Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu thiết kế chế tạo module khuếch đại công suất dùng trong máy phát Radar dải sóng dm(820-900Mhz)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGÔ VĂN THƢỞNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO MODULE KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT DÙNG TRONG MÁY PHÁT RADAR DẢI SÓNG DM(820-900MHZ) LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÀ NỘI – 2011 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGÔ VĂN THƢỞNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO MODULE KHUẾCH ĐẠI CƠNG SUẤT DÙNG TRONG MÁY PHÁT RADAR DẢI SĨNG DM(820-900MHZ) Chuyên ngành: Vật lý vô tuyến điện tử Mã sô: 60 44 03 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CÁN BỘ HƢỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS.TS BẠCH GIA DƢƠNG HÀ NỘI - 2011 LỜI MỞ ĐẦU Trong thiên nhiên, tạo hóa ban cho số lồi vật có khả kì diệu máy radar Những dơi cá heo phát sóng siêu âm nhứng “anten” chúng để tìm kiếm định vị mồi Từ cách thức săn mồi loài dơi số loài khác thúc đẩy nhà khoa học nghiên cứu phát minh cách định vị mục tiêu sóng siêu âm Hay gọi kỹ thuật radar(“Radio Detecting And Ranging,” nghĩa dị tìm xác định khoảng cách sóng vơ tuyến Trong chiến tranh, hàng loạt đài radar cho đời với nhiều chiến thuật khác nhau, nâng cao khả chiến đấu cho quân đội Sau chiến tranh, nhà khoa học tập trung cải tiến, chế tạo đài radar phục vụ quân mà lĩnh vực thiên văn đời sống xã hội phục vụ cho lợi ích lồi người Radar thiết bị kết hợp nhiều khối điện tử phức tạp cơng nghệ khoa học, khuôn khổ luận văn tốt nghiệp, với mục tiêu nghiên cứu chế tạo khối khuếch đại công suất sử dụng máy phát Radar tầm thấp, xin giới thiệu luận văn tốt nghiệp thạc sĩ: “ Nghiên cứu thiết kế chế tạo module khuếch đại công suất dùng máy phát Radar dải sóng dm(820-900Mhz) ” Bằng lý thuyết thực nghiệm, luận văn thực nội dung sau: - Tìm hiểu nguyên lý hoạt động đài radar hoạt động dải sóng dm - Tìm hiểu kỹ thuật thu phát siêu cao tần - Tìm hiểu sâu kỹ thuật phối hợp trở kháng chế tạo thành công module khuyếch đại công suất 80W, hoạt động dải tần 820Mhz – 900Mhz, 17dB hệ số khuyếch đại - Đánh giá kết đạt luận văn hướng nghiên cứu phát triển tiếp từ luận văn Nội dung luận văn chia làm chương: Chương Tổng quan hệ thống Radar Chương Kỹ thuật thu phát siêu cao tần Chương Thiết kế chế tạo mạch khuếch đại công suất siêu cao tần NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO MODULE KHUẾCH ĐẠI CƠNG SUẤT DÙNG TRONG MÁY PHÁT RADAR DẢI SĨNG DM(820-900MHZ) CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG RADAR Lịch sử phát triển Radar Từ xa xưa, thiên nhiên hoang dã, tạo hóa b an cho cỗ máy “radar” kì diệu Chú dơi phát sóng siêu âm từ mũi, nhận tiếng vọng hai “ăng-ten” hai tai, qua phân tích để tìm kiếm định vị mồi Hình 1.0: Cách săn bắt mồi loài dơi  Những ngày thí nghiệm khám phá ngƣời Năm 1887, nhà vật lý Đức Heinrich Hertz lần tạo sóng vơ tuyến phịng thí nghiệm Các sóng truyền qua phản xạ loại vật liệu khác Với cống hiến tuyệt vời này, Hertz nhân loại tôn vinh lấy tên ơng làm đơn vị tần số sóng vơ tuyến Ngày 7/5/1895, nhà bác học Nga A.S Pô-pôp phát minh dụng cụ thu ghi lại tượng sét cách xa 30 km Tháng 3/1896, Pô pôp truyền vơ tuyến điện tín lịch sử với nội dung “Heinrich Hertz”, đánh dấu phát minh to lớn nhân loại: phát