CHƯƠNG 6 KỸ THUẬT VÔ TUYẾN ĐIỆN

1.1.1 Giới thiệu kỹ thuật vô tuyến điện (VTĐ) Vô tuyến điện là một ngành kĩ thuật có chức năng đảm bảo thông tin liên lạc mà không cần có sự hỗ trợ của hệ thống dây dẫn giữa hai địa điểm thu và phát. Nói cách khác, quá trình thu phát thông tin sẽ được thực hiện thông qua khoảng không gian.

CHƯƠNG MÁY PHÁT VÔ TUYẾN ĐIỆN 134 _ CHƯƠNG MÁY PHÁT VƠ TUYẾN ĐIỆN 1.1CÁC CHỈ TIÊU CƠ BẢN Cơng suất máy phát cơng suất sóng mang đưa anten máy phát chưa có điều chế (P0) Cơng suất tiêu thụ cơng suất máy phát lấy từ nguồn điện bên ngồi (P) Hiệu suất làm việc: η = P0 /P (%) Dải tần làm việc dải tần số sóng mang máy phát Độ ổn định tần số: • Độ khơng ổn định tần số tuyệt đối : ∆f = flv – ftt flv - tần số làm việc máy phát ; ftt - tần số thực tế máy phát • Độ khơng ổn định tần số tương đối: σ = ∆f/f Phương pháp điều chế: AM, FM, PM, SSB,… Chế độ làm việc: chế độ làm việc máy phát tương ứng với chế độ làm việc máy thu Nó phụ thuộc vào yếu tố sau :  Dạng tín hiệu liên lạc  Phương pháp điều chế sóng mang  Phương thức liên lạc 1.2 MÁY PHÁT VƠ TUYẾN ĐIỆN BÁO ĐƠN GIẢN 1.2.1 Sơ đồ khối Manip làm việc biến đổi tín hiệu đầu vào Nhờ Manip người hiệu thính viên, điện báo biến đổi thành tín hiệu điện tương ứng Phụ thuộc vào phương pháp điều chế mà tín hiệu điện đưa tới phần khác máy phát để điều chế ba tham số sóng mang Ngồi manip, biến đổi đầu vào máy truyền điện báo, _ GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT VTĐ - TRƯỜNG ĐHGTVT Tp HCM CHƯƠNG MÁY PHÁT VÔ TUYẾN ĐIỆN 135 _ Tạo sóng mang Khuếch đại cao tần Khuếch đại cơng suất AM PM/FM Mạch điều chế Điện báo Manip Hình 6.1 Sơ đồ khối máy phát điện báo đơn giản 1.2.2 Sơ đồ ngun lý V Đèn điện tử cực có nhiệm vụ khuếch đại dao động sóng mang đưa từ tạo sóng mang qua biến áp Tp đếnManíp lưới điều khiển đèn Mạch dao động L,C Cp2 động cảm ứng cộng hưởng tần số sóng mang tải tầng Dao qua cuộn LA để đưa tới +EAanten phát xạ ngồi khơng gian dạng sóng điện từ Maníp nhấn cung cấp nguồn E A cho đèn, nhả khơng cấp nguồn đèn thơi khơng việc Kết có chùm Tp Clàm p1 C L sóng điện từ gửi đi, độ rộng tương ứng với thời gian nhấn maníp.LA Từ tạo sóng mang Tín hiệu trường hợp có dạng AM CK _ RK GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT VTĐ - TRƯỜNG ĐHGTVT Tp HCM Hình 6.2 Sơ đồ ngun lý máy phát VTĐ báo đơn giản CHƯƠNG MÁY PHÁT VÔ TUYẾN ĐIỆN 136 _ Nhận xét : tiếp điểm maníp đấu trực tiếp với nguồn điện áp cao E A ( lên đến hàng nghìn vơn ) nên khơng an tòan cho người sử dụng Để khắc phục người ta cải tiến mạch sau 1.3 MÁY PHÁT VƠ TUYẾN ĐIỆN THOẠI Chủ sóng P11 P Đệm PM/FM Khuếch đại micro Maníp + E Bội tần Khuếch đại cao tần Khuếch đại cơng