CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THU PHÁT THÔNG TINVÔ TUYẾN 1. Hệ thống thu phát thông tin vô tuyến Hiện nay, trên thế giới đang sử dụng hai loại công nghệ mạng là : Công nghệ không dây(các thiết bị trong hệ thống mạng giao tiếp với nhau qua sóng Radio) vàCông nghệ có dây(các thiết bị trong hệ thống mạng giao tiếp với nhau thông qua cáp truyền dữ liệu). Vậy tại saotrên thế giới, mạng không dây lại đang chiếm ưu thế? Mạng không dây không dùng cáp cho các kết nối, thay vào đó, chúng sử dụng sóng Radio. Ƣu thế của mạng không dây là khả năng di động và sự tự do, ngƣời dùng không bị hạn chế về không gian và vị trí kết nối.
Những ƣu điểm của mạng không dây bao gồm: - Khả năng di động và sự tự do – cho phép kết nối từ bất kỳ đâu. - Không bị hạn chế về không gian và vị trí kết nối. - Dễ lắp đặt và triển khai. - Không cần mua cáp.
- Tiết kiệm thời gian lắp đặt cáp. - Dễ dàng mở rộng. Ngày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ của thông tin vô tuyến thì thiết bị vô tuyến đã đóng một vai trò rất quan trọng trong việc truyền tải tin tức đi xa.Truyền dẫn thông tin vô tuyến là phƣơng thức dùng không gian làm môi trƣờng truyền tin, với các ƣu điểm về khoảng cách, tốc độ truyền tin và sự cơ động, thông tin vô tuyến hiện nay đang là giải pháp tối ƣu cho các hệ thống viễn thông. Ngoài ra, miền ứng dụng của các hệ thống thông tin vô tuyến cũng rất rộng, nó có thể sử dụng cho các hệ truyền dẫn thông tin di động, thông tin vệ tinh, phát thanh, truyền hình, các đài radar quân sự và dân sự phục vụ cho an ninh quốc phòng, an sinh xã hội và phát triển kinh tế đất nƣớc.
Giới thiệu về các hệ thống thu phát vô tuyến Có rất nhiều loại hệ thống thu phát vô tuyến với các loại kiến trúc máy thu và kiến trúc máy phát khác nhau. Sau đây là một vài kiến trúc máy thu và kiến trúc máy phát điển hình: TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. Máy thu-phát trực tiếp (Direct-Conversion Transmisters) Sơ đồ nguyên lý: Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý máy phát trực tiếp Máy phát trực tiếp có ƣu điểm là đơn giản vì thế giá thành rẻ. Nhƣng nó có nhƣợc điểm là tần số của bộ dao động nội LO chính là tần số phát, khi bị phản xạ từ anten gây nhiễu cho LO.2 Sơ đồ nguyên lý máy thu giải điều chế trực tiếp (Hommodyme) Loại kiến trúc máy thu này có ƣu điểm là đơn giản, dễ tích hợp, công suất thấp.
Tuy nhiên, nó có nhƣợc điểm là: TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 11 - Xuất hiện thành phần 1 chiều ĐƢỢC offset, nguyên nhân là do cách ly giữa 2 cổng của bộ trộn tần. - I/Q mismatch: do bộ trộn IQ Demodulator hoạt động ở tần số cao nên bộ vuông pha 90 hoạt động không chính xác hoàn toàn và đọ suy giảm của nó làm cho biên độ và pha của các tín hiệu không hoàn toàn bằng nhau. - Độ nhạy kém do bộ lọc băng thông có dải thông rộng. Máy thu- phát qua trung tần: Sơ đồ nguyên lý: Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý máy phát qua trung tần Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý bộ thusiêu ngoại sai TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 12 Bảng 1: Các khối trong hệ thống thu phát Bộ điều chế tín hiệu.
