Luận án ứng dụng phương pháp mới để phân tích và tổng hợp hệ thống truyền tín hiệu là phương pháp cấu trúc các khối chức năng được biểu diễn đặc trưng bởi M2C và M4C. Đồng thời xác định các phần tử ma trân truyền đạt của các mạch phối hợp không tổn hao. Mời các bạn ùng tham khảo luận án để nắm chi tiết nội dung nghiên cứu.
bộ Giáo dục v Đo tạo HC VIN K THUT QUÂN SỰ -]^ LÝ QUỐC ANH ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT MẠNG BỐN CỰC ĐỂ PHÂN TÍCH VÀ TỔNG HỢP HỆ THƠNG TRUYỀN DỮ LIỆU Chuyªn ngành: K thut in t Mã số: 62.52.70.01 tóm tắt luËn ¸n tiÕn sÜ KỸ THUẬT hμ néi - 2010 công trình đợc hon thnh HC VIN K THUT QN SỰ Ng−êi h−íng dÉn khoa häc: Ph¶n biƯn 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án đợc bảo vệ trớc Hội đồng chấm luận án cấp nh n−íc häp t¹i: Häc viƯn Tμi chÝnh vμo håi ngy tháng năm 2010 Có thể tìm hiểu luận án tại: - Th viện Quèc gia - Học viện kỹ thuật quân DANH MụC CÔNG TRìNH CÔNG Bố CủA TáC GIả Đỗ Huy Giác, Lý Quốc Anh (2004), Ma trận tán xạ S mạch khuếch đại Transistor , tạp chí KHKT Học viện KTQS, (Số 108), trang 74-79 Đỗ Huy Giác, Trịnh Đình Cờng, Lý Quốc Anh (2005), Không gian lợng sóng trạng thái tín hiệu mạch tuyến tính v ứng dụng để phân tích v tổng hợp hƯ thèng trun vμ xư lý tÝn hiƯu”, t¹p chÝ KHKT Học viện KTQS, (Số 113), trang 119-124 Đỗ Huy Giác, Lý Quốc Anh, Nguyễn Xuân Khoa, Nguyễn Diệu Linh, Ngô Thnh Dũng (2006), Tổng hợp mạch không tỉn hao”, t¹p chÝ KHKT Häc viƯn KTQS, (Sè 114), trang 88-95 Mở đầu Tính cấp thiết mục tiêu nghiên cứu luận án Hiện nay, hệ thống truyền tín hiệu đợc ứng dụng rộng r·i nh»m mơc ®Ých phơc vơ cc sèng cđa ngời Các công nghệ cao mạch điện tử ngy cng đợc áp dụng nhiều kỹ thuật truyền dẫn tín hiệu Tuy nhiên, việc ứng dụng phần tử tổ hợp, khối chức đòi hỏi nghiên cứu thuật toán v phơng pháp thích hợp để phân tích, đánh giá v tổng hợp chúng Các phơng pháp phân tích v tổng hợp mạch kinh điển đợc xây dựng mạch điện (các khối chức hệ thống truyền tín hiệu) đợc xây dựng từ phần tử đơn lẻ (các transistor, đèn điện tử, phần tử R,L,C) v thuật toán phân tích, tổng hợp mạch dựa mô hình vật lý tơng đơng Với phần tử tổ hợp cao, việc xây dựng sơ đồ vật lý tơng đơng l phức tạp, độ xác v nhiều không thực đợc Đối tợng, phạm vi phơng pháp ngiên cứu Với đối tợng nghiên cứu l phân tÝch vμ tỉng hỵp hƯ thèng trun tÝn hiƯu, ln án tập trung nghiên cứu đề xuất phơng pháp cấu trúc để phân tích v tổng hợp hệ thống truyền tÝn hiƯu víi ý t−ëng biĨu diƠn hƯ thèng trun tín hiệu theo khối chức đợc đặc trng tham số riêng (dựa mô hình v lý thuyết M4C) Phơng pháp cấu trúc không quan tâm đến phần tử mạch tích hợp bên khối chức m quan tâm đến ®Çu vμo vμ ®Çu (gièng nh− cÊu tróc hép đen) khối chức v cách ghép nối chóng hƯ thèng ý nghÜa khoa häc vµ thực tiễn ắ ng dụng phơng pháp để phân tích v tổng hợp hệ thống