Nghiên cứu, thiết kế bộ tổ hợp tần số theo phương pháp tổ hợp số trực tiếp

Để đảm bảo được yêu cầu đó thì các thiết bị thu phát đòi hỏi có bộtổng hợp tần số tạo ra dải tần công tác có độ ổn định cao, có khả năng đặt tần số, nhớ tần số… Trang thiết bị thông tin

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay trước sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật viễn thông và kỹthuật vi xử lý đã có ứng dụng rất to lớn vào tất cả các lĩnh vực đặc biệt là lĩnhvực điện tử Trong quân sự một trong các thiết bị điện tử quan trọng nhất làcác máy thu phát vô tuyến.Yêu cầu chung đối với các máy thu phát vô tuyếnhiện đại là phải đảm bảo sự hoạt động được một cách ổn định trong dải tầncông tác Để đảm bảo được yêu cầu đó thì các thiết bị thu phát đòi hỏi có bộtổng hợp tần số tạo ra dải tần công tác có độ ổn định cao, có khả năng đặt tần

số, nhớ tần số…

Trang thiết bị thông tin vô tuyến trong biên chế của quân đội ta có đặcđiểm là đều được nhập về từ nước ngoài và thuộc nhiều chủng loại, nhiều thế

hệ khác nhau Thế hệ analog gồm các trang bị điện tử được lắp ráp từ các vật

tư, linh kiện khá cũ như bán dẫn, vi mạch rời…Các trang bị loại này chiếm tỉ

lệ khá cao, khoảng 40 ÷ 50% Thế hệ số thời kỳ ban đầu có sử dụng nhiều ICtích hợp thấp, với tốc độ và khả năng xử lý hạn chế Các trang bị loại nàychiếm khoảng 20 ÷ 25% Các trang thiết bị điện tử thế hệ mới đã có sự thamgia của các vi mạch tích hợp cao, với khả năng xử lý phong phú Loại nàychiếm khoảng 15 ÷ 20% Hiện nay các trang bị thông tin vô tuyến của quânđội ta đang dần bộc lộ những yếu điểm như trôi tần số, liên lạc không ổnđịnh…

Tính chất ác liệt của chiến đấu cấp chiến thuật đòi hỏi thiết bị thông tinphải đảm bảo liên lạc vững chắc, tính cơ động cao, triển khai nhanh chóng, cónhiều tính năng chống tác chiến điện tử hiện đại, chống chụi tốt trong môitrường khắc nghiệt Hệ thống các máy thu phát vô tuyến trong quân đội ta đều

có khả năng đáp ứng được các yêu cầu trên, tuy nhiên trải qua thời gian sửdụng trên địa hình, môi trường khí hậu nước ta, đến nay hầu hết các điện đàisóng cực ngắn đã bộc lộ một số các nhược điểm mang tính chất hàng loạt Cụ

1

thể là hiện tượng mất liên lạc xảy ra trên nhiều tần số, gây ảnh hưởng tới tínhnăng chiến thuật của máy Trước yêu cầu nhiệm vụ trong thời kỳ mới, yêu cầuhiện đại hoá quân đội, rõ ràng việc thay thế, nâng cấp các trang thiết bị điện

tử nói chung và điện đài thông tin sóng cực ngắn nói riêng đang là một nhucầu thực tiễn và cần thiết

Từ những lý do nêu trên, việc nghiên cứu thiết kế chuẩn hoá một sốmodun trong thiết bị là một hướng đi đúng đắn, trước mắt phục vụ cho côngtác bảo đảm kỹ thuật thay thế sửa chữa, đồng thời làm cơ sở cho việc chế tạotrang thiết bị mới trong tương lai Ngày nay, trước sự phát triển mạnh mẽ củanghành công nghiệp sản xuất vi mạch, linh kiện điện tử đã làm thị trường linhkiện nước ta trở nên phong phú Khả năng công nghệ trong nước cũng cónhững tiến bộ trong những năm qua càng khẳng định khả năng sản xuất một

số thiết bị điện tử quân sự trong một tương lai gần là hoàn toàn có thể

Từ tình trạng đó việc khắc phục các nhược điểm trên một diện rộng, cóquy trình là một yêu cầu cấp thiết và có tầm quan trọng đặc biệt Hơn nữa với

sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật số thì việc chế tạo một modun tổng hợptần số có độ chính xác và ổn định tần số cao là hoàn toàn có thể Kỹ thuậttổng hợp số trực tiếp (DDS) là kỹ thuật điều khiển số, cho phép tạo ra mộtnguồn tần số từ một tần số chuẩn Kỹ thuật DDS cho ta độ chính xác cao, độ

ổn định cao về nhiệt độ và thời gian, điều chỉnh băng rộng, điều chỉnh tần sốliên tục theo pha

Xu hướng thiết kế trên thế giới hiện nay là theo cấu trúc gồm cácmodun tiêu chuẩn lắp ghép lại thành sản phẩm Đây là một xu hướng hiện đại,cho phép nâng cao chất lượng sản phẩm, thuận lợi trong sản xuất, đơn giảnhoá quá trình đo đạc tham số khi đồng chỉnh, hiệu chỉnh toàn máy, dễ dàngcho sửa chữa thay thế…

Từ đó hướng đi của đề tài là qua đánh giá phương án tổng hợp số trựctiếp và trên cơ sở đo đạc các chỉ tiêu, tham số của khối điện đài sóng cực

ngắn- công suất nhỏ, khảo sát các vật tư linh kiện mới trên thị trường, đề tài

sẽ thực hiện : “ Nghiên cứu, thiết kế bộ tổ hợp tần số theo phương pháp tổ hợp số trực tiếp ”

Yêu cầu đặt ra là chế tạo lắp ráp thử nghiệm tạo mạng tần số theo kỹthuật tổng hợp số trực tiếp Ứng dụng kỹ thuật vi xử lý sử dụng vi mạch có độtích hợp cao từ đó cho phép giảm mật độ linh kiện nhằm nâng cao độ tin cậy,tăng hàm lượng phần mềm cho phép mềm dẻo trong thực hiện mã hoá thôngtin và mở rộng thêm các tính năng mới

Nội dung đồ án được trình bày gồm 3 chương:

- Chương1 : Các đặc điểm thông tin vô tuyến quân sự sóng cực ngắn.

Tử đã giúp đỡ tôi trong quá trình học tập cũng như trong quá trình làm đồ án

CHƯƠNG 1

CÁC ĐẶC ĐIỂM THÔNG TIN VÔ TUYẾN QUÂN SỰ SÓNG CỰC

NGẮN.

1 Đặc điểm truyền thông tin trên dải SCN dùng trong quân sự

Trong chiến đấu cấp chiến thuật, yêu cầu đặt ra đối với thông tin liên lạc làphải khẩn trương, chắc chắn, kích thước thiết bị nhỏ gọn có khả năng cơ động

3

cao, cự ly liên lạc chỉ vài Km đến vài chục Km, thường là chỉ liên lạc bán songcông.

1.1 Tính chất truyền lan của SCN

Dải sóng cực ngắn có giá trị nằm trong phạm vi 30MHz – 300MHz,thường dùng cho vô tuyến di động, thông tin hàng hải, hàng không, phát thanh

FM thương mại (88MHz đến 108MHz), truyền hình thương mại (từ 54MHz đến216MHz) Tuy nhiên, đối với thông tin SCN trong lĩnh vực quân sự thường chỉ

sử dụng trong dải từ 20MHz đến 80MHz

Do không có sự phản xạ đều đặn từ tầng ion, thông tin SCN chủ yếu dựatrên sóng đất và sóng trực tiếp Năng lượng SCN bị suy hao mạnh bởi mặt đất.Mặt khác, công xuất thu được phụ thuộc vào bình phương bước sóng cho nênthông tin trên dải sóng cực ngắn này có cự ly liên lạc rất hạn chế, phụ thuộcnhiều vào địa hình, thời tiết,

Công xuất của tín hiệu tại vị trí thu được tính bằng công thức:

2 2

2 2 1 1

) 4 (

.