Modulated signal Bộ trộn tần: có nhiệm vụ trộn tần số ở lối Mixer vào và tần số VCO. Tầng khuếch đại đệm, đây là bộ khuếch Drive amplifier đại tạp âm thấp có mục đích kích công suất tín hiệu lên trƣớc khi đƣa vào bộ khuếch đại công suất Bộ khuếch đại công suất lớn: phát công Power amplifier suất tối đa là 1w. Với điều kiện 2 anten nhìn thấy nhau có thể phát đi trong khoảng cách 10km Bộ tạo dao động ngoại sai: có nhiệm vụ VCO phát ra tín hiệu cao tần UHF làm sóng mang cho tín hiệu mang thông tin. Bộ khuếch đại tạp âm thấp (LNA): đây là một modul khuếch đại đặc biệt, sử dụng trong các hệ vô tuyến để khuếch đại những LNA tín hiệu rất yếu đƣợc thu từ anten.
Nó thƣờng đƣợc đặt rất gần anten thu để giảm thiểu suy hao. Khi sử dụng bộ khuếch đại này ở máy thu thì ồn nhiễu của những tầng sau sẽ đƣợc giảm bởi hệ số khuếch đại của nó. Trong khi đó, ồn nhiễu của LNA lại đƣợc cộng trực tiếp vào tín hiệu nhận đƣợc. Việc sử dụng LNA là cần thiết để tăng công suất tín hiệu mong muốn, còn tạp nhiễu sẽ đƣợc xử lý ở những tầng tiếp theo.
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 13 Bộ khuếch đại trung tần khuếch đại công suất tín hiệu trung tần sau khi lấy ra khỏi bộ IF amplifier trộn tần số trƣớc khi đƣợc xử lý ở các tầng tiếp theo. Bộ tách sóng: có nhiệm vụ tách lấy thông Detector tin mong muốn. bộ giải điều chế để thu đƣợc tín hiệu mong Demodulation muốn. Anten phát và anten thu Ƣu điểm của bộ thu-phát trung tần là :Tránh đƣợc nhiễu dao động nội do phản xạ, độ ổn định tần số cao hơn thu-phát trực tiếp.
Sử dụng băng thông hẹp hơn nên chất lƣợng máy thu tốt hơn. Nhƣợc điểm: Do có nhiều khối nên phức tạp và tốn kém hơn so với thu-phát trực tiếp. Nguyên lý: Tại máy phát, tín hiệu sau khi đƣợc điều chế sẽ đƣợc đƣa vào bộ trộn tần với sóng dao động nội có tần số thích hợp để tín hiệu cuối cùng có sóng mang ở băng UHF. Sóng mang cao tần đƣợc tạo ra bởi mạch tạo dao động điều khiển bằng điện áp có khả năng điều khiển tần số linh hoạt với dải điều chỉnh rộng, phát tín hiệu đã đƣợc điều chế đi với khoảng cách xa nhờ một bộ khuếch đại đệm trƣớc khi đƣa vào khuếch đại công suất và phát đi bởi anten.
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 14 CHƯƠNG 2 LÝ THUYẾT SIÊU CAO TẦN 2. Tổng quan về siêu cao tần 2. Giới thiệu chung Thuật ngữ “viba” hay sóng siêu cao tần (microwaves) là để chỉ những sóng điện từ có bƣớc sóng rất nhỏ, ứng với phạm vi tần số rất cao của phổ tần số vô tuyến điện. Phạm vi của dải tần số này cũng không có sự quy định chặt chẽ và thống nhất trên toàn thế giới.