truyền tín hiệu l phơng pháp cấu trúc, khối chức đợc biểu diễn đặc trng M2C v M4C ắ Đa phơng pháp xác định phần tử ma trận truyền đạt [A] mạch phối hợp không tổn hao theo tổng trở phụ tải v tổng trở vo cho trớc Đồng thời đa phơng pháp tổng hợp mạch phối hợp theo ma trận truyền đạt [A] biết nh tối u hoá đặc tính phối hợp hệ thống dải tần f lân cận tần số trung tâm tín hiệu CÊu tróc cđa ln ¸n Ln ¸n gåm : Më đầu, bốn chơng thuyết minh, kết luận, kiến nghị, công trình tác giả công bố có liên quan tới luận án v 63 ti liệu tham khảo Các đóng góp luận án Luận án trình bầy phơng pháp xác định đặc tính kỹ thuật M4C thnh phần hệ thống truyền tín hiệu Phân tích khuếch đại transitor dải sóng siêu cao tần mô hình M2C v M4C; a cách xác định hệ số truyền đạt điều kiện làm việc ổn định mạch khuếch đại bán dẫn làm việc dải sóng siêu cao tần thơng qua ma trn tỏn x S Nội dung đợc phản ánh bi báo Ma trận tán xạ S mạch khuếch đại Transistor , tạp chí KHKT Học viện KTQS, Số 108, trang 7479 v bi báo Không gian lợng sóng trạng thái tín hiệu mạch tuyến tính v ứng dụng để phân tích v tổng hợp hệ thèng trun vμ xư lý tÝn hiƯu”, t¹p chÝ KHKT Häc viƯn KTQS, Sè 113, trang 119-124 Ln ¸n còng đa phân tích kết cấu tơng đơng M4C, tổng hợp mạch phối hợp không tổn hao v phơng pháp xác định ma trận truyền đạt [A] mạch phối hợp, xác định tham số vật lý mạch phối hợp, thực hnh tính toán tham số thực hệ thống để khẳng định tính đắng phơng pháp Nội dung đợc phản ánh bi báo Tổng hợp mạch không tỉn hao”, t¹p chÝ KHKT Häc viƯn KTQS, Sè 114, trang 88-95 Ch−¬ng 1: TỉNG QUAN VỊ HƯ THèNG TRUN TíN HIệU 1.1 Vai trò nhiệm vụ hệ thèng trun tÝn hiƯu HƯ thèng trun tÝn hiƯu ®ãng vai trò quan trọng, l nhân tố chủ yếu góp phần thúc đẩy việc ứng dụng thnh tựu vμ tiÕn bé vỊ khoa häc c«ng nghƯ phơc vơ ®êi sèng vμ x· héi loμi ng−êi, lμ ®èi t−ỵng nghiên cứu nh khoa học thuộc lĩnh vực ®iƯn tư, c«ng nghƯ th«ng tin vμ nhiỊu lÜnh vùc khác Hình 1.1 sơ đồ khối tổng quát cđa mét hƯ thèng trun tÝn hiƯu n(t) X(t) Biến đổi sơ cấp S(t) Xử lý tín hiệu Máy phát Kênh truyền Máy thu ~ Xử lý S(t) Thiết bị tớn hiu u cui ~ X(t) Hình 1.1 Sơ đồ khèi cđa hƯ thèng trun tÝn hiƯu 1.2 Ph©n tÝch tổng hợp mạch tuyến tính Trong thực tế, việc phân tích v tổng hợp mạch điện đợc thực mô hình lý tởng l sơ đồ mạch Các hệ thống thờng đợc biểu diễn thông qua mô hình thay 1.3 Các phơng pháp kinh điển để phân tích tổng hợp hệ thống Với phơng pháp phân tích kinh điển mặt hạn chế l cha có tính tổng quát, chất lợng thuật toán đợc xét số tình trạng mạng xác định m cha quan tâm đến việc thích ứng tham số nguồn với tình trạng mạng Mục đính Đề ti l đa lên tính tổng quát mạch điện no v áp dụng cho nhiều bi toán khác Tổng hợp hệ thống: Xây dựng mạch cụ thể theo thuật toán, tiêu cho Đối với phơng tổng hợp kinh điển trớc có nhiều mạch khác thoả mãn