F r

D D P P

π

λ

=

Trong đó:

P1 là công xuất của tín hiệu phát ra

D1, D2 là hệ số định hướng của các anten

λ là bước sóng

r là cự ly giữa máy thu và máy phát

F là hệ số suy hao phụ thuộc vào môi trường, địa hình thực tế

Với bước sóng λ nhỏ, cho phép thu gọn kích thước thiết bị, SCN là sự lựachọn thích hợp cho liên lạc di động trong phạm vi hẹp của chiến đấu cấp chiếnthuật SCN có dải tần tương đối rộng, có thể thực hiện phương pháp điều chếtần số để nâng cao chất lượng tín hiệu

1.2 Đường thông tin vô tuyến Kênh thông tin vô tuyến.

Đường thông tin vô tuyến được tính từ thiết bị đầu cuối bên này đến thiết

bị đầu cuối bên kia, bao gồm: thiết bị đầu cuối, điện đài vô tuyến và môi trườngtruyền

- Kênh thông tin vô tuyến được tính từ đầu vào, đầu ra của 2 thiết bị Đầuvào và đầu ra của kênh phải đảm bảo dải tần chuẩn 0,3KHz – 3,4KHz

Đối với đường thông tin vô tuyến cũng như kênh thông tin vô tuyến, dotính chất truyền sóng trong môi trường không gian bị tác động của các thiết bịkhác và tác động của môi trường truyền sóng nên độ tin cậy thấp Để nâng cao

độ tin cậy người ta sử dụng nhiều biện pháp khác nhau như: phương pháp thuphân tập, tự chọn kênh truyền, sử dụng các thiết bị thích nghi, … nhưng ở dảiSCN thì người ta thường lựa chọn phương pháp điều chế tín hiệu có tính chốngnhiễu cao như điều tần

1.3 Độ tin cậy của thông tin vô tuyến SCN.

Trong dải SCN, cần phải sử dụng một cách có tổ chức dải tần để đảm bảoloại trừ được nhiễu lẫn nhau giữa các điện đài, bởi vậy những yếu tố cơ bản ảnhhưởng đến độ tin cậy thông tin là tạp âm trong chính máy thu, các nhiễu từ cácnguồn xa, địa hình nơi liên lạc, điều kiện khí tượng, tình trạng di động của cácđối tượng sử dụng và nhiễu cố ý do đối phương gây ra

Nhiễu thường được mô tả như một quá trình ngẫu nhiên với các đặc trưng

cơ bản là hàm phân bố xác suất và phổ năng lượng Thông thường trong các bàitoán thực tế chỉ cần biết các hàm phân bố 1 chiều và 2 chiều là đủ Từ đó có thểxác định các đặc trưng cơ bản của quá trình ngẫu nhiên như kỳ vọng toán học,phương sai và hàm tương quan Quá trình ngẫu nhiên là dừng theo nghĩa rộngnếu kỳ vọng và phương sai không phụ thuộc vào thời gian, còn hàm tương quanchỉ phụ thuộc vào hiệu 2 thời điểm, không phụ thuộc vào từng giá trị cụ thể củathời gian Đối với quá trình ngẫu nhiên dừng, có thể áp dụng định lý ergodictheo đó trung bình thống kê có thể thay bằng trung bình thời gian Theo các tính

5

chất thống kê của nhiễu có thể chia ra làm 3 nhóm: nhiễu thăng giáng, nhiễuxung và nhiễu tập trung.

- Nhiễu thăng giáng: Có thể hình dung nhiễu thăng giáng như là chuỗi các

xung ngắn vô hạn có chiều cao ngẫu nhiên và lặp lại sau các khoảng thời gianngẫu nhiên Như vậy, các xung này xuất hiện thường xuyên đến nỗi các hiệntượng quá độ trong máy thu do các xung gây ra xếp chồng lên nhau tạo thànhquá trình ngẫu nhiên liên tục Quá trình này là dừng Giá trị ngẫu nhiên tại cácthời điểm riêng biệt là độc lập, tức hệ số tương quan của nhiễu bằng 1 khi τ = 0

và bằng 0 khi τ ≠ 0 Theo định lí giới hạn Liapunop, nhiễu thăng giáng như tổng

số lượng rất lớn các dao đông ngẫu nhiên độc lập sẽ có phân bố chuẩn với trungbình bằng 0 và phương sai bằng công xuất trung bình của nhiễu Mật độ xácsuất 1 chiều của các giá trị tức thời của nhiễu có dạng:

( )

n x

p

σ π

1 2

0 2

- Nhiễu xung: Gồm các nhiễu ở dạng xung đơn ngẫu nhiên lặp lại sau các

khoảng thời gian sao cho các hiện tượng quá độ trong máy thu do một xungthực tế kịp kết thúc trước khi xung tiếp theo xuất hiện Nhiều dạng nhiễu côngnghiệp và nhiễu khí quyển thuộc về nhiễu xung Các khái niệm về nhiễu thănggiáng và nhiễu xung chỉ là tương đối: tuỳ thuộc vào tần số lặp lại của các xung

mà cùng một nhiễu có thể tác động đến máy thu như nhiễu xung (nếu dải thông

rộng) hoặc như nhiễu thăng giáng (nếu dải thông khá hẹp) Các nhiễu côngnghiệp tạo bởi các thiết bị điện khác nhau cũng là quá trình ngẫu nhiên phứctạp Nhiều thực nghiệm đã chỉ ra rằng phân bố xác suất biên độ các xung nhiễucông nghiệp được xấp xỉ bằng luật phân bố chuẩn loga Nếu ký hiệu biên độxung là U, tính theo đảm bảo thì ta có luật phân bố chuẩn loga:

3 2

2 ) ( 2

1 )

µ

σ π

−

=

U e U

p

Trong đó: µ , σ được xác định bằng thực nghiệm

- Nhiễu tập trung: Gồm các tín hiệu từ cac đài lạ, các bức xạ của các bộ

dao động cao tần có nhiệm vụ khác nhau (công nghiệp , y học, …) Trongtrường hợp tổng quát, đây là các dao động có điều chế, dao động có thể là liêntục hoặc dạng xung Những thay đổi tham số dao động của nhiễu tại điểm thukhông chỉ phụ thuộc vào tính chất các tín hiệu của nguồn nhiễu, mà còn vàođiều kiện truyền sóng của các tín hiệu này Khác với nhiễu thăng giáng và nhiễuxung có phổ chiếm toàn bộ dải thông máy thu, bề rộng phổ của nhiễu tập trungtrong đa số các trường hợp nhỏ hơn dải thông máy thu (chính vì thế mà nó cótên gọi là nhiễu tập trung) Trong dải sóng cực ngắn, các mức tín hiệu khi thôngtin bằng sóng đất bị pha đinh chậm và nhỏ do sự thay đổi theo ngày đêm củađiều kiện khí tượng Hơn nữa những thay đổi này quan sát được trong điều kiệntiến hành liên lạc giữa các đối tượng cơ động Đó là do:

- Những thay đổi của điều kiện truyền sóng bởi địa hình thay đổi

- Sự phản xạ sóng từ các vật tại chỗ dẫn tới giao thoa trường điện từ tạiđiểm thu

Về phần nhiễu tập trung thì tính chất và ảnh hưởng của chúng đến chấtlượng thông tin được quyết định bởi mức độ hoàn thiện tổ chức thông tin bởi vìcác vùng nhiễu lẫn nhau của sóng đất hạn chế

1.4 Thiết bị thông tin vô tuyến SCN.

7

Thiết bị thông tin vô tuyến gồm máy thu và máy phát Tuy nhiên do điệnđài SCN cấp chiến thuật yêu cầu tối thiểu về kích thước, trọng lượng thiết bị vàchỉ cần liên lạc bán song công nên người ta thường thiết kế cả phần thu, phầnphát trong một thiết bị và có thể dùng chung một số khối ở máy thu và máyphát.

