Mô phỏng, thiết kế, chế tạo cầu chiacộng công suất hybrid 180 độ

Khỏa luận tốt tôt nghiệp Khoa nghiệp Khoa vật lý Mục lục Lòi cảm ơn CHƯƠNG Đầu tiên em xin1 bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Th.s Đặng Thị Thanh Thủy, cô nguời hướng dẫn định hướng đế em hoàn thành luận văn TỔNG QUAN VỀ SIÊU CAO TẦN 1.1 G iới thiệu chung em xin ơn sựvàgiúp của ban kỹ chủthuật nhiêm khoa vật 1.1.1Đồng ưu thời việt dải cảm tần viba ứngđỡdụng viba lý,các thầy cô giáo môn Vật lý vô tuyến Khoa vật lý trường Đại thực học Khoa Học Tự Nhiên hết lòng giúp đỡ, cho em có điều kiện tốt tiễn hoàn1.1.2 thành khóa luận tốt nghiệp V ài nét phát triến Cuốisốcùng,em thành thầy giáo, cô giáo 1.2 Một đặc điếmxin củachân truyền sóngcảm siêu ơn caocác tần khoa1.2.1 vật lý dạy dồ, giúp em có kiến thức suốt năm đại học A nh hưởng khỉ quyên 1.2.2 Anh hưởng mặt đất .8 1.2.3 Các ảnh hưởng Plasma .9 1.3 C ác phát thu siêu cao tần 10 Hà nội, ngày 02 tháng 06 năm 2011 1.4 Các đại lượng đặc trung 11 Sv.Nguyễn Văn Lợi 1.5 Giải pháp nâng cao công suất 14 CHƯƠNG LÝ THUYẾT CAU HYBRID 180° 16 2.1 Cấu tạo cầu hybrid 180° 16 2.2 Nguyên lý hoạt động cầu hybrid 180° .17 cổng tống 17 cổng chia 19 CHƯƠNG .21 THIẾT KẾ,MÔ PHỎNG VÀ CHẾ TẠO CẦU CÔNG SUÁT HYBRID 180° ! .21 Nguyễn Văn Lợi 21 Khỏa Khỏaluận luậntôttôtnghiệp nghiệp Khoa Khoavật vậtlýlý LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG ^^ung với phát triển nghành công nghệ điện tử, tin học vv.viẹc xử lý tín hiệu siêu tần năm qua phát triển mạnh mẽ, cung cấp cácTỔNG loại hình dịchVỀ vụ SIÊU đa dạng đápTẦN ứng nhu cầu ngày QUAN CAO cao người sử dụng Kể từ đời siêu cao tần phát triển tiến bước dài đường công nghệ 1.1 Giới thiệu chung Trong kỷ “viba” 21, thếhay giớisóng chứng kiếntần sự(microwaves) bùng nổ thông tuyến Thuậtthếngữ siêu cao đế tin vô từ điều tín hiệu cao tần tần số đóng quan Đế đáp sóng điện có khiến buớc sóng siêu nhỏ hay vai cao trò củarất phố tần trọng số vô tuyến ứng nhu cầu ngày tăng số lượng lẫn chất lượng dịch vụ đặc biệt điện dịch vụ truyền số liệu đa phương tiện công nghệ băng rộng đời Với khả tích hợp nhiều dịch vụ,công nghệ băng rộng dần chiếm lĩnh thị Phạm vi dải tần số quy định chặt chẽ thống toàn giới Giới hạn dải thường coi tới 300 phát,truyền thuvới tínbước hiệu sóng siêu cao hệ thống điều khiển GHz Việc (f = 3.1011 Hz), ứng X =trong mmmột (sóng milimet), giới công suất hệ thống tin làvào mộtcác khâutậpquan hệ hạn cótrong thể khác thông tuỳ thuộc quynhững ước theo quántrọng sử dụng thống, hạn chế lượng của30hệMHz thống Một số nước coi "sóngảnh cựchưởng ngắn"tới chất sóngdịch,dung có tần số lượng cao hon khả chống lại fading vốn đặc trưng trường điện từ ( bước sóng X < lOm ), sổ nước khác coi "viba" sóng có 3.105 3.106 3.107 3.1 o8 3.109 3.1010 3.10" 3.1014 Xuất phát tù’ suy nghĩ định hướng cô Đặng Thị Thanh Thủy nên em định chọn đề tài: 103 02 1 10'1 10'2 10'3 10-6 Bước sóng (m) ” MÔ PHỒNG,THIẾT KẾ,CHẾ TẠO CẦU CHIA /CỘNG CÔNG SUẤT Hình 1.1 Phố tần số sóng điện từ HYBRID 180°” Trong ứng dụng thực tế, dải tần vi ba chia thành băng tần nhỏ - UHF (Ultra High Frequency): f = 