minh vô tuyến điện Một ứng dụng quan trọng vô tuyến điện phát định vị, gọi radar (RAdio Detection And Ranging - RADAR) Tên “radar” hải quân Mỹ đặt đại chiến giới lần thứ hai, trở nên thông dụng Cống hiến Pơ-pơp khơng dừng lại Năm 1897, thí nghiệm cự ly thơng tin vô tuyến điện, ông gặp tượng bất ngờ liên lạc vô tuyến hai tàu bị cắt đứt lúc có tuần dương hạm chạy ngang qua Lí giải thích sóng vơ tuyến bị phản xạ gặp chướng ngại vật Ông nghĩ việc lợi dụng tượng nà y để kiểm tra, xác định vị trí dẫn đường cho tàu thuyền Đây coi thời điểm khởi đầu hệ thống radar Năm 1904, Christian Hülsmeyer nhận sáng chế Đức cho thiết bị gọi Teltôiobiloskop, thiết bị quan sát vật thể từ xa Năm 1922, Guglielmo Marconi có diễn thuyết trình bày ý tưởng phát vật thể từ xa sử dụng sóng vơ tuyến Nhưng đến năm 1933, ơng đưa thiết bị Trong năm 1925/26, hai nhà vật lý Mỹ Breit Tuve, hai nhà nghiên cứu Anh Appleton Barnett trình diễn số phép đo bầu khí Trái đất, sử dụng phát xung vô tuyến coi radar Năm 1933 Viện German Kriegsmarine (Navy) bắt đầu nghiên cứu gọi Funkmesstecknik hay công nghệ đo đạc từ xa Nghiên cứu Nga năm 1934 Các đài mẫu cơng tác sóng dm sóng m dựa vào tượng phách sóng tới liên tục tín hiệu phản xạ từ mục tiêu Năm 1937, Sir Robert Watson-Watt thành công việc tạo hệ thống cho phép phát máy bay ném bom từ khoảng cách lớn 150 km Và ông coi người phát minh hệ thống radar hoàn chỉnh  Trong chiến tranh giới lần thứ Trong năm ác liệt chiến tranh, Liên-xô cho đời hàng loạt đài radar với nhiều chiến thuật khác nhau, nâng cao khả chiến đấu cho quân đội góp phần vào thắng lợi chung Hồng quân Liên xô Cùng lúc, nước Anh, Mỹ, Đức, Pháp, Nhật để nhiều sức lực vào việc phát triển kỹ thuật radar Năm 1936, Anh xây dựng hàng rào radar để bảo vệ toàn bờ biển, tầm xa 250 km Về sau, Anh cải tiến chế tạo đài radar sóng 10 cm cm, giúp ích nhiều cho không quân việc oanh tạc tàu ngầm Đức Năm 1939, Mỹ có đài radar ngắm bắn cao xạ dùng sóng dài 1,5 m, tầm xa 150 km Nhưng đài lại không phân biệt máy bay ta máy bay địch Cho nên, ngày 7/12/1941, Mỹ chịu thất bại nặng nề trận công Trân Châu Cảng Nhật vào hải quân Mỹ Sau thất bại này, Mỹ cố gắng nghiên cứu thêm radar sóng cm Năm 1939, Đức trang bị 6000 đài radar sóng 50 cm giúp cho pháo cao xạ hạ từ 10 đến 12% máy bay phóng pháo Đồng minh Nhưng sau đó, thu chiến lợi phẩm số đài 3-4 cm Anh, người Đức thấy xấu nên chủ quan ngừng nghiên cứu đài sóng cm Vì thế, hạm đội Đức bị thiệt hại nặng nề máy bay ném bom Đồng minh có trang bị radar sóng cm Với tính cạnh tranh sống cịn vậy, vào cuối chi ến kinh thiên động địa, hầu hết công nghệ radar đại mà sử dụng xuất  Thời bình Sau chiến tranh, nhà khoa học lại tập trung nghiên cứu cải thiện dải sóng cm, sóng mm để áp dụng quân sự, thiên văn đời sống xã hội Năm 1946, Liên-xơ, Mỹ Hung-ga-ri dùng radar phóng sóng điện từ lên mặt trăng thu tiếng vọng trở sau khoảng 2,5 giây, từ đưa phương pháp xác định khoảng cách đến thiên thể Khơng cịn cơng cụ độc quyền qn đội, radar thâm nhập vào sống radar hệ nhỏ hơn, rẻ hơn, dễ sản xuất mạnh nhiều Từ vệ tinh quay theo quỹ đạo trái đất, radar đại dị tìm bên sa mạc Ai Cập nhìn thấy lịng sơng cổ phế tích Hãng xe Toyota nhiều hãng xe giới lắp đặt hệ thống rađa cảnh báo va chạm cho loại xe sang trọng trang bị nho xe không người lái Một giây sau radar xe dò thấy vụ va chạm tới gần, ô-tô tự