Chiến đấu cấp chiến thuật cần xử lý thông tin nhanh, sử dụng đơn giản nênthông tin thoại là thích hợp Người ta cũng thường chọn dạng điều chế điều tần

vì có khả năng chống nhiễu cao, chế tạo thiết bị không quá kồng kềng phức tạp.Tuy điều chế điều tần có dải phổ rộng (2 ∆f = 2F M(1 + ψ )≈ 16KHz), nhưng do dảitần SCN tương đối rộng nên điều này có thể chấp nhận được

* Máy phát gồm: Micro, khuếch đại điều chế, bộ kích thích, khuyếch đại công

suất, phối hợp anten và hệ thống điều khiển ( Hình 1.1)

- Bộ khuếch đại điều chế: Là bộ dao động điều chế tín hiệu Micro và

khuếch đại mức tín hiệu

- Bộ kích thích: Làm nhiệm vụ tạo dải tần công tác cho máy phát thực hiện

điều chế tín hiệu và công suất đầu ra yêu cầu của khối khuếch đại công suất.Đối với điện đài SCN cấp chiến thuật người ta có thể dùng bộ dao động ngoạisai ở máy thu để làm bộ dao động kích thích hoặc làm chuẩn cho bộ kích thích

để đơn giản cho chế tạo bộ dao động kích thích

Bộ kích thích

Tiền KĐ CS

KĐ CS Phối hợp

anten

Khối nguồn

Khuyếch đại điều chế

Hệ thống điều khiển

Hình 1.1: Sơ đồ khối máy phát vô tuyến điện.

- Khối khuếch đại công suất: có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu đủ công suất

yêu cầu, vì vậy khối KĐCS có thể là một hay nhiều tầng Do điều kiện cơ độngcủa chiến đấu cấp chiến thuật phải dùng nguồn nuôi cho thiết bị thông tin là pinhoặc acquy nên khối KĐCS phải đảm bảo hiệu suất khuếch đại lớn để giảm tiêuhao năng lượng tối đa nhất

- Khối phối hợp anten: Làm nhiệm vụ phối hợp trở kháng giữa khối

KĐCS với anten

- Hệ thống điều khiển: Đây là khối trong điện đài SCN mà có thể dùng

chung cho cả máy thu và máy phát Nó gồm phần giao diện với người sử dụng

và phần tạo ra các tín hiệu điều khiển các hoạt động của điện đài

- Khối nguồn: Tạo ra các mức điện áp yêu cầu trong toàn bộ thiết bị.

* Máy thu gồm: Anten, mạch vào, khuếch đại cao tần, trộn tần, dao động ngoại

sai, khuếch đại trung gian, hạn biên, tách sóng, khuếch đại âm tần, tai nghe( Hình 1.2)

Với máy thu của điện đài SCN có một mục đích là giảm tần số mang tínhiệu để có được tín hiệu đủ lớn và ổn định Do ở tần số cao thì khó đảm bảo sự

ổn định, khi giảm tần số sóng mang thì tăng được tỉ số

sm f

f

∆

2

, dễ chế tạo bộ lọchẹp dẫn đến lọc các nhiễu lân cận, tăng độ chọn lọc tín hiệu và tăng tính chống

Trộn tần

KĐTG, Lọc

HB, Tách sóng

KĐAT

DĐNS

Hệ thống điều khiển

Khối nguồn

Hình 1.2: Sơ đồ khối máy thu vô tuyến SCN

nhiễu Để giảm tần số người ta dùng phương pháp trộn tần (một lần hoặc nhiềulần) Tần số cao tần mang tín hiệu được trộn với các tần số chuẩn, tần số mangtín hiệu có ích sau trộn tần được lấy ra nhờ các bộ lọc dải rồi được khuếch đại(nhiều tầng) Vì tách sóng tần số người ta sử dụng nguyên lý 2 mạch cộnghưởng lệch, có độ dốc lớn (tín hiệu đầu ra bộ tách sóng lớn khi độ dịch tần nhỏ)

để làm tăng độ nhạy máy thu, mặt khác thì mạch tách sóng tần số lại không cókhả năng loại bỏ nhiễu ký sinh biên độ nên người ta phải thiết kế thêm bộ hạnbiên ở tầng trước Chính vì vậy mà tầng khuếch đại trung gian phải có độkhuếch đại đủ lớn và phải có biện pháp để ổn định hệ số khuếch đại Tín hiệuđược đưa đến hạn biên, tách sóng, đến khuếch đại âm tần và tới tai nghe

Khi sử dụng máy thu đổi tần sẽ sinh ra nhiễu ảnh, nhiễu trung gian Ngoài

ra máy thu còn phải chịu tác động của nhiễu lân cận, nhiễu chèn ép, nhiễu giaothoa

f

fTG fTG

Để chống nhiễu ảnh người ta thực hiện các phương pháp sau: Chế tạo bộlọc cao tần có phẩm chất cao, chọn tần số fTG có giá trị lớn đồng thời với việcthực hiện trộn tần nhiều lần.

- Nhiễu trung gian: Là tần số gây nhiễu gần bằng fTG được thu nhận từanten đi qua mạch vào vào KĐTG, sau khi đi qua trộn tần thì tầng trung giankhông có khả năng loại bỏ nhiễu trung gian Vì vậy khả năng chống nhiễu trunggian chỉ có thể ở mạch vào và KĐCT

Để chống nhiễu trung gian người ta thường trộn tần hai lần và chọn fTG1

lớn, fTG2 nhỏ để nhiễu trung gian fnhiễuTG1 còn bị suy hao ở tầng trung gian thứ 2

và ngược lại trung gian fnhiễuTG2 còn bị suy hao ở tầng trung gian thứ 1

Mặt khác người ta dùng phương pháp trộn tần lên và chọn tần số fNS nằmngoài dải tần công tác f NS > f THmax Khi đó fTG sẽ rất lớn so với fTH và cho phép

sử dụng các bộ lọc thấp ở mạch vào để giảm kích thước thiết bị

- Nhiễu lân cận: Là nhiễu có tần số gần bằng tần số tín hiệu.

2

2 f f

ở tầng trung gian, nhất là trung gian 2 vì ở tần số thấp có thể xây dựng được bộlọc dải thông hẹp, tương đối lý tưởng

- Nhiễu giao thoa: Khi có hai tần số có cường độ lớn cùng tác động lên

máy thu và tổ hợp của chúng sinh ra ở tầng KĐCT có giá trị gần bằng fTH Hiệntượng nhiễu giao thoa còn có thể sinh ra do các bộ dao động nằm ngay trongmáy thu Để chống nhiễu này thì bộ KĐCT phải làm việc ở chế độ tuyến tính,

11

trong thiết kế máy thu phải tính toán đến hài và tổ hợp của các dao động chohợp lý.

