2.2.5.1. Định nghĩa:
Mã backer là một dạng đặc biệt của mã giả ngẫu nhiên, nên nó có đầy đủ các tính chất của mã giả ngẫu nhiên. Nó chỉ khác là nếu mã giả ngẫu nhiên cho một dãy xung liên tục mỗi xung 15 nhịp còn mã backer cũng cho một dãy xung nh-ng các xung này không liên tục mà cách đều nhau. Mỗi xung có thể gồm 5,7,9,13 nhịp. Trong phạm vi bản luận văn này em chỉ có thể đề cập đến mã pha backer 13 phần tử và dùng mã pha này để điều chế tín hiệu dải rộng .
2.2.5.2.Các ph-ơng pháp tạo mã backer
a. Để tạo mã pha backer 13 phần tử ta dùng ph-ơng pháp thụ động.
Thành phần chính của bộ tạo mã là dây giữ chậm tán sắc với 12 đầu ra giữ chậm 3,3 s theo độ rộng các xung thành phần
Độ rộng xung phát = 133,3 43s
các xung thành phần đ-ợc quay pha theo mã backer theo thứ tự : 1111100110101
1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1
t
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 U(t)
Tần số của tín hiệu mã là tần số trung tần (30MHz). Để tạo tín hiệu mã ng-ời ta sử dụng dao động chuẩn các mạch tạo dao động thạch anh. Qua biến đổi nhân tần đến 30MHz và đ-ợc điều chế độ rộng là 3,3 s. Kết quả là trên đầu ra của bộ cộng tổng các tín hiệu từ dây giữ chậm tán sắc ta nhận đ-ợc mã backer 13 phần tử .
Tín hiệu phản xạ từ mục tiêu sau khuếch đại cao tần đ-ợc biến đổi thành trung tần đ-ợc giải mã nén xung bằng bộ lọc nén mà thành phần chính là dây giữ chậm tán sắc đ-ợc điều nối ng-ợc chiều so với khi mã hoá tín hiệu .
Kết quả là trên đầu ra bộ lọc nén ta nhận đ-ợc tín hiệu nén xung có độ rộng bằng độ rộng xung thành phần 3,3 s và biên độ gấp 13 lần so với biên độ tín hiệu đầu vào.
b. Sử dụng ph-ơng pháp mã pha tích cực
Cũng giống nh- ph-ơng pháp thụ động ta tạo ra mã pha backer 13 phần tử với độ rộng xung thành phần là 3,3 s và độ rộng xung phát là 43s . Thiết bị chính trong bộ tạo tín hiệu mã là bộ điều pha manip M có tín hiệu đầu vào là tần số trung tần 30MHz đ-ợc nâng lên từ bộ dao động thạch anh chuẩn. Bộ điều pha manip đ-ợc điều khiển bởi xung điều khiển mã pha theo luật mã pha backer 13 phần tử có độ rộng 43 s .Trên đầu ra của bộ mã sẽ là xung dao động 30 MHz đ-ợc mã pha từ 00 1800 13 đoạn
Sơ đụ̀ cṍu trỳc của bộ tạo tín hiệu chuẩ n như sau :
Hình 2.8 Sơ đụ̀ cṍu trúc của bụ̣ tạo tín hiợ̀u chuõ̉n
Máy phát dao động 30MHz Bộ tạo mã điều khiển M Khoá Cửa sóng chuẩn 43Ms Tín hiệu mã pha
Đối với ph-ơng pháp này thì tín hiệu đ-ợc biến đổi sang dạng số tr-ớc khi đ-ợc đ-a đến bộ lọc nén. Nhờ vậy sai số của các dây giữ chậm đ-ợc thực hiện bởi các phần tử nhớ động (RAM) với thời gian nhớ bằng độ rộng của một xung thành phần 3,3 s và đ-ợc điều khiển bằng ch-ơng trình ghi đọc.
Sơ đụ̀ cṍu trúc của bụ̣ lọc nén phương pháp tích cực như sau :
Hình 2.9 Sơ đụ̀ cṍu trúc của bụ̣ lọc nén phương pháp tích cực
Ưu điểm của hai ph-ơng pháp trên :
Phát tín hiệu phức tạp (dải rộng) theo luật mã backer 13 phần tử tăng đ-ợc độ rộng xung lên 43 s, dẫn đến tăng đ-ợc công suất trung bình máy phát, tăng đ-ợc khả năng phân biệt và độ chính xác theo cự ly xấp xỉ 500m .
