môn kỹ thuật số chương 3

BÀI GIẢNG MÔN: TRƯỜNG ĐIỆN TỪ VÀ ANTEN Chương III: Kỹ thuật siêu cao tần Nội dung chương 3.1 Đường truyền siêu cao tần 3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.1.4 3.1.5 Giới thiệu chung kỹ thuật siêu cao tần Mơ hình tương đương đường truyền siêu cao tần Đường truyền không tổn hao Đồ thị Smith Đường truyền không tổn hao nối nguồn tải 3.2 Kỹ thuật phối hợp trở kháng 3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.2.4 Tổng quan phối hợp trở kháng Kỹ thuật phối hợp trở kháng dùng vi phần tử LC Kỹ thuật phối hợp trở kháng dùng đoạn đường truyền lamda/4 Kỹ thuật phối hợp trở kháng dùng dây chêm đơn 3.3 Phân tích mạng siêu cao tần 3.3.1 Ma trận truyền đạt [ABCD] 3.3.2 Ma trận trở kháng dẫn nạp [Z], [Y] 3.3.3 Ma trận tán xạ [S] BÀI GIẢNG MÔN: TRƯỜNG ĐIỆN TỪ VÀ ANTEN Chương III: Kỹ thuật siêu cao tần Tài liệu tham khảo: - Microwave Engineering – David M.Pozar - Kỹ thuật siêu cao tần – Phạm Minh Việt Phần mềm thiết kế, mô – CST Studio Suite 2018 – ADS (Advantage Design System) 2015 – HFSS BÀI GIẢNG MÔN: TRƯỜNG ĐIỆN TỪ VÀ ANTEN 3.1 Đường truyền siêu cao tần 3.1.1 Giới thiệu chung kỹ thuật siêu cao tần  Kỹ thuật siêu cao tần nghiên cứu biểu tín hiệu dòng với dải tần từ 1GHz đến 30GHz, tương ứng bước sóng từ 30cm đến 1mm  Phân chia phổ tần số vơ tuyến BÀI GIẢNG MƠN: TRƯỜNG ĐIỆN TỪ VÀ ANTEN 3.1.1 Giới thiệu chung kỹ thuật siêu cao tần BÀI GIẢNG MÔN: TRƯỜNG ĐIỆN TỪ VÀ ANTEN 3.1.1 Giới thiệu chung kỹ thuật siêu cao tần Ứng dụng kỹ thuật siêu cao tần  Hệ số tăng ích ăng ten tỉ lệ với kích thước điện ăng ten Tần số cao, hệ số tăng ích cao với kích thước vật lý  Độ rộng băng tần rộng (liên quan trực tiếp đến tốc độ liệu) thực tần số cao  Tín hiệu siêu cao tần truyền đường truyền thẳng không bị suy giảm tầng điện ly giống tín hiệu tần số thấp Do đó, thực đường truyền thơng tin vệ tinh với dung lượng lớn có khả tái sử dụng tần số vị trí có khoảng cách gần  Phân tử, nguyên tử cộng hưởng hạt nhân xảy tần số siêu cao, tạo thành lĩnh vực ứng dụng khoa học bản, viễn thám, y học nhiệt học BÀI GIẢNG MÔN: TRƯỜNG ĐIỆN TỪ VÀ ANTEN 3.1.1 Giới thiệu chung kỹ thuật siêu cao tần •   P1 Cáp, khuếch đại, suy hao,… P2 BÀI GIẢNG MÔN: TRƯỜNG ĐIỆN TỪ VÀ ANTEN 3.1.1 Giới thiệu chung kỹ thuật siêu cao tần •   PA 1W 20dB Loss 3dB G 10dBi BÀI GIẢNG MÔN: TRƯỜNG ĐIỆN TỪ VÀ ANTEN 3.1.2 Mơ hình tương đương đường truyền siêu cao tần  Đường dây nối từ điểm nguồn đến điểm đích lớn nhiều lần so với bước sóng, tín hiệu siêu cao tần phải thời gian để lan truyền đến điểm tải => dùng mơ hình siêu cao tần  Truyền sóng siêu cao tần đường dây có hệ sau:  Có trễ pha tín hiệu điểm thu so với tín hiệu điểm phát vthu(t)=vnguồn (t-Δt)  Khoảng thời gian trễ tỉ lệ với chiều dài l đường truyền  Có suy hao biên độ tín hiệu nơi thu so với biên độ tín hiệu nơi phát  Có phản xạ sóng tải nguồn Điều dẫn đến tượng sóng đứng đường dây BÀI GIẢNG MÔN: TRƯỜNG ĐIỆN TỪ VÀ ANTEN 3.1.2 Mơ hình tương đương đường truyền siêu cao tần  Khái niệm thơng số tập trung và thơng số phân bố:  Thơng số tập trung của mạch điện: là các đại lượng đặc tính điện xuất tồn vị trí xác định mạch điện Thơng số tập trung được biểu diễn bởi 1  phần tử điện tương ứng, ví dụ như các phần tử điện trở, điện  cảm, điện dung, nguồn áp, transistor…  Thơng số phân bố (thơng số rải) của mạch điện: Cũng là các đại lượng đặc tính điện, nhưng chúng khơng tồn tại ở tại duy vị trí cố định mạch điện, mà chúng phân bố rải chiều dài mạch điện BÀI GIẢNG MƠN: TRƯỜNG ĐIỆN TỪ VÀ ANTEN 3.1.2 Mơ hình tương đương đường truyền siêu cao tần  Mỗi đoạn có chiều dài Δz coi mạch có phần tử tập trung với R, L, G, C đại lượng tính đơn vị chiều dài  R(Ω/m): Điện trở nối tiếp đơn vị chiều dài  L(H/m): Điện cảm nối tiếp đơn vị chiều dài  G(S/m): Dẫn nạp song song đơn vị chiều dài  C(F/m): Điện dung song song đơn vị chiều dài 10 BÀI GIẢNG MÔN: TRƯỜNG ĐIỆN TỪ VÀ ANTEN 3.3.3 Ma trận tán xạ Hệ số /S21/2: Hệ số truyền đạt công suất từ cửa sang cửa điều kiện cửa phối hợp trở kháng 112 BÀI GIẢNG MÔN: TRƯỜNG ĐIỆN TỪ VÀ ANTEN 3.3.3 Ma trận tán xạ • Ý nghĩa S22 • a1 = 0: Khơng có sóng vào cửa 1, nguồn E1 = 0, có phối hợp trở kháng cửa 113 BÀI GIẢNG MÔN: TRƯỜNG ĐIỆN TỪ VÀ ANTEN 3.3.3 Ma trận tán xạ • Ý nghĩa S12 114 BÀI GIẢNG MÔN: TRƯỜNG ĐIỆN TỪ VÀ ANTEN 3.3.3 Ma trận tán xạ • Đo hệ số tán xạ 115 BÀI GIẢNG MÔN: TRƯỜNG ĐIỆN TỪ VÀ ANTEN 3.3.3 Ma trận tán xạ 116 BÀI GIẢNG MÔN: TRƯỜNG ĐIỆN TỪ VÀ ANTEN 3.3.3 Ma trận tán xạ 117 BÀI GIẢNG MÔN: TRƯỜNG ĐIỆN TỪ VÀ ANTEN 3.3.3 Ma trận tán xạ 118 BÀI GIẢNG MÔN: TRƯỜNG ĐIỆN TỪ VÀ ANTEN 3.3.3 Ma trận tán xạ • Quan hệ ma trận 119 BÀI GIẢNG MÔN: TRƯỜNG ĐIỆN TỪ VÀ ANTEN 3.3.3 Ma trận tán xạ •   T ma trận tán xạ chuyển đổi 120 BÀI GIẢNG MÔN: TRƯỜNG ĐIỆN TỪ VÀ ANTEN 3.3.3 Ma trận tán xạ •   • - Phương pháp tìm ma trận S tổng: Cần tìm ma trận tán xạ chuyển đổi tầng, Nhân ma trận chuyển đổi đó, ma trận chuyển đổi tổng T Tìm tham số S tổng từ ma trận T 121 BÀI GIẢNG MÔN: TRƯỜNG ĐIỆN TỪ VÀ ANTEN 3.3.3 Ma trận tán xạ - Tính chất ma trận tán xạ: + Tính thuận nghịch: S21 = S12 + Tính đối xứng: S21 = S12 & S11 = S22 + Tính khơng tổn hao (hoặc bảo tồn lương) khi: [S]H[S]=[I] 122 BÀI GIẢNG MƠN: TRƯỜNG ĐIỆN TỪ VÀ ANTEN 3.3.3 Ma trận tán xạ • Đồ thị dòng tín hiệu + Luật 1(luật nối tiếp): V3 = S32V2 = S32S21V1 123 BÀI GIẢNG MÔN: TRƯỜNG ĐIỆN TỪ VÀ ANTEN 3.3.3 Ma trận tán xạ •+ Luật   2: (Luật song song) V2 = Sa.V1 + Sb.V1 = (Sa + Sb).V1 + Luật (luật nhánh riêng) 124 BÀI GIẢNG MÔN: TRƯỜNG ĐIỆN TỪ VÀ ANTEN 3.3.3 Ma trận tán xạ + Luật (luật tách) V4 = S42V2 = S21 S42V1 125 C  Lrg0Lg  H /m /m m R 0.3 0.7 5300 0.01 Vrms / S mj/50 V Z 0.2 15 75 lG 0.4 2.56 100 50 75 60 40 pF  40 20 Bài tập ôn tập 126