Thiết kế và thi công mô hình Radio-Cassette, chương 1

CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ RADIO A. NGUYÊN LÝ THU PHÁT SONG VÔ TUYẾN: I. BỨC XẠ ĐIỆN TỪ: Các sóng vô tuyến điện dùng trong kỹ thuật thông tin, tia hồng ngọai mà chúng ta cảm nhận được hiệu ứng nhiệt trên da hoặc ánh sáng thấy được từ màu tím -> đỏ, hay tia tử ngọai, tia X, tia gamma phát từ các chất phóng xạ… đều là những sóng có tần số khác nhau của bức xạ điện từ. Bức xạ điện từ còn gọi là sóng điện từ, nó có thể chuyển đổi lẫn nhau trong không gian truyền dẫn từ dạng điện trường sang dạng từ trường và ngược lại. Sóng điện từ lan truyền trong không gian với vận tốc 300.000 Km/s. Nếu gọi C là vận tốc truyền sóng, f là tần số và  là bước sóng của bức xạ ta có:  C f  Tần số của sóng điện từ là hec (Hz). Trong kỹ thuật thông tin sóng vô tuyến điện có bước sóng  tính bằng (m) hay centimet (cm) còn các bức xạ khác như ánh sáng, tia X, tia Gamma … có bước sóng tính bằng A 0 với 1A 0 = 10 -10 m. II. TÍN HIỆU ĐIỆN: Trong kỹ thuật thông tin, âm thanh hoặc hình ảnh được biến đổi thành một đại lượng điện dưới dạng dòng điện hoặc điện áp. Dòng điện hoặc điện áp tín hiệu được gọi là tín hiệu điện. Tín hiệu điện thường gặp là tín hiệu âm tần (AF) và tín hiệu hình (VF). 1.Tín hiệu âm tần: (AF: audio frequency) Tín hiệu âm tần là tín hiệu có tần số trong khỏang tần số âm thanh nghe được (20Hz- 20.000Hz) thiết bò thường dùng để chuyển đổi âm thanh ra tín hiệu âm tần là micro. 2.Tín hiệu hình: (VF: video frequency) Tín hiệu hình là tín hiệu điện có cường độ biến thiên theo độ sáng của các phần tử hình. Tần số tối đa của tín hiệu hình tỉ lệ với bình phương số đường phân giải của hình ảnh và nó có trò số tính bằng Mhz. III. ĐIỀU CHẾ TÍN HIỆU ĐIỆN: Tiếng nói và âm nhạc sau khi đã được chuyển đổi thành tín hiệu âm tần dù đã được nâng cao công suất vẫn không thể đưa ra Antenna phát để truyền tin dưới dạng sóng điện từ là vì: - Qua antenna phát sóng tín hiệu âm tần không phát xa được vì tần số không đủ cao (dưới 20Khz). - Nếu tần số tín hiệu đủ lớn để phát bức xạ được thì hiệu suất của công tác thấp, đài phát sóng rất phức tạp, phẩm chất của tín hiệu thu được rất kém. Do vậy, để truyền tín hiệu âm tần dưới dạng bức xạ điện từ người ta dùng kỹ thuật điều chế. Dùng tín hiệu âm tần điều chế một tín hiệu cao tần để được một tín hiệu khác, tín hiệu đã điều chế vừa chứa tín hiệu âm tần truyền đi vừa có tần số cao đủ khả năng đưa ra antenna phát dễ dàng bức xạ thành các sóng điện từ truyền lan trong không gian. Quá trình “điều chế” là nhằm lồng tín hiệu âm tần vào tín hiệu cao tần, dùng sóng cao tần “mang” sóng âm tần đi. Sóng cao tần gọi là sóng mang. Tại máy thu, tín hiệu âm tần (chứa tin tức cần truyền đi) được tách khỏi tín hiệu cao tần tiếp tục xử lý khuếch đại … được chuyển ra loa để tái tạo lại tín hiệu âm thanh. Trong kỹ thuật biến điệu, ta có biến điệu biên độ (AM) và biến điệu tần số (FM) được sử dụng trong hệ thống âm thanh. 1. Biến điệu tín hiệu AM: (Amptitude Modulation) Biến điệu biên độ còn được gọi là điều chế biên độ hay điều biên. Hình (1a) là tín hiệu cao tần (RF: Radio Frequency) chưa được điều chế. Hình (1b) là tín hiệu âm tần (AF) của tin tức cần truyền đi và hình (1c) là kết quả ca sự điều biến, tín hiệu điều biến hay còn gọi là sóng AM. Tín hiệu đã được điều biến biên độ có tần số bằng tần số tín hiệu cao tần nhưng biên độ thay đổi theo tín hiệu âm tần. Người ta chứng minh được rằng nếu tín hiệu cao tần RF có tần số f 0 được điều chế biên độ bởi tín hiệu âm tần AF có tần số f thì tín hiệu điều biên AM có ba thành phần: sóng mang f 0 và hai biên tần mang f 0 – f và f 0 + f (hình 2). Hiệu số (f 0 + f )- (f 0 - f) = 2f = BW được gọi là băng thông, dải thông hoặc phổ sóng. Các đài phát thanh thường có BW = 10Khz. Hình a Hình b Hình 1: Biến điệu biên độ. a)Tín hiệu cao tần RF b)Tín hiệu âm tần AF c)Tín hiệu điều biên AM Hình 2: Tần phổ của tín hiệu cao tần điều chế bởi tín hiệu âm tần. a)Bởi một đơn âm b)Bởi một dải âm tần 2. Biến điệu tần số FM: (Frequency Modulation) Biến