1. Trang chủ
  2. » Kỹ Thuật - Công Nghệ

Bài giảng Nhập môn điện tử - Chương 11: Tổng quan về hệ thống thu phát vô tuyến

36 154 0

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Định dạng
Số trang 36
Dung lượng 4,77 MB

Nội dung

Bài giảng Nhập môn điện tử - Chương 11: Tổng quan về hệ thống thu phát vô tuyến cung cấp cho người đọc các kiến thức: Các khái niệm cơ bản, máy phát, máy thu. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Trang 1

Tr ườ ng Đ i H c Công Ngh   ạ ọ ệ

Trang 3

1.  Cỏc khỏi ni m c  b n ệ ơ ả  

3

a. Hệ THốNG THIếT Bị THU PHáT

Máy phát Tx

Môi trường  truyền

Máy thu Rx

Sơ đồ khối của hệ thống thiết bị thu phát

Nhiễu Nhiễu

Trang 4

+ Máy phát: Tập hợp các linh kiện và mạch điện tử được

thiết kế để biến đổi tin tức thành tín hiệu phù hợp với môi trường truyền

+ Môi trường truyền: Phương tiện để truyền thông tin,

có thể là dây dẫn (gọi là hữu tuyến như cáp đồng trục, cáp sợi quang) hoặc là khoảng không gian từ nơi phát

đến nơi thu (gọi là vô tuyến, như trong thông tin vi ba

số, thông tin vệ tinh)

+ Máy thu: Tập hợp các linh kiện và mạch điện tử được

thiết kế để nhận tín hiệu từ môi trường truyền, xử lý

và khôi phục lại tín hiệu ban đầu

+ Nhiễu: Tín hiệu ngẫu nhiên không momg muốn, xen

lẫn vào tín hiệu hữu ích, làm sai dạng tín hiệu ban

đầu Nhiễu có thể xuất hiện trong cả 3 quá trỡnh phát, truyền dẫn và thu Do đó việc triệt nhiễu là một vấn

đề quan trọng cần được quan tâm trong hệ thống thiết

Trang 5

b. máy phát

Điều chế Đổ i tần

Tổng hợp tần số

KĐCScao tần

Tín

hiệu

vào

Điều khiển

số Sơ đồ khối tổng quát của máy phát

Trang 6

Máy thu thanh và máy thu hỡnh dân dụng thường được đổi tần 1 lần Máy thu thông tin chuyên dụng được đổi tần 2 lần nhằm tăng độ chọn lọc và loại bỏ nhiễu tần số ảnh.

Các tín hiệu ban đầu (nguyên thuỷ) dạng tương tự hay số chưa điều chế được gọi là tín hiệu băng gốc (Base Band Signals) Tín hiệu băng gốc có thể được truyền trực tiếp trong môi trường truyền như

điện thoại nội bộ (Intercom), giữa các máy tính trong mạng LAN hoặc truyền gián tiếp bằng kỹ thuật điều chế.

+ Điều chế: là quá trình biến đổi một trong các thông số của sóng

mang cao tần hỡnh sine (biên độ, tần số hoặc pha) tỉ lệ với tín hiệu băng gốc Có ba loại điều chế cơ bản: điều biên AM, điều tần FM,

điều pha PM và các biến thể của chúng (dạng tương tự) như SSB, DSB, (dạng số) như FSK, PSK, QPSK, MPSK

+ Đổ i tần: (Trộn tần-Mixer) là quá trình dịch chuyển phổ của tín

hiệu đã điều chế lên cao (ở máy phát) hoặc xuống thấp (ở máy thu)

mà không thay đổi cấu trúc phổ (dạng tín hiệu) của nó để thuận tiện cho việc xử lý tín hiệu.

+ Tổ ng hợp tần s ố: (Frequency Synthesizer) là bộ tạo nhiều tần số

chuẩn có độ ổn định cao từ một hoặc vài tần số chuẩn của dao

động thạch anh.

+ Khuếch đại công s uất cao tần: Khuếch đại tín hiệu đã điều

chế ở tần số nào đó đến mức công suất cần thiết, lọc, phối hợp trở kháng với anten phát.

Trang 7

KĐTT 1

Đổi tần 2

KĐTT 2

Giải

điều chế

KĐCS

AGC

Tổng hợp tần số

Điều khiển số

Sơ đồ khối tổng quát của máy

thu

Trang 8

+ Anten thu: là phần tử biến đổi năng lượng sóng điện từ

thành tín hiệu cao tần ở ngõ vào của máy thu, anten có tính thuận nghịch

là bộ khuếch đại nhiễu thấp LNA (Low Noise Amplifier)

Nó khuếch đại tín hiệu thu được từ anten đến mức cần thiết để đổi tần xuống trung tần

Frequency Amplifier): Bộ khuếch đại có độ chọn lọc cao,

hệ số khuếch đại lớn để tăng điện áp tín hiệu đến mức cần thiết cho việc giải điều chế ở nhiều máy thu hiện

đại, nhằm tăng chất lượng, việc đổi tần được thực hiện 2 lần như hỡnh vẽ

lại tín hiệu ban đầu (tín hiệu đưa vào điều chế ở máy phát) từ tín hiệu trung tần

+ Mạch điện tử thông tin liên quan đến tần s ố cao: Bộ

tổng hợp tần số, Bộ điều khiển số, tải chọn lọc tần số

Trang 9

TÇn sè siªu cùc cao (EHF) Extremly High

Frequency

(30 - 300)GHz Vïng ¸nh s¸ng Hång ngo¹i (IR) Infrared

Vïng ¸nh s¸ng thÊy ®­îc The Visible Spectrum

(Light)

m

6

7 10 10

m

5

6 10 10

m

4

5 10 10

m

3

4 10 10

m

2

3 10 10

m

1

2 10 10

m

1 10

m

1

10 1

m

2

1 10 10

m

3

2 10 10

m

10 7 , 0

m

8 , 0 4 , 0

Trang 10

Dải tần Vi ba (Microwave) có tần số từ 1GHz đến 40GHz được chia làm nhiều dải nhỏ:

Việc phân loại phổ tần số ra nhiều dải tần để nâng

cao hiệu quả sử dụng ở máy thu

Trang 11

E. BĂng thông

nhỏ nhất của tín hiệu Đó là khoảng tần số mà phổ tín hiệu chiếm giữ hoặc là khoảng tần số tín hiệu được truyền từ máy phát đến máy thu

mang cao tần, phổ của tín hiệu cao tần đã điều chế chiếm giữ một băng thông quanh tần số sóng mang

có độ rộng khác nhau Các kỹ thuật viễn thông hư ớng đến việc giảm băng thông tín hiệu truyền, giảm nhiễu, tiết kiệm phổ tần số

Trang 12

vThông tin một chiều (Simplex)

- Phát thanh quảng bá AM, FM

- Điện thoại vô tuyến di động hoặc cố định

- Điện thoại di động tế bào

- Thông tin của các trạm mặt đất thông qua vệ tinh

- Thông tin hàng không, thông tin vi ba số

- Thông tin số liệu giữa các máy vi tính

Trang 13

S ơ đồ khối tổ ng quát của hệ thống thiết bị thu phát

Máy phát là một thiết bị phát ra tín hiệu dưới dạng sóng

điện từ được biểu diễn dưới một hình thức điều chế thích hợp, chính xác để bảo vệ các thông tin được phát đi, không bị biến dạng quá mức

Ngoài ra, các tần số hoạt động của máy phát được chọn phải có độ ổn định cao (công suất ra, tần số làm việc,

độ ổn định tần số, dải tần số điều chế), phự h p v i ợ ớcác kênh và vùng phủ sóng theo qui định của hiệp hội thông tin quốc tế (ITV)

Trang 14

 Theo c«ng dông

b) Ph©n lo¹i 

Ph¸t Th«ng tin

Ph¸t Chg trình

Ph¸t øng dông M¸y ph¸t

Ra

®a

Ph¸t hình

Đo kh c¸ch

Ph¸t thanh

Trang 15

• Theo tÇn s è

Trang 16

+ Máy phát điều xung (PM)