suất AM Maníp dùng để khống chế rơ le P Mạchvới nguồn điện áp thấp (12 V) đấu điều chế Tiếp điểm P11 rơ le dùng thay cho tiếp điểm maníp Hình 6.3 Sơ đồ khối máy phát vơ tuyến thoại Tầng chủ sóng có nhiệm vụ tạo nên dao động cao f nf Bội tần tầng có độ ổn định cao Tầng đệm chế tạo để loại bỏ ảnh hưởng tầng khác tới độ ổn định tần số tầng chủ sóng Thơng thường, để đạt độ ổn Hình 6.4 Khối nhân tần định tần số cao, dao dộng cao tần khơng nên có tần số q cao Vì vậy, để thu sóng mang có tần số lớn người ta dùng tầng bội tần (hay nhân tần) Ở đầu vào dao dộng cao tần có tần số f bị làm méo dạng để sinh hài (nf) Ở đầu ra, người ta đặt mạch lọc LC cộng hưởng hài để lọc _ GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT VTĐ - TRƯỜNG ĐHGTVT Tp HCM CHƯƠNG MÁY PHÁT VÔ TUYẾN ĐIỆN 137 _ sóng mang cần thiết Thơng thường người ta lấy hài bậc hai ba Nếu cần có sóng mang có tần số cao dùng nhiều tần bội tần 1.4 ĐIỀU CHẾ SĨNG MANG Như biết, lý thuyết ta đưa thẳng tín hiệu điện anten để xạ ngồi Tuy nhiên gặp phải hai khó khăn: + Hệ thống anten q cồng kềnh + Khơng tách tín hiệu cần thu khỏi nhiễu Vì vậy, người ta cần dùng sóng mang phương tiện vận chuyển tín hiệu điện xa Phương pháp ghép nối gọi điều chế Người ta nói: tín hiệu điện điều chế sóng mang hay sóng mang bị điều chế tín hiệu điện Phụ thuộc vào tham số sóng mang bị biến đổi mà người ta phân phương pháp điều chế biên độ (điều biên): AM; điều chế tần số (điều tần): FM; điều chế pha (điều pha): PM 1.4.1 Điều chế biên độ (AM: Amplitude modulation) um(t) t u0(t) a) Tín hiệu điện t uAM(t) b) Sóng mang cao tần Ở phương pháp này, biên độ sóng mang thay đổi theo qui luật phù hợp với tín hiệu điện Trong hình vẽ ta thấy đường viền biên độ tín hiệu cao tần AM có dạng tín hiệu điện F t c) Tín hiệu điều chế AM Giả sử ta xét tín hiệu điện cần điều chế: u m (t ) = U m cos ω m t sóng mang cao Điều chế tín hiệu AM u (t6.5 ) =U tần có dạng:Hình cos ω t Khi đó, điện áp tín hiệu AM biến đổi theo hàm: u AM = U cos ω t + U m cos ω m t cos ω t Hay ta viết lại sau: _ GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT VTĐ - TRƯỜNG ĐHGTVT Tp HCM CHƯƠNG MÁY PHÁT VÔ TUYẾN ĐIỆN 138 _ u AM = U cos ω t + U0 m A [cos(ω + ω m )t + cos(ω − ω m )t ] Trong đó: mA gọi hệ số điều chế AM (mA≤ 1) Tín hiệu AM điều chế đơn âm gồm thành phần sóng mang hai biên Nhận xét AM: + Cơng suất sóng mang (khơng mang thơng tin) lớn + Cơng suất hai biên cao tần (mang lượng thơng tin nhau) nhỏ phụ thuộc vào hệ số điều chế mA + Băng thơng tín hiệu AM lớn gấp đơi băng thơng biên + Hiệu sử dụng cơng suất cao tần + Tính chống nhiễu kém, đặc biệt bị ảnh hương tượng điều biên ký sinh + Mạch điều chế AM dễ thực hiện, máy thu giải điều chế đơn giản, giá rẻ + AM dùng phát quảng bá MW-SW (Medium Wave-Short Wave), thơng tin AM hàng khơng Điều chế tín hiệu hình truyền hình dạng đặc biệt AM 1.4.2 Điều chế tần số (FM: Frequency modulation) Ở phương pháp này, tần số sóng mang thay đổi theo qui luật phù hợp với tín hiệu điện Trong hình H.66 ta thấy tần số tín hiệu cao tần FM thay đổi: nửa chu kỳ dương tín hiệu điện F tần số tín hiệu cao tần tăng lên, nửa chu kỳ âm giảm xuống um(t) Đặc điểm tín hiệu FM dải thơng rộng, thường sử dụng làm việc băng tần sóng cực ngắn; thơng tin nằm thay đổi tần số nên tượng điều biên ký sinh khơng làm ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu u0(t) a) Tín hiệu điện t b) Sóng mang cao tần uFM(t) t _ GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT VTĐ - TRƯỜNG ĐHGTVT Tp HCM c) Tín hiệu FM t Hình 6.6.Điều chế tín hiệu FM CHƯƠNG MÁY PHÁT VÔ TUYẾN ĐIỆN 139 _ 1.4.3 Điều chế pha (PM: Phase modulation) um(t) t u0(t) t Phương pháp điều chế thường dùng tín hiệu có dạng xung Ở thời điểm bắt đầu hay kết thúc xung tín hiệu điện, pha sóng mang thay đổi 1800 uPM(t) t Hình 6.7 pha 1.4.4 So sánh haiTín loạihiệu tínđiều hiệu AM FM Hai phương pháp điều chế AM FM thường sử dụng nhiều thực tế Mỗi phương pháp có ưu nhược điểm sau: Tín hiệu AM Ưu Tín Hiệu FM Dải tần hẹp nên đạt Chống tượng điều mật độ ghép kênh lớn biên ký sinh, cho chất lượng _ GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT VTĐ - TRƯỜNG ĐHGTVT Tp HCM CHƯƠNG MÁY PHÁT VÔ TUYẾN ĐIỆN 140 _ tín hiệu cao Nhược Bị ảnh hưởng Dải tần rộng nên mật độ ghép tượng điều biên ký sinh kênh thấp Băng tần MW (Sóng trung: Medium SSW (Sóng cực ngắn: Supper wave) SW (Sóng ngắn: short wave) Short wave) Khi tín hiệu vơ tuyến điện truyền xa, đặc biệt truyền sóng trời (phản xạ nhiều lần từ tầng điện ly từ mặt đất), biên độ bị tác động yếu tố ngoại cảnh sấm, chớp, tia lửa điện Hiện tượng gọi điều biên ký sinh Nếu tín hiệu AM, thơng tin nằm thay đổi biên độ nó, nên ta khơng thể khắc phục tượng Đối với tín hiệu FM, ta sử dụng mạch hạn biên để loại bỏ tượng 1.4.5 Phương pháp điều chế đơn biên (SSB: Single Side Band) F Tín hiệu Hình vẽ bên mơ tả phổ tín hiệu AM Từ hình vẽ ta nhận thấy sau: + Hai biên (Biên (upper side) biên (lower side)) mang lượng thơng tin + Trên thực tế, sóng mang chiếm 70% lượng tín hiệu Do vậy, có 15% lượng gần nửa dải tần tín hiệu AM thực có ích Nếu ta xạ hai biên lượng có ích 100% dải tần tín hiệu giảm 50% f Sóng mang fct f AM Biên Biên f Hình 6.8 Phổ tín hiệu AM Tuy nhiên, để thu tín hiệu SSB, u cầu độ ổn định tần số máy thu máp phát phải cao (σ=10-7) Hiện nay, để phù hợp với u cầu liên lạc loại máy thu/phát