thuật toán, vấn đề tổng hợp hệ thống diễn với phần tử cách riêng lẻ, rời rạc Phơng pháp cấu trúc không quan tâm đến phần tử mạch tích hợp bên khối chức m quan tâm ®Õn ®Çu vμo vμ ®Çu (gièng nh− cÊu tróc hộp đen) khối chức v cách ghép nối chúng hệ thống 1.4 Phơng pháp cấu trúc áp dụng lý thuyết M4C để phân tích tổng hợp hệ thống truyền tín hiệu Để giải bi toán phối hợp ta mô tả hệ thống truyền tín hiệu mô hình tổng quát (Hình 1.2), hệ thống gồm M2C v M4C mắc liên thông với nhau: Zn ( p& n ) n Zt ( p& t ) Hình 1.2 Mô hình tổng quát hệ thống truyền tín hiệu Trong hình trên, M2C l nguồn tín hiệu v phụ tải, M4C l khối chức hệ thống truyền tín hiệu (các suy giảm, khuyếch đại, quay pha ), mạch phối hợp Các M4C đợc đặc trng ma trận tham số riêng Ta phân tích phân tích cđa hƯ thèng trun tÝn hiƯu còng nh− tỉng hỵp hƯ thèng trun tÝn hiƯu theo mét hc mét sè tiêu cho trớc sở lý thuyết M4C 1.5 Kết luận chơng Bi toán phân tích v tổng hợp mạch điện l bi toán phân tích v tổng hợp thiết bị ®iƯn tư nãi riªng hay hƯ thèng trun tÝn hiƯu nói chung; thế, đợc nhiều tác giả xem xét, giải v trở thnh bi toán kinh điển Tuy nhiên, tất phơng pháp giải bi toán phân tích v tổng hợp mạch điện dựa mô hình vật lý tơng đơng (mô hình vật lý tơng đơng phần tử v mạch) Phân tích v tổng hợp mạch dựa mô hình vật lý tơng đơng có u điểm l biết rõ trình vật lý xẩy phần phần chí phần tử mạch Ngy nay, với tiến lĩnh vực công nghệ điện tử đa vo sử dụng linh kiƯn míi nh− b¸n dÉn tr−êng lμm viƯc ë chế độ tần số cao, công suất lớn; đặc biệt phần tử tổ hợp cao v việc chế tạo thiết bị theo hớng mô đun hoá việc phân tích mạch sơ đồ vật lý tơng đơng l phức tạp v nhiều trờng hợp không thực đợc Trong nội dung chơng 1, NCS đa việc thực phân tích v tổng hợp mạch mô hình l mô hình mạng nhiều cực, coi mạch điện l ghép nối mạng nhiều cực hay phần tử nhiều cực v việc phân tích đợc dựa sở lý thuyết mạng nhiều cực m cụ thể l M4C Đây cã thĨ xem lμ mét ý míi cđa ln ¸n Chơng 2: ứng dụng MÔ HìNH V Lý THUYếT M4C Để PHÂN TíCH Hệ Thống truyền tín hiệu 2.1 Sơ đồ cấu trúc khuếch đại Transistor dải siêu cao tần Mô hình khuếch đại đợc mô tả nh Hình 2-1 Các M2C đặc trng cho nguồn tín hiệu vo phụ tải, M4C đặc trng cho mô đun khuếch đại (bao gồm transistor v phần tử xác định chế độ lm việc transistor) Nguồn tín hiệu Mô đun khuếch đại Phụ tải 2.1.1 Bộ khuếch đại có nguồn tín hiệu tải hoà hỵp Trong tr−êng hỵp xÐt ta cã tỉng trë c¸c ngn Zn b»ng tỉng trë phơ Zt vμ b»ng trở kháng sóng đoạn dây nối nguồn tín hiệu v với đầu vo v đầu mô đun khuếch đại (Zn = Zt = ) 2.1.2 Bộ khuếch đại có nguồn phụ tải Trong dải sóng siêu cao tần, nguồn tín hiệu đợc mô tả dới dạng M2C với hệ số phản xạ phức p& n v máy phát sóng tín hiệu phát phía phụ tải sóng với biên độ hn, phụ tải đợc đặc trng hệ số phản xạ phức p& t Mô ®un khuÕch ®¹i chÕ ®é khuÕch ®¹i