Thiết kế khối bảo vệ kênh thu RAĐAThiết kế khối bảo vệ kênh thu RAĐAThiết kế khối bảo vệ kênh thu RAĐAThiết kế khối bảo vệ kênh thu RAĐAThiết kế khối bảo vệ kênh thu RAĐAThiết kế khối bảo vệ kênh thu RAĐAThiết kế khối bảo vệ kênh thu RAĐAThiết kế khối bảo vệ kênh thu RAĐAThiết kế khối bảo vệ kênh thu RAĐAThiết kế khối bảo vệ kênh thu RAĐAThiết kế khối bảo vệ kênh thu RAĐAThiết kế khối bảo vệ kênh thu RAĐAThiết kế khối bảo vệ kênh thu RAĐAThiết kế khối bảo vệ kênh thu RAĐAThiết kế khối bảo vệ kênh thu RAĐAThiết kế khối bảo vệ kênh thu RAĐAThiết kế khối bảo vệ kênh thu RAĐAThiết kế khối bảo vệ kênh thu RAĐAThiết kế khối bảo vệ kênh thu RAĐA
HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THƠNG NGUYỄN HOÀNG DƢƠNG THIẾT KẾ KHỐI BẢO VỆ KÊNH THU Chuyên ngành: Kỹ thuật Viễn thơng Mã số: 8.52.02.08 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI – 2018 Luận văn hoàn thành tại: HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THƠNG Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS LÊ NHẬT THĂNG Phản biện 1: Phản biện 2: Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng Vào lúc: ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận văn tại: ‐ Thư viện Học viện Công nghệ Bưu Viễn Thơng MỞ ĐẦU Cùng với phát triển mạnh mẽ công nghệ bán dẫn, cho phép ra-đa đại có khả phát mục tiêu nhỏ hạt mưa hay loại khoáng sản ẩn vỏ trái đất Các mục tiêu thường có tín hiêu phản hồi ra-đa thấp, để xử lý tín hiệu ra-đa sử dụng linh kiện bán dẫn có độ nhạy cao, linh kiện có ngưỡng công suất đầu vào tối đa nhỏ, dễ bị hỏng bị tín hiệu tới khơng mong muốn có cơng suất vượt ngưỡng chịu đựng linh kiện Ngồi tuyến thu/phát ra-đa sử dụng chung ăng-ten, tín hiệu xung phát đài ra-đa đạt đến vài nghìn W vài triệu W [4] Hầu hết tuyến thu/phát đài ra-đa dùng nhiều khối chuyển mạch vòng để cách ly tuyến thu phát, tránh tình trạng tín hiệu phát qua tuyến thu, nhiên tuyến thu ra-đa lại khơng có thiết bị bảo vệ từ ăng-ten trở về, trường hợp tượng phối hợp trở kháng ăng ten làm lượng lớn cơng suất tín hiệu phát bị phản hồi thẳng tuyến thu, điều làm hỏng thâm chí gây cháy nổ thiết bị [2] Xuất phát từ nhu cầu công việc với kinh nghiệm nhiều năm công nghệ cao tần, làm luận văn tốt nghiệp đề tài “Thiết kế khối bảo vệ kênh thu ra-đa” Luận văn xây dựng với nội dung sau: II NỘI DUNG Chƣơng 1: TUYẾN THU/PHÁT RA-ĐA Tổng quan ra-đa Tuyến thu/phát đài ra-đa Vai trò khối bảo vệ tuyến thu ra-đa Chƣơng 2: TỔNG QUAN VỀ KHỐI BẢO VỆ KÊNH THU Giới thiệu chung khối bảo vệ kênh thu Phân loại so sánh công nghệ bảo vệ kênh thu Công nghệ bảo vệ kênh thu dùng đi-ốt Chƣơng 3: THIẾT KẾ VÀ CHẾ THỬ KHỐI BẢO VỆ KÊNH THU Tham số thiết kế khối bảo vệ kênh thu (công suất chịu đựng tối đa