình 2.9. Phân loại Tranzistor trờng .42 Hình 2.10.Mạch khuếch đại mắc cực nguồn chung SC .42 Hình 2.11.Mạch khuếch đại mắc cực máng chung DC .44 Hình 2.12.Mạch khuếch đại mắc cực cửa chung GC 45 Hình 3.1. Sơ đồ nguyên lý v tơng đơng của bộ khuếch đại xoay chiều dải rộng 49 Hình 3.2. Mạch khuếch đại dải rộng dùng mạch bù nối tiếp để giảm tần số giới hạn dới .50 Hình 3.3.Sơ đồ minh hoạ các biện pháp nhằm nâng cao tần số giới hạn trên .52 http://www.ebook.edu.vn Hình 3.4.Sơ đồ bộ YB đi ra đa 3 18 54 Hình 3.5.Sơ đồ nguyên lý bộ KĐCT của máy thu ra đa 3 18. .55 Hình 3.6.Sơ đồ khối khối YB 56 Hình 3.7. Sơ đồ nguyên lý bộ khuếch đại cao tần tạp thấp, dải rộng của đi ra đa sóng mét 556 ( mảng 1y4 ) 58 Hình 3.8. Sơ đồ bộ KĐCT chỉ lọc ở đầu ra tất cả các tầng 59 Hình 3.9. Sơ đồ nguyên lý bộ KĐCT ở dải sóng mét .61 Hình 3.10.Sơ đồ vật lý tơng đơng của mô hình tranzistor 65 Hình 3.11.Đặc tuyến C =f(U m ) của Varicap VR-101 .65 Hình 3.12.Sơ đồ thiết bị khảo sát bộ KĐCT sóng mét .70 http://www.ebook.edu.vn 1 Mở đầu Ta biết rằng rađa l một trong những ngnh kỹ thuật điện tử hiện đại lm chức năng: quan sát, cảnh giới, dẫn đờng, đạo hng, khí tợng, thời tiết, ngắm bắn, điều khiển, v v.Rađa l lực lợng nòng cốt đảm bảo trinh sát trên không trên biển , cảnh báo phòng tránh, cứu nạn, cứu hộ v v Rađa trong quân đội ta hiện nay trang bị cho Phòng không, Không quân, Hải quân, Pháo binh, Biên phòng, Tăng thiết giáp .Trong đó hầu hết thuộc thế hệ cũ,linh kiện điện tử, kỹ thuật analog, qua nhiều năm sử dụng,giờ tích lũy cao, đã xuống cấp nghiêm trọng, giảm tham số kỹ thuật, do dó lm giảm đáng kể tính năng chiến thuật, đặc biệt l cự ly phát hiện của đi ,một số đi Rađa mới nhập tuy có nhiều u việt nh đã sử dụng tín hiệu gia công có cấu trúc phức tạp , điều chế trong độ rộng xung, thu nén xung , xử lý tối u, bám tự động v bán tự động, đảm bảo tốt cự ly phát hiện .nhng lại có số lợng không nhiều-do kinh phí hạn hẹp-nên không bao quát hết không phận của chúng ta. Nhiều vùng trời, vùng biển còn bỏ trống. Bi toán chống bất ngờ v đánh địch trong điều kiện chiến tranh có sử dụng vũ khí công nghệ cao cng đòi hỏi chúng ta phải tự thiết kế , chế tạo thay thế tơng đơng bằng linh kiện thế hệ mới (bán dẫn, vi mạch, vi xử lý v linh kiện tổ hợp v.v ) nhằm kéo di thời gian sử dụng, duy trì sức chiến đấu