Hoàn thiện công nghệ thiết kế, chế tạo bộ khuyếch đại siêu cao tần tạp thấp

Hoàn thiện công nghệ thiết kế, chế tạo bộ khuyếch đại siêu cao tần tạp thấp

bộ khoa học và công nghệ

Dự án sản xuất thử nghiệm độc lập cấp nhà nước

trung tâm khoa học kỹ thuật và công nghệ quân sự

Báo cáo khoa học tổng kết dự án sản xuất thử nghiệm

Hoàn thiện công nghệ thiết kế, chế tạo bộ khuếch đại siêu cao tần tạp thấp

(Đ∙ sửa chữa theo kết luận của HĐ nghiệm thu cơ sở ngày 13.07.2006)

6242

Hà Nội 07 2006

bộ khoa học & công nghệ bộ quốc phòng

dự án sản xuất thử nghiệm độc lập cấp nhà nước

trung tâm khoa học kỹ thuật và công nghệ quân sự

Báo cáo khoa học tổng kết dự án

Hoàn thiện công nghệ thiết kế, chế tạo bộ khuếch đại siêu cao tần tạp thấp

Cơ quan chủ quản dự án: Bộ Khoa học và Công nghệ Cơ quan chủ trì dự án: Trung Tâm KHKT&CNQS/BQP Đơn vị thực hiện dự án: Viện Rađa/Trung Tâm KHKT&CNQS Chủ nhiệm dự án: TS NCVC Trần Văn Hùng

Các đơn vị hợp tác chính:

1 Quân chủng PK-KQ: Phòng Rađa/CụcKT; E291/F371; E927/F371 2 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội

Lời nói đầu

Năm 1980 được sự giúp đỡ của một Việt kiều tại Cộng hoà Pháp, Viện Kỹ

thuật Quân sự đã triển khai thực hiện đề tài cấp Viện: “Nghiên cứu thiết kế chế tạo và áp dụng thử bộ khuếch đại siêu cao tần tạp âm thấp vào tuyến thu rađa dải sóng 10 cm” và đã được đánh giá nghiệm thu xuất xắc, nhưng đề tài không được tiếp tục

phát triển do lúc đó chúng ta gặp rất nhiều khó khăn về nguồn vật tư linh kiện và kinh phí đảm bảo

Năm 1992 Viện Kỹ thuật Quân sự phối hợp với Viện Kỹ thuật Phòng không

thực hiện đề tài cấp Bộ Quốc phòng: “Nghiên cứu chế tạo thay thế khối, phân khối, cụm chi tiết hay hỏng hóc trong khí tài phòng không bằng linh kiện và công nghệ mới”, trong đó việc nghiên cứu chế tạo và áp dụng bộ khuếch đại siêu cao tần bằng

bán dẫn trường có nội tạp nhỏ vào tuyến thu của đài rađa cảnh giới dẫn đường làm việc ở dải sóng 10 cm đã được đánh giá tốt và có chỉ lệnh cho mở đề tài áp dụng thử

Năm 1997 Viện Kỹ thuật Quân sự tham gia dự án cải tiến đài rađa cảnh giới dẫn đường Π37 (làm việc ở dải sóng 10cm) của Quân chủng Phòng không tại Nhà máy Quốc phòng A29 với nội dung: cải tiến tuyến thu cao tần, trong đó đèn khuếch đại siêu cao tần YB99 được thay thế bằng bộ khuếch đại siêu cao tần bán dẫn trường tạp thấp Tuy kết quả đạt được có nhiều khả quan (nghiệm thu được ba bộ trên tổng số năm bộ), song vẫn còn nhiều điểm tồn tại như: độ nhạy máy thu không đồng đều ở các kênh; khó đảm bảo độ nhạy của kênh thu làm việc ở phía tần số cao; độ bền của bộ khuếch đại (khả năng chịu đựng mức công suất lớn ở đầu vào máy thu) không cao; độ tin cậy làm việc thấp… Nguyên nhân chính của những tồn tại đó là do: Việc nghiên cứu tính toán thiết kế chưa hợp lý, khi thiết kế chưa thực sự bám sát các yêu cầu tổng thể về chỉ tiêu kỹ thuật và tình trạng hoạt động thực tế của đài rađa Π37; Công nghệ chế tạo còn đơn giản và mang tính chất thủ công; Chất lượng vật tư linh kiện không đảm bảo; Trình độ và kinh nghiệm thực tế của đội ngũ cán bộ tham gia thực hiện chưa cao; Sự xuống cấp của khí tài do thời gian khai thác sử dụng dài dẫn đến sự biến đổi các tham số kỹ thuật một cách khó kiểm soát được…

Trên cơ sở kết quả đã đạt được của các đề tài nghiên cứu và các dự án cải tiến rađa, trước những yêu cầu cấp bách về vật tư thay thế của các loại khí tài rađa, năm 2001 Thủ trưởng Bộ Quốc Phòng đã giao cho Phân viện Rađa (Viện Rađa ngày nay)

thiết kế, chế tạo bộ khuếch đại siêu cao tần tạp thấp” Ngày 15 tháng 1 năm 2002

Bộ trưởng Bộ KHCNMT (nay là Bộ KH-CN) ra quyết định số 49/QĐ-BKHCNMT phê duyệt Dự án và Dự án được triển khai thực hiện thông qua Hợp đồng nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ số 01/2002/HĐ-DAĐL ngày 24.1.2002 giữa Bộ Khoa học, Công nghệ và Môi trường; Bộ Quốc Phòng và Trung tâm KHKT&CNQS Mục tiêu của Dự án là: Hoàn thiện quy trình công nghệ chế tạo bộ khuếch đại

siêu cao tần tạp thấp cho rađa cảnh giới dẫn đường Π37 làm việc ở dải sóng 10 cm

và tiến tới thực hiện thiết kế chế tạo các bộ khuếch đại cao tần cho các đài rađa làm việc ở các dải sóng khác để chủ động nguồn vật tư thay thế, đảm bảo khả năng chiến đấu của các loại khí tài rađa trong quân đội ta hiện nay

Dự án này đã tập trung giải quyết các vấn đề cơ bản sau:

- Khảo sát và đánh giá chính xác tình trạng kỹ thuật thực tế tuyến siêu cao

tần của các đài rađaΠ37, trên cơ sở đó xác định lại chỉ tiêu kỹ thuật của bộ khuếch

đại cao tần tạp thấp cho phù hợp

- Xác định và xây dựng quy trình tính toán thiết kế bộ khuếch đại cao tần tạp thấp cho rađa Π37 (bao gồm hai phần: mạch bảo vệ và mạch khuếch đại siêu cao tần tạp thấp) trên cơ sở nghiên cứu ứng dụng công nghệ và linh kiện mới

- Sản xuất 10 bộ khuếch đại siêu cao tần theo quy trình tính toán thiết kế đã xác định, lắp đặt sản phẩm vào rađa Π37 để chiến đấu thử nghiệm

- Tổ chức đánh giá kết quả thử nghiệm, trên cơ sở đó đưa ra các kết luận và kiến nghị để có thể tiến hành triển khai sản xuất và đưa sản phẩm vào trang bị

Báo cáo khoa học này trình bày các phần cơ bản như sau:

Phần một: Khảo sát đánh giá tình trạng thực tuyến cao tần rađa Π37

Phần hai: Xây dựng chỉ tiêu kỹ thuật cho KĐCT tạp thấp ứng dụng ở rađa Π37

Phần ba: Cơ sở lý thuyết để tính toán thiết kế bộ KĐCT tạp thấp

Phần bốn: Thiết kế, chế tạo bộ KĐCT tạp thấp ứng dụng trong rađa Π37

Phần năm: Xây dựng quy trình thiết kế, chế tạo, kiểm tra, lắp đặt bộ KĐCT

Trong suốt quá trình thực hiện, dự án luôn nhận được sự quan tâm ủng hộ nhiệt tình và có hiệu quả của các ngành, các cấp của Bộ KH-CN; Bộ QP; các đơn vị phối hợp và các đồng nghiệp Điều đó đã tạo điều kiện rất thuận lợi cho sự thành công của dự án Nhóm thực hiện dự án - Viện Rađa xin chân thành cảm ơn tất cả

1.2.2.1 Khảo sát công suất lọt từ máy phát sang máy thu 11

1.2.2.3 Khảo sát tần suất hỏng của đèn khuếch đại cao tần YB394 16

tạp âm thấp

3.1.4 Sự phản xạ sóng trên đường truyền, hệ số phản xạ 25

3.1.5.4 Các đặc tính và yêu cầu đối với vật liệu làm mạch dải 33

3.2.2 Tính toán phối hợp trở kháng bằng giản đồ Smith 45

3.4.3 Phối hợp trở kháng đầu vào và đầu ra của mạch KĐCT 573.4.4 Hệ số khuếch đại khi phối hợp trở kháng hoàn toàn 603.4.5 Tính toán bộ KĐCT với giá trị khuếch đại cho trước 62

3.5.2 Một số mạch hạn chế công suất cao tần kiểu thụ động 70

3.5.2.2 ứng dụng của điốt pin ở một số mạch HCCS cao tần 72

Ω

4.1.1.4.5 Tính toán kích thước hộp của bộ KĐCT 105

tín hiệu chuẩn Γ4-80

1104.2 Tính toán thiết kế và chế tạo bộ hạn chế công suất cao tần 111

4.2.1.1 Xác định chỉ tiêu kỹ thuật của bộ HCCS cao tần 1114.2.1.2 Xác định sơ đồ chức năng của mạch HCCS cao tần 1124.2.1.3 Chọn vật tư linh kiện cho mạch HCCS cao tần 113

