bài giảng thiết bị thu phát vô tuyến điện
bài giảng thiết bị thu phát vô tuyến điện
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.69 MB, 58 trang )
Bạn đang đọc: bài giảng thiết bị thu phát vô tuyến điện
BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ – VIỄN THÔNG
Ths. Vũ Đức Hoàn
BÀI GIẢNG
THIẾT BỊ THU PHÁT VÔ TUYẾN ĐIỆN
TÊN HỌC PHẦN
: THIẾT BỊ THU PHÁT VTĐ
MÃ HỌC PHẦN
: 13226
TRÌNH ĐỘ ĐÀO TẠO
: ĐẠI HỌC CHÍNH QUY
DÙNG CHO SV NGÀNH
: ĐIỆN TỬ – VIỄN THÔNG
HẢI PHÒNG – 2014
MỤC LỤC
NỘI DUNG
Trang
PHẦN I: MÁY PHÁT VÔ TUYẾN ĐIỆN ………………………………………………………………………………..4
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY PHÁT VTĐ ………………………………………………………..4
1.1. Chức năng nhiệm vụ của máy phát VTĐ …………………………………………………………………………4
1.2. Các chỉ tiêu kỹ thuật của máy phát VTĐ …………………………………………………………………………5
1.3. Các kiến trúc và nguyên lý hoạt động của máy phát VTĐ …………………………………………………6
1.3.1. Direct Conversion Transmitter ………………………………………………………………………………..6
1.3.2. Two-step Conversion Transmitter ……………………………………………………………………………8
CHƯƠNG II: KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT CAO TẦN VÀ ĐIỀU HƯỞNG ANTEN …………………..9
2.1. Khái quát tầng khuếch đại cao tần tín hiệu lớn trong máy mát VTĐ……………………………………9
2.2. Các chế độ làm việc của tầng khuếch đại công suất cao tần. ………………………………………………9
2.3. Tầng khuếch đại công suất …………………………………………………………………………………………..13
2.4. Bộ điều hưởng anten. ………………………………………………………………………………………………….14
CHƯƠNG III: ĐIỀU CHẾ VÀ TẠO TẦN SỐ PHÁT ……………………………………………………………….15
3.1. Các phương pháp điều chế tín hiệu trong máy phát. ………………………………………………………..15
3.1.1. Điều chế tương tự. ……………………………………………………………………………………………….15
3.1.2. Điều chế số. ……………………………………………………………………………………………………..18
3.2. Tạo tần số phát trong máy phát vô tuyến điện. ……………………………………………………………….18
3.2.1. Các yêu cầu…………………………………………………………………………………………………………18
3.2.2. Các phương pháp tạo tần số phát ……………………………………………………………………………18
PHẦN II: MÁY THU VÔ TUYẾN ĐIỆN ……………………………………………………………………………….21
CHƯƠNG IV: TỔNG QUAN VỀ MÁY THU VÔ TUYẾN ĐIỆN …………………………………………….21
4.1. Khái quát thiết bị thu vô tuyến điện. ……………………………………………………………………………..21
4.1.1. Khái niệm …………………………………………………………………………………………………………..21
4.1.2. Phân loại máy thu vô tuyến điện. …………………………………………………………………………..21
4.1.3. Các thông số kỹ thuật của máy thu vô tuyến điện. ……………………………………………………21
4.2. Các kiến trúc hệ thống máy thu vô tuyến điện. ……………………………………………………………….22
4.2.1. Sơ đồ khối máy thu khuếch đại thẳng.“ ………………………………………………………………….22
4.2.2. Sơ đồ khối máy thu đổi tần. …………………………………………………………………………………..22
4.2.3. Một số hệ thống thu đổi tần thông dụng. …………………………………………………………………23
CHƯƠNG V: CHỨC NĂNG VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY THU ĐỔI TẦN ……………………………28
5.1. Đặc điểm và yêu cầu của mạch vào máy thu. …………………………………………………………………28
5.2. Phân loại mạch vào máy thu. ……………………………………………………………………………………….28
5.3. Các tham số của mạch vào. ………………………………………………………………………………………….29
5.4. Tầng khuếch đại cao tần trong máy thu. ………………………………………………………………………..30
5.4.1. Đặc điểm tầng KĐCT trong máy thu. …………………………………………………………………….30
5.4.2. Sơ đồ mạch và đặc tính tần số. ………………………………………………………………………………31
5.5. Tầng đổi tần trong máy thu. …………………………………………………………………………………………31
5.5.1. Bộ tạo dao động nội. …………………………………………………………………………………………….31
5.5.2. Mạch đổi tần (trộn tần). ………………………………………………………………………………………..31
5.6. Tầng khuếch đại trung tần trong máy thu. ……………………………………………………………………..32
5.6.1. Đặc điểm tầng khuếch đại trung tần trong máy thu. ………………………………………………….32
5.6.2. Yêu cầu đối với mạch khuếch đại trung tần. ……………………………………………………………32
5.7. Tầng tách sóng …………………………………………………………………………………………………………..33
5.7.1. Mạch tách sóng biên độ. ……………………………………………………………………………………….33
5.7.2. Mạch tách sóng tín hiệu đơn biên. ………………………………………………………………………….33
5.7.3. Tách sóng tần số. …………………………………………………………………………………………………33
5.7.4. Tách sóng tín hiệu FSK ………………………………………………………………………………………..33
5.8.Khuếch đại âm tần. ………………………………………………………………………………………………………33
5.9. Các mạch điều chỉnh trong máy thu vô tuyến điện. …………………………………………………………33
5.9.1. Mạch tự động điều chỉnh, điều hưởng tần số. ………………………………………………………….33
5.9.2. Mạch tự động điều chỉnh hệ số khuếch đại. …………………………………………………………….34
PHẦN III: KIẾN TRÚC MÁY THU PHÁT ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SDR……………………………35
CHƯƠNG VI: TỔNG QUAN VỀ SDR …………………………………………………………………………………..35
6.1. Khái niệm về thiết bị vô tuyến có cấu trúc mềm – SDR …………………………………………………..35
6.1.1. Định nghĩa về SDR ………………………………………………………………………………………………36
6.1.2. Đặc điểm của SDR ………………………………………………………………………………………………40
6.2. Cấu trúc của SDR ……………………………………………………………………………………………………….41
6.2.1. Sự khác nhau giữa SDR với thiết bị vô tuyến cũ ……………………………………………………..41
6.2.2. Một vài cấu trúc SDR …………………………………………………………………………………………..42
6.2.3. Cấu trúc chung của SDR ………………………………………………………………………………………43
6.3. Các thành phần cơ bản của SDR …………………………………………………………………………………..45
6.3.1. Khối cao tần tích hợp……………………………………………………………………………………………45
6.3.2. Bộ chuyển đổi tương tự – số ………………………………………………………………………………….46
6.3.3. Mạch xử lý tín hiệu số ………………………………………………………………………………………….46
CHƯƠNG VII: PHÂN TÍCH CẤU TRÚC CỦA SDR. ……………………………………………………………..49
7.1. Yêu cầu và đặc điểm kỹ thuật của SDR …………………………………………………………………………49
7.1.1. Đặc điểm của máy phát ………………………………………………………………………………………..49
7.1.2. Đặc điểm của máy thu ………………………………………………………………………………………….50
7.1.3. Các dải tần số sử dụng ………………………………………………………………………………………….51
7.2. Các cấu trúc máy thu SDR …………………………………………………………………………………………..51
7.2.1. Cấu trúc chuyển đổi trực tiếp ………………………………………………………………………………..51
7.2.2. Cấu trúc đổi tần nhiều lần ……………………………………………………………………………………..52
7.2.3. Cấu trúc trung tần thấp …………………………………………………………………………………………53
7.3. Các cấu trúc máy phát SDR …………………………………………………………………………………………53
7.3.1. Máy phát chuyển đổi trực tiếp ……………………………………………………………………………….53
7.3.2. Máy phát đổi tần nhiều lần ……………………………………………………………………………………54
7.3.3. Độ tuyến tính và hiệu suất của máy phát …………………………………………………………………54
PHẦN I: MÁY PHÁT VÔ TUYẾN ĐIỆN
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY PHÁT VTĐ
1.1. Chức năng nhiệm vụ của máy phát VTĐ
1.1.1. Chức năng nhiệm vụ
Một hệ thống thông tin VTĐ bao gồm thiết bị phát, thiết bị thu và môi trường truyền sóng. Trong đó
thiết bị phát là một yếu tố quan trọng trong hệ thống thông tin.
Hình 1.1. Sơ đồ hệ thống thu phát.
Máy phát VTĐ là một thiết bị có nhiệm vụ phát đi tin tức dưới dạng sóng cao tần nhằm đảm bảo
thông tin có thể truyền tải đi xa.
Trong đó tín hiệu cao tần (sóng mang) làm nhiệm vụ chuyển tải thông tin cần phát tới điểm
thu. Các nguồn tin này được tổng hợp và được gắn với sóng mang bằng một phương pháp điều chế
thích hợp, thực hiện KĐ công suất cao tần và chuyển bức xạ thành dạng sóng điện từ ra ngoài không
gian qua hệ thống anten phát.
Máy phát phải phát đi với công suất đủ lớn và sử dụng phương thức điều chế chính xác để đảm
bảo khoảng cách truyền, chất lượng tin chuyển tải tới máy thu sao cho it sai, lỗi nhất.
1.1.2. Yêu cầu với máy phát VTĐ
– Đảm bảo cự ly thông tin ( điểm A->B)-> chuyển tải tin tức.
– Đảm bảo dải tần công tác ( tần số phát ).
– Không sinh hài, gây nhiễu ( nhiễu tần số lân cận ).
1.1.3. Phân loại
Có nhiều cách phân loại máy phát VTĐ tuỳ theo mục đích sử dụng, mức công suất ra, hay theo
phương thức điều chế, mỗi một phương pháp đều có những ưu nhược điểm riêng cho từng lĩnh vực sử
dụng. Do đó ta có thể căn cứ vào các yêu cầu để đưa ra phương pháp phân loại tối ưu nhất.
a. Phân loại theo nhóm công tác:
– Nhóm công tác liên tục: sóng cao tần luôn luôn được bức xạ ra anten
– Nhóm công tác mạch xung : sóng cao tần bức xạ ra anten theo dạng xung không liên tục (trong
radar).
b. Phân loại theo tần số phát:
Tuỳ theo tần số hoạt động của máy phát đang hoạt động mà ta phân loại ra các loại máy phát:
– Máy phát sóng dài (30KHz ÷300KHz).
– Máy phát sóng trung (300KHz÷3000KHz).
– Máy phát sóng ngắn (3MHz÷30MHz).
– Máy phát sóng cực ngắn (30MHz-300MHz).
c. Theo phân loại theo công suất phát:
– Máy phát công suất cực lớn: Pra ≥ 100 kW.
– Máy phát công suất lớn: 10kW≤Pra<100kW.
– Máy phát công suất vừa: 10W≤Pra<10kW.
– Máy phát công suất nhỏ: Pra<10W.
d. Phân loại theo phương pháp điều chế
– Máy phát điều biên (AM- Amplitude Modulation).
– Máy phát đơn biên (SSB- Single Sideband Modulation).
– Máy phát điều tần (FM – Frequency modulation) và máy phát âm thanh nổi (FM stereo).
– Máy phát điều chế số: Khoá dịch biên (ASK), khoá dịch tần (FSK), khoá dịch pha (FSK)…
– Máy phát TLX.
1.2. Các chỉ tiêu kỹ thuật của máy phát VTĐ
Chỉ tiêu kỹ thuật của máy phát VTĐ là các tham số về điện hoặc phi điện, dùng để so sánh đánh
giá chất lượng tính năng hoạt động của các máy phát VTĐ.
1.2.1. Các chỉ tiêu về điện
a. Công suất phát của máy phát VTĐ
Là công suất của máy phát đưa ra anten để bức xạ ra không gian. Công suất này sẽ quyết định cự
ly thông tin của máy phát VTĐ và được gọi là công suất có ích Pt ( công suất đưa ra tải).
Trong máy phát ngoài công suất có ích Pt còn có các công suất tổn hao Pa
b. Hiệu suất của máy phát VTĐ
P
η= t
P0
Pt công suất có ích đưa ra anten
P0 Công suất tiêu tốn năng lượng toàn phần.
Tùy theo từng loại máy phát, η của máy phát có thể đạt được từ vài % đến vài chục %.
Với máy phát điện tử thế hệ cũ η= vài chục % .
Với máy phát ngày nay có thể đạt tới 80-90% .
c. Dải tần công tác
Là khả năng làm việc của máy phát (khả năng bức xạ của máy phát) trong 1 dải tần số hoặc 1 đoạn
tần số nhất định nào đó. Theo tần số công tác, người ta có:
Máy phát VTĐ Sóng dài:
Máy phát VTĐ Sóng trung:
Máy phát VTĐ Sóng ngắn:
Máy phát VTĐ Sóng cực ngắn:
d. Độ ổn định tần số phát
Đây là chỉ tiêu quan trọng nhất của máy phát VTĐ, nó đảm bảo được quá trình thông tin liên lạc
nhanh chóng dễ dàng, thu hẹp được độ rộng dải tần của 1 kênh thông tin, không gây nhiễu cho các đài
phát khác.
Độ ổn định tần số chủ yếu phụ thuộc vào các tần số dao động chủ. Ngày nay để nâng cao độ ổn
định tần số của máy phát VTĐ người ta thường dùng các bộ dao động chuẩn bằng thạch anh.
e. Độ chính xác của tần số
Là sự sai lệch tần số giữa bộ chỉ thị tần số phát với tần số bức xạ từ anten của máy phát ra
không gian. Tham số này phụ thuộc vào cơ cấu chỉ thị trong máy phát.
f. Sóng hài.
Là các tần số dài được bức xạ ra không gian cùng với thành phần cơ bản. Máy phát nào cũng tồn
tại sóng hài => có biện pháp lọc hài rất quan trọng.
=> Tần số hài gây nhiều cho cho các đài phát khác và gây nhiễu xung quanh
g. Các chỉ tiêu về điều chế
– Dải tần điều chế: Dài tần số thực hiện điều chế tin tức.
– Độ sâu điều chế: Áp dụng cho các máy phát điều biên (tương tự).
– Đặc tuyến tần số điều chế: là đường cong biểu diễn sự phụ thuộc của hệ số điều chế theo tần số.
– Méo phi tuyến -> Do tính chất phi tuyến của các phần tử KĐ tạo ra.
– Méo tuyến tính (méo biên độ) do các phần tử tuyến tính trong máy gây nên, khả năng KĐ tín
hiệu không đồng đều ở những tần số khác nhau.
1.2.2. Các chỉ tiêu kỹ thuật về kết cấu
Bao gồm các tham số:
– Trọng lượng, thể tích.
– Khả năng chịu va đập chấn động cơ học.
– Khả năng chịu đựng nhiệt độ và độ ẩm.
– Tính thuận lợi cho việc thao tác sử dụng sửa chữa bảo quản.
– Hệ số an toàn của thiết bị….
1.3. Các kiến trúc và nguyên lý hoạt động của máy phát VTĐ
Trong một hệ thống truyền thông, máy phát RF chịu trách nhiệm về các vấn đề như:
điều biến, chuyển đổi, khuyếch đại và truyền tín hiệu trong không gian bằng cách sử dụng một
ănten.
Đầu vào phổ biến của máy phát là các tín hiệu tương tự ở dải cơ sở và đầu ra của nó là
tần số cao và nguồn tín hiệu cao đã được điều biến.
Đầu ra của nguồn, tính chất tuyến tính, năng lực, độ phức tạp của mạch và giá thành là
một vài thông số quan trọng trong việc chọn các loại máy phát trong các ứng dụng vô tuyến.
Lựa chọn kiến trúc là đặc biệt quan trọng trong việc định hướng các hoạt động thích hợp của
hệ thống. Có hai kiến trúc được sử dụng nhiều nhất trong các máy phát RF là:
– Direct Conversion
– Two-Step Conversion
Information
HPM X-20 07
2. add data to carrier
3. shift to high
frequency
T h e
kl h e f w w lk h q
T h
w
w a jk h r q w lui
w
w ilee jkh lhr
w eile
ew sa jlke h.
q w h
w hl
ihl e w ewrw sa
w k lh jr
q lih
q ilh
q q3 w ih w k
w
w a jk h r q w ilu
q e kj lh
qw e
e s
w a e .
w a
e s jlk h
q w h
w lh lih e w wrw k
w k lh jr
q lih
q ilh
q q3 w ih w e
q
w a jk h r q w ilu
ew sa
qw e jk lh
e s jlk h
q w h
w lh lih e w wrw k
w ka lhe jr.
w
q lih
q ilh
q q3 w ih w e
q
w a jk h r q w ilu
e s
qw e jk lh
w a
e as ejlk .h
q w h
w lh lih e w wrw k
w
w k lh jr
q lih
q ilh
q q3 w ih
q
w k
q
w k lh jr
q lih
q ilh
q q3 w ih w e
q
w e jk lh
w a jk h r q w ilu
e s
q
w a
ew sa jlke h.
q w h
w lh lih e w wrw k
w k lh jr
q lih
q ilh
q q3 w ih qw e
w e jk lh
w a jk h r q w ilu
e s
q
w a
ew sa jlke h.
q w h
w lh lih e w wrw k
w k lh jr
q lih
q ilh
q q3 w ih w k
q
q
qw e
e as
w
e
kl h e f w w lk h q
T h
kjh lhr
w a jk h r q w lui
w
w eile
q w h
w lh
lih e w ewrw sa
ejlk h.
lh jr
q lih
q ilh q
q3 w ih w k
jk lh
w a jk h r q w ilu
qw e
jlk h
q w h
w hl
ihl e w erw s
e .
w a
lh jr
q lih
q ilh q
q3 w ih w k
jk lh
w a jk h r q w ilu
w e
q
jlke h.
q w h
w lh
lih e w ewrw sa
lh jr
q lih
q ilh q
q3 w ih w k
jk lh
w a jk h r q w ilu
q
jlk h
q w h
w lh
lih e w wrw k
e .
lh jr
q lih
q ilh q
q3 w ih qw e
e s
w a
lh jr
q lih
q ilh q
q3 w ih w k
jk lh
jlk h
e .
lh jr
jk lh
lkj h
e .
lh jr
lh jr
jk lh
jlke h.
e kl h e f w w lk h q
kjh lhr
w a jk h r q w lui
q w h
w lh
lih e w rw
ejlk h.
lh jr
q lih
q ilh
q
q3 w ih
jk lh
w a jk h r q w ilu
jlk h
q w h
w lh
lih e w rw
e .
lh jr
q lih
q ilh
q
3q w ih
jk lh
w a kj h r q w ilu
q w h
w lh
q lih
q ilh
q
lih e w rw
q3 w ih
lh jr
q lih
q3 w ih
jk lh
jlke h.
lh jr
w a jk h r q w lui
q w h
w lh
lih e w rw
q lih
q ilh
q
q3 w ih
w a jk h r q w ilu
q w h
w hl
ihl e w rw
jlk h
e .
lh jr
w a jk h r q w ilu
w e jk lh
q
q w h
w lh
lih e w erw s jlk h
w a e .
q lih
q ilh q
q3 w ih w k lh jr
w a jk h r q w ilu
qw k lh jr
q w h
w lh
lih e w wrw e kj lh
q
q lih
q ilh q
q3 w ih ew sa jlke h.
q lih
q ilh q
q3 w ih w k lh jr
w a jk h r q w ilu
qw e jk lh
q w h
w lh
lih e w wrw a e .
q ilh
q
q lih
q ilh
q
q3 w ih
q lih
q ilh
q
q3 w ih
w a jk h r q w ilu
q w h
w lh
lih e w rw
q lih
q ilh
q
q3 w ih
w a jk h r q w ilu
Modulator
A
D
Mixer
0
I Data
uP/
DSP
90
Antenna
Power Amplifier
A
4. amplify to
broadcast
Q Data
Baseband
Processor
D
Oscillator
bias
bias
1. create carrier
Power Supply
4
Hình 1.2. Sơ đồ cấu trúc máy phát vô tuyến điện.
