Nghiên cứu bộ đo tin cậy và áp dụng vào hệ thống tư vấn

Đại học quốc gia hà nội Tr-ờng đại học công nghÖ - - Bạch hoàng giang nghiên cứu chế tạo máy phát radar tầm thấp dải sóng dm theo nguyên lý cộng công suất máy luận văn thạc sĩ hà nội, 2011 Đại học quốc gia hà nội Tr-ờng đại học công nghệ - - Bạch hoàng giang nghiên cứu chế tạo máy phát radar tầm thấp dải sóng dm theo nguyên lý cộng công suất m¸y Ngành : Cơng nghệ Điện tử - Viễn thơng Chuyên ngành : Kỹ thuật điện tử Mã số : 60 52 70 luận văn thạc sĩ NGI HNG DN KHOA HỌC : PGS.TS BẠCH GIA DƯƠNG MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌ NH VẼ MỞ ĐẦU………………………………………………………………………… Chƣơng - LÝ THUYẾT KỸ THUẬT SIÊU CAO TẦN…………………… 1.1 Tổng quan kỹ thuật radar …………………………………………….2 1.2 Giới thiệu chung về kĩ thuật siêu cao tần……………………………… 1.3 Lý thuyết đƣờng truyền………………………………………………… 1.4 Giới thiệu giản đồ Smith………………………………………… 10 1.5 Các phƣơng pháp phối hợp trở kháng…………………………………13 1.5.1 Phối hợp trở kháng dùng phần tử tập trung……………………13 1.5.2 Phối hợp trở kháng dùng dây nhánh………………………… 14 1.5.3 Phối hợp dùng dây nhánh……………………………… 14 1.5.4 Phối hợp đoạn dây lamda/4………………………………… 16 1.5.5 Phối hợp trở kháng đoạn dây có chiều dài bất kỳ……………16 1.5.6 Phối hợp trở kháng hai đoạn dây mắc nối tiếp…… 17 Chƣơng - THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY PHÁT RADA SÓNG DM……… 18 2.1 Mạch vòng bám pha tổ hợp tần số……………………………….18 2.1.1 Giới thiệu chung………………………………………………… 18 2.1.2 Tổng quan vòng bám pha (PLL)……………………………… 18 2.1.2.1 Bắt chập giữ chập………………………………………21 2.1.2.2 Đặc trưng chuyển tần số sang điện áp…………………….21 2.2 Bộ tổ hợp tần số dùng vòng bám pha………………………………… 23 2.2.1 Bộ so pha………………………………………………… 24 2.2.2 Các chia tần…………………………………………………….26 2.2.3 Bộ lọc tần số thấp………………………………………………….26 2.2.4 Bộ dao động điều khiển điện áp (VCO)…………… 27 2.2.5 Mã Backer………………………………………………… 27 2.2.5.1 Định nghĩa……………………………………………………… 27 2.2.5.2 Các phương pháp tạo mã backer………………………………….27 Chƣơng - NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO CÁC BỘ CỘNG CÔNG SUẤT……………………………………………… 30 3.1 Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo cộng công suất………………… 30 3.1.1 Các chia/cộng công suất……………………………………… 30 3.1.1.1 Bộ chia cộng công suất Wilkinson……………………………….30 3.2 Thiết kế mô phỏng……………………………………………………35 3.2.1 Bộ chia/cộng 1:2………………………………………………… 35 3.2.2 Bộ chia/cộng 1:4………………………………………………… 37 3.2.3 Bộ chia/cộng 1:8………………………………………………… 39 Chƣơng KẾT QUẢ THƢ̣C NGHIỆM……………………………… 42 4.1 Chế tạo tổ hợp tần số …………………………………………….42 4.2 Chế tạo bộ VCO…………………………………………………… 44 4.3 Chế tạo modul bộ chia/cộng Wilkinson ……………………………… 47 4.3.1 Lựa chọn vật liệu linh kiện…………………………………… 47 4.3.2 Chế tạo…………………………………………………………… 48 4.3.2.1 Bộ chia/cộng 2…………………………………………………….49 4.3.2.2 Bộ chia/cộng 4…………………………………………………….50 4.3.2.3 Bộ chia/cộng 8…………………………………………………….52 4.4 Thử nghiệm …………………………………………………………… 53 4.4.1 Thử nghiệm chia/cộng 1:2…………………………………… 53 4.4.2 Thử nghiệm chia/cộng 1:4…………………………………… 54 4.4.3 Thử nghiệm chia/cộng 1:8…………………………………… 