4.2.1.4.2 Tính toán đường truyền trở kháng 50Ω và các tham số phối hợp trên mạch dải cao tần

1184.2.1.4.3 Tính toán kích thước hộp của bộ HCCS cao tần 1194.2.1.5 Xây dựng sơ đồ nguyên lý mạch HCCS cao tần 1194.2.1.6 Xây dựng bản vẽ thiết kế của bộ HCCS cao tần 120

4.3.1 Ghép nối hệ thống 1274.3.2 Đánh giá tham số kỹ thuật và thử nghiệm tổng thể sản phẩm 1294.3.2.1 Đánh giá TSKT của sản phẩm ở trong phòng thí nghiệm 1294.3.2.2 Đánh giá độ nhạy máy thu rađa Π37 với bộ KĐCT tạp thấp 1294.3.3 Chạy thử nghiệm thực tế sản phẩm trên các đài rađa Π37 134

5.3.1 Quy trình kiểm tra hiệu chỉnh sản phẩm ở phòng thí nghiệm 1425.3.2 Quy trình kiểm tra sản phẩm trên đài rađa Π37 1455.4 Xây dựng quy trình lắp đặt sản phẩm vào đài rađa Π37 148

LNA (Low Noise Amplifier) Khuếch đại tạp âm thấp

MAG (Maximum Available Gain) Hệ số khuếch đại hiệu dụng lớn nhất PPL (Passive Power Limiter) Hạn chế công suất thụ động

Các đài Π37 của Liên Xô cũ giúp ta đều được sản xuất từ những năm 70 của thế kỉ trước và có các thế hệ khác nhau, các thế hệ hệ này khác nhau ở mức độ cải tiến một số hệ thống trong đài (chủ yếu cải tiến ở các hệ thống thu, phát và chống nhiễu), ở Việt Nam hiện đang có các thế hệ: Π37-1; Π37M2; Π37M3 Theo thống kê, hiện nay chúng ta có khoảng 22 bộ đài rađa Π37 trong đó 18% số đài có chất lượng cấp hai, 77% số đài có chất luợng cấp ba và 5% số đài có chất lượng cấp năm (cấp năm là cấp có chất lượng kém nhất) Có thể thấy hầu hết các đài rađa Π37 của ta đã xuống cấp do quá thời gian khai thác sử dụng Trong những năm qua, để đảm bảo chiến đấu cho rađa Π37 chúng ta đã thường xuyên (định kỳ và đột xuất) tiến hành sửa chữa hiệu chỉnh, tuy nhiên chất lượng sản phẩm sau sửa chữa chưa cao, một trong những nguyên nhân chính ảnh hưởng đến chất lượng sửa chữa là thiếu vật tư thay thế, đặc biệt là các chủng loại vật tư của tuyến siêu cao tần

Tuyến siêu cao tần của rađa Π37 bao gồm các thành phần: thu cao tần, phát cao tần và hệ thống anten-đường truyền Đặc điểm kỹ thuật cơ bản của một số thành phần trong tuyến siêu cao tần này là:

1.1.1 Hệ thống phát

Máy phát tạo ra các xung năng lượng siêu cao tần qua hệ thống anten đường truyền bức xạ vào không gian

Thành phần của hệ thống gồm:

- Bộ chỉnh lưu cao áp BBC điện áp +(6 -7)KV dòng tải 300 mA

- Cuộn cảm nạp cho phép nhận được trên cuộn trữ năng điện áp +(12ữ14) KV-lớn gấp đôi điện áp nguồn vào do khối BBC tạo ra

- Điốt ghim để cố định điện áp một chiều trên dây dài giả khi thay đổi tần số lặp lại của xung kích

- Cuộn trữ năng Y2 tạo xung dạng hình thang biên độ khoảng 16KV, trở kháng sóng 24Ω Số lượng mắt nạp là 8 ( tuỳ theo chế độ kích mà ta sử dụng 5 hay 8 mắt) - Khoá cao tần cao áp chân không BB-20 để chuyển mạch các mắt của dây trữ năng khi thay đổi các chế độ làm việc (thay đổi chế độ kích phát)

- Biến áp xung Y5 để phối hợp trở kháng của đèn magnhetrôn với trở kháng sóng của dây trữ năng và tăng điện áp xung đưa đến catốt đèn magnhetrôn

- Đèn phát magnhetrôn МИ29 và hệ thống nam châm vĩnh cửu là nguồn tạo ra các dao động siêu cao tần công suất lớn để đưa lên anten

- Công tắc phóng điện dùng đèn khí hyđrô loại ТГИ- 400/16 chịu được điện áp cao, dòng lớn, nội trở nhỏ và có đặc tính điểm hoả dương

- Khoá điều khiển (điốt có điều khiển T50) đựơc mở nhờ xung của bộ so sánh, khi khoá mở thì không còn dao động trong mạch nạp

- Các mạch đièu khiển, kiểm tra và bảo vệ để bảo vệ hệ thống phát khỏi các sự cố bất thường như đánh lửa, quá tải, quạt mát hỏng, nguồn sai pha…

Các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản của hệ thống:

- Số lượng kênh phát: 5 (mỗi kênh làm việc ở 1 tần số cố định trong dải sóng 10cm) - Công suất trung bình của mỗi kênh phát: ≥ 700 W

- Công suất xung của mỗi kênh phát: ≥700 KW

- Độ rộng xung phát: (2,5 ữ 2,9)às ở chế độ “Kích thưa” 1 và “Kích thưa” 2 - Độ rộng xung phát: (1,4 ữ2,0)às ở chế độ “Kích mau” 1 và “Kích mau” 2

- Tần số lặp lại của xung phát: 375Hz với chế độ “kích thưa” 1; 330 Hz với chế độ “kích thưa” 2; 750 Hz ở chế độ “kích mau” 1 và “kích mau” 2

1.1.2 Hệ thống thu

Hệ thống thu rađa Π37 được thiết kế theo sơ đồ máy thu ngoại sai một lần trộn tần có mạch tự động điều chỉnh tần số của bộ dao động ngoại sai

Thành phần chính của máy thu gồm:

- Bộ chuyển đổi từ ống sóng chữ nhật kích thước (34x72)mm sang cáp đồng trục 50Ω để ghép chuyển mạch anten với đầu vào máy thu - ВПС

- Bộ khuyếch đại cao tần dùng đèn sóng chạy УВ-99 hoặc bán dẫn УВ-394.- Bộ dao động ngoại sai СГ- 01

- Bộ chia công suất của bộ dao động ngoại sai ДM-01

- Bộ trộn kênh tín hiệu và chọn lọc tần số ВСС

- Bộ trộn tần kênh tự động điều chỉnh tần số dao động ngoại sai

- Bộ khuếch đại trung tần kênh biên độ và khuếch đại trung tần kênh tương can - Bộ trộn tín hiệu kênh biên độ và bộ trộn tín hiệu kênh tương can

Các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản của hệ thống:

- Số lượng kênh thu: 05

- Hệ số tạp của mỗi kênh thu: ≤ 6,5 dB

- Độ nhạy của mỗi máy thu: ≥ 105dBm (đối với cả hai loại đèn khuếch đại cao tần YB99 và YB394)

1.1.3 Thiết bị chuyển mạch anten

Chuyển mạch anten để truyền năng lượng siêu cao tần công suất lớn từ máy phát đến anten và sóng phản xạ từ mục tiêu về máy thu với độ tổn hao nhỏ nhất Ngoài ra, thiết bị chuyển mạch anten còn phải đảm bảo ngăn công suất cao tần từ đường phát lọt sang đường thu (độ cách ly phát-thu) và ngăn tín hiệu phản xạ từ mục tiêu vào phía máy phát (độ định hướng)

Trong rađa Π37, chuyển mạch anten thực hiện theo nguyên lý khoá chuyển mạch rẽ nhánh (hình 1.1), ở đây, đèn chứa khí phóng điện bảo vệ máy thu đặt ở nhánh thu và mắc nối tiếp đèn chứa khí phóng điện (đèn nối thông) ở phía nhánh phát Để tránh ảnh hưởng của kênh thu đến sự làm việc của kênh phát và của kênh phát đến kênh thu thì phải đặt chính xác đèn phóng điện bảo vệ máy thu và đèn phóng điện thông mạch đường phát đến nhánh rẽ ra anten với các đoạn tương ứng λ/4 và λ/2 Khi máy phát phát xung cả hai đèn đều làm việc và chúng có điện trở rất nhỏ gần bằng điện trở ngắn mạch, xung máy phát đi vào anten và đường vào máy thu bị ngắn mạch bởi đèn phóng điện bảo vệ máy thu, khi đó đoạn một phần tư bước sóng đóng vai trò chính Khi kết thúc xung phát, đèn phóng điện nối thông đường phát bị hở, nên điện trở của nó rất lớn và khi di chuyển về nhánh anten bằng đoạn một phần hai bước sóng sẽ tạo ra trở kháng rất lớn nhìn từ anten về máy phát, điều đó sẽ tạo sự ngăn cách lớn không cho tín hiệu vào máy phát

Chuyển mạch anten của rađa Π37 thực hiện trên ống sóng chữ nhật kích thước (34x72)mm, ghép năng lượng ở thành hẹp ống sóng cho đèn phóng điện nối thông máy phát và ở thành rộng ống sóng cho đèn phóng điện bảo vệ máy thu Ghép ở thành hẹp ống sóng có khả năng tổn hao nhỏ khi phát và ngăn cách lớn khi thu, ghép

ở thành rộng ống sóng có khả năng tổn hao nhỏ khi thu và ngăn cách lớn khi phát Anten

