Ðây là phương pháp dùng tín hiệu hạ tần điều chế sóng mang là tín hiệu xung (có tần số cao hơn), còn gọi là phương pháp lấy mẫu tín hiệu hạ tần. Mặc dù các tín hiệu tương tự được lấy mẫu bởi các giá trị rời rạc, nhưng các mẫu này có thể có bất cứ giá trị nào trong khoảng biến đổi của tín hiệu hạ tần nên hệ thống truyền tín hiệu này là hệ thống truyền tương tự chứ không phải hệ thống truyền số.
Tùy theo thông số nào của xung thay đổi theo tín hiệu hạ tần, ta có : Ðiều chế biên độ xung PAM (Pulse Amplitude Modulation), điều chế vị trí xung PPM (Pulse Position Modulation), điều chế độ rộng xung PWM (Pulse Width Modulation).
4.4.1. Ðiều chế biên độ xung ( PAM) :
Khi một chuỗi xung hẹp với tần số lặp lại cao p(t) được điều chế biên độ bởi tín hiệu sin tần số thấp m(t), ta có sự điều chế biên độ xung. Tín hiệu sau khi điều chế là tích của hai tín hiệu m(t)*p(t) có dạng sóng là các xung với biên độ thay đổi theo dạng sóng hạ tần m(t) như hình 4-4 sau:
Hình 4-4
a. Mẫu PAM tự nhiên (Natural PAM sampling) :
Khi biên độ xung đã điều chế có đỉnh theo dạng của tín hiệu m(t), ta có mẫu PAM tự nhiên.
Theo một kết quả phân tích cho thấy tín hiệu p(t) có thể phân tích thành các thành phần:
Vo + Vn.cos(nωst)
với V0 = V / Ts là thành phần DC và ωs = 2 / Ts là tần số của p(t). Như vậy m(t) * p(t) bao gồm:
Tóm lại, tích m(t)*p(t) có chứa dạng sóng của tín hiệu điều chế (tín hiệu cần
truyền) trong thành phần tần số thấp m(t)*V0 và có thể phục hồi bằng cách cho
sóng mang đã điều chế qua một mạch lọc hạ thông.
Thành phần họa tần có dạng Vnm(t)cos(nst) tương tự như tín hiệu điều chế 2
băng cạnh triệt sóng mang DSBSC (Double Sideband Suppressed Carrier).
Phổ tần của tín hiệu PAM với hạ tần là m(t) = sinmt có dạng như (Hình 4-5)
Hình 4-5
Trong (Hình 4-5), M(f) là phổ tần của tín hiệu dải nền và fm là tần số cao nhất
của tín hiệu này. Từ (Hình 4-5) ta cũng thấy tại sao tần số xung lấy mẫu fs phải ít
nhất hai lần lớn hơn fm. Nếu M(f) được phục hồi từ mạch lọc hạ thông, độ phân
cách từ M(f) tới dải tần kế cận phải lớn hơn 0, nghĩa là W > 0 W = fs - fm - fm > 0 hay fs > 2 fm
b. Mẫu PAM đỉnh phẳng (Flat-top PAM) :
Ðây là mẫu PAM được dùng rộng rãi do dễ tạo ra sóng điều chế. Dạng sóng cho ở (Hình 4-6), các xung sau khi điều chế có đỉnh phẳng chứ không theo dạng của hạ tần.
Hình 4-6
Mặc dù khi phục hồi tín hiệu từ mạch lọc hạ thông sẽ có biến dạng do đoạn đỉnh phẳng nhưng vì bề rộng xung thường rất nhỏ so với chu kỳ Ts nên biến dạng không đáng kể. Nếu sự biến dạng là đáng kể thì cũng có thể loại bỏ bằng cách cho tín hiệu đi qua một mạch bù trừ.