0
1.3.1. Direct Conversion Transmitter
Trong máy phát kiến trúc Direct Conversion, cả sự điều biến và quá trình chuyển đổi
các tín hiệu Baseband chỉ cần một bước (one step) với một máy điều biến Quadrature
Modulator, vì vậy mà được gọi là Direct Conversion. (hình 1.3)
Mixer
Các tín hiệu Baseband đầu vào I và Q sẽ
được đưa vào bộ Quadrature Modulator cùng với
I
Shift phase
tín hiệu LO (đã được đưa qua bộ dịch pha 900
0
/0 ). Tín hiệu ở đầu ra của bộ Quadrature
Modulator được đưa qua bộ khuyếc đại nguồn
Adder
PA (Power Amplifier) rồi được gửi tới anten phát
Q
thông qua mạch ghép nối và bộ song công (hoặc
Quadrature Modulator
create carrier
chuyển mạch anten) để phát đi.
Hình 1.3.
90
* Đầu vào của bộ Quadrature Modulator bao gồm:
– Các tín hiệu baseband I và Q, I và Q được tạo ra bằng cách cho thông tin cần phát đã
được xử lý (lấy mẫu, lượng tử hóa, mã hóa) cho qua bộ tách bit (còn gọi là bộ chuyển đổi nối
tiếp/song song).
I
Tín hiệu vào
Lấy mẫu
Lượng tử
hóa
Mã hóa
Tách bit
Q
– Tín hiệu LO được tạo ra bởi bộ tự dao động (Local Oscilator), nó có tần số đóng vai trò tần
số sóng mang, nó sẽ được đưa vào đầu bộ trộn thông qua qua bộ dịch pha.
Tín hiệu sau trộn tần
LPF
I
0
90
Tín hiệu dịch pha
Ở một số hệ thống người ta còn đưa giữa bộ điều
biến và bộ khuyếch đại một bộ lọc thông thấp
LPF, với mục đích xác định rõ nhiễu để giúp cho
việc thu của bên phía máy thu tốt hơn.
Q
* Đánh giá hệ thống:
– Độ tích hợp của hệ thống cao
– Chỉ sử dụng ở tần số không cao quá
– Rất khó để sử dụng ở tần số cao bởi vì khi đó rất khó kết hợp giữa các phần tử thụ
động riêng lẽ trong hệ thống để cho độ chính xác cao. Người ta chỉ còn cách là ở tần số cao thì
thực hiện riêng rẽ các phần tử thụ động này. Lý do phải sử dụng các phần tử thụ động là do
yêu cầu của các bộ lọc có chất lượng cao hoạt động ở tần số cao.
– Thường xảy ra hiện tượng LO Pulling: Tín hiệu ở đầu ra của bộ khuyếch đại PA
thường được đưa tới Anten thông qua một bộ khếch đại truyền, ở đây không chỉ Transmitted
Channel mà còn có cả các Adjacent Channels được khuyếch đại. Các tín hiệu lân cận này sẽ
quay trở lại kết hợp với bộ tự tạo dao động LO, kết quả là ở đầu vào của ănten sẽ bao gồm cả
tần số không mong muốn.
I
0
90
Q
ωLO
– Nếu sự che LO không tốt và nếu nguồn ở đầu ra PA cao, hiện tượng LO pulling có
khả năng xảy ra hơn. Trong một vài hệ thống LO được thiết kế để đầu ra hệ thống mang phát
ra nhiều tần số (thường là 2 hoặc 4) và chúng bị tách ra bởi 2 hoặc 4 để thu được tần số mong
muốn.
Trong trường hợp này nguồn điều hòa 2 hoặc 4 ở đầu ra của PA có thể là nguyên nhân
gây ra LO pulling.
+ Giải pháp cho vấn đề LO Pulling: Sử dụng kiến trúc Direct conversion with offset LO thay
thế:
I
0
ωLO
ω1
ω2
90
Trong kiến trúc này chỉ khác là cách đưa
tín hiệu LO vào bộ QuadratureModulator, ở đây
có hai bộ tạo tín hiệu LO1(ứng với tần số f1) và
LO2(ứng với tần số f2) chúng sẽ được trộn với
nhau thông qua một bộ trộn đặt ngoài và được
đưa vào bộ QuadratureModulator thông qua một
bộ lọc thông dải BPF, lúc đó tần số sóng mang ở
đầu ra bộ diều chế và bộ khuếch đại PA sẽ là
(f1+ f2) hoặc là (f1 – f2), các tần số này cách xa
so với f1 và f2.
Q
1.3.2. Two-step Conversion Transmitter
I
0
90
cosω1t
Q
cosω2t
ω1+ω2
Hình 1.4
* Hoạt động
Kiến trúc máy phát theo kiểu two step conversion (hình 1.4) được sử dụng rất rộng rãi
ở khắp nơi. Hoạt động của nó được chia làm hai bước.
Bước 1: Các tín hiệu baseband I và Q được
đưa vào trong bộ Quadrature Modullator
cùng với tần số LO1 để được điều biến và
được chuyển đổi giống như ở Direct
Conversion. Ở bước này ta sử dụng bộ tự
tạo dao động LO1 tạo ra tần số f1, tần số
này được gọi là IF (Intermediate
Frequency), để đưa vào bộ Quadrature
Modullator .
Bước hai: Tín hiệu ở đầu ra của bộ Quadraturre Modulator được đưa vào một bộ trộn thông
qua bộ lọc thông dải BPF1, cùng với tần số f2 được tạo ra nhờ bộ tự dao động thứ hai LO2,
Tín hiệu đã được chuyển đổi qua bộ trộn này được cho qua bộ lọc BPF2 một lần nữa và được
gửi tới đầu vào của bộ khuyếch đại PA và gửi tới anten. Tần số ở đầu vào và đầu ra của bộ
khuếch đại PA có thể được chọn là (f1+ f2) hay (f1-f2).
* Đánh giá:
Yêu cầu cao về bộ lọc BPF2, bởi vì cả hai bên của dải tín hiệu có năng lượng như nhau
và đòi hỏi một trong chúng phải bị triệt tiêu.
CHƯƠNG II: KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT CAO TẦN VÀ ĐIỀU HƯỞNG ANTEN
2.1. Khái quát tầng khuếch đại cao tần tín hiệu lớn trong máy mát VTĐ.
* Khái niệm:
Tầng khuếch đại cao tần tín hiệu lớn là tầng khuếch đại công suất (KĐCS) cuối trong
máy phát làm việc với tần số cao ( tần số phát của máy) có biên độ tín hiệu vào lớn và là tầng
phối ghép với hệ thống anten phát.
* Đặc điểm:
– Tầng khuếch đại cao tần tín hiệu lớn làm việc với tần số tín hiệu lớn tương đương với
tần số phát. Do đó các phần tử khuếch đại đều phải sử dụng các phần tử cao tần.
– Đồng thời là tầng khuếch đại công suất do đó các phần tử trong mạch là các phần tử
cao tần có công suất lớn.
– Các mạch chức năng thực hiện cần phải thực hiện khuếch đại trung thực (tín hiệu đã
điều chế – có tần số cao và dòng vào lớn), nên thông thường hay sử dụng các mạch khuếch đại
công suất đẩy kéo. Trước đây do đặc điểm kỹ thuật và phụ thuộc nhiều vào điều kiện cho phép
nên phần khuếch đại công suất cao tần thường rất lớn, cồng kềnh và tiêu tốn năng lượng. Ngày
nay sự phát triển của kỹ thuật vi mạch và các linh kiện có công suất lớn, trở kháng vào lớn dựa
trên các hiệu ứng trường của linh kiện bán dẫn nên các mạch khuếch đại công suất cao tần
ngày một nhỏ gọn và đạt hiệu suất cao, dễ dàng phối hợp trở kháng.
2.2. Các chế độ làm việc của tầng khuếch đại công suất cao tần.
Trong máy phát phần quan trọng nhất là tầng khuếch đại công suất cao tần và điều hưởng
anten. Trong đó tầng khuếch đại công cao tần sẽ quyết định công suất ra tới anten. Tùy thuộc
vào khoảng cách – yêu cấu cự ly thông tin mà công suất của tầng khuếch đại công suất sẽ
quyết định rất lớn đến chất lượng thông tin và khoảng cách truyền tin của chúng. Do vậy tầng
khuếch đại công suất cần phải quan tâm đánh giá đến các chỉ tiêu kỹ thuật:
– Công suất ra.
– Hệ số khuếch đại.
– Độ tuyến tính của bộ khuếch đại.
– Tính ổn định.
– Mức điện áp (công suất nguồn cung cấp).
– Công suất tiêu tán.
– Độ méo, hiệu suất.
– Chế độ công tác của tầng KĐCS.
+ Hệ số khuếch đại công suất KP: là tỉ số giữa công suất ra và công suất vào:
KP =
Pr
Pv
(2.1)
Pr
(2.2). Như vậy nếu công suất đầu
Pv
Nếu xác định bằng đơn vị [dB] ta có: K P [ dB ] = 10 log10
vào là Pv=10mW (tương đương: 10dBm), công suất đầu ra là Pr=1W (tương đương: 103mW,
30dBm). Khi đó hệ số khuếch đại được xác định: KP[dB]=20dB.
P[mW]
P[W]
; P [ dBW ] = 10 log10
1mW
1W
Chú ý: P [ dBm] = 10 log10
+ Hiệu suất (η ): Được định nghĩa là tỉ số giữa công suất ra Pr và công suất cung cấp 1 chiều
P0:
η=
Pr
P0
(2.3)
Ngoài các tham số chính trên, trong bộ khuếch đại công suất thì tham số trở kháng vào và ra
của bộ khuếch đại. Yêu cầu trở kháng vào lớn tương đương với dòng tín hiệu nhỏ – nghĩa là
mạch phải có hệ số khuếch đại dòng lớn.
Các bộ KĐCS thường sử dụng các phần tử khuếch đại bán dẫn như: transistor,
FET…Các chế độ công tác của bộ khuếch đại bao gồm các chế độ: A, B, AB, C…Ở mỗi chế
độ công tác khác nhau thì bộ khuếch đại công suất có các đặc điểm và tính chất khác nhau.
a) Chế độ A:
Bộ khuếch đại làm việc trong chế độ A khi phần tử khuếch đại được định thiên với
điểm làm việc nằm tronng vùng tuyến tính. Tín hiệu ra được khuếch đại đầy đủ cả chu kỳ tín
hiệu tương đương với tín hiệu vào. Trong tất cả các chế độ khuếch đại thì chế độ A là tuyến
tính nhất. Song do sử dụng các phần tử khuếch đại là bán dẫn nên đặc tuyến ra của chúng
không hoàn toàn tuyến tính.
Một điều luôn nhớ rằng khuếch đại tuyến tính đòi hỏi yêu cầu với các tín hiệu điều chế
như AM, hoặc điều chế biên độ suy giảm sóng mang SSB, hoặc các phương thức điều chế
cầu phương: QAM, QPSK, OFDM. Các tín hiệu CW, FM hoặc PM có biên độ không đổi do
đó không yêu cầu bộ khuếch đại là tuyến tính.
Nhưng trong chế độ A tồn tại các dòng tĩnh lớn (từ nguồn cung cấp 1 chiều). Nên khi
có tín hiệu vào hình sin thì dòng tĩnh ở đầu ra luôn luôn lớn hơn biên độ của tín hiệu của dòng
điện ra. Do đó hiệu suất η của bộ khuếch đại chế độ A rất thấp (<50%):
ηclass − A = U tMax / (2.Vcc2 ) Trong đó UtMax điện áp lớn nhất trên tải
Trong chế độ A tín hiệu được khuếch đại gần như tuyến tính với góc cắt 2θ = 3600
Hình 2.1. Tín hiệu ra trên bộ khếch đại chế độ A
Chế độ A thường được dùng cho tầng khuếch đại công suất đơn yêu cầu độ trung thực tín hiệu
cao, công suất ra nhỏ (Pra < 1W).
b) Chế độ B:
Chế độ khuếch đại B của bộ khuếch đại do phần tử khuếch đại được định thiên tạo
điểm làm việc tại chế độ B. Chế độ B với góc cắt 2θ = 1800, do đó phần tử khuếch đại chỉ thực
hiện khuếch đại một nửa chu kỳ tín hiệu. Bộ khuếch đại chế độ B có hiệu suất cao hơn chế độ
A. Hiệu suất lý tưởng đạt được vào khoảng π / 4 (78,5%).
PDC = ( 2.Vcc .V ) / (π .R ) ; PLoad = V 2 / ( 2.R ) ;ηclass − B = (π .V ) / ( 4.Vcc )
(2.4)
Hình 2.2. Tín hiệu ra trên bộ khếch đại chế độ B.
Chế độ khuếch đại B được dùng phổ biến trong các mạch khuếch đại công suất
đẩy kéo (Push – Pull Amplifier) hình 2.3.a. trong cấu hình này mỗi một bóng bán dẫn
sẽ thực hiện khuếch đại từng nửa chu kỳ tín hiệu (nửa chu kỳ âm, nửa chu kỳ dương).
Tín hiệu đầu ra được thực hiện tổng hợp lại tín hiệu (dạng đầy đủ) thông qua biến áp
ghép đầu ra có điểm trung tính. Bộ lọc thiết lập ở đầu ra trên cuộn thứ cấp của biến áp
T2 có chức năng sửa dạng tín hiệu sao cho giống với tín hiệu đầu vào bộ khuếch đại.
a)
b)
Hình 2.3
Trong trường hợp chỉ sử dụng một phần tử khuếch đại làm việc trong chế độ B
như hình 2.3.b, phần tử khuếch đại chỉ làm việc trong ½ chu kỳ. Chính vì thế một
mạch cộng hưởng được thiết lập ở đầu ra của phần tử khuếch đại để thực hiện tái tạo
nửa còn lại của tín hiệu.
c) Chế độ AB:
Chế độ AB làm việc với các phần tử khuếch đại làm việc trong chế độ AB, điểm
làm việc nằm giữa A và B. Là sự kết hợp của các yếu tố như tính tuyến tính như chế độ
A, công suất cao hơn như chế độ B. Quá trình định thiên cho phần tử khuếch đại
(transistor) để thiết lập điểm làm việc tại vùng giữa các điểm cut và điểm làm việc A
sao cho tại vị trí khoảng từ 10 – 15% dòng ICmax.
Do đó góc cắt 2θ nằm trong khoảng từ 1800 đến 3600. Và hiệu suất cao hơn chế
độ A nhưng thấp hơn chế độ B ( 50% < η < 78,5% )
Hình 2.4. Tín hiệu ra trên bộ khếch đại chế độ AB.
Trong thực tế, chế độ công tác AB trong các phần tử khuếch đại, đặc biệt là
khuếch đại công suất thường hay sử dụng trong chế độ công tác AB là lai của hai chế
độ A và B. Mặc dù về độ tuyến tính không hoàn toàn tốt hơn chế độ A hay về mặt công
suất cũng không hơn hẳn B. Nhưng lý do được chọn chính bởi quá trình định thiên cho
các phần tử khuếch đại làm việc trong chế độ A hoặc B đều có thể rất dễ dàng rơi vào
trạng thái bão hòa do nhiều yếu tố khác nhau dễ dẫn tới điểm làm việc bị lệch thiên lớn
méo lớn khi tác động của nhiệt. Do đó để an toàn người ta định thiên cho các phần tử
khuếch đại làm việc trong chế độ AB. Đặc biệt với khuếch đại công suất tín hiệu vào
lớn do đó chế độ công tác AB dễ dàng thiết lập và thiết kế.
Đối với mạch khuếch đại công suất sử dụng phần tử khuếch đại loại BJT trong
chế độ công tác AB với trở kháng vào nhỏ do đó trong thiết kế mạch khuếch đại công
suất đặc biệt là đối với mạch KĐCS lớn thường sử dụng phần tử khuếch đại loại FET
vừa cho công suất lớn và đặc biệt trở kháng vào lớn. Hệ số khuếch đại đối mạch khuếch
đại làm việc trong chế độ AB có thể đạt tới 3dB cao hơn trong chế độ B. Song trong
chế độ AB vấn đề xử lý méo cũng là một bài toán cần phải được xem xét tính toán
trong quá trình thiết kế.
d) Chế độ C:
0
Trong chế độ C góc cắt 2θ < 180, với dòng Ic =0 và thời gian khóa của phần tử
khuếch đại (transistor) lớn hơn thời gian mở. Độ tuyến tính của bộ khuếch đại trong chế
độ C là thấp nhất so với các chế độ khuếch đại khác. Hiệu suất có thể đạt tới 85 % cao
hơn rất nhiều so với chế độ A và B. Chế độ C thường được sử dụng trong khuếch đại
tín hiệu xung.
Hình 2.5. Tín hiệu ra trên bộ khếch đại chế độ C
Hình 2.6.Các chế độ công tác
2.3. Tầng khuếch đại công suất
+ Tiền khuếch đại công suất:
Tiền khuếch đại công suất có nhiệm vụ tạo ra tín hiệu cho công suất đủ lớn để đưa đến
kích thích cho tầng khuếch đại công suất cao tần làm việc. Tầng tiền khuếch đại công suất
không yêu cầu hệ số khuếch đại lớn mà cần yêu cầu cao về tính trung thực của tín hiệu, dễ
dàng phối hợp trở kháng và có khả năng tự điều chỉnh hệ số khuếch đại để đảm bảo mức công
suất ra ổn định.
Để đảm bảo yêu cầu này, tầng tiền khuếch đại công suất thường làm việc trong chế độ
A (để đảm bảo tính trung thực của tín hiệu khi khuếch đại).
+ Khuếch đại công suất:
Yêu cầu đặt ra đối với tầng khuếch đại công suất là tạo ra ở tải một công suất cần thiết
của tín hiệu. Công suất ấy do tầng khuếch đại tạo ra phải đảm bảo yêu cầu là tiêu thụ ít công
suất từ nguồn nôi và đảm bảo sai lệch phi tuyến, sai lệch tần số trong phạm vi cho phép. Ngoài
ra, cần phải đảm bảo cho hiệu suất cao và làm việc hiệu quả ở tần số cao. Chính vì thế thông
thường người ta hay sử dụng các tầng khuếch đại đẩy kéo để làm tầng KĐCS.
Tầng khuếch đại đẩy kéo có ưu điểm là công suất cao, hiệu suất lớn và giảm méo phi
tuyến. Tầng khuếch đại đẩy kéo gồm hai phần tử mắc chung với tải. Với tầng khuếch đại đẩy
kéo song song: các phần tử tích cực được mắc ở bên nhánh trái của cầu, nhánh phải của cầu là
điện trở tải và có điểm giữa nối với nguồn cung cấp mắc trong nhánh chéo của cầu. Ngược lại,
trong sơ đồ khuếch đại công suất đẩy kéo nối tiếp, nguồn cung cấp có điểm giữa nối với tải,
tải nằm trong nhánh chéo của cầu. Với sơ đồ khuếch đại công suất đẩy kéo song song thường
dùng mạch ghép biến áp với tải tiêu thụ.