λ/4 λ/2

Hình 1.1 Sơ đồ chuyển mạch anten loại rẽ nhánh

Đèn phóng điện nối thông máy phát dùng loại PP-7 chung cho cả năm kênh phát, hộp cộng hưởng cho PP-7 dạng hình xuyến Hộp hình xuyến kết hợp với hai cực phễu của PP-7 tạo ra hộp cộng hưởng, điều chỉnh cộng hưởng bằng thay đổi khoảng cách khe giữa hai cực phễu của PP-7

Đèn phóng điện bảo vệ máy thu có dạng một đoạn ống sóng chữ nhật chiều dài bằng λ/4, hai đầu bịt bằng hai vách cộng hưởng Do hộp cộng hưởng có hệ số phẩm chất cao, dải tần sẽ hẹp nên phải dùng bốn loại đèn có kích thước khác nhau cho năm kênh thu (PP-2 ở kênh 1,3; PP-3 ở kênh 5; PP-4 ở kênh 2 và PP-20 ở kênh 4)

Sơ đồ tương đương chuyển mạch anten dưới dạng dây song hành ở hình 1.2

Tới anten

c

Khuếch đại cao tần

c

λ/2 λ/4 a b

a b

λ/4

Từ máy phát

Hình 1.2 Sơ đồ tương đương của chuyển mạch anten rađa Π-37

Trong sơ đồ hình 1.2, đèn phóng điện PP-7 cùng với hộp cộng hưởng của nó

tương đương như mạch cộng hưởng song song nối vào điểm aa ghép với ống sóng chính ở thành hẹp qua đoạn một phần tư bước sóng điểm bb Khung cộng hưởng

này có độ phẩm chất rất cao nên khi cộng hưởng (ở trạng thái không đánh lửa) có trở kháng rất lớn, khi mất cộng hưởng (khi phóng điện) có trở kháng rất nhỏ Sử dụng tính chất thay đổi trở kháng rất lớn này để làm bộ thông mạch và hở mạch đường phát của chuyển mạch anten Sơ đồ tương đương này chỉ thực hiện với mốt sóng truyền là H10 Điểm cc nối ở thành rộng ống sóng vẽ sơ đồ tương đương của

đèn phóng điện bảo vệ máy thu, ở đây nó tương đương với đoạn ống sóng có chiều dài bằng một phần tư bước sóng ngắn mạch đầu cuối khi phát và hở mạch khi thu

ở chế độ thu, lúc này các đèn phóng điện không là việc, ở điểm aa có trở kháng đầu vào rất lớn, chuyển qua đoạn một phần tư bước sóng có trở kháng rất nhỏ

làm chập mạch đường dây song hành ở điểm bb Từ điểm bb đến điểm cc có chiều dài bằng nửa bước sóng, cho nên tại điểm cc cũng có trở kháng rất nhỏ, làm chập

mạch dây song hành tại đó sẽ ngăn không cho năng lượng thu nhận từ anten vào máy phát và nó chỉ đi vào máy thu qua đèn phóng điện chữ nhật không bị tổn hao lớn Đèn phóng điện chữ nhật liên kết với ống sóng ở thành rộng để có điện trở đầu vào của đèn phóng điện phối hợp với điện trở ống sóng tốt sẽ giảm sự tổn hao tín hiệu từ anten vào máy thu

ở chế độ phát, các đèn phóng điện làm việc (phóng điện), khung cộng hưởng của đèn phóng điện PP-7 bị mất cộng hưởng, điện trở đầu vào của nó trở nên rất nhỏ

(điểm aa) qua đoạn một phần tư bước sóng trở kháng trở nên rất lớn (điểm bb) nối

song song với đường chính Có thể coi đường dây ở điểm này chỉ có tải là trở kháng đặc tính của ống sóng, tức là không có sự bất đồng nhất nào trên đường truyền Bởi vậy năng lượng cao tần tự do đi từ magnhetron đến anten mà không bị phản xạ từ

đèn PP-7 Tại điểm cc có trở kháng rất lớn, do cách đó một đoạn một phần tư bước

sóng có sự ngắn mạch do sự đánh lửa của đèn phóng điện chữ nhật, bởi vậy năng lương cao tần từ máy phát không vào máy thu

Có thể nhận thấy, loại chuyển mạch anten rẽ nhánh có kết cấu và nguyên lý khá đơn giản nhưng lại tồn tại một số nhược điểm sau:

- Đèn phóng điện phải dùng hai loại khác nhau - Làm suy giảm rõ rệt công suất phát khi phát

- Công suất lọt từ phía máy phát sang phía máy thu cao - Dải thông tần làm việc hẹp

Trên đây chúng ta đã xem xét đến hệ thống phát và thiết bị chuyển mạch anten là những phần có ảnh hưởng cơ bản đến chất lượng và khả năng hoạt động của máy thu rađa Π37 Với thiết bị chuyển mạch anten, chức năng ngăn công suất máy phát lọt vào máy thu có thể được coi như một bộ phận bảo vệ máy thu, nếu công suất lọt sang lớn, bộ khuếch đại cao tần đầu vào máy thu sẽ bị hỏng (đặc biệt là các bộ khuếch đại cao tần bằng bán dẫn trường vốn rất yếu trước công suất mạnh của tín

hiệu đầu vào), đây là nguyên nhân trực tiếp và là yếu tố quan trọng nhất quyết định

đến khả năng làm việc của bộ khuếch đại siêu cao tần tạp thấp Với hệ thống phát, sự hoạt động ổn định (ổn định về tần số và ổn định về công suất phát) của nó quyết định đến chất lượng làm việc của máy thu

1.2 Đánh giá thực trạng tuyến siêu cao tần rađa Π37

Mục đích của việc khảo sát là để đưa ra được các đánh giá chính xác về thực trạng của tuyến siêu cao tần - tuyến có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng và độ bền của các bộ khuếch đại cao tần, đặc biệt là các bộ khuếch đại cao tần sử dụng bán dẫn trường tạp âm thấp trong máy thu rađa Π37 Trên cơ sở đó sẽ thiết kế và xây dựng chỉ tiêu kỹ thuật của bộ khuếch đại siêu cao tần tạp âm thấp của Dự án cho phù hợp với tình trạng thực tế đó

1.2.1 Tổng quan

Do những đặc thù: công suất phát lớn (700KW xung), tần số làm việc cao (từ 2,71GHz đến 3,10GHz), đèn phát dùng loại magnhetron nên khi hoạt động các tham số kỹ thuật của máy phát rađa Π37 thường không ổn định, nhất là trong điều kiện đài rađa đã xuống cấp như hiện nay thì trong máy phát thường xuyên xảy ra các hiện tượng đánh lửa đèn phát, tần số và công suất phát ra không ổn định, không nâng được dòng phát lên giá trị danh định…

Trong hệ thống chuyển mạch anten, các đèn phóng điện bảo vệ máy thu và nối thông máy phát do sản xuất đã lâu nên chất lượng hiện nay rất kém, hơn nữa lại không có máy đo chuyên dụng để kiểm tra chất lượng thực tế của đèn mà chỉ đánh giá bằng mắt thường Một đèn phóng điện được coi là tốt nếu khi máy phát làm việc, qua lỗ tròn quan sát trên thân đèn nhìn thấy sáng đều và ánh sáng có màu tím hoa cà, nếu đèn kém chất lượng thì ánh sáng không liên tục và có màu trắng Vì công

suất của máy phát lớn cộng với điều kiện làm việc trong môi trường nóng ẩm cao cho nên các đệm chì, đệm lò so cho đèn phóng điện trong chuyển mạch anten rất mau hỏng gây đánh lửa trong ống sóng và làm lọt công suất lớn từ phía máy phát vào máy thu

Độ ẩm cao cũng là yếu tố gây ảnh hưởng đến tuyến ống dẫn sóng của đài rađa Tuyến ống sóng của đài rađa Π37 theo thiết kế nó không được sấy khô trước khi phát cho nên khi trong ống sóng độ ẩm quá cao thì sẽ gây đánh lửa khi nâng công suất phát lên giá trị danh định

Một số phần tử trong máy phát (cuộn chặn, biến thế cao áp, biến thế xung ) của một số đài rađa không đảm bảo chất lượng nên hay gây ra quá tải và các sự cố khác trong quá trình làm việc của đài rađa

Tất cả các yếu tố trên đây là nguyên nhân trực tiếp gây ảnh hưởng đến khả năng làm việc tin cậy và độ bền của máy thu đài rađa Thực trạng các máy thu của các đài rađa Π37 hiện nay phần lớn không đảm bảo chỉ tiêu độ nhạy toàn tuyến theo giá trị danh định (105dBm), lý do chủ yếu của tình trạng này là đèn khuếch đại cao tần (mạch đầu vào của tuyến thu) bị kém chất lượng dần theo thời gian hoạt động (hệ số khuếch đại giảm và hệ số tạp tăng)

Đối với các bộ khuếch đại cao tần dùng đèn sóng chạy YB99, do đặc điểm về nguyên lý cấu tạo (tự điều chỉnh mức suy giảm đối với tín hiệu vào có mức công suất lớn) mà khả năng chịu đựng mức công suất ở đầu vào tương đối cao, nên nó đảm bảo được độ bền và độ tin cậy sử dụng khá cao, tuy nhiên điểm yếu của loại đèn này là phụ thuộc nhiều vào chế độ nguồn nuôi - đặc biệt là điện áp sợi đốt cho nên đèn hay bị hỏng và suy giảm tham số kỹ thuật khi nguồn nuôi không ổn định

Đèn khuếch đại cao tần YB394 được thiết kế chế tạo để thay thế đèn sóng chạy YB99 với mục đích nâng cao chất lượng máy thu khi nó khắc phục được những nhược điểm của loại đèn sóng chạy như hệ số tạp lớn, kích thước và khối lượng lớn,

chế độ cấp nguồn phức tạp Cấu tạo của đèn gồm hai phần, phần bảo vệ và phần khuếch đại Sơ đồ chức năng của đèn khuếch đại cao tần YB394 chỉ ra ở hình 1.3