Chọn mã backer đảm bảo sự đơn giản trong khi tạo tín hiệu và thu nén xung, đồng thời hệ số nén đạt hiệu quả cao (13 lần) .
Sử dụng mã backer 13 phần tử là ph-ơng án khá tối -u. Bởi vì mã backer là mã nhị phân duy nhất cho phép nhận đ-ợc độ bằng phẳng của các b-ớu cạnh của tín hiệu và có biên độ nhỏ hơn N lần tín hiệu đ-ợc nén và do vậy loại đ-ợc vấn đề đa trị khi xử lý nén xung, đơn giản các b-ớc xử lý ở máy thu so với khi sử dụng các loại mã khác. K K K K K K K K K K K K U1 U2 U3 U4 U5 U6 U7 U8 U9 U10 U11 K
Chương 3 - NGHIấN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO CÁC BỘ CỘNG CễNG SUẤT
3.1 Nghiờn cứu, thiết kế, chế tạo cỏc bộ cộng cụng suất [4] 3.1.1 Cỏc bộ chia/cộng cụng suất: 3.1.1 Cỏc bộ chia/cộng cụng suất:
Sơ đồ của bộ chia/cộng cụng suất được mụ tả trờn Hỡnh 3.1.
Hỡnh 3.1 Sơ đồ bụ̣ chia/cụ̣ng cụng suṍt.
3.1.1.1 Bộ chia cộng cụng suất Wilkinson:
Trong đề tài này sử dụng bộ chia/cộng Wilkinson. Bộ chia/cộng Wilkinson cú thể chia/cộng cụng suất theo bất cứ tỷ lệ nào. Để đơn giản chỳng ta xột trường hợp chia đụi (3dB). Bộ chia/cộng này thường được chế tạo bằng cụng nghệ mạch dải (xem Hỡnh 3.2a), sơ đồ đường dõy truyền dẫn súng được mụ tả ở Hỡnh 3.2b.
Hỡnh 3.2 Bụ̣ chia đụi Wilkinson.
Chỳng ta chuẩn húa trở khỏng của cỏc đoạn dõy với trở khỏng đặc trưng 50Ω và vẽ lại Hỡnh 3.2b với cỏc nguồn thế ở cỏc lối ra (xem Hỡnh 3.3). Ở lối vào, 2 điện trở chuẩn húa với giỏ trị 2 mắc song song cho ta một trở chuẩn húa tương đương cú giỏ trị bằng 1. Đoạn dõy ẳ bước súng cú trở khỏng đặc trưng Z
và điện trở song song cú giỏ trị chuẩn húa r. Chỳng ta sẽ thấy rằng với bộ chia đều thỡ Z= và r=2 như trờn Hỡnh 3.2b.
Xột 2 chế độ của mạch ở Hỡnh 3.3: chế độ chẵn khi Vg2=Vg3=2V0 và chế độ lẻ với Vg2=-Vg3=2V0.
Hỡnh 3.3 Sơ đồ bụ̣ chia Wilkinson dưới dạng đối xứng và chuẩn húa
Chế độ chẵn: Trong chế độ chẵn Vg2=Vg3=2V0, do đú và khụng cú dòng qua trở r/2. Sơ đồ Hỡnh 3.3 cú thể vẽ lại như Hỡnh 3.4a.
Trở khỏng nhỡn vào cụ̉ng 2 là
(3.1) Do đú nếu Z= thỡ cụ̉ng 2 sẽ được phối hợp trở khỏng với đường truyền trong chế độ chẵn, khi đú vỡ . Điện trở r/2 là khụng cần thiết trong trường hợp này. Tiếp theo chỳng ta tỡm từ phương trỡnh truyền súng. Đặt x=0 ở cụ̉ng 1 và x=-/4 tại cụ̉ng 2, thế trờn đường truyền được biểu diễn bằng phương trỡnh sau:
) Do đú
(3.2)
Hệ số phản xạ nhỡn từ cụ̉ng 1 về phía điện trở chuẩn húa của cụ̉ng 2, do đú:
Và (3.3)
Chế độ lẻ: Trong chế độ lẻ Vg2=-Vg3=2V0, do đú , sơ đồ Hỡnh 3.3 được vẽ lại như Hỡnh 3.4b.