Tín hiệu PAM ít được dùng để phát trực tiếp do lượng thông tin cần truyền chứa trong biên độ của xung nên dễ bị ảnh hưởng của nhiễu. PAM
thường được dùng như là một bước trung gian trong một phương pháp điều chế
khác, gọi là điều mã xung (pulse code modulation, PCM) và được dùng trong
đa hợp thời gian để truyền (TDM).
4.4.2. Ðiều chế thời gian xung (Pulse -time Modulation, PTM)
Ðiều chế thời gian xung bao gồm bốn phương pháp (Hình 4-7). Ba phương pháp đầu tập trung trong một nhóm gọi là điều chế độ rộng xung PWM (Pulse-width modulation) (Hình 4-7d, e, f), phương pháp thứ tư là điều chế vị trí xung PPM (Pulse-position modulation) (Hình 4-7 g).
Ba phương pháp điều chế độ rộng xung khác nhau ở điểm cạnh lên, cạnh xuống hay điểm giữa xung được giữ cố định trong khi độ rộng xung thay đổi theo tín hiệu điều chế.
Phương pháp thứ tư, PPM là thay đổi vị trí xung theo tín hiệu điều chế trong khi bề rộng xung không đổi. Hình 4-7 minh họa cho các cách điều chế này.
Lưu ý là kỹ thuật PTM tưong tự với điều chế FM và M , tín hiệu có
biên độ không đổi nên ít bị ảnh hưởng bởi nhiễu.
Phổ tần của tín hiệu đã điều chế bằng phương pháp PWM, PPM giống như phổ tần của tín hiệu điều chế FM (Hình 4-7h), nghĩa là có nhiều họa tần nên khi sử dụng PWM và PPM người ta phải gia tăng tần số xung lấy mẫu hoặc giảm độ di tần (để giới hạn băng thông của tín hiệu và tăng số kênh truyền).
CHƢƠNG 5: NGHIÊN CỨU - THIẾT KẾ - CHẾ TẠO HỆ SÓNG MANG CAO TẦN ĐIỀU CHẾ XUNG
5.1. Nguyên lý thiết kế mạch tạo dao động cao tần VCO.
5.1.1. Sơ đồ nguyên lý.
Hình 5-1: Sơ đồ nguyên lý mạch VCO
VCO (Voltage Controlled Oscillator) là bộ tạo dao động điều khiển bằng điện áp, tần số lối ra của nó được thay đổi theo điện áp điều khiển ở lối vào. Sơ đồ nguyên lý đơn giản được mô tả như hình 5-1
- Điện áp nguồn cung cấp Vcc : 12V
- Điện áp điều khiển Vt : (0 – 15)V
Đây là mạch ba điểm điện dung do: Trở kháng giữa B và E, C và E là dung kháng, còn trở kháng giữa B và C là cảm kháng.
5.1.2. Nguyên lý hoạt động của VCO
Máy phát xung tần số được điều khiển bằng điện áp VCO là mạch ghép nối tiếp của mạch tạo dao động ba điểm điện dung và một mạch dao động LC. Trong đó sử dụng một Điốt Varicap đặc biệt, nó có vai trò như một tụ điện biến đổi, điện dung của nó có thể thay đổi được khi thay đổi điện áp phân cực ngược đặt vào nó, do đó thay đổi được tần số phát của VCO.
VCO có một hạn chế là tần số phát của nó không thường xuyên ổn định, chỉ cần một sự thay đổi rất nhỏ của điện áp điều khiển cũng làm thay đổi tần số phát ra của VCO.
Vì vậy thường kết hợp VCO với bộ tạo dao động chuẩn bằng thạch anh trong 1 mạch vòng bám pha PLL. 5.1.3. Kết quả thực nghiệm. * Hình ảnh chụp mạch VCO thực tế: Hình 5-2: Hình ảnh chụp mạch VCO thực tế * Sơ đồ khối ghép nối VCO với nguồn và thiết bị đo:
Hình 5-3: Sơ đồ khói ghép nối VCO với nguồn và thiết bị đo
VCO Nguồn điều khiển VT Phân tích phổ Dao động ký Nguồn nuôi 12V
VCO được nuôi bằng nguồn +12V. Nguồn điện áp điều khiển VT có thể thay đổi
được trong khoảng 0 – 15V. Khi thay đổi giá trị điện áp điều khiển VT ta sẽ thu
được tần số phát của VCO trên các máy đo cũng thay đổi tương ứng.