55 KẾT LUẬN………………………………………………………………………56 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………………57 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Phân loại radar theo chất lượng kỹ thuật Hình 1.2: Phổ tần số sóng điện từ Hình 1.3: Dây dẫn song song Mơ hình tương đương Hình 1.4: Dây dẫn với trở kháng đặc trưng Z0, hệ số truyền  giới hạn trở kháng tải Zt Hình 1.5: Giản đồ Smith Hình 1.6: Biểu diễn điểm bụng điểm nút sóng đứng biểu đồ Smith Hình 1.7: Sơ đồ phối hợp trở kháng Hình 1.8: Sơ đồ phối hợp trở kháng dùng phần tử tập trung Hình 1.9: Phối hợp trở kháng đoạn dây nhánh Hình 1.10: Sơ đồ phối hợp trở kháng sử dụng dây nhánh song song Hình 1.11: Sơ đồ sử dụng đoạn dây λ/4 Hình 1.12: Phối hợp trở kháng đoạn dây có chiều dài Hình 1.13: Phối hợp trở kháng hai đoạn dây mắc nối tiếp Hình 2.1: Sơ đồ chức mạch vịng bám pha Hình 2.2: Đặc trưng chuyển tần số - điện áp PLL Hình 2.3: Sự phụ thuộc tần số VCO vào điện áp Hình 2.4: Sơ đồ chức tổ hợp tần số dùng mạch vịng bám pha Hình 2.5: Cấu trúc so pha số Hình 2.6: Giản đồ xung lối vào/ra (IN/OUT) chưa bắt chập Hình 2.7: Giản đồ xung lối vào/ra (IN/OUT) tần số lối vào Hình 2.8: Sơ đờ cấu trúc của bợ tạo tí n hiệu ch̉n Hình 2.9: Sơ đờ cấu trúc của bợ lọc nén phương pháp tích cực Hình 3.1: Sơ đồ chia/cộng cơng suất Hình 3.2: Bộ chia đơi Wilkinson Hình 3.3: Sơ đồ chia Wilkinson dạng đối xứng chuẩn hóa Hình 3.4: (a) Chế độ chẵn Hình 3.5: Sơ đồ phân tích chia Wilkinson để tìm s11 Hình 3.6: Bộ chia cộng Wilkinson khơng Hình 3.7: Sơ đồ chia Wilkinson N đường Hình 3.8: Sơ đồ mơ chia/cộng Wilkinson 1:2 Hình 3.9: Kết mơ chia/cộng Wilkinson 1:2 Hình 3.10: Thiết kế layout chia/cộng Wilkinson 1:2 Hình 3.11: Sơ đồ mơ chia/cộng Wilkinson 1:4 Hình 3.12: Kết mơ chia/cộng Wilkinson 1:4 Hình 3.13: Thiết kế layout chia/cộng Wilkinson 1:4 Hình 3.14: Sơ đồ mơ chia/cộng Wilkinson 1:8 (b) Chế độ lẻ Hình 3.15: Kết mơ chia/cộng Wilkinson 1:8 Hình 3.16: Thiết kế layout chia/cộng Wilkinson 1:8 Hình 4.1: Sơ đồ khối bộ tổ hợp tần số dùng PLL Hình 4.2: Sơ đờ ngun lý bợ tở hợp tần sớ Hình 4.3: Bộ tổ hợp tần số với bàn phím đặt giá trị tùy ý Hình 4.4: Mạch VCO Hình 4.5: Đo đặc trưng Tần số - Điện áp của bợ dao đợng VCO Hình 4.6: Phở tí n hiệu tại tần sớ 860MHz Hình 4.7: Đặc trưng Tần số - Điện áp của bộ dao động VCO Hình 4.8: Các loại trở cơng suất Hình 4.9: Vỏ hộp nhơm connector N Hình 4.10: Mạch in chia sau phay Hình 4.11: Lắp đặt mạch in chia vào hộp nhơm Hình 4.12: Bộ chia hồn chỉnh Hình 4.13: Mạch in chia sau phay Hình 4.14: Lắp đặt mạch in chia vào hộp nhơm Hình 4.15: Bộ chia hồn chỉnh Hình 4.16: Mạch in chia sau phay Hình 4.17: Bộ chia hồn chỉnh Hình 4.18: Mơ hình thử nghiệm chia/cộng 1:2 Hình 4.19: Kết đo chia/cộng 1:2 tần số 800 ÷ 900MHz Hình 4.20: Mơ hình thử nghiệm chia/cộng 1:4 Hình 4.21: Kết đo chia/cộng 1:4 tần số 800 ÷ 900MHz Hình 4.22: Mơ hình thử nghiệm chia/cộng 1:8 Hình 4.23: Kết đo chia/cộng 1:8 tần số 800 ÷ 900MHz MỞ ĐẦU Radar đời từ những năm chiến tranh thế giới thứ được nhiều nước thế giới nghiên cứu và chế tạo để phục vụ cho chiến tranh Sau chiến