Hình 2.7. Sơ đồ khối nguyên lý tầng khuếch đại công suất đẩy kéo nối tiếp
+ Phương pháp tự động điều chỉnh công suất:
Để đảm bảo mức công suất đưa ra anten phát ổn định thì trong tầng khuếch đại công
suất người ta ghép thêm mạch tự động điều chỉnh công suất (APC – Automatic Power
Control). Ta có thể minh họa hoạt động của mạch theo sơ đồ khối sau:
Hình 2.8. Sơ đồ khối nguyên lý mạch tự động điều chỉnh công suất – APC.
Hoạt động của hệ thống: để có thể điều chỉnh công suất ra người ta thường điều chỉnh
hệ số khuếch đại của tầng tiền khuếch đại công suất. Bộ cảm biến dòng anten sẽ cảm biến tín
hiệu đưa ra anten thành tín hiệu một chiều về khối so sánh thực hiện so sánh với ngưỡng công
suất chuẩn yêu cầu (tùy thuộc vào công suất phát). Tín hiệu sai lệch sẽ đưa ra thành tín hiệu
điều khiển hệ số khuếch đại của tầng tiền khuếch đại công suất. Nhờ đó mà công suất đưa ra
anten luôn được duy trì ổn định.
2.4. Bộ điều hưởng anten.
Một trong những yếu tố quyết định tới chất lượng của máy phát đó là việc phối hợp trở
kháng giữa tầng khuếch đại công suất và anten. Nếu máy phát sử dụng một tần số thì chỉ cần
một anten vì khi đó anten làm việc ở chế độ cộng hưởng (dòng bức xạ của anten là lớn nhất).
Song nếu máy phát sử dụng nhiều tần số hoặc phát trên một đoạn tần số thì theo nguyên tắc
máy phát phải sử dụng nhiều anten để phát; do đó gây lãng phí, tốn kém, cồng kềnh.
Vấn đề đặt ra là với máy phát sử dụng nhiều tần số hoặc trên một dải tần số nào đó mà
chỉ sử dụng một anten duy nhất thì chúng ta cần phải có biện pháp mở rộng dải tần làm việc.
Để làm được việc đó thì việc giải quyết bài toán liên quan đến việc phối hợp trở kháng giữa
anten và tầng khuếch đại công suất sẽ là một giải pháp cho vấn đề này.
Hình 2.9. Sơ đồ khối nguyên lý điều hưởng
Nguyên lý hoạt động:
– Khi thay đổi tần số phát, mạch cảm biến công suất ra sẽ cảm biến công suất đưa vào
anten. Sau đó thông tin từ bộ cảm biến công suất sẽ được đưa tới bộ điều khiển, tại đây sẽ thực
hiện so sánh và phân tích và đưa ra tín hiệu điều khiển tới mạch phối hợp trở kháng.
– Để công suất ra đạt yêu cầu thì mạch phối hợp trở kháng nhận tín hiệu điều khiển sẽ
thực hiện đóng mở các tụ điện, cuộn cảm. Quá trình cảm biến công suất và điều khiển được
thực hiện đồng thời thông qua mạch điều khiển. Các kết quả sẽ được nhớ trong bộ nhớ và
được so sánh với nhau thông qua CPU. Bộ điều khiển sẽ tiến hành điều khiển cho tới khi kết
quả công suất đạt giá trị theo yêu cầu. Việc kiểm tra công suất có đạt yêu cầu hay không thông
qua thiết bị chỉ báo anten. Khi công suất ra đạt yêu cầu thì quá trình đều khiển kết thúc.
CHƯƠNG III: ĐIỀU CHẾ VÀ TẠO TẦN SỐ PHÁT
3.1. Các phương pháp điều chế tín hiệu trong máy phát.
3.1.1. Điều chế tương tự.
a) Khái niệm:
Trong thực tế sóng âm thanh, hay sóng điện mang tin tức, tín hiệu băng gốc đều là các
sóng có tần số thấp và không thể truyền đi xa trong không gian. Do vậy tin tức trong miền tần
số thấp cần được chuyển sang miền tần số cao (sóng vô tuyến). Điều chế là quá trình ghi tin
tức cần phát vào một dao động cao tần (sóng mang) nhờ biến đổi một hoặc vài thông số nào
đó như: biên độ, tần số, góc pha, độ rộng xung, hoặc biên độ và pha… của dao động cao tần
theo tin tức.
Người ta phân biệt hai loại điều chế: điều chế biên độ và điều chế góc; trong đó điều
chế góc bao gồm điều tần và điều pha. Khi tải tin là tín hiệu xung chúng ta có loại điều chế số.
Tín hiệu cao tần thường sử dụng một trong số các tín hiệu tuần hoàn có dạng cơ bản.
Đặc biệt, trong thực tế quá trình điều chế tương tự người ta chọn là tín hiệu điều hoà dạng hàm
cos là: c(t ) = A. cosα (t )
Trong đó ta có các thông số: A – Biên độ.
α (t ) = ω 0 t + ϕ – Góc pha.
ω 0 – Tần số.
ϕ – Góc pha đầu (Pha).
Quy luật biến thiên của một thông số bất kỳ k theo tín hiệu âm tần s(t ), sau khi đã
được chọn của tín hiệu cao tần c(t ) có dạng thức như sau (Chú ý: Mỗi thông số là 1 hệ số
không thay đổi theo thời gian, nhưng khi được chọn làm thông số điều chế nó sẽ là 1 hàm của
thời gian hay gọi là tín hiệu phụ thuộc):
k = k ( t ) = k0 + ∆k .s ( t )
Trong đó: k 0 – Giá trị đầu của thông số điều chế.
∆k – Số gia của thông số điều chế (Độ sâu điều chế).
b) Phân loại:
Trong điều chế tín hiệu tương tự được phân ra làm các loại:
– Điều biên (điều chế biên độ): là quá trình làm cho biên độ của sóng mang biến thiên
theo tin tức.
– Điều tần (điều chế tần số): là quá trình làm cho tần số của sóng mang cao tần biến
thiên theo tin tức.
– Điều pha: là quá trình làm cho góc pha của sóng mang cao tần biến đổi theo tin tức.
b) Điều chế biên độ:
– Điều biên là quá trình làm cho biên độ tải tin (sóng mang) biến đổi theo tin tức. Giả
sử pha ban đầu của tin tức và tải tin đều bằng 0.
Tin tức có dạng tín hiệu mô tả dạng toán học là: us = U s cos(ωs t )
Sóng mang hay tải tin có dạng: uc = U c cos(ωct )
Khi đó tín hiệu điều biên có dạng: u AM = (U c + U s cos (ωs t ) ) cos (ωc t ) hay
U
u AM = U c 1 + s cos (ωs t ) cos (ωc t ) = U c (1 + m.cos (ωs t ) ) cos (ωc t )
Uc
à u AM = U c cos (ωct ) +
U
m
m
U c cos (ωc + ωs ) t + cos (ωc − ωs ) t, trong đó: m = s gọi là hệ số điều
Uc
2
2
chế.
– Từ biểu thức này ta thấy phổ của tín hiệu điều biên bao gồm: thành phần phổ của biên
tần trên, thành phần phổ của biên tần dưới và thành phần phổ của sóng mang.
Phổ AM (tham khảo trong tài liệu Lý thuyết truyền tin – TS. Lê Quốc Vượng)
– Hệ số điều chế m phải thỏa mãn điều kiện: m<1 hoặc m=1. Nếu hệ số điều chế không
thỏa mãn điều kiện này thì sẽ xảy ra hiện tượng quá điều chế, lúc này tín hiệu sẽ bị méo
nghiêm trọng.
Hình 3.2. Tín hiệu điều biên – AM với các hệ số điều chế khác nhau
* Quan hệ năng lượng trong điều biên:
– Công suất tải tin là công suất trung bình trong một chu kỳ tín hiệu, được xác định bởi
1
2
công thức: Pc = U c2
1 1
– Công suất biên tần được xác định theo công thức: Pbc = m U c
2 2
1
– Công suất của tín hiệu điều biên: PAM = Pc + 2.Pbc = Pc 1 + m 2
2
2
Từ các công thức trên ta thấy công suất của tín hiệu điều biên phụ thuộc vào hệ số điều chế m
1
4
1
2
(độ sâu điều chế). Khi m = 1 ta có: 2 Pbc = U c2 = Pc. Tín hiệu điều biên bắt đầu méo, để giảm
méo người ta thường chọn m<1. Khi đó công suất của hai biên chỉ bằng 1/3 công suất tải tin,
do vậy công suất tải chỉ phụ thuộc vào thành phần tải tin – đây chính là thành phần sóng mang
không mang tin tức. Thành phần mang tin chính là thành phần 2 biên tần nhưng có công suất
rất nhỏ. Trong thực tế để tiết kiệm công suất người ta chỉ phát đi một biên tần, thành phần
sóng mang có thể làm suy giảm hoặc triệt tiêu.
** Các chỉ tiêu cơ bản của điều biên:
– Hệ số méo phi tuyền: để giảm hệ số méo phi tuyến ta phải hạn chế phạm vi làm việc
của của bộ điều chế trong đoạn tuyến tính. Khi đó phải giảm hệ số điều chế m.
– Hệ số méo tần số: để dánh giá hệ số này người ta căn cứ vào đặc tuyến biên độ tần số:
m = f ( Fs ), với điều kiện Us = const. Hệ số méo tần số được xác định bằng biểu thức:
m
M = 0 hoặc theo dB: M dB = 20 lg M
m
Với: m0 – Hệ số điều chế lớn nhất.
M – Hệ số điều chế tại tần số đang xét.
*** Các phương pháp điều chế đơn biên:
+ Đặc điểm của điều chế đơn biên:
So với điều biên thì điều chế đơn biên có một số đặc điểm sau:
– Độ rộng dải tần giảm một nửa.
– Công suất phát xạ yêu cầu thấp hơn so với cùng một cự ly thông tin.
– Tạp âm phía thu giảm, so dải tần của tín hiệu hẹp hơn
+ Điều chế đơn biên bằng phương pháp lọc:
– Từ phổ của tín hiệu điều biên ta thấy, để có tín hiệu đơn biên chỉ cần lọc đi một biên
tần. Nhưng trong thực tế không làm được như vậy. Khi sóng mang có tần số cao thì việc lọc
và loại bỏ một biên tần sẽ rất khó do lúc này hai biên rất gần nhau, nên hệ số của bộ lọc yêu
cầu phải nhỏ trong khi đó việc thiết kế bộ lọc có hệ số lọc nhỏ cực kỳ khó khăn.
Vì vậy trong phương pháp lọc để hạ thấp yêu cầu đối với bộ lọc, người ta tiến hành điều chế 2
lần với tần số sóng mang phụ thấp hơn nhiều so với tần số tải tin yêu cầu. Sơ đồ khối thực
hiện như hình vẽ:
c
Hình 3.3. Sơ đồ khối nguyên lý điều chế đơn biên bằng phương pháp lọc.
– Nguyên lý hoạt động: Trước tiên, dùng tin tức để điều chế một tải tin trung gian có
tần số f1c khá thấp so với tải tần yêu cầu, sao cho hệ số lọc tăng lên để có thể lọc bỏ một biên
tần dễ dàng. Trên đầu ra của bộ lọc No1 sẽ nhận được một tín hiệu có dải phổ bằng dải phổ
của tín hiệu vào ∆f s = f s max − f s min nhưng dịch đi một lượng bằng f1c trên thang tần số.
– Tín hiệu ra từ bộ lọc No1 lại tiếp tục đưa vào bộ điều chế cân bằng 2, trên đầu ra của
bộ lọc điều chế này tín hiệu có phổ gồm hai biên tần cách nhau một khoảng ∆f = 2 f1 − 2 f s min
sao cho việc lọc lấy một dải biên tần được thực hiện một cách dễ dàng bởi bộ lọc 2. Kết quả ra
ta được tín hiệu điều chế đơn biên theo yêu cầu.
+ Điều chế đơn biên bằng phương pháp quay pha:
Cả hai tín hiệu us và uc đều được đưa tới bộ dịch pha 900 rồi được đưa tới bộ điều chế
cân bằng. Nếu đầu ra của cả hai bộ điều chế cân bằng dùng mạch tổng thì ta có tín hiệu đơn
biên tần dưới và ngược lại.
+ Điều chế đơn biên bằng phương pháp kết hợp (lọc và quay pha):
Tín hiệu tin tức qua bộ lọc dải được đưa vào bộ điều biên cân bằng 1 để điều chế với
tín hiệu tải tin u1c. Tín hiệu u1c bị dịch pha 900 nên tín hiệu đầu ra của 2 bộ ĐCCB 1 lệch pha
nhau 900. Sau đó qua hai bộ lọc thu (Lọc 1, Lọc 2) thu được tín hiệu biên tần trên lệch pha
nhau 900. Các tín hiệu này lại tiếp tục qua bộ ĐCCB 2 với tín hiệu sóng mang u2c. Tín hiệu u2c
cũng được quay pha đi 900. Kết quả thu được tại đầu ra là 2 biên tần trên lệch pha nhau 1800,
hai biên tần dưới đồng pha nhau. Qua mạch hiệu ta thu được tín hiệu đơn biên với tải tần yêu
cầu.
ĐCCB 1
us
Lọc dải
Dịch pha 900
ĐCCB 1
ĐCCB 2
Lọc 1
u2c
u1c
Lọc 2
Dịch pha 900
uAM-SB
Mạch trừ
ĐCCB 2
Hình 3.4. Sơ đồ khối nguyên lý mạch điều chế đơn biên bằng phương pháp lọc và quay pha.
Hình 3.5. Mạch điều chế cân bằng: a) dùng diode, b) dùng transistor.
d) Điều tần và điều pha:
Điều tần và điều pha là quá trình ghi tin tức vào tải tin làm cho tần số, pha tức thời của
tải tin biên thiên theo dạng tín hiệu điều chế.
3.1.2. Điều chế số.
a) Khóa dịch biên độ (ASK).
b) Khóa dịch tần (FSK).
c) Khóa dịch pha.
Chú ý: Ôn tập và tham khảo các phương pháp điều chế trong: “Lý thuyết truyền tin”.
3.2. Tạo tần số phát trong máy phát vô tuyến điện.
3.2.1. Các yêu cầu
Bộ tạo tần số phát trong máy phát vô tuyến điện thực hiện chức năng chính tạo tín hiệu
sóng mang cao tần có khả năng bức xạ ra không gian phù hợp với phương pháp điều chế tín
hiệu được sử dụng trong khối điều chế.
Bộ tạo tần số phát có thể thực phát một tần số, nhiều tần số, hoặc đoạn tần số liên tục
tùy theo yêu cầu. tín hiệu cao tần tạo ra có thể trong dải sóng dài, sóng trung hoặc sóng ngắn
phụ thuộc vào từng loại máy phát.
Yêu cầu đối bộ tạo tần tần số phát là:
– Phải ổn định, tham số này sẽ quyết định tới độ ổn định về tần số của máy phát.
– Tần số tạo ra phải chính xác, có biên độ thích hợp và độ tuyến tính cao khi cần thay
đổi tần số phát.
3.2.2. Các phương pháp tạo tần số phát
a) Phương pháp cổ điển:
– Sử dụng khung dao động LC tạo thành các mạch dao động kết hợp với mạch tự động
điều chỉnh tần số (AGC), trong trường hợp yêu cầu mạch dao động có tần số ổn định cao mà dùng các
biện pháp ổn định thông thường như ổn định nguồn cung cấp, ổn định tải… mà vẫn không đảm bảo
được ổn định tần số thì có thể sử dụng thạch anh để ổn định tần số.
– Đặc điểm các mạch sử dụng phương pháp này thường kém ổn định, mạch cồng kềnh
không có khả năng tích hợp. Dải tần công tác hạn chế. Không phù hợp với các loại máy phát
hiện nay.
b) Bộ tổng hợp tần số sử dụng PLL trong máy phát VTĐ.
– Trong thực tế, người ta thường sử dụng bộ tổng hợp tần số ứng dụng mạch vòng khoá pha
PLL (Phase Locked Loop) để tạo ra tần số phát, vì với cách tạo tần số phát bằng phương pháp này sẽ
tạo ra được nhiều tần số phát khác nhau, độ ổn định cũng khá cao, đặc biệt là thuận tiện trong quá
trình điều khiển và lựa chọn tần số phát cho máy phát.
Hình 3.1. Sơ đồ khối của PLL
– PLL hoạt động theo nguyên tắc “vòng điều khiển”, cả hai đại lượng vào và ra đều là tần số,
chúng được so sánh với nhau về pha. Vòng điều khiển sẽ phát hiện và hiệu chỉnh sai số giữa tín hiệu
vào và tín hiệu ra (Ud1=0). Tần số tín hiệu so sánh bằng tần số ra hoặc tỉ lệ với nhau theo hệ số chia.
+ Các thành phần cơ bản của PLL
Một bộ PLL bao gồm các khối cơ bản:
– Bộ dao động có tần số điều khiển được (VCO/CCO).
– Bộ tách sóng pha.
– Bộ lọc thông thấp.
+ Bộ tách sóng pha có nhiệm vụ tạo ra một tín hiệu phụ thuộc vào hiệu pha (hiệu tần) của hai tín hiệu
vào. Các tín hiệu vào có thể là tín hiệu hình sin hoặc dãy xung hình chữ nhật. Có hai loại tách sóng
pha tuyến tính và tách sóng pha phi tuyến.
Tách sóng pha tuyến tính: thường là mạch nhân tương tự, tín hiệu ra của nó tỷ lệ với
biên độ tín hiệu vào.
Tách sóng pha phi tuyến: được thực hiện bởi các mạch số, do đó tín hiệu vào thường là
các dãy xung chữ nhật nên tín hiệu ra không phụ thuộc và biên độ tín hiệu vào. Các mạch số có thể là
mạch AND OR NOT.
+ Bộ lọc thông thấp có nhiệm vụ: nén tần số cao cho qua tần số thấp, đảm bảo cho PLL bắt nhanh và
bám được tín hiệu khi tần số biến đổi (có tốc độ đáp ứng cao). Dải thông của bộ lọc phải đủ lớn để
đảm bảo dải bắt cần thiết của PLL (vì dải bắt của PLL phụ thuộc vào dải thông của bộ lọc).
Trong thực tế hay sử dụng các mạch lọc thông thấp loại lọc tích cực hoặc thụ động. Nếu dùng
lọc thụ động thì đơn giản, độ tin cậy cao và ổn định. Nếu dùng lọc tích cực có thể tăng hệ số khuếch
đại của hệ thống và có thể dùng hệ số khuếch đại này để điều chỉnh dải bắt của PLL theo ý muốn.
+ Bộ tạo dao động có tần số điều khiển được:
VCO thực chất là bộ tạo tần số điều khiển bằng điện áp. Do vậy VCO phải đảm bảo những yêu
cầu chung: điện áp điều khiển và tần số dãy xung ra phải tuyến tính, độ ổn định tần số cao đồng thời
dải biến đổi tần số theo điện áp rộng dễ điều chỉnh thuận lợi cho việc tổng hợp thành vi mạch.
– Hoạt động của PLL:
Giả sử cả tín hiệu vào và ra đều là tín hiệu hình sin, vòng giữ pha thuộc loại tuyến tính sử dụng
mạch nhân tương tự để tách sóng pha.
+ Khi không có tín hiệu vào thì Ud1=0, mạch dao động điều khiển bằng điện áp (VCO) sẽ dao
động tại tần số W0 (đây là tần số dao động tự do hoặc dao động riêng của mạch VCO).