khối, khả lọc tín hiệu ngồi dải khối, suy hao khối điều kiện bình thường…) Thiết kế chế thử khối bảo vệ kênh thu Đo kiểm hiệu chỉnh khối bảo vệ kênh thu Đánh giá ứng dụng khối bảo vệ kênh thu III KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kêt đạt luận văn Nhận xét, đánh giá khả ứng dụng Hướng nghiên cứu CHƢƠNG 1: TUYẾN THU PHÁT ĐÀI RA-ĐA 1.1 Tổng quan ra-đa 1.1.1 Khái niệm ra-đa Ra-đa hoạt động cách truyền tín hiệu điện từ phát phản hồi sóng điện từ gặp vật thể Tín hiệu phản hồi cho ra-đa biết thông tin mục tiêu, khoảng cách mục tiêu đài ra-đa đo cách dựa vào thời gian tín hiệu truyền phản hồi Góc tà mục tiêu dựa ăng ten định hướng Nếu mục tiêu di chuyển, ra-đa bám mục tiêu, lập quỹ đạo di chuyển từ nội suy vị trí mục tiêu Sự thay đổi tần số truyền hiệu ứng Doppler cho phép ra-đa tách thông tin tín hiệu mong muốn khỏi địa vật Với độ phân giải cao, ngồi thơng tin khoảng cách, vị trí, tốc độ, ra-đa cho biết thơng tin kích thước, loại mục tiêu Độ phân giải ra-đa tăng cách tăng băng thơng tín hiệu phát sử dụng ăng-ten có kích thước điện lớn 1.1.2 Phương trình ra-đa Phương trình ra-đa thể mối quan hệ tham số vật lý đài ra-đa : (1.1) Trong đó: : Cơng suất phản hồi ra-đa : Khoảng cách từ ăng-ten đến mục tiêu : Công suất phát ra-đa : Độ lợi ăng-ten ra-đa : Diện tích phản xạ hiệu dụng (cross section) mục tiêu : Khẩu độ xạ ăng-ten 1.2 Tuyến thu/phát đài ra-đa 1.2.1 Tuyến phát đài ra-đa 1.2.1.1 Phân loại hệ thống phát đài ra-đa Hệ thống phát phần thiếu đài ra-đa, có chức tạo tín hiệu cao tần cơng suất cao truyền ngồi ăng-ten Tín hiệu phản hồi ăng-ten sau bị tán xạ mục tiêu Bộ khuếch đại cơng suất khối phát đèn Magnetron, Klystron khuếch đại bán dẫn Tuyến phát bao gồm nguồn điện áp công suất cao, mạch ổn áp, mạch lọc tương tự, mạch giám sát thông - MCU (Multipoint Control Unit), hệ thống tản nhiệt, số trường hợp bao gồm mạch điều chế tín hiệu 1.2.1.2 Các tham số hệ thống phát đài ra-đa Các tham số hệ thống phát đài ra-đa mô tả bảng 1.1 Bảng 1.1: Các tham số hệ thống phát đài ra-đa Tham số Công suất đỉnh xung Độ rộng xung phát, chu kỳ xung Độ lấp đầy xung Độ rộng Đinh xung phát kí Tỷ số cơng rộng hiệu , độ xung Ý nghĩa suất xung tín chu kỳ lặp chu kỳ lại xung ký xung phát hiệu hiệu T Đơn vị dBm us % Công suất vào làm độ tăng ích giảm 1dB - P1dB Là điểm cơng suất vào tăng, độ tăng ích hệ thống khơng tuyến tính mà giảm 1dB dBm Độ rộng sƣờn trƣơc, độ rộng sƣờn sau Thời gian để xung đầu đạt công xuất đỉnh thời gian từ công xuất đỉnh không us Công D= thức 1.2.2 Tuyến thu đài ra-đa 1.2.2.1 Các thành phần tuyến thu đài ra-đa Chức khối thu ra-đa khuếch đại tín hiệu phản hồi, lọc bỏ tín hiệu khơng mong muốn Những tín hiệu bao gồm nhiễu tạo máy