Trở khỏng nhỡn vào cụ̉ng 2 là r/2, vỡ đường dõy cú chiều dài λ/4 và được nối tắt ở cụ̉ng 1 do đú ở cụ̉ng 2 sẽ giống như hở mạch. Như vậy cụ̉ng 2 sẽ được phối hợp trở khỏng nếu chọn r=2. Khi đú , và toàn bộ năng lượng sẽ đi qua điện trở r/2 mà khụng đi đến cụ̉ng 1.
Cuối cựng, chỳng ta phải tỡm trở khỏng lối vào của cụ̉ng 1 khi cụ̉ng 2 và 3 đó được phối hợp với đường truyền. Kết quả được biểu diễn ở Hỡnh 3.5a.
Hỡnh 3.5 Sơ đồ phõn tớch bụ̣ chia Wilkinson để tìm s11.
Vỡ khụng cú dòng qua điện trở chuẩn húa với giỏ trị 2 do đú nú cú thể được loại bỏ và chỳng ta thu được sơ đồ 3.5b. Chỳng ta cú 2 đường dõy λ/4 mắc song song và được kết thỳc bằng điện trở chuẩn húa cú giỏ trị 1. Trở khỏng lối vào sẽ là:
(3.4)
Như vậy, tham số s của bộ chia Wilkinson là S11=0 (Zin=1 tại cụ̉ng 1)
S22=s33=0 (cụ̉ng 2 và 3 đều được phối hợp trở khỏng với đường truyền)
S13=s31= (cụ̉ng 3 và cụ̉ng 2 là hoàn toàn đối xứng) S23=s32=0
Bộ chia cộng kiểu Wilkinson cú thể thiết kế chia/cộng khụng đều giữa cỏc cụ̉ng. Hỡnh 3.6 là sơ đồ một bộ chia 2 với tỷ lệ cụng suất giữa 2 cụ̉ng là P3/P2=K2.
Hỡnh 3.6 Bụ̣ chia cụ̣ng Wilkinson khụng đều.
Trong sơ đồ này,
(3.5a)
(3.5b) (3.5c) Khi K=1 chỳng ta thu lại được kết quả cho trường hợp chia đều.
Bộ chia/cộng Wilkinson cú thể thiết kế cho trường hợp chia/cộng N đường với sơ đồ ở Hỡnh 3.7.
3.2 Thiết kế và mụ phỏng: 3.2.1 Bộ chia/cộng 1:2: 3.2.1 Bộ chia/cộng 1:2:
Sơ đồ mụ phỏng của bộ chia cộng Wilkinson 1:2 được mụ tả trờn Hỡnh 3.8 và kết quả mụ phỏng tương ứng trờn Hỡnh 3.9.
Hệ số phản xạ và hệ số truyền từ cổng 1 đến cổng 2 và 3. Hỡnh 3.9 Kết quả mụ phỏng của bụ̣ chia/cụ̣ng Wilkinson 1:2.
Kết luận: Kết quả mụ phỏng của bộ chia/cộng Wilkinson là khỏ tốt.
- Hệ số phản xạ ở cỏc cụ̉ng 1,2 và 3 là nhỏ hơn -20dB tại tần số làm việc 800900MHz nghĩa là hầu như khụng cú phản xạ tải cỏc cụ̉ng.
- Hệ số truyền từ đến cụ̉ng 1 đến cụ̉ng 2 và 3 là -3.0120.015dB nghĩa là hoàn toàn chính xỏc với tỷ số chia 1:2.
Từ bộ chia/cộng 1:2 chỳng ta cú thể thiết kế cỏc bộ chia/cộng 1:4 và 1:8 bằng cỏch ghộp cỏc tầng chia cộng 1:2 với nhau.
3.2.2 Bộ chia/cộng 1:4:
Sơ đồ mụ phỏng của bộ chia cộng Wilkinson 1:4 được mụ tả trờn Hỡnh 3.11 và kết quả mụ phỏng tương ứng trờn Hỡnh 3.12.
Hệ số phản xạ và hệ số truyền từ cổng 1 đến cổng 2,3,4 và 5. Hỡnh 3.12 Kết quả mụ phỏng của bụ̣ chia/cụ̣ng Wilkinson 1:4.