Thiết bị bảo vệ có chức năng hạn chế mức công suất lớn của tín hiệu vào đến mức chịu đựng được (khoảng +10dBm) của mạch khuếch đại và truyền với tổn hao thông qua nhỏ đối với các tín hiệu vào có công suất nhỏ (tín hiệu phản xạ từ mục tiêu) Chức năng này được thực hiện trên cơ sở sử dụng mạch hạn chế kiểu thụ động

với các phần tử chuyển mạch là các pin điốt hạn chế siêu cao tần

Nguồn +5v100mA

Vào Ra

Hình 1.3 Sơ đồ chức năng đèn khuếch đại cao tần YB394

Phần khuếch đại cao tần được thực hiện trên mạch khuếch đại bằng bán dẫn trường có nội tạp nhỏ, nó đảm bảo chỉ tiêu hệ số khuếch đại tín hiệu và hệ số tạp cần thiết cho tuyến cao tần của máy thu

Các đặc trưng kỹ thuật cơ bản của đèn khuếch đại cao tần YB394 như sau: - Hệ số khuếch đại: (23-30)dB

- Hệ số tạp: ≤ 3dB

- Mức công suất cực đại của tín hiệu vào: ≤ 1W trung bình

Với các đặc trưng kỹ thuật như trên có thể nhận thấy khi sử dụng YB394 thì độ nhạy của máy thu được đảm bảo tốt hơn vì hệ số tạp có trị số nhỏ (3dB so với từ 7dB đến 11dB của các đèn sóng chạy) Tuy nhiên, cũng nhận thấy điểm yếu của đèn là khả năng chịu đựng mức công suất lớn của tín hiệu vào rất thấp (1W trung bình), điểm yếu này là nguyên nhân chính dẫn đến sự kém chất lượng rất nhanh của đèn

Từ cấu tạo nguyên lý và vật tư linh kiện được sử dụng trong hai loại đèn, có thể nói rằng: nếu ở đèn sóng chạy chất lượng và độ bền của đèn phụ thuộc chủ yếu

vào chế độ cấp nguồn (chất lượng của nguồn nuôi) thì ở đèn tạp thấp YB394 phụ thuộc chủ yếu vào mức công suất của tín hiệu đầu vào - bởi vì, bán dẫn trường là

phần tử rất yếu với công suất tín hiệu Kết luận này rất có giá trị vì nó là điểm cơ bản để xem xét khi thực hiện thiết kế chỉ tiêu kỹ thuật của bộ khuếch đại cao tần tạp âm thấp của Dự án mà nó có kết cấu nguyên lý và phương án sử dụng vật tư linh kiện gần tương tự như đèn khuếch đại cao tần YB394

Qua quá trình khai thác sử dụng và các kết quả nghiên cứu đánh giá cho thấy, nguyên nhân chính gây hỏng và làm kém chất lượng đèn YB394 là mức công suất đầu vào của đèn lớn (lớn hơn 1W trung bình) lọt từ máy phát sang máy thu qua thiết

Mạch bảo vệ

(pin điốt hạn chế siêu cao tần)

Mạch khuếch đại siêu cao tần

(trên bán dẫn trường)

bị chuyển mạch anten Ngoài ra, một số nguyên nhân khác cũng ảnh hưởng lớn đến chất lượng của đèn như: tín hiệu phản xạ từ vùng địa vật gần đài có mức công suất lớn, các yếu tố môi truờng (nhiệt độ làm việc trong đài rađa và tính chất của vùng khí hậu nơi đặt đài)

Theo nguyên lý cấu tạo của các thành phần trong tuyến siêu cao tần rađa Π37 thì mức công suất lọt từ máy phát sang máy thu phụ thuộc vào các yếu tố:

- Chất lượng đèn phóng điện bảo vệ máy thu của thiết bị chuyển mạch anten - Chất lượng các vòng đệm lò so bằng thép và vòng đệm bằng chì để ghép đèn phóng điện với ống sóng của thiết bị chuyển mạch anten

- Sự làm việc ổn định của máy phát và đường truyền siêu cao tần (không gây đánh lửa ở đèn phát và trong ống dẫn sóng, không gây quá tải biến thế cao áp…)

- Số lượng các máy phát cùng làm việc trong một thời điểm ở đài rađa Hai phần tử bán dẫn quan trọng trong thành phần của bộ khuếch đại cao tần tạp thấp là pin điốt hạn chế cao tần và transistor trường (FET) đều rất nhạy cảm với nhiệt độ môi trường làm việc (tính chất của linh kiện bán dẫn), nếu phải làm việc liên tục trong điều kiện nhiệt độ cao (≥ 400c) thì các linh kiện bán dẫn đó rất nhanh hỏng Môi trường khí hậu xung quanh là yếu tố gây ra hiện tượng ôxy hoá các phần tử linh kiện dẫn đến tình trạng không tiếp xúc, cháy chập trong mạch điện và làm hỏng đèn

1.2.2 Kết quả khảo sát thực tế

Việc khảo sát được tiến hành trực tiếp trên các đài Π37 của một số trạm rađa của Quân chủng PK-KQ nằm ở cả ba vùng miền đất nước và trên các đèn YB394 hỏng được thu hồi từ các trạm rađa trong cả nước

1.2.2.1 Khảo sát công suất lọt từ máy phát sang máy thu

Sơ đồ thực hiện phép đo công suất lọt thể hiện ở hình 1.4

Rađa Π37

Hình 1.4 Sơ đồ mạch đo công suất lọt trên rađa Π37

Máy phát rađa

Chuyển đổi ống sóng sang cáp đồng trục Chuyển

mạch anten

Máy đo công suất M3-232A

Bộ suy giảm cố định 30dB

Phương pháp khảo sát: đo trực tiếp giá trị công suất trung bình ở đầu vào máy thu (ở đầu ra của bộ chuyển đổi ống sóng - cáp đồng trục)

Các kết quả đo thực tế được ghi lại như sau:

ở Nhà máy A29- Biên Hoà/Đồng Nai (đài rađa Π37 cải tiến - tháng 2/2001)

a Đo ở đầu vào của một kênh thu (máy thu số 3):

- Anten rađa hướng về phía không có địa vật vùng gần và chỉ phát máy phát số 3:

Dòng máy phát số 3 (mA)

Giá trị công suất trung bình ở đầu vào kênh thu số 3 (mW)

Giá trị công suất trung bình ở đầu vào kênh thu số 3 (mW)

- Thay đèn phóng điện bảo vệ máy thu (PP-2) cho kênh thu số ba và chỉ nối máy phát số ba:

Dòng máy phát số 3 (mA)

Giá trị công suất trung bình ở đầu vào kênh thu số 3 (mW)

b Đo ở đầu vào của năm kênh thu khi cả năm máy phát cùng làm việc:

Giá trị công suất trung bình ở đầu vào các kênh thu (mW) Dòng các máy

Thực hiện đo khi cả năm máy phát cùng làm việc:

Giá trị công suất trung bình ở đầu vào các kênh thu (mW) Dòng phát

Đánh lửa đèn phát

Đánh lửa đèn phát

1236

ở Trạm rađa T43/F371 - Kép/Bắc Giang (tháng 3/2002)

Thực hiện đo khi cả năm máy phát cùng làm việc:

Giá trị công suất trung bình ở đầu vào các kênh thu (mW) Dòng phát

1473

ở Trạm rađa T26/F361 - Từ Liêm/Hà Nội (tháng 3/2002)

Thực hiện đo khi cả năm máy phát cùng làm việc:

Giá trị công suất trung bình ở đầu vào các kênh thu (mW) Dòng phát

Đánh lửa đèn phát

Đánh lửa đèn phát

Đánh lửa đèn phát

ở Trạm rađa T29/F375 - Sơn Trà/Đà Nẵng (tháng 5/2002)

Thực hiện đo khi cả năm máy phát cùng làm việc:

Giá trị công suất trung bình ở đầu vào các kênh thu (mW) Dòng phát

Đánh lửa đèn phát

Đánh lửa đèn phát

Đánh lửa đèn phát

ở Trạm rađa T33/F367 - Vũng Tàu/Bà Rịa-Vũng Tàu (tháng 5/2002)

Thực hiện đo khi cả năm máy phát cùng làm việc:

Giá trị công suất trung bình ở đầu vào các kênh thu (mW) Dòng phát

- Vị trí đặt đài rađa (vùng địa vật gần đài)

- Số lượng các kênh phát của đài rađa làm việc trong cùng một thời điểm - Chất lượng của thiết bị chuyển mạch anten:

Về nguyên lý hoạt động, thiết bị chuyển mạch anten mà rađa Π37 sử dụng là loại rẽ nhánh, nó có nhược điểm cơ bản là công suất phát lọt sang máy thu lớn và dải thông tần hẹp Các nhược điểm này do tính chất cộng hưởng của hộp cộng hưởng có đèn phóng điện phải chế tạo có độ phẩm chất rất cao và chính độ phẩm chất rất cao này lại kéo theo tỷ số trở kháng của nó thay đổi rất lớn khi bị lệch tần số một lượng nhỏ so với tần số cộng hưởng Chất lượng của chuyển mạch anten dựa trên tỷ số trở kháng của khung cộng hưởng khi cộng hưởng và khi mất cộng hưởng, nếu điều chỉnh đúng cộng hưởng tỷ số này rất cao, còn khi lệch một lượng nhỏ, tỷ số này giảm rất nhanh và do đó làm giảm chất lượng của chuyển mạch anten