- Nhiễu chèn ép: Là nhiễu có tần số khác fTH nhưng công suất lớn hơn rấtnhiều so với tín hiệu Dù fnhiễu cách xa fTH nhưng Unhiễu lớn nên khi đến KĐCT cóphần tử tích cực sẽ sinh ra nắn dòng hay tách sóng làm thay đổi điểm công táccủa bộ khuếch đại gây méo tín hiệu

Để chống nhiễu này thì phải có hệ thống bảo vệ khi phát hiện tín hiệu đầuvào quá lớn

2 Hoạt động thông tin vô tuyến của bộ đội ta và ảnh hưởng của tác chiến điện tử của địch đến hệ thống thông tin trong chiến đấu chiến thuật.

Nghiên cứu về bảo đảm thông tin, chiến thuật thông tin cho thấy, trongchiến đấu chiến thuật, hoạt động của các đơn vị, bộ phận được hiệp đồng thốngnhất nhờ bộ phận chỉ huy Hệ thống thông tin là phương tiện bảo đảm cho sựchỉ huy đó được diễn ra theo đúng quyết tâm chiến đấu và xử lý kịp thời cáctình huống phát sinh ngoài dự kiến Có thể mô hình hoá hoạt động của hệ thốngthông tin liên lạc như mô hình hệ thống chỉ huy trong chiến đấu cấp chiến thuật:

Hệ thống thông tin này chịu tác động của nhiễu và điều kiện hoàn cảnhchiến đấu, trong đó chủ yếu là tác động của hoàn cảnh chiến đấu làm cho tin tức

A truyền từ chỉ huy xuống đến đối tượng chỉ huy thành A' và ngược lại thông

Bộ phận chỉ huy Hệ thống thông tin

Đối tượng chỉ huy

Nhiễ u

Tác động của hoàn cảnh chiến đấu

Hình 1.4: Mô hình hệ thống chỉ huy trong chiến đấu cấp chiến thuật.

tin từ đối tượng chỉ huy B lên chỉ huy thành B' Về nguyên tắc để đảm bảothông tin chính xác thì A ≡ A', B ≡ B' và để đảm bảo thông tin kịp thời, vững

chắc thì thời gian liên lạc phải được duy trì liên tục không bị gián đoạn, nhưngtrên thực tế khó có thể đảm bảo điều đó trong điều kiện chiến đấu khắc nghiệt,nhất là đối với hệ thống thông tin vô tuyến Nguyên nhân chủ yếu là do kẻ địchdùng mọi thủ đoạn, phương tiện hiện đại để phá hủy thiết bị thông tin của ta,gây nhiễu chế áp, truyền thông tin giả, … ngoài ra chúng còn có thể trinh sátphát hiện vị trí, nghe trộm tin tức

* Phá hủy thiết bị: Là hoạt động của địch dùng hỏa lực phá hủy cả sinh lực và

trang bị thông tin sau khi chúng dùng trinh sát điện tử, thám báo phát hiện được

vị trí của bộ đội ta

* Gây nhiễu: Khi đối phương biết được ở một địa bàn nào đó của ta đang diễn

ra hoạt động thông tin vô tuyến, tùy theo từng trường hợp chúng có thể có cácchiến thuật gây nhiễu khác nhau Hình 1.5 mô tả các dạng nhiễu của các loạinhiễu

- Nhiễu ngắm: Khi đối phương biết được tần số liên lạc của ta và tập trungphát với công suất nhiễu lớn ở tần số đó Khi gặp nhiễu ngắm thiết bị thông tin

sẽ không làm việc được ở tần số này vì tỷ số S/N quá nhỏ

- Nhiễu trượt: Khi đối phương không biết ta làm việc ở tần số nào hoặcphát hiện thấy có nhiều tần số của ta đang phát và muốn gây nhiễu cho tất cảcác tần số này thì chúng sẽ tập trung công suất phát nhiễu cho một dải tần hẹpnhưng dải tần này được dịch chuyển có chu kỳ theo thời gian Nhiễu này gây radán đoạn thông tin, đối với tín hiệu thoại sử dụng trong cấp chiến thuật sẽ gâykhó khăn cho thông tin truyền đạt mệnh lệnh

- Nhiễu chặn: Khi đối phương có máy phát nhiễu công xuất lớn hoặc khichúng chấp nhận công suất nhiễu nhỏ hơn để có thể gây nhiễu được một dảitương đối rộng Nhiễu này sẽ làm giảm tỷ số tín/tạp của máy thu, gây ra giảmchất lượng tín hiệu hoặc thậm chí gây mất liên lạc trên cả dải tần

13

* Trinh sát vô tuyến và truyền thông tin giả: Đối phương có thể có các thiết bị

dò tìm và phát hiện tần số làm việc, dạng điều chế của ta, chúng có thể bí mậtthu thập tin tức từ các cuộc liên lạc của ta Và khi đó chúng theo dõi biết đượcdấu hiệu hiệp đồng, thời điểm, địa bàn hoạt động của ta, chúng có thể phátmệnh lệnh giả của cấp trên hoặc báo cáo giả của cấp dưới để gây rối loạn trong

hệ thống chỉ huy của ta

Hiệu quả mệnh lệnh của người chỉ huy phụ thuộc phần lớn vào độ trungthực của tin tức, tức là phải làm sao cho A' gần với A, B' gần với B Điều nàyphụ thuộc chủ yếu vào các yếu tố kỹ thuật sau:

- Phương pháp điều chế tin tức

- Thời gian truyền, nhận tin tức

- Công xuất máy phát

- Phương thức duy trì liên lạc

Các cuộc chiến tranh gần đây cho thấy vai trò quan trọng của trang bị điện

tử nói chung và trang bị thông tin liên lạc vô tuyến nói riêng Trong điều kiệnđối phương được trang bị các thiết bị gây nhiễu hiện đại trên dải tần rộng, ưuthế về công suất, để bảo đảm được thông tin liên lạc chính xác, kịp thời, bí mật,

an toàn là một nhiệm vụ rất khó khăn, đòi hỏi phải có chiến thuật thông tin hợp

lý, có các biện pháp về tổ chức và kỹ thuật khoa học, đồng thời cũng yêu cầu cónhững trang thiết bị hiện đại, có nhiều tính năng mạnh trong biên chế của quânđội ta Điện đài SCN cấp chiến thuật dùng trong tác chiến hiện đại cũng cầnphải có những tính năng hiện đại đó

3 Các yêu cầu tính năng đối với điện đài SCN cấp chiến thuật trong tác chiến hiện đại.

Để đảm bảo thông tin liên lạc như đã nêu ở phần 1 và để khắc phục ảnh

hưởng của tác chiến điện tử của địch, yêu cầu điện đài SCN cấp chiến thuật cần

có các tính năng như sau:

* Điện đài SCN cấp chiến thuật cần có dải tần rộng, có nhiều đường sóng công tác, có khả năng thay đổi tần số công tác nhanh chóng Yêu cầu này xuất phát

từ thực tiễn hiện nay, kẻ địch được trang bị các phương tiện trinh sát, tác chiếnđiện tử hiện đại Đối phương có thể gây nhiễu chế áp, trinh sát phát hiện nghetrộm thông tin của ta Do vậy, để tránh được nhiễu, để giữ bí mật tin tức quân sự

mà vẫn duy trì được liên lạc thông suốt thì đòi hỏi công tác tổ chức hiệp đồngthông tin càng phải chặt chẽ, cần phải tổ chức càng nhiều đường thông tin vuhồi, dự trữ Trường hợp đối phương gây nhiễu ngắm, nhiễu trượt, người chiến

sỹ sử dụng điện đài phải liên tục thay đổi tần số hoạt động trên một dải tần rộng.Tính chất khẩn trương của chiến đấu chiến thuật yêu cầu thao tác chuyểnđổi tần số cần đơn giản nhất, thuận lợi nhất cho người sử dụng Đây là yêu cầuđối với thiết kế điện đài SCN phải tối ưu hoá về giao diện sử dụng, nhưng phảitối đa về khả năng tự động điều chỉnh tần số, tự thiết lập các chế độ thích nghi,

tự chọn băng tần công tác, … Bằng các biện pháp kỹ thuật mới, ứng dụng cáccông nghệ mới, ngày nay người ta đã chế tạo được những điện đài SCN đáp ứngđược các yêu cầu trên (phần này sẽ được trình bày chi tiết hơn ở chương II)

