MỞ ĐẦU Các chú dơi nhỏ bé phát ra tiếng kêu siêu âm từ mũi, nhận tiếng vọng qua hai ăng ten ở hai tai, chúng phân tích để tìm kiếm và định vị con mồi. Từ cách thức săn mồi của loài dơi và một số động vật khác cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, các nhà khoa học đã phát minh ra hệ thống phát hiện và định vị mục tiêu, hay còn gọi là ra đa (Radio Detection And Ranging - RADA). Trong chiến tranh, hàng loạt các đài ra đa được cho ra đời với nhiều chiến thuật khác nhau, nâng cao khả năng chiến đấu cho quân đội. Sau chiến tranh, các nhà khoa học tập trung cải tiến, chế tạo các đài ra đa mới không những phục vụ trong quân sự mà còn trong lĩnh vực thiên văn và đời sống xã hội phục vụ cho lợi ích loài người.
Với tên đề tài luận văn là : “ Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô đun phát công suất cho đài ra đa thế hệ mới làm việc trong dải sóng dm”, bằng lý thuyết và thực nghiệm, luận văn đã thực hiện những nội dung sau: - Tìm hiểu nguyên lý hoạt động chung của các đài ra đa - Tìm hiểu về kỹ thuật thu phát siêu cao tần - Tìm hiểu sâu về kỹ thuât phối hợp trở kháng và chế tạo thành công một khối khuếch đại công suất 45 W, hoạt động ở dải tần 820Mhz – 890Mhz, hệ số khuếch đại là 15dB. - Đánh giá kết quả đã đạt được trong luận văn và kết luận LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 2 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG RA ĐA 1. Lịch sử phát triển của Ra đa [4] Từ xa xưa, trong thiên nhiên hoang dã, tạo hóa đã ban cho chúng ta những cỗ máy rađa kì diệu. Chú dơi phát ra tiếng kêu siêu âm từ mũi, nhận tiếng vọng tại hai ăng-ten ở hai tai, qua đó phân tích để tìm kiếm và định vị mồi.1: Cách săn bắt mồi của loài dơi Những thí nghiệm và khám phá ban đầu của con ngƣời Năm 1887, nhà vật lý Đức Heinrich Hertz đã được nhân loại tôn vinh và lấy tên ông làm đơn vị tần số sóng vô tuyến.
Ông được biết đến với những cống hiến tuyệt vời và là người đầu tiên tạo ra sóng vô tuyến có thể truyền qua hoặc phản xạ bởi các loại vật liệu khác nhau trong phòng thí nghiệm. Ngày 7/5/1895, nhà bác học Nga A. Pô-pôp phát minh ra một dụng cụ có thể thu và ghi lại hiện tượng sét ở cách xa 30 km. Tháng 3/1896, Pô- pôp đã truyền đi được một bức vô tuyến điện tín đầu tiên trong lịch sử với nội dung “Heinrich Hertz”, đánh dấu một trong những phát minh to lớn nhất của nhân loại: phát minh ra vô tuyến điện.
Một trong những ứng dụng quan trọng của vô tuyến điện là phát hiện và định vị, còn gọi là rađa (RAdio Detection LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 3 And Ranging - RADAR). Tên này do hải quân Mỹ đặt trong đại chiến thế giới lần thứ hai, nay đã trở nên thông dụng. Cống hiến của Pô-pôp không dừng lại ở đó. Năm 1897, trong thí nghiệm về cự ly thông tin vô tuyến điện, ông gặp một hiện tượng bất ngờ khi liên lạc vô tuyến giữa hai tàu bị cắt đứt lúc có một tuần dương hạm chạy ngang qua.
Lí do được giải thích là do sóng vô tuyến bị phản xạ khi gặp chướng ngại vật. Ông đã nghĩ ngay ra việc lợi dụng hiện tượng này để kiểm tra, xác định vị trí và dẫn đường cho tàu thuyền. Đây được xem là thời điểm khởi đầu của các hệ thống rađa. Năm 1904, Christian Hülsmeyer đã nhận được bằng sáng chế của Đức cho thiết bị gọi là Telemobiloskop, thiết bị quan sát vật thể từ xa.
Năm 1922, Guglielmo Marconi đã có một bài diễn thuyết trình bày về ý tưởng là có thể phát hiện được những vật thể từ xa sử dụng sóng vô tuyến. Nhưng mãi đến năm 1933, ông mới đưa ra được thiết bị đầu tiên như vậy. Trong năm 1925/26, hai nhà vật lý Mỹ Breit và Tuve, cũng như hai nhà nghiên cứu Anh Appleton và Barnett đã trình diễn một số phép đo bầu khí quyển Trái đất, sử dụng một bộ phát xung vô tuyến và được coi như một rađa. Năm 1933 Viện German Kriegsmarine (Navy) bắt đầu nghiên cứu cái gọi là Funkmesstecknik hay công nghệ đo đạc từ xa.
Nghiên cứu ở Nga bắt đầu từ những năm 1934. Các đài mẫu đầu tiên công tác trên sóng dm và sóng m dựa vào hiện tượng phách giữa sóng tới liên tục và tín hiệu phản xạ từ mục tiêu. Năm 1937, Sir Robert Watson-Watt thành công trong việc tạo ra một hệ thống cho phép phát hiện máy bay ném bom từ khoảng cách lớn hơn 150 km. Và ông được coi là người phát minh ra hệ thống rađa hoàn chỉnh.
Trong chiến tranh thế giới lần thứ 2 Trong những năm ác liệt của chiến tranh, Liên-xô đã cho ra đời hàng loạt các đài rađa với nhiều chiến thuật khác nhau, nâng cao khả năng chiến đấu cho quân đội và đã góp phần vào thắng lợi chung của Hồng quân Liên- xô. Cùng lúc, các nước như Anh, Mỹ, Đức, Pháp, Nhật cũng để nhiều sức lực vào việc phát triển kỹ thuật rađa. Năm 1936, Anh xây dựng một hàng rào LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 4 rađa để bảo vệ toàn bộ bờ biển, tầm xa 250 km. Về sau, Anh cải tiến và chế tạo được các đài sóng 10 cm và 3 cm, giúp ích nhiều cho không quân trong việc oanh tạc các tàu ngầm Đức.
Năm 1939, Mỹ có các đài rađa ngắm bắn cao xạ dùng sóng dài 1,5 m, tầm xa 150 km. Nhưng các đài này lại không phân biệt được máy bay ta và máy bay địch. Cho nên, ngày 7/12/1941, Mỹ đã chịu thất bại nặng nề trong trận tấn công Trân Châu Cảng của Nhật vào căn cứ hải quân Mỹ. Sau thất bại này, Mỹ cũng đã cố gắng nghiên cứu thêm về rađa sóng cm.
Năm 1939, Đức đã trang bị 6000 đài công tác sóng 50 cm giúp cho pháo cao xạ hạ được từ 10 đến 12% máy bay phóng pháo của Đồng minh. Nhưng sau đó, khi thu được chiến lợi phẩm một số đài 3-4 cm của Anh, người Đức thấy xấu hơn nên đã chủ quan và ngừng nghiên cứu các đài sóng cm. Vì thế, các hạm đội Đức đã bị thiệt hại nặng nề khi máy bay ném bom của Đồng minh có trang bị rađa sóng 3 cm. Với tính cạnh tranh sống còn như vậy, vào cuối cuộc chiến kinh thiên động địa, hầu hết các công nghệ rađa hiện đại mà nay đang sử dụng đã xuất hiện.