+ Khi có tín hiệu vào, bộ tách sóng pha lúc này sẽ so pha (hoặc tần số) của tín hiệu vào với tín
hiệu so sánh, tín hiệu Ud sẽ cho qua mạch lọc thông thấp thu được thành phần Ud1. Thành phần này
chỉ có một biên tần là Wv-Wr1 sẽ được khuếch đại và dùng làm tham số điều khiển VCO. Tần số của
mạch VCO sẽ thay đổi soa cho Wv – Wr1 = 0, nghĩa là: fv = fr1. Nếu có hệ số chia N thì có thể viết fr =
N.fv.
+ Nếu Wv và Wr1 lệch nhau quá nhiều làm cho thành phần (Wv – Wr1) và thành phần (Wv +
Wr1) sẽ nằm ngoài khu vực thông của bộ lọc. Khi đó không có tín hiệu điều khiển mạch VCO. Khi Wv
và Wr1 tiến lại gần nhau thì lúc này mạch VCO sẽ nhận được tín hiệu điều khiển, khi đó PLL sẽ hoạt
động và ta nói PLL làm việc trong dải bắt.
+ Dải giữ của PLL là giải tần số mà PLL có thể giữ được chế độ đồng bộ khi thay đổi tín hiệu
vào. Dải giữ chỉ phụ thuộc vào biên độ điện áp điều khiển Ud1 và khả năng biến đổi tần số của mạch
VCO.
– Ứng dụng của PLL
Mạch vòng quá pha PLL được sử dụng để biến đổi tần số, di chuyển tần số từ miền tần số thấp
sang miền tần số cao và ngược lại.
+ Tách sóng tín hiệu điều tần:
PLL khi sử dụng có kết cấu sao cho tần số dao động tự do W0 trùng với tần số trung tâm của
tín hiệu điều tần. Tần số của mạch VCO bám theo tần số của tín hiệu đã điều tần ở đầu vào và điện áp
Ud1 tỷ lệ với ∆W = Wdt.
+ Điều chế tần số:
Để truyền tín hiệu số trên các đường truyền thoại hoặc để lưu trữ các tín hiệu số người ta
thường sử dụng hai bit nhị phân “0” và “1” được mã hoá theo hai tần số khác nhau. Khi đó mạch vòng
quá pha PLL phải có kết cấu sao cho tần số dao động tự do W0 phải nằm giữa hai tần số trên sao cho
điện áp ra tỷ lệ với tần số vào.
+ Tổng hợp tần số:
Thực hiện tạo ra một mạng tần số rời rạc từ tần số chuẩn có độ ổn định cao. PLL thực hiện
được chế độ giữ pha nên các đặc tính ổn định và trôi nhiệt của các tần số được tạo ra cũng
giống như các tần số chuẩn. Các phép biến đổi của PLL:
Phép nhân tần số với hệ số nhân N: fr=N.fch
Hình 3.2. Thực hiện tổng hợp tần số dùng PLL
Tổng hợp tần số với tần số ra không phải là bội của tần số chuẩn: tần số chuẩn đưa vào
bộ chia với hệ số chia M, sau đó đưa vào bộ tách sóng pha. Tần số ra đưa về hồi tiếp qua bộ
chia với hệ số chia N (f0/N). Khi đồng bộ ta được: fch.N=f0.M
Hay ta có: f0=fr=(N/M).fch
Khi thay đổi các hệ số chia N, M được thực hiện chính xác và tự động thông qua điều khiển từ
CPU.`
PHẦN II: MÁY THU VÔ TUYẾN ĐIỆN
CHƯƠNG IV: TỔNG QUAN VỀ MÁY THU VÔ TUYẾN ĐIỆN
4.1. Khái quát thiết bị thu vô tuyến điện.
4.1.1. Khái niệm
Máy thu vô tuyến điện là một phần trong hệ thống thu phát vô tuyến điện. Nhiệm vụ chính
của máy thu là chọn lọc tín hiệu, tách tín hiệu tin tức ra khỏi dao động cao tần đã được điều chế.
Sau đó tín hiệu tin tức được khuếch đại tới mức công suất đủ lớn thực hiện các giải mã cần thiết
và được đưa tới các đầu ra phù hợp.
4.1.2. Phân loại máy thu vô tuyến điện.
Việc phân loại máy thu có thể dựa theo các chức năng, công suất, chế độ hoạt động, dải tần số
làm việc hoặc có thể là dựa vào kiến trúc loại máy thu đó…:
+ Phân loại theo công suất thu:
– Máy thu công suất nhỏ: P < 10W.
– Máy thu công suất vừa: 10W ≤ P < 1KW.
– Máy thu công suất lớn: P ≥ 1KW.
+ Phân loại theo dải tần công tác:
– Máy thu sóng trung: dải tần từ 300Khz÷3MHz.
– Máy thu sóng ngắn: 3MHz ÷ 30MHz.
– Máy thu sóng cực ngắn: 30MHz ÷ 300MH
+ Phân loại theo phương pháp điều chế:
– Điều chế tương tự: Bao gồm các loại điều chế: Điều chế biên độ(AM ) (đơn biên, đa
biên…); điều chế tần số( FM ), điều chế pha (PM).
– Điều chế số: Với các phương pháp điều chế: ASK (khóa dịch biên độ), FSK (khóa dịch
tần số), PSK (khóa dịch pha), BPSK, AFSK….`
+ Phân loại theo kiến trúc máy thu:
– Máy thu heterodyne.
– Máy thu image-reject.
– Máy thu homodyne.
– Máy thu subsampling.
4.1.3. Các thông số kỹ thuật của máy thu vô tuyến điện.
+ Hệ số khuếch đại (KRX) của máy thu: là khả năng khuếch đại đối với tín hiệu nhỏ nhất ở
đầu vào máy thu. Hệ số khuếch đại quyết định độ nhạy máy thu.
+ Độ nhạy của máy thu: là khả năng máy thu có thể tiếp nhận được tín hiệu nhỏ nhất ở đầu
vào mà vẫn xử lý và đưa ra tín hiệu bình thường, không méo với công suất đầu ra danh định.
Độ nhạy máy thu được đánh giá qua tỉ số tín hiệu tạp âm S/N (Sign/Noise) thông thường giá trị
này vào khoảng 20dB.
+ Độ chọn lọc của máy thu: là khả năng thu nhận các tín hiệu mong muốn và làm suy
giảm các tín hiệu khác. Người ta định nghĩa độ chọn lọc của máy thu theo tỉ số giữa hệ số khuếch
đại đối với tín hiệu và hệ số khuếch đại của nhiễu
Độ chọn lọc của máy thu với kênh lân cận là khả năng máy thu làm suy giảm tín hiệu có
tần số lân cận với tấn số thu (±10KHz).
+ Dải tần hoạt động của máy thu: đây là một thông số quan trọng, tham số này nói lên khả
năng thu được dải tần số hay băng tần làm việc của máy thu và độ rộng băng tần thu được. Một
đặc điểm khác biệt của máy thu vô tuyến điện là dải tần làm việc rộng hơn so với máy phát.
+ Chế độ làm việc của máy thu: thể hiện khả năng làm việc và khả năng tách các tín hiệu
tin tức với các loại tín hiệu điều chế khác nhau (máy thu đơn biên, đa biên, máy thu tương tự,
máy thu kỹ thuật số).
+ Độ ổn định tần số và độ chính xác tần số: là khả năng máy thu hoạt động ổn định và
chính xác tại tần số thu, tránh hiện tượng trôi tần số sẽ có ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu và
hiệu suất của máy. Chúng được xác định qua tỉ số: Δf/f trong đó Δf là độ sai lệch tần số, f là tần
số thu.
+ Độ méo: để đảm bảo máy thu hoạt động với hiệu suất cao và chất lượng tín hiệu tốt (độ
nhạy, độ chọn lọc tần số) thì ảnh hưởng của méo càng thấp càng tốt.
Ngoài ra còn một số thông số phụ thuộc vào mục đích sử dụng và điều kiện làm việc của máy thu
như:
– Nguồn cung cấp cho thiết bị.
– Công suất tiêu thụ nguồn.
– Công suất đầu ra (vd: tai nghe, loa…).
– Đặc điểm về kết cấu, tính cơ học, nhiệt độ và môi trường làm việc.
4.2. Các kiến trúc hệ thống máy thu vô tuyến điện.
4.2.1. Sơ đồ khối máy thu khuếch đại thẳng.“
Máy thu khuếch đại thẳng là loại máy thu có nhiều nhược điểm như độ nhạy, độ chọn lọc
và khả năng ổn định tần số kém, dải thông hẹp. Do đó loại máy thu có kiến trúc này ngày nay
không được sử dụng (hình 4.1).
anten
Mạch vào
KĐCT
Tách
sóng
KĐ âm
tần
Hình 4.1. Sơ đồ khối máy thu khuếch đại thẳng.
Nguyên lý hoạt động:
Tín hiệu cao tần (RF- Radio Frequency) được anten thu nhận và đưa đến đầu vào máy thu.
Mạch vào máy thu sẽ thực hiện chọn lọc tần số cần thu thông qua phương pháp cộng hưởng tần
số.
Tín hiệu thu sau khi được lọc bỏ những thành phần nhiễu sẽ được khuếch đại cao tần tới
biên độ đủ lớn để đưa vào bộ tách sóng (giải điều chế) và thu nhận lại tín hiệu tin tức đã điều chế
ở phía phát.
Tín hiệu tại anten mà máy thu cảm nhận được có giá trị rất nhỏ, do đó các yếu tố của mạch
vào cũng ảnh hưởng đến khả năng tách sóng của máy thu.
Với kết cấu và hoạt động đơn giản, máy thu khuếch đại thẳng có các tính năng hạn chế,
hiệu suất và chất lượng không cao, công suất, chất lượng tín hiệu thu cũng như khả năng chống
nhiễu và các thông số kỹ thuật khác của máy thu có giá trị thấp.
4.2.2. Sơ đồ khối máy thu đổi tần.
Hình 4.2. Sơ đồ khối cơ bản của máy thu đổi tần.
Máy thu đổi tần đã khắc phục được những nhược điểm của máy thu khuếch đại thẳng. với
đặc điểm là khuếch đại tín hiệu ở tần số trung gian sử dụng các bộ khuếch đại chọn lọc (tải là các
khung cộng hưởng) nên dễ đạt được hệ số khuếch đại lớn kể cả ở những băng tần sóng ngắn.
Ưu điểm của máy thu đổi tần:`
– Độ nhạy máy thu cao.
– Hệ số khuếch đại đồng đều trên cả băng sóng.
– Độ chọn lọc cao.
– Do sử dụng tần số trung gian và độ chọn lọc nằm trong phạm vi trung tần nên đặc tính
tần số của toàn máy gần như không thay đổi trong toàn bộ dải sóng.
Tần số trung tần của máy thu giảm nhiều so với tần số cao tần kết hợp với các mạch cộng
hưởng có hệ số phẩm chất lớn đã cho phép máy thu nhận được tín hiệu có độ chọn lọc và độ nhạy
cao và dạng đặc tuyến tần số gần lý tưởng. Các tầng từ phạm vi tần số cao (RF) đến âm tần đều
thực hiện khuếch đại tại các tần số khác nhau nên tránh được hiện tượng ghép ký sinh giữa các
tầng.
Ở một số máy thu vô tuyến điện có chất lượng cao (độ nhạy, độ chọn lọc, hiệu suất cao),
đặc biệt là các máy thu chuyên dụng người ta thường thực hiện đổi tần từ 2 đến 3 lần.
4.2.3. Một số hệ thống thu đổi tần thông dụng.
4.2.3.1. Hệ thống thu Heterodyne:
Hệ thống thu Heterodyne là một trong những hệ thống được ứng dụng phổ biến trong lĩnh
vực thông tin truyền sóng điện từ hiện nay.
* Nguyên lý của hệ thống:
– Tín hiệu sóng vô tuyến RF (Radio Frequency) có tần số rất cao đầu tiên được khuyếch
đại trong bộ trọn tần, sau đó tín hiệu cao tần này sẽ chuyển đổi xuống tần số IF (Intermediater
Frequency) thấp hơn hay còn gọi là trung tần và fIF =fRF -fLO. Tín hiệu này sau khi được khuyếch
đại và đưa vào bộ lọc tần trung thì cuối cùng ta sẽ đưa tín hiệu được về dải tần cơ sở.
Hình 4.3. Sơ đồ nguyên lý hệ thống thu Hecterodyne
– Bộ trộn được xem như mạch nhân analog mà tín hiệu RF được trộn hay nhân với tín hiệu
được tạo ra với bộ dao động nội tại (Local Ocilator), ở đây thành phần dao động nội tại điều
chỉnh thêm vào thì rất quan trọng với việc ứng dụng của bộ thu heterodyne ví dụ như trong các
thiết bị radio,Tv, vệ tinh và các thiết bị thông tin khác.
Dải băng đối xứng phía trên và dưới của dao động nội tại sẽ đổi tần cùng tạo ra tần số IF
giống nhau.
Phần ảnh được coi như là nhiễu của hệ thống và đo bằng tỉ số SNR và bộ lọc ảnh nhiễu IR
(Image reject) lúc này cần được thêm vào.`
* Đánh giá hệ thống:`
Ưu điểm:
– Hệ thống này có độ nhạy cao trong việc thu các tần số và đối tượng xử lý ở đây chỉ là tần
số.
– Mạch analog xử lý tín hiệu sau khi đưa về trung tần là đơn giản.
Nhược điểm:
– Hệ thống máy thu này là có phát sinh hiện tượng tần số ảnh, để khắc phục lỗi này người
ta thường loại bỏ tần số ảnh bằng việc thêm vào một bộ lọc tại đằng trước của bộ trộn tần.
– Giá thành bộ lọc IR đắt.
– Hệ thống nhìn chung là phức tạp tiêu thụ công suất lớn.
4.2.3.2. Hệ thống thu loại ảnh.
• Hệ thống thu khử ảnh (image-reject )
• Mục đích chính của bộ thu khử ảnh là xử lý việc khử ảnh mà không sử dụng bộ lọc bên
ngoài.
• Hai mô hình thu loại ảnh: Mô hình Harley và mô hình Weaver.
a) Mô hình Harley:
* Nguyên lý:
Tín hiệu RF đầu vào được trộn với tín
hiệu dao động nội tại vuông góc ở đầu ra có
tên là sin(ωLOt) và cos(ωLOt) sau đó được đưa
qua bộ lọc thông thấp, tín hiệu tại nút x thì
được thay đổi 900 bởi mạng RC-CR, sau đó sẽ
được cộng với tín hiệu tại nude b, nó có thể
coi là tổng của nút a và b nhằm loại bỏ ảnh và
chỉ giữ lại tín hiệu mong muốn. Trong thực
thế thì mạng RC-CR một phần là + 450 và
phần còn lại là – 450.
* Nhận xét:
Nguyên lý loại trừ của Hartley rất dễ bị ảnh hưởng bởi sự mất tương xứng của các dữ liệu,
nếu pha của hai tín hiệu không hoàn toàn cân bằng thì hình ảnh chỉ bị loại bỏ một phần…các vấn
đề liên quan đến mất tương xứng bao gồm lỗi I/Q và sự không chính xác của các tham số R và C
sẽ dẫn đến biến đổi các thông số không tốt cho hệ thống.
b) Mô hình Weaver.
Để giảm bớt sự mất tương xứng với việc mạng RC-CR quay 90 độ trong cấu trúc của
Hartley, mô hình Weaver có thể thay thế bằng quá trình trộn vuông góc hai lần.
Câu trúc Weaver đạt được việc loại bỏ ảnh lớn hơn do không sử dụng mạng RC-CR tuy
nhiên do mạch điện vẫn phụ thuộc vào khử ảnh qua việc loại trừ do vậy vẫn có sự mất tương
xứng giữa các pha và đây là vấn đề đáng quan tâm.
Mô hình Harley và Weaver đã loại bỏ sự cần thiết phải có bộ lọc để loại ảnh nhưng chúng
cũng để lại sự mất tương xứng giữa các pha.
Hình 4.4. Kiến trúc máy thu theo mô hình Wearver
4.2.3.3. Hệ thống thu homodyne
Sự phát triển không ngừng của các mạng di động và các dạng thức giao tiếp không dây thì
xu hướng đang tiến tới việc sẽ thu tín hiệu một cách trực tiếp.Việc thu cũng như biến đổi trực tiếp
này được đưa ra khái niệm hệ thống homodyne hay là chuyển đổi zero-IF (tần thấp mức 0). `
* Nguyên lý:
– Tín hiệu đầu tiên được khuyếch đại và
loại nhiễu, sau đó sẽ được chuyển đổi trực
tiếp tới dải thông cơ sở hay thậm chí là sẽ
chuyển thẳng tới tín hiệu hiện thời.Khi tần số
của RF và LO là ngang bằng thì nó sẽ tiến
hành công việc được xem như là sự dò
pha.Trong một vài trường hợp, việc thu tín
hiệu sẽ được thực hiện chỉ khi mà dao động
nội bộ được đồng bộ về pha với tần số sóng
mang chuyển tới, sự thu này được gọi là
homodyne
– Zero IF (tần thấp mức 0)
• Giả định rằng IF trong heterodyne được giảm đến 0, thì dao động nội tại sẽ chuyển điểm
trung tâm của kênh thu tới 0hz ,và phần của kênh mà được chuyển tới phía âm của trục tần số sẽ
trở thành ảnh đối với một phần của kênh tương tự ở phía trục tần số dương.
• Để có thể đạt được hiệu quả thu thông tin lớn nhất, chúng ta cần phải
lấy cả hai phần của tín hiệu. Điều này sẽ được thực hiện bởi phương thức sau
còn được gọi là đổi tần vuông góc. Nguyên lý của phương pháp này là tín
hiệu sẽ được chia làm hai kênh và sẽ được đổi tần thấp bởi một dao động nội bộ, và có pha quay
một góc 90 độ với kênh còn lại tương ứng, vector của tín hiệu kết quả được biểu diễn như sau:
Signal = I 2 + Q 2
arg ( Signal ) = ϕ = arctg
Q
I
* Đánh giá hệ thống:
Ưu điểm:
– Phổ của tín hiệu RF đơn giản quá trình chuyển tần số qua việc chuyển thẳng xuống dải
tần cơ sở ngay trong quá trình đổi tần đầu tiên
– Việc chọn kênh chỉ yêu cầu một bộ lọc thông thấp
– Tần số ảnh được loại bỏ không cần có các mô hình loại ảnh hay bộ lọc
– Không cần bộ trộn, bộ khuyếch đại ở tần số trung gian do không có giai đoạn này.
– Hệ thống đơn giản.