+ Máy phát khoá dịch biên độ ASK, QAM

+ Máy phát khoá dịch pha PSK, QPSK

+ Máy phát khoá dịch tần FSK

•Theo công s uất

+ Máy phát công suất nhỏ Pra <100W

+ Máy phát công suất trung bỡnh 100W < Pra < 10KW

+ Máy phát công suất lớn 10KW < Pra < 1000KW

+ Máy phát công suất cực lớn Pra > 1000KW

Trong các máy phát công suất nhỏ và trung bình s  ử

d ngụ : BJ T, FET, MOSFET công suất; công suất lớn và cực

Trang 17

&làm nguội

Khối chủ sóng

Tiền KĐ Cao tần

Nguồn Cung cấp

S ơ đồ khối tổ ng quát của máy phát điều 

biên AM

Trang 18

+ Tiền khuếch đại âm tần: Có nhiệm vụ khuếch đại điện áp tín hiệu vào đến mức cần thiết để đưa vào tầng khuếch đại công suất âm tần (KĐCSÂT) Vì đối với máy phát AM thì biên

độ điện áp âm tần yêu cầu lớn để có độ điều chế sâu (m lớn) nên tầng này thường có tầng khuếch đại micro và khuếch đại

điện áp mức cao.

+ Khuếch đại công suất âm tần (KĐCSÂT): có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu đến mức đủ lớn để tiến hành điều chế tín hiệu cao tần

+ Khối chủ sóng (Dao động): có nhiệm vụ tạo ra dao động cao tần (sóng mang) có biên độ và tần số ổn định, có tầm biến

đổi tần số rộng Muốn vậy, ta có thể dùng mạch dao động LC kết hợp với mạch tự động điều chỉnh tần số (AFC).

+ Khối tiền khuếch đại cao tần (TKĐCT): có thể được dùng để nhân tần số hoặc khuếch đại dao động cao tần đến mức cần thiết để kích thích cho tần công suất làm việc Nó còn

có nhiệm vụ đệm, làm giảm ảnh hưởng của các tầng sau đến

độ ổn định tần số của khối chủ sóng Vì vậy, nó có thể có

Trang 19

+ Khối khuếch đại công suất cao tần (KĐCSCT): có nhiệm vụ tạo ra công suất cần thiết theo yêu cầu công suất ra của máy phát Công suất ra yêu cầu càng lớn thì

số tầng khuếch đại trong khối KĐCSCT càng nhiều

+ Mạch ra để phối hợp trở kháng giữa tầng KĐCSCT cuối cùng và anten để có công suất ra tối ưu

+ Anten để bức xạ năng lượng cao tần của máy phát thành sóng điện từ truyền đi trong không gian

+ Nguồn cung cấp điện áp phải có công suất lớn để cung cấp cho Transistor hoặc đèn điện tử công suẩt

+ Ngoài ra, máy phát phải có thiết bị an toàn và thiết bị làm nguội

Trang 20

T +mạch ra

TBị an toàn

&làm nguội

Khối chủ sóng (DĐ)

Nguồn Cung cấp

S ơ đồ khối tổ ng quát của máy phát điều  tần FM

Tầng điện kháng: sử dụng các phần tử điện kháng để biến đổi tín hiệu âm tần thành điện kháng thay đổi (dung kháng hoặc cảm kháng biến thiên) để thực hiện việc điều chế FM Phần tử điện kháng có thể là

Trang 21

là lớn nhất

Đối với mạch công suất: việc phối hợp trở kháng giữa tầng ra của bộ khuếch đại công suất cao tần và anten nhằm đạt được công suất ra lớn nhất

iii.Đảm bảo băng thông (B)

Mạch lọc đầu ra phải đảm bảo sao cho ngoài biên biên độ không giảm quá 3dB Mặt khác dải thông tỉ lệ nghịch với

hệ số phẩm chất của khung cộng hưởng ( ) Vì vậy

để đảm bảo dải thông và hệ số phẩm chất ta phải dùng nhiều bộ lọc ghép với nhau

Q f

B o

Trang 22

Trong một dải tần rộng và thay đổi độ ghép với tải để

có tải tối ưu

Nói chung không thể đồng thời thoả mãn các yêu cầu trên mà tuỳ từng trường hợp cụ thể để xét yêu cầu nào là quan trọng, yêu cầu nào nào là thứ yếu Ví dụ:

+ Đối với tầng tiền khuếch đại, yêu cầu phối hợp trở kháng là chính, không yêu cầu độ chọn lọc cao, không cần hiệu suất cao nên chỉ cần dùng mạch cộng hưởng

đơn

+ Đối với tầng ra, yêu cầu hiệu suất cao, độ lọc hài cao

Trang 23

v.Tinh chỉnh anten

   Đối với tầng trước thỡ điện trở tải chính là điện trở vào của tầng kế tiếp sau Còn đối với tầng cuối thỡ điện trở tải chính là điện trở của phiđơ Thực chất phiđơ có thể

là thuần trở rA , dung kháng rA-jXA , hoặc cảm kháng rA+ jXA Nhưng chỉ khi anten thuần trở thì công suất ra anten mới lớn nhất Muốn vậy, phải chỉnh anten cộng hưởng ở tần số làm việc bằng bộ phận tinh chỉnh Nếu là rA-jXA thì chỉnh Lc và nếu là rA+ jXA thỡ chỉnh Cc

S ử dụng cuộn cảm và tụ để tinh chỉnh anten

Trang 25

vi. Các bước thiết kế một mạch ghép biến áp

Khi thiết kế, biết trước các điều kiện: PL , tần số góc và chọn Q1 

tùy theo tần số Tiến hành một số bước tính toán như sau:

1 Biết PL, chọn tùy theo công suất yêu cầu theo bảng dư

ới đây:

) 95 , 0 9 , 0 ( BA

Trang 26

BA L P

R td

o K

1 1

L

1 1

1 ' C C KS

C

1

K o

R Q

BA

td K

R R

K R

td

fa R r

4 Điện trở cộng hưởng khi có tải

5 Hệ số phẩm chất khi đã có tải: Q1 = (10 50)

L k M L

Trang 27

từ trường Máy thu phải loại bỏ được các loại nhiễu không mong muốn, khuếch đại tín hiệu và sau đó giải điều chế nó để nhận được thông tin ban đầu

b) Đặc điểm máy thui.Độ nhạy

Biểu thị khả năng thu tín hiệu yếu của máy thu, được xác

định bằng sức điện động cảm ứng tối thiểu của tín hiệu tại anten để bảo đảm cho máy thu làm việc bỡnh thường Đo bằng microvolt Điều kiện làm việc:

- Đảm bảo công suất ra danh định.

- Đảm bảo tỉ số tín hiệu trên nhiễu (S/N)

Muốn nâng cao độ nhạy thỡ hệ số khuếch đại của nó phải lớn

và mức tạp âm nội bộ của nó phải thấp (giảm tạp âm của tầng

đầu) Ở siêu cao tần (f>30MHz) độ nhạy của máy thu thường đư

ợc xác định bằng công suất chứ không phải bằng sức điện

động cảm ứng trên anten.

Trang 28

ii Độ chọn lọc

là khả năng chèn ép các dạng nhiễu không phải là tín hiệu cần thu ie, độ chọn lọc là khả năng lựa chọn tín hiệu ra khỏi các loại nhiễu tồn tại ở đầu vào máy thu Độ chọn lọc

+ Ao: hệ số KĐ tại tần số f0 , Af: hệ số KĐ tại tần số f

Trang 29

c) Máy thu khuếch đại trực tiếp

Lọc bằng thông

Kh đại Cao Tần

KĐCS

Âm tần

Thiết

bị cuối

S ơ đồ khối đơn giản của máy thu khuếch đại trực 

tiếp

d) Máy thu đổ i tần

Trộn tần

Mạch

vào

Dđộn g nội

Thiết bị cuối

KĐCS

âm tần

Tách sóng

KĐTT KĐCT

Khối

đổi kênh

S ơ đồ khối tổ ng quát của máy thu đổ i tần

Trang 30

So với máy thu khuếch đại trực tiếp thì máy thu đổi tần

có những ưu điểm sau đây:

+ Có khả năng lựa chọn kênh thu tuỳ ý bằng các thay đổi tần số dao động nội

+ Tần số tín hiệu được hạ thấp thành tần số trung tần

nên có thể dùng nhiều mạch khuếch đại trung tần để đạt

hệ số khuếch đại toàn máy cao, mà vẫn bảo đảm tính

ổn định cho máy thu Số tầng trung gian không bị hạn chế (8-10)

Trang 31

e) Máy thu đổ i tần AM

Để giữ cho biên độ điện áp ra gần như không đổi dước tác dụng của hiện tượng pha đinh và nhiều nguyên nhân khác nhau, ta sử dụng mạch tự động điều chỉnh độ khuếch đại AGC Khi máy thu AM yêu cầu chất lượng cao, ta sử dụng mạch tự động điều chỉnh tần số AFC.