thu, nhiễu từ môi trường, nhiễu nguồn ra-đa lân cận, nhiễu từ thiết bị liên lạc vô tuyến, tín hiệu phá hoại Tín hiệu ra-đa phản hồi từ mục tiêu không mong muốn mưa, tuyết, chim, trùng, thiết bị đo khí tượng xem nhiễu 1.2.2.2 Các tham số hệ thống thu đài ra-đa Các tham số hệ thống thu đài ra-đa mơ tả bảng 1.2 Bảng 1.2: Các tham số hệ thống thu đài ra-đa Tham Độ nhạy máy Hệ số khuếch số thu đại Cơng suất tín Ý nghĩa hiệu thu nhỏ mà máy thu xử lý Đơn vị Công thức dBm Sự khác Cơng suất vào làm độ tăng ích giảm Dải động 1dB - P1dB biệt tín hiệu đầu máy thu với đầu vào máy thu dB G= Pout-Pin Là điểm Dải cơng suất cơng suất vào tăng, làm việc rađộ tăng ích hệ thống đa từ độ nhạy khơng tuyến tính máy mà giảm 1dB dBm thu đến điểm P1dB dB D=P1dB - Pmsd 1.3 Vai trò khối bảo vệ tuyến thu ra-đa Tuyến thu Bộ bảo vệ tuyến thu thu Bộ trộn tín hiệu Bộ khuếch đại tạp âm thấp Bộ khuếch đại cơng suất Tuyến phát Hình 1.1: Vị trí khối bảo vệ kênh thu Khối bảo vệ kênh thu thuộc phần xử lý phía trước khối thu hình 1.1 Vai trò đặc biệt quan trọng tồn hệ thống, khơng có tác dụng bảo vệ q cơng suất cho hệ thống có tác dụng loại bỏ tín hiệu nằm ngồi dải tần trước đưa xuống xử lý cấp Ngoài ra, chức điều khiển độ nhạy theo thời gian - STC (sensitivity time control), chuyển mạch khuếch đại tạp âm thấp tích hợp với khối bảo vệ kênh thu 1.4 Kết luận chƣơng Chương trình bày cách tổng quan kiến trúc đài ra-đa bao gồm thành phần, chức ứng dụng ra-đa lĩnh vực quân dân Có thể chia đài ra-đa thành hai thành phần với tính chất chức riêng biệt tuyến phát tuyến thu Nhiệm vụ tuyến phát tạo tín hiệu có dạng xung mong muốn tần số làm việc, công suất đủ lớn đưa ngồi khơng gian ăng-ten, nhiệm vụ tuyến thu nhận tín hiệu phản hồi từ mục tiêu qua ăng-ten, khuếch đại trộn tần cách phù hợp đưa tín hiệu tần số trung tần Tín hiệu qua chuyển đổi tượng tự sang số thành tín hiệu số, qua bước xử lý tín hiệu xử lý thơng tin để hiển thị hình quan sát Tuy có tính chất chức khác nhau, tuyến phát tuyến thu đài ra-đa sử dụng chung ăng-ten để truyền phát liệu, đòi hỏi phải có thành phần bảo vệ tuyến thu khỏi công suất truyền chu kỳ phát Vì khối bảo vệ tuyến thu sử dụng, Vai trò khối bảo vệ kênh thu bảo vệ công suất cho hệ thống thu, loại bỏ tín hiệu nằm ngồi dải tần hoạt động trước đưa xuống xử lý cấp CHƢƠNG 2: TUYẾN THU PHÁT ĐÀI RA-ĐA 2.1 Giới thiệu chung khối bảo vệ kênh thu Khối bảo vệ kênh thu sử dụng lần đầu vào năm 1940 Phòng Thí Nghiệm Ra-đa, Viện Cơng Nghệ Massachusetts Thiết kế khối bảo vệ máy thu cho ra-đa nêu bời tiến sĩ James L.Lawson [3], sử dụng ống thu/phát để thực việc bảo vệ tuyến thu, Từ đến có thay đổi đáng kể công nghệ thiết kế khối bảo vệ kênh thu, đặc biệt tập trung vào cải thiện