300 MHz - GHz Nguyễn NguyễnVăn VănLợi Lợi 43 Khỏa luận tôt nghiệp Khoa vật lý 7.7 ưu việt dải tần viba ứng dụng kỹ thuật viba thực tiên Ngày nay, thông tin vô tuyến sử dụng chủ yếu dải tần viba, Kỹ thuật viba có liên quan đến phần tử mạch điện làm việc với từ dao động buớc(bộ sóng rấtvônhỏ Điềutừnày, mặt khó chotin việc 400 + 500cóMHz đàm tuyến), 900một + 1800 MHzkhăn (thông di phân động cá nhân), thông tin vệ tinh dùng cho lĩnh vực viễn thông phát truyền hình dùng dải tần từ -ỉ- 30 GHz, chia thành băng L (l-K2GHz) cho vệ tích tinh thiết di động băng mặt s (2^4GHz), (4^7GHz), băng kỹ X kế vàtầm chế thấp, tạo, nhung khác cũngbăng lợic ứng dụng (7-llGHz), (lR14GHz), băng K (14-20GHz) băng Ka thuật viba vìbang lý Ku sau đây: (20^30GHz) dùng cho vệ tinh cố định, băng X dành riêng cho - Độ tăng ích Ăngten hàm tỷ lệ thuận với kích thuớc tuơng quân đối Ăngten so với buớc sóng Do vậy, tăng ích Ăngten viba dễ đạt số đặc điêm truyền sóng siêu cao tần đuợc1.2giáMột trị cao Trong không gian tự sóng điện từ truyền theo đường thẳng mà không bị suy hao Tuy nhiên, không gian tự môi trường lý tưởng hoá - Dải thựcgần tế tin viba dễ dàng lớn ứng với đạttần thông lượng sóng đạt siêuđuợc caogiá tầntrịtruyền không bề giá mặttrịTrái Trong để truyền thônglàtin dải tần khí tương đốitrên — có nhấtĐất định (Thậtthực vậy,tế1% 30 GHz 300 radar hay hệ thống đo xạ phải chịu ảnh hưởng lớn MHz, 1% củanhư 300phản MHzxạ, chỉkhúc xạ, MHz) tượngkhi truyền sóng suy hao tán xạ Các ảnh hưởng truyền sóng nói chung không xác định cách chínhxạxác chỉđiện - Sóng viba truyền theo đường thắng, không bị phản trênmàtầng ly diễn giải dạng thống kê nên khai thác thông tin vệ tinh thông tin viba mặt đất dải sóng mà không hưởng đến nhau, sử dụng lại tần số cự ỉ.2.1 Anh hưởng khỉảnh quyên ly không lớn Hằng số điện môi tương đổi không khí gần 1, 7.7.2 Vài nét phát triến Kỹ thuật viba vốn coi kỹ thuật có lịch sử phát triển tương đối lâu tảng lý thuyết sóng điện từ phát tù'Trong cách đâyp ứng theo dụngmilibar, đầu tiênTcủa làđộ kỹtính thuật ra-đa áp100 suấtnăm, khí tính nhiệt theo độ V thờitính kỳ chiến tranh giới thứ hai Kelvin, ápphát suấttriến từ nước theo milibar Ket cho thấy số điện môi giảm 1) khitriến độ cao tăng, ápkỷ suất độ ẩm Tuynói kỹchung thuật viba (gần đời phát kế từ đầuvìthế qua, giảm nhanh nhiệt độ Sự thay đổi sổ điện môi theo độ cao làm quỹ sóng tuyến Trái phátđạo triểncủa thực vô mạnh mẽcong cóvềýphía nghĩa củaĐất tù' người tạo dụng cụ bán dẫn IC siêu cao tần vào năm 70 kỷ 20 Năm 1873, Maxwell đưa công thức toán học mô tả mối quan hệ trường điện tù' tiên đoán tồn sóng điện từ Điều tiên đoán Hertz chứng minh loạt thực nghiệm vào năm 1887-1891 Nhưng phát triển tiếp lại chậm có nhiều khó khăn mặt công nghệ, đặc biệt việc tạo nguồn dao động dải tần số cao Phải đến đầu kỷ 20, kỹ thuật vô tuyến điện có điều kiện phát triến mạnh có thúc việc tìm kiếm khí tài quân phục vụ chiến tranh Ban đầu phát triển phương tiện thông tin vô tuyến dải sóng trung sóng ngắn, tiếp dải tần cao đỉnh Nguyễn Văn Lợi 65 Khỏa luận tôt nghiệp Khoa vật lý Hình 1.2 Quỹ đạo tia sóng bị cong