Thiết kế sơ đồ nguyên lý va mô phỏng được hoạt động của bộ lọc thông dải điều chỉnh được tần số cộng hưởng dải tần UHF

  TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỂN THÔNG -  -  Báo Cáo Đồ Án II GVHD:PGS.TS Nguyễn Xuân Quyền ThS.Dương Thanh Phương Họ tên lớp Mssv khóa Đặng Văn Hiếu Nguyễn Văn Nguyên Đt4 Đt1 20151304 20152726 k60 k60   Hà Nội, 05/2019   MỤC LỤC MỤC LỤC .1 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VẼ ĐỒ THỊ THỊ MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Lịch sử nghiên cứu Mục đích nghiên cứu, đối tượng phạm vi đề tài .6 Tóm tắt đồ án án .66 Phương pháp nghiên cứu .7 Chương I - Tổng quan thiết kế kế lọc cao tần tần .88 Thiết kế lọc phương phương pháp suy hao chèn chèn 88 1.1 Tổng quan .8 1.2 Phương pháp chuyển đổi chuẩn hóa hóa 99 1.3 Một số dạng lọc thường sử dụng 12 dụng 12 Các phương pháp điều điều chỉnh tần số cộng hưởng hưởng 15 15 2.1 Thiết kế lọc sử dụng chuyển đổi ngược trở kháng/dẫn nạp 15 2.1.1 Bộ chuyển đổi ngược trở kháng/dẫn nạp .15 2.1.2 Một số phương phương pháp thực hóa chuyển chuyển đổi ngược ngược 16 16 2.1.3 Bộ lọc thông thấp sử dụng chuyển đổi ngược 19 ngược 19 2.1.4 Bộ lọc thông dải sử dụng chuyển đổi ngược .23 ngược 23   2.2 Một số phương pháp điều chỉnh tần số cộng hưởng 25 Chương II - Bộ lọc thông dải điều hưởng 650÷850MHz .27 650÷850MHz 27 Sơ đồ khối yêu cầu kỹ thuật thuật 27 27 Khối cao tần – Tunable BPF BPF 29 29 2.1 Sơ đồ khối tổng quan 29 2.2 Mô 30 Chương III – Kết Quả Thực Tế .38 Kết mô mạch 38 KẾT LUẬN 41 Những kết đạt 41 Định hướng phát triển tương lai .41 TÀI LIỆU THAM KHẢO .43     DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT TỪ VIẾT TẮT THUẬT NGỮ TIẾNG ANH THUẬT NGỮ TIẾNG VIỆT UHF Tần số siêu cao DAC DTC MEMS LPF Ultra High Frequency Digital to Analog Converter  Digitally Tunable Capacitor  Microelectromechanica l System Low Pass Filter HPF High Pass Filter Bộ lọc thông cao BPF Band Pass Filter Bộ lọc thông dải BSF SDR   Band Stop Filter Software Defined Radio Bộ lọc chắn dải Vô tuyến định nghĩa phần mềm Bộ chuyển đổi số - tương tự Tụ điện điều chỉnh số Hệ thống vi điện tử Bộ lọc thông thấp   DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1: Chuẩn hóa trở kháng tần số 10 Bảng 2: Chuyển đổi từ lọc thông thấp sang loại lọc khác 10 Bảng 3: Một số phương pháp thực hóa chuyển chuyển đổi ngược trở kháng/dẫn nạp [2] .16 [2] 16 Bảng 4: Hệ số lọc Buerworth Equal Ripple 0.5dB [1] 20 Bảng 5: Tham số mô lọc số tần số cộng hưởng 37   DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ Hình 1: Sơ đô mạch điện tổng quát Hình 2: Quy trình thiết kế lọc phương pháp suy hao chèn Hình 3: Chuyển đổi phần tử từ LPF sang HPF, BPF BSF .11 Hình 4: Đáp ứng lọc thông thấp Maximally Flat 12 Hình 5: Đáp ứng lọc thông thấp Tchebyschef .13 Hình 6: Đáp ứng lọc thông thấp Ellipc .13 Hình 7: Đặc nh chuyển đổi ngược trở kháng (bên trái) dẫn dẫn nạp (bên phải) phải) 15 15 Hình 8: Sử dụng Inverter để chuyển đổi tương đương tụ điện cuộn cảm 15 Hình 9: Ví dụ việc thực hóa Admiance Inverter 18 Hình 10: Bộ lọc thông thấp sử dụng Impedance Inverter .19 Hình 11: Bộ lọc thông thấp sử dụng Admiance Inverter 19 Hình 12: Sơ đồ nguyên lý hai lọc thông thấp tương đương 20 Hình 13: Đặc nh