Xây dựng hệ thống thu phát băng hẹp dải tần UHF có khả năng thay đổi tham số thu phát và các dạng điều chế số khác nhau

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐỖ VĂN HÙNG XÂY DỰNG HỆ THỐNG THU PHÁT BĂNG HẸP DẢI TẦN UHF CÓ KHẢ NĂNG THAY ĐỔI THAM SỐ THU PHÁT VÀ CÁC DẠNG ĐIỀU CHẾ SỐ KHÁC NHAU Ngành: Công nghệ Điện tử - Viễn thông Chuyên ngành:Kỹ thuật điện tử Mã số:60520203 LUẬN VĂN THẠC SỸ NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS BẠCH GIA DƢƠNG Hà Nội - 2015 Mục lục Lời cam đoan Error! Bookmark not defined Lời cảm ơn Error! Bookmark not defined Mục lục Danh sách hình vẽ Error! Bookmark not defined Bảng ký hiệu viết tắt Error! Bookmark not defined MỞ ĐẦU Chương – Tổng quan hệ thống 1.1 Hệ thống thông tin biển 1.2 Xây dựng hệ thống thu phát băng hẹp dải tần UHF có khả thay đổi tham số thu phát dạng điều chế số khác Chương – Kỹ thuật phối hợp trở kháng 2.1 Lý thuyết đường truyền [1] 2.1.1 Cách biểu diễn hệ có phần tử phân bố theo sơ đồ hệ có phần tử tập trung 2.1.2 Phương trình vi phân đường dây Error! Bookmark not defined 2.1.3 Nghiệm phương trình vi phân Error! Bookmark not defined 2.1.4 Đường truyền không tổn hao có mắc tải đầu cuốiError! Bookmark not defined 2.1.5 Tóm tắt số quan hệ định lượng đường dây có sóng đứng Error! Bookmark not defined 2.2 Giản đồ smith [1] Error! Bookmark not defined 2.2.1 Giới thiệu Error! Bookmark not defined 2.2.2 Họ đường tròn đẳng điện trở r: Error! Bookmark not defined 2.2.3 Họ đường tròn đẳng điện kháng x Error! Bookmark not defined 2.2.4 Vòng tròn đẳng || Error! Bookmark not defined 2.2.5 Vòng tròn đẳng S Error! Bookmark not defined 2.3 Một số phương pháp phối hợp trở kháng bảnError! defined Bookmark not 2.3.1 Phối hợp trở kháng dùng phần tử tập trungError! Bookmark not defined 2.3.2 Phối hợp trở kháng dùng dây nhánh Error! Bookmark not defined 2.3.3 Phối hợp trở kháng dùng hai dây nhánh Error! Bookmark not defined 2 2.3.4 Phối hợp trở kháng doạn dây lamda/4Error! defined Bookmark not 2.3.5 Phối hợp trở kháng đoạn dây có chiều dài Error! Bookmark not defined 2.3.6 Phối hợp trở kháng đoạn dây mắc nối tiếpError! Bookmark not defined 2.4 Lý thuyết điều chế giải điều chế số Error! Bookmark not defined 2.4.1 Điều chế FSK Error! Bookmark not defined 2.4.2 Giải điều chế FSK Error! Bookmark not defined 2.4.3 Ưu điểm, nhược điểm điều chế, giải điều chế FSK Error! Bookmark not defined Chương – Thiết kế chế tạo thu phát sử dụng vi mạch ADF7021 tích hợp khuếch đại tạp âm thấp Error! Bookmark not defined 3.1 Bộ khuếch đại tạp âm thấp Error! Bookmark not defined 3.2 ADF7021 Error! Bookmark not defined 3.2.1 Giới thiệu chung ADF7021 Error! Bookmark not defined 3.2.2 Thiết kế chế tạo module ADF7021 Error! Bookmark not defined 3.2.3 