Như hình 1.2, khúc xạ sóng vô tuyến có lợi, mở rộng phạm vi hoạt động radar hệ thống thông tin vượt khỏi giới hạn tầm nhìn thấy Trái Đất Neu Ăngten có độ cao h so với mặt đất, phép tính hình học đơn giản ta tính khoảng cách tầm nhìn thẳng theo phương ngang là: d = 4ĨRh Trong : R bán kính Trái Đất (1.2) Từ hình 1.2 thấy ảnh hưởng khúc xạ Trái Đất tầm giới hạn lý giải cho việc áp dụng cho bán kính hiệu dụng Trái Đất kR, với k>0 Một giá trị thường áp dụng k = 4/3, giá trị trung bình thay đối theo điều kiện thời tiết Trong hệ thống radar, ảnh hưởng khúc xạ dẫn tới sai sót xác định độ cao mục tiêu gần chân trời Điều kiện thời tiết đôi lúc dẫn tới thay đối lớn nhiệt độ, nhiệt độ biến đối theo độ cao Hằng số điện môi khí quyến tăng nhanh mức bình thường tăng độ cao Điều kiện đôi lúc dẫn tới tượng ống dẫn sóng (truyền lan dị thường), có nghĩa sóng vô tuyến truyền cự ly lớn song song với bề mặt Trái Đất, qua ống dẫn tạo tầng không khí suốt trình thay đổi nhiệt độ Tình giống với trình truyền lan ống dẫn sóng điện môi, ống dẫn có chiều cao giới hạn từ 50 - 5000 feet, gần bề mặt Trái Đất có độ cao lớn Một ảnh hưởng khác liên quan tới khí quyển, suy giảm, lúc đầu xuất trình hấp thụ lượng siêu cao tần qua nước oxy phân tử Quá trình hấp thụ lớn diễn tần số trùng hợp với cộng hưởng phân tử nước oxy, suy giảm khí có đỉnh cộng hưởng khác số Hình 3.3 mô tả suy giảm khí suy giảm tần số Tại tần sổ 10 GHz khí gây ảnh hưởng tới suy hao tín hiệu Với tần số 22,2 183,3 GHz đỉnh cộng hưởng xảy nhờ cộng hưởng nước, cộng hưởng phân tử oxy gây đỉnh cộng hưởng tần sổ 60 120 GHz Do vậy, có “cửa số” dải sóng milimet gần 35,94 135 GHz, hệ thống radar liên lạc có the hoạt động mức tốn hao Sự kết tủa mưa, tuyết sương làm tăng mức tổn hao đặc biệt với tần số cao Với thiết kế hệ thống áp dụng phương Nguyễn Văn Lợi Khỏa luận tôt nghiệp Khoa vật lý Hình 1.3 Suy hao khí phụ thuộc vào tần số Trong thực tế, số trường hợp, người ta chọn hệ thống tần số điểm suy giảm khí cực đại Thụ cảm khí từ xa ( nhiệt độ, nước, lượng mưa) thường thực với xạ kế hoạt động mức 20 55 GHz nhằm tốt đa hoá mức hấp thụ điều kiện khí quyến Một ví dụ khác liên lạc với trạm vũ trụ tần số 60 GHz Tần số sóng milimet có lợi dải lớn Ăngten nhở với độ tăng ích cao khí có suy giảm lớn, khả bị nhiễu, chậm nghe trộm hạn chế đáng kế tù’ mặt đất 1.2.2 Anh hưởng mặt đât Một yếu tố có ảnh hưởng quan trọng đến trình truyền sóng siêu cao tần phản xạ tù' bề mặt Trái Đất (đất liền biển) Như mô tả hình 1.4, mục tiêu radar (hoặc Ăngten thu) bị loại bỏ sóng trục tiếp từ máy phát sóng phản xạ từ mặt đất Sóng phản xạ nói chung có biên độ nhỏ sóng trực tiếp, khoảng cách truyền xa mặt đất vật phản xạ hoàn hảo Tuy nhiên tín hiệu thu mục tiêu máy thu vectơ tống hai thành phần sóng phụ thuộc vào pha liên quan hai sóng, lớn nhở thân sóng trực tiếp Nguyễn Văn Lợi Khỏa luận tôt nghiệp Khoa vật lý Hình 1.4 Sóng trực tiếp sóng phản xạ qua bề mặt Trái Đất Một ảnh hưởng không nhỏ nhiễu xạ, lúc sóng vô tuyến tán xạ lượng vùng lân cận giới hạn tầm nhìn theo phưong nằm ngang, dễ dàng đưa phạm vi giới hạn dựa phương nằm ngang