Nhược điểm:
– Nhược điểm chính của hệ thống này là sẽ có một khoảng rỗi gây ra bởi sự rò rỉ của tín
hiệu dao động nội tại đối với sóng vô tuyến RF của bộ trộn, tín hiệu sẽ liên tiếp được phản chiếu
TrangPHẦN I : MÁY PHÁT VÔ TUYẾN ĐIỆN ……………………………………………………………………………….. 4CH ƯƠNG I : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY PHÁT VTĐ ……………………………………………………….. 41.1. Chức năng trách nhiệm của máy phát VTĐ ………………………………………………………………………… 41.2. Các chỉ tiêu kỹ thuật của máy phát VTĐ ………………………………………………………………………… 51.3. Các kiến trúc và nguyên tắc hoạt động giải trí của máy phát VTĐ ………………………………………………… 61.3.1. Direct Conversion Transmitter ……………………………………………………………………………….. 61.3.2. Two-step Conversion Transmitter …………………………………………………………………………… 8CH ƯƠNG II : KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT CAO TẦN VÀ ĐIỀU HƯỞNG ANTEN ………………….. 92.1. Khái quát tầng khuếch đại cao tần tín hiệu lớn trong máy mát VTĐ. ………………………………….. 92.2. Các chính sách thao tác của tầng khuếch đại hiệu suất cao tần. ……………………………………………… 92.3. Tầng khuếch đại hiệu suất ………………………………………………………………………………………….. 132.4. Bộ điều hưởng anten. …………………………………………………………………………………………………. 14CH ƯƠNG III : ĐIỀU CHẾ VÀ TẠO TẦN SỐ PHÁT ………………………………………………………………. 153.1. Các giải pháp điều chế tín hiệu trong máy phát. ……………………………………………………….. 153.1.1. Điều chế tương tự như. ………………………………………………………………………………………………. 153.1.2. Điều chế số. …………………………………………………………………………………………………….. 183.2. Tạo tần số phát trong máy phát vô tuyến điện. ………………………………………………………………. 183.2.1. Các nhu yếu ………………………………………………………………………………………………………… 183.2.2. Các chiêu thức tạo tần số phát …………………………………………………………………………… 18PH ẦN II : MÁY THU VÔ TUYẾN ĐIỆN ………………………………………………………………………………. 21CH ƯƠNG IV : TỔNG QUAN VỀ MÁY THU VÔ TUYẾN ĐIỆN ……………………………………………. 214.1. Khái quát thiết bị thu vô tuyến điện. …………………………………………………………………………….. 214.1.1. Khái niệm ………………………………………………………………………………………………………….. 214.1.2. Phân loại máy thu vô tuyến điện. ………………………………………………………………………….. 214.1.3. Các thông số kỹ thuật kỹ thuật của máy thu vô tuyến điện. …………………………………………………… 214.2. Các kiến trúc mạng lưới hệ thống máy thu vô tuyến điện. ………………………………………………………………. 224.2.1. Sơ đồ khối máy thu khuếch đại thẳng. ` ` …………………………………………………………………. 224.2.2. Sơ đồ khối máy thu đổi tần. ………………………………………………………………………………….. 224.2.3. Một số mạng lưới hệ thống thu đổi tần thông dụng. ………………………………………………………………… 23CH ƯƠNG V : CHỨC NĂNG VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY THU ĐỔI TẦN …………………………… 285.1. Đặc điểm và nhu yếu của mạch vào máy thu. ………………………………………………………………… 285.2. Phân loại mạch vào máy thu. ………………………………………………………………………………………. 285.3. Các tham số của mạch vào. …………………………………………………………………………………………. 295.4. Tầng khuếch đại cao tần trong máy thu. ……………………………………………………………………….. 305.4.1. Đặc điểm tầng KĐCT trong máy thu. ……………………………………………………………………. 305.4.2. Sơ đồ mạch và đặc tính tần số. ……………………………………………………………………………… 315.5. Tầng đổi tần trong máy thu. ………………………………………………………………………………………… 315.5.1. Bộ tạo giao động nội. ……………………………………………………………………………………………. 315.5.2. Mạch đổi tần ( trộn tần ). ……………………………………………………………………………………….. 315.6. Tầng khuếch đại trung tần trong máy thu. …………………………………………………………………….. 325.6.1. Đặc điểm tầng khuếch đại trung tần trong máy thu. …………………………………………………. 325.6.2. Yêu cầu so với mạch khuếch đại trung tần. …………………………………………………………… 325.7. Tầng tách sóng ………………………………………………………………………………………………………….. 335.7.1. Mạch tách sóng biên độ. ………………………………………………………………………………………. 335.7.2. Mạch tách sóng tín hiệu đơn biên. …………………………………………………………………………. 335.7.3. Tách sóng tần số. ………………………………………………………………………………………………… 335.7.4. Tách sóng tín hiệu FSK ……………………………………………………………………………………….. 335.8. Khuếch đại âm tần. ……………………………………………………………………………………………………… 335.9. Các mạch kiểm soát và điều chỉnh trong máy thu vô tuyến điện. ………………………………………………………… 335.9.1. Mạch tự động hóa kiểm soát và điều chỉnh, điều hưởng tần số. …………………………………………………………. 335.9.2. Mạch tự động hóa kiểm soát và điều chỉnh thông số khuếch đại. ……………………………………………………………. 34PH ẦN III : KIẾN TRÚC MÁY THU PHÁT ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SDR. ………………………….. 35CH ƯƠNG VI : TỔNG QUAN VỀ SDR ………………………………………………………………………………….. 356.1. Khái niệm về thiết bị vô tuyến có cấu trúc mềm – SDR ………………………………………………….. 356.1.1. Định nghĩa về SDR ……………………………………………………………………………………………… 366.1.2. Đặc điểm của SDR ……………………………………………………………………………………………… 406.2. Cấu trúc của SDR ………………………………………………………………………………………………………. 416.2.1. Sự khác nhau giữa SDR với thiết bị vô tuyến cũ …………………………………………………….. 416.2.2. Một vài cấu trúc SDR ………………………………………………………………………………………….. 426.2.3. Cấu trúc chung của SDR ……………………………………………………………………………………… 436.3. Các thành phần cơ bản của SDR ………………………………………………………………………………….. 456.3.1. Khối cao tần tích hợp …………………………………………………………………………………………… 456.3.2. Bộ chuyển đổi tựa như – số …………………………………………………………………………………. 466.3.3. Mạch giải quyết và xử lý tín hiệu số …………………………………………………………………………………………. 46CH ƯƠNG VII : PHÂN TÍCH CẤU TRÚC CỦA SDR. …………………………………………………………….. 497.1. Yêu cầu và đặc thù kỹ thuật của SDR ………………………………………………………………………… 497.1.1. Đặc điểm của máy phát ……………………………………………………………………………………….. 497.1.2. Đặc điểm của máy thu …………………………………………………………………………………………. 507.1.3. Các dải tần số sử dụng …………………………………………………………………………………………. 517.2. Các cấu trúc máy thu SDR ………………………………………………………………………………………….. 517.2.1. Cấu trúc quy đổi trực tiếp ……………………………………………………………………………….. 517.2.2. Cấu trúc đổi tần nhiều lần …………………………………………………………………………………….. 527.2.3. Cấu trúc trung tần thấp ………………………………………………………………………………………… 537.3. Các cấu trúc máy phát SDR ………………………………………………………………………………………… 537.3.1. Máy phát quy đổi trực tiếp ………………………………………………………………………………. 537.3.2. Máy phát đổi tần nhiều lần …………………………………………………………………………………… 547.3.3. Độ tuyến tính và hiệu suất của máy phát ………………………………………………………………… 54PH ẦN I : MÁY PHÁT VÔ TUYẾN ĐIỆNCHƯƠNG I : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY PHÁT VTĐ1. 1. Chức năng trách nhiệm của máy phát VTĐ1. 1.1. Chức năng nhiệm vụMột mạng lưới hệ thống thông tin VTĐ gồm có thiết bị phát, thiết bị thu và môi trường tự nhiên truyền sóng. Trong đóthiết bị phát là một yếu tố quan trọng trong mạng lưới hệ thống thông tin. Hình 1.1. Sơ đồ mạng lưới hệ thống thu phát. Máy phát VTĐ là một thiết bị có trách nhiệm phát đi tin tức dưới dạng sóng cao tần nhằm mục đích đảm bảothông tin hoàn toàn có thể truyền tải đi xa. Trong đó tín hiệu cao tần ( sóng mang ) làm trách nhiệm chuyển tải thông tin cần phát tới điểmthu. Các nguồn tin này được tổng hợp và được gắn với sóng mang bằng một chiêu thức điều chếthích hợp, thực thi KĐ hiệu suất cao tần và chuyển bức xạ thành dạng sóng điện từ ra ngoài khônggian qua mạng lưới hệ thống anten phát. Máy phát phải phát đi với hiệu suất đủ lớn và sử dụng phương pháp điều chế đúng mực để đảmbảo khoảng cách truyền, chất lượng tin chuyển tải tới máy thu sao cho it sai, lỗi nhất. 1.1.2. Yêu cầu với máy phát VTĐ – Đảm bảo cự ly thông tin ( điểm A -> B ) -> chuyển tải tin tức. – Đảm bảo dải tần công tác làm việc ( tần số phát ). – Không sinh hài, gây nhiễu ( nhiễu tần số lân cận ). 1.1.3. Phân loạiCó nhiều cách phân loại máy phát VTĐ tuỳ theo mục tiêu sử dụng, mức hiệu suất ra, hay theophương thức điều chế, mỗi một chiêu thức đều có những ưu điểm yếu kém riêng cho từng nghành nghề dịch vụ sửdụng. Do đó ta hoàn toàn có thể địa thế căn cứ vào những nhu yếu để đưa ra chiêu thức phân loại tối ưu nhất. a. Phân loại theo nhóm công tác làm việc : – Nhóm công tác làm việc liên tục : sóng cao tần luôn luôn được bức xạ ra anten – Nhóm công tác làm việc mạch xung : sóng cao tần bức xạ ra anten theo dạng xung không liên tục ( trongradar ). b. Phân loại theo tần số phát : Tuỳ theo tần số hoạt động giải trí của máy phát đang hoạt động giải trí mà ta phân loại ra những loại máy phát : – Máy phát sóng dài ( 30KH z ÷ 300KH z ). – Máy phát sóng trung ( 300KH z ÷ 3000KH z ). – Máy phát sóng ngắn ( 3MH z ÷ 30MH z ). – Máy phát sóng cực ngắn ( 30MH z – 300MH z ). c. Theo phân loại theo hiệu suất phát : – Máy phát hiệu suất cực lớn : Pra ≥ 100 kW. – Máy phát hiệu suất lớn : 10 kW ≤ Pra < 100 kW. - Máy phát hiệu suất vừa : 10W ≤ Pra < 10 kW. - Máy phát hiệu suất nhỏ : Pra < 10W. d. Phân loại theo chiêu thức điều chế - Máy phát điều biên ( AM - Amplitude Modulation ). - Máy phát đơn biên ( SSB - Single Sideband Modulation ). - Máy phát điều tần ( FM - Frequency modulation ) và máy phát âm thanh nổi ( FM stereo ). - Máy phát điều chế số : Khoá dịch biên ( ASK ), khoá dịch tần ( FSK ), khoá dịch pha ( FSK ) … - Máy phát TLX. 1.2. Các chỉ tiêu kỹ thuật của máy phát VTĐChỉ tiêu kỹ thuật của máy phát VTĐ là những tham số về điện hoặc phi điện, dùng để so sánh đánhgiá chất lượng tính năng hoạt động giải trí của những máy phát VTĐ. 1.2.1. Các chỉ tiêu về điệna. Công suất phát của máy phát VTĐLà hiệu suất của máy phát đưa ra anten để bức xạ ra khoảng trống. Công suất này sẽ quyết định hành động cựly thông tin của máy phát VTĐ và được gọi là hiệu suất có ích Pt ( hiệu suất đưa ra tải ). Trong máy phát ngoài hiệu suất có ích Pt còn có những hiệu suất tổn hao Pab. Hiệu suất của máy phát VTĐη = tP0Pt hiệu suất có ích đưa ra antenP0 Công suất tiêu tốn nguồn năng lượng toàn phần. Tùy theo từng loại máy phát, η của máy phát hoàn toàn có thể đạt được từ vài % đến vài chục %. Với máy phát điện tử thế hệ cũ η = vài chục %. Với máy phát ngày này hoàn toàn có thể đạt tới 80-90 %. c. Dải tần công tácLà năng lực thao tác của máy phát ( năng lực bức xạ của máy phát ) trong 1 dải tần số hoặc 1 đoạntần số nhất định nào đó. Theo tần số công tác làm việc, người ta có : Máy phát VTĐ Sóng dài : Máy phát VTĐ Sóng trung : Máy phát VTĐ Sóng ngắn : Máy phát VTĐ Sóng cực ngắn : d. Độ không thay đổi tần số phátĐây là chỉ tiêu quan trọng nhất của máy phát VTĐ, nó bảo vệ được quy trình thông tin liên lạcnhanh chóng thuận tiện, thu hẹp được độ rộng dải tần của 1 kênh thông tin, không gây nhiễu cho những đàiphát khác. Độ không thay đổi tần số đa phần nhờ vào vào những tần số xê dịch chủ. Ngày nay để nâng cao độ ổnđịnh tần số của máy phát VTĐ người ta thường dùng những bộ giao động chuẩn bằng thạch anh. e. Độ đúng mực của tần sốLà sự rơi lệch tần số giữa bộ chỉ thị tần số phát với tần số bức xạ từ anten của máy phát rakhông gian. Tham số này phụ thuộc vào vào cơ cấu tổ chức thông tư trong máy phát. f. Sóng hài. Là những tần số dài được bức xạ ra khoảng trống cùng với thành phần cơ bản. Máy phát nào cũng tồntại sóng hài => có giải pháp lọc hài rất quan trọng. => Tần số hài gây nhiều cho cho những đài phát khác và gây nhiễu xung quanhg. Các chỉ tiêu về điều chế – Dải tần điều chế : Dài tần số triển khai điều chế tin tức. – Độ sâu điều chế : Áp dụng cho những máy phát điều biên ( tựa như ). – Đặc tuyến tần số điều chế : là đường cong trình diễn sự phụ thuộc vào của thông số điều chế theo tần số. – Méo phi tuyến -> Do đặc thù phi tuyến của những phần tử KĐ tạo ra. – Méo tuyến tính ( méo biên độ ) do những thành phần tuyến tính trong máy gây nên, năng lực KĐ tínhiệu không đồng đều ở những tần số khác nhau. 1.2.2. Các chỉ tiêu kỹ thuật về kết cấuBao gồm những tham số : – Trọng lượng, thể tích. – Khả năng chịu va đập chấn động cơ học. – Khả năng chịu đựng nhiệt độ và nhiệt độ. – Tính thuận tiện cho việc thao tác sử dụng thay thế sửa chữa dữ gìn và bảo vệ. – Hệ số bảo đảm an toàn của thiết bị …. 1.3. Các kiến trúc và nguyên tắc hoạt động giải trí của máy phát VTĐTrong một mạng lưới hệ thống truyền thông online, máy phát RF chịu nghĩa vụ và trách nhiệm về những yếu tố như : điều biến, quy đổi, khuyếch đại và truyền tín hiệu trong khoảng trống bằng cách sử dụng mộtănten. Đầu vào thông dụng của máy phát là những tín hiệu tựa như ở dải cơ sở và đầu ra của nó làtần số cao và nguồn tín hiệu cao đã được điều biến. Đầu ra của nguồn, đặc thù tuyến tính, năng lượng, độ phức tạp của mạch và giá tiền làmột vài thông số kỹ thuật quan trọng trong việc chọn những loại máy phát trong những ứng dụng vô tuyến. Lựa chọn kiến trúc là đặc biệt quan trọng quan trọng trong việc khuynh hướng những hoạt động giải trí thích hợp củahệ thống. Có hai kiến trúc được sử dụng nhiều nhất trong những máy phát RF là : – Direct Conversion – Two-Step ConversionInformationHPM X-20 072. add data to carrier3. shift to highfrequencyT h ekl h e f w w lk h qT hw a jk h r q w luiw ilee jkh lhrw eileew sa jlke h. q w hw hlihl e w ewrw saw k lh jrq lihq ilhq q3 w ih w kw a jk h r q w iluq e kj lhqw ee sw a e. w ae s jlk hq w hw lh lih e w wrw kw k lh jrq lihq ilhq q3 w ih w ew a jk h r q w iluew saqw e jk lhe s jlk hq w hw lh lih e w wrw kw ka lhe jr. q lihq ilhq q3 w ih w ew a jk h r q w ilue sqw e jk lhw ae as ejlk. hq w hw lh lih e w wrw kw k lh jrq lihq ilhq q3 w ihw kw k lh jrq lihq ilhq q3 w ih w ew e jk lhw a jk h r q w ilue sw aew sa jlke h. q w hw lh lih e w wrw kw k lh jrq lihq ilhq q3 w ih qw ew e jk lhw a jk h r q w ilue sw aew sa jlke h. q w hw lh lih e w wrw kw k lh jrq lihq ilhq q3 w ih w kqw ee askl h e f w w lk h qT hkjh lhrw a jk h r q w luiw eileq w hw lhlih e w ewrw saejlk h.lh jrq lihq ilh qq3 w ih w kjk lhw a jk h r q w iluqw ejlk hq w hw hlihl e w erw se. w alh jrq lihq ilh qq3 w ih w kjk lhw a jk h r q w iluw ejlke h. q w hw lhlih e w ewrw salh jrq lihq ilh qq3 w ih w kjk lhw a jk h r q w ilujlk hq w hw lhlih e w wrw ke. lh jrq lihq ilh qq3 w ih qw ee sw alh jrq lihq ilh qq3 w ih w kjk lhjlk he. lh jrjk lhlkj he. lh jrlh jrjk lhjlke h. e kl h e f w w lk h qkjh lhrw a jk h r q w luiq w hw lhlih e w rwejlk h.lh jrq lihq ilhq3 w ihjk lhw a jk h r q w ilujlk hq w hw lhlih e w rwe. lh jrq lihq ilh3q w ihjk lhw a kj h r q w iluq w hw lhq lihq ilhlih e w rwq3 w ihlh jrq lihq3 w ihjk lhjlke h.lh jrw a jk h r q w luiq w hw lhlih e w rwq lihq ilhq3 w ihw a jk h r q w iluq w hw hlihl e w rwjlk he. lh jrw a jk h r q w iluw e jk lhq w hw lhlih e w erw s jlk hw a e. q lihq ilh qq3 w ih w k lh jrw a jk h r q w iluqw k lh jrq w hw lhlih e w wrw e kj lhq lihq ilh qq3 w ih ew sa jlke h. q lihq ilh qq3 w ih w k lh jrw a jk h r q w iluqw e jk lhq w hw lhlih e w wrw a e. q ilhq lihq ilhq3 w ihq lihq ilhq3 w ihw a jk h r q w iluq w hw lhlih e w rwq lihq ilhq3 w ihw a jk h r q w iluModulatorMixerI DatauP / DSP90AntennaPower Amplifier4. amplify tobroadcastQ DataBasebandProcessorOscillatorbiasbias1. create carrierPower SupplyHình 1.2. Sơ đồ cấu trúc máy phát vô tuyến điện. 1.3.1. Direct Conversion TransmitterTrong máy phát kiến trúc Direct Conversion, cả sự điều biến và quy trình chuyển đổicác tín hiệu Baseband chỉ cần một bước ( one