Về cấu tạo, thiết bị chuyển mạch anten rađa Π37 có nhược điểm: Đèn phóng điện bảo vệ máy thu dạng ống sóng chữ nhật, khi lắp vào ống sóng sao cho bảo đảm tiếp xúc tốt về điện theo chu vi chữ nhật của đèn là rất khó, người ta phải dùng hai doăng chì (hoặc sợi kim loại) hình chữ nhật khi ép sát bằng các ốc vít để tạo ra sự tiếp xúc tốt, thực hiện điều này đối với thợ sửa chữa không phải là khó, nhưng với trắc thủ không phải dễ, nếu tiếp xúc không tốt sẽ gây ra đánh lửa ở các khe hở doăng chì khi phát và công suất cao tần lọt sang máy thu sẽ lớn Đèn phóng điện nối thông máy phát PP-7 đặt trong hộp cộng hưởng xuyến phải điều chỉnh khoảng cách khe giữa hai cực phễu để đạt tần số cộng hưởng ở một trong năm kênh phát, điều này làm ở nhà máy có thiết bị đo không khó, nhưng khi làm ở đơn vị, trắc thủ nhận

biết sự cộng hưởng bằng màu sắc của tia lửa điện trong đèn (có màu xanh hoa cà là đạt) sẽ không bảo đảm đủ độ chính xác sự cộng hưởng và sẽ làm giảm chất lượng khoá thu - phát

Về mặt lý thuyết, chuyển mạch anten loại rẽ nhánh độ cách ly phát - thu có thể đạt tới gần 40dB Nhưng với các đài rađa Π37 khi đã khai thác sử dụng lâu năm thì thông số này có thể chỉ còn ở mức từ 26dB đến 30dB

2 Do chất luợng của các đài rađa Π37 đã xuống cấp nên hầu hết các kênh phát không làm việc được (xảy ra hiện tượng đánh lửa và quá tải trong máy phát) khi tăng dòng phát lên 50mA trong khi yêu cầu dòng làm việc đến 60mA Các hiện tượng đánh lửa đó sẽ gây những đột biến xung (tạo các đỉnh xung có biên độ lớn ở đầu vào máy thu) và làm hỏng đèn khuếch đại cao tần (hỏng theo điện áp)

3 Giá trị công suất lọt từ máy phát sang máy thu rất cao, ở mức dòng phát là 40mA hầu hết các giá trị đó đều lớn hơn 1w liên tục (vượt quá giới hạn chịu đựng 1w của đèn khuếch đại cao tần YB394) nên đã làm hỏng (hỏng theo công suất) hoặc làm giảm chất lượng của các đèn YB394

1.2.2.2 Khảo sát điều kiện môi trường làm việc:

Nước ta có khí hậu nhiệt đới gió mùa với độ nóng, ẩm rất cao (mùa hè và mùa khô nhiệt độ ngoài trời lên tới hơn 400c, mùa mưa nhiều nơi có độ ẩm ≥ 95%), ở những vùng ven biển không khí còn có muối với nồng độ lớn Sự tác động của môi trường khắc nghiệt đó đã ảnh hưởng rất lớn đến độ bền của đèn YB394, trong khi đó công nghệ đóng kín lại chưa đảm bảo ngăn được sự thẩm thấu của không khí vào bên trong đèn

Việc khảo sát mức độ ảnh hưởng của môi trường đối với đèn YB394 được tiến hành theo phương pháp: tháo một số đèn hỏng thu hồi từ các đơn vị về

Đối với các đèn thu hồi từ các đài rađa làm việc ở các vùng ven biển: Số đèn

khảo sát là 05 chiếc (03 chiếc của trạm rađa 29, 02 chiếc của trạm rađa 22) Kết quả cho thấy: 3/5 đèn bị ôxy hoá nặng, chân các linh kiện và mạch in gỉ sét, gẫy đứt do không khí có hơi muối ăn mòn, các đường mạch bị gỉ xanh 2/5 đèn bị ôxy một phần ở đầu vào khối bảo vệ và khối khuếch đại

Đối với các đèn thu hồi từ các đài rađa làm việc ở sâu trong đất liền: Số đèn

khảo sát là 06 chiếc (03 chiếc của trạm 53, 02 chiếc của trạm 26 và 01 chiếc của trạm 31) Kết quả khảo sát cho thấy: 2/6 đèn không bị ôxy hoá và 4/6 đèn còn lại có

bị ôxy hoá nhưng không đáng kể

Trên cơ sở kết quả khảo sát, nhận thấy: do nhà sản xuất xử lý công nghệ chưa tốt nên đèn YB394 không đảm bảo được các điều kiện làm việc trong môi trường khí hậu của nước ta Đây là một yếu tố gây ảnh hưởng đến chất lượng của đèn, tuy không gây hỏng đột biến như yếu tố công suất lọt từ máy phát sang nhưng nó ảnh hưởng từ từ theo thời gian làm việc và làm giảm tuổi thọ của đèn

1.2.2.3 Khảo sát tần suất hỏng của đèn YB394

Đèn khuếch đại cao tần tạp âm thấp YB394 được nhập vào Việt Nam từ năm 1994 để thay thế dần cho các đèn sóng chạy YB99 trong đài rađa Π37 Theo lý lịch, tuổi thọ của đèn là 10.000 giờ nhưng thực tế sử dụng cho thấy đèn YB394 rất nhanh hỏng, nhiều đèn mới sử dụng (400-500) giờ mà độ khuếch đại đã bị suy giảm, đặc biệt có đèn chỉ hoạt động được (10-20) giờ là hỏng ngay, hầu như không có đèn nào đảm bảo được tuổi thọ 10.000 giờ như ghi trong lý lịch

Trong một đài rađa П37 có năm đèn YB394 và số giờ mở máy bình quân là100 giờ mỗi tháng Qua quá trình theo dõi việc sử dụng đèn YB394 ở các trạm rađa của Quân chủng PK-KQ nhận thấy tình trạng như sau:

Đối với các đài rađa П37 ở các trạm rađa vùng ven biển (trạm 22;29;33):

Sau 04 tháng: 2/5 đèn có hệ số khuếch đại bị suy giảm từ (1-3)dB Sau 06 tháng: 3/5 đèn có hệ số khuếch đại bị suy giảm từ (2-5)dB Sau 12 tháng 2/5 đèn bị hỏng hẳn, không sử dụng được

Sau 18 tháng 3/5 đèn bị hỏng hẳn, không sử dụng được Sau 24 tháng cả 05 đèn đều hỏng hẳn, không sử dụng được

Đối với các đài rađa П37 ở các trạm rađa khác:

Sau 04 tháng: 1/5 đèn có hệ số khuếch đại bị suy giảm từ (1-3)dB Sau 06 tháng 1/5 đèn suy giảm hệ số khuếch đại từ (1-5)dB

Sau 12 tháng 1/5 đèn hỏng và thêm 1 đèn suy giảm hệ số khuếch đại từ (2-5)dB Sau 18 tháng 2/5 đèn hỏng và thêm 2 đèn suy giảm hệ số khuếch từ (2-5)dB Sau 24 tháng 3/5 đèn hỏng

Sau 30 tháng cả 5 đèn đều hỏng hoàn toàn, không sử dụng được

Qua kết quả khảo sát cho thấy: tần suất hỏng của đèn YB394 rất cao, hầu như không đèn YB394 nào đảm bảo được số giờ làm việc tốt theo quy định (10.000 giờ), chính yếu tố này đã gây áp lực rất lớn cho khả năng đảm bảo nguồn vật tư thay thế

1.3 Kết luận phần một

1 Tất cả các đài rađa Π37 của ta hiện nay đều xuống cấp, hầu hết các hệ thống trong đài không đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật theo yêu cầu, chất lượng của công tác sửa chữa và đảm bảo kỹ thuật chưa cao mà một trong những nguyên nhân quan trọng là nguồn vật tư thay thế không đầy đủ và không đảm bảo chất lượng nhất là các vật tư đặc chủng của tuyến siêu cao tần

2 Về nguyên lý, thiết bị chuyển mạch anten của rađa Π37 (theo nguyên lý chuyển mạch rẽ nhánh) có nhiều nhược điểm, một trong những nhược điểm quan trọng của loại chuyển mạch này là để công suất của máy phát lọt sang phía máy thu lớn và chính đây là nguyên nhân chủ yếu làm hỏng đèn khuếch đại cao tần của máy thu nhất là các đèn sử dụng bán dẫn trường nội tạp nhỏ

3 Về cấu tạo, thiết bị chuyển mạch anten của rađa Π37 sử dụng phần tử chuyển mạch là các đèn phóng điện không có điện áp mồi vì thế tốc độ chuyển mạch không nhanh, chất lượng hạn chế công suất (chức năng bảo vệ máy thu) không cao và việc lắp ghép với thiết bị chuyển mạch anten phức tạp (phải đảm bảo độ tiếp xúc tốt và không có khe hở giữa đèn và ống sóng) Với những điểm hạn chế như vậy nên đèn phóng điện để lọt công suất của tín hiệu phát vào máy thu lớn gây ảnh hưởng đến khả năng làm việc của đèn khuếch đại cao tần

4 Đèn khuếch đại cao tần YB394 do LB Nga sản xuất, cấu tạo của nó gồm hai phần: Bộ khuếch đại cao tần dùng bán dẫn trường nội tạp nhỏ; Mạch bảo vệ (trên các pin điốt hạn chế siêu cao tần) có chức năng bảo vệ bộ khuếch đại từ mức công

suất lớn 1,3 KW xung và 1W trung bình ở đầu vào Với ngưỡng công suất đầu vào như vậy có thể khẳng định đèn YB394 không đáp ứng được điều kiện làm việc thực

tế trên các đài rađa Π37 đang có ở ta hiện nay, vì theo kết quả khảo sát thì mức công suất cao tần ở đầu vào máy thu đều lớn hớn hoặc xấp xỉ bằng 1W trung bình