đó, ảnh hưởng thường nhở tần số siêu cao tần Khi gặp chướng ngại vật đồi, núi, nhà lớn đường truyền mức độ nhiễu xạ lớn Trong hệ thống radar, phản xạ bên thường xuất phát từ địa hình, cối, nhà cửa, mặt biển Những vệt dội nhiễu làm giảm che mò' mục tiêu thực, đôi lúc tạo thành mục tiêu giả, đặc biệt trường họp radar điều khiến theo dõi Việc dội nhiễu trở lại tạo thành tín hiệu mong muốn ứng dụng vẽ đồ hay thụ cảm từ xa 1.2.3 Các ảnh hưỏng Plasma Plasma chất khí gồm hạt điện tích ion hoá Tầng điện ly bao gồm tầng khí quyến hình cầu với hạt ion hoá nhờ xạ Mặt Trời hình thành vùng plasma Plasma dày đặc hình thành trạm vũ trụ quay trở lại khí quyển, nhờ nhiệt độ cao hình thành sau trình ma sát, va chạm Ngoài tượng Plasma phát sinh sét, xuất băng, vụ nổ hạt nhân, số lượng ion đơn vị thể tích định đặc tính plasma, sóng phản xạ, hấp thụ, truyền qua môi trường plasma Người ta xác định số điện môi số vùng plasma ốn định dạng: (O Cứ' Trong đó: Nguyễn Văn Lợi —là tần số plasma q- điện tích msn electron; m- khối lượng electron; N so hạt ion hoủ với đom vị âm Việc nghiên cứu lời giải phương trình Maxwell với trình truyền sóng phang môi trường chứng tỏ truyền sóng qua Plasma thực với co> (Op Những sóng có tần sổ thấp phản xạ toàn Neu xuất trường điện từ, plasma trở lên dị hướng trình phân tích lại trở lên phức tạp nhiều Trong vài trường hợp từ trường Trái Đất đủ độ lớn để gây tính dị hướng Tầng điện ly gồm nhiều tầng khác với mật độ ion khác nhau: tầng chuẩn D, E, F1 F2 Đặc tính tầng phụ thuộc vào điều kiện thời tiết vòng quay Mặt Trời, tần số plasma trung bình khoảng MHz Vì vậy, tín hiệu tần số nhỏ MFIz (ví dụ vô tuyến sóng ngắn) phản xạ khỏi tầng điện ly tới khoảng cách xa theo hướng nằm ngang Tuy nhiên tín hiệu tần số cao qua tầng điện ly Một ảnh hưởng tương tự xảy với trạm vũ trụ vào khí quyến Vận tốc lớn trạm vũ trụ tạo plasma dày đặc xung quanh phương tiện Mật độ điện tử lớn tới mức ngăn chặn trình liên lạc với trạm vũ trụ vận tốc giảm xuống Bên cạnh ảnh hưởng trên, tầng plasma tạo trở kháng lớn không phù hợp Ăngten đường tiếp sóng 1.3 Các phát thu siêu cao tần Thiết bị thu phát tần số vô tuyến RF (Radio írequency) thiết bị điện tử thu nhận giải điều chế tín hiệu tần số vô tuyến, sau điều chế truyền tín hiệu Các thiết bị điện tử thường dùng với nhiều ứng dụng khác thu phát hình, âm liệu Thiết bị thu phát RF bao gồm Ảngten đế nhận phát tín hiệu phân tách tuner đế phân tách tín hiệu từ tín hiệu mà Ăngtent thu Tách sóng giải điều chế thông tin mã hoá trước truyền - Kỹ thuật vô tuyến dùng đế hạn chế vùng nhiễu, tạp Để truyền tín hiệu mới, dao động tạo sóng sine mã hoá truyền tín hiệu vô tuyến - Để lựa chọn thiết bị thu phát RF yêu cầu phải hiểu phương pháp điều chế kỹ thuật vô tuyến Nguyễn Văn Lợi 10 Khỏa luận tôt nghiệp Khoa vật lý + Điều chế biên độ (AM) tín hiệu băng tần sở (gốc) biến thiên biên độ sóng mang biến thiên độ cao để tạo thông tin mong muốn + Điều chế tần số (FM) tần số tóc thời sóng mang (dạng sine) rời khỏi tần số trung tâm lượng tỷ lệ với giá trị tóc thời tín hiệu điều chế khoá on -off dạng đơn giản điều chế bao gồm