truyền đạt hai lọc thông thấp tương đương 21 Hình 14: Chuyển đổi LPF → BPF (Admiance Inverter) 23 Hình 15: Chuyển đổi LPF → BPF (Impedance Inverter) 23 Hình 16: Sơ đồ nguyên lý hai lọc thông dải tương đương 24 Hình 17: Đặc tuyến hai lọc thông dải tương đương 24 Hình 18: Sơ đồ khối lọc thơng dải điều hưởng khả trình 26 Hình 19: Mơ hình tương đương diode biến dung SMV1763 (Skyworks) 27 Hình 20: Sơ đồ khối lọc thơng dải điều hưởng 28 Hình 21: Sơ đồ ngun lý mơ với linh kiện lý tưởng (bước 1) .30 Hình 22: Kết mơ S21 lọc sử dụng linh kiện lý tưởng (bước 1) 31 Hình 23: Sơ đồ nguyên lý mô sử dụng dây chêm ngắn mạch (bước 2) 32 Hình 24: Kết mô S21 lọc sử dụng dây chêm ngắn mạch (bước 2) .32 Hình 25: Sơ đồ ngun lý mơ (bước – phần 1) 33 Hình 26: Sơ đồ nguyên lý mô (bước – phần 2) 34 Hình 27: Sơ đồ nguyên lý mô (bước – phần 3) 34 Hình 28: Sơ đồ ngun lý mơ (bước – phần 4) 35 Hình 29: Kết mơ S21 lọc (bước 3) 36 Hình 30: lọc thơng dải điều hưởng 37 Hình 31: 31: Kết đường S21 tại tần số CH 850Mhz 38 Hình 32: Kết đường đường S21 tần số CH 650MHz 650MHz 39   MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Hiện nay, với phát triển khoa học công nghệ, ngày xuất nhiều thiết bị truyền thông có khả hoạt động nhiều kênh tần số khác đầu thu kỹ thuật số, đàm đặc biệt thiết bị sử dụng công nghệ vô tuyến định nghĩa phần mềm (SDR) Do kênh truyền thơng thay đổi q trình hoạt động, việc thực hóa thiết bị gặp phải trở ngại cơng đoạn lọc tín hiệu có ích khỏi tín hiệu nằm dải tần lân cận từ hệ thống xung quanh Có nhiều giải pháp sử dụng để giải vấn đề này, số sử dụng lọc thơng dải cấu hình tần số cộng hưởng Bên cạnh đó, tính thực tiễn lọc nâng lên nhiều trang bị giao diện điều khiển số Lịch sử nghiên cứu Bộ lọc tương tự có lịch sử phát triển lâu đời, chí từ trước chiến tranh giới thứ II [2] Do tầm quan trọng thiết bị hệ thống viễn thơng, nhiều cơng trình nghiên cứu phương pháp thiết kế, kỹ thuật điều chỉnh tần số cộng hưởng, kinh nghiệm việc thực hóa lọc đưa Nói riêng lĩnh vực kỹ thuật điều chỉnh tần số cộng hưởng, điểm qua số cơng trình nghiên cứu thực hiện: - Trong Trong bbáo áo [3], B Kapil Kapilevic evichh đề cập tới tới những lý thuyết thuyết cơ q q trình thực hóa lọc thông dải sử dụng diode biến dung với băng thơng cố định có bù suy hao dải thông Bộ lọc báo sử dụng cộng hưởng Step-Impedance kết hợp với cân đáp ứng tần số Tham số kỹ thuật:    Dải điều chỉnh tần số cộng hưởng: 1080 ÷ 1440MHz;  Băng thơng 3dB: 60 ± 5MHz;  Suy hao tần số cộng hưởng: 3.5÷5 dB - Một Một lọc thông thông dải dải sử dụng dụng hai hai cộng cộng hưởn hưởngg LC so song ng song song được giới giới thiệu K Jeganathan [6] Tuy nhiên, cơng trình đưa kết mô Các số liệu mô đạt sau:  Dải điều chỉnh tần số cộng hưởng: 170 ÷ 217MHz;  Băng thông điều chỉnh được;  Suy hao tần số cộng hưởng: < 2dB - Cơng trình trình nghi nghiên ên cứu [7], [7], thực thực hiện Tatia Tatiana na Pavl Pavlenko enko,, tập trung trung vào giải pháp điều hưởng lọc thông dải Để minh họa cho cơng trình mình, tác giả thiết kế triển khai lọc thông dải điều hưởng sử dụng tụ điện điều chỉnh số (DTC) với tham số kỹ thuật cụ thể:  Dải điều chỉnh tần số cộng hưởng: 370 ÷ 570MHz;  Băng thông: 50MHz 100MHz (điều chỉnh được);  Suy hao tần