CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
3.1. Bộ hạn chế công suất bảo vệ máy thu đài ra đa
3.1.3. Kết quả đo thực tế
3.1.3.1. Đo trong Phòng thí nghiệm
Các thiết bị sử dụng để đo gồm: Máy phân tích mạng vectơ E8362B và các đầu chuyển đổi, cáp cao tần. Kết quả đo tổn hao đi qua như hình 3.7.
Hình 3.7: Kết quả đo tổn hao đi qua.
Kết quả đo tổn hao đi qua của bộ hạn chế công suất cho ta thấy:
+ Đặc tuyến của bộ hạn chế có hình dạng bộ lọc dải thông, chính là đặc tuyến của mạch hạn chế thụ động dựa trên bộ lọc dải thông dạng cài răng lược. Mức cắt ngoài dải làm việc của bộ hạn chế đạt - 20 dB tại 2 tần số biên 2,2 GHz và 3,5 GHz.
+ Tổn hao đi qua trong dải tần làm việc của bộ hạn chế từ (1,5 ÷ 2,2) dB. Mức tổn hao này có thể bù bằng cách dùng kết hợp với bộ khuếch đại tạp thấp có hệ số khuếch đại cao ( > 25 dB), do đó không làm giảm độ nhạy của máy thu đài ra đa.
Phương pháp đo đánh giá mức hạn chế của từng tầng: Khi muốn kiểm tra mức hạn chế của tầng nào thì ta tháo điốt PIN ra và thay thế bằng điện trở (1 ÷ 2) Ω (tùy thuộc vào điện trở điốt PIN khi được cấp thiên áp - xem bảng 3.1), sau đó đo kiểm tra đặc tuyến truyền qua của bộ hạn chế. Hình 3.8 thể hiện kết quả mô phỏng và đo thực tế bộ hạn chế cộng/chia công suất (tầng 1). Hình 3.9 thể hiện kết quả mô phỏng và đo thực tế bộ lọc dải thông (tầng 2). Hình 3.10 thể hiện kết quả mô phỏng và đo thực tế bộ hạn chế tích cực (tầng 4).
2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2 3.4 3.6 3.8
2.0 4.0
-60 -40 -20
-80 0
freq, GHz
dB(S(2,1))
m1 m2
m1 freq=
dB(S(2,1))=-20.812 2.700GHz
m2 freq=
dB(S(2,1))=-20.737 3.100GHz
a. Kết quả mô phỏng b. Kết quả đo
Hình 3.8: Kết quả mô phỏng và đo thực tế mạch hạn chế cộng/chia công suất.
3 4 5 6
2 7
-80 -60 -40 -20
-100 0
freq, GHz
dB(S(2,1))
m1 m2
m3m4 m1
freq=
dB(S(2,1))=-29.290 2.700GHz m2
freq=
dB(S(2,1))=-31.3933.100GHz m3 freq=
dB(S(2,1))=-14.199 5.860GHz
m4 freq=
dB(S(2,1))=-14.022 6.140GHz
a. Kết quả mô phỏng b. Kết quả đo
Hình 3.9: Kết quả mô phỏng và đo thực tế bộ lọc dải thông.
2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2 3.4 3.6 3.8
2.0 4.0
-80 -60 -40
-100 -20
freq, GHz
dB(S(2,1))
m1 m2
m1 freq=
dB(S(2,1))=-25.643 2.700GHz
m2 freq=
dB(S(2,1))=-25.145 3.100GHz
a. Kết quả mô phỏng b. Kết quả đo
Hình 3.10: Kết quả mô phỏng và đo thực tế mạch hạn chế tích cực.
Như vậy, trong dải tần khảo sát kết quả mô phỏng và kết quả đo hoàn toàn đồng nhất.
Thời gian khôi phục độ nhạy máy thu của bộ hạn chế công suất:
- Tín hiệu SCT được trích một phần qua bộ ghép định hướng 20 dB, qua bộ tách sóng để tạo xung điều khiển cho điốt điều khiển tích cực. Nhờ vậy thời gian khôi phục độ nhạy máy thu giảm chỉ còn < 10 ns (chính là thời gian phục hồi của điốt PIN điều khiển tích cực HP5082-3041 [77]) so với sườn sau của xung kích phát (hình 3.11);
- Với các giải pháp trước đây khi sử dụng mạch tạo xung điều khiển bằng xung kích phát của đài, thời gian khôi phục độ nhạy máy thu là (3 ÷ 7) μs so với sườn sau của xung kích phát (hình 3.12).
Hình 3.11: So sánh xung đầu vào bộ hạn chế (màu xanh) và xung điều khiển điốt HP5082-3041 được tạo ra từ mạch tách sóng (màu tím).
Hình 3.12: So sánh xung đầu vào bộ hạn chế (màu xanh) và xung điều khiển điốt HP5082-3041 được tạo ra từ xung kích phát của đài (màu tím).
3 μs 7 μs
Như vậy, thời gian khôi phục độ nhạy máy thu khi sử dụng bộ hạn chế công suất này nhanh hơn nhiều so với phương án dùng xung kích phát của đài ra đa.