điệu tần số còn được gọi là điều tần. Hình 3 cho ta thấy dạng tín hiệu cao tần đã được điều chế tần số bởi tín hiệu âm tần. Tín hiệu âm tần làm thay đổi tần số của tín hiệu cao tần (sóng mang) biên độ giữ nguyên. Gọi f 0 là tần số tín hiệu cao tần chưa điều chế, sau khi đã biến điệu thì ở nửa chu kỳ dương tần số tăng lên f 0 +f =f 1 và ở nữa chu kỳ âm tần số giảm xuống còn f 0 -f =f 2 . Sóng FM phát f 0 -f f 0 +f f 0 f 0 đi có tần số là f= f 0  f. Trong đó f 0 gọi là tần số trung tâm, f gọi là độ lệch tần, di tần hoặc gia tần. Băng thông BW của đài phát sóng FM giới hạn ở 150Khz. BW = 2 f =150Khz. Hình 3: Sóng đã biến điệu âm tần. 3. So sánh sóng biến điệu FM và AM: So với sóng biến điệu AM sóng biến điệu tần số FM có những ưu điểm sau: - Chất lượng âm thanh tốt, tính chống nhiễu cao. - Máy phát sóng FM cung cấp công suất cố đònh có hiệu suất công tác cao. Tuy nhiên khuyết điểm của nó có băng thông quá rông nên chỉ thích hợp với sóng ngắn và cực ngắn. Do đó cự ly truyền xa chỉ dưới 100Km. Từ sự so sánh trên, sóng FM thường được sử dụng phát thanh âm nhạc cho từng đài đòa phương vì nó có chất lượng tốt hơn sóng AM. IV. SÓNG VÔ TUYẾN ĐIỆN: Sóng vô tuyến điện gọi là sóng điện từ. Tín hiệu cao tần (sóng mang) sau khi được điều chế (biến điệu) bởi tín hiệu âm tần và khuếch đại được antenna phát bức ra không gian haiphần: điện trường và từ trường cùng tần số nằm trên hai mặt phẳng vuông góc với nhau và vuông góc với phương truyền sóng. Cường độ sóng lan truyền tại một điểm phụ thuộc vào nhiều yếu tố: - Kết cấu antenna phát. - Công suất đài phát. - Môi trường truyền sóng. - Các yếu tố về thời tiết, đòa lý… 1. Phân lọai băng thông: Sóng vô tuyến điện được chia làm 8 loại để tiện gọi tên và sự phân chia này không có ý nghóa tuyệt đối. Loại tần số sóng Bước sóng Tên gọi Tên thông dụng Công dụng 1 10Khz - 30Khz 30km - 10km Siêu hạ tần VLF Thông tin liên lạc đường dài. 2 30Khz - 300Kh z 10km -1km hạ tần LF Thông tin liên lạc đường dài hàng hải. 3 300Kh z – 3Mhz 1000 m- 100m trung tần MF Truyền tin hàng hải. 4 3Mhz – 30Mh z 100m -10m Cao tần HF Thông tin liên lạc đường dài và trung bình. 5 30Mh z- 300M 10m- 1m Thượ ng cao VHF Truyền hình, thông tin liên lạc đường ngắn. h tần 6 300M hz- 3Ghz 1m- 10cm Tối cao tần UHF Giống như VHF 7 3Ghz- 30Ghz 10cm -1cm Siêu cao tần SHF Giống như VHF 8 30Ghz - 300Gh z 1cm- 1mm Cực cao tần EHF Rada tiếp cận vô tuyến Bảng 1: Phân loại băng thông. Ghi chú: Sóng có tần số 2000Mhz trở lên gọi là sóng Viba. 2. Sự lan truyền của sóng điện từ: Có hai đường chính để sóng vô tuyến điện từ đi từ anten phát đến anten thu: - Sóng đất: sóng truyền lan gần mặt đất từ nơi phát đến nơi thu sóng truyền lan trực tiếp. - Sóng trời: sóng truyền lan đến các tầng điện ly của bầu khí quyển phản xạ trở về nơi thu, sóng truyền lan gián tiếp. Hình 4: Sự truyền lan sóng vô tuyến Anten phát Anten thu (a) Anten phát Anten thu Khúc xạ tầng điện ly (b) a) Sóng đất b) Sóng trời Sự truyền lan của sóng trời luôn thay đổi theo thời tiết nghóa là luôn thay đổi theo sự biến động của hai lớp khí quyển bao quanh trái đất. Còn sự lan truyền của sóng đất lại bò hạn chế bởi đòa hình (núi, biển…) và tầm xa truyền lan khó vượt qua 100Km do độ cong của trái đất (hình 4). Từ sóng VHF trở lên (sóng cực ngắn) không phản xạ ở tầng điện ly nên vượt ra ngòai vũ trụ, do đó nó chỉ truyền lan dưới đất nên chỉ thích hợp với thông tin gần. Từ sóng HF (sóng ngắn) chủ yếu truyền lan dưới dạng sóng trời, nó được tầng điện ly phản xạ, nên cự ly truyền rất xa, thích hợp với thông tin xa. Cần lưu ý rằng$ càng xa antena phát năng lượng sóng càng yếu, tín hiệu thu được yếu. Mức độ tổn hao năng lượng của sóng truyền lan phụ thuộc vào khỏang cách, tần số đòa hình… . biên. Hình (1a) là tín hiệu cao tần (RF: Radio Frequency) chưa được điều chế. Hình (1b) là tín hiệu âm tần (AF) của tin tức cần truyền đi và hình (1c) là kết. thanh thường có BW = 10 Khz. Hình a Hình b Hình 1: Biến điệu biên độ. a)Tín hiệu cao tần RF b)Tín hiệu âm tần AF c)Tín hiệu điều biên AM Hình 2: Tần phổ của