* Yêu cầu điện đài SCN phải có cấu trúc linh hoạt, có khả năng thích nghi trong các điều kiện chiến đấu khác nhau Xây dựng thiết bị điện tử có nhiều

tính năng tích hợp trên một cấu trúc mở để người sử dụng có thể lựa chọn cấuhình thích hợp là xu hướng chung của các thiết kế hiện đại hiện nay Đối vớiđiện đài SCN cấp chiến thuật nhiệm vụ chính của nó là bảo đảm thông tin thôngsuốt trong thời gian xảy ra tác chiến Đối tượng quan tâm nhất là thiết bị gâynhiễu chế áp, trinh sát điện tử và thông tin giả từ phía đối phương Trong trường

15

hợp đối phương trinh sát bằng các thiết bị vô tuyến hiện đại để lấy trộm tin tứchoặc phát nhiễu chế áp thì người ta thường sử dụng các biện pháp sau để phòngchống:

- Điều chỉnh công suất phù hợp

- Sử dụng phương thức truyền tin nhanh để rút ngắn thời gian liên lạc

- Sử dụng bộ mã thoại

- Thay đổi tần số liên tục (nhảy tần)

- Thay đổi điều chế

- Thay đổi phân cực

và tỷ lệ thuận với khối lượng, kích thước của điện đài

Trong trường hợp đối phương trinh sát lấy cắp tin tức, thì thời gian truyềntin càng nhỏ bao nhiêu thì tính bảo mật sẽ càng cao bấy nhiêu Phương pháptruyền tin bằng tín hiệu thoại rất dễ bị lộ, lúc này sử dụng phương pháp truyềntin dưới dạng dữ liệu sẽ rất nhanh và hiệu quả hơn Những dòng lệnh ngắn gọn

được soạn thảo trực tiếp nhờ một modul lắp ngoài hoặc được nhập từ trước trậnchiến đấu vào bộ nhớ theo quy định của người chỉ huy Từ đó cũng có thể dễdàng mã hoá bảo mật thông tin hơn (phần này sẽ được trình bày chi tiết hơn ởchương III).

Trường hợp bắt buộc phải dùng tín hiệu thoại, hiện nay nước ta cũng đãnghiên cứu chế tạo được bộ mã thoại cho thiết bị vô tuyến Với điện đài mangxách cấp chiến thuật thì lắp modul mã thoại bên ngoài khi cần thiết sẽ phù hợphơn là thiết kế cứng trong máy

Trong chiến đấu, điện đài mang xách của các bộ phận thường do điện đàiviên mang trực tiếp đi theo người chỉ huy bộ phận, còn điện đài của bộ phận sởchỉ huy (ở dưới hầm) thường không ở ngay trong sở chỉ huy mà được đặt lênmột vị trí cao Ngoài ra để tránh hỏa lực của địch, bảo vệ sinh mạng cho bộ độikhi địch trinh sát vô tuyến phát hiện hiện vị trí của điện đài thì điện đài cần cótính năng điều khiển xa bằng đôi dây cáp để có thể đặt điện đài ở một vị trí cách

Xuất phát từ yêu cầu chiến thuật thông tin của bộ đội ta, từ hành động củangười chiến sỹ trên chiến trường có thể rút ra yêu cầu tính năng đối với điện đàiSCN cấp chiến thuật trong chiến tranh hiện đại như sau:

- Dải tần số công tác rộng

17

- Khả năng thay đổi tần số công tác nhanh, có tính năng nhớ tần số.

- Có thể thay đổi công suất phát tương ứng với cự ly liên lạc

- Có thể kết hợp 2 máy để tạo thành một trạm chuyển tiếp tự động

- Có tính năng điều khiển xa

- Truyền tin nhanh dưới dạng tin ngắn khi lắp thêm modul truyền dữ liệu

- Có khả năng mã hóa, bảo mật tín hiệu thoại khi lắp thêm modul mã thoại

- Giao diện đơn giản, triển khai tiện lợi nhanh chóng, dễ dàng cho thao táccủa người sử dụng

- Kích thước, trọng lượng gọn nhẹ Kết cấu cơ khí vững chắc, chống đượcrung, va đập và ảnh hưởng của điều kiện khí hậu môi trường khắc nghiệt

- Tiêu thụ nguồn tiết kiệm

Trên đây là các tính năng không bắt buộc đối với một máy thu phát vôtuyến SCN bình thường nhưng với điện đài quân sự, với mỗi trận đánh khácnhau, có những yêu cầu chiến thuật khác nhau thì cần phải có thêm một vài tínhnăng này để có thể đáp ứng được nhiệm vụ bảo đảm liên lạc được thông suốt

Vì vậy yêu cầu điện đài phải có khả năng thay đổi, tăng thêm tính năng mộtcách linh hoạt theo cấu hình

*Yêu cầu bộ tổng hợp tần số: Tổng hợp mạng tần số là phương pháp tạo ra

một hay nhiều tần số từ một hay nhiều dao động cho trước có độ ổn định và độchính xác tần số cao Tổng hợp mạng tần số được tiến hành bằng cách cộng, trừ,nhân, chia cá tần số cho trước theo một nguyên tắc nào đó Các thành phần thamgia vào các quá trình cộng, trừ, nhân, chia tần số tạo thành hệ thống tổng hợptần số hay gọi là bộ tổng hợp tần số Trong kỹ thuật thông tin hiện đại để thiết bịthu phát vô tuyến có thể thực hiện thông tin liên lạc tin cậy, bắt đầu liên lạckhông phải tìm kiếm, trong quá trình liên lạc không phải vi chỉnh tần số, thì bộtổng hợp tần số phải đạt các yêu cầu sau:

- Làm việc trong dải tần từ fmin ÷ fmax tương đối rộng thoả mãn được cácyêu cầu đề ra, với số lượng thạch anh là ít nhất

- Đảm bảo độ ổn định tần số và độ chính xác tần số cao.