5 Môi trường khí hậu của nước ta cũng là một nguyên nhân quan trọng làm ảnh hưởng đến chất lượng của đèn khuếch đại cao tần, đặc biệt khi mà việc xử lý công nghệ ở đèn YB394 chưa tốt

6 Tần suất hỏng của đèn YB394 rất cao, hơn nữa do đặc đặc điểm công nghệ chế tạo nên khi khi đèn hỏng chúng ta không thể sửa chữa, phục hồi được vì thế mà hàng năm để đảm bảo cho chiến đấu ta phải nhập khẩu với số lượng lớn đènYB-394 với giá thành đắt

Phần hai

Xây dựng chỉ tiêu kỹ thuật bộ khuếch đại cao tần tạp âm thấp

Trên cơ sở phân tích và đánh giá kết quả khảo sát các đài rađa Π37 hiện có, tiến hành thiết kế xây dựng chỉ tiêu kỹ thuật cho bộ khuếch đại cao tần tạp âm thấp của Dự án đảm bảo phù hợp và đáp ứng được yêu cầu làm việc trong điều kiện thực tế của các đài rađa Π37 hiện nay Ngoài ra, việc thiết kế chỉ tiêu kỹ thuật cho bộ khuếch đại cao tần còn được thực hiện trên cơ sở tham chiếu các chỉ tiêu kỹ thuật của đèn khuếch đại cao tần YB394 do LB Nga chế tạo, đây là loại đèn được chọn làm mẫu để thiết kế chế tạo bộ khuếch đại cao tần tạp âm thấp của Dự án

2.1 Yêu cầu chung đối với sản phẩm của Dự án

Sản phẩm của Dự án là bộ khuếch đại cao tần tạp âm thấp sử dụng trong tuyến thu của đài rađa Π37, nó phải đảm bảo các yêu cầu chung như sau:

Yêu cầu về kỹ thuật:

+ Đảm bảo hệ số tạp, đây là chỉ tiêu quyết định đến độ nhạy của toàn tuyến thu rađa Π37 Ngoài hệ số tạp âm của tuyến anten đường truyền cao tần đã được mặc định ở nhà máy sản xuất rađa, thì hệ số tạp của bộ khuếch đại cao tần (do ta sản xuất) sẽ quyết định hệ số tạp (độ nhạy) của toàn tuyến thu đài rađa

+ Đảm bảo hệ số khuếch đại để tạo mức công suất tín hiệu cần thiết cho thiết bị phía sau (bộ trộn tần và các bộ khuếch đại trung tần) làm việc bình thường

Yêu cầu về sử dụng và cấu trúc:

+ Bộ khuếch đại cao tần phải làm việc tin cậy trong điều kiện tình trạng kỹ thuật thực tế của các đài rađa rađa Π37 của ta hiện nay, có số giờ làm việc không hỏng (tuổi thọ) tương đối cao

+ Bộ khuếch đại cao tần phải làm việc ổn định và không tự kích trong hệ thống thu của đài rađa, phải duy trì được các đặc trưng kỹ thuật trong giới hạn cho phép khi có sự thay đổi các tham số của môi trường bên ngoài (nhiệt độ, độ ẩm, áp suất) và nguồn nuôi

+ Chế độ cấp nguồn không phức tạp

+ Việc kiểm tra các tham số kỹ thuật thuận tiện và đơn giản

+ Dễ phát hiện và nhanh chóng khắc phục các hỏng hóc + Đảm bảo độ bền cơ học khi va đập và rung xóc

+ Thao tác tháo lắp thuận tiện và tốn ít thời gian + Kích thước và trọng lượng phù hợp

+ Chuẩn hoá vật tư linh kiện, nguồn cung cấp vật tư linh kiện ổn định

2.2 Xây dựng sơ đồ khối của bộ khuếch đại cao tần tạp âm thấp

Sơ đồ khối của bộ khuếch đại cao tần tạp âm thấp của Dự án thể hiện trên hình 2.1 Sơ đồ này được xây dựng trên cơ sở tham khảo sơ đồ khối của đèn YB394

Khối khuếch đại siêu cao tần tạp âm thấp đảm bảo nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu siêu cao tần yếu ở đầu vào với hệ số khuếch đại (28-32)dB và hệ số tạp ≤ 3dB

2.3 Chỉ tiêu kỹ thuật của bộ khuếch đại cao tần tạp âm thấp

Chỉ tiêu kỹ thuật bộ khuếch đại cao tần tạp âm thấp ứng dụng cho tuyến thu rađa Π37 được Dự án xây dựng thể hiện trong bảng 2.1

Bảng 2.1

2 Hệ số khuếch đại trong dải tần làm việc dB 28-32 Như đèn YB394

Bộ hạn chế công suất siêu cao tần

Bộ khuếch đại siêu cao tần tạp âm thấp

3 Hệ số tạp trong dải tần làm việc dB ≤ 3 Như đèn YB394 4 Mức công suất trung bình max đầu vào W 2,0 Đèn YB394 là 1,0

5 Mức công suất xung max đầu vào Kw 2,3 Đèn YB394 là 1,3

6 Mức hạn chế công suất tín hiệu cao tần dB 28 Đèn YB394 là 20

7 Tổn hao thông qua của bộ hạn chế dB ≤ 2,0 Đèn YB394 là 1,6

chữ nhật 13 Kích thước hộp (Dài x Rộng x Cao)mm 150 x 113 x 36

15 Thời gian tháo, lắp trên đài rađa Phút 3 Như đèn YB394

(theo lý lịch) 17 Khả năng sửa chữa phục hồi khi hỏng

hóc

năng

YB394 không có khả năng sửa chữa.

đến +70

YB394 -60 đến +70

2.4 Kết luận phần hai

Khi tính toán thiết kế bộ KĐCT tạp âm thấp thì việc quan trọng đầu tiên là phải xác định rõ các yêu cầu về kỹ thuật, sử dụng và cấu trúc của nó Vì đây được coi như là khâu xây dựng đầu bài cho bài toán thiết kế, đặt đầu bài càng rõ ràng thì thiết kế càng chính xác và sản phẩm tạo ra sẽ đáp ứng càng tốt các yêu cầu làm việc thực tế

Có bộ chỉ tiêu kỹ thuật, khi thiết kế người thiết kế có thể linh hoạt trong việc lựa chọn giải pháp kỹ thuật, giải pháp công nghệ cũng như phương án vật tư linh kiện đảm bảo cho sản phẩm

Việc xác định các yêu cầu về kỹ thuật, sử dụng và cấu trúc của bộ KĐCT tạp thấp phải được dựa trên các cơ sở: Yêu cầu kỹ chiến thuật của máy thu rađa sử dụng bộ KĐCT tạp thấp được thiết kế; Tình trạng kỹ thuật thực tại của đài rađa sẽ sử dụng bộ KĐCT được thiết kế; Trình độ kỹ thuật và năng lực công nghệ hiện tại

PHẦN BA

CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỂ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ KHUẾCH ĐẠI CAO TẦN TẠP ÂM THẤP

3.1 §−êng truyÒn siªu cao tÇn.

Đường truyền siêu cao tần là một bộ phận quan trọng trong tuyến siêu cao tần, hiện có rất nhiều các loại đường truyền khác nhau ở các dải sóng khác nhau Trong các mạch siêu cao tần, bước sóng của tín hiệu có thể bằng hoặc nhỏ hơn kích thước của các bộ phận và đường truyền giữa chúng, có nghĩa là có thể diễn ra những thay đổi quan trọng về pha tín hiệu dọc theo đường truyền và có sự biến đổi trở kháng danh định của một thiết bị hoặc một thành phần mà tín hiệu đi qua Những biến đổi trở kháng này gây ra các sóng phản xạ trên đường truyền, vì vậy điều quan trọng là phải mô tả chính xác các tính chất của đường truyền ở tần số cao, điều này dẫn đến sự phát triển của một lĩnh vực lý thuyết mạch về các đường truyền tức là đường nối giữa các bộ phận của mạch có chiều dài đáng kể so với bước sóng Việc lựa chọn một đường truyền nào đó để sử dụng chủ yếu dựa vào khả năng ứng dụng hay sự sẵn có của công nghệ và mỗi loại cụ thể với các ưu nhược điểm riêng Trong phạm vi của Dự án, chỉ tập trung nghiên cứu cấu trúc cũng như các tham số cơ bản của đường truyền vi dải

3.1.1 Khái niệm cơ bản về đường truyền

Đường truyền là các thiết bị hay hệ để giới hạn đường truyền lan các dao động điện từ hay các dòng năng lượng điện từ theo hướng đã cho, đường truyền dùng để truyền dẫn năng lượng siêu cao tần gọi là đường truyền siêu cao tần

Trong kỹ thuật siêu cao tần đường truyền đồng nhất được sử dụng là chủ yếu, đó là loại đường truyền mà dọc theo hướng truyền sóng tiết diện ngang không thay đổi và môi trường chứa trong nó là đồng nhất Đường truyền đồng nhất có các loại: đường truyền hở và đường truyền kín

Trong đường truyền hở tại tiết diện ngang không có vòng kim loại bao bọc vùng truyền năng lượng siêu cao tần, đường truyền hở có nhiều dạng khác nhau như: đường dây đôi, mạch dải, đường truyền sóng mặt…

Đối với đường truyền kín thì trong nó phải có ít nhất một mặt vật dẫn (kim loại) để bao bọc hoàn toàn vùng truyền năng lượng siêu cao tần Đường truyền kín

là các loại ống kim loại rỗng có tiết diện khác nhau bên trong có thể nhét đầy các chất điện môi đồng nhất khác nhau hoặc không khí hay chân không, chúng được gọi là ống dẫn sóng Có nhiều loại ống sóng như: ống dẫn sóng đồng trục, ống dẫn sóng chữ nhật, ống dẫn sóng trụ tròn…