Về ảnh hưởng tính phi tuyến của điốt PIN đến các tham số của máy thu ra đa: Takavar Ghahri Saremi đã khảo sát tính phi tuyến của chuyển mạch hạn chế điốt PIN và đưa ra kết quả [66]:
- Các hài bậc 2 bị suy giảm đi (-55 ÷ -79) dB so với tần số sóng mang;
- Các hài bậc 3 bị suy giảm đi (-67 ÷ -100) dB so với tần số sóng mang.
Như vậy, các hài bậc 2 và bậc 3 bị suy giảm đi rất nhiều và tính phi tuyến của điốt PIN không ảnh hưởng gì đến các tham số của máy thu ra đa. Mặt khác, vì giới hạn của luận án nên NCS không đi sâu khảo sát về ảnh hưởng tính phi tuyến của điốt PIN.
3.1.3.2. Đo khi làm việc trên đài ra đa
Các thiết bị sử dụng để đo gồm: Máy phân tích phổ E4407B và các đầu chuyển đổi, cáp cao tần. Sơ đồ đo thực tế trên đài ra đa như hình 3.13.
Hình 3.13: Sơ đồ đo thực tế trên đài ra đa.
• Bước 1: Đo công suất lọt ngay sau đèn cặp nhả điện. Kết quả đo được: 84 dBm.
Tính toán mức hạn chế của bộ hạn chế theo kết quả mô phỏng bằng phần mềm ADS:
- Mức hạn chế tầng 1: 20,7 dB ⇒ Công suất lọt còn lại sau tầng 1 là: 84 - 20,7 = 63,3 dBm;
- Mức hạn chế tầng 2: 30,3 dB ⇒ Công suất lọt còn lại sau tầng 2 là: 63,3 - 30,3 = 33 dBm;
- Với mức công suất đầu vào tầng 3 là 33 dBm thì mức công suất lọt còn lại của điốt PIN MLP7100 tầng 3 là 18 dBm (xem đặc tuyến hình 3.4) ⇒ Mức hạn chế của tầng 3 là: 33 - 18 = 15 dB;
- Mức hạn chế tầng 4 (điều khiển tích cực): 25,3 dB ⇒ Công suất lọt còn lại sau tầng 4 (đầu ra của bộ hạn chế công suất) là: 18 - 25,3 = -7,3 dBm.
• Bước 2: Đo công suất lọt còn lại sau khi đi qua bộ hạn chế công suất. Kết quả đo được: -8,5 dBm.
Máy phõn tớch phổ E4407B Bộ suy giảm
đồng trục Sau đèn cặp
nhả điện
Bộ hạn chế công suất
Từ các kết quả tính toán, mô phỏng và đo đạc, ta có thể lập được bảng mức hạn chế của từng tầng (bảng 3.2) và đồ thị so sánh giữa 3 phương pháp (hình 3.14).
Bảng 3.2: Mức hạn chế (dB) theo 3 phương pháp.
TT Tại tầng
Mức hạn chế tính toán theo (2.6) (I)
Mức hạn chế theo mô phỏng (II)
Mức hạn chế theo kết quả đo (III)
Mức hạn chế trung bình (IV)
01 1 22,6 20,7 23 22,1
02 2 28,3 30,3 30,1 29,56667
03 3 15 15 15 15
04 4 25 25,3 25,1 25,13333
Σ = 90,9 91,3 93,2 91,8
Mức hạn chế của các tầng điốt
14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32
1 2 Tầng 3 4
Mức hạn chế (dB)
(I) (II) (III) (IV)
Hình 3.14: Đồ thị so sánh giữa 3 phương pháp.
Đo đánh giá độ nhạy:
- Chỉ tiêu kỹ thuật độ nhạy của máy thu đài ra đa cảnh giới dẫn đường sóng centimét: ≤ -85 dB/10 μW (hoặc 105 dBm/1 mW);
- Độ nhạy của máy thu khi lắp đèn sóng chạy UV-99: -105 dBm/1 mW;
- Độ nhạy của máy thu khi lắp bộ hạn chế công suất kết hợp với bộ khuếch đại tạp thấp: -113 dBm/1 mW.
Kết luận: Kết quả đo công suất lọt còn lại sau khi đi qua bộ hạn chế công suất tương đương với kết quả tính toán mô phỏng bằng ADS. Như vậy, với mức công suất lọt này thì bộ khuếch đại tạp thấp làm việc bình thường (mức chịu đựng của bộ khuếch đại tạp thấp Pin = +5 dBm). Độ nhạy máy thu đài ra đa cảnh giới dẫn đường sóng centimét đã tăng lên 8 dB.
Các kết quả nghiên cứu thực nghiệm đánh giá bộ hạn chế công suất dùng trong tuyến thu đài ra đa cảnh giới dẫn đường sóng centimét đã được NCS công bố trong bài báo "Cải tiến và bán dẫn hoá tuyến thu cao tần đài ra đa Π-37" đăng trong Tạp chí
"Nghiên cứu KHKT & CNQS"- 03/2008.