- Loại bỏ đến mức thấp nhất các dao động phụ sinh ra do quá trình biến đổitần số Mức dao động phụ nhỏ hơn ( 20÷ 40)dB so với dao động chính Ngoài racòn phải đảm bảo các yêu cầu sau:

• Thời gian thiết lập tần số nhanh và chính xác

• Có khả năng điều chỉnh và chọn tần số tự động

• Kích thước trọng lượng nhỏ, mođun hoá bộ tổng hợp tần số để thuận tiệncho việc sửa chữa thay thế

• Giá thành hạ, tiêu tốn ít nguồn, dễ điều khiển

Nghiên cứu, áp dụng các giải pháp kỹ thuật và công nghệ tiên tiến để chế tạocác bộ tổng hợp tần số mở ra nhiều khả năng mới cho các thiết bị thông tin vôtuyến theo xu hướng phát triển của công nghệ thông tin hiện đại như truyền sốliệu tốc độ cao, truyền fax…Đặc biệt với các thiết bị viễn thông vô tuyếnquân sự ngoài khả năng chống nhiễu và chọn lọc tần số cao còn có thể tựđộng thiết lập tần số công tác, chế độ công tác, tự động điều chỉnh độ chọnlọc, dải thông đầu vào, công suất phát, tự động chuyển đổi tần số công tác khiphát hiện đường truyền xấu hoặc thay đổi tần số thu phát theo chương trìnhcài đặt sẵn…Để thực hiện được những yêu cầu đó cần có những giải pháp đốivới mạng tổng hợp tần số Qua những phân tích trên tôi nhận thấy bộ tổnghợp tần số là một thành phần rất quan trọng trong thiết bị thu phát vô tuyến,

nó có nhiệm vụ tạo ra các tần số làm dao động chủ sóng cho tuyến phát vàdao động ngoại sai cho tuyến thu Chính vì vậy việc nghiên cứu và thiết kế bộtổng hợp tần số cho điện đài sóng cực ngắn- công suất nhỏ cấp chiến thuật làmột yêu cầu cấp thiết và có tầm quan trọng đặc biệt Trong đồ án này tôi thựchiện thiết kế bộ tổng hợp tần số cho các điện đài sóng cực ngắn – công suấtnhỏ cấp chiến thuật theo phương pháp tổng hợp số trực tiếp. Ch¬ng 3

thiÕt kÕ, chÕ t¹o modun tæ hîp tÇn sè theo ph¬ng

ph¸p tæ hîp sè trùc tiÕp

19

Modun tổ hợp tần số là bộ phận cơ bản quyết định đến việc tạo mạngtần số và ổn định tần số trong các thiết bị thu phát vô tuyến Để thực hiện mụctiêu trọng tâm là đưa ra các giải pháp kỹ thuật để tăng tốc độ thiết lập tần số,nhớ tần số, qua phân tích các phương pháp tổ hợp mạng tần số đã đượcnghiên cứu ở chương trước tôi thấy rằng mỗi phương pháp đều có những ưuđiểm và mhược điểm riêng của nó Để đạt được mục tiêu là tạo ra mạng tần số

có độ chính xác cao, độ ổn định đảm bảo yêu cầu đặt ra tôi tiến đến lựa chọnphương pháp tạo mạng tần số theo phương pháp tổ hợp số trực tiếp điều khiểnvòng lặp khoá pha

1 Cơ sở thiết kế modun tổ hợp tần số:

Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật đặc biệt là kỹ thuật vi xử lý thìviệc chế tạo một modun có tính năng tạo mạng tần số chuẩn có độ chính xác

và độ ổn định cao là hoàn toàn có thể thực hiện được Tuy nhiên vì phải thiết

kế một modun cho loại điện đài sẵn có nên yêu cầu đòi hỏi khắc khe về kíchthước, nguồn nuôi và sự tương thích tín hiệu Do vậy những cơ sở xây dựngmodun phải thoả mãn các yêu cầu trên

1.1 Lựa chọn phương pháp tạo mạng tần số:

Ngày nay khi kỹ thuật điện tử viễn thông ngày càng phát triển thì conngười càng tạo ra rất nhiều phương pháp tạo mạng tần số Có rất nhiềuphương pháp để chế tạo modun tổ hợp tần số Tuỳ theo từng trường hợp cụthể mà người ta sẽ chọn phương pháp thích hợp nhất

Qua nghiên cứu lý thuyết về tổ hợp tần số, cùng với nhiệm vụ thiết kếmột modun tổ hợp tần số có chỉ tiêu xác định tôi nhận thấy rằng: phương pháp

tổ hợp tần số tích cực trên linh kiện số có nhiều ưu điểm nhưng nhược điểm làbước tần lớn Để khắc phục điều này phải giải quyết hai yêu cầu cơ bản của

bộ tổ hợp tần số là phải sử dụng bộ chia có hệ số lớn với nhiều mạch chiahoặc dùng nhiều vòng so pha Điều đó dẫn đến thời gian thiết lập tần số tăng,

Hệ vi xử lý

Kích điện áp thấpLọc

So pha

Hệ vi xử lý

Bộ chia

DDS

khó khăn trong việc tương thích tín hiệu, phức tạp thiết bị Các bộ tổ hợp tần

số ngày nay đã giải quyết được các mâu thuẫn trên bằng cách ứng dụng kỹthuật vi xử lý điều khiển các bộ chia lập trình có hệ số chia lớn mà tốc độ thiếtlập tần số nhanh, độ tin cậy cao, kích thước nhỏ, việc điều khiển thuận tiện

Để tạo ra mạng tần số có độ chính xác và độ ổn định tần số cao bên cạnh lựachọn các bộ chia lập trình được tích hợp trên một vòng lặp khoá pha mà cònphải lựa chọn bộ dao động chuẩn bằng cách ứng dụng bộ tổ hợp số trực tiếpDDS Hình 3.1 mô tả sơ đồ khối modun tổ hợp tần số bằng phương pháp ứngdụng kỹ thuật vi xử lý

f ra

Hình 3.1: Sơ đồ khối modun tổng hợp tần số dùng vi xử lý

Đi cùng với sự lựa chọn phương pháp xây dựng modun tổ hợp tần sốbằng vi xử lý là cần phải thiết kế một tần số dao động có độ chính xác và độ

ổn định tần số cao Qua nghiên cứu ở trên tôi thấy phương pháp tổ hợp tần sốkết hợp giữa tổng hợp số trực tiếp DDS với vòng lặp khoá pha PLL khôngnhững tạo ra mạng tần số có độ ổn định và độ chính xác cao mà còn cho phéptạo ra những tần số dao động chuẩn có độ chính xác cao Tuy phương phápnày có nhược điểm hạn chế khả năng tạo ra tần số bất kỳ của DDS nhưng có

21

Hình 3.2:Sơ đồ khối của modun tổng hợp tần số

Với cấu trúc này thì tín hiệu đầu ra của DDS là một trong những tínhiệu đầu vào của khối tách sóng pha Cấu trúc này cho phép ta thu được dảitần số vô tuyến trong khi vẫn duy trì được bước dịch tần nhỏ (có thể là hàngmmHz) Trong phương pháp này thì tốc độ nhảy tần của DDS được rút ngắnbởi thời gian thiết lập tần số của PLL và tránh được hiện tượng vượt nhiễuxung của vòng lặp khóa pha Với giao diện mới này sẽ được nghiên cứu xâydựng phù hợp hơn cho thao tác sử dụng điện đài và phương thức tổ chức liênlạc trong chiến đấu cấp chiến thuật ngoài ra còn cho phép linh hoạt mở rộngtính năng cho điện đài

1.2: Lựa chọn công nghệ:

Các sản phẩm điện tử viễn thông hiện đại ngày nay cho thấy, xu hướngtích hợp cao, modun hóa về cấu trúc mềm dẻo hóa về ứng dụng đang là mộthướng đi hiện đại, mang lại nhiều hiệu quả thiết thực Mặt khác trong ứngdụng này cần tối thiểu nhất về cấu trúc mà không quá yêu cầu khắt khe về

thời gian xử lý Do đó các chức năng cần được tích hợp bởi một hàm lượngphần mềm tối đa nhất trên tinh thần đó,cùng với những yêu cầu modun phảiđạt độ tương thích cao với điện đài, tôi đã đi đến lựa chọn linh kiện có mật độtích hợp cao để bộ tổ hợp tần số có cấu hình phần cứng tối thiểu nhất.