Thời bình Sau chiến tranh, các nhà khoa học lại tập trung nghiên cứu cải thiện các đài sóng cm, sóng mm để áp dụng trong quân sự, thiên văn và đời sống xã hội. Năm 1946, Liên-xô, Mỹ và Hung-ga-ri đã dùng rađa phóng sóng điện từ lên mặt trăng và thu được tiếng vọng trở về sau khoảng 2,5 giây, từ đó đưa ra phương pháp xác định khoảng cách đến các thiên thể. Không còn là công cụ độc quyền của quân đội, rađa đã thâm nhập vào cuộc sống vì rađa thế hệ mới nhỏ hơn, rẻ hơn, dễ sản xuất hơn và mạnh hơn nhiều. Từ trên vệ tinh đang quay theo quỹ đạo trái đất, rađa hiện đại có thể dò tìm bên dưới sa mạc của Ai Cập và nhìn thấy những lòng sông cổ cũng như phế tích.
Mọi người hiếm khi để ý rađa xác định lỗi giao bóng nhầm ô tại các giải tennis. Rađa có thể cung cấp dự báo thời tiết trước bảy ngày với độ chính xác ngang bằng chất lượng dự báo hai ngày hiện nay. Toyota đang lắp đặt một hệ thống rađa cảnh báo va chạm cho loại xe sang trọng hiệu Lexus. Một giây sau khi rađa trên xe dò thấy một vụ va chạm LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 5 sắp tới gần, ô-tô sẽ tự thắt chặt dây an toàn quanh hành khách và bắt đầu giảm tốc độ.
Các vụ va chạm ở sườn xe xảy ra do lái xe không nhìn thấy một xe khác trong ''điểm mù'' của họ khi chuyển làn đường. Chúng chiếm hơn 413.000 vụ tai nạn ô-tô mỗi năm và làm bị thương hơn 160. Ngoài ra, rađa tầm xa có thể được sử dụng để xác định tốc độ của những chiếc xe đang tới gần trong những tình huống như hoà vào dòng xe cộ trên xa lộ hoặc đánh giá liệu quẹo xe có an toàn hay không. Hiện rađa bắt đầu được sử dụng để giám sát giao thông trên xa lộ, giúp các nhà hoạch định biết được số xe, tình trạng tắc nghẽn, tốc độ trung bình và thậm chí là kích cỡ xe trên đường.
Độ tin cậy và khả năng ''nhìn'' của rađa trong mọi điều kiện thời tiết làm cho nó trở thành một công cụ thay thế hấp dẫn đối với camera. Trong lĩnh vực khí tượng, rađa đã mang lại những cải thiện lớn đối với dự báo thời tiết. Rađa lidar, sử dụng laser, có thể đưa ra những dự báo chính xác hơn. Không giống rađa bình thường, lidar có khả năng đo những loại gió không có bất kỳ loại hạt nào chẳng hạn như hơi nước.
Tầm quan trọng của rađa hay những thiết bị hoạt động theo nguyên tắc giống như vậy ngày nay là rất lớn. Vì vậy việc không ngừng nghiên cứu ứng dụng của rađa trong cuộc sống luôn luôn là vấn đề cấp thiết. Nguyên tắc hoạt động [6] Trong kỹ thuật radar, người ta truyền đi một chùm xung vô tuyến có cường độ lớn và thu sóng phản xạ lại bằng máy thu. Bằng cách phân tích sóng phản xạ, vật phản xạ được định vị, và đôi khi được xác định hình dạng.
Chỉ với một lượng nhỏ sóng phản xạ, tín hiệu radio có thể dễ dàng thu nhận và khuếch đại. Sóng radio có thể dễ dàng tạo ra với cường độ thích hợp, có thể phát hiện một lượng sóng cực nhỏ và sau đó khuếch đại. Vì thế ra đa thích hợp để định vị vật ở khoảng cách xa mà các sự phản xạ khác như của âm thanh hay của ánh sáng là quá yếu không đủ để định vị. Tuy nhiên, sóng radio không truyền xa được trong môi trường nước, do đó, dưới mặt biển, người ta không dùng được ra đa để định vị mà thay vào đó là máy sonar dùng siêu âm.
Đặc trưng vật lý cho khả năng mà một vật phản xạ hay tán xạ sóng radio là diện tích phản xạ hiệu dụng. Sóng điện từ phản xạ (tán xạ) từ các bề mặt nơi có sự thay đổi lớn về hằng số điện môi hay hằng số nghịch từ. Có LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.