có chất lượng khác nhau, người ta sử dụng nhiều cấp độ phương pháp điều chế _ GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT VTĐ - TRƯỜNG ĐHGTVT Tp HCM CHƯƠNG MÁY PHÁT VÔ TUYẾN ĐIỆN 141 _ + AM + SSB: − Biên (Upper side): 100% sóng mang, 70% sóng mang, 30% sóng mang, 0% sóng mang − Biên (Lower side): 100% sóng mang, 70% sóng mang, 30% sóng mang, 0% sóng mang Lưu ý: Sóng mang (Carrier) có tên gọi tín hiệu Pilot (Pilot Signal) ký hiệu PS Chế độ AM sử dụng liên lạc với máy thu/phát hệ cũ Khi dùng chế độ SSB: trường hợp điều kiện liên lạc thuận lợi, ta bỏ hồn tồn sóng mang đi; trường hợp cự ly liên lạc xa hay thời tiết khơng thuận lợi máy phát gửi tồn phần sóng mang 1.5 CÁC PHƯƠNG THỨC LIÊN LẠC Trong hệ thống thu phát VTĐ người ta sử dụng phương thức liên lạc sau 1.5.1 Đơn cơng ( Simplex) Ở phương pháp này, người ta phân biệt hai đầu phát thu Ở đầu phát có máy fct Máy phát VTĐ Đầu phát Máy thu VTĐ phát, đầu thu có máy thu Ta dùng sóng mang để liên lạc Các hệ thống truyền hình, chế độ thu canh, máy NAVTEX sử dụng phương thức Đầu thu _ GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT VTĐ - TRƯỜNG ĐHGTVT Tp HCM CHƯƠNG MÁY PHÁT VÔ TUYẾN ĐIỆN 142 _ 1.5.2 Song cơng (Duplex) Máy phát VTĐ A fct1 Máy phát VTĐ B fct2 Ở phương thức hệ thống liên lạc phân biệt hai đầu A B Mỗi đầu có máy thu phát Trong trường hợp cần dùng hai sóng mang : fct1 fct2 Để đảm bảo an tồn cho máy thu, cần thỏa mãn điều kiện sau Máy Máy thu A Đầu thuB Đầu Đầu A Đầu B VTĐ A VTĐ B Phương thức liên lạc thường dùng trung tâm liên lạc VTĐ 1.5.3 Bán song cơng (Semiduplex) Chuyển mạch anten fct Chuyển mạch anten Máy phát A Máy phát B Máy thu A Máy thu B Đầu A Đầu B Ở phương thức này, đầu A đầu B có máy thu máy phát Tuy nhiên có sóng mang dùng Trong thời điểm có đầu làm việc trạng thái phát, đầu làm việc trạng thái thu Để làm điều đó, người ta dùng chuyển mạch anten, anten đấu với máy thu, máy phát Ngồi ra, chuyển từ phát sang thu, người ta dùng tín hiệu để báo hiệu cho đài đối biết _ GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT VTĐ - TRƯỜNG ĐHGTVT Tp HCM ... _ RK GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT VTĐ - TRƯỜNG ĐHGTVT Tp HCM Hình 6. 2 Sơ đồ ngun lý máy phát VTĐ báo đơn giản CHƯƠNG MÁY PHÁT VÔ TUYẾN ĐIỆN 1 36 _ Nhận xét : tiếp... _ GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT VTĐ - TRƯỜNG ĐHGTVT Tp HCM c) Tín hiệu FM t Hình 6. 6.Điều chế tín hiệu FM CHƯƠNG MÁY PHÁT VÔ TUYẾN ĐIỆN 139 _ 1.4.3 Điều... phương pháp này, tần số sóng mang thay đổi theo qui luật phù hợp với tín hiệu điện Trong hình H .66 ta thấy tần số tín hiệu cao tần FM thay đổi: nửa chu kỳ dương tín hiệu điện F tần số tín hiệu