thời gian phục hổi, công suất chịu đựng trung bình Như trình bày chương 1, vai trò khối bảo vệ kênh thu bảo vệ kênh thu ra-đa khỏi tín hiệu cơng suất lớn khơng mong muốn, tín hiệu tín hiệu phát bị phản hồi lại tín hiệu từ ngồi vào Trong số thiết kế khối bảo vệ kênh thu thành phần riêng biệt đảm nhiệm nhiệm vụ chuyển mạch thu phát, phần giới thiệu qua chuyển mạch thu/phát ra-đa 2.1.1 Bộ chuyển mạch thu/phát ra-đa Phần lớn ra-đa sử dụng ăng-ten cho phát thu tín hiệu, tín hiệu phát ra-đa có cơng suất cao tuyến thu sử dụng linh kiện bán dẫn nhạy Điều dẫn đến việc ra-đa phải sử dụng chuyển mạch kênh thu/phát (duplexer) đóng vai trò “kết nối” “ngắt kết nối” ăng-ten với tuyến thu tuyến phát theo xung phát Như vậy, chuyển mạch thu/phát phải có chức sau: Kết nối tuyến phát với ăng ten (ngắt kết nối tuyến thu) tín hiệu phát Kết nối tuyến thu (ngắt kết nối tuyến phát) tín hiệu phản hồi 10 Công suất chịu đựng tối đa: công suất vào máy thu trường hợp hệ thống gặp trục trặc nghiêm trọng Để đảm bảo an tồn, cơng suất chịu đựng tối đa công suất phát Tín hiệu dải vào hệ thống từ nguồn phát xạ gần ra-đa Tín hiệu ngồi dải hoạt động hệ thộng hệ thống nguồn phát xạ gần ra-đa Đầu Trong hoạt động, khối bảo vệ máy thu phản hồi phần lớn tín hiệu cơng suất lớn tiến vào, nhiên có phần tín hiệu qua khối bảo vệ máy thu vào tuyến thu Các tín hiệu đầu máy thu đặc trưng bằng: Công suất đánh thủng (breakdown power): Trong trường hợp tồn điểm công suất mà cơng suất tín hiệu đầu giảm dần cơng suất tín hiệu đầu vào tăng lên Điểm gọi công suất đánh thủng khối bảo vệ máy thu Cơng suất đỉnh tín hiệu rò (spike leakage power) công suất đầu phẳng (flat power): công suất đầu vào đạt ngưỡng đánh thủng, cơng suất tăng lên có dạng đỉnh nhọn thời gian ngắn phẳng thời gian lại xung Năng lượng đỉnh tín hiệu rò (spike energy): hiệu cơng suất đỉnh tín hiệu dò cơng suất đầu phẳng thời gian mà đỉnh xung tồn 2.1.2.2 Trạng thái phục hồi Trong trạng thái phục hồi, thiết bị chuyển dần trạng thái công suất thấp từ trạng thái công suất cao Thời gian phục hồi (recovery time) xung phát ngắt (Nghĩa công suất tín hiệu vào nhỏ mức hoạt động khói bảo vệ máy thu) mức suy hao 11 khối bảo vệ máy thu trở lại mức -3dB so với chế độ hoạt động bình thường 2.2 Phân loại so sánh công nghệ bảo vệ máy thu Khối bảo vệ máy thu chủ động hay thụ động Khối bảo vệ máy thu thụ động thành phần cao tần tự động hoạt động mà khơng cần tín hiệu điều khiển để thực chức bảo vệ Khối bảo vệ máy thu chủ động ngược lại, cần có tín hiệu điều khiển thực chức bảo vệ Một khối máy thu chủ động thực chất chuyển mạch điều khiển Ngồi có loại thiết kế hỗn hợp chủ động bị động sử dụng thành phần chủ động bị động Khi so sánh hai loại cơng