* Kết quả thực nghiệm thu được:
- Thực hiện cấp nguồn +12V cho VCO. Nguồn VT có thể thay đổi được.
- Đầu ra của VCO được nối với máy phân tích phổ thông qua cáp đồng trục.
- Tăng dần điện áp VT từ 0 đến 15V theo từng nấc 0.5V, trên màn hình máy phân tích phổ sẽ hiển thị dạng phổ tần số phát của VCO. Kết quả đo tần số
VCOout tương ứng với các giá trị VT được ghi lại vào bảng 2 như sau:
Bảng 2 : Tần số VCOout đo đựơc trên máy phân tích phổ khi thay đổi VT
Điện áp VT
(V)
Tần số VCOout
(MHz) Điện áp VT (V) Tần số VCOout
(MHz) 0 458.136 7.5 770.636 0.5 490.136 8 794.136 1 511.636 8.5 821.136 1.5 530.636 9 848.136 2 545.636 9.5 872.136 2.5 562.636 10 894.136 3 580.636 10.5 918.636 2.5 601.136 11 941.636 4 616.136 11.5 957.136 4.5 633.136 12 973.636 5 647.636 12.5 987.636 5.5 672.136 13 1006.636 6 695.636 13.5 1024.636 6.5 715.636 14 1038.636 7 740.636 14.5 1052.136 15 1063.636
Từ kết quả thu được ta thấy khi tăng dần điện áp VT thì tần số VCOout thu được
cũng tăng theo một cách khá tuyến tính. Để thấy rõ điều này, ta có thể theo dõi đồ thị hình 5-4 dưới đây: 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Vt (V) VCOout (MHz)
5.2. Nguyên lý thiết kế chế tạo mạch tạo dao động chuẩn dùng thạch anh và bộ tổ hợp tần số dùng vi mạch ADF 4113.
5.2.1. Sơ đồ nguyên lý mạch tạo dao động chuẩn dùng thạch anh
Hình 5-5: Sơ đồ nguyên lý mạch tạo dao động chuẩn dùng thạch anh
Trong sơ đồ sử dụng phần tử cơ bản là thạch anh kết hợp với các cổng logic đảo dùng IC 74LS00 và các điện trở và tụ điện. Mạch phát với tần số chuẩn của thạch anh là 11.062 MHz, biên độ dao động là ±1.26V.
5.2.2. Sơ đồ nguyên lý của mạch tổ hợp dùng IC ADF 4113
Được trình bày như hình 5-6 sau đây:
Hình 5-6: Sơ đồ nguyên lý mạch tổ hợp tần số dùng IC ADF4113
560Ω 560Ω 2.2 kΩ 470 pF 22 pF 47 pF 1 nF 1 2 4 5 3 6 9 10 8 Thạch anh 8 – 12 MHz 74LS00 OUT
* Hình ảnh thực tế bộ tổ hợp tần số:
Hình 5-7: Ảnh chụp thực tế bộ tổ hợp tần số dùng IC ADF4113 * Sơ đồ cáp nối mạch tổ hợp với máy tính:
IC ADF4113 được nuôi bằng nguồn +5V. Các chân CE, CLK, DATA, LE lần lượt được nối với các chân 2, 3, 5, 7 của giắc cái 9 chân sau đó nối sang các chân CE, CLK, DATA, LE của giắc đực 25 chân rồi vào cổng LPT của máy tính PC
5.2.3. Sơ đồ khối của hệ thống chuyển tần ghép nối với máy tính
IC ADF4113 ghép nối với máy tính do hãng Analog Device thiết kế chế tạo, có thể sử dụng phần mầm thay đổi hệ số chia.