thắt chặt dây an toàn quanh hành khách bắt đầu giảm tốc độ Các vụ va chạm sườn xe xảy lái xe khơng nhìn thấy xe khác ''điểm mù'' họ chuyển đường Chúng chiếm 413.000 vụ tai nạn ô-tô năm làm bị thương 160.000 người Ngồi ra, radar tầm xa sử dụng để xác định tốc độ xe tới gần tình hồ vào dịng xe cộ xa lộ đánh giá liệu quẹo xe có an tồn hay khơng Hiện radar bắt đầu sử dụng để giám sát giao thông xa lộ, giúp nhà hoạch định biết số xe, tình trạng tắc nghẽn, tốc độ trung bình chí kích cỡ xe đường Độ tin cậy khả nă ng ''nhìn'' radar diều kiện thời tiết làm cho trở thành cơng cụ thay hấp dẫn camera Tầm quan trọng radar hay thiết bị hoạt động theo nguyên tắc giống ngày lớn Vì việc khơng n gừng nghiên cứu ứng dụng radar sống luôn vấn đề cấp thiết Phân loại đài radar Mục đích việc phân loại chia tập hợp đài radar thành nhóm có dấu hiệu chung, khơng phụ thuộc vào tính đa dạng giải pháp kỹ thuật kết cấu đài radar riêng lẻ để tiện cho việc phân tích đặc điểm cấu trúc đài radar theo quan điểm kỹ thuật hệ thống Hình 1.1 Sơ đồ phân loại đài radar Do thường phân đài radar theo dấu hiệu chiến thuật dấu hiệu kỹ thuật Các dấu hiệu chiến thuật thường gồm: công dụng đài radar, số lượng tọa độ đo được, mức độ động đài, … Các dấu hiệu kỹ thuật gồm: Dải sóng m việc đài, phương pháp radar, phương pháp đo cự ly, …  Theo cơng dụng chia đài radar thành loại sau : - Phát xa mục tiêu không ( radar cảnh giới) - Phát mục tiêu không dẫn đường cho máy bay tiêm kích đến mục tiêu ( radar cảnh giới dẫn đường) - Phát mục tiêu bay thấp - Chỉ thị mục tiêu cho tổ hợp tên lửa phịng khơng Radar cảnh giới: để trinh sát mục tiêu không cự ly xa Loại đài radar thường đo tọa độ: cự ly phương vị mục tiêu với độ xác vừa phải Độ cao mục tiêu xác định sơ lược, cơng suất phát đài lớn Radar cảnh giới dẫn đường: khâu cung cấp thông tin chủ yếu hệ thống dẫn đường máy bay tiêm kích bay đến mục tiêu không Để đảm bảo dẫn đường cần thơng tin vị trí khơng gian mục tiêu máy bay tiêm kích, radar cần đo ba tọa độ: cự ly, phương vị độ cao với độ xác đủ đảm bảo dẫn đường thành công Radar phát mục tiêu bay thấp: để trinh sát mục tiêu bay thấp Radar loại có búp sóng rà thấp sát mặt đất, làm việc dải sóng cm dm, có thiết bị chế áp nhiễu tiêu cực phản xạ từ mặt đất, công suất phát nhỏ, gọn nhẹ, động Radar thị mục tiêu cho tên lửa phịng khơng: cần có cự ly tác dụng đủ xa cho sau nhận thị mục tiêu từ nó, phương tiện hỏa lực phịng khơng đủ thời gian chuẩn bị để tiêu diệt mục tiêu tầm xa Thông tin radar ( tọa độ ) cần đủ xác đảm bảo cho đài điều khiển tên lửa bám sát mục tiêu mà không cần sục sạo  Theo dấu hiệu kỹ thuậ t 10 ... khuếch đại công suất siêu cao tần NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO MODULE KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT DÙNG TRONG MÁY PHÁT RADAR DẢI SÓNG DM(820-900MHZ) CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG RADAR Lịch sử phát triển Radar. .. khổ luận văn tốt nghiệp, với mục tiêu nghiên cứu chế tạo khối khuếch đại công suất sử dụng máy phát Radar tầm thấp, xin giới thiệu luận văn tốt nghiệp thạc sĩ: “ Nghiên cứu thiết kế chế tạo module. ..ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGÔ VĂN THƢỞNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO MODULE KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT DÙNG TRONG MÁY PHÁT RADAR DẢI SĨNG DM(820-900MHZ)