Trên thị trường hiện có nhiều linh kiện có thể đáp ứng được yêu cầuchế tạo bộ tổ hợp tần số Sự lựa chọn của tôi là dùng Onchip loại AT89c52

để điều khiển toàn bộ hoạt động của modun Các bộ chia lập trình , bộ sopha , bộ dao động chuẩn được tích hợp trên 1 IC LMX1501A ICLMX1501A

là một bộ tổ hợp tần số cơ hệ số chia N cho tần số ra trong dải (0÷ 262.143).Điều khiển IC thông qua 1 thanh ghi 19 bit và có 2 bộ chia 14 bit và 8 bit chophép tạo ra dải tần số có độ ổn định cao và khả năng thiết lập tần số nhanh.Bên cạnh đó khối tạo dao động chuẩn được tích hợp trên 1 IC loại AD9850.BRF IC AD9850.BRF là một thiết bị có độ tích hợp cao sử dụng các ưuđiểm trong công nghệ tổ hợp số trực tiếp DDS và kết hợp với các bộ so pha,chuyển đổi DA tốc độ cao Do vậy AD9850.BRF tạo ra bước dịch tần là0,0291Hz với tần số vào là 125Mhz và có khả năng tạo ra 23 triệu tần sốtrong một giây

Nhờ khả năng làm việc phong phú của bộ vi xử lý onchip nên ngoàichức năng tổ hợp tần số còn cho phép xây dựng thêm cho modun các chứcnăng mới, từ đó làm tăng thêm tính năng chiến thuật cho điện đài Các tínhnăng này chủ yếu thực hiện trên cơ sở phần mềm nên sẽ không làm cho cấutrúc phức tạp thêm quá nhiều

Trong chỉ huy tác chiến cũng như chiến đấu hiệp đồng cấp chiến thuậtđòi hỏi việc chuyển tần số liên lạc với tần suất lớn, thời gian nhanh chóng, có

dự trữ tần số khi mất liên lạc Khả năng nhớ tần số sẽ là một tính năng mạnhcủa điện đài để đáp ứng các yêu cầu này Muốn thêm chức năng đó, xét vềphần cứng modun chỉ cần thêm một IC loại AT24c64 Với phương pháp tạomạng tần số bằng việc kết hợp giữa tổng hợp số trực tiếp và điều khiển hệ số

23

chia có lập trình, ta có thể xây dựng cho điện đài chế độ thu quét Chế độ nàyđược hỗ trợ một cổng truyền nối tiếp Đây sẽ là cơ sở để thực hiện một giaodiện cổng truyền nối tiếp để điện đài có thêm chức năng truyền số liệu khiphối ghép với máy tính PC hoặc một modun chuyên dụng khác Dùng vi xử

lý, điều khiển modun bằng phần mềm còn cho khả năng giữ nguyên phầncứng và thay đổi chức năng modun bằng cách thay đổi phần mềm điều này

có ý nghĩa rất lớn cho việc ứng dụng trong các điện đài SCN-CSN khác đangtồn tại trong quân đội ta

2 Xây dựng sơ đồ khối modun tổ hợp tần số:

Ổn áp

5V

Modun Điều Khiển

Modun Trung Tâm

12.6V

Qua phân tích nguyên lý hoạt động, ưu khuyết điểm của các phươngpháp tổ hợp tần số ở chương 2 , đồng thời so sánh với các yêu cầu chỉ tiêu kỹthuật đặt ra ta chọn phương án xây dựng bộ tổ hợp tần số theo phương phápDDS điều khiển PLL Phương pháp này cho ta một số ưu điểm nổi bật hơn sovới các phương pháp trước đây vẫn còn tồn tại

-Tạo ra dải tần rộng, độ ổn định tần số rất cao bước dịch tần nhỏ có khiđến hàng mmHz

-Thiết kế chế tạo đơn giản , trọng lượng , kích thước nhỏ, thuận tiện choviệc lăp đặt thay thế

-Công suất tiêu thụ nhỏ

Trên cơ sở lý thuyết kết hợp với những yêu cầu về chỉ tiêu kỹ thuật đã đượcxây dựng ở trên chúng tôi xây dựng sơ đồ khối như hình 3.3

25

Hình 3.3: Sơ đồ khối modun tổng hợp tần số

xung phản ánh sự sai khác pha giữa hai dao động cực tính của xung phản ánh

sự hơn kém pha tương ứng của hai dao động, độ rộng xung phản ánh độ lệch

pha , độ lệch pha càng lớn thì độ rộng xung càng lớn khi hai dao động cùngpha thì độ rộng xung bằng 0.

•Bộ khuyếch đại và lọc thông thấp

Khối này có chức năng nhận tín hiệu sau so pha và biến đổi thành tínhiệu điện áp thăng giáng tùy thuộc vào sự sai khác pha giữa hai dao động đầuvào so pha Để tương thích với đặc điểm của VCO về tín hiệu điện áp thì giátrị hệ số khuyếch đại phải được tính toán cho phù hợp để đạt yều cầu tìm

kiếm dao động Khi hai dao động(

Khối D/A được nuôi bằng nguồn 26V một chiều, có nhiệm vụ biến đổitín hiệu điều khiển từ hệ vi xử lý thành điện áp tương ứng Đầu ra của khốiD/A được đưa đến phần tử kháng trong VCO để đặt trước tần số đồng thờiđiện áp này được đưa tới điều khiển điện áp đặt lên VARICAP của bộ lọc dải

và điều hưởng bộ lọc cao tần

•Giao diện điều khiển:

Khối giao diện điều khiển gồm các phím có nhiệm vụ tiếp nhận cácthao tác của người sử dụng: thiết lập tần số, thao tác đặt tần số, nhớ tần số,thao tác đặt chế độ thu quét, biến thành dữ liệu dạng số tương ứng đến hệ vi

xử lý

•Khối hiển thị:

27

Dùng loại màn hình tinh thể lỏng loại LCD16x4 có khả năng hiển thịtext để hiển thị tần số, hiển thị các chế độ làm việc tương ứng của điện đài.

Có đặc điểm tương thích tốt với OnChip, tiết kiệm năng lượng , phù hợp vớiđiều kiện quân sự

•Bộ nhớ EEPROM AT24c64

Đây là loại chip nhớ có thể ghi xóa bằng điện , giao tiếp nối tiếp vớiOnChip và có dung lượng nhớ 8Kbyte Với dung lượng này cho phép ta lưutrữ rất nhiều tần số

•Khối ổn áp:

Bằng thực nghiệm cho thấy việc sử dụng modun mới với số lượng linhkiện ít, tiêu tốn năng lượng ít cho phép mạch tổng hợp tần số làm việc vớinguồn 9V

Khối ổn áp thực hiện chức năng biến đổi điện áp từ nguồn acqui thànhđiện áp ổn định cho bộ biến đổi D/A

•Khối tổ hợp tần số trực tiếp.

Khối tổ hợp tần số trực tiếp DDS là khối điều khiển số có chức năngtạo ra một dải tần số tương tự từ một tần số chuẩn đầu vào Khối này tạo racho ta các tần số có độ chính xác cao, độ ổn định cao về nhiệt độ và thời gian,điều chỉnh băng rộng, điều chỉnh tần số liên tục theo pha Khối này có nhiệm

vụ tạo ra một lưới tần số có độ dịch tần nhỏ Tốc độ của đồng hồ là 125MHz

và có khả năng thiết lập 23 triệu tần số trong một giây và độ chính xác đạt ¼

tỉ Sự điều khiển khối tổng hợp số trực tiếp được thực hiện bởi việc nạp dữliệu vào thanh ghi thông qua các cổng nối tiếp hoặc song song

•Hệ vi xử lý:

Hệ vi xử lý của modun tổ hợp tần số gồm 2 OnChip AT89c52 có nhiệm

vụ tiếp nhận dữ liệu từ người dùng , tính toán các hệ số chia M, N và đưa racác bộ chia, đưa dữ liệu ra hiển thị, tính toán đưa ra dữ liệu tới bộ biến đổi

D/A, đặt tần số cho bộ tổ hợp số trực tiếp Ngoài ra hệ vi xử lý còn có chứcnăng nhận dữ liệu điều khiển nhớ tần số, thu quét tần số.

