CHƢƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KỸ THUẬT SIÊU CAO TẦN
2.2 Phối hợp trở kháng
Phối hợp trở kháng là vấn đề quan trọng trong kỹ thuật chế tạo các thiết bị cao tần dựa trên cơ sở áp dụng kiến thức về lý thuyết đƣờng dây truyền sóng. Mạch phối hợp trở kháng là mạch không tổn hao để tránh làm giảm công suất và đƣợc thiết kế sao cho trở kháng vào nhìn từ đƣờng truyền có giá trị bằng trở kháng Z0 của đƣờng truyền. Sơ đồ phối hợp trở kháng cơ bản đƣợc mô tả nhƣ hình sau [1]:
Hình 2.3: Sơ đồ phối hợp trở kháng.
Mạch phối hợp trở kháng là phần quan trọng của một mạch siêu cao tần vì những lý do sau [1]:
- Khi nguồn và tải đƣợc phối hợp trở kháng với đƣờng truyền, năng lƣợng tối đa từ nguồn sẽ đƣợc truyền đến tải còn năng lƣợng tổn hao trên đƣờng truyền là nhỏ nhất.
âm thấp.
- Đối với mạng phân phối công suất siêu cao tần (ví dụ mạng tiếp điện cho dàn anten gồm nhiều phần tử), phối hợp trở kháng sẽ làm giảm sai số về biên độ và pha khi phân chia công suất.
Sau đây sẽ đề cập đến một số phƣơng pháp phối hợp trở kháng cơ bản:
2.2.1 Kỹ thuật phối hợp trở kháng dùng các phần tử tập trung
Mạch phối hợp đơn giản nhất là loại chỉ gồm hai phần tử điện kháng mắc thành hình chữ L (thuận hoặc nghịch), đƣợc gọi là mạch hình L. Giả thiết đƣờng truyền dẫn không tổn hao (hay tổn hao thấp), có nghĩa Z0 là đại lƣợng thuần trở [1].
Hình 2.4: Mạch phối hợp trở kháng hình chữ L. - Khảo sát hình 2.6(a) - Khảo sát hình 2.6(a)
Giả sử ZL = RL + ixL. Điều kiện để đạt đƣợc phối hợp trở kháng là trở kháng nhìn từ đƣờng truyền vào mạch phối hợp bao gồm cả tải phải bằng Z0, nghĩa là: (2.17) Mạch này đƣợc ứng dụng trong trƣờng hợp RL > Z0. (2.18) - Khảo sát hình 2.6(b)
Để đạt đƣợc phối hợp trở kháng, dẫn nạp nhìn vào từ đƣờng truyền về phía mạch phối hợp bao gồm cả hai tải bằng 1/Z0, nghĩa là:
( ) (2.19)
Mạch này đƣợc ứng dụng trong trƣờng hợp RL < Z0.
Trƣờng hợp RL > Z0, trở tải chuẩn hóa ZL = rL + ixL sẽ có phần thực rL > 1. Do vậy, điểm biểu diễn cho ZL trên giản đồ Smith sẽ nằm bên trong vòng tròn r = 1.
Ngƣợc lại, trƣờng hợp RL < Z0, điểm biểu diễn ZL trên giản đồ Smith sẽ nằm bên ngoài vòng tròn r = 1.
2.2.2 Phối hợp trở kháng dùng một dây nhánh/dây chêm
Phối hợp trở kháng bằng dây nhánh là phƣơng pháp đƣợc sử dụng khá phổ biến do đơn giản và dễ điều chỉnh. Có thể mắc dây nhánh vào đƣờng truyền theo sơ đồ song song hoặc nối tiếp với đoạn dây hở mạch hoặc ngắn mạch nhƣ hình minh họa dƣới đây:
Hình 2.5: Phối hợp trở kháng bằng các đoạn dây nhánh.
Thƣờng việc điều chỉnh vị trí mắc dây chêm hay độ dài dây nhánh đƣợc thực hiện theo cách tiếp xúc trƣợt. Đây là nhƣợc điểm vì khó đảm bảo sự liên tục về trở kháng hoặc tiếp xúc kém. Để khắc phục nhƣợc điểm này ngƣời ta dùng phƣơng pháp phối hợp bằng dây chêm đôi đặt cách nhau khoảng cách cố định /8, /4, 3/8 trên đƣờng truyền sóng. Các dây chêm có thể ở tình trạng hở mạch hoặc ngắn mạch đầu cuối [1].
Hình 2.6: Phối hợp trở kháng bằng dây chêm đôi song song.
2.2.3 Phối hợp trở kháng bằng đoạn dây /4.
Đoạn dây /4 là phƣơng pháp đơn giản để phối hợp một trở kháng tải thực với đƣờng truyền. Một đặc điểm của đoạn dây /4 là chúng dễ dàng mở rộng
băng thông, phƣơng pháp này để phối hợp cho cả một dải tần số. Tuy nhiên, nhƣợc điểm của phƣơng pháp này là chỉ sử dụng đƣợc để phối hợp cho trƣờng hợp trở kháng tải là thực. Với một trở kháng phức chúng ta có thể sử dụng một đoạn đƣờng truyền hoặc dùng dây nhánh để đƣa trở kháng này về trở kháng thực, sau đó dùng phƣơng pháp đoạn dây /4 để phối hợp. Ta biết một đoạn dây dẫn dài /4 thoả mãn hệ thức sau [1]:
√ (2.20)
Tại tần số yêu cầu f0, thì chiều dài đoạn phối hợp trở kháng này có giá trị là 0/4, nhƣng đối với tần số khác thì nó sẽ có một giá trị khác, chính vì thế ta sẽ chỉ đƣa ra các biểu diễn mang tính xấp xỉ.
Hình 2.7: Sơ đồ sử dụng đoạn dây /4.
Giá trị trở kháng lối vào nhìn từ phía đoạn một phần tƣ bƣớc sóng đƣợc tính theo công thức sau:
(2.21) Với t = tan(l) = tan(), l = = /2 và thì:
√ (2.22) Biên độ của hệ số phản xạ khi đó đƣợc tính nhƣ sau:
| | | | ( ) = [ [ ( ) ] ] (2.23)
Với 1+t2 = 1 + tan2 = sec2
Giả sử tại tần số gần với tần số thiết kế f0, thì l 0/4 và /2, thì sec2 >> 1 và phƣơng trình (2.23) có thể viết lại dƣới dạng đơn giản nhƣ sau:
| | | |
√ | |, với /2 (2.25)
Phƣơng trình (2.25) đánh giá về hệ số phản xạ tại tần số không phối hợp gần với thành phần tần số yêu cầu.
CHƢƠNG 3: LÝ THUYẾT BỘ KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT VÀ CHIA CỘNG CÔNG SUẤT