CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
3.2. Bộ dao động sử dụng một vòng khóa pha
3.2.3. Kết quả đo thực tế
3.2.3.1. Đo, đánh giá phổ dao động
Các thiết bị sử dụng để đánh giá phổ dao động gồm:
Máy phân tích phổ E4407B;
Các đầu chuyển đổi, cáp cao tần.
Kết quả đo phổ của bộ VCO khi thay đổi điện áp cấp cho Varactor như hình 3.17.
a. Khi điện áp Varactor = 1V b. Khi điện áp Varactor = 2V Hình 3.17: Kết quả đo phổ bộ VCO khi thay đổi điện áp cấp cho Varactor.
3.2.3.2. Đo, đánh giá tạp pha
Các thiết bị sử dụng để đánh giá tạp pha gồm:
Máy phân tích phổ E4407B (có chức năng đo tạp pha 226);
Các đầu chuyển đổi, cáp cao tần.
a. Tạp pha của bộ VCO
Kết quả đo tạp pha của bộ VCO khi có và không có mạch PLL như hình 3.18. Bảng 3.4 thống kê tạp pha bộ VCO khi có và không có mạch PLL tại tần số sóng mang 16,24 GHz.
a. Khi không có mạch PLL.
b. Khi có mạch PLL.
Hình 3.18: Kết quả đo tạp pha bộ VCO khi không có (a) và khi có mạch PLL (b).
b. Tạp pha của máy thu đài ra đa trinh sát mặt đất
Kết quả đo tạp pha của máy thu đài ra đa trinh sát mặt đất dùng bộ VCO khi có và không có mạch PLL như hình 3.19. Bảng 3.5 thống kê tạp pha của máy thu dùng bộ VCO khi có và không có mạch PLL tại tần số 16,27 GHz (trung tần 30 MHz).
a. Với bộ VCO khi không có mạch PLL.
b. Với bộ VCO khi có mạch PLL.
Hình 3.19: Kết quả đo tạp pha máy thu dùng bộ VCO khi không có (a) và khi có mạch PLL (b).
Bảng 3.4: Tạp pha bộ VCO tại tần số dao động 16,24 GHz.
Độ lệch tần số 100 Hz 1 kHz 10 kHz 100 kHz 1 MHz 10 MHz Tạp pha khi
không có mạch PLL (dBc/Hz)
-60,68 -79,28 -95,84 -111,28 -110,31 -120,50 Tạp pha khi có
mạch PLL (dBc/Hz)
-119,63 -112,42 -119,18 -138,33 -140,78 -139,34
Bảng 3.5: Tạp pha máy thu tại tần số 16,27 GHz.
Độ lệch tần số 100 Hz 1 kHz 10 kHz 100 kHz 1 MHz 10 MHz Tạp pha khi
không có mạch PLL (dBc/Hz)
-45,00 -47,00 -51,00 -80,00 -105,00 -122,26 Tạp pha khi có
mạch PLL (dBc/Hz)
-110,00 -115,00 -119,00 -135,00 -138,18 -139,00
3.2.3.3. Đo, đánh giá độ ổn định tần số
Các thiết bị sử dụng để đánh giá độ ổn định tần số của bộ VCO gồm:
Máy đếm tần HP5361;
Máy tính và card giao diện vào/ ra Agilent 82357A;
Phần mềm điều khiển thiết bị đo VEE PRO của Agilent.
Hình 3.20: Sơ đồ hệ thống đo đánh giá độ ổn định tần số của bộ VCO.
Với hệ thống đo này, có thể dễ dàng khảo sát sự biến thiên của tần số dao động theo thời gian. Đầu ra của bộ VCO được nối với đầu vào máy đếm tần. Thông qua card giao diện vào/ ra Agilent 82357A, tần số dao động của bộ VCO được đưa vào máy tính với tần suất lấy mẫu 10 phút/ mẫu (giá trị này có thể thay đổi theo yêu cầu). Các số liệu này được lưu giữ vào máy tính và thông qua phần mềm VEE PRO, ta vẽ được đồ thị quan hệ giữa tần số ra của bộ dao động và thời gian. Các số liệu này cho ta lập được bảng khảo sát tần số của bộ VCO theo thời gian (bảng 3.6).