•Hoạt động tạo tần số:

Khối VCO là bộ dao động có tần số ổn định phụ thuộc vào thiên áp ngoài Tín hiệu ra của VCO là tín hiệu tần số cần tạo ra và là đối tượng cần điều khiển Tần số ra khi thiên áp vào VCO bằng 0V là tần số tự nhiên f 0còn khi thiên áp thay đổi gây nên sự lệch tần ∆f

), dao động chuẩn sau khi qua bộ

chia biến đổi M tạo ra tần số (

M

f ch) Hệ vi xử lý sau khi nhận dữ liệu vào

ngoài việc tạo ra tần số sau DDS thì nó cần phải tính toán đưa ra các hệ số

chia M, N sao cho

) đưa vào so pha, sự khác pha sẽ tạo trên đầu

ra so pha một chuỗi xung, sự hơn kém nhau về pha sẽ quyết định độ rộng củaxung Như vậy đầu ra so pha là một chuỗi xung, qua khuyếch đại biên độ các

29

xung được tăng lên Qua lọc thấp thích hợp, thực chất là bộ tích phân nếu tínhiệu ra sẽ có dạng thăng giáng tùy theo cực tính xung Nếu các xung trong

chuỗi xung đều có độ rộng bằng 0 , tức là đạt được đẳng thức(

) thì đầu ra bộ lọc sẽ là điện áp một chiều

Điện áp đầu ra bộ lọc thấp được đưa đến điều chỉnh phần tử kháng trên VCO

để lôi kéo f ra về giá trị (

M

f chN + f

dds ) Nhưng vì dải biến thiên của điện ápthăng giáng sau bộ lọc thấp có giới hạn nên khả năng lôi kéo này cũng chỉ cótrong một phạm vi nhất định , vậy nên với mỗi tần số cần đặt trước một điện

áp tương ứng lên VCO để đưa f ra về gần giá trị (

M

f chN+ f

dds) vào dải bắt củavòng so pha Hệ vi xử lý sẽ phải tính toán để đưa dữ liệu điều khiển đến bộbiến đổi D/A đầu ra D/A sẽ đưa 1 tín hiệu đặt trước lên VCO

Ví dụ: Ta cần tạo ra tần số ra có f ra = 60MHz và sử dụng tần số f ch=125MHz và ta đặt tần số fdds = 15MHz như vậy để tạo ra tần số f ra =60MHz có bước dịch tần 5KHz thì hệ vi xử lý phải tính toán hệ số chia N =

9000 và M=25000 Như vậy tần số ra khi đó là f ra=

Như vậy tần số được tạo ra qua hai bước :thô chọn tần số và tìm kiếm , lôi

kéo, giữ tần số fra về tần số(

M

f chN + f

dds ) nhờ vòng khóa pha

3 Xây dựng sơ đồ nguyên lý cho modun tổ hợp tần số.

Từ việc xây dựng sơ đồ khối với các chức năng của modun và phương ánthiết kế đã nêu ở trên, ta có thể xây dựng sơ đồ nguyên lý như hình 3.4 vàhình 3.5

3.1 Tổng hợp số trực tiếp

Mạch này dùng IC AD9850BRF của hãng Analog device cho phép tạo racác tín hiệu điều hoà hình sin có độ chính xác và độ phân giải cao Sơ đồ kếtnối đến μP của IC ADF 9850BRF được thể hiện trên hình 3.6

Hình 3.6: Sơ đồ kết nối với μP của IC ADF 9850BRF

Mạch này có nhiệm vụ tạo ra các tần số(10 ÷ 19.999)MHz, nhận dữ liệu đặttần số từ hệ vi xử lý IC AD9850 là một IC có thể lập trình và điều khiểnđược, do vậy quá trình hoạt động của nó được điều khiển bởi OnChip.AD9850BRF là thiết bị tổng hợp số trực tiếp và là một bộ dao động được điềukhiển dưới dạng số gồm một bộ tích lũy pha, bảng chuyển đổi pha sang biên

độ, và một bộ chuyển đổi D/A 10bit Khi nguồn tần số chuẩn đầu vào có độchính xác cao, AD9850BRF sẽ tạo ra một tín hiệu hình sin có độ sạch phổcao, sóng đầu ra có dạng hình sin chuẩn AD9850BRF có thể giao tiếp với

31

OnChip qua chế độ nối tiếp hoặc song song tuỳ thuộc vào việc đặt chế độtrong thanh ghi có sẵn trong IC IC AD9850BRF có khả năng tạo ra một tần

số bất kỳ có độ chính xác cao và độ méo nhỏ Tất cả các tần số được tạo trongAD9850 đều được tạo ra từ dao động thạch anh 125MHz mắc ở bên ngoài

Để tạo ra một tần số thì OnChip 2 sẽ phát từ điều khiển tần số đến cổng D7(chân 25)của AD9850 Dữ liệu này được ghi vào thanh ghi dữ liệu đầu vào40bit, sau đó được đưa vào 2 thanh ghi tích lũy pha 32bit và thanh ghi điềukhiển 8bit.(bên trong IC AD9850 có sẵn 2 thanh ghi lựa chọn tần số 16bit, 1

bộ chọn pha và 4 thanh ghi dịch pha 8 bit ) tín hiệu số dưới dạng mã nhị phânđược nạp vào 2 thanh ghi tần số 16bit, tại đây dữ liệu được đưa vào bộ tíchlũy pha 32bit Đây là một mạch có chức năng chia tần số, và độ phân giải cótần số ra phụ thuộc vào kết quả của việc chia f chcho (232) Bộ tích lũy pha

là bộ đếm thay đổi được mà bộ đếm này có khả năng lưu trữ các từ thiết lậptần số tại mỗi chu kỳ xung đồng hồ Trong mỗi chu kỳ, đầu ra của bộ tích lũypha thể hiện pha của sóng sin đầu ra với giá trị ″0” tương ứng với “0” radian

và giá trị “1” tương ứng với 2π radian Tín hiệu này là dạng răng cưa có tần

số bằng tần số của sóng sin đầu ra Sau đó tín hiệu này được đưa tới bộchuyển đổi giá trị pha số thành giá trị biên độ số Khối chuyển đổi pha sốsang biên độ số thực hiện chuyển đổi 14bit cao của đầu ra của khối tích lũypha và tạo ra 12 bit biên độ số tương ứng, 12 bit này quyết định bước dịch tầncủa các mạch tiếp theo thường là mạch chuyển đổi số sang tương tự, 18 bitthấp được cắt bỏ để giảm bớt độ phức tạp của khối chuyển đổi pha số sangbiên độ số Chức năng trong mạch này được thực hiện nhờ một bảng chứa giátrị biên độ tương ứng được chứa sẵn trong bộ nhớ Tín hiệu hình sin của tần

số ra dưới dạng biên độ số đưa sang bộ chuyển đổi số sang tương tự 10 bit Khối này có chức năng chuyển đổi các giá trị biên độ số sang tín hiệu tương

tự Bộ chuyển đổi D/A thực hiện dựa trên định luật lấy mẫu Nyquist, đặc biệt