Hỡnh 3.13 Thiết kế layout của bụ̣ chia/cụ̣ng Wilkinson 1:4
Kết luận: Kết quả mụ phỏng của bộ chia/cộng Wilkinson là khỏ tốt.
- Hệ số phản xạ ở cỏc cụ̉ng 1,2 và 3 là nhỏ hơn -20dB tại tần số làm việc 800900MHz nghĩa là hầu như khụng cú phản xạ tải cỏc cụ̉ng.
- Hệ số truyền từ đến cụ̉ng 1 đến cụ̉ng 2 và 3 là -6.0250.015dB nghĩa là hoàn toàn chính xỏc với tỷ số chia 1:4.
3.2.3 Bộ chia/cộng 1:8
Sơ đồ mụ phỏng của bộ chia cộng Wilkinson 1:8 được mụ tả trờn Hỡnh 3.14 và kết quả mụ phỏng tương ứng trờn Hỡnh 3.15.
Hệ số phản xạ và hệ số truyền từ cổng 1 đến cổng 2,3,4,5,6,7,8 và 9. Hỡnh 3.15 Kết quả mụ phỏng của bụ̣ chia/cụ̣ng Wilkinson 1:8.
Kết luận: Kết quả mụ phỏng của bộ chia/cộng Wilkinson là khỏ tốt.
- Hệ số phản xạ ở cỏc cụ̉ng 1,2 và 3 là nhỏ hơn -20dB tại tần số làm việc 800900MHz nghĩa là hầu như khụng cú phản xạ tải cỏc cụ̉ng.
- Hệ số truyền từ đến cụ̉ng 1 đến cụ̉ng 2 và 3 là -9.0320.015dB nghĩa là hoàn toàn chính xỏc với tỷ số chia 1:8.
Chương 4 CÁC KẾT QUẢ THỰC NGHIậ́M 4.1 Chế tạo bộ tổ hợp tần số
Sử dụng IC ADF411X làm bộ tụ̉ hợp tần số. Trong IC tụ̉ hợp tõ̀n sụ́ đó cú cỏc khụ́i chức năng chính như sau:
Tầng lối vào chuẩn Tầng lối vào RF Bộ chia trước (P/P+1) Bộ chia A và B
Bộ chia R
Bộ tỏch súng pha/tần số Thanh ghi dịch 24 bit
Bộ phõn kờnh lối ra và bộ tỏch xung đồng bộ
Sơ đụ̀ khụ́i bụ̣ tụ̉ hợp tõ̀n sụ́ dùng vi điờ̀u khiờ̉n và VCO được trình bày như trờn Hỡnh 4.1
Hình 4.2- Sơ đụ̀ nguyờn lý bụ̣ tụ̉ hợp tõ̀n sụ́
Trờn hỡnh 4.3 mụ tả bụ̣ tụ̉ hợp tõ̀n sụ́ sử dụng vi mạch chuyờn dụng siờu cao tõ̀n và Vi điều khiờ̉n họ Atmel AT89C51.
4.2 Chờ́ tạo bụ̣ VCO
Bộ tạo dao động kiểu VCO được trình bày trờn hình 4.4
Hình 4.5 - Đo đặc trưng Tõ̀n sụ́ - Điợ̀n áp của bụ̣ dao đụ̣ng VCO
Kết quả đo đặc trưng tần số phụ thuộc vào điện ỏp của dao động VCO được trỡnh bày trờn bảng 2.
Bảng 2 - Sự phụ thuụ̣c tõ̀n sụ́ vào điợ̀n áp của bụ̣ dao đụ̣ngVCO
Từ bảng 2, ta xõy dựng đặc trưng tõ̀n sụ́ - điợ̀n áp của bụ̣ tạo dao đụ̣ng VCO. Kờ́t quà ta thu được đặc trưng Tõ̀n sụ́ - Điợ̀n áp trình bày trờn hỡnh 4.7
Bụ̣ dao đụ̣ng VCO thu đượ c cú đặc trưng khỏ tuyế n tính trong dải tõ̀n sụ́ phỏt ra.
