CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY THU RA ĐA
1.2. Các yêu cầu kỹ thuật chính đối với máy thu ra đa
1.2.3. Hệ số khuếch đại, dải động và độ tuyến tính
Một trong những thông số quan trọng nhất trong máy thu là hệ số khuếch đại và dải thay đổi hệ số khuếch đại. Trong kênh thu của máy thu hiện đại đều bắt đầu với anten và kết thúc là bộ biến đổi tương tự- số ADC. Do đó, trong thiết kế máy thu không chỉ tìm hiểu về giới hạn công suất và tạp tại đầu vào máy thu, mà còn phải quan tâm đến yêu cầu và giới hạn của bộ biến đổi ADC. Dải động của ADC là tiêu chuẩn quan trọng để xác định phạm vi điện áp có thể được số hóa với chất lượng chấp nhận được. Dải động được xác định bằng số bit và dao động điện áp đầu vào lớn nhất của bộ ADC. Số lượng bit xác định điện áp thấp nhất mà có thể phát hiện được bởi bộ ADC và thiết lập độ khuếch đại lớn nhất theo yêu cầu của máy thu để làm tăng tín hiệu RF đầu vào từ anten tới mức điện áp thấp nhất này tại đầu vào ADC. Điện áp dao động đầu vào lớn nhất kéo theo ADC thiết lập mức khuếch đại nhỏ nhất theo yêu cầu của máy thu. Mối quan hệ này được mô tả bởi 2 công thức dưới đây: Gmin = Pin ADC, min - RS (1.13)
Gmax = Pin ADC, max - RS - DR (1.14) Trong đó: Gmin, Gmax: độ khuếch đại máy thu nhỏ nhất và lớn nhất, [dB];
RS: độ nhạy máy thu, [dBm]; DR: dải động của máy thu, [dB];
Pin ADC, max : tín hiệu đầu vào lớn nhất đến bộ ADC, [dBm];
Pin ADC, min : tín hiệu đầu vào nhỏ nhất đến bộ ADC, [dBm].
Xác định khoảng biến đổi độ khuếch đại của máy thu là cần thiết để phân phối cho các khối khác nhau trong kênh thu. Khoảng biến đổi độ khuếch đại được gán cho một chuyển mạch khuếch đại LNA hay bộ khuếch đại RF và một hay hai bộ khuếch đại có độ khuếch đại biến đổi ở tần số thấp trong dải IF.
1.2.3.2. Dải động
Dải động máy thu là khả năng thu tín hiệu từ mức thấp đến mức cao mà không gây méo tín hiệu. Máy thu phải khuếch đại tín hiệu nhận được mà không gây méo. Nếu một tín hiệu nhiễu mạnh lọt vào máy thu trong trạng thái bào hòa thì phổ tín hiệu bị thay đổi. Thay đổi trong phổ tín hiệu này làm giảm khả năng xử lý tín
hiệu để thực hiện xử lý Doppler và làm giảm các yếu tố cải thiện chỉ thị mục tiêu di động. Hơn nữa, nếu máy thu đi vào trạng thái bão hòa, sẽ có trễ trước khi phát hiện mục tiêu được khôi phục. Về nguyên tắc, dải động máy thu phải lớn hơn dải cường độ tín hiệu từ mức tạp đến tín hiệu nhiễu lớn nhất.
1.2.3.3. Độ tuyến tính [47]
Độ tuyến tính là tiêu chuẩn xác định giới hạn trên cho mức công suất cao tần RF đầu vào có thể phát hiện được và thiết lập dải động cho máy thu. Để đạt được độ tuyến tính, cần chú ý 2 thông số: thành phần điều biến tương hỗ bậc ba (IM3) và thành phần điều biến tương hỗ bậc hai (IM2). Công thức (1.15) và (1.16) mô tả nguồn phát của IM2 và IM3 và các điểm chắn đầu vào cho cả hai loại có tính phi tuyến này.
IM2 = A2RFin2
(1.15) IM3 = A3RFin3
(1.16) Trong đó: A2: số đo của thiết bị phi tuyến bậc hai;
A3: số đo của thiết bị phi tuyến bâc ba.
Mối quan hệ được mô tả ở trên tạo ra độ dốc 2:1 đối với hài bậc hai IM2 và độ dốc 3:1 đối với hài bậc ba IM3, như trong hình 1.7. Mối quan hệ này được sử dụng trong công thức (1.17) và (1.18) để xác định các điểm chắn đầu vào cho thành phần bậc hai (IIP2) và thành phần bậc ba (IIP3).
Hình 1.7: Quét công suất chỉ ra các điểm bậc hai IIP2 và bậc ba IIP3.
IIP2 = RFin + ΔIM3/2 (1.17) IIP3= RFin + ΔIM2 (1.18) Hình 1.7 mô tả quét công suất tín hiệu 2 sóng mang với tín hiệu cơ bản và các thành phần hài điều biến tương hỗ theo hàm của công suất đầu vào RF. Các điểm chắn được ngoại suy từ những dữ liệu đã được vẽ. Đồ thị này tạo ra từ mô phỏng và từ những phép đo để xác định số đo tuyến tính của máy thu. Với công việc xác định ra chỉ tiêu kĩ thuật riêng cho từng khối máy thu, các chỉ số này sau đó được sử dụng trong chuỗi mô tả ở công thức (1.19) để xác định ra ảnh hưởng của từng linh kiện lên độ tuyến tính của toàn bộ máy thu.
1/IP3tổng cộng = 1/IP31 + G12/IP32 + … (1.19) Từ (1.19), độ tuyến tính phụ thuộc chủ yếu vào độ tuyến tính của thành phần giới hạn. Ví dụ, trong máy thu thì thành phần giới hạn ở đây là bộ trộn. Điều này có nghĩa là, bằng cách cải tiến độ tuyến tính của các thành phần khác như LNA, độ tuyến tính tổng thể cũng không được cải thiện nhiều. Chuyển mạch hệ số khuếch đại thường được sử dụng trong máy thu để dễ dàng khống chế độ tuyến tính và cải thiện tính năng điều biến tương hỗ.
Các mối quan hệ và sự cân bằng giữa các tham số của máy thu được thể hiện trong hình 1.8.
Hình 1.8: Mối quan hệ giữa các tham số của máy thu.
Đồ thị mức tín hiệu được hiển thị trong hình 1.8 cho thấy mức tín hiệu tối thiểu cần nhận được, gọi là độ nhạy thu (RSmin), phụ thuộc vào nền tạp nhiệt (-174 dBm/Hz), hệ số tạp (F), tỉ số tín /tạp yêu cầu tối thiểu (SNRmin) và dải thông hệ thống (B). Như vậy, máy thu có độ nhạy càng cao càng tốt vì nó phản ánh khả năng của hệ thống để phát hiện các tín hiệu yếu.
Dải động máy thu theo định nghĩa được xác định như sau:
DR = 2(IIP3 + RSmin) /3 (1.20) Từ (1.20) có thể thấy dải động phụ thuộc vào IIP3 và RSmin.
Trong đó, IIP3 là điểm mà sóng mang mong muốn và các hài điều biến tương hỗ có mức công suất bằng nhau. Vì thế để tăng tối đa dải động đòi hỏi độ nhạy RSmin và IIP3 phải cao.