Luận án tiến sĩ về nâng cao chất lượng mô đun thu phát trong hệ thống mạng pha tích cực

• Tác giả: Phạm Cao Đại
• Người hướng dẫn: TS. Lê Đại Phong
• Trường học: Học viện Kỹ thuật Quân sự
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử
• Đề tài: Nâng Cao Chất Lượng Mô Đun Thu Phát Trong Hệ Thống Mạng Pha Tích Cực
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: MÔ-ĐUN THU PHÁT CHO CÁC HỆ THỐNG MẠNG PHA TÍCH CỰC
• 1.1. Giới thiệu chung về Hệ thống mạng pha tích cực và Hệ thống mạng pha tích cực đa chức năng
• 1.2. Hệ thống mạng pha tích cực
• 1.3. Hệ thống mạng pha tích cực đa chức năng
• 1.4. Mô đun thu phát cho Hệ thống mạng pha tích cực
• 1.5. Mô-đun thu phát tương tự
• 1.6. Mô-đun thu phát số
• 1.7. Các nội dung nghiên cứu nâng cao chất lượng của mô-đun thu phát dùng cho các hệ thống mạng pha tích cực
• 1.8. Bộ xoay pha và Bộ suy giảm tín hiệu
• 1.9. Bộ khuếch đại công suất
• 1.10. Phân bố công suất trên mặt mở ăng-ten và thay đổi công suất theo phạm vi hoạt động
• 1.10.1. Tổng hợp búp sóng và phân bố công suất trên mặt mở ăng-ten
• 1.10.2. Phạm vi hoạt động và công suất phát của hệ thống
• 1.11. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: BỘ SUY GIẢM SỐ KẾT HỢP XOAY PHA TÍN HIỆU
• 2.1. Bộ suy giảm số kết hợp xoay pha tín hiệu
• 2.2. Giải pháp nâng cao độ phân giải bộ xoay pha tín hiệu
• 2.3. Cấu trúc đề xuất của bộ suy giảm số kết hợp xoay pha tín hiệu
• 2.4. Hiệu quả của cấu trúc đề xuất qua thiết kế thử nghiệm
• 2.5. Mô tả thiết kế thử nghiệm
• 2.6. Các kết quả mô phỏng, đánh giá
• 2.7. Các kết quả đo lường, thử nghiệm
• 2.8. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: BỘ KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT HIỆU SUẤT CAO CHO MÔ- ĐUN THU PHÁT CỦA HỆ THỐNG MẠNG PHA TÍCH CỰC
• 3.1. Yêu cầu thiết kế và lựa chọn linh kiện và phương pháp thiết kế
• 3.2. Thiết kế bộ khuếch đại công suất thứ nhất
• 3.3. Mô tả thiết kế
• 3.4. Kết quả mô phỏng, đánh giá hiệu suất của bộ KĐCS thứ nhất
• 3.5. Thiết kế bộ khuếch đại công suất thứ hai
• 3.6. Mô tả thiết kế
• 3.7. Kết quả mô phỏng hiệu suất của bộ KĐCS thứ hai
• 3.8. Hiệu quả cải thiện hiệu suất công suất của hệ thống
• 3.9. Hệ thống sử dụng mạng ăng-ten dạng đường thẳng
• 3.10. Hệ thống sử dụng mạng ăng-ten mạng pha phẳng hình chữ nhật
• 3.10.1. Phân tích, đánh giá theo kích thước mạng và phân phố công suất
• 3.10.2. Phân tích, đánh giá theo mức công suất hệ thống
• 3.11. Kết luận chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: CẤU TRÚC MÔ ĐUN THU PHÁT GIAO TIẾP SỐ CHO HỆ THỐNG MẠNG PHA TÍCH CỰC ĐA CHỨC NĂNG
• 4.1. Cấu trúc mô-đun thu phát số đề xuất
• 4.2. Mô tả cấu trúc và các thành phần chính
• 4.3. Điều khiển tham số pha, biên độ của tín hiệu phát
• 4.3.1. Chế độ tạo tín hiệu phát
• 4.3.2. Nguyên lý và khả năng điều khiển pha và biên độ của tín hiệu phát của chế độ tạo tín hiệu phát kết hợp cả hai bộ DDS và bộ điều chế I/Q
• 4.4. Thử nghiệm các thành phần tổng hợp tín hiệu phát
• 4.5. Thử nghiệm khả năng tổng hợp các dạng tín hiệu phát
• 4.5.1. Tổng hợp tín hiệu trung tần phát dạng xung đơn
• 4.5.2. Tổng hợp tín hiệu điều chế mã pha
• 4.5.3. Tổng hợp tín hiệu nhảy tần