Máy tính cá nhân Máy đếm tần
HP5361B VCO Nguồn
cung cấp
Bảng 3.6: Khảo sát tần số của bộ VCO theo thời gian.
t (phút) 10 20 30 40 50 60
fVCO(GHz) 16,242150 16,242112 16,242104 16,242180 16,242251 16,242235 fVCO+PLL(GHz) 16,242150 16,242152 16,242145 16,242142 16,242148 16,242175
t (phút) 70 80 90 100 110 120
fVCO(GHz) 16,242180 16,242120 16,242053 16,242164 16,242158 16,242232 fVCO+PLL(GHz) 16,242152 16,242153 16,242150 16,242145 16,242148 16,242167
t (phút) 130 140 150 160 170 180
fVCO(GHz) 16,242191 16,242142 16,242207 16,242250 16,242241 16,242124 fVCO+PLL(GHz) 16,242151 16,242150 16,242147 16,242152 16,242153 16,242149
Căn cứ vào kết quả bảng 3.6 ta biểu diễn đồ thị độ ổn định tần số của bộ VCO khi có sử dụng PLL và khi không sử dụng PLL như hình 3.21.
16242000 16242050 16242100 16242150 16242200 16242250 16242300
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
f(VCO) f(VCO+PLL)
Hình 3.21: Độ ổn định tần số của bộ VCO khi có sử dụng PLL (màu tím) và khi không sử dụng PLL (màu xanh).
Độ sai lệch tần số trong khoảng thời gian khác nhau khi không sử dụng PLL là Δf =(16,242251 - 16,242053) GHz = 198.103 Hz, độ ổn định tần số: (Δf)/f0 = 198.103/16,242.109 = 1,22.10-5.
Độ sai lệch tần số trong khoảng thời gian khác nhau khi sử dụng PLL là Δf = (16,242153 - 16,242142) GHz = 11.103 Hz, độ ổn định tần số: (Δf)/f0 = 11x103/16,242.109 = 0,677.10-6.
[x10 phút]
[kHz]
Căn cứ vào kết quả đo đặc tuyến tần số và công suất ra của bộ dao động VCO theo sự biến đổi điện áp của điốt Varactor, ta có nhận xét sau:
+ Tần số dao động của bộ VCO có thể điều hưởng bằng điện từ 16,0 GHz đến 16,4 GHz trong khoảng biến thiên điện áp của điốt varactor từ 1,0 V đến 2,0 V, khoảng tần số này tương ứng với dải tần làm việc của đài ra đa trinh sát mặt đất;
+ Giá trị công suất của bộ VCO đạt được > 12,2 dBm (16,5 mW) (yêu cầu công suất đến điốt trộn > 2 mW);
+ Độ ổn định tần số của bộ dao động VCO khi không có mạch PLL là 1,22.10-5 và khi có mạch PLL là 0,677.10-6.Độ ổn định tần số của bộ dao động VCO tăng lên 18 lần khi có mạch PLL;
+ Tạp pha của bộ VCO khi sử dụng mạch PLL giảm đáng kể, tại tần số cách tần số sóng mang khoảng 100 Hz tạp pha giảm tới 59 dBc/ Hz, điều này hoàn toàn phù hợp với các cơ sở lý thuyết và các phương pháp nâng cao độ ổn định tần số của các bộ VCO mà luận án đã đưa ra;
+ Tạp pha máy thu đài ra đa trinh sát mặt đất dùng bộ VCO khi có mạch PLL giảm đi rất nhiều. So sánh 2 trường hợp ta nhận thấy, tại tần số cách tần số tín hiệu khoảng 100 Hz tạp pha máy thu giảm tới 65 dBc/ Hz.
Kết luận: Qua các phép đo tần số, công suất, độ ổn định tần số và tạp pha, ta nhận thấy bộ VCO chế tạo đạt yêu cầu và cũng rất phù hợp với công thức mà lý thuyết trong luận án đã đưa ra.
Các kết quả nghiên cứu thực nghiệm đánh giá bộ VCO đài ra đa trinh sát mặt đất đã được NCS công bố trong bài báo “Nghiên cứu, khảo sát tạp pha và độ ổn định của bộ dao động VCO băng tần Ku“ đăng trong Kỷ yếu Hội thảo Điện tử - Truyền thông – An toàn thông tin ATC/REV 2012 -10/2012.