Đo đạc kiểm tra hoạt động tuyến thu phát UHF.Error! not defined 3.2.4 Lập trình phần mềm điều khiển ADF7021Error! defined Bookmark Bookmark not Kết luận Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO 10 PHỤ LỤC Error! Bookmark not defined 3 MỞ ĐẦU Vấn đề chủ quyền toàn vẹn lãnh thổ quan tâm đặc biệt Đảng nhà nước Cụ thể tại, tình hình Biển đông ngày phức tạp với tham gia nhiều nước lớn có công nghệ đại, vũ khí tối tân Việc quản lý tầu bè lại hải phận quốc gia đòi hỏi phải thống mã nhận dạng hỏi-đáp để phân biệt tàu thuyền lưu thông hợp pháp hay bất hợp pháp Việc nghiên cứu, thiết kế chế tạo toàn hệ thống thiết bị nhận dạng thống chung cho nước đặt với yêu cầu cấp bách, đòi hỏi phải triển khai nghiên cứu chế tạo triển khai sản xuất ứng dụng đồng sau Việc làm chủ chế tạo thiết bị cho phép mềm dẻo tạo mã nhận dạng cho phương tiện hàng hải phù hợp với mã nhận dạng chuẩn hóa quốc tế tạo mã bí mật cho phương tiện quân ta Với tên đề “Xây dựng hệ thống thu phát băng hẹp dải tần UHF có khả thay đổi tham số thu phát dạng điều chế số khác nhau” Trong khuôn khổ luận văn này, song song với việc nghiên cứu lý thuyết lĩnh vực siêu cao tần hoạt động hệ thống thông tin liên lạc biển luận văn xây dựng cấu trúc thiết kế hệ thống tin băng UHF, chọn lựa linh kiện phù hợp có khả thay đổi tham số thu phát dạng điều chế khác (ADF7201), thiết kế chế tạo thành công thu phát tích hợp vi mạch ADF7201, tích hợp với khuyếch đại tạp âm thấp băng tần UHF đáp ứng đầy đủ yêu cầu độ nhạy máy thu cho hệ thống thu phát kể Do thời gian thực ngắn cộng với vốn kiến thức hạn chế nên luận văn chắn nhiều thiếu sót, em mong nhận góp ý, bảo thầy cô để hoàn thiện viết 4 Chƣơng –Tổng quan hệ thống 1.1 Hệ thống thông tin biển Hiện giới Việt nam ta ,tất phương tiện giao thông biển phải trang bị thiết bị thông tin thu phát tín hiệu nhận dạng, thu phát tín hiệu cứu nạn tín hiệu cấp cứu Để quản lý tầu thuyền giao thông biển hiệp hội hang hải quốc tế có qui định chặt chẽ tần số làm việc, cấu trúc mã tín hiệu sử dụng Khi giao tiếp với đài thông tin biển phải tuân thủ chặt chẽ theo qui định hiệp hội Hàng hải quốc tế Đối với tầu thuyền đánh bắt cá nằm vùng A1 (cách đất liền từ 20 tới 50 hải lý tương ứng với khoảng từ gần 40Km tới 100Km) Yêu cầu đề phải trang bị thiết bị thông tin có yêu cầu chặt chẽ tần số làm việc dải tần HF VHF với công suất phát từ 8W tới 30W Đối với phương tiện hoạt động vùng A2 (cách đất liền từ 150 tới 200 hải lý tương ứng với cự ly hoạt động từ gần 300 Km tới 400 Km), yêu cầu tầu phải trang bị máy thông tin công suất lớn lên tới 400W băng tần MF(Medium Frequency) HF (High Frequency), tích hợp máy thu định vị vệ tinh GPS Đối với vùng A2 yêu cầu phải có phao cứu hộ EPIRB phát tín hiệu báo nạn qua vệ tinh Cospas-sarsat tần số UHF 406MHz Đối với vùng A3(nằm vùng phủ sóng vệ tinh địa tinh Inmarsat từ 70 vĩ độ Bắc tới 70 vĩ độ Nam), tầu thuyền thiết bị thu phát HF công suất lớn, thiết phải trang bị thiết vị thu phát vệ tinh, phải trang bị phao cứu hộ hoạt động dải tần số UHF Trang bị máy thu định vị vệ tinh GPS Ở vùng A3 khuyến khích trang bị máy thu phát qua vệ tinh Inmarsat Các thiết bị thu phát thông tin băng tần số MF, HF, VHF UHF trang bị tầu thuyền đại hóa sản xuất công nghiệp Tầu thuyền giao thông biển tránh thiệt hại gặp rủi ro, trợ giúp cứu nạn vùng A1,A2,A3 Các thiết bị thông tin biển tuân thủ nghiêm ngặt qui định hàng hải quốc tế, tạo điều kiện quản lý phương tiện giao thông biển cứu hộ cứu nạn cần thiết nhận dạng chủ quyền dẫn đường phương tiện toàn cầu Ở Việt nam, nhằm đảm bảo hiệu cao cho công tác tuyên truyền ứng phó với thiên tai, tìm kiếm cứu nạn biển, Vishipel nghiên cứu để nâng cao chất lượng thu phát sóng, đồng thời đề xuất tăng thêm kênh phát để thông tin từ hệ thống Đài Thông tin duyên hải Việt Nam không tiếp cận với ngư dân, người biển qua băng tần HF tần số 7906 kHz Với số lượng 10.000 tàu hàng, 100.000 tàu cá Việt Nam hoạt động biển, 7906 kHz tần số có lưu lượng sử dụng dày đặc, bị can nhiễu lúc Do vậy, cần có tần số bổ sung để thông tin đến với người biển thông suốt, vùng biển tần số 7906 kHz phủ sóng yếu Tuy nhiên, việc tăng thêm kênh phát, triển khai phát vấn đề lớn, mà khó khăn nằm việc đầu tư trang bị thiết bị thu sóng tàu cá Vì vậy, cần có nghiên cứu hỗ trợ Nhà nước 5 Thời gian qua, 7906 kHz tần số quen thuộc ngư dân, người biển Việt Nam Đây kênh quan trọng cung cấp thông tin dự báo thiên tai thời tiết biển, an toàn hàng hải (hướng dẫn an toàn cho tàu thuyền đánh bắt hải sản biển hướng dẫn luồng lạch, vật nguy hiểm trôi biển, vùng biển nguy hiểm…) Các thông tin Hệ thống Đài thông tin duyên hải Việt Nam nhận trực tiếp từ Trung tâm Dự báo khí tượng thuỷ văn Trung ương, phát liên tục tần số 7906 kHz với thời lượng 15 phút phiên Các tầu thuyền biển chủ yếu trang bị hệ thống thông tin ICOM tần số băng tầnHF liên lạc chiều với đất liền Ngoài ảnh hưởng môi trường truyền sóng biển có nhiều biến động, can nhiễu cho trình truyền sóng ảnh hưởng công suất phát thiết bị phát, ảnh hưởng tần số làm việc, ảnh hưởng độ nhạy máy thu trang bị tầu chưa đồng bộ, cự ly liên lạc không ổn định, nhiều tầu thuyền đánh cá ngư dân vùng phủ sóng HF, VHF mà thiết bị thông tin thu phát qua vệ tinh hạn chế, chưa đồng trang bị máy thu GPS tích hợp vào hệ thống thu phát liệu trạng thái tầu thuyền Hệ thống thu phát tín hiệu cấp cứu kênh VHF cho tầu đánh cá nhỏ vừa ngư dân thiếu chưa đồng Hệ thống phát tín hiệu cấp cứu kênh tần số UHF (từ 400MHZ tới 1000MHz) chưa trang bị, điện thoại