số cộng hưởng: 3.6÷4.6dB với băng thơng 50MHz - Trong Trong bá báoo [8], tác tác giả đưa đưa trình trình thiết thiết kế, triển triển khai khai kết quả đo đạc hai lọc thông dải điều hưởng sử dụng đi-ốt biến dung với ba cộng hưởng Tham số kỹ thuật cụ thể lọc sau:  Bộ lọc thông dải điều hưởng dải tần VHF: Dải điều chỉnh tần số cộng hưởng: 176MHz÷216MHz    Băng thông: 44MHz  Suy hao dải thông: 3.3dB÷3.7dB Bộ lọc thơng dải điều hưởng dải tần VHF:  Dải điều chỉnh tần số cộng hưởng : 476MHz÷698MHz  Băng thông: 30MHz    Suy hao dải thơng: 4.7dB÷6.9dB Mục đích nghiên cứu, đối tượng phạm vi đề tài - Hiểu rõ sở lý thuyết thuyết thiết thiết kế lọc lọc cao cao tần; tần; - Nắm bắt bắt phương phương pháp pháp thiết thiết kế kế lọc thông thông dải dải điều chỉnhh được tần số cộng hưởng khả số hóa phương pháp; - Thiết Thiết kế sơ đồ ng nguy uyên ên lý mô phỏ ng được hoạt hoạt động động lọc thông thông dải dải điều chỉnh tần số cộng hưởng dải tần UHF; - Chế tạo tạo chỉnh chỉnh,, tối ưu hhóa óa tham tham số của lọc lọc thông thông dải điều điều hưởng hưởng khả trình dải tần UHF; - Đưa Đưa được quy quy trình trình tổng tổng qt qt có tính tính thực thực tế cao thiết thiết kế bộ lọc thơng dải điều hưởng Tóm tắt đồ án Luận văn bao gồm nội dung sau: - Chươ Chương ng I: giới thiệu thiệu tổng tổng quan quan thiết thiết kế kế lọc lọc cao tần  Thiết kế lọc thông thấp sử dụng phương pháp Insertion Loss;  Kỹ thuật chuyển đổi từ lọc thông thấp sang dạng lọc khác;  Lý thuyết ứng dụng biến đổi ngược trở kháng/dẫn nạp;  Các giải pháp cho việc điều chỉnh tần số cộng hưởng lọc thông dải; - Chương Chương II: tr trình ình bà bàyy chi tiết tiết trình trình thiết thiết kế, kế, mơ phỏng lọc thông thông dải dải điều hưởng dải tần UHF, giải pháp tích hợp giao diện điều khiển số; - Chươ Chương ng III: III: đánh giá giá cá cácc số li liệu ệu đo đạc thực thực tế lọc thôn thôngg dải điề điềuu hưởng dải tần UHF; - Đề xuất xuất m ột số số hướng hướng phát triển triển trong tương tương lai lai   Phương pháp nghiên cứu Quá trình thực nghiên cứu, thiết kế chế tạo lọc điều hưởng khả trình tiến hành theo bước sau: - Ngh Nghiên iên cứu cứu vvềề lý tthuyế huyếtt thiết thiết kế kế lọc lọc cao cao tần tần - Ngh Nghiên iên cứu cứu phươn phươngg pháp điều điều chỉnh chỉnh tần tần số cộng cộng hưởng hưởng bộ lọc thông thông dải - Th Thiết iết kế sơ đđồồ nguyên nguyên lý mô phỏng lọc lọc thông thông dải dải điề điềuu hưởng hưởng dải tần tần UHF - Chế tạ tạo, o, đo đđạc ạc chỉnh chỉnh lọc lọc thông thông dải điều điều hưởng hưởng dải dải tần UHF UHF - Tích Tích hợp hợp gi giao ao diện diện điều ều khiể khiểnn ssố ố ... pháp điều điều chỉnh chỉnh tần tần số cộng cộng hưởng hưởng bộ lọc thông thông dải - Th Thiết iết kế sơ ? ?đồ? ?? nguyên nguyên lý mô phỏng lọc lọc thông thông dải dải điề điềuu hưởng hưởng dải tần tần... kế kế lọc thông thông dải dải điều chỉnhh được tần số cộng hưởng khả số hóa phương pháp; - Thiết Thiết kế sơ đồ ng nguy uyên ên lý mô phỏ ng được hoạt hoạt động động lọc thông thông dải dải điều. .. dải điều chỉnh tần số cộng hưởng dải tần UHF; - Chế tạo tạo chỉnh chỉnh,, tối ưu hhóa óa tham tham số của lọc lọc thông thông dải điều điều hưởng hưởng khả trình dải tần UHF; - Đưa Đưa được quy