nghệ với nhau, khối bảo vệ máy thu thụ động có nhiều ưu điểm hơn: khả bảo vệ chắn hơn, hòan tồn tự động, chặn nhiều loại tín hiệu hoạt động kể rađa không hoạt động Các công nghệ bảo vệ kênh thu thụ động nay: Ống thu/phát – TR tube (Transmit-Receive Tube) Ống tiền thu/phát – Pre-TR tube (pre-transmit-receive tube) Khối bảo vệ dùng ferit (Ferrite limiter) Khối bảo vệ multipactor Khối bảo vệ dùng đi-ốt 2.3 Công nghệ bảo vệ kênh thu dùng đi-ốt 2.3.1 Cấu tạo đi-ốt bảo vệ Một đi-ốt bảo vệ thường cấu tạo lớp bán P-I-N Khi tín hiệu cơng suất lớn xuất đi-ốt, trường điện từ tín hiệu tạm thời di chuyển hạt dẫn điện dương (lỗ trống) từ lớp P hạt dẫn điện âm (điện tích) từ lớp N vào lớp bán dẫn tinh khiết, trở kháng cao I, làm trở 12 kháng đi-ốt tạm thời giảm xuống Giá trị trở kháng tối thiểu tối đa đi-ốt phụ thuộc vào cấu tạo đi-ốt điện trở lớp I 2.3.2 Các tham số đi-ốt bảo vệ Tổng trở đi-ốt PIN, Tổng trở PIN đi-ốt tổng điện trở lớp P, lớp I N ba lớp nối tiếp mặt điện Điện trở lớp P N gần không thay đổi Công suất tiêu tán Công suất tiêu tán PIN đi-ốt bao gồm DC AC: cơng suất dòng DC với điện áp thuận DC cơng suất theo bình phương dòng RF với điện trở đi-ốt Do cơng suất thành phần DC thường nhỏ (cỡ vài mW) nên giá trị thường bỏ qua Mức hoạt động đi-ốt Mức hoạt động PIN đi-ốt định nghĩa mức cơng suất vào suy hao đi-ốt tăng 1dB, ví dụ như: đi-ốt có suy hao 0.5 dB tín hiệu vào cơng suất nhỏ, cơng suất đạt mức hoạt động suy hao đi-ốt 1.5 dB Thời gian tồn hạt dẫn thiểu số: Kí hiệu , thời gian mà hạt dẫn tốn trước trình tái hợp xảy ra, giá trị phụ thuộc vào đặc tính lớp I đi-ốt PIN, phụ thuộc vào thể tích lớp I điện trở suất lớp I 2.3.3 Mạch bảo vệ máy thu dùng đi-ốt 2.3.3.1 Mạch bảo vệ kênh thu dùng đi-ốt tầng Một mạch bảo vệ kênh thu dùng đi-ốt đơn giản thể hình 2.1 Mạch gồm PIN đi-ốt cuộn cảm lọc tín hiệu cao tần, nối vng góc với đường tín hiệu Trong phần lớn mạch bảo vệ kênh 13 thu, tụ chặn điện áp chiều thêm vào đầu vào đầu mạch Một mạch làm giảm từ 20-30 dB cơng suất tín hiệu lớn [1] Tụ chặn DC Tụ chặn DC Đầu Đầu vào Cuộn cảm lọc cao tần PIN đi-ốt Hình 2.1: Mạch bảo vệ kênh thu dùng đi-ốt tầng 2.3.3.2 Mạch bảo vệ kênh thu dùng đi-ốt nhiều tầng Mạch đi-ốt tầng cách ly tín hiêu cơng suất lớn từ 20-30 dB, tuỳ thuộc vào dải tần, đặc tính đi-ốt Trong thực tế độ cách ly cần lớn Mạch bảo vệ kênh thu dùng đi-ốt nhiều tầng dùng trường hợp Một mạch bảo vệ kênh thu dùng đi-ốt tầng giới thiệu hình 2.2 Tụ chặn DC Đầu vào PIN đi-ốt tầng Tụ chặn DC Cuộn cảm lọc cao tần Đầu PIN điốt tầng Hình 2.2: Mạch bảo vệ kênh thu đi-ốt hai tầng 2.4 Kết luận chƣơng Chương trình bày khái niệm tham số khối bảo vệ kênh thu Có thể chia q trình làm việc khối bảo vệ kênh thu thành trạng