Khi chọn kiểu đường truyền cần kể đến các yêu cầu: Tổn hao nhỏ; Điều chỉnh đơn giản; Thể tích, trọng lượng nhỏ; Các tham số ổn định; Sản xuất loạt

Ở dải sóng mét, người ta ứng dụng đường dây đôi (song hành) và cáp đồng trục hay ống dẫn sóng đồng trục để truyền dẫn năng lượng siêu cao Đường dây đôi có cấu trúc đơn giản và cho kích thước ngang khá gọn, dễ điều chỉnh phối hợp Nhưng ở dải sóng dm, ống dẫn sóng hay cáp đồng trục được dùng phổ biến để truyền dẫn năng lượng siêu cao Đường dây đôi không được sử dụng trong dải sóng này vì tổn hao do bức xạ và hiệu ứng bề mặt

Trong dải sóng cm đường truyền siêu cao phổ biến là các ống sóng chữ nhật và trụ tròn vì nó cho tiêu hao nhỏ, kích thước phù hợp, ống dẫn sóng đồng trục hay cáp đồng trục ít được dùng vì tổn hao do hiệu ứng bề mặt ở lõi trong và tổn hao trong điện môi rất lớn, nó chỉ đúng với khoảng cách ngắn và công suất nhỏ Trong dải sóng milimét, đường truyền siêu cao phổ biến là mạch dải

3.1.2 Mô hình vật lý và các tham số sơ cấp

Xét một đường truyền sóng chiều dài l, đặt tương ứng với trục toạ độ x từ toạ độ x = 0 đến toạ độ x = l Đầu vào đường truyền có nguồn tín hiệu ES và điện trở trong ZS, đầu cuối của đường truyền được kết thúc bởi tải ZL Sóng tín hiệu từ nguồn ES lan truyền theo hướng Ox đến tải ZL

Giả sử chiều dài l lớn hơn nhiều lần so với bước sóng λ nên hệ thống có thông số phân bố Xét tại một điểm trên đường truyền có toạ độ x bất kỳ Trên đoạn

vi phân chiều dài [x, x + ∆x] cũng có hiện tượng lan truyền sóng tuy nhiên do ∆x << λ nên ta có thể thay thế đoạn đường truyền ∆x có thông số phân bố bằng một đoạn mạch điện tương đương có tham số tập trung như hình vẽ dưới đây:

Các tham số tuyến tính của đường truyền gồm: Điện cảm tuyến tính L đơn vị [H/m] đặc trưng cho điện cảm tương đương của một đơn vị chiều dài đường truyền; Điện dung tuyến tính C, đơn vị [F/m], đặc trưng cho điện dung của lớp điện môi phân cách hai dây dẫn kim loại của một đơn vị chiều dài của đường truyền; Điện trở tuyến tính R, đơn vị [Ohm/m], đặc trưng cho điện trở thuần của dây dẫn cấu tạo nên một đơn vị chiều dài đường truyền Điện trở tuyến tính R liên quan đến tổn hao kim loại (do dây dẫn không phải là điện dẫn lý tưởng), là hằng số hoặc biến thiên theo tần số của tín hiệu lan truyền; Điện dẫn tuyến tính G đơn vị [S/m], đặc trưng cho điện dẫn thuần của lớp điện môi phân cách trong một đơn vị chiều dài đường truyền Điện dẫn tuyến tính G liên quan đến tổn hao điện môi (do điện môi không cách điện lý tưởng)

Trong sơ đồ mạch điện tương đương trên, một cách tổng quát, đều hiện diện cả hai loại tổn hao: R mắc nối tiếp L tạo thành trở kháng nối tiếp:

Theo định luật Kirchoff về điện áp chúng ta có:

Theo định luật Kirchoff về dòng điện chúng ta có:

=i(x x,t) G* x*v(x x,t) C* x* v(x x,t)t)

Viết lại hệ phương trình trên trong miền tần số:

V(x,ω) = V(x + ∆x,ω) + (R + jωL)*∆x*I(x,ω) (3.5) I(x,ω) = I(x + ∆x,ω) + (G + jωL)*∆x*V(x + ∆x,ω) (3.6) Chuyển vế hai phương trình trên và chia cho ∆x chúng ta nhận được

(3.7)

( ω RjωLIxω

(3.10) Đây là hệ hai phương trình vi phân tuyến tính của hai đại lượng điện áp V(x,ω) và dòng điện I(x,ω) tại toạ độ bất kỳ x trên đường truyền sóng và tại tần số bất kỳ của tín hiệu Biến đổi hệ hai phương trình bằng cách tính đạo hàm riêng bậc hai của mỗi nghiệm theo x:

( ω RjωLGjωCVxω

( ω GjωCRjωLIx ω

(3.13)

( ,ω) γ (ω)*I(x,ω)

3.1.4 Sự phản xạ sóng trên đường truyền siêu cao tần, hệ số phản xạ

Điện áp và dòng điện tại điểm bất kỳ x trên đường dây luôn luôn có thể được xem là tổng của một sóng tới và một sóng phản xạ Sóng tới xuất phát từ nguồn tín hiệu đặt ở đầu vào đường dây đi về phía tải, sóng phản xạ đi từ tải về phía nguồn là sóng phát sinh ra do hiện tượng phản xạ của sóng tới trên tải ở đầu cuối đường dây Sóng phản xạ lan truyền với cùng vận tốc như sóng tới (nhưng ngược chiều), có biên độ và pha phụ thuộc không những vào biên độ và pha của sóng tới mà còn phụ thuộc vào mối tương quan của trở kháng tải ZL ở cuối đường dây với trở kháng đặc tính Z0 của đường dây Theo công thức 3.15 điện áp tại điểm toạ độ x bất kỳ được viết như sau:

V( )x ω Ve−γ( )ω xV−eγ( )ωx

Trong đó: V+e−γ( )ω ;V−γ( )ω tượng trưng cho sóng tới và phản xạ tại x

Hệ số phản xạ về điện áp Γv( )x tại điểm x là tỉ số giữa sóng điện áp phản xạ và sóng điện áp tới tại điểm x đó:

( ) ( )( ) ( )xx

Tại điểm toạ độ x bất kỳ, nếu đặt: d = l – x là khoảng cách từ điểm x đang

khảo sát đến tải, ta có thể viết hệ số phản xạ điện áp:

( ) ( )x ( ) (ld)( )l ( )d

Trong biểu thức (3.19) một cách tổng quát Γv( )l là một số phức, hệ số truyền sóng γ cũng là số phức (γ =α+ jβ), do đó Γv( )x cũng là số phức Các hệ số phản xạ điện áp Γcó thể được biểu diễn bởi các điểm trong mặt phẳng Γ Chúng ta có một số phức có thể được biểu diễn như sau:

Từ các nhận xét trên về biểu thức (3.22) ta có thể rút ra: Khi di chuyển trên đường truyền sóng từ tải về phía nguồn một khoảng cách d, hệ số phản xạ điện áp

Γ sẽ di chuyển trên một quỹ tích hình xoáy trôn ốc trong mặt phẳng phức Γ Quỹ tích xuất phát từ điểm có hệ số phản xạ điện áp tải Γv( )l và xoay theo chiều kim đồng hồ (đi về phía nguồn) một góc 2βd với suy giảm module của vector Γv bởi hệ số e−2αd Đặc biệt, nếu đường truyền sóng không tổn hao (α =0) thì từ (3.22), ta có:

vvx =Γ l.e−2β

phản xạ điện áp tại tải Γv( )l Do đó:

2βd = λπ d = π λd (3.25)

Nói cách khác, góc pha của hệ số phản xạ điện áp Γv sẽ xoay một lượng 2π (xoay một vòng tròn quanh gốc toạ độ trong mặt phẳng phức Γv) khi di chuyển khoảng cách d bằng một nửa lần bước sóng λ của tín hiệu Với khoảng cách d bất kỳ, góc pha sẽ xoay quanh gốc toạ độ một lượng tỷ lệ với d theo (3.25)

Ta còn nhận thấy, chiều xoay của góc pha là cùng chiều kim đồng hồ khi ta di chuyển về phía nguồn hoặc chiều xoay là ngược chiều kim đồng hồ khi di chuyển về phía tải trên đường truyền sóng

Các nhận xét trên về quỹ tích của điểm phức Γv trong mặt phẳng hệ số phản xạ điện áp sẽ được áp dụng để xây dựng đồ thị Smith

Tương tự hệ số phản xạ điện áp Γv, ta cũng có thể định nghĩa hệ số phản xạ dòng điện Γi trên đường truyền sóng Theo 3.16 dòng điện tại điểm x bất kỳ cũng được coi là tổng của sóng dòng điện tới và sóng dòng điện phản xạ:

ZVI+ = + và

=

Là tỉ số giữa dòng điện phản xạ và sóng dòng điện tới tại điểm x đó

Γ( )x ≡Γv( )x (3.30)

Để minh hoạ về các hệ số Γv, Γi, xét hai đường truyền sóng 1 và 2 phân cách nhau bởi mối nối ở mặt phản xạ hình 3.3 Giả sử sóng tới điện áp và dòng điện đều có biên độ là 1 Tại mặt phản xạ, một đại lượng điện áp biên độ Γv và một đại lượng dòng điện biên độ Γi=-Γv được phản xạ về phía nguồn Do đó, một sóng điện áp biên độ 1+Γv và một sóng dòng điện biên độ 1+Γi=1-Γvsẽ được tiếp tục truyền về phía tải trên đường truyền sóng 2

Như vậy, nếu tính theo công suất tín hiệu, ta có công suất sóng tới là 1, công Đường truyền sóng 1