Trộn tần

Mạch

vào

Dđộng nội

Thiết

bị cuối

KĐCS

âm tần

TSóng AM

KĐTT KĐCT

Khối

đổi kênh

AGC

S ơ đồ khối tổ ng quát của máy thu đổ i tần 

AM

Trang 32

f) Máy thu đổ i tần FM

Trộn tần

Mạch

vào

Daođộn g nội

Thiết

bị cuối

KĐCS

âm tần

Táchsón g FM

KĐ TT

KĐ CT

Khối

đổi kênh

Trang 33

• truyền đạt tín hiệu từ anten vào máy thu

• là phần quan trọng quyết định chất lượng máy thu

• Bảo đảm hệ số truyền đạt lớn và đồng đều trong cả dải băng sóng

Ví dụ băng sóng MW: 550KHz-1600KHz, vo=20uv

550KHz 1600KHz vo=20μv

Hệ số truyền đạt đồng đều cả băng s óng  MW

Trang 34

• Độ chọn lọc tần số, tần số lân cận, tần số trung tần, tần số ảnh phải bảo đảm chỉ tiêu đề ra.

• Bảo đảm thu hết băng thông cho từng đài phát

Mạch vào bao gồm 3 thành phần:

+ Hệ thống cộng hưởng (đơn hoặc kép) có thể điều chỉnh đến tần số cần thu

+ Mạch ghép với nguồn tín hiệu từ anten

+ Mạch ghép với tải của mạch vào (tầng khuếch đại cao tần đầu tiên)

ii. Các yêu cầu của mạch vào máy thu1 Hệ s ố truyền đạt

Là tỉ số giữa điện áp ra của mạch vào điều chỉnh cộng hưởng ở một tần số nào đó và sức điện động cảm ứng trên anten (Ea)

A

o MV

E V A

Trang 35

2.  Độ chọn lọc

f

o C

A

A S

3. Băng thông B

4.  Dải tần làm việc

Gọi dải tần số làm việc của máy thu là: fomin-fomax Tần

đoạn làm việc được định nghĩa như sau:

min

max

o

o doan

f

f A

Dải tần nói trên có thể được chia thành nhiều băng tần bằng cách chia thành nhiều cuộn dây cho các băng tần, mỗi băng tần tương ứng với một cuộn dây khác nhau Tỉ

số giữa fbmax và fbmin ứng với mỗi băng gọi là hệ số trùm băng

min

max

b

b bang

f f A

Trang 36

iii.Nhiễu trong hệ thống thông tin và trong máy thuNhiễu trong hệ thống thông tin xuất hiện trong kênh thông tin và trong cả thiết bị Nhiễu là thành phần không mong muốn, xuất hiện ngẫu nhiên gây nhiễu với tín hiệu hữu ích Ta không thể loại bỏ nhiễu hoàn toàn nhưng có thể giảm nhiễu bằng các biện pháp khác nhau, chẳng hạn giảm băng thông tín hiệu, tăng công suất máy phát hoặc

sử dụng các bộ khuếch đại nhiễu thấp

Có hai loại nhiễu là nhiễu bên trong: xuất hiện trong bản thân thiết bị và nhiễu bên ngoài: xuất hiện trên kênh truyền vNhiễu bên ngoài

Nếu môi trường truyền dẫn là không gian thỡ nó có nhiều loại nhiễu như nhiễu do thiết bị, từ khí quyển và

từ không gian

vNhiễu bên trong Nhiễu bên trong xuất hiện trong bản thân thiết bị, cả trong thành phần thụ động như điện trở, cáp và tích cực như diode, transistor, đèn điện tử Chúng gồm nhiễu

Ngày đăng: 13/02/2020, 00:01

TỪ KHÓA LIÊN QUAN

w