step ) với một máy điều biến QuadratureModulator, vì thế mà được gọi là Direct Conversion. ( hình 1.3 ) MixerCác tín hiệu Baseband đầu vào I và Q sẽđược đưa vào bộ Quadrature Modulator cùng vớiShift phasetín hiệu LO ( đã được đưa qua bộ dịch pha 900 / 0 ). Tín hiệu ở đầu ra của bộ QuadratureModulator được đưa qua bộ khuyếc đại nguồnAdderPA ( Power Amplifier ) rồi được gửi tới anten phátthông qua mạch ghép nối và bộ song công ( hoặcQuadrature Modulatorcreate carrierchuyển mạch anten ) để phát đi. Hình 1.3.90 * Đầu vào của bộ Quadrature Modulator gồm có : – Các tín hiệu baseband I và Q., I và Q. được tạo ra bằng cách cho thông tin cần phát đãđược giải quyết và xử lý ( lấy mẫu, lượng tử hóa, mã hóa ) cho qua bộ tách bit ( còn gọi là bộ chuyển đổi nốitiếp / song song ). Tín hiệu vàoLấy mẫuLượng tửhóaMã hóaTách bit – Tín hiệu LO được tạo ra bởi bộ tự xê dịch ( Local Oscilator ), nó có tần số đóng vai trò tầnsố sóng mang, nó sẽ được đưa vào đầu bộ trộn trải qua qua bộ dịch pha. Tín hiệu sau trộn tầnLPF90Tín hiệu dịch phaỞ 1 số ít mạng lưới hệ thống người ta còn đưa giữa bộ điềubiến và bộ khuyếch đại một bộ lọc thông thấpLPF, với mục tiêu xác lập rõ nhiễu để giúp choviệc thu của bên phía máy thu tốt hơn. * Đánh giá mạng lưới hệ thống : – Độ tích hợp của mạng lưới hệ thống cao – Chỉ sử dụng ở tần số không cao quá – Rất khó để sử dụng ở tần số cao chính bới khi đó rất khó tích hợp giữa những thành phần thụđộng riêng lẽ trong mạng lưới hệ thống để cho độ đúng chuẩn cao. Người ta chỉ còn cách là ở tần số cao thìthực hiện riêng rẽ những thành phần thụ động này. Lý do phải sử dụng những thành phần thụ động là doyêu cầu của những bộ lọc có chất lượng cao hoạt động giải trí ở tần số cao. – Thường xảy ra hiện tượng kỳ lạ LO Pulling : Tín hiệu ở đầu ra của bộ khuyếch đại PAthường được đưa tới Anten trải qua một bộ khếch đại truyền, ở đây không chỉ TransmittedChannel mà còn có cả những Adjacent Channels được khuyếch đại. Các tín hiệu lân cận này sẽquay trở lại tích hợp với bộ tự tạo xê dịch LO, tác dụng là ở đầu vào của ănten sẽ gồm có cảtần số không mong ước. 90 ωLO – Nếu sự che LO không tốt và nếu nguồn ở đầu ra PA cao, hiện tượng kỳ lạ LO pulling cókhả năng xảy ra hơn. Trong một vài mạng lưới hệ thống LO được phong cách thiết kế để đầu ra mạng lưới hệ thống mang phátra nhiều tần số ( thường là 2 hoặc 4 ) và chúng bị tách ra bởi 2 hoặc 4 để thu được tần số mongmuốn. Trong trường hợp này nguồn điều hòa 2 hoặc 4 ở đầu ra của PA hoàn toàn có thể là nguyên nhângây ra LO pulling. + Giải pháp cho yếu tố LO Pulling : Sử dụng kiến trúc Direct conversion with offset LO thaythế : ωLOω1ω290Trong kiến trúc này chỉ khác là cách đưatín hiệu LO vào bộ QuadratureModulator, ở đâycó hai bộ tạo tín hiệu LO1 ( ứng với tần số f1 ) vàLO2 ( ứng với tần số f2 ) chúng sẽ được trộn vớinhau trải qua một bộ trộn đặt ngoài và đượcđưa vào bộ QuadratureModulator trải qua mộtbộ lọc thông dải BPF, lúc đó tần số sóng mang ởđầu ra bộ diều chế và bộ khuếch đại PA sẽ là ( f1 + f2 ) hoặc là ( f1 – f2 ), những tần số này cách xaso với f1 và f2. 1.3.2. Two-step Conversion Transmitter90cosω1tcosω2tω1 + ω2Hình 1.4 * Hoạt độngKiến trúc máy phát theo kiểu two step conversion ( hình 1.4 ) được sử dụng rất rộng rãiở khắp nơi. Hoạt động của nó được chia làm hai bước. Bước 1 : Các tín hiệu baseband I và Q đượcđưa vào trong bộ Quadrature Modullatorcùng với tần số LO1 để được điều biến vàđược quy đổi giống như ở DirectConversion. Ở bước này ta sử dụng bộ tựtạo xê dịch LO1 tạo ra tần số f1, tần sốnày được gọi là IF ( IntermediateFrequency ), để đưa vào bộ QuadratureModullator. Bước hai : Tín hiệu ở đầu ra của bộ Quadraturre Modulator được đưa vào một bộ trộn thôngqua bộ lọc thông dải BPF1, cùng với tần số f2 được tạo ra nhờ bộ tự giao động thứ hai LO2, Tín hiệu đã được quy đổi qua bộ trộn này được cho qua bộ lọc BPF2 một lần nữa và đượcgửi tới nguồn vào của bộ khuyếch đại PA và gửi tới anten. Tần số ở đầu vào và đầu ra của bộkhuếch đại PA hoàn toàn có thể được chọn là ( f1 + f2 ) hay ( f1-f2 ). * Đánh giá : Yêu cầu cao về bộ lọc BPF2, chính do cả hai bên của dải tín hiệu có nguồn năng lượng như nhauvà yên cầu một trong chúng phải bị triệt tiêu. CHƯƠNG II : KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT CAO TẦN VÀ ĐIỀU HƯỞNG ANTEN2. 1. Khái quát tầng khuếch đại cao tần tín hiệu lớn trong máy mát VTĐ. * Khái niệm : Tầng khuếch đại cao tần tín hiệu lớn là tầng khuếch đại hiệu suất ( KĐCS ) cuối trongmáy phát thao tác với tần số cao ( tần số phát của máy ) có biên độ tín hiệu vào lớn và là tầngphối ghép với mạng lưới hệ thống anten phát. * Đặc điểm : – Tầng khuếch đại cao tần tín hiệu lớn thao tác với tần số tín hiệu lớn tương tự vớitần số phát. Do đó những thành phần khuếch đại đều phải sử dụng những thành phần cao tần. – Đồng thời là tầng khuếch đại hiệu suất do đó những thành phần trong mạch là những phần tửcao tần có hiệu suất lớn. – Các mạch tính năng thực thi cần phải triển khai khuếch đại trung thực ( tín hiệu đãđiều chế – có tần số cao và dòng vào lớn ), nên thường thì hay sử dụng những mạch khuếch đạicông suất đẩy kéo. Trước đây do đặc thù kỹ thuật và nhờ vào nhiều vào điều kiện kèm theo cho phépnên phần khuếch đại hiệu suất cao tần thường rất lớn, cồng kềnh và tiêu tốn nguồn năng lượng. Ngàynay sự tăng trưởng của kỹ thuật vi mạch và những linh phụ kiện có hiệu suất lớn, trở kháng vào lớn dựatrên những hiệu ứng trường của linh phụ kiện bán dẫn nên những mạch khuếch đại hiệu suất cao tầnngày một nhỏ gọn và đạt hiệu suất cao, thuận tiện phối hợp trở kháng. 2.2. Các chính sách thao tác của tầng khuếch đại hiệu suất cao tần. Trong máy phát phần quan trọng nhất là tầng khuếch đại hiệu suất cao tần và điều hưởnganten. Trong đó tầng khuếch đại công cao tần sẽ quyết định hành động hiệu suất ra tới anten. Tùy thuộcvào khoảng cách – yêu cấu cự ly thông tin mà hiệu suất của tầng khuếch đại hiệu suất sẽquyết định rất lớn đến chất lượng thông tin và khoảng cách truyền tin của chúng. Do vậy tầngkhuếch đại hiệu suất cần phải chăm sóc nhìn nhận đến những chỉ tiêu kỹ thuật : – Công suất ra. – Hệ số khuếch đại. – Độ tuyến tính của bộ khuếch đại. – Tính không thay đổi. – Mức điện áp ( hiệu suất nguồn cung ứng ). – Công suất tiêu tán. – Độ méo, hiệu suất. – Chế độ công tác làm việc của tầng KĐCS. + Hệ số khuếch đại hiệu suất KP : là tỉ số giữa hiệu suất ra và hiệu suất vào : KP = PrPv ( 2.1 ) Pr ( 2.2 ). Như vậy nếu hiệu suất đầu Pv Nếu xác lập bằng đơn vị chức năng [ dB ] ta có : K P [ dB ] = 10 log10 vào là Pv = 10 mW ( tương tự : 10 dBm ), hiệu suất đầu ra là Pr = 1W ( tương tự : 103 mW, 30 dBm ). Khi đó thông số khuếch đại được xác lập : KP [ dB ] = 20 dB. P [ mW ] P [ W ] ; P [ dBW ] = 10 log10 1 mW 1W Chú ý : P [ dBm ] = 10 log10 + Hiệu suất ( η ) : Được định nghĩa là tỉ số giữa hiệu suất ra Pr và hiệu suất phân phối 1 chiềuP0 : η = PrP0 ( 2.3 ) Ngoài những tham số chính trên, trong bộ khuếch đại hiệu suất thì tham số trở kháng vào và racủa bộ khuếch đại. Yêu cầu trở kháng vào lớn tương tự với dòng tín hiệu nhỏ – nghĩa làmạch phải có thông số khuếch đại dòng lớn. Các bộ KĐCS thường sử dụng những thành phần khuếch đại bán dẫn như : transistor, FET … Các chính sách công tác làm việc của bộ khuếch đại gồm có những chính sách : A, B, AB, C … Ở mỗi chếđộ công tác làm việc khác nhau thì bộ khuếch đại hiệu suất có những đặc thù và đặc thù khác nhau. a ) Chế độ A : Bộ khuếch đại thao tác trong chính sách A khi thành phần khuếch đại được định thiên vớiđiểm thao tác nằm tronng vùng tuyến tính. Tín hiệu ra được khuếch đại vừa đủ cả chu kỳ luân hồi tínhiệu tương tự với tín hiệu vào. Trong toàn bộ những chính sách khuếch đại thì chính sách A là tuyếntính nhất. Song do sử dụng những thành phần khuếch đại là bán dẫn nên đặc tuyến ra của chúngkhông trọn vẹn tuyến tính. Một điều luôn nhớ rằng khuếch đại tuyến tính yên cầu nhu yếu với những tín hiệu điều chếnhư AM, hoặc điều chế biên độ suy giảm sóng mang SSB, hoặc những phương pháp điều chếcầu phương : QAM, QPSK, OFDM. Các tín hiệu CW, FM hoặc PM có biên độ không đổi dođó không nhu yếu bộ khuếch đại là tuyến tính. Nhưng trong chính sách A tồn tại những dòng tĩnh lớn ( từ nguồn phân phối 1 chiều ). Nên khicó tín hiệu vào hình sin thì dòng tĩnh ở đầu ra luôn luôn lớn hơn biên độ của tín hiệu của dòngđiện ra. Do đó hiệu suất η của bộ khuếch đại chính sách A rất thấp ( < 50 % ) : ηclass − A = U tMax / ( 2. Vcc2 ) Trong đó UtMax điện áp lớn nhất trên tảiTrong chính sách A tín hiệu được khuếch đại gần như tuyến tính với góc cắt 2 θ = 3600H ình 2.1. Tín hiệu ra trên bộ khếch đại chính sách AChế độ A thường được dùng cho tầng khuếch đại hiệu suất đơn nhu yếu độ trung thực tín hiệucao, hiệu suất ra nhỏ ( Pra < 1W ). b ) Chế độ B : Chế độ khuếch đại B của bộ khuếch đại do thành phần khuếch đại được định thiên tạođiểm thao tác tại chính sách B. Chế độ B với góc cắt 2 θ = 1800, do đó thành phần khuếch đại chỉ thựchiện khuếch đại một nửa chu kỳ luân hồi tín hiệu. Bộ khuếch đại chính sách B có hiệu suất cao hơn chế độA. Hiệu suất lý tưởng đạt được vào tầm π / 4 ( 78,5 % ). PDC = ( 2. Vcc. V ) / ( π. R ) ; PLoad = V 2 / ( 2. R ) ; ηclass − B = ( π. V ) / ( 4. Vcc ) ( 2.4 ) Hình 2.2. Tín hiệu ra trên bộ khếch đại chính sách B.Chế độ khuếch đại B được dùng phổ cập trong những mạch khuếch đại công suấtđẩy kéo ( Push – Pull Amplifier ) hình 2.3. a. trong thông số kỹ thuật này mỗi một bóng bán dẫnsẽ triển khai khuếch đại từng nửa chu kỳ luân hồi tín hiệu ( nửa chu kỳ luân hồi âm, nửa chu kỳ luân hồi dương ). Tín hiệu đầu ra được thực thi tổng hợp lại tín hiệu ( dạng vừa đủ ) trải qua biến ápghép đầu ra có điểm trung tính. Bộ lọc thiết lập ở đầu ra trên cuộn thứ cấp của biến ápT2 có công dụng sửa dạng tín hiệu sao cho giống với tín hiệu đầu vào bộ khuếch đại. a ) b ) Hình 2.3 Trong trường hợp chỉ sử dụng một thành phần khuếch đại thao tác trong chính sách Bnhư hình 2.3. b, thành phần khuếch đại chỉ thao tác trong ½ chu kỳ luân hồi. Chính do đó mộtmạch cộng hưởng được thiết lập ở đầu ra của thành phần khuếch đại để thực thi tái tạonửa còn lại của tín hiệu. c ) Chế độ AB : Chế độ AB thao tác với những thành phần khuếch đại thao tác trong chính sách AB, điểmlàm việc nằm giữa A và B. Là sự phối hợp của những yếu tố như tính tuyến tính như chế độA, hiệu suất cao hơn như chính sách B. Quá trình định thiên cho thành phần khuếch đại ( transistor ) để thiết lập điểm thao tác tại vùng giữa những điểm cut và điểm thao tác Asao cho tại vị trí khoảng chừng từ 10 – 15 % dòng ICmax. Do đó góc cắt 2 θ nằm trong khoảng chừng từ 1800 đến 3600. Và hiệu suất cao hơn chếđộ A nhưng thấp hơn chính sách B ( 50 % < η < 78,5 % ) Hình 2.4. Tín hiệu ra trên bộ khếch đại chính sách AB.Trong trong thực tiễn, chính sách công tác làm việc AB trong những thành phần khuếch đại, đặc biệt quan trọng làkhuếch đại hiệu suất thường hay sử dụng trong chính sách công tác làm việc AB là lai của hai chếđộ A và B. Mặc dù về độ tuyến tính không trọn vẹn tốt hơn chính sách A hay về mặt côngsuất cũng không hơn hẳn B. Nhưng nguyên do được chọn chính bởi quy trình định thiên chocác thành phần khuếch đại thao tác trong chính sách A hoặc B đều hoàn toàn có thể rất thuận tiện rơi vàotrạng thái bão hòa do nhiều yếu tố khác nhau dễ dẫn tới điểm thao tác bị lệch thiên lớnméo lớn khi ảnh hưởng tác động của nhiệt. Do đó để bảo đảm an toàn người ta định thiên cho những phần tửkhuếch đại thao tác trong chính sách AB. Đặc biệt với khuếch đại hiệu suất tín hiệu vàolớn do đó chính sách công tác làm việc AB thuận tiện thiết lập và phong cách thiết kế. Đối với mạch khuếch đại hiệu suất sử dụng thành phần khuếch đại loại BJT trongchế độ công tác làm việc AB với trở kháng vào nhỏ do đó trong phong cách thiết kế mạch khuếch đại côngsuất đặc biệt quan trọng là so với mạch KĐCS lớn thường sử dụng thành phần khuếch đại loại FETvừa cho hiệu suất lớn và đặc biệt quan trọng trở kháng vào lớn. Hệ số khuếch đại đối mạch khuếchđại thao tác trong chính sách AB hoàn toàn có thể đạt tới 3 dB cao hơn trong chính sách B. Song trongchế độ AB yếu tố giải quyết và xử lý méo cũng là một bài toán cần phải được xem xét tính toántrong quy trình phong cách thiết kế. d ) Chế độ C : Trong chính sách C góc cắt 2 θ < 180, với dòng Ic = 0 và thời hạn khóa của phần tửkhuếch đại ( transistor ) lớn hơn thời hạn mở. Độ tuyến tính của bộ khuếch đại trong chếđộ C là thấp nhất so với những chính sách khuếch đại khác. Hiệu suất hoàn toàn có thể đạt tới 85 % caohơn rất nhiều so với chính sách A và B. Chế độ C thường được sử dụng trong khuếch đạitín hiệu xung. Hình 2.5. Tín hiệu ra trên bộ khếch đại chính sách CHình 2.6. Các chính sách công tác2. 