tranh, nhà khoa học lại tập trung nghiên cứu cải thiện đài sóng cm, sóng mm để áp dụng quân sự, thiên văn đời sống xã hội Khơng cịn cơng cụ độc quyền quân đội, radar thâm nhập vào sống radar hệ nhỏ hơn, rẻ hơn, dễ sản xuất tính kỹ thuật cao Tầm quan trọng radar hay thiết bị hoạt động theo nguyên tắc giống ngày lớn Vì việc khơng ngừng nghiên cứu ứng dụng radar sống luôn vấn đề cấp thiết Radar thế hệ cũ có nguyên lý dùng đèn tự dao động có công suất phát lớn, xung hẹp nhược điểm là độ ổn đị nh khơng cao Vì đ ề tài luận văn thạc sỹ “ Nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy phát radar tầm thấp dải sóng dm theo nguyên lý cộng công suất má y ” nhằm chế tạo modul công suất tổ hợp thành máy phát công suất lớn hoạt động dải sóng dm Các modul cơng śt bản sẽ kh́ch đại dao động tạo từ bộ tổ hợp tần số dùng mạch vòng bám pha PLL kết hợp tạo dao động VCO cho độ ổn đị nh tần số cao Các modul công suất được tổ hợp nhờ chia /cộng công suất sử dụng cầu Wilkinson 46 Kết đo đặc trưng tần số phụ thuộc vào điện áp dao động VCO được trình bày bảng Bảng - Sự phụ thuộc tần số vào điện áp của bộ dao độngVCO Từ bảng 2, ta xây dựng đặ c trưng tần số - điện áp củ a bộ tạo dao động VCO Kết quà ta thu được đặc trưng Tần số - Điện áp trì nh bày hình 4.7 Hình 4.7 - Đặc trưng Tần số - Điện áp của bộ dao động VCO 47 Bộ dao động VCO thu đượ c có đặc trưng tuyế n tính dải tần số phát 4.3 Chế tạo modul bộ chia/cộng Wilkinson : 4.3.1 Lựa chọn vật liệu linh kiện: Do yêu cầu cộng công suất đề tài phải chịu được cơng suất cao vấn đề lựa chọn vật liệu linh kiện vấn đề quan trọng Phíp làm mạch: Sử dụng phíp FR-4 với tham số sau: - Hằng số điện môi: εr=4.34 - Bề dày lớp điện môi: h=1.6 mm - Bề dày lớp đồng: t=0.035mm Điện trở: Để đảm bảo khả chịu được công suất cao cộng, sử dụng loại trở cơng suất Hình 4.8 Các loại trở cơng śt Vật liệu làm vỏ hộp: Vỏ hộp được chế tạo từ hợp kim nhơm có độ bền cao Connector: Sử dụng connector loại N Đây loại connector siêu cao tần được sử dụng với cáp đồng trục 50Ω 75Ω hoạt động tần số lên đến 18GHz 48 Hình 4.9 Vỏ hợp nhơm connector N 4.3.2 Chế tạo: Sau có thiết kế layout chia/cộng thực bước sau: - Phay mạch in máy phay mạch LPKF Protomat C40 - Chế tạo vỏ hộp nhôm cho chia/cộng - Lắp connector lắp ráp vào hộp nhôm - Hàn điện trở lên mạch 49 4.3.2.1 Bộ chia/cộng 2: Qui trình chế tạo chia Hình 4.10 Mạch in bộ chia sau phay Hình 4.11 Lắp đặt mạch in bộ chia vào hợp nhơm 50 Hình 4.12 Bợ chia hồn chỉnh 4.3.2.2 Bộ chia/cộng 4: Qui trình chế tạo chia Hình 4.13 Mạch in bộ chia sau phay 51 Hình 4.14 Lắp đặt mạch in bộ chia vào hợp nhơm Hình 4.15 Bợ chia hồn chỉnh 52 4.3.2.3 Bộ chia/cộng 8: Qui trình chế tạo chia Hình 4.16 Mạch in bộ chia sau phay Hình 4.17 Bợ chia hồn chỉnh 53 4.4 Thử nghiệm: Các chia/cộng công suất được đo đạc thử nghiệm máy phân tích mạng R3765CG 4.4.1 Thử nghiệm chia/cộng 1:2 Kết đo đạc chia/cộng 1:2 được thể hình Hình 4.19 Hình 4.18 Mô hình thử nghiệm bộ chia/cộng 1:2 Hình 4.19 Kết quả đo bộ chia/cộng 1:2 tần số 800 ÷ 900MHz Kết đo đạc cho thấy chia/cộng 1:2 hoạt động tốt Giá trị