thái Trong trạng thái công suất thấp, khối bảo vệ kênh 14 thu không hoạt động, khối phối hợp trở kháng với đường truyền tín hiệu để tín hiệu phản hồi từ ăng-ten qua khối với suy hao nhỏ Trong trạng thái công suất cao, khối bảo vệ hoạt động để bảo vệ tuyến thu khỏi công suất lớn Trạng thái cuối trạng thái phục hồi, trạng thái này, khối chuyển dần trạng thái công suất thấp từ trạng thái công suất cao Các công nghệ thiết kế khối bảo vệ tuyến thu trình bày chương này, phân tích điểm mạnh điểm u cơng nghệ Trong đó, cơng nghệ bảo vệ tuyến thu dùng đi-ốt có nhiều ưu điểm tuổi thọ thiết bị dài, kích thước nhỏ gọn, thời gian phục hồi nhanh, bị suy hao Công nghệ bảo vệ tuyến thu dùng đi-ốt ứng dụng cho hầu hết ra-đa đại, dùng độc lập kết hợp với công nghệ bảo vệ khác Vì vậy, khối bảo vệ tuyến thu dùng đi-ốt chọn làm công nghệ thiết kế cho luận văn 15 CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ CHẾ THỬ KHỐI BẢO VỆ MÁY THU 3.1 Tham số thiết kế khối bảo vệ kênh thu Bảng 3.1 trình bày tham số cụ thể thành phần khối: Bảng 3.1: Bảng tham số thiết kế khối bảo vệ kênh thu Tham số khối bảo vệ dùng đi-ốt Tham số Chỉ tiêu Suy hao hệ thống không ≤ dB hoạt động Công suất chịu đựng tối đa 60 dBm (1000W) Hệ số phản xạ công suất ≤ -10 dB Tần số hoạt động 2- 3GHz Tham số lọc thông dải Tham số Chỉ tiêu Tần số trung tâm 2.45 GHz Dải thông 80 MHz Suy hao dải -20 dB (tại 2.55 GHz) Tham số khuếch đại tạp âm thấp Tham số Chỉ tiêu Tần số hoạt động Độ tăng ích 3GHz ≥ 8dB (trong dải 2.41 -2.49 GHz) 3.2 Thiết kế chế thử khối bảo vệ kênh thu 3.2.1 Mô mạch bảo vệ kênh thu dùng đi-ốt Mô mạch bảo vệ kênh thu dung đi-ốt hình 3.1 16 Hình 3.1: Mơ mạch bảo vệ kênh thu Hình 3.2: Kết mơ mạch mạch bảo vệ kênh thu dùng đi-ốt lớp Kết mơ hình 3.2 cho thấy mạch đáp ứng tiêu đề ban đầu trình thiết kế, mạch có suy hao ≤ dB (lớn 1.6 dB tần số 3GHz) có hệ số phản xạ cơng suất ≤ -10 dB (lớn -10.8 dB tần số 3GHz) tương đương với sóng đứng đầu vào mạch bảo vệ ≤ dải tần từ 2-3GHz 3.2.2 Mô mạch lọc thơng dải Trong phần trình bày quy trình thiết kế mơ mạch lọc thơng dải Từ yêu cầu bảng 3.1 17 = 2.45 GHz (tần số trung tâm) = – 40MHz = 2.41 GHz (biên mạch lọc thông dải tần số trung tâm 2.45 GHz băng thông 80 MHz) = + 40MHz 2.49 GHz (biên mạch lọc thông dải tần số trung tâm 2.45 GHz băng thông 80 MHz) Suy hao dải chặn: 20dB số chặn = 2.55 GHz Loại lọc chọn lọc Chebychev, lọc có độ dốc tốt Cấu trúc lọc thể 3.3 Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý layout mạch lọc thơng dải 18 Hình 3.4: Kết mơ mạch lọc thông dải Kết mô mạch lọc sử dụng cấu trúc bậc thang nửa bước sóng trình bày hình 3.4, mạch có suy hao nhỏ 5.5 dB, băng thông lọc = 80 MHz với tần số trung tâm 2.45 GHz theo