Sóng tới điện áp 1

Sóng phản xạ ΓVSóng tới dòng điện 1

Sóng phản xạ ΓICông suất sóng phản xạ

Γ−

suất sóng phản xạ trên mặt phản xạ là Γv.Γi =−Γv2 (Dấu - biểu thị công suất sóng phản xạ đi ngược chiều truyền sóng), và công suất sóng truyền về phía tải trên đường truyền sóng 2 là:

(1+Γv)(.1+Γi) (= 1+Γv)(1−Γv)=1−Γv2 (3.31) Như vậy, một phần sóng công suất 2

Γ sẽ bị phản xạ ngược về trên mặt phẳng phản xạ và một phần sóng công suất 1−Γv2 sẽ được truyền đi tiếp tục Định luật bảo toàn công suất được áp dụng đúng trong trường hợp này

Xét một đường dây truyền sóng có trở kháng đặc tính Z0, hệ số truyền sóng γ, chiều dài l; đầu cuối được kết thúc bởi tải ZL (hình 3.4) Đặc biệt, tại tải ZL (x = l), ta có:

Từ (3.32), (3.33) và (3.34), ta có thể viết:

Theo định nghĩa của hệ số phản xạ điện áp ở (3.17), ta suy ra:

( )( )llZ

Đường truyền sóng 1

Dòng điện I(l)

Tải ZL

Hệ số phản xạ ΓL

Điện áp V(l) Trở kháng đặc tính Z0

Hình 3.4

Người ta thường sử dụng trở kháng chuẩn hóa được định nghĩa là:

( )( )llZ

Hoặc: ( )

Một cách tổng quát, ZL và Z0 đều là giá trị phức, do đó, Γ( )l cũng là số phức: Γ( )l =Γ( )l .argΓ( )l (3.39) Trong đó: Γ( )l tượng trưng tỉ số giữa biên độ sóng điện áp phản xạ và biên độ sóng điện áp tới; argΓ( )l tượng trưng cho góc lệnh pha giữa sóng phản xạ và sóng tới

Nếu Γ = 0 thì không có sóng phản xạ Để Γ = 0 thì theo phương trình (3.38) ta có ZL = Z0 tức là trở kháng tải phải bằng trở kháng đặc trưng của đường truyền, gọi trường hợp này là phối hợp trở kháng

Khi không phối hợp thì không phải toàn bộ công suất của nguồn sẽ rơi trên tải mà sẽ có tổn hao người ta định nghĩa tổn hao là (RL)

RL = -20*logΓ (đơn vị là: dB) (3.40)

Như vậy, nếu phối hợp Γ = 0 thì tổn hao ngược bằng vô cùng (không có phản xạ) Nếu phản xạ Γ = 1 (phản xạ hoàn toàn) thì tổn hao ngược RL = 0 Khi có hiện tượng phản xạ trên đường truyền thì điện áp của tín hiệu trên đường truyền sẽ xuất hiện các điểm cực tiểu và cực đại của điện áp (các điểm ứng với nút sóng và bụng sóng) Biết rằng, điện áp và dòng điện trên đường truyền bao gồm tổng sóng tới và sóng phản xạ tạo thành sóng đứng, hệ số sóng đứng được định nghĩa:

VSWR =

minmax

Vmax = V+e-γl(1+ |Γ(l)|) (3.42)

Điện áp trên đường dây đạt cực tiểu khi điện áp của sóng tới và điện áp của sóng phản xạ ngược pha nhau theo 2.15 và 2.17 chúng ta có:

Vmin = V+e-γl(1- |Γ(l)|) (3.43) Từ 3.41, 3.42 và 3.43 chúng ta có biểu thức tính hệ số sóng đứng như sau:

VSWR =

(3.44)

Từ 3.44 cho thấy hệ số sóng đứng có giá trị 1 ≤ VSWR ≤ ∞

3.1.5 Đường truyền vi dải

Khi cÇn truyÒn n¨ng luîng cao tÇn cã møc c«ng suÊt kh«ng lín th× ®ường truyền vi dải (microstrip) là vật liệu thông dụng nhất để tạo ra một đường truyền sóng do dễ sản xuất, khối lượng nhẹ (lợi thế so với ống dẫn sóng) dễ tương thích với các qui trình công nghệ của mạch tích hợp Phạm vi trở kháng đặc trưng hợp lý, tổn hao thấp, dải thông tương đối rộng

3.1.5.1 Cấu trúc hình học của đường truyền vi dải

Hình 3.5 minh hoạ một đường truyền vi dải hở với ba thành phần chính của cấu trúc dải, chất dẫn trên nền điện môi và mặt phẳng kim loại tiếp đất, Hình 3.5

cũng chỉ ra bốn tham số chính được sử dụng trong thiết kế đường truyền vi dải h, w, t và εr Hình 3.6 và hinh 3.7 minh họa mặt cắt của hai cấu trúc liên quan, hình 3.6 là đường truyền vi dải được bọc ngoài khi mặt phẳng tiếp đất ở độ cao h1 ở phía trên đường truyền vi dải tuy nhiên các cạnh bên vẫn hở, hình 3.7 minh họa đường truyền vi dải trong hộp với dây dẫn hoàn toàn được bọc kín trong một lớp ngoài bằng kim

Hình 3.5: Đường truyền vi dải hở w

t

loại tiếp đất

Trong thực tế, hầu hết đường truyền vi dải được bọc trong một số dạng hộp kim loại, do đó cấu trúc cuối cùng là cấu trúc thực tế nhất, tuy nhiên hầu hết các phương trình thiết kế lại dựa trên cấu trúc hở hoặc được bọc ngoài, điều này có thể gây ra sự không thống nhất giữa các kết quả lý thuyết và đo lường

Sau đây sẽ nghiên cứu một số các tham số cơ bản của đường truyền vi dải dạng không đối xứng, một dạng đang được sử dụng rất nhiều trong thực tế hiện nay

3.1.5.2 Những tham số cơ bản của đường truyền vi dải

- Dải tần công tác của đường truyền dải không đối xứng nằm trong giới hạn 100MHz - 50.000 MHz

- Điện trở sóng của đường truyền tải không đối xứng ZS =

- Sự hạn chế các kích thước hình học của đường truyền: chiều rộng đáy a được xác định bởi bất đẳng thức:

a ≥ 3w (3.46) Nên giảm nhỏ chiều dày lớp nền h để đảm bảo tổn hao do bức xạ nhỏ Nhưng để đảm bảo giá trị điện trở sóng là không đổi thì việc giảm h cần kèm theo giảm chiều rộng giải w và do đó dẫn đến tăng tổn hao trong dây dẫn Hiện nay người ta đã sản xuất hàng loạt các lớp nền tiêu chuẩn cho lớp nền của đường truyền vi dải: h = 0.25; 0.5; 0.75; 1.0; 1.5; 2.0; 4.0; 6.0 (3.47)

Để khử bỏ các sóng bậc cao trong đường truyền cần giảm nhỏ chiều rộng w của dải dẫn điện, mặt khác việc giảm chiều rộng dải lại dẫn đến việc tăng tổn hao trong dây dẫn

3.1.5.3 Các tổn hao trong đường truyền vi dải

Có bốn yếu tố chính gây tổn hao năng lượng trong các cấu trúc đường truyền vi dải: Tổn hao chất dẫn; Tổn hao điện môi; Tổn hao bức xạ; Sự truyền sóng bề mặt

Hai yếu tố đầu là hiệu ứng tiêu tán bởi vì chúng liên quan đến các đường truyền vi dải đồng dạng, hai yếu tố sau là ký sinh bởi vì chúng chỉ xuất hiện ở các điểm gián đoạn của đường truyền vi dải (chỗ uốn cong, các bước theo chiều rộng )

3.1.5.4 Các đặc tính và các yêu cầu đối với vật liệu làm mạch dải

Vật liệu điện môi dùng làm nền mạch dải cần có các tính chất sau: Hằng số điện môi cao; Góc tổn hao điện môi nhỏ; Hằng số điện môi không thay đổi ở một dải tần rộng; Giá trị điện trở riêng lớn; Độ bền điện đủ tốt; Độ dẫn điện lớn

Các vật liệu làm dây dẫn trong các đường truyền mạch dải và vi mạch dải cần được đánh giá bằng các chỉ tiêu chất lượng cơ bản sau: Độ dẫn điện cao; Hoà tan tốt khi tẩy bằng hóa chất và dễ gắn kết với các kim loại khác; Dễ phân tán và mạ điện trên lớp nền

3.2 Ma trËn t¸n x¹

Khi các tham số ABCD và tham số Y được dùng để phân tích mạng siêu cao tần thì có những vấn đề phát sinh trong quá trình đo đạc những tham số này với tần số siêu cao, quá trình này bao gồm:

Việc tạo mạch hở và ngắn mạch đầu cuối của hệ thống mạng, cùng với việc đo điện áp và dòng điện Ta thấy rằng rất khó có thể đạt được mạng hở và ngắn mạch với chất lượng cao ở tần số trên 1GHz và việc đóng mở thiết bị thực hiện theo cách này có thể làm hỏng thiết bị do sự phản xạ tác động lên thiết bị Một vấn đề khác nảy sinh trong quá trình đo điện áp và dòng điện ở tần số cao thông thường chỉ cho những đại lượng có thể đo được như là hệ số sóng đứng (VSWR), hệ số phản xạ, công suất…Tham số dễ đo nhất là công suất tới và công suất phản xạ, điều kiện thử lý tưởng là khi mạng hai cổng được phối hợp tải Những tham số dựa trên những điều kiện này là tham số tán xạ hay còn gọi là tham số S Sau đây sẽ tìm hiểu một cách cụ thể các tham số tán xạ, cũng như ý nghĩa vật lý của chúng