hệ số truyền qua từ lối vào đến lối 3.208 ± 0.25 dB 54 4.4.2 Thử nghiệm chia/cộng 1:4 Kết đo đạc chia/cộng 1:4 được thể Hình 4.21 Hình 4.20 Mơ hình thử nghiệm bộ chia/cộng 1:4 Hình 4.21 Kết quả đo bợ chia/cợng 1:4 tần số 800 ÷ 900MHz Kết đo đạc cho thấy chia/cộng 1:4 hoạt động tốt Giá trị hệ số truyền qua từ lối vào đến lối 6.201 ± 0.15 dB 55 4.4.3 Thử nghiệm chia/cộng 1:8 Kết đo đạc chia/cộng 1:8 được thể Hình 4.23 Hình 4.22 Mô hình thử nghiệm bộ chia/cộng 1:8 Hình 4.23 Kết quả đo bộ chia/cộng 1:8 tần số 800 ÷ 900MHz Kết đo đạc cho thấy chia/cộng 1:8 hoạt động tốt Giá trị hệ số truyền qua từ lối vào đến lối 9.16 ± 0.20 dB 56 KẾT LUẬN Đề tài luận văn thạc sỹ “Nghiên cứu , thiết kế chế tạo máy phát radar tầm thấp dải sóng dm theo nguyên lý cộng công suất máy” đã giả i quyết được những vấn đề sau : Về lý thuyết: Nghiên cứu cấu trúc máy phá t radar Tổng quan về mạch vòng bám pha và bộ tổ hợp tần số Nghiên cứu kĩ thuật siêu cao tần để thực việc cộng công suất máy đưa anten cho trước Về kết quả thực nghiệm: Chế tạo được bộ tạo dao động kiểu VCO Chế tạo được tổ hợp tần số Mô được chia/cộng công suất Wilkinson 2,4 Thiết kế chế tạo được chia/cộng công suất Wilkinson 2,4 Thực nghiệm thu được chia/cộng công suất Wilkinson 2,4 với hiệu suất đạt được khoảng 60% Như vậy, luận văn thực thành công việc chế tạo chia/cộng công suất dùng cầu Wilkinson Kết đạt được tốt Kết luận văn sở để tổng hợp công suất phát từ modul khuếch đại nhằm đạt được công suất lối mong muốn 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt : Kiều Khắc Lâu (2006), “Cơ sở kỹ thuật siêu cao tần”, NXB Giáo dục Phạm Minh Việt (2002), “ Kỹ thuật siêu cao tần”, NXB Khoa học và kỹ thuật Nguyễn Kim Giao (2006), “Kỹ thuật điện tử số”, Nhà xuất Đại học Quốc Gia Hà Nội Đặng Thị Thanh Thủy , Bạch Gia Dương , Bạch Hoàng Giang , Nguyễn Đì nh Thế Anh “Nghiên cứu, thiết kế chế tạo khối khuyếch đại công suất 3KW điều chế xung hệ thống phát tín hiệu mã chủ quyền quốc gia” Báo cáo hội nghị khoa học ICT.rda’10 ngày 18/03/2011 Tiếng Anh : rd David M Pozar (1994), “Microwave Engineering” Edition Danny Abramovitch (2002), “Phase-Looked loops: A control centric tutorial”, Agilent Labs Dean Banerjee (2006), “PLL performance, Simulation and Design th Handbook”, Edition Thank you for evaluating AnyBizSoft PDF Merger! To remove this page, please register your program! Go to Purchase Now>> AnyBizSoft PDF Merger  Merge multiple PDF files into one  Select page range of PDF to merge  Select specific page(s) to merge  Extract page(s) from different PDF files and merge into one Đại học quốc gia hà nội Tr-ờng đại học công nghệ - - Bạch hoàng giang nghiên cứu chế tạo máy phát radar tầm thấp dải sóng dm theo nguyên lý cộng công suất máy luận văn thạc sĩ hà nội, 2011 Đại học quốc gia hà nội Tr-ờng đại học c«ng nghƯ - - Bạch hoàng giang nghiên cứu chế tạo máy phát radar tầm thấp dải sóng dm theo nguyên lý cộng công suất máy Ngnh : Công nghệ Điện tử - Viễn thông Chuyên ngành : Kỹ thuật điện tử Mã số : 60 52 70 luận văn thạc sĩ NGI HNG DN KHOA HC : PGS.TS BẠCH GIA DƯƠNG