Hình 5-9: Sơ đồ khối của hệ thống chuyển tần
* Hình ảnh bao quát thí nghiệm:
Hình 5-10: Ảnh chụp bao quát thí nghiệm
Mô tả thí nghiệm:
- Đầu ra của bộ tạo dao động chuẩn dùng thạch anh được đưa vào chân
REFIN là lối vào chuẩn của IC ADF 4113. Tín hiệu ra từ chân điều khiển CP của IC được đưa qua bộ lọc thông thấp đến bộ khuếch đại một chiều sau đó đi vào điều khiển VCO.
- Đầu ra VCO sẽ được nối với máy phân tích phổ thông qua một cáp nối
đồng trục.
- Dao động tần số chuẩn của thạch anh được đo nhờ vào giao động ký
nối tại đầu ra của mạch cũng bằng cáp đồng trục.
Sau khi hoàn tất các bước trên ta có thể ghép nối bảng mạch tổ hợp tần số với máy tính thông qua cổng LPT, sau đó sử dụng phần mềm ADF_Rev3.1 của hãng Analog Device thiết kế. Đây là một phần mềm khá nhỏ gọn có thể sử dụng cho rất nhiều phiên bản của họ IC ADF 4xxx.
Ban đầu ta thiết lập cho phần mềm, thang chia trước đặt ở mức 8/9. Tần số đầu
vào chuẩn REFIN là 11.062 MHz (tần số của bộ tạo dao động thạch anh), tần số
của bộ tách pha để ở 40 KHz. Đầu ra tần số của VCO chính là giá trị mà ta thay đổi để điều khiển tần số. Tần số được điều khiển sẽ hiển thị nhờ máy phân tích phổ.
* Giao diện của phần mềm ADF_Rev3.1 như sau:
Hình 5-11: Giao diện của phần mềm ADF_Rev3.1
5.3. Thiết kế chế tạo bộ điều chế xung cao tần.
5.3.1. Sơ đồ khối.
Hình 5-13: Sơ đồ cáp nối mạch bộ điều chế xung cao tần
5.3.2. Sơ đồ nguyên lý.
Hình 5-14: Sơ đồ nguyên lý bộ điều chế xung cao tần
- VCC : Nguồn nuôi 12V - Vt : Nguồn điều khiển
- Pulse: Xung (mã) đưa vào điều chế
Trong phần này xung đưa vào điều chế lấy từ máy phát xung. Khi xung ở mức dương thì mạch phát sóng cao tần còn khi ở mức 0 thì mạch không phát.
Nguồn tạo mã Điều chế siêu cao tần
Phân tích phổ
Dao động ký Nguồn phát xung
5.3.3. Kết quả thực nghiệm.
Tín hiệu được lấy từ nguồn xung cho qua bộ điều chế. Đầu ra nối vào dao động ký cho dạng xung như hình sau:
Như ta thấy trên ảnh, cứ khi xung vào có giá trị 1 thì mạch phát xung. Dạng xung mà mạch phát ra khi xung điều chế có giá trị dương là xung hình sin. Ảnh chụp dạng xung trên dao đông ký như sau:
KẾT LUẬN
Trong luận văn em đã nghiên cứu lý thuyết và tìm hiểu thực tế để xây dựng và thiết kế hệ sóng mang cao tần ổn định điều chế pha trong xung. Bài viết đã trình bày khá cụ thể về kỹ thuật định vị vô tuyến sử dụng điều chế mã pha, các phương pháp điều chế tín hiệu dải rộng ,các bộ tạo mã pha. Đặc biệt là đi sâu tìm hiểu tín hiệu xung mã pha nhị phân Barker, qua đó ta sử dụng mã pha Barker để điều chế tín hiệu dải rộng có rất nhiều ứng dụng trong kỹ thuật định vị vô tuyến cũng như trong các hệ thông tin số. Nó tạo khả năng tăng cự ly hoạt động của rada, chống được ảnh hưởng của nhiễu lên tín hiệu phản xạ từ mục tiêu nhận được tại máy thu.
