122 Các bộ ghép nhiều đoạn ¼ λ có thể dùng để tổng hợp các bộ phối hợp trở kháng hoạt động ở nhiều dải tần mong muốn. - Bộ ghép ¼ λ chỉ dùng cho tỉa thuần trở.
Một tải phức có thể được chuyển thành tải thuần trở bởi việc sử dụng một đoạn đường truyền có chiều dài thích hợp giữa tải và bộ phối hợp, hoặc dùng đoạn dây chêm nối tiếp hoặc song song phù hợp. Kỹ thuật này thường dẫn tới thay đổi sự phụ thuộc tần số của tải tương đương và gây ra giảm độ rộng băng của sự phối hợp trở kháng.
Trong tiết này chúng ta sẽ khảo sát độ rộng băng thông như là một hàm của sự mất phối hợp trở kháng làm tiền đề cho các bộ ghép nhiều khâu ở phần sau.
𝑍𝑙 = √𝑍0𝑍𝑙
Khi tần số f ≠ f0, thì độ dài điện βl ≠ λ0/4, khi đó trở kháng vào của đoạn ghép là: 𝑍𝑖𝑛 = 𝑍𝑙𝑍𝐿 + 𝑗𝑍𝑙𝑡 𝑍𝑙 + 𝑗𝑍𝐿𝑡 Hệ số phản xạ: |𝛤| = |𝑍𝑙 − 𝑍0| 2√𝑍0𝑍𝑙 |𝑐𝑜𝑠Φ|
Gọi Γm là giá trị biên độ cực đại có thể chấp nhận được thì độ rộng băng của bộ ghép được định nghĩa là: ∆𝜃 = 2 (𝜋 2− 𝜃𝑚) 𝑐𝑜𝑠𝜃𝑛 = Γ𝑚 √1 − Γ𝑚2 × 2√𝑍0𝑍𝑙 |𝑍𝑙 − 𝑍0| Độ rộng băng tỷ đối ∇𝑓
𝑓0thường được biểu diễn theo %:100∇𝑓 𝑓0 (%) Độ rộng băng của bộ ghép tăng nếu ZL → Z0
123 Nối sóng non – TEM (ống dẫn sóng) hệ số truyền khơng cịn là hàm tuyến tính của tần số do đó trở kháng sóng sẽ phụ thuộc tần số. Điều này làm phức tạp hơn các đặc trưng của bộ ghép ¼ λ. Tuy nhiên trong thực tế độ rộng băng của bộ ghép thường đủ nhỏ sao cho không ảnh hưởng đến kết quả.
Ảnh hưởng của các điện kháng xuất hiện do sự không liên tục (sự thay đổi kích thước đường truyền) có thể được khắc phục bởi sự điều chỉnh độ dài của đoạn ghép.
6.4. Các mạch lọc cơ bản trong máy phát 6.4.1. Mạch lọc Γ đơn 6.4.1. Mạch lọc Γ đơn
Các bộ lọc chỉ có một phần tử L hoặc C có độ dốc suy giảm ở trên f cắt rất chậm. Nghĩa là các tín hiệu có tần số f > fc cũng sẽ qua bộ lọc nhưng chỉ với một độ suy giảm nhỏ. Để tăng độ chọn lọc và để phối hợp trở kháng, người ta sử dụng các mạch lọc hai phần tử L, C như Γ, T, Π trong các máy phát, thu.