hai trạng thái tín hiệu on off + Khoá dịch biên (ASK) truyền liệu cách biến đối biên độ tín hiệu truyền + Khoá dịch tần (FSK) điều chế số sử dụng hai nhiều tần số + Khoá dịch pha (PSK) hệ thống điều chế sổ pha tín hiệu truyền biến đối phù họp với tín hiệu liệu băng tần gốc - Trong hàng loạt kỹ thuật vô tuyến, vài thiết bị thu phát RF sử dụng công nghệ phổ trải rộng tần số trục tiếp (Direct sequence spread spectrum), thiết bị khác sử dụng công nghệ phố trải rộng nhảy tần (Frequency hopping spread spectrum) - Yêu cầu kỹ thuật quan trọng thu phát RF bao gồm: tốc độ truyền liệu, độ nhạy, công suất ra, giao diện kết nối, tần sổ hoạt động, giải pháp đo (độ phân giải thiết bị đo), khoảng cách truyền phát lớn Ngoài xem xét lựa chọn thiết bị thu phát RF: bao gồm công suất nguồn, nguồn, dòng nguồn, đầu phát, đầu thu nối kết RF 1.4 Các đại lượng đặc trưng Xét dây dẫn với trở kháng đặc trưng Zo, hệ số truyền y giới hạn trở kháng tải zt (hình 2.3) K-0 U(-ỉ) ub *■ -► z -d Hình 1.5: Các đường truyền với trở kháng tải Các phương trình sau cho điện áp dòng dây dẫn (2.32) Nguyễn Văn Lợi 11 L = h =¥7^)'0 Zl Zọ + Z0 Khỏa luận tôt nghiệp Khoa vật lý /(z)=ơT = °V-^ = 0>, z„ (2.33) số f b sóng tương ứng chuyến động tiến lùi Tại z = 0: (2.34) Jfũ) U/(°) t/,(0) z„ Z0 z0 =h (2.35) Suy 'Vì + -^- = zc _g/ Ư (ư/+C/J (2.36a) Trong TL hệ số phản xạ kháng tải: r, (2.36b) Sử dụng trở kháng chuẩn hoá định nghĩa là: Z;=^=Ị±IL z„ - r (2.37) ^0 1L u, 7—1 = 7—7 = (2.38) ơft z;+i zt+z0 Điện áp dòng điện đường truyền bao gồm tổng sóng tới sóng phản xạ tạo thành sóng đứng Neu r = phản xạ Đe có r = theo phương trình (2.38) ta phải có Z L = z0, tức trở kháng tải trở K, = ^Re[ơ(z)/(z)]= i!Ll_ReỊl-rV2*6 + -|r|2Ị (2.39) Hai số hạng phương trình có dạng: A - A * = 2ỹlm(z) Vì hoàn toàn ảo nên đơn giản hoá (2.39): Nguyễn Văn Lợi 12 um* =Ư/(l-|rl) (2.44) Khỏa luận tôt nghiệp Khoa vật lý (2.40) đây, Uf biên nên điệntỉáp tới Vì |r|độtăng sốsóng umax/umin tăng, biểu thị số đo phối hợp, gọi Phương trình cho thấy công suất trung bình có giá trị cố định tỷ số sóng đứng: s = SWR = = tíB u,n,n 1-M (2.45) I I7 ơ, thấy SWRsuât có giá < yWR < 00, suât tới SWR điêm trênTa đường Vậy công toàntrịbộ1trên tải băng công ' = tải ' hoàn toàn phối hợp 2Z0 I 12 \ u f \ l2 trù' công suât phản xạ — r Nêu phản xạ toàn công 2Z0 suất tới đưa đến tải Neu |r| = công suất tải mà bị phản xạ toàn phần Khi tải không phối hợp toàn công suất nguồn rơi tải mà có tổn hao, ta định nghĩa (RL) /?L = -201og|r| (dB) (2.41) Như vậy, tải phối hợp r = 0, ta có tổn hao ngược vô (không có phản xạ) Neu phản xạ hoàn toàn |r| = tốn hao ngược RL = Neu tải phối hợp, |r| = điện áp đường truyền điện áp tới \u(z)\ = ịưf I, ta coi đường truyền phang Còn tải không phổi hợp ta có sóng đứng, biên độ điện áp đường truyền không cố định Từ (2.31) (2.32): Iư ( z ] = |c/r||l + Ye2jlk\ = \ưj ||l + Teim\ = \u f ||l + Te2j[0~p,)\ (2.42) Trong ĩ = -z, tính chiều dương tải, pha hệ số phản xạ r = |r|e/ớ Ket cho thấy biên độ dao động điếm trục, giá trị cực đại số hạng pha e2j(-ổ~/JI) = Ta có: Nguyễn Văn Lợi 13 = 2(3 = 2n = = 2/? = in /(-/) Uf[eJ/* -Te Ỉ/Jl] -Te~im Khỏa luận tôt nghiệp z0 cos(31 + jZL sin pi z0 + jZLtg/3l Khoa vật lý K■ Từ phương trình (2.42) ta thấy khoảng cách hai điểm có điện áp cực đại 7ĨẢ Ầ tiểu là: bước sóngVà khoảng đườngcách truyền điểm_cực _đại và_cực 7Ĩ _xạ _ Ẳtại tải ta xác định hệ Ớ ta định nghĩa hệ số. phản số phản xạ điếm đường truyền vị trí z = -/: r(-/)=^f^ = r(o>-2"’ (2.46) r(0) hệ số phản xạ z = (đầu nguồn vào) Vậy công suất truyền đường truyền không đối điện áp đường truyền thay đối theo điếm, không phối hợp Vì vậy, ta thấy trở kháng thay đổi Tại điểm ỉ =- z tính từ tải trở kháng vào (nhìn từ phía tải) là: [/(-/) U^+T l + rv2^ (2.47) Sử dụng (2.38) ta có: = (zí+z„y/,+ịzí-zay^ " 0(zl+Z,)em-(zấ,-ZQ)e-i/' = z ZL cos(31 + j Z ữ sin/?/ =z Z7 + jZ0tg(3l (2 48) Giải pháp nâng cao công suất Đối với hệ thống phát tín hiệu hoạt động dải sóng siêu cao tần, vấn đề công suất nan giải Các hệ thống phát thực tế đòi hỏi công suất phát lên đến hàng KW cần có giải pháp nâng cao công suất Trong trình nghiên cứu, nhóm nghiên cứu thử nghiệm giải pháp tố hợp công suất sử dụng cầu Hybrid cho kết khả quan, tạo Nguyễn Văn Lợi 14 Hybrid 180° tốt nghiệp Khỏa luận tôt Khoa vật lý CHƯƠNG LÝ THUYẾT CẦU HYBRID 180° 2.1 cấu tạo cầu hybrid 180° Hình 2.1 biếu diễn hybrid quay pha 180° với cống 1, 2, Hình 2.1 quay pha hybrid 180° Cổng (s) : tín hiệu đưa vào cổng & tín hiệu tổng hợp cổng Cống (A) : tín hiệu đưa vào cống tín hiệu đầu chia dều cho cống công Hình 1.13 Sơ đồ khối hệ thống tô họp công suất Nguyễn Văn Lợi 15 61 +ai re tôt nghiệp Khỏa luận tốt Khoa vật lý Chế độ lẻ ro 22e20 s.c Hình 2.4 tín hiệu đưa vào cong chế độ lẻ Chúng ta tính toán hệ sổ phản xạ hệ sổ truyền qua cách sử dụng ma trận ABCD cho hai chế độ chẵn lẻ Ta thu được: (II) (III) =i (10) Khóa luận tốt nghiệp Khoa vật lý r=— f (6) r=— T = V? T=— °ề (7) Biên độ sóng cống sau: * 2T ịT' (8) ổ; = ' " ° B-Ír'+Ỉr» (9) =2 ' + Từ (6),(7),(8) (9) ta có: B,=Ba= cho thấy cổng cống cô lập công suất chia cho hai cổng với pha ngược (IV) (V) Từ (IV) (V) suy hệ số phản xạ hệ số truyền: Nguyễn Văn Văn Lợi Lợi Nguyễn 19 20 Khỏa luận tôt nghiệp Khoa vật lý CHƯƠNG THIẾT KÉ,MÔ PHỎNG VÀ CHÉ TẠO CẢU CÔNG SUẤT HYBRID 180° 3.1 Thiết kế cầu hybrid 1800 input R^ • sum 0° output * 0® input 0.255, / / 0.255 ỉsolated 0.755 0.255 isolated b) Hình 3.1 Bộ cầu 180° a) Bộ chia, b) Bộ tông hợp Ma trận tham số s cầu 180°: 1 0 Bộ chia Cầu 180° sử dụng chia: Tín hiệu đưa vào (input) cổng 1, tín hiệu cổng cổng Khi tín hiệu (output) là: B4 = S4 J Bị = —J= Bị , (11) Bì=Sì].B]= j=.B] Tín hiệu cống cổng lệch pha 180° Độ lớn tín hiệu giảm -3dBm so với tín hiệu vào Bộ tong Cầu 180° sử dụng tổ hợp tín hiệu vào: tín hiệu đưa Nguyễn Văn Lợi 21 B\ - S\ĩ -Bì + ^14 -B4 - —Ị={~BĨ + B4 ) Giá trị Giá trị Khỏa luận tôt nghiệp Khoa vật lý (12) = ^23 £3 + ^24 A = + B4 ) Như thấy, tín hiệu vào cống cổng lệch pha 180° tín hiệu cổng tổng (sum) tín hiệu cổng cổng 4, tín hiệu cổng hiệu (isoĩated) cổng cổng Bi, B2,B3,B4 tương ứng biên độ tín hiệu cổng 1,2,3,4 Khoảng cách cổng với cổng 4, cổng với cổng 3, cổng với cổng 25L 3.2 Mô kết mô cầu hybrid 180° Số