4.3 Chế tạo modul bụ̣ chia/cụ̣ng Wilkinson : 4.3.1 Lựa chọn vật liệu và linh kiện: 4.3.1 Lựa chọn vật liệu và linh kiện:
Do yờu cầu của bộ cộng cụng suất trong đề tài phải chịu được cụng suất cao do đú vấn đề lựa chọn vật liệu và linh kiện là một vấn đề quan trọng.
Phớp làm mạch: Sử dụng phíp FR-4 với cỏc tham số như sau:
- Hằng số điện mụi: εr=4.34 - Bề dày lớp điện mụi: h=1.6 mm - Bề dày lớp đồng: t=0.035mm
Điện trở: Để đảm bảo khả năng chịu được cụng suất cao của cỏc bộ cộng, chỳng tụi sử dụng cỏc loại trở cụng suất.
Hỡnh 4.8 Các loại trở cụng suṍt.
Vật liệu làm vỏ hộp: Vỏ hộp được chế tạo từ hợp kim nhụm cú độ bền cao.
Connector: Sử dụng cỏc connector loại N. Đõy là loại connector siờu cao tần được sử dụng với cỏp đồng trục 50Ω hoặc 75Ω và cú thể hoạt động ở tần số lờn đến 18GHz.
Hỡnh 4.9 Vỏ hụ̣p nhụm và connector N.
4.3.2 Chế tạo:
Sau khi cú bản thiết kế layout của bộ chia/cộng chỳng tụi thực hiện cỏc bước sau:
- Phay mạch in bằng mỏy phay mạch LPKF Protomat C40. - Chế tạo vỏ hộp nhụm cho bộ chia/cộng.
- Lắp connector và lắp rỏp vào hộp nhụm. - Hàn điện trở lờn mạch.
4.3.2.1 Bộ chia/cộng 2:
Qui trỡnh chế tạo bộ chia 2.
Hình 4.10 Mạch in bụ̣ chia 2 sau khi phay
Hình 4.12 Bụ̣ chia 2 hoàn chỉnh
4.3.2.2 Bộ chia/cộng 4:
Qui trỡnh chế tạo bộ chia 4.
Hình 4.14 Lắp đặt mạch in bụ̣ chia 4 vào hụ̣p nhụm
4.3.2.3 Bộ chia/cộng 8:
Qui trỡnh chế tạo bộ chia 8.
Hình 4.16 Mạch in bụ̣ chia 8 sau khi phay
4.4 Thử nghiệm:
Cỏc bộ chia/cộng cụng suất được đo đạc và thử nghiệm trờn mỏy phõn tích mạng R3765CG.
4.4.1 Thử nghiệm bộ chia/cộng 1:2
Kết quả đo đạc bộ chia/cộng 1:2 được thể hiện trờn hỡnh Hỡnh 4.19
Hình 4.18 Mụ hình thử nghiệm bụ̣ chia/cụ̣ng 1:2
Hình 4.19 Kết quả đo bụ̣ chia/cụ̣ng 1:2 tại tần số 800 ữ 900MHz
Kết quả đo đạc cho thấy bộ chia/cộng 1:2 đó hoạt động tốt. Giỏ trị hệ số truyền qua từ lối vào đến cỏc lối ra là 3.208 ± 0.25 dB.
4.4.2 Thử nghiệm bộ chia/cộng 1:4
Kết quả đo đạc bộ chia/cộng 1:4 được thể hiện trờn Hỡnh 4.21
Hình 4.20 Mụ hình thử nghiệm bụ̣ chia/cụ̣ng 1:4
Hình 4.21 Kết quả đo bụ̣ chia/cụ̣ng 1:4 tại tần số 800 ữ 900MHz
Kết quả đo đạc cho thấy bộ chia/cộng 1:4 đó hoạt động tốt. Giỏ trị hệ số truyền qua từ lối vào đến cỏc lối ra là 6.201 ± 0.15 dB.
4.4.3 Thử nghiệm bộ chia/cộng 1:8
Kết quả đo đạc bộ chia/cộng 1:8 được thể hiện trờn Hỡnh 4.23
Hình 4.22 Mụ hình thử nghiệm bụ̣ chia/cụ̣ng 1:8
Hình 4.23 Kết quả đo bụ̣ chia/cụ̣ng 1:8 tại tần số 800 ữ 900MHz
Kết quả đo đạc cho thấy bộ chia/cộng 1:8 đó hoạt động tốt. Giỏ trị hệ số