Ở trên là một mạch cắt, hệ số truyền đạt thay đổi một cách đáng kể (12dB). Độ dốc là 12 dB/octave là giá trị tiêu biểu đối với bộ lọc hai phần tử L/C bất kỳ. Ở tần số lớn hơn tần số cắt, ta có:
𝑋𝐿 = 𝜔𝐿 ≥ 𝑅𝑖 𝑣à 𝑋𝐶 = 1
124 Khi đó ta có: 𝐻(𝑆) = 𝑉𝐿(𝑆) 𝑉𝑖(𝑆) = 𝑋𝐶 𝑋𝐿 + 𝑋𝐶
Tại tần số cộng hưởng nối tiếp của L, C ta có:
𝑄𝑖 = 𝑋𝐿
𝑅𝑖 (𝑐á𝑐 𝑡ℎà𝑛ℎ 𝑝ℎầ𝑛 𝑛ố𝑖 𝑡𝑖ế𝑝)
𝑣à 𝑄0 = 𝑅𝐿
𝑋𝐶 (𝑐á𝑐 𝑡ℎà𝑛ℎ 𝑝ℎầ𝑛 𝑠𝑜𝑛𝑔 𝑠𝑜𝑛𝑔)
Khi đó hệ số phẩm chất chung của tồn mạch (dạng của đường cong) phụ thuộc vào tổ hợp của cả hai giá trị:
𝑄𝑡đ = 𝑄𝑖 × 𝑄0
𝑄𝑖 + 𝑄0 (𝑐á𝑐 𝑡ℎà𝑛ℎ 𝑝ℎầ𝑛 𝑛ố𝑖 𝑡𝑖ế𝑝)
Để sự truyền đạt công suất lớn nhất và đáp tuyến tần số bằng phẳng nhất, ta thiết kế mạch sao cho Qi = Q0 nghĩa là Qtđ = 0,5Qi.
6.4.2. Mạch lọc Π đơn
Nếu hai tự C1, C2 có chung giá trị (C) và điện trở nguồn bằng điện trở tải (Ri = RL) thì mạch lọc Π có đáp ứng tần số như trên. Đối với mạch lọc ba phần tử đối xứng, ta có:
𝑄𝑖 = 𝑄0 = 𝑅𝐿
𝑋𝐶 𝑣ớ𝑖 𝜔0 = 1 √𝐿.𝐶2
125 1. Phối hợp giữa điện trở nguồn và mạch lọc:
𝑋𝐶12 = 𝑋𝐿𝑅𝑖 𝑄𝑡đ (1)
2. Phối hợp mạch lọc với tải:
𝑋𝐶22 = 𝑋𝐶12 .𝑅𝐿 𝑅𝑖 (2)
3. Điều kiện cộng hưởng ∑ 𝑋 = 0 𝑛𝑔ℎĩ𝑎 𝑙à: 𝑋𝐿 = −(𝑋𝐶1+ 𝑋𝐶2) (3)
Từ (1) (2) (3), ta có: 𝑋𝐶1 =𝑅𝑖 + 𝑅 𝑄𝑡đ ; 𝑋𝐶2 = − 𝑅𝐿 + 𝑅 𝑄𝑡đ 𝑋𝐿 = −(𝑋𝐶1+ 𝑋𝐶2) = √𝑅𝑖 + √𝑅 𝑄𝑡đ Với 𝑅 = √𝑅𝑖 × 𝑅𝐿 Qtđ = Qi + Q0 6.4.3. Mạch lọc Π đôi Xét mạch lọc sau:
Nếu C1 # C2 # C3; L1 # L2; Ri # RL thì mạch lọc Π đôi phải thỏa mãn đồng thời năm yêu cầu sau:
- Điều kiện phối hợp mạch lọc với điện trở nguồn và mạch lọc với tải:
𝑋𝐿1 = 𝑋𝐶1
2 × 𝑄𝑡đ
𝑅𝑖 ; 𝑋𝐿2 =
𝑋𝐶22 × 𝑄𝑡đ 𝑅𝐿
126 - Điều kiện liên hệ:
𝑋𝐶2 = −√𝑋𝐿1 × 𝑋𝐿2 𝑄𝑡đ = −
𝑋𝐶1× 𝑋𝐶2 √𝑅𝑖 × 𝑅𝐿
- Điều kiện cộng hưởng:
XL1 = - (XC1 + XC2)
XL2 = - (XC2 + XC3)
Từ năm phương trình trên ta có:
𝑋𝐶1 = −𝑅𝑖 × 𝑄𝑡đ + 𝑅 𝑄𝑡đ2 − 1 𝑋𝐶2 = −𝑋𝐶𝐼 × 𝑋𝐶3 𝑅 𝑋𝐶3 = 𝑅𝐿 × 𝑄𝑡đ+ 𝑅 𝑄𝑡đ2 − 1 𝑣ớ𝑖 𝑅 = √𝑅𝑖 × 𝑅𝐿 XL1 = - (XC1 + XC2) XL2 = - (XC2 + XC3) 𝑉ớ𝑖 𝑄𝑖 = 𝑅𝑖 𝑋𝑐𝑖; 𝑄0 = 𝑅𝐿 𝑋𝐶3; 𝑄𝑡đ = 𝑄𝑖+𝑄0 2 Và Qtđ = Qi = Q0 (khi mạch đối xứng)