yêu cầu thiết kế, suy hao tín hiệu ngồi dải tần làm việc mạch vi dải tốt so với mạch lọc sử dụng phần tử tập trung đáp ứng tiêu >20 dB (25.5 dB 2.55 GHz) 3.2.3 Mô mạch khuếch đại tạp âm thấp Mô hình mạch khuếch đại tạp âm thấp thể hình 3.5 Hình 3.5: Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại cơng suất tạp âm thấp 19 Hình 3.6: Kết mô mạch khuếch đại tạp âm thấp Theo hình 3.6, khuếch đại tạp âm thấp có độ tăng ích >8dB (độ tăng ích nhỏ 8.8 dB tần số 2.49 GHz) dải từ 2.41 GHz đến 2.45 GHz Trong toàn dải tần hoạt động từ 2÷3GHz, khuếch đại tạp âm thấp có độ tăng ích từ 7.5÷10.4 dB 3.3 Đo kiểm hiệu chỉnh khối bảo vệ kênh thu Kết gia công hàn lắp mạch thực tế thể 3.7 Hình 3.7: Khối bảo vệ kênh thu thực tế Kết đo thực tế: 20 Hình 3.8: Kết đo mạch bảo vệ kênh thu dùng đi-ốt Kết đo mạch bảo vệ kênh thu dùng đi-ốt miền tần số theo hình 3.8 Giá trị suy hao mạch bảo vệ kênh thu xấu so với mô (1.7 dB đo thực tế so với 1.2 dB mô phỏng) nhiên đảm bảo yêu cầu thiết kế < 2dB Giá trị phản hồi công suất mạch theo tiêu < -10 dB dải tần từ 2.1÷2.7 GHz thay tồn dải từ 2-3 GHz Hình 3.9: Kết đo mạch lọc thông dải 21 Kết đo mạch mạch lọc thơng dải miền tần số theo hình 3.9 So với mô mạch lọc thông dải giữ dạng đặc tuyến lọc, nhiên giá trị suy hao xấu nhiều (-8.5dB đo thực tế so với -5.5 dB mô phỏng), giá trị phản hồi công suất giữ mức < -10 dB 2.45 GHz Chỉ số suy hao tín hiệu ngồi dải ~ 25 dB 2.55 GHz Nguyên nhân gây suy hao lớn chất liệu thiết kế FR4 chất liệu lý tưởng cho mạch cao tần dải tần từ 2-3GHz, có độ suy hao thay đổi tùy thuộc nhà sản xuất Hình 3.10: Kết đo mạch khuếch đại tạp âm thấp Kết đo mạch khuếch đại tạp âm thấp miền tần số theo hình 3.10 Kết đo thực tế mạch khuếch đại tạp âm thấp gần với mô nhất, hệ số khuếch đại dải mạch lọc (2.41÷2.49 GHz) trì ≥ 8dB Bảng 3.2 thể cơng suất chịu đựng khối bảo vệ kênh thu công suất cao 22 Bảng 3.2: Kết đo công suất chịu đựng khối bảo vệ kênh thu Công suất vào 10 dBm 20 dBm 30 dBm 40 dBm 50 dBm 60 dBm Công suất 7.1 dBm 12.5 dBm 15.1 dBm 20.0 dBm 24.2 dBm 24.5 dBm 6.7 dBm 11.8 dBm 14.7 dBm 18.3 dBm 23,6 dBm 22.9 dBm 6.8 dBm 12.0 dBm 14.8 dBm 18.6 dBm 23.4 dBm 23.1 dBm 2.41 GHz Công suất 2.45 GHz Công suất 2.49 GHz Trong bảng 3.2, khối bảo vệ kênh thu dùng đi-ốt thử nghiệm mức cơng suất từ 10÷60 dBm, ba điểm tần số 2.41 GHz, 2.45 GHz, 2.49 GHz tương ứng với lọc thông dải sử dụng Tại công suất đỉnh xung 60 dBm (tương ứng 1000 W) khối hoạt động bình thường hạn chế đầu khối bảo vệ kênh thu 25 dBm Như khối đáp ứng tiêu đề ban đầu bảng 3.1 3.4 Đánh giá ứng dụng khối bảo vệ kênh thu Luận văn đạt mục đích chế thử khối bảo vệ máy thu để chứng minh lý thuyết, khối bảo vệ kênh thu có ưu điểm: Đã đáp ứng tiêu