qua vệ tinh chưa sử dụng Vừa qua tập đoàn viễn thông Viettel trang bị lắp đặt loạt trạm BTS dọc bờ biển kích hoạt gói cước dịch vụ di động See+ gọi nhắn tin để giải trang bị cho ngư dân sử dụng đàm thoại qua mạng di động khơi Hệ thống đáp ứng phần nhu cầu cho ngư dân giao thông biển Hệ thống làm việc băng tần qui hoạch cho mạng di động, vòng tháng có 200.000 thuê bao đăng ký sử dụng dịch vụ See+ Hệ thống hoạt động băng tần dung cho điện thoại di động UHF từ 821 MHz tới 960 MHz băng tần L từ 1710 MHz tới 2000 MHz Tuy nhiên hạn chế công suất phát trạm BTS bờ biển, hạn chế độ nhạy máy thu điện thoại di động can nhiễu truyền sóng biển, cự ly liên lạc hệ thống Viettel cung cấp đảm bảo liên lạc cự ly không 100Km phụ thuộc vào nhiều yếu tố biến môi trường biển Hơn nữa, việc định vị tàu thuyền gập nạn cần cứu trợ khó khăn không tích hợp định vị GPS truyền số liệu tự động thiết bị thông tin liên lạc Vấn đề đặt cần làm chủ công nghệ thiết kế chế tạo, chủ động sản xuất ứng dụng sản phẩm, trang bị đại trà với giá thành hạ cho tầu đánh cá ngư dân Thiết bị thu phát thoại liệu VHF băng S với công suất thiết kế nâng cao phù hợp, với độ nhạy máy thu thiết kế tối ưu, tích hợp GPS truyền thông tin trạng thái tầu thuyền biển, có khả thu phát qua vệ tinh VINASAT Việt Nam sau này, chủ động cho hỗ trợ tìm kiếm tàu thuyền bị nạn nội dung nghiên cứu đề tài 6 Vấn đề đặt cần đưa giải pháp, xây dựng làm chủ công nghệ thiết kế chế tạo hệ thống thu phát tín hiệu thông tin biển (âm thanh, tọa độ…) cho tầu đánh cá ngư dân Thiết bị thu phát thoại liệu có công suất nâng cao phù hợp, với độ nhạy máy thu thiết kế tối ưu, tích hợp GPS truyền thông tin trạng thái tầu thuyền biển, có khả thu phát qua vệ tinh VINASAT Việt Nam sau này, chủ động cho hỗ trợ tìm kiếm tàu thuyền bị nạn 1.2 Xây dựng hệ thống thu phát băng hẹp dải tần UHF có khả thay đổi tham số thu phát dạng điều chế số khác TRANSMITTER GPS Antenna a Module GPS HPA ADF7021 Transmit Antenna Filter Display and Control Audio Processor RECEIVER Receive Antena LNA Signal Processor ADF7021 Display Monitor Control Audio Processor Hình Sơ đồ hệ thống thu phát băng hẹp dải tần UHF a Bên phát:  Module GPS  Thu tín hiệu GPS xuất liệu tọa độ trước đưa vào module ADF  Module ADF7021  Nhận tín hiệu tọa độ, điều chế tín hiệu số tạo tín hiệu RF  Bộ khuếch đại công suất lớn  Trở kháng vào 50 Ohm  Hệ số khuếch đại độ ổn định cao  Bộ lọc  Trở kháng vào 50 Ohm  Băng thông hẹp, tính triệt hài nhiễu cao  Tỷ số sóng đứng thấp  Màn hình điều khiển hiển thị  Điều khiển, thay đổi chế độ ADF7021  Điều khiển kiểm soát công suất phát  Hiển thị mức công suất phát, cảnh báo sóng dội  Tự động tắt có đột biến: dòng, áp, công suất dội…  Anten phát  Trở kháng 50 Ohm  Tỷ số sóng đứng thấp