của vũ khí, trang bị, khí ti. Nhằm góp phần duy trì v nâng cao cự ly phát hiện cho đi ra đa hiện nay, tôi xin đề xuất đề ti Nghiên cứu khả năng ứng dụng linh kiện thế hệ mới cho bộ khuếch đại cao tần trong máy thu ra đa Bộ khuếch đại cao tần (KĐCT) có thể coi nh l tầng đầu tiên của máy thu Ra đa-sau an ten v mạch vo- lm nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu nhỏ phản xạ từ mục tiêu trở về. Nếu lựa chọn linh kiện mới cho bộ KĐCT m đảm bảo hệ số khuếch đại v tạp âm nhỏ sẽ lm tăng đáng kể cự ly phát hiện của đi ra [...]... ta thÊy ®é nh¹y cđa m¸y thu do t¹p ©m néi bé cđa m¸y thu qut ®Þnh mμ t¹p ©m cđa m¸y thu chđ u do c¸c tÇng ®Çu tiªn cđa m¸y thu qut ®Þnh Cã nghÜa lμ mn t¹p ©m cđa m¸y thu nhá th× tÇng khch ®¹i cao tÇn ph¶i cã t¹p ©m nhá vμ hƯ sè khch ®¹i c«ng st lín §©y lμ ®iĨm kh¸c c¬ b¶n cđa bé khch ®¹i cao tÇn víi c¸c bé khch ®¹i trung tÇn mμ ta sÏ nghiªn cøu sau nμy VËy nhiƯm vơ cđa bé khch ®¹i cao tÇn lμ khch... = 1 Zv iv Uv (1.4) 1.3.4 DÉn n¹p ra: Yra § ỵc x¸c ®Þnh b»ng tû sè dßng ®iƯn trªn ®iƯn ¸p ®Çu ra cđa tÇng khch ®¹i 1 Z ra Yra = ira U ra (1.5) 1.3.5 HƯ sè khch ®¹i dßng ®iƯn : Ki §ã lμ tû sè gi÷a dßng ®iƯn cđa t¶i ë ®Çu ra trªn dßng ®iƯn ë ®Çu vμo Ki = ý nghÜa cđa Ki(f) vμ ira iv i K i ( f ).e j 1( f) (1.6) (f) còng t ¬ng tù nh ý nghÜa cđa Ku(f) vμ ( f ) nh ng dïng cho dßng ®iƯn 1.3.6 HƯ sè khch ®¹i... hiƯn cđa ®μi ra ®a tØ lƯ nghÞch víi hƯ sè t¹p ©m cđa m¸y thu , thËt vËy theo 4 , th× ph ¬ng tr×nh ra ®a viÕt cho tr¹m ra ®a thu ph¸t mét vÞ trÝ ®¼ng h íng ® ỵc viÕt nh sau : R 4 max Km 239,3 Px x G 2 f 2 T0 N MT C b L Trong ®ã : Rmax - Cù ly ph¸t hiƯn cùc ®¹i cđa ®μi ra ®a (Km) Px x - C«ng xt xung ph¸t (Kw) - §é réng xung ph¸t (µs) G - HƯ sè khch ®¹i cđa an ten - DiƯn tÝch ph¶n x¹ hiƯu dơng cđa mơc... st ® a ra t¶i trªn c«ng st tõ ngn tÝn hiƯu ®Çu vμo Kp = Pra Pv Ku Ki http://www.ebook.edu.vn (1.7) 12 Nh vËy Kp ®Ỉc tr ng cho c¶ bé khch ®¹i vμ t¶i C«ng st ra cđa bé khch ®¹i ® ỵc tÝnh theo c«ng thøc: 2 U Pra = ra R U ra G1 (1.8) cßn c«ng st ®Çu vμo cđa bé khch ®¹i ® ỵc tÝnh: 2 Pv = U v Rv 2 Khi ®ã: Kp = U ra 2 Gt 2 K u U v Gv T¹i tÇn sè céng h ëng th× Ku = Gt Gv U ra Uv (1.9) S g ra gt S... ®iĨm lμm viƯc cđa ®Ìn ®iƯn tư): - M¸y thu nμy ®· cã nhiỊu u ®iĨm nh ®é mÐo nhá , ®é ỉn ®Þnh cao, d¶i tÇn lín h¬n , Ýt nhiƠu §ã lμ c¬ së cđa m¸y