Giới hạn trên của dải thƣờng đƣợc coi là tới 300 GHz (f = 3.1011 Hz), ứng với bƣớc sóng = 1 mm (sóng milimet), còn giới hạn dƣới có thể khác nhau tùy thuộc vào các quy ƣớc theo tập quán sử dụng. Một số nƣớc coi "sóng cực ngắn" là những sóng có tần số cao hơn 30 MHz (bƣớc sóng ≤ 10m ), còn một số nƣớc khác coi "viba" là những sóng có tần số cao hơn 300 MHz (bƣớc sóng ≤ 1 m ).1014 sóng ánh sóng sóng sóng mét Vi ba Hồng ngoại sáng dài trung ngắn (VHF) nhìn thấy 3 2 -1 -2 -3 -6 10 10 10 1 10 10 10 10 Bƣớc sóng (m) Trong ứng dụng thực tế, dải tần của vi ba còn đƣợc chia thành các băng tần nhỏ hơn nhƣ - UHF (Ultra High Frequency): f = 300 MHz ÷ 3 GHz - SHF (Super High Frequency): f = 3 ÷ 30 GHz - EHF (Extremely High Frequency): f = 30 ÷ 300 GHz TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. Lý thuyết đường truyền Khi nghiên cứu đƣờng truyền đối với các tín hiệu tần số thấp, ta thƣờng coi các đƣờng dây nối (hay đƣờng truyền) là ngắn mạch.Điều này chỉ đúng khi kích thƣớc của mạch là nhỏ hơn bƣớc sóng của tín hiệu.Còn đối với tín hiệu cao tần và đặc biệt đối với tín hiệu siêu cao thì ta phải có những nghiên cứu đặc biệt về đƣờng truyền. Trong các hệ thống siêu cao tần và sóng milimet, bƣớc sóng của tín hiệu có thể bằng hoặc nhỏ hơn kích thƣớc của các bộ phận và đƣờng truyền của chúng.
Điều này có nghĩa là có thể diễn ra những thay đổi quan trọng về pha tín hiệu dọc theo đƣờng truyền và có sự biến đổi trở kháng danh định của một thiết bị hoặc một thành phần mà tín hiệu đi qua. Những sự biến đổi trở kháng này gây ra các sóng phản xạ trên đƣờng truyền. Điều này sẽ dẫn đến sự tổn hao năng lƣợng trên đƣờng truyền do năng lƣợng bị phản xạ. Lƣợng năng lƣợng bị phản xạ đƣợc xác định bởi hệ số phản xạ , có quan hệ với trở kháng.
Mô hình tương đương tham số tập trung của đường truyền Hình 2.1 Dây dẫn song song và sơ đồ tương đương TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 16 Nhìn chung, các đƣờng truyền đều có dạng một cặp dây dẫn song song để tín hiệu điện áp truyền qua. Trƣớc hết chúng ta khảo sát một đƣờng truyền gồm một cặp dây dẫn song song nhƣ hình vẽ 2. Hai dây dẫn này đƣợc mô hình hoá bằng: - Điện dung song song tính theo chiều dài đơn vị của dây dẫn C [ F/m] - Điện dẫn song song tính theo đơn vị dài [S/m] Một dòng điện dọc theo chiều dài dây dẫn sẽ tạo ra một dòng điện trong dây dẫn theo chiều ngƣợc lại, đó là thành phần cảm ứng. cũng sẽ có một điện trở hữu hạn nối tiếp trong các dây dẫn.
- Điện cảm nối tiếp tính theo chiều dài đơn vị [ H/m] - Điện trở nối tiếp tính theo chiều dài đơn vị [ /m] Một đoạn ngắn ∆z của đƣờng truyền đƣợc biểu diễn trên sơ đồ tƣơng đƣơng nhƣ hình vẽ 2.1,điện áp và dòng điện là các hàm của thời gian. Phương trình sóng và nghiệm Ta viết phƣơng trình Kirchoff cho mạch điện tƣơng đƣơng trong hình 2.2) Nếu đƣờng truyền ∆z ngắn thì: I z U z I z z I z z ;U z z U z z z z (2.3) Do đó ta có: I z U z I z I z z GzU z Cz z t (2.4) Suy ra: I z U GU z C z z t (2.6) 2 Bỏ qua số hạng trong (∆z) và chia cho ∆z ta đƣợc TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.7) Cặp phƣơng trình (1.7) đƣợc gọi là cặp phƣơng trình điện báo và hoàn toàn có tính chất khái quát, các điện áp và dòng điện trên dây ở bất kỳ vị trí hay thời điểm nào qua bốn tham số dây dẫn G, C, R và L. Thông thƣờng thì ta chỉ quan tâm đến một tín hiệu hình sin tần số đơn có dạng: U U 0 e jt (2.8) Lấy vi phân phƣơng trình trên ta có: U jU 0 e jt jU t (2.9) Trong trƣờng hợp này, (2.