3. Tầng khuếch đại hiệu suất + Tiền khuếch đại hiệu suất : Tiền khuếch đại hiệu suất có trách nhiệm tạo ra tín hiệu cho hiệu suất đủ lớn để đưa đếnkích thích cho tầng khuếch đại hiệu suất cao tần thao tác. Tầng tiền khuếch đại công suấtkhông nhu yếu thông số khuếch đại lớn mà cần nhu yếu cao về tính trung thực của tín hiệu, dễdàng phối hợp trở kháng và có năng lực tự kiểm soát và điều chỉnh thông số khuếch đại để bảo vệ mức côngsuất ra không thay đổi. Để bảo vệ nhu yếu này, tầng tiền khuếch đại hiệu suất thường thao tác trong chế độA ( để bảo vệ tính trung thực của tín hiệu khi khuếch đại ). + Khuếch đại hiệu suất : Yêu cầu đặt ra so với tầng khuếch đại hiệu suất là tạo ra ở tải một hiệu suất cần thiếtcủa tín hiệu. Công suất ấy do tầng khuếch đại tạo ra phải bảo vệ nhu yếu là tiêu thụ ít côngsuất từ nguồn nôi và bảo vệ rơi lệch phi tuyến, rơi lệch tần số trong khoanh vùng phạm vi được cho phép. Ngoàira, cần phải bảo vệ cho hiệu suất cao và thao tác hiệu suất cao ở tần số cao. Chính cho nên vì thế thôngthường người ta hay sử dụng những tầng khuếch đại đẩy kéo để làm tầng KĐCS.Tầng khuếch đại đẩy kéo có ưu điểm là hiệu suất cao, hiệu suất lớn và giảm méo phituyến. Tầng khuếch đại đẩy kéo gồm hai thành phần mắc chung với tải. Với tầng khuếch đại đẩykéo song song : những thành phần tích cực được mắc ở bên nhánh trái của cầu, nhánh phải của cầu làđiện trở tải và có điểm giữa nối với nguồn cung ứng mắc trong nhánh chéo của cầu. trái lại, trong sơ đồ khuếch đại hiệu suất đẩy kéo tiếp nối đuôi nhau, nguồn phân phối có điểm giữa nối với tải, tải nằm trong nhánh chéo của cầu. Với sơ đồ khuếch đại hiệu suất đẩy kéo song song thườngdùng mạch ghép biến áp với tải tiêu thụ. Hình 2.7. Sơ đồ khối nguyên tắc tầng khuếch đại hiệu suất đẩy kéo tiếp nối đuôi nhau + Phương pháp tự động hóa kiểm soát và điều chỉnh hiệu suất : Để bảo vệ mức hiệu suất đưa ra anten phát không thay đổi thì trong tầng khuếch đại côngsuất người ta ghép thêm mạch tự động hóa kiểm soát và điều chỉnh hiệu suất ( APC – Automatic PowerControl ). Ta hoàn toàn có thể minh họa hoạt động giải trí của mạch theo sơ đồ khối sau : Hình 2.8. Sơ đồ khối nguyên tắc mạch tự động hóa kiểm soát và điều chỉnh hiệu suất – APC.Hoạt động của mạng lưới hệ thống : để hoàn toàn có thể kiểm soát và điều chỉnh hiệu suất ra người ta thường điều chỉnhhệ số khuếch đại của tầng tiền khuếch đại hiệu suất. Bộ cảm ứng dòng anten sẽ cảm ứng tínhiệu đưa ra anten thành tín hiệu một chiều về khối so sánh triển khai so sánh với ngưỡng côngsuất chuẩn nhu yếu ( tùy thuộc vào hiệu suất phát ). Tín hiệu rơi lệch sẽ đưa ra thành tín hiệuđiều khiển thông số khuếch đại của tầng tiền khuếch đại hiệu suất. Nhờ đó mà hiệu suất đưa raanten luôn được duy trì không thay đổi. 2.4. Bộ điều hưởng anten. Một trong những yếu tố quyết định hành động tới chất lượng của máy phát đó là việc phối hợp trởkháng giữa tầng khuếch đại hiệu suất và anten. Nếu máy phát sử dụng một tần số thì chỉ cầnmột anten vì khi đó anten thao tác ở chính sách cộng hưởng ( dòng bức xạ của anten là lớn nhất ). Song nếu máy phát sử dụng nhiều tần số hoặc phát trên một đoạn tần số thì theo nguyên tắcmáy phát phải sử dụng nhiều anten để phát ; do đó gây tiêu tốn lãng phí, tốn kém, cồng kềnh. Vấn đề đặt ra là với máy phát sử dụng nhiều tần số hoặc trên một dải tần số nào đó màchỉ sử dụng một anten duy nhất thì tất cả chúng ta cần phải có giải pháp lan rộng ra dải tần thao tác. Để làm được việc đó thì việc xử lý bài toán tương quan đến việc phối hợp trở kháng giữaanten và tầng khuếch đại hiệu suất sẽ là một giải pháp cho yếu tố này. Hình 2.9. Sơ đồ khối nguyên tắc điều hưởngNguyên lý hoạt động giải trí : - Khi đổi khác tần số phát, mạch cảm ứng hiệu suất ra sẽ cảm ứng hiệu suất đưa vàoanten. Sau đó thông tin từ bộ cảm ứng hiệu suất sẽ được đưa tới bộ tinh chỉnh và điều khiển, tại đây sẽ thựchiện so sánh và nghiên cứu và phân tích và đưa ra tín hiệu điều khiển và tinh chỉnh tới mạch phối hợp trở kháng. - Để hiệu suất ra đạt nhu yếu thì mạch phối hợp trở kháng nhận tín hiệu tinh chỉnh và điều khiển sẽthực hiện đóng mở những tụ điện, cuộn cảm. Quá trình cảm ứng hiệu suất và điều khiển và tinh chỉnh đượcthực hiện đồng thời trải qua mạch điều khiển và tinh chỉnh. Các hiệu quả sẽ được nhớ trong bộ nhớ vàđược so sánh với nhau trải qua CPU. Bộ điều khiển và tinh chỉnh sẽ triển khai điều khiển và tinh chỉnh cho tới khi kếtquả hiệu suất đạt giá trị theo nhu yếu. Việc kiểm tra hiệu suất có đạt nhu yếu hay không thôngqua thiết bị chỉ báo anten. Khi hiệu suất ra đạt nhu yếu thì quy trình đều khiển kết thúc. CHƯƠNG III : ĐIỀU CHẾ VÀ TẠO TẦN SỐ PHÁT3. 1. Các chiêu thức điều chế tín hiệu trong máy phát. 3.1.1. Điều chế tựa như. a ) Khái niệm : Trong trong thực tiễn sóng âm thanh, hay sóng điện mang tin tức, tín hiệu băng gốc đều là cácsóng có tần số thấp và không hề truyền đi xa trong khoảng trống. Do vậy tin tức trong miền tầnsố thấp cần được chuyển sang miền tần số cao ( sóng vô tuyến ). Điều chế là quy trình ghi tintức cần phát vào một giao động cao tần ( sóng mang ) nhờ biến hóa một hoặc vài thông số kỹ thuật nàođó như : biên độ, tần số, góc pha, độ rộng xung, hoặc biên độ và pha ... của giao động cao tầntheo tin tức. Người ta phân biệt hai loại điều chế : điều chế biên độ và điều chế góc ; trong đó điềuchế góc gồm có điều tần và điều pha. Khi tải tin là tín hiệu xung tất cả chúng ta có loại điều chế số. Tín hiệu cao tần thường sử dụng một trong số những tín hiệu tuần hoàn có dạng cơ bản. Đặc biệt, trong thực tiễn quy trình điều chế tựa như người ta chọn là tín hiệu điều hoà dạng hàmcos là : c ( t ) = A. cosα ( t ) Trong đó ta có những thông số kỹ thuật : A - Biên độ. α ( t ) = ω 0 t + ϕ - Góc pha. ω 0 - Tần số. ϕ - Góc pha đầu ( Pha ). Quy luật biến thiên của một thông số kỹ thuật bất kể k theo tín hiệu âm tần s ( t ), sau khi đãđược chọn của tín hiệu cao tần c ( t ) có dạng thức như sau ( Chú ý : Mỗi thông số kỹ thuật là 1 hệ sốkhông đổi khác theo thời hạn, nhưng khi được chọn làm thông số kỹ thuật điều chế nó sẽ là 1 hàm củathời gian hay gọi là tín hiệu phụ thuộc vào ) : k = k ( t ) = k0 + ∆ k. s ( t ) Trong đó : k 0 - Giá trị đầu của thông số kỹ thuật điều chế. ∆ k - Số gia của thông số kỹ thuật điều chế ( Độ sâu điều chế ). b ) Phân loại : Trong điều chế tín hiệu tương tự như được phân ra làm những loại : - Điều biên ( điều chế biên độ ) : là quy trình làm cho biên độ của sóng mang biến thiêntheo tin tức. - Điều tần ( điều chế tần số ) : là quy trình làm cho tần số của sóng mang cao tần biếnthiên theo tin tức. - Điều pha : là quy trình làm cho góc pha của sóng mang cao tần đổi khác theo tin tức. b ) Điều chế biên độ : - Điều biên là quy trình làm cho biên độ tải tin ( sóng mang ) biến hóa theo tin tức. Giảsử pha khởi đầu của tin tức và tải tin đều bằng 0. Tin tức có dạng tín hiệu diễn đạt dạng toán học là : us = U s cos ( ωs t ) Sóng mang hay tải tin có dạng : uc = U c cos ( ωct ) Khi đó tín hiệu điều biên có dạng : u AM = ( U c + U s cos ( ωs t ) ) cos ( ωc t ) hay Uu AM = U c 1 + s cos ( ωs t ) cos ( ωc t ) = U c ( 1 + m.cos ( ωs t ) ) cos ( ωc t ) Ucà u AM = U c cos ( ωct ) + U c cos ( ωc + ωs ) t + cos ( ωc − ωs ) t, trong đó : m = s gọi là thông số điềuUcchế. - Từ biểu thức này ta thấy phổ của tín hiệu điều biên gồm có : thành phần phổ của biêntần trên, thành phần phổ của biên tần dưới và thành phần phổ của sóng mang. Phổ AM ( tìm hiểu thêm trong tài liệu Lý thuyết truyền tin – TS. Lê Quốc Vượng ) - Hệ số điều chế m phải thỏa mãn nhu cầu điều kiện kèm theo : m < 1 hoặc m = 1. Nếu thông số điều chế khôngthỏa mãn điều kiện kèm theo này thì sẽ xảy ra hiện tượng kỳ lạ quá điều chế, lúc này tín hiệu sẽ bị méonghiêm trọng. Hình 3.2. Tín hiệu điều biên – AM với những thông số điều chế khác nhau * Quan hệ nguồn năng lượng trong điều biên : - Công suất tải tin là hiệu suất trung bình trong một chu kỳ luân hồi tín hiệu, được xác lập bởicông thức : Pc = U c21 1 - Công suất biên tần được xác lập theo công thức : Pbc = m U c 2 2 1 - Công suất của tín hiệu điều biên : PAM = Pc + 2. Pbc = Pc 1 + m 2 2 Từ những công thức trên ta thấy hiệu suất của tín hiệu điều biên nhờ vào vào thông số điều chế m ( độ sâu điều chế ). Khi m = 1 ta có : 2 Pbc = U c2 = Pc. Tín hiệu điều biên mở màn méo, để giảmméo người ta thường chọn m < 1. Khi đó hiệu suất của hai biên chỉ bằng 1/3 hiệu suất tải tin, do vậy hiệu suất tải chỉ nhờ vào vào thành phần tải tin – đây chính là thành phần sóng mangkhông mang tin tức. Thành phần mang tin chính là thành phần 2 biên tần nhưng có công suấtrất nhỏ. Trong trong thực tiễn để tiết kiệm chi phí hiệu suất người ta chỉ phát đi một biên tần, thành phầnsóng mang hoàn toàn có thể làm suy giảm hoặc triệt tiêu. * * Các chỉ tiêu cơ bản của điều biên : - Hệ số méo phi tuyền : để giảm thông số méo phi tuyến ta phải hạn chế khoanh vùng phạm vi làm việccủa của bộ điều chế trong đoạn tuyến tính. Khi đó phải giảm thông số điều chế m. - Hệ số méo tần số : để dánh giá thông số này người ta địa thế căn cứ vào đặc tuyến biên độ tần số : m = f ( Fs ), với điều kiện kèm theo Us = const. Hệ số méo tần số được xác lập bằng biểu thức : m M = 0 hoặc theo dB : M dB = 20 lg M m Với : m0 – Hệ số điều chế lớn nhất. M – Hệ số điều chế tại tần số đang xét. * * * Các chiêu thức điều chế đơn biên : + Đặc điểm của điều chế đơn biên : So với điều biên thì điều chế đơn biên có 1 số ít đặc thù sau : - Độ rộng dải tần giảm 50%. - Công suất phát xạ nhu yếu thấp hơn so với cùng một cự ly thông tin. - Tạp âm phía thu giảm, so dải tần của tín hiệu hẹp hơn + Điều chế đơn biên bằng giải pháp lọc : - Từ phổ của tín hiệu điều biên ta thấy, để có tín hiệu đơn biên chỉ cần lọc đi một biêntần. Nhưng trong thực tiễn không làm được như vậy. Khi sóng mang có tần số cao thì việc lọcvà vô hiệu một biên tần sẽ rất khó do lúc này hai biên rất gần nhau, nên thông số của bộ lọc yêucầu phải nhỏ trong khi đó việc phong cách thiết kế bộ lọc có thông số lọc nhỏ cực kỳ khó khăn vất vả. Vì vậy trong giải pháp lọc để hạ thấp nhu yếu so với bộ lọc, người ta triển khai điều chế 2 lần với tần số sóng mang phụ thấp hơn nhiều so với tần số tải tin nhu yếu. Sơ đồ khối thựchiện như hình vẽ : Hình 3.3. Sơ đồ khối nguyên tắc điều chế đơn biên bằng chiêu thức lọc. - Nguyên lý hoạt động giải trí : Trước tiên, dùng tin tức để điều chế một tải tin trung gian cótần số f1c khá thấp so với tải tần nhu yếu, sao cho thông số lọc tăng lên để hoàn toàn có thể lọc bỏ một biêntần thuận tiện. Trên đầu ra của bộ lọc No1 sẽ nhận được một tín hiệu có dải phổ bằng dải phổcủa tín hiệu vào ∆ f s = f s max − f s min nhưng dịch đi một lượng bằng f1c trên thang tần số. - Tín hiệu ra từ bộ lọc No1 lại liên tục đưa vào bộ điều chế cân đối 2, trên đầu ra củabộ lọc điều chế này tín hiệu có phổ gồm hai biên tần cách nhau một khoảng chừng ∆ f = 2 f1 − 2 f s minsao cho việc lọc lấy một dải biên tần được triển khai một cách thuận tiện bởi bộ lọc 2. Kết quả rata được tín hiệu điều chế đơn biên theo nhu yếu. + Điều chế đơn biên bằng chiêu thức quay pha : Cả hai tín hiệu us và uc đều được đưa tới bộ dịch pha 900 rồi được đưa tới bộ điều chếcân bằng. Nếu đầu ra của cả hai bộ điều chế cân đối dùng mạch tổng thì ta có tín hiệu đơnbiên tần dưới và ngược lại. + Điều chế đơn biên bằng chiêu thức tích hợp ( lọc và quay pha ) : Tín hiệu tin tức qua bộ lọc dải được đưa vào bộ điều biên cân đối 1 để điều chế vớitín hiệu tải tin u1c. Tín hiệu u1c bị dịch pha 900 nên tín hiệu đầu ra của 2 bộ ĐCCB 1 lệch phanhau 900. Sau đó qua hai bộ lọc thu ( Lọc 1, Lọc 2 ) thu được tín hiệu biên tần trên lệch phanhau 900. Các tín hiệu này lại liên tục qua bộ ĐCCB 2 với tín hiệu sóng mang u2c. Tín hiệu u2ccũng được quay pha đi 900. Kết quả thu được tại đầu ra là 2 biên tần trên lệch sóng nhau 1800, hai biên tần dưới đồng pha nhau. Qua mạch hiệu ta thu được tín hiệu đơn biên với tải tần yêucầu. ĐCCB 1 usLọc dảiDịch pha 900 ĐCCB 1 ĐCCB 2L ọc 1 u2cu1cLọc 2D ịch pha 900 uAM - SBMạch trừĐCCB 2H ình 3.4. Sơ đồ khối nguyên lý mạch điều chế đơn biên bằng giải pháp lọc và quay pha. Hình 3.5. Mạch điều chế cân đối : a ) dùng diode, b ) dùng transistor. d ) Điều tần và điều pha : Điều tần và điều pha là quy trình ghi tin tức vào tải tin làm cho tần số, pha tức thời củatải tin biên thiên theo dạng tín hiệu điều chế. 3.1.2. Điều chế số. a ) Khóa dịch biên độ ( ASK ). b ) Khóa dịch tần ( FSK ). c ) Khóa dịch pha. Chú ý : Ôn tập và tìm hiểu thêm những giải pháp điều chế trong : “ Lý thuyết truyền tin ”. 3.2. Tạo tần số phát trong máy phát vô tuyến điện. 3.2.1. Các yêu cầuBộ tạo tần số phát trong máy phát vô tuyến điện thực thi công dụng chính tạo tín hiệusóng mang cao tần có năng lực bức xạ ra khoảng trống tương thích với giải pháp điều chế tínhiệu được sử dụng trong khối điều chế. Bộ tạo tần số phát hoàn toàn có thể thực phát một tần số, nhiều tần số, hoặc đoạn tần số liên tụctùy theo nhu yếu. tín hiệu cao tần tạo ra hoàn toàn có thể trong dải sóng dài, sóng trung hoặc sóng ngắnphụ thuộc vào từng loại máy phát. Yêu cầu đối bộ tạo tần tần số phát là : - Phải không thay đổi, tham số này sẽ quyết định hành động tới độ không thay đổi về tần số của máy phát. - Tần số tạo ra phải đúng chuẩn, có biên độ thích hợp và độ tuyến tính cao khi cần thayđổi tần số phát. 3.2.2. Các chiêu thức tạo tần số pháta ) Phương pháp cổ xưa : - Sử dụng khung xê dịch LC tạo thành những mạch xê dịch phối hợp với mạch tự độngđiều chỉnh tần số ( AGC ), trong trường hợp nhu yếu mạch xê dịch có tần số không thay đổi cao mà dùng cácbiện pháp không thay đổi thường thì như không thay đổi nguồn phân phối, không thay đổi tải … mà vẫn không đảm bảođược không thay đổi tần số thì hoàn toàn có thể sử dụng thạch anh để không thay đổi tần số. - Đặc điểm những mạch sử dụng chiêu thức này thường kém không thay đổi, mạch cồng kềnhkhông có năng lực tích hợp. Dải tần công tác làm việc hạn chế. Không tương thích với những loại máy pháthiện nay. b ) Bộ tổng hợp tần số sử dụng PLL trong máy phát VTĐ. - Trong thực tiễn, người ta thường sử dụng bộ tổng hợp tần số ứng dụng mạch vòng khoá phaPLL ( Phase Locked Loop ) để tạo ra tần số phát, vì với cách tạo tần số phát bằng chiêu thức này sẽtạo ra được nhiều tần số phát khác nhau, độ không thay đổi cũng khá cao, đặc biệt quan trọng là thuận tiện trong quátrình tinh chỉnh và điều khiển và lựa chọn tần số phát cho máy phát. Hình 3.1. Sơ đồ khối của PLL - PLL hoạt động giải trí theo nguyên tắc “ vòng tinh chỉnh và điều khiển ”, cả hai đại lượng vào và ra đều là tần số, chúng được so sánh với nhau về pha. Vòng điều khiển và tinh chỉnh sẽ phát hiện và hiệu chỉnh sai số giữa tín hiệuvào và tín hiệu ra ( Ud1 = 0 ). Tần số tín hiệu so sánh bằng tần số ra hoặc tỉ lệ với nhau theo thông số chia. + Các thành phần cơ bản của PLLMột bộ PLL gồm có những khối cơ bản : - Bộ xê dịch có tần số điều khiển và tinh chỉnh được ( VCO / CCO ). - Bộ tách sóng pha. - Bộ lọc thông thấp. + Bộ tách sóng pha có trách nhiệm tạo ra một tín hiệu nhờ vào vào hiệu pha ( hiệu tần ) của hai tín hiệuvào. Các tín hiệu vào hoàn toàn có thể là tín hiệu hình sin hoặc dãy xung hình chữ nhật. Có hai loại tách sóngpha tuyến tính và tách sóng pha phi tuyến. Tách sóng pha tuyến tính : thường là mạch nhân tựa như, tín hiệu ra của nó tỷ suất vớibiên độ tín hiệu vào. Tách sóng pha phi tuyến : được thực thi bởi những mạch số, do đó tín hiệu vào thường làcác dãy xung chữ nhật nên tín hiệu ra không phụ thuộc vào và biên độ tín hiệu vào. Các mạch số hoàn toàn có thể làmạch AND OR NOT. + Bộ lọc thông thấp có trách nhiệm : nén tần số cao cho qua tần số thấp, bảo vệ cho PLL bắt nhanh vàbám được tín hiệu khi tần số đổi khác ( có vận tốc phân phối cao ). Dải thông của bộ lọc phải đủ lớn đểđảm bảo dải bắt thiết yếu của PLL ( vì dải bắt của PLL phụ thuộc vào vào dải thông của bộ lọc ). Trong thực tiễn hay sử dụng những mạch lọc thông thấp loại lọc tích cực hoặc thụ động. Nếu dùnglọc thụ động thì đơn thuần, độ đáng tin cậy cao và không thay đổi. Nếu dùng lọc tích cực hoàn toàn có thể tăng thông số khuếchđại của mạng lưới hệ thống và hoàn toàn có thể dùng thông số khuếch đại này để kiểm soát và điều chỉnh dải bắt của PLL theo ý muốn. + Bộ tạo giao động có tần số tinh chỉnh và điều khiển được : VCO thực ra là bộ tạo tần số điều khiển và tinh chỉnh bằng điện áp. Do vậy VCO phải bảo vệ những yêucầu chung : điện áp tinh chỉnh và điều khiển và tần số dãy xung ra phải tuyến tính, độ không thay đổi tần số cao đồng thờidải biến hóa tần số theo điện áp rộng dễ kiểm soát và điều chỉnh thuận tiện cho việc tổng hợp thành vi mạch. - Hoạt động của PLL : Giả sử cả tín hiệu vào và ra đều là tín hiệu hình sin, vòng giữ pha thuộc loại tuyến tính sử dụngmạch nhân tương tự như để tách sóng pha. + Khi không có tín hiệu vào thì Ud1 = 0, mạch giao động điều khiển và