liệu mô cầu công suất phần mền Ansoft Két mô phỏng, thiết kế cho cầu 180° sử dụng cho: Tần sổ 1030 MHz Điện trở vòng tròn 7?0V2 = 70.7Q Kết mô cầu công suất bang phần mền AnsoỊt • • Khỏa luận tôt nghiệp Khoa vật lý Hình 3.2 Cầu hybrid 180° S31 Hình 3.3 Hệ sổ truyền,hệ sổ phản xạ phụ thuộc vào tần sổ Kết mô hệ số truyền qua cổng pha tín hiệu tín hiệu vào đưa vào cống số hình 3.3: Nguyễn Văn Lợi 22 23 Khỏa luận tôt nghiệp Khoa vật lý Hình 3.4 độ dịch pha Qua mô ta thấy tần số 1030 MHz ta thu được: • Tín hiệu truyền tù' cống đến cống cống tốt, suy giảm -3 dB • Tín hiệu truyền từ cổng đến cổng kém, mức độ suy giảm tín hiệu -31.91dB • Tín hiệu cổng cổng có độ lệch pha 180.08° Nhân xét: Từ hình 3.2 biểu diễn phụ thuộc hệ số truyền,hệ số phản xạ vào tần số ta thấy Hệ số truyền lớn Hệ số phản xạ nhỏ Vậy tốt cho việc chia công suất nâng cao hiệu suất trinh chia công suất:tín hiệu truyền không bị hảo tốn hấp thụ hệ sổ phản xạ nhỏ hệ số truyền lớn hay tín hiệu nhận không bị méo Nguyễn Văn Lợi 24 Khỏa luận tôt nghiệp Khoa vật lý 3.3 Chế tạo cầu hybrid 180° Hình 3.5 Cồn hybrid 180° thực nghiệm Dùng kết mô phần mềm ansoft với kích thước cầu 180° bảng 3.1 khảo sát máy phân tích mạng thu kết 3.3.1 Ket thực nghiệm cống chia Tín hiệu vào cỗng 1, khảo hệ số truyền pha cổng cổng 4: Hình 3.6 Tín hiệu truyền từ cống sang công a) Mức suy giảm tín hiệu, b) Pha Nguyễn Văn Lợi 25 Khỏa luận tôt nghiệp Khoa vật lý Hình 3.7 Tín hiệu truyền từ công sang công a) Mức suy giảm tín hiệu, b) Pha Mức độ suy giảm tín hiệu truyền từ cổng sang cổng cống tần số 1030 MHz gần nhu nhau: tù’ cổng sang cổng suy giảm -2.84 dB (hình 3.5a), từ cống sang cống suy giảm -3dB (hình 3.6a) Độ lệch pha tín hiệu cổng cổng 177.66° (hình 3.5b Tín hiệu vào cống 1, tín hiệu cống Hình 3.8 Suy giảm tín hiệu truyền từ công sang công Ket thực nghiệm thu gần với kết mô lý thuyết: tín hiệu truyền tốt tù’ cổng sang cổng cổng với độ suy giảm tín hiệu xấp xỉ -3 dB, lệch pha tín hiệu cổng cổng 177.66°; tín hiệu truyền từ công ĩ sang công với độ suy giảm -43.54đB (hình 3.7) Nguyễn Văn Lợi 26 Khoa vật lý Khỏa luận tốt nghiệp Ket thực nghiệm cổng tổng Cho tín hiệu vào cống cốn 4, tín hiệu cống 3.3.2 Hình 3.9 Tín hiệu máy phân tích phô a) Tín hiệu vào công b) Tín hiệu vào cong c) Ra cong Ket máy phân tích phố cho thấy: tín hiệu vào cống cống gần 16.7 dB, tín hiệu tăng lên 0.6 dB Nguyễn Văn Lợi 27 Khỏa luận tôt nghiệp Khoa vật lý KẾT LUẬN Xuất phát từ mô hình sơ đồ khối khối thu phát tín hiệu vô tuyến Cụ thu phát tín hiệu siêu cao tần Ta nhận thấy, phận ảnh hưởng lớn tới chất lượng hệ thống khuếch đại công suất Vì vậy, nội dung khóa luận nghiên cứu khối khuếch đại công suất hay chia/cộng công suất Cụ thể gồm phần sau: • Tổng quan lý thuyết khuếch đại siêu cao tần • Thiết kế,chế tạo cầu chia/cộng công suất hybrid 180° • Khảo sát kết chế tạo so với lý thuyết Và kết là: ■ Nhận thấy chế tạo cầu hybrid 180° theo kiểu vòng tròn đơn giản phù hợp ■ Từ kết mô phần mền Ansoft tần số 1030Mhz điện trở vòng tròn /?0V2 = 70.7Q, thu kết cầu hybrid 180° hình 3.2, với số liệu chi tiết bảng từ số liệu ta Nguyễn