tuyÕn tÝnh (tín hiệu vo nhỏ) đợc mô tả M4C với ma trận tán xạ [S] hn [S] Zn a) Zt p& n bn p& n p& an hn bn b) an a2 at b1 b2 bt b2 S21 S11 p& n b1 p& t a1 a1 at p& t S22 a2 S12 bt Hình 2.6 Sơ đồ tơng đơng khuếch đại v graph định hớng với [S] 2.2 Xác định tham số khuếch đại transistor dải sóng siêu cao tần Hệ số ổn định v hệ số khuếch đại công suất dải tần công tác l tham số khuếch đại transistor dải sóng siêu cao tần 2.2.1 Xác định hệ số phản xạ khuếch đại p& = b1 a1 a ; p& = ≠o b2 a2 ; a1 ≠ o p& = b1 S S p& = S11 + 12 21 t a1 − S22 p& t (2.12) p& = b2 S S p& = S22 + 12 21 n a2 − S11p& n (2.13) Bộ khuếch đại lm việc ổn định mô đun hệ số khuếch đại đầu vo v đầu nhỏ thua 1: p1 < ; p < (2.14) Từ điều kiện cho phép xác định đợc hệ số phản xạ nguồn v tải tơng đơng để khuếch đại lm việc ổn định 2.2.2 Xác định hệ số khuếch đại khuếch đại in Zn bn hn i1 an p& p& n an a1 bn b1 a1 p& n Z1 u1 p& 1 b1 H×nh 2.7 Sơ đồ thay tơng đơng khuếch ®¹i ( P1 ) K pα lμ hƯ sè trun công suất từ nguồn tín hiệu tới đầu vo khuếch ®¹i (1 − p& )(1 − p& ) = Z = K pα n − p& n p& t n + Z*n Z1 + Z1* Zn + Z1* (2.23) Để xét quan hệ lợng đầu mô đun khuếch đại, ta thay khuếch đại sơ đồ tơng đơng Hình 2.8 e2 h2 h2 Z2 Zt u2 p& b2 a2 at b2 bt at p& t p& a2 p& t 1 bt Hình 2.8 Sơ đồ tơng đơng khuếch đại ( P2 ) 10 Ma trận S hon ton đặc trng cho đặc tính khuếch đại ~ tính đến ¶nh h−ëng cđa ngn tÝn hiƯu vμ phơ t¶i Kp = b 20 a10 ~ (1 − p& ) (1 − p& ) S 2 = S21 = n t 21 (1 − p& nS11 ) (1 − p& tS22 ) − S12S21p& n p& t (2.68) 2.4 Ma trËn trun sãng cđa bé khuếch đại transistor Trong nhiều trờng hợp phân tích đặc tính khuếch đại transistor dải sóng siêu cao tần đơn giản sử dụng ma trận truyền sóng khuếch đại T% a10 e jϕ an (1-|pn|2)-1/2 bn pn(1-|pn|2)1/2 b10 a1 -pn(1-|pn|2)-1/2 (1-|pn|2)-1/2 an b1 -1/2 at (1-|pt| ) b2 T11 T21 pt(1-|pt|2) T12 a2 T22 e-jϕ a20 pt(1-|pt|2)-1/2 bt (1-|pt|2)-1/2 -1 e-j b20 Hình 2.13 Grap định hớng sơ đồ với ma trận truyền sóng T% Khi ®ã ma trËn trun sãng ⎡⎣T% ⎤⎦ cđa bé khch ®¹i b»ng tÝch cđa ba ma trËn trun sãng thμnh phÇn: ~ ⎡ ⎤ ⎢⎣T ⎥⎦ = [ Tn ][ T ][ Tt ] = ~ T11 ~ ~ T12 ~ (2.72) T 21 T 22 2.5 KÕt luËn ch−¬ng Nh chơng 1, cách tỉng qu¸t cã thĨ xem hƯ thèng trun tÝn hiƯu l ghép nối liên thông M4C v M2C (các M4C l khối chức hệ M2C l nguồn tín hiệu v phụ tải); M4C ghép liên thông đợc thay tơng đơng M4C Trên sở đó, nội dung chơng tập trung xác định tham số lm việc mạch chức điển hình, l mạch khuếch đại transistor dải dóng siêu cao tần sở lý thuyết M4C 11 - Xác định điều kiện lm việc ổn định khuếch đại theo tham số ma trận tán xạ [ S ] transistor Điều kiện ổn định đợc xác định biểu thức: K= 2 S12S21 − S11 − S22 + Δ s (2.85) ắ Khi K >1 mô đun khuếch đại phối hợp đồng thời theo đầu vo v đầu (đảm bảo hệ số khuếch đại công suất khuếch đại l lớn ) ắ Khi K =1 l điều kiện biên ; K