Bài giảng Vô tuyến điện đại cương: Chương 1 - TS. Ngô Văn Thanh

Bài giảng Vô tuyến điện đại cương - Chương 1 trình bày tổng quan về vô tuyến điện. Những nội dung chính được trình bày trong chương này gồm có: Định luật Kirchhoff, tần số, điều biến, khuếch đại, decibel, bộ trộn, bộ lọc, máy thu biến đổi trực tiếp, máy thu biến tần.

VƠ TUYẾN ĐIỆN ĐẠI CƯƠNG TS Ngơ Văn Thanh Viện Vật Lý Hà Nội - 2016 Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 Tài liệu tham khảo [1] David B Rutledge, The Electronics of Radio (Cambridge University Press 1999) [2] Dennis L Eggleston, Basic Electronics for Scientists and Engineers (Cambridge University Press 2011) [3] Jon B Hagen, Radio-Frequency Electronics: Circuits and Applications (Cambridge University Press 2009) [4] Nguyễn Thúc Huy (1998), Vô tuyến điện tử, NXB KHKT [5] Đỗ Xuân Thụ, Nguyễn Đức Nhuận (1990), Kỹ thuật điện tử, NXB KHKT [6] Phạm Văn Đương (2004), Cơ sỡ kỹ thuật khuếch đại, NXB KHKT Website : http://iop.vast.ac.vn/~nvthanh/cours/votuyendien/ Email : nvthanh@iop.vast.ac.vn Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VÔ TUYẾN ĐIỆN Định luật Kirchhoff Tần số Điều biến Khuếch đại Decibel Bộ trộn Bộ lọc Máy thu biến đổi trực tiếp Máy thu biến tần Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 Định luật Kirchhoff  Định luật Kirchhoff  Định luật Kirchhoff điện áp : áp dụng cho mạch  Định luật Kirchhoff dòng điện : áp dụng cho nút  Điện áp  Đơn vị đo V2 - - + + V1 + + V1 + - - +  Dòng điện (ampere – A) - V4  Định luật bảo toàn điện tích I1 I2  Cơng suất (watts – W) I4 I1 I3 I2 Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 Tần số  Điện áp dòng điện  Các hàm cosine biến thiên theo thời gian • f : tần số, đơn vị đo : hertz (Hz)  Cơng suất • Cơng suất trung bình • Đối với mạch cộng hưởng (có cuộn cảm tụ điện lệch pha nhau)  Tần số sóng radio : • c : tốc độ ánh sáng •  Bước sóng : đơn vị (m) Ngơ Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 Tần số  Các dải tần số thường dùng Ký hiệu Loại sóng Tần số VLF Tần số thấp Sóng dài Sóng trung 3-30 kHz, bước sóng 100-10 km 30-300 kHz, 10-1 km 300 kHz-3 MHz, km-100 AM Sóng radio 500-1600 kHz HF Tần số cao hay sóng ngắn MHz-30 MHz, 100-10 VHF Tần số cao TV kênh 2-6 TV kênh 7-13 FM radio 30 MHz-300 MHz, 10-1 m 54-88 MHz 174-216 MHz 88-108 MHz UHF Tần số cực cao TV kênh 14-69 Sóng điện thoại di động 300 MHz-1 GHz, m-30 cm 470-806 MHz 824-894 MHz microwaves Vi sóng GPS Truyền hình vệ tinh C-band Truyền hình vệ tinh Kuband 1-30 GHz, 30-1 cm 1.575 GHz 3.7-4.2 GHz 10.7-12.75 GHz Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 Điều biến  Các loại điều biến  Điều biên (độ) : Thường ứng dụng cho sóng radio AM • Biên độ sóng a(t) phụ thuộc vào thời gian điều biến sóng âm • Trên thực tế: có thêm thành phần sóng mang  Điều tần (số) : Thường ứng dụng cho sóng FM Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 Điều biến  Tín hiệu số (digital)  Dựa nguyên lý tín hiệu Morse (xung dài xung ngắn)  Sử dụng mã nhị phân  FSK (frequency-shift keying) khố đảo tần số • Mã : • Mã :  PSK (phase-shift keying) khố đảo pha • Mã : • Mã : Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 Khuếch đại  Cơng suất sóng thu từ antenna : cỡ picowatt  Thiết bị thu sóng cần phải khuếch đại tín hiệu lên hàng triệu lần  Thiết bị cổ điển : sử dụng bóng điện tử chân không  Thiết bị : sử dụng linh kiện bán dẫn, vi mạch…  Hệ số khuếch đại (gain) Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 10 Decibel  Hệ thống vô tuyến  Công suất đài phát quốc tế : cỡ megawatt = 106 watt  Tín hiệu thu thiết bị thu sóng : cỡ femtowatt = 10−15 watt  Hệ số chênh lệch công suất lớn : sử dụng thang đo logarit (cơ số 10)  Độ khuếch đại : đo đơn vị decibel (dB) • Ví dụ:  