Trước khi tiến hành tính tốn mạch, ta phải kiểm tra xem điện trở tai (Ranten hay Rphi đơ) có lớn hơn giá trị tối thiểu cho phép hay không:
Đối với mạch Π đơn:
𝑅𝐿𝑚𝑖𝑛 ≥ 𝑅𝑖 𝑄𝑡đ2
127
𝑅𝐿𝑚𝑖𝑛 > 𝑅𝑖 (𝑄𝑡đ2 − 1)2
Với Qtđ được xác định bằng cơng thức:
𝑄𝑡đ =√𝑋𝐿1 × 𝑋𝐿2 𝑋𝐶2 = 𝑅𝑖 × 𝑋𝐿1 𝑋𝐶12 = 𝑅𝐿 × 𝑋𝐿2 𝑋𝐶32
Ngồi ra, theo tài liệu nước ngồi thì người viết có đưa ra định nghĩa hệ số lọc hài: 𝜙𝛴 = 𝐼𝑐𝑛 𝐼𝑐1/𝐼𝐿𝑛 𝐼𝐿1 = 𝐼𝑐𝑛 𝐼𝑐1/ 𝐼𝐿1 𝐼𝐿𝑛 = 𝑛 ×𝛼𝑛 𝛼1 √𝑃 ∑ 1 𝑃 ∑ 𝑛 Trong đó:
𝐼𝑐1, 𝐼𝑐𝑛 là thành phần hài bậc 1 và bậc n của dòng collector
𝐼𝐿1, 𝐼𝐿𝑛 là thành phần hài bậc 1 và bậc n của dòng điện trên tải
𝛼1, 𝛼𝑛 là hệ số phân giải xung dòng collector bậc 1 và bậc n
𝑃 ∑ 1 Tổng công suất của các thành phần hài bậc 1
𝑃 ∑ 𝑛 : Tổng công suất của các thành phần hài bậc n
𝛼1, 𝛼𝑛 Lọc Π đơn Lọc Π đôi Hệ số lọc hài 𝜙1 = 𝑛3𝑄𝑡đ 𝜙2 = 𝑛5𝑄𝑡đ2 Dải thông 2Δ𝑓 = 𝑓0 𝑄𝑡đ 2Δ𝑓 = 1,41 𝑡0 𝑄𝑡đ
128 Hiệu suất 𝜂1 = 1 −𝑄𝑡đ 𝑄0 ≈ 1 − 𝑄1 𝑛3𝑄0 𝜂2 = 1 −𝑄𝑡đ 2𝑄0 ≈ 1 − √𝑄2 𝑄02√𝑛5
6.5. Khuếch đại công suất cao tần và nhân tần số
Các phần tử thơng tin, tín hiệu âm thanh lan truyền trong khơng gian, đến một lúc nào đó sẽ bị yếu dần, khơng thể đi xa nên ta phải cần đến bộ khuếch đại cơng suất. Các tín hiệu âm thanh ở đây là sóng cơ học, ta phải tìm cách biến đổi nó thành dạng tín hiệu điện để khuếch đại nó lên và đưa nó ra ngồi antenna rồi phát, khi đó những tín hiệu này có thể truyền với tốc độ ánh sáng.
6.5.1. Khuếch đại công suất cao tần
Mạch KĐCSCT nằm ở ngõ ra máy phát thỏa các yêu cầu sau: hiệu suất cao, ít sái dạng, chọn lọc tần số, tận dụng tới những khả năng cung cấp công suất của phần tử tích cực (dịng và áp). Cơng suất ra có thể từ mW tới MW tùy theo mục đích sử dụng.