tinh chỉnh bằng điện áp ( VCO ) sẽ daođộng tại tần số W0 ( đây là tần số giao động tự do hoặc giao động riêng của mạch VCO ). + Khi có tín hiệu vào, bộ tách sóng pha lúc này sẽ so pha ( hoặc tần số ) của tín hiệu vào với tínhiệu so sánh, tín hiệu Ud sẽ cho qua mạch lọc thông thấp thu được thành phần Ud1. Thành phần nàychỉ có một biên tần là Wv-Wr1 sẽ được khuếch đại và dùng làm tham số tinh chỉnh và điều khiển VCO. Tần số củamạch VCO sẽ đổi khác soa cho Wv – Wr1 = 0, nghĩa là : fv = fr1. Nếu có thông số chia N thì hoàn toàn có thể viết fr = N.fv. + Nếu Wv và Wr1 lệch nhau quá nhiều làm cho thành phần ( Wv – Wr1 ) và thành phần ( Wv + Wr1 ) sẽ nằm ngoài khu vực thông của bộ lọc. Khi đó không có tín hiệu điều khiển và tinh chỉnh mạch VCO. Khi Wvvà Wr1 tiến lại gần nhau thì lúc này mạch VCO sẽ nhận được tín hiệu điều khiển và tinh chỉnh, khi đó PLL sẽ hoạtđộng và ta nói PLL thao tác trong dải bắt. + Dải giữ của PLL là giải tần số mà PLL hoàn toàn có thể giữ được chính sách đồng nhất khi biến hóa tín hiệuvào. Dải giữ chỉ nhờ vào vào biên độ điện áp điều khiển và tinh chỉnh Ud1 và năng lực đổi khác tần số của mạchVCO. - Ứng dụng của PLLMạch vòng quá pha PLL được sử dụng để biến hóa tần số, chuyển dời tần số từ miền tần số thấpsang miền tần số cao và ngược lại. + Tách sóng tín hiệu điều tần : PLL khi sử dụng có cấu trúc sao cho tần số giao động tự do W0 trùng với tần số TT củatín hiệu điều tần. Tần số của mạch VCO bám theo tần số của tín hiệu đã điều tần ở đầu vào và điện ápUd1 tỷ suất với ∆ W = Wdt. + Điều chế tần số : Để truyền tín hiệu số trên những đường truyền thoại hoặc để tàng trữ những tín hiệu số người tathường sử dụng hai bit nhị phân “ 0 ” và “ 1 ” được mã hoá theo hai tần số khác nhau. Khi đó mạch vòngquá pha PLL phải có cấu trúc sao cho tần số giao động tự do W0 phải nằm giữa hai tần số trên sao chođiện áp ra tỷ suất với tần số vào. + Tổng hợp tần số : Thực hiện tạo ra một mạng tần số rời rạc từ tần số chuẩn có độ không thay đổi cao. PLL thực hiệnđược chính sách giữ pha nên những đặc tính không thay đổi và trôi nhiệt của những tần số được tạo ra cũnggiống như những tần số chuẩn. Các phép đổi khác của PLL : Phép nhân tần số với thông số nhân N : fr = N.fchHình 3.2. Thực hiện tổng hợp tần số dùng PLLTổng hợp tần số với tần số ra không phải là bội của tần số chuẩn : tần số chuẩn đưa vàobộ chia với thông số chia M, sau đó đưa vào bộ tách sóng pha. Tần số ra đưa về hồi tiếp qua bộchia với thông số chia N ( f0 / N ). Khi đồng nhất ta được : fch. N = f0. MHay ta có : f0 = fr = ( N / M ). fchKhi biến hóa những thông số chia N, M được triển khai đúng chuẩn và tự động hóa trải qua điều khiển và tinh chỉnh từCPU. ` PHẦN II : MÁY THU VÔ TUYẾN ĐIỆNCHƯƠNG IV : TỔNG QUAN VỀ MÁY THU VÔ TUYẾN ĐIỆN4. 1. Khái quát thiết bị thu vô tuyến điện. 4.1.1. Khái niệmMáy thu vô tuyến điện là một phần trong mạng lưới hệ thống thu phát vô tuyến điện. Nhiệm vụ chínhcủa máy thu là tinh lọc tín hiệu, tách tín hiệu tin tức ra khỏi xê dịch cao tần đã được điều chế. Sau đó tín hiệu tin tức được khuếch đại tới mức hiệu suất đủ lớn triển khai những giải thuật cần thiếtvà được đưa tới những đầu ra tương thích. 4.1.2. Phân loại máy thu vô tuyến điện. Việc phân loại máy thu hoàn toàn có thể dựa theo những tính năng, hiệu suất, chính sách hoạt động giải trí, dải tần sốlàm việc hoặc hoàn toàn có thể là dựa vào kiến trúc loại máy thu đó … : + Phân loại theo hiệu suất thu : - Máy thu hiệu suất nhỏ : P < 10W. - Máy thu hiệu suất vừa : 10W ≤ P < 1KW. - Máy thu hiệu suất lớn : P ≥ 1KW. + Phân loại theo dải tần công tác làm việc : - Máy thu sóng trung : dải tần từ 300K hz ÷ 3MH z. - Máy thu sóng ngắn : 3MH z ÷ 30MH z. - Máy thu sóng cực ngắn : 30MH z ÷ 300MH + Phân loại theo chiêu thức điều chế : - Điều chế tựa như : Bao gồm những loại điều chế : Điều chế biên độ ( AM ) ( đơn biên, đabiên … ) ; điều chế tần số ( FM ), điều chế pha ( PM ). - Điều chế số : Với những giải pháp điều chế : ASK ( khóa dịch biên độ ), FSK ( khóa dịchtần số ), PSK ( khóa dịch pha ), BPSK, AFSK …. ` + Phân loại theo kiến trúc máy thu : - Máy thu heterodyne. - Máy thu image-reject. - Máy thu homodyne. - Máy thu subsampling. 4.1.3. Các thông số kỹ thuật kỹ thuật của máy thu vô tuyến điện. + Hệ số khuếch đại ( KRX ) của máy thu : là năng lực khuếch đại so với tín hiệu nhỏ nhất ởđầu vào máy thu. Hệ số khuếch đại quyết định hành động độ nhạy máy thu. + Độ nhạy của máy thu : là năng lực máy thu hoàn toàn có thể đảm nhiệm được tín hiệu nhỏ nhất ở đầuvào mà vẫn giải quyết và xử lý và đưa ra tín hiệu thông thường, không méo với hiệu suất đầu ra danh định. Độ nhạy máy thu được nhìn nhận qua tỉ số tín hiệu tạp âm S / N ( Sign / Noise ) thường thì giá trịnày vào khoảng chừng 20 dB. + Độ tinh lọc của máy thu : là năng lực thu nhận những tín hiệu mong ước và làm suygiảm những tín hiệu khác. Người ta định nghĩa độ tinh lọc của máy thu theo tỉ số giữa thông số khuếchđại so với tín hiệu và thông số khuếch đại của nhiễuĐộ tinh lọc của máy thu với kênh lân cận là năng lực máy thu làm suy giảm tín hiệu cótần số lân cận với tấn số thu ( ± 10KH z ). + Dải tần hoạt động giải trí của máy thu : đây là một thông số kỹ thuật quan trọng, tham số này nói lên khảnăng thu được dải tần số hay băng tần thao tác của máy thu và độ rộng băng tần thu được. Mộtđặc điểm độc lạ của máy thu vô tuyến điện là dải tần thao tác rộng hơn so với máy phát. + Chế độ thao tác của máy thu : bộc lộ năng lực thao tác và năng lực tách những tín hiệutin tức với những loại tín hiệu điều chế khác nhau ( máy thu đơn biên, đa biên, máy thu tương tự như, máy thu kỹ thuật số ). + Độ không thay đổi tần số và độ đúng mực tần số : là năng lực máy thu hoạt động giải trí không thay đổi vàchính xác tại tần số thu, tránh hiện tượng kỳ lạ trôi tần số sẽ có ảnh hưởng tác động đến chất lượng tín hiệu vàhiệu suất của máy. Chúng được xác lập qua tỉ số : Δf / f trong đó Δf là độ xô lệch tần số, f là tầnsố thu. + Độ méo : để bảo vệ máy thu hoạt động giải trí với hiệu suất cao và chất lượng tín hiệu tốt ( độnhạy, độ tinh lọc tần số ) thì ảnh hưởng tác động của méo càng thấp càng tốt. Ngoài ra còn một số ít thông số kỹ thuật phụ thuộc vào vào mục tiêu sử dụng và điều kiện kèm theo thao tác của máy thunhư : - Nguồn cung ứng cho thiết bị. - Công suất tiêu thụ nguồn. - Công suất đầu ra ( vd : tai nghe, loa … ). - Đặc điểm về cấu trúc, tính cơ học, nhiệt độ và thiên nhiên và môi trường thao tác. 4.2. Các kiến trúc mạng lưới hệ thống máy thu vô tuyến điện. 4.2.1. Sơ đồ khối máy thu khuếch đại thẳng. ` ` Máy thu khuếch đại thẳng là loại máy thu có nhiều điểm yếu kém như độ nhạy, độ chọn lọcvà năng lực không thay đổi tần số kém, dải thông hẹp. Do đó loại máy thu có kiến trúc này ngày naykhông được sử dụng ( hình 4.1 ). antenMạch vàoKĐCTTáchsóngKĐ âmtầnHình 4.1. Sơ đồ khối máy thu khuếch đại thẳng. Nguyên lý hoạt động giải trí : Tín hiệu cao tần ( RF - Radio Frequency ) được anten thu nhận và đưa đến đầu vào máy thu. Mạch vào máy thu sẽ thực thi tinh lọc tần số cần thu trải qua giải pháp cộng hưởng tầnsố. Tín hiệu thu sau khi được lọc bỏ những thành phần nhiễu sẽ được khuếch đại cao tần tớibiên độ đủ lớn để đưa vào bộ tách sóng ( giải điều chế ) và thu nhận lại tín hiệu tin tức đã điều chếở phía phát. Tín hiệu tại anten mà máy thu cảm nhận được có giá trị rất nhỏ, do đó những yếu tố của mạchvào cũng ảnh hưởng tác động đến năng lực tách sóng của máy thu. Với cấu trúc và hoạt động giải trí đơn thuần, máy thu khuếch đại thẳng có những tính năng hạn chế, hiệu suất và chất lượng không cao, hiệu suất, chất lượng tín hiệu thu cũng như năng lực chốngnhiễu và những thông số kỹ thuật kỹ thuật khác của máy thu có giá trị thấp. 4.2.2. Sơ đồ khối máy thu đổi tần. Hình 4.2. Sơ đồ khối cơ bản của máy thu đổi tần. Máy thu đổi tần đã khắc phục được những điểm yếu kém của máy thu khuếch đại thẳng. vớiđặc điểm là khuếch đại tín hiệu ở tần số trung gian sử dụng những bộ khuếch đại tinh lọc ( tải là cáckhung cộng hưởng ) nên dễ đạt được thông số khuếch đại lớn kể cả ở những băng tần sóng ngắn. Ưu điểm của máy thu đổi tần : ` - Độ nhạy máy thu cao. - Hệ số khuếch đại đồng đều trên cả băng sóng. - Độ tinh lọc cao. - Do sử dụng tần số trung gian và độ tinh lọc nằm trong khoanh vùng phạm vi trung tần nên đặc tínhtần số của toàn máy gần như không đổi khác trong hàng loạt dải sóng. Tần số trung tần của máy thu giảm nhiều so với tần số cao tần phối hợp với những mạch cộnghưởng có thông số phẩm chất lớn đã cho phép máy thu nhận được tín hiệu có độ tinh lọc và độ nhạycao và dạng đặc tuyến tần số gần lý tưởng. Các tầng từ khoanh vùng phạm vi tần số cao ( RF ) đến âm tần đềuthực hiện khuếch đại tại những tần số khác nhau nên tránh được hiện tượng kỳ lạ ghép ký sinh giữa cáctầng. Ở một số ít máy thu vô tuyến điện có chất lượng cao ( độ nhạy, độ tinh lọc, hiệu suất cao ), đặc biệt quan trọng là những máy thu chuyên được dùng người ta thường triển khai đổi tần từ 2 đến 3 lần. 4.2.3. Một số mạng lưới hệ thống thu đổi tần thông dụng. 4.2.3. 1. Hệ thống thu Heterodyne : Hệ thống thu Heterodyne là một trong những mạng lưới hệ thống được ứng dụng thông dụng trong lĩnhvực thông tin truyền sóng điện từ lúc bấy giờ. * Nguyên lý của mạng lưới hệ thống : - Tín hiệu sóng vô tuyến RF ( Radio Frequency ) có tần số rất cao tiên phong được khuyếchđại trong bộ trọn tần, sau đó tín hiệu cao tần này sẽ quy đổi xuống tần số IF ( IntermediaterFrequency ) thấp hơn hay còn gọi là trung tần và fIF = fRF - fLO. Tín hiệu này sau khi được khuyếchđại và đưa vào bộ lọc tần trung thì sau cuối ta sẽ đưa tín hiệu được về dải tần cơ sở. Hình 4.3. Sơ đồ nguyên tắc mạng lưới hệ thống thu Hecterodyne - Bộ trộn được xem như mạch nhân analog mà tín hiệu RF được trộn hay nhân với tín hiệuđược tạo ra với bộ giao động nội tại ( Local Ocilator ), ở đây thành phần giao động nội tại điềuchỉnh thêm vào thì rất quan trọng với việc ứng dụng của bộ thu heterodyne ví dụ như trong cácthiết bị radio, Tv, vệ tinh và những thiết bị thông tin khác. Dải băng đối xứng phía trên và dưới của xê dịch nội tại sẽ đổi tần cùng tạo ra tần số IFgiống nhau. Phần ảnh được coi như là nhiễu của mạng lưới hệ thống và đo bằng tỉ số SNR và bộ lọc ảnh nhiễu IR ( Image reject ) lúc này cần được thêm vào. ` * Đánh giá mạng lưới hệ thống : ` Ưu điểm : - Hệ thống này có độ nhạy cao trong việc thu những tần số và đối tượng người tiêu dùng giải quyết và xử lý ở đây chỉ là tầnsố. - Mạch analog giải quyết và xử lý tín hiệu sau khi đưa về trung tần là đơn thuần. Nhược điểm : - Hệ thống máy thu này là có phát sinh hiện tượng kỳ lạ tần số ảnh, để khắc phục lỗi này ngườita thường vô hiệu tần số ảnh bằng việc thêm vào một bộ lọc tại đằng trước của bộ trộn tần. - Giá thành bộ lọc IR đắt. - Hệ thống nhìn chung là phức tạp tiêu thụ hiệu suất lớn. 4.2.3. 2. Hệ thống thu loại ảnh. • Hệ thống thu khử ảnh ( image-reject ) • Mục đích chính của bộ thu khử ảnh là giải quyết và xử lý việc khử ảnh mà không sử dụng bộ lọc bênngoài. • Hai quy mô thu loại ảnh : Mô hình Harley và quy mô Weaver. a ) Mô hình Harley : * Nguyên lý : Tín hiệu RF nguồn vào được trộn với tínhiệu xê dịch nội tại vuông góc ở đầu ra cótên là sin ( ωLOt ) và cos ( ωLOt ) sau đó được đưaqua bộ lọc thông thấp, tín hiệu tại nút x thìđược đổi khác 900 bởi mạng RC-CR, sau đó sẽđược cộng với tín hiệu tại nude b, nó có thểcoi là tổng của nút a và b nhằm mục đích vô hiệu ảnh vàchỉ giữ lại tín hiệu mong ước. Trong thựcthế thì mạng RC-CR một phần là + 450 vàphần còn lại là - 450. * Nhận xét : Nguyên lý loại trừ của Hartley rất dễ bị ảnh hưởng tác động bởi sự mất tương ứng của những tài liệu, nếu pha của hai tín hiệu không trọn vẹn cân đối thì hình ảnh chỉ bị vô hiệu một phần ... những vấnđề tương quan đến mất tương ứng gồm có lỗi I / Q. và sự không đúng chuẩn của những tham số R và Csẽ dẫn đến biến hóa những thông số kỹ thuật không tốt cho mạng lưới hệ thống. b ) Mô hình Weaver. Để giảm bớt sự mất tương ứng với việc mạng RC-CR quay 90 độ trong cấu trúc củaHartley, quy mô Weaver hoàn toàn có thể thay thế sửa chữa bằng quy trình trộn vuông góc hai lần. Câu trúc Weaver đạt được việc vô hiệu ảnh lớn hơn do không sử dụng mạng RC-CR tuynhiên do mạch điện vẫn phụ thuộc vào vào khử ảnh qua việc loại trừ do vậy vẫn có sự mất tươngxứng giữa những pha và đây là yếu tố đáng chăm sóc. Mô hình Harley và Weaver đã vô hiệu sự thiết yếu phải có bộ lọc để loại ảnh nhưng chúngcũng để lại sự mất tương ứng giữa những pha. Hình 4.4. Kiến trúc máy thu theo quy mô Wearver4. 2.3.3. Hệ thống thu homodyneSự tăng trưởng không ngừng của những mạng di động và những dạng thức tiếp xúc không dây thìxu hướng đang tiến tới việc sẽ thu tín hiệu một cách trực tiếp. Việc thu cũng như đổi khác trực tiếpnày được đưa ra khái niệm mạng lưới hệ thống homodyne hay là quy đổi zero-IF ( tần thấp mức 0 ). ` * Nguyên lý : - Tín hiệu tiên phong được khuyếch đại vàloại nhiễu, sau đó sẽ được quy đổi trựctiếp tới dải thông cơ sở hay thậm chí còn là sẽchuyển thẳng tới tín hiệu hiện thời. Khi tần sốcủa RF và LO là ngang bằng thì nó sẽ tiếnhành việc làm được xem như thể sự dòpha. Trong một vài trường hợp, việc thu tínhiệu sẽ được thực thi chỉ khi mà dao độngnội bộ được đồng nhất về pha với tần số sóngmang chuyển tới, sự thu này được gọi làhomodyne - Zero IF ( tần thấp mức 0 ) • Giả định rằng IF trong heterodyne được giảm đến 0, thì xê dịch nội tại sẽ chuyển điểmtrung tâm của kênh thu tới 0 hz, và phần của kênh mà được chuyển tới phía âm của trục tần số sẽtrở thành ảnh so với một phần của kênh tựa như ở phía trục tần số dương. • Để hoàn toàn có thể đạt được hiệu suất cao thu thông tin lớn nhất, tất cả chúng ta cần phảilấy cả hai phần của tín hiệu. Điều này sẽ được triển khai bởi phương pháp saucòn được gọi là đổi tần vuông góc. Nguyên lý của giải pháp này là tínhiệu sẽ được chia làm hai kênh và sẽ được đổi tần thấp bởi một giao động nội bộ, và có pha quaymột góc 90 độ với kênh còn lại tương ứng, vector của tín hiệu hiệu quả được màn biểu diễn như sau : Signal = I 2 + Q. 2 arg ( Signal ) = ϕ = arctg * Đánh giá mạng lưới hệ thống : Ưu điểm : - Phổ của tín hiệu RF đơn thuần quy trình chuyển tần số qua việc chuyển thẳng xuống dảitần cơ sở ngay trong quy trình đổi tần tiên phong - Việc chọn kênh chỉ nhu yếu một bộ lọc thông thấp - Tần số ảnh được vô hiệu không cần có những quy mô loại ảnh hay bộ lọc - Không cần bộ trộn, bộ khuyếch đại ở tần số trung gian do không có quy trình tiến độ này. - Hệ thống đơn thuần. Nhược điểm : - Nhược điểm chính của mạng lưới hệ thống này là sẽ có một khoảng chừng rỗi gây ra bởi sự rò rỉ của tínhiệu xê dịch nội tại so với sóng vô tuyến RF của bộ trộn, tín hiệu sẽ liên tục được phản chiếu
Source: https://baoduongdieuhoa24h.com
Category: Điện Tử