Chú ý: G đại lượng khơng thứ nguyên  Công suất tuyệt đối : dBs  Ký hiệu hệ số khuếch đại theo đơn vị đo cơng suất tín hiệu vào Pi  Watt = dBw; milliwatt = dBm … dB 10 P/Pi 1.3 1.6 2.0 2.5 3.2 4.0 5.0 6.3 10 Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 11 Bộ trộn (mixer)  Tần số  Tần số nghe : cỡ vài kilohertz (kHz)  Tần số sóng cao nhiều, ví dụ sóng dài có tần số = 30-300 kHz  Tại máy thu : biến đổi tín hiệu tần số radio sang tần số âm  Bộ trộn  Tại máy phát: sử dụng trộn để dịch chuyển tần số = tích tần số  Tạo phách : tạo tín hiệu bao gồm tổng hiệu tần số  Xét trường hợp tín hiệu tương ứng với tần số khác nhau, ta có điện áp  Tại máy thu, tần số tương ứng : • Tần số tín hiệu từ antena (f1) • Tần số tạo mạch dao động (f2)  f+ dùng để nâng cao tần số  f- dùng để giảm tần số Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 12 Bộ lọc (filter)  Filter  Loại bỏ tần số thêm vào trộn  Bộ lọc âm tần : giữ lại tần số thấp  Tín hiệu bị chặn lại  Pm : công suất cực đại tần số ngưỡng (cut-off) = dB  Hệ số suy hao   Hệ số khử tần số vùng trượt:  Bộ lọc băng tần  Tín hiệu bị chặn vùng tần số thấp tần số cao  Độ rộng băng tần Low-pass filter Dải tần cho qua Dải tần bị chặn Vùng trượt Band-pass filter Dải tần cho qua Dải tần bị chặn Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 13 Máy thu biến đổi trực tiếp  Direct-conversion receiver  Biến đổi tần số sóng Radio sang tần số âm (nghe được)  Chỉ có trộn  Tín hiệu vào với tần số Radio (RF) antenna  Bộ tạo dao động (LO – local oscillator) Bộ trộn Khuếch đại  Tín hiệu từ trộn có tần số tổng hiệu tần số  Tần số LO chọn cho hiệu tần số tương ứng với tần số âm nghe (600 Hz)  Các hệ thức RF LO Audio Bộ dao động Bộ lọc  fi tần số ảo (image) cần phải loại bỏ nhờ lọc  fA tần số âm (Audio)  Sử dụng lọc băng tần để loại bỏ tần số ảo RF Loa Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 14 Máy thu biến tần  Superheterodyne : Thường ứng dụng TV radio FM antenna Bộ lọc RF RF VFO Ảo Bộ trộn RF RF VFO Tổng IF BFO Ảo Bộ dao động biến tần Bộ trộn Bộ lọc IF Khuếch đại IF BFO Bộ dao động phách  Các thuật ngữ • RF (Radio frequency) : tần số radio • VFO (Variable-frequency oscillator) : biến tần • Image : ảo (sẽ bị chặn lại lọc) • IF (Intermediate frequency) : tần số trung gian • BFO (beat-frequency oscillator) : dao động phách • Audio : âm nghe • Sum : tổng (tổng tần số) • Product detector : tách sóng Audio Loa Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 15 Máy thu biến tần antenna Bộ trộn RF Bộ lọc RF RF VFO Ảo RF VFO Tổng IF BFO Ảo Bộ dao động biến tần Tín hiệu thu từ antenna Chỉ giữ lại tần số Radio  Tần số Radio :  Tần số ảo VFO :  Tần số IF :  Tần số ảo BFO : Trộn tín hiệu Bộ trộn Bộ lọc IF Khuếch đại IF BFO Audio Bộ dao động phách Giữ lại tín hiệu trung tần Trộn tín hiệu để có Audio Khuếch đại âm Loa Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 16 Máy thu biến tần  Sơ đồ dải tần số  Tần số USB (upper sideband): tần số để tạo tín hiệu có tần số ảo BFO • Sử dụng cơng thức • Suy  Tần số LSB (lower sideband): Giống tần số RF ... trung 3-3 0 kHz, bước sóng 10 0 -1 0 km 3 0-3 00 kHz, 10 -1 km 300 kHz-3 MHz, km -1 0 0 AM Sóng radio 500 -1 6 00 kHz HF Tần số cao hay sóng ngắn MHz-30 MHz, 10 0 -1 0 VHF Tần số cao TV kênh 2-6 TV kênh 7 -1 3 FM... kênh 7 -1 3 FM radio 30 MHz-300 MHz, 10 -1 m 5 4-8 8 MHz 17 4- 216 MHz 88 -1 0 8 MHz UHF Tần số cực cao TV kênh 14 -6 9 Sóng điện thoại di động 300 MHz -1 GHz, m-30 cm 47 0-8 06 MHz 82 4-8 94 MHz microwaves Vi... microwaves Vi sóng GPS Truyền hình vệ tinh C-band Truyền hình vệ tinh Kuband 1- 30 GHz, 30 -1 cm 1. 575 GHz 3. 7-4 .2 GHz 10 .7 -1 2 .75 GHz Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2 016 Điều biến  Các loại điều biến 