Văn Lợi 28 Khỏa luận tôt nghiệp Khoa vật lý DANH SÁCH BẢNG VÀ HÌNH VẼ Hình 2.1 Bộ quay pha hybrid 180° 17 Hình 2.2 Các dạng cầu hybrid 180° 18 Hình 2.3 Tín hiệu vào cổng chế độ chẵn 19 Hình 2.4 Tín hiệu vào cổng chế độ lẻ 19 Hình 2.5 Tín hiệu vào cổng chế độ chẵn 20 Hình 2.6 Tín hiệu vào cổng chế độ lẻ 21 Hình 3.1 Bộ chia,bộ tổng hợp cầu công suất hybrid 180°24 Hình 3.2 Cầu hybrid 180° 26 Hình 3.3 Hệ số truyền hệ số phản xạ phụ thuộc vào tần số 26 Hình 3.4 Độ dịch pha 27 Hình 3.5 Cầu hybrid 180° thực nghiệm 28 Hình 3.6 Nguyễn Văn Lợi Tín 29 hiệu truyền tù’ Khỏa luận tôt nghiệp Khoa vật lý TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Phạm Minh Việt (2002), Kỹ thuật siêu cao tần Kiều Khắc Lâu(2007), sở kỹ thuật siêu cao tần, Nhà xuất giáo dục, Hà Nội Tiếng Anh David M Pozar (1993), Microwave Enginneering, Addison-Wesley Publishing Company Reinmut K Hofmann, "Handbook of Microwave intergated circuits", Artech House, Inc (1987) 3 International standards and recommended practices, "Aeronautical Nguyễn Văn Lợi 30 [...]... hệ thống là bộ khuếch đại công suất Vì vậy, nội dung chính của khóa luận này là đi nghiên cứu khối khuếch đại công suất hay bộ chia/cộng công suất Cụ thể gồm các phần sau: • Tổng quan về lý thuyết khuếch đại siêu cao tần • Thiết kế ,chế tạo cầu chia/cộng công suất hybrid 180 • Khảo sát kết quả đã chế tạo được so với lý thuyết Và kết quả là: ■ Nhận thấy chế tạo cầu hybrid 180 theo kiểu vòng tròn là... Bi, B2,B3,B4 tương ứng là biên độ tín hiệu tại cổng 1,2,3,4 Khoảng cách cổng 1 với cổng 4, cổng 2 với cổng 3, cổng 4 với cổng 2 là 0 25L 3.2 Mô phỏng và kết quả mô phỏng cầu hybrid 180 Số liệu mô phỏng cầu công suất bằng phần mền Ansoft Két quả mô phỏng, thiết kế cho cầu 180 sử dụng cho: Tần sổ 1030 MHz Điện trở vòng tròn là 7?0V2 = 70.7Q Kết quả mô phỏng cầu công suất bang phần mền AnsoỊt • • Khỏa... hiệu vào cổng 1 chế độ chẵn 19 Hình 2.4 Tín hiệu vào cổng 1 chế độ lẻ 19 Hình 2.5 Tín hiệu vào cổng 4 chế độ chẵn 20 Hình 2.6 Tín hiệu vào cổng 4 chế độ lẻ 21 Hình 3.1 Bộ chia,bộ tổng hợp cầu công suất hybrid 180 24 Hình 3.2 Cầu hybrid 180 26 Hình 3.3 Hệ số truyền hệ số phản xạ phụ thuộc vào tần số 26 Hình 3.4 Độ dịch pha 27 Hình 3.5 Cầu hybrid 180 thực nghiệm 28 Hình 3.6 Nguyễn Văn Lợi Tín 29 hiệu truyền... lý Chế độ lẻ ro 0 22e20 s.c Hình 2.4 tín hiệu đưa vào cong 1 chế độ lẻ Chúng ta có thế tính toán các hệ sổ phản xạ và hệ sổ truyền qua bằng cách sử dụng ma trận ABCD cho hai chế độ chẵn và lẻ Ta thu được: (II) (III) ... 25L 3.2 Mô kết mô cầu hybrid 180 Số liệu mô cầu công suất phần mền Ansoft Két mô phỏng, thiết kế cho cầu 180 sử dụng cho: Tần sổ 1030 MHz Điện trở vòng tròn 7?0V2 = 70.7Q Kết mô cầu công suất. .. khuếch đại công suất hay chia/cộng công suất Cụ thể gồm phần sau: • Tổng quan lý thuyết khuếch đại siêu cao tần • Thiết kế ,chế tạo cầu chia/cộng công suất hybrid 180 • Khảo sát kết chế tạo so với... CHƯƠNG THIẾT KÉ,MÔ PHỎNG VÀ CHÉ TẠO CẢU CÔNG SUẤT HYBRID 180 3.1 Thiết kế cầu hybrid 1800 input R^ • sum 0° output * 0® input 0.255, / / 0.255 ỉsolated 0.755 0.255 isolated b) Hình 3.1 Bộ cầu 180