đặ bảng 3.1 Chịu đựng công suất xung đến 1000 W giới hạn công suất đầu khơng q 25 dBm cho tín hiệu xung Khả bảo vệ khối khỏi tín hiệu dải tần hoạt động dải tần hoạt động nhờ lọc thông dải Khối bảo vệ kênh thu tích hợp mạch khuếch đại tạp âm thấp để bù suy hao mạch lọc mạch bảo vệ kênh thu 23 Chi phí rẻ Tuy nhiên khối hạn chế định hướng giải tương lai: Kích thước mạch tương đối lớn Thử nghiệm cấu hình mạch lọc thơng dải khác để thu ngắn kích thước Chưa có hệ thống tản nhiệt cho đi-ốt Thiết kế hộp khí có tản nhiệt cho mạch Suy hao mạch lọc tương đối lớn Sử dụng vật liệu thiết kế khác roger 4350 5880 có suy hao nhỏ 3.5 Kết luận chƣơng Chương trình bày bước mơ thành phần khối bảo vệ kênh thu là: mạch bảo vệ kênh thu dùng đi-ốt, mạch lọc thông dải mạch khuếch đại tạp âm thấp phần mềm ADS, vẽ mạch thực tế thực gia công mạch Kết thực tế đo kiểm mạch thực tế đáp ứng tiêu đề bảng 3.1 nhiên khối vấn đề định kích thước lớn, suy hao mạch thành phần tương đối cao 24 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Luận văn thạc sỹ kỹ thuật “Thiết kế khối bảo vệ kênh thu ra-đa” thực nhằm nghiên cứu chế thử khối bảo vệ kênh thu dùng đi-ốt có độ ổn định cao, cơng suất chịu đựng lớn Khối có khả hoạt động cho ứng dụng ra-đa dải L mở rộng cho dải tần khác Trọng tâm luận văn thiết kế chế thử khối bảo vệ máy thu dải tần từ 2.41 -2.49 GHz cách thiết kế mạch bảo vệ kênh thu dùng đi-ốt kèm mạch lọc thông dải để loại bỏ tần số dải, khối bảo vệ sử dụng khuếch đại tạp âm thấp để cải thiện hệ số tạp hệ thống, bù cho suy hao mạch lọc mạch bảo vệ Các mạch gia công kiểm nghiệm thực tế đáp ứng với nhu cầu đặt chứng minh khả hoạt động đi-ốt Từ kết đạt luận văn kinh nghiệm thu q trình thiết kế, chế tạo, tơi xin trình bày số hướng nghiên cứu thời gian tới: Tiếp tục nghiên cứu công nghệ thiết kế khối bảo vệ máy thu, đặc biệt cách thiết kế ứng dụng công nghệ băng K (20-40 GHz) với bước sóng cực ngắn Tìm hiểu cơng nghệ thiết kế mạch lọc vi dải ứng dụng cho cao tần (đến 6GHz) lọc dùng hốc cộng hưởng cho ứng dụng 6GHz, thành phần thiếu khối bảo vệ máy thu ... công nghệ bảo vệ kênh thu Công nghệ bảo vệ kênh thu dùng đi-ốt Chƣơng 3: THIẾT KẾ VÀ CHẾ THỬ KHỐI BẢO VỆ KÊNH THU Tham số thiết kế khối bảo vệ kênh thu (công suất chịu đựng tối đa khối, khả... CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ CHẾ THỬ KHỐI BẢO VỆ MÁY THU 3.1 Tham số thiết kế khối bảo vệ kênh thu Bảng 3.1 trình bày tham số cụ thể thành phần khối: Bảng 3.1: Bảng tham số thiết kế khối bảo vệ kênh thu Tham... 3.2 Thiết kế chế thử khối bảo vệ kênh thu 3.2.1 Mô mạch bảo vệ kênh thu dùng đi-ốt Mô mạch bảo vệ kênh thu dung đi-ốt hình 3.1 16 Hình 3.1: Mơ mạch bảo vệ kênh thu Hình 3.2: Kết mơ mạch mạch bảo