thu ®ỉi tÇn ra ®êi vμo nh÷ng n¨m 1926-1930 N¨m 1935 th× m¸y thu ®ỉi tÇn khch ®¹i d¶i réng dïng ®Ìn ®iƯn tư víi m¹ch chÊt l ỵng cao ®· t ¬ng ®èi hoμn chØnh (h×nh 1.3) http://www.ebook.edu.vn 6 N¨m 1935-1937 m¸y thu ®iỊu tÇn ra ®êi N¨m 1940-1943 m¸y thu ®iỊu chÕ... dung kÝ sinh Cag1 rÊt nhá MỈt kh¸c n©ng cao hƯ sè khch ®¹i c«ng st danh ®Þnh v× gra cđa ®Ìn n¨m cùc nhá h¬n gra cđa ®Ìn 3 cùc Nh ng cã nh ỵc ®iĨm c¬ b¶n lμ t¹p ©m b¶n th©n cđa ®Ìn n¨m cùc t ¬ng ®èi lín do vËy nã Ýt ® ỵc øng dơng trong c¸c m¸y thu cã ®é nh¹y cao 1.4.2 Bé khch ®¹i cao tÇn dïng ®Ìn 3 cùc m¾c l íi chung §Ĩ kh¾c phơc nh ỵc ®iĨm cđa m¹ch khch ®¹i cao tÇn dïng ®Ìn 3 cùc m¾c Katèt chung lμ... Kutp = -S.Rc (1.22) : lμ hƯ sè khch ®¹i cđa tranzitor S: hç dÉn cđa tranzitor - HƯ sè khch ®¹i dßng ®iƯn Ki = Ic I B (rce // Rc ) Rc I B IB 1 Rc 1 rce (1.23 - §iƯn trë vμo: Zv = Z/11 = Rn + rbe (1.24) - §iƯn trë ra: Zrs = Z/CE = rce //Rc (1.25) Khi ë tÇn sè cao ph¶i kĨ ®Õn ¶nh h ëng cđa ®iƯn dung ra CCE cđa tranzitor, ®iƯn dung nμy lμm gi¶m tÇn sè giíi h¹n trªn cđa m¹ch Lóc nμy ph¶i thay Rc b»ng (Rc//1/j... siªu cao tÇn cđa sãng ch¹y th× chóng sÏ trao n¨ng l ỵng cho tr êng Biªn ®é sãng ch¹y ë ci hƯ lμm chËm xo¾n t¨ng m¹nh vμ ® ỵc dÉn ra t¶i qua m¹ch 1.4.6.C¸c bé khch ®¹i cao tÇn t¹p ©m nhá §Ỉc ®iĨm chung cđa c¸c lo¹i khch ®¹i cao tÇn dïng ®Ìn ®iƯn tư vμ b¸n dÉn th«ng th êng lμ t¹p ©m b¶n th©n cđa chóng cã mét gi¸ trÞ ®¸ng kĨ lÉn vμo trong tÝn hiƯu cÇn khch ®¹i lμm ¶nh h ëng ®Õn ®é nh¹y cđa m¸y thu. V×... dơng cđa mơc tiªu (m2) f - TÇn sè c«ng t¸c cđa m¸y thu( MHz) To = 290OK - NhiƯt ®é tiªu chn (®é Ken-vanh) NMT - HƯ sè t¹p ©m cđa m¸y thu Cb - HƯ sè liƯn hƯ gi÷a d¶i th«ng cđa m¸y thu( B) vμ ®é réng xung ph¸t ( B = Cb/ ) x L - HƯ sè tỉn hao (L >1) MỈt kh¸c hƯ sè t¹p ©m cđa m¸y thu l¹i chđ u do nh÷ng tÇng ®Çu tiªntÇng K§CT- qut ®Þnh , v× hƯ sè t¹p ©m cđa m¸y thu ® ỵc tÝnh gÇn ®óng bëi biĨu thøc : N MT... hiƯu thu Khch ®¹Þ cao tÇn,trén tÇn, läc phèi hỵp,tÝch l ThiÕt bÞ chèng nhiƠu tÝch cùc vμ tiªu cùc HƯ thèng ®ång bé Ph¸t hiƯn,®o to¹ ®é vμ c¸c tham sè chun ®éng cđa mơc tiªu N¬i dïng tin HƯ thèng ®iỊu khiĨn, k.tra,b¶o vƯ HƯ thèng ngn ®iƯn H×nh 1.5.S¬ ®å cÊu tróc tỉng qu¸t cđa ®μi ra ®a c¶nh giíi Nh vËy bé khch ®¹i cao tÇn ®Ỉt s¸t ngay sau m¹ch vμo cđa m¸y thu, ®øng tr íc bé biÕn tÇn ®èi víi m¸y thu siªu