TÌM HIỂU VỀ BỘ LỌC THÔNG DẢI ĐIỀU HƯỞNG SỬ DỤNG DIODE BIẾN DUNG

LỜI NÓI ĐẦU Trong công cuộc phát triển hướng tới cách mạng công nghiệp lần thứ 4. Hiện nay, cùng với sự phát triển của khoa học công nghê và ngày càng có nhiều thiết bị truyền thông hoạt động trên nhiều dải tần khác nhau, khiến cho nhu cầu đòi hỏi một thiết bị có khả năng tùy chỉnh tần số cộng hưởng để lọc được các tín hiệu mong muốn. Trong Bài viết Này Em xin trình bày những kiến thức cở bản về đường truyền siêu cao tần cũng như kiến thức nền tảng để thiết kế một bộ lọc thông dải điều hưởng bằng việc sử dụng các diode biến dung. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới PGS.TS Nguyễn Xuân Quyền, Viện Điện TửViễn Thông, trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, đã hướng dẫn tận tình cùng những góp ý vô cùng bổ ích để em có thể hoàn thiện bài nghiên cứu này này. Em xin chân thành cảm ơn. MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ …………………………………………………………………...i CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ BỘ LỌC CAO TẦN 2 1.1 Lý thuyết bộ lọc tần số 2 1.1.1 phân tích mạch điện siêu cao tần 2 1.2 Phương pháp suy hao chèn trong thiết kế bộ lọc 7 1.2.1 Tổng quan 7 1.2.2 Phương pháp chuyển đổi và chuẩn hóa 9 1.2.3 Một số dạng bộ lọc thường sử dụng 11 1.3 Các phương pháp điều chỉnh tần số cộng hưởng 18 1.3.1 Cuộn cảm có thể điều chỉnh 18 1.3.2 Tụ điện có thể điều chỉnh 19 1.4 Kết luận chương 24 CHƯƠNG 2. BỘ LỌC THÔNG DẢI VỚI BỘ CỘNG HƯỞNG VI DẢI SONG SONG 25 2.1 Lý thuyết đường truyền vi dải 25 2.1.1 cấu trúc đường truyền vi dải 25 2.1.2 đường truyền vi dải song song 26 2.1.3 Ưu, nhươc điểm của đường truyền vi dải 29 2.2 Các mô hình tương đương thường gặp trong đường truyền vi dải 29 2.2.1 Đường truyền hở mạch, ngắn mạch 29 2.2.2 kết thúc mở 30 2.2.3 Khe hẹp (S) 31 2.2.4 Gấp khúc 31 KẾT LUẬN 33 TÀI LIỆU THAM KHẢO 34

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THƠNG BÁO CÁO THỰC TẬP CUỐI KHĨA Đề tài: TÌM HIỂU VỀ BỘ LỌC THƠNG DẢI ĐIỀU HƯỞNG SỬ DỤNG DIODE BIẾN DUNG LỜI NĨI ĐẦU Trong cơng phát triển hướng tới cách mạng công nghiệp lần thứ Hiện nay, với phát triển khoa học cơng nghê ngày có nhiều thiết bị truyền thông hoạt động nhiều dải tần khác nhau, khiến cho nhu cầu đòi hỏi thiết bị có khả tùy chỉnh tần số cộng hưởng để lọc tín hiệu mong muốn Trong Bài viết Này Em xin trình bày kiến thức cở đường truyền siêu cao tần kiến thức tảng để thiết kế lọc thông dải điều hưởng việc sử dụng diode biến dung Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới PGS.TS Nguyễn Xuân Quyền, Viện Điện Tử-Viễn Thông, trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, hướng dẫn tận tình góp ý vơ bổ ích để em hoàn thiện nghiên cứu này Em xin chân thành cảm ơn MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ………………………………………………………………… i VẼ DANH MỤC HÌNH VẼ CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ BỘ LỌC CAO TẦN Trong chương trình bày lý thuyết thiết kế lọc cao tần, phương pháp điều chỉnh tần số cộng hưởng lọc Những lý thuyết đưa cung cấp kiến thức để thiết kế lọc cấu hình tần số cộng hưởng 1.1 Lý thuyết lọc tần số 1.1.1 phân tích mạch điện siêu cao tần 1.1.1.1 Các tham số mạng siêu cao tần Việc mơ tả mạch lọc cao tần nói riêng hay mạch điện cao tần có hai đầu cuối nói chung thể mạng hai cửa hình 1.1 với điện áp cường độ dịng điện cửa cửa 2, trở kháng đầu cuối điện áp nguồn Hình 1.1 Mạng cao tần hai cửa (4 cực) Với mạng cao tần hai cửa, điện áp dòng điện đại lượng dao động điều hòa theo thời gian Điện áp cửa bằng: (1.1) Biên độ điện áp cửa coi biên độ phức viết sau: (1.2) Trong mạng cao tần, việc đo công suất đầu vào quan việc đo cường dộ dòng điện điện áp Trong đó, tần số siêu cao, việc đo điện áp dòng điện thường cho đại lượng tỷ số sóng đứng (SWR), hệ số phản xạ,… tham số dễ đo công xuất phản xạ công suất tới, điều kiện thử lý tưởng mạng cửa phối hợp trở kháng tải Người ta định nghĩa biến số a biểu thị sóng cơng suất tới b biểu thị sóng cơng suất phản xạ Mối quan hệ biến công suất điện áp, dòng điện là: (1.3) (1.4) Hay (1.5) (1.6) Với định nghĩa biến số trên, công suất cửa n là: (1.7) Dấu (*) thể giá trị liên phức hợp Ở thể thấy cơng suất tới cửa n, cịn cơng suất phản xạ cửa n 1.1.1.2 Ma trận tán xạ S Việc mô tả hoạt động mạng cực hình 1.1 thơng qua hệ phương trình tuyến tính sử dụng sóng cơng suất biến số: (1.8) Viết dạng ma trận: (1.9) Hay (1.10) Ma trận S gọi ma trận tán xạ mạng hai cửa Các tham số tán xạ Smn xác định sau: (1.11) Trong an = thể n phối hợp trở kháng hoàn toàn Các tham số S11 S12 gọi hệ số phản xạ, S 12 S21 đươc gọi hệ số truyền đạt Các tham số tán xạ thường số phức nên biểu diễn dạng biên độ pha, Giá trị biên độ thường đổi sang đơn vị decibels(dB) (1.12) Đối với lọc, người ta định nghĩa hai tham số sau: (1.13) (1.14) Trong đó, LA tổn hao xen cửa n m, L R tổn hao ngược cửa n Ngồi ra, người ta cịn định nghĩa tỷ số sóng đứng điện áp (Voltage Standing Wave Ratio – VSWR) sau: (1.15) Khi tín hiệu truyền qua mạch lựa chọn tần số mạch lọc, tín hiệu đầu có khoảng trễ định so với tín hiệu đầu vào, Tham số trễ quan trọng cần xem xét lọc trễ nhóm, hay trễ đường bao tín hiệu, định nghĩa là: (1.16) Tham số tán xạ có số tính chất quan trọng phân tích mạng cao tần Đối với mạng hai cửa tương hỗ S12 = S22 Nếu mạng hai cửa dối xứng, ngồi tính chất tương hỗ, cịn có S11 = S22 Giả sử mạng hai cửa khơng có tổn hao, tổng công suất truyền qua công suất phản xạ trở lại tổng công suất tới Định luật bảo tồn lượng mạng hai cửa khơng có tổn hao viết sau: (1.17) (1.18) 10 1.1.1.3 Ma trận trở kháng Z dẫn nạp Y Mối quan hệ điện áp dòng điện mạng hai cửa hình 1.1 viết sau: (1.19) Viết dạng ma trận: (1.20) Hay (1.21) Ma trận Z gọi ma trận trở kháng bốn tham số liên quan đến trở kháng Ngồi người ta cịn định nghĩa ma trận dẫn nap Y: (1.22) Hay (1.23) Khi đánh giá hệ thống gồm nhiều mạng hai cửa ghép nối theo kiểu nối tiếp song song, ma trận trở kháng Z ma trận dẫn nạp Y thường áp dụng, giúp cho việc tính tốn trở nên dễ dàng 11 1.1.1.4 Ma trận truyền đạt ABCD Mối quan hệ điện áp dòng điện cửa với điện áp dòng điện cửa mạng hai cực hình 1.1 biểu diễn hệ thức sau: (1.24) Viết dạng ma trận, ta có: (1.25) Bốn tham số ma trận ABCD xác định cách thực phép đo mạch hai cửa với điều kiện ngắn mạch hở mạch Ma trận ABCD có tính chất sau: Đối với mạng hai cửa tương hỗ: AD BC = (1.26) Đối với mạng hai cửa đối xứng: A = D (1.27) Nếu mạng hai cửa tổn hao, A D có giá trị thực cịn B C có giá trị ảo Ma trận ABCD đóng vai trị quan trọng việc phân tích hệ thống cao tần gồm nhiều mạng hai cửa ghép nối với theo kiểu nối tầng Kiểu ghép nối thường sử dụng việc phân tích thiết kế mạch lọc, hầu hết kiểu mạch lọc cấu tạo nên từ thành phần ghép nối tầng với Đầu tiên, ta xét trường hợp đơn giản, cấu trúc nối tầng bao gồm hai mạng hai cửa hình 1.2 12 1.3.2.5 So sánh số loại tụ điện biến dung Bảng 1.6 cung cấp cho số liệu so sánh số loại tụ điện đưa Bảng 1.6 So sánh số loại tụ điện biến dung[8] Tính chất Diode biến dung MEMS DTC Khả điều chỉnh Tốt Thấp Tốt Tổn thất RF Vừa phải Rất tốt Vừa phải Điện áp điều khiển