Luận văn đã đạt được những kết quả sau:
- Nghiên cứu tổng quan về phương pháp mã pha, tạo tín hiệu dải rộng, sử
dụng trong các hệ định vị vô tuyến, ra đa hiện đại. Tìm hiểu phương pháp nén xung tăng tỉ số N/S trong ra đa tín hiệu dải rộng, điều chế mã pha Backer.
- Nghiên cứu thiết kế mạch điều chế xung cao tần với độ rộng xung điều
chế mong muốn, thực hiện điều chế xung độ rộng 43µS
- Xây dựng phương án điều chế mã pha với xung thành phần 3.3µS, quay
pha dao động cao tần 0o
và 180o
- Thiết kế chế tạo bộ tạo dao động VCO có khả năng chống nhiễu để đảm
bảo điều chỉnh tần số tốt nhờ điện áp điều khiển thay đổi từ 0 ÷ 15 V. Tần số phát của VCO thu được trên máy phân tích phổ thay đổi khá tuyến tính với dải tần từ 460 MHz đến 1062MHz.
- Thiết kế chế tạo bộ tạo dao đông chuẩn dùng thạch anh và bộ tổ hợp tần
số bằng vòng bám pha dùng vi mạch ADF 4113 kết hợp với phần mềm tiện ích tổ hợp tần số ADF_Rev3.1 của hãng Analog Device ghép nối bộ tổ hợp tần số với máy tính qua cổng LPT.
Như vậy trong luận văn em đã nghiên cứu giải quyết một cách cơ bản về một hệ thống tạo dao động cao tần ổn định dùng vòng bám pha và kỹ thuật điều chế pha trong xung.
Tuy nhiên lĩnh vực cao tần và siêu cao tần là một vấn đề khó và phức tạp cả về kỹ thuật thiết kế chế tạo cũng như đo đạc trong quá trình nghiên cứu. Mặt khác do kinh nghiệm, khả năng kỹ thuật và kiến thức về lĩnh vực siêu cao tần còn hạn chế nên đề tài mới chỉ thu được một số kết quả nhất định. Rất mong được sự giúp đỡ và đóng góp ý kiến của các quý thầy cô cùng các bạn đồng nghiệp để em có thể nâng cao kiến thức, mở rộng lĩnh vực nghiên cứu và triển đề tài đạt kết quả ở mức cao hơn.
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt
[1]. Chử Văn An, Trần Quang Vinh (2005), Nguyên lý kỹ thuật điện
tử, NXB Giáo dục
[2]. Đỗ Xuân Thụ (2002), Kỹ thuật điện tử, NXB Giáo dục
[3]. Phạm Hồng Liên (1996), Giáo trình Điện tử thông tin, NXB
Khoa học và kỹ tuật
[4]. Nguyễn Kim Giao, Lê Xuân Thê (2000), Kỹ thuật điện tử, tập 1,
NXB Giáo dục
[5]. Ngạc Văn An, Đặng Hùng, Nguyễn Đăng Lâm - Đỗ Trung Kiên
(2005), Vô tuyến điện tử, NXB Đại học Quốc Gia Hà Nội
Tiếng anh
[6]. Bringi V.N, Detecting and classifying LPI Radar
[7]. David M. Pozar (2003), Microwave Engineering, Addison –
Wesley Publishing company.
PDF Merger
Thank you for evaluating AnyBizSoft PDF Merger! To remove this page, please
register your program!
Go to Purchase Now>>
Merge multiple PDF files into one
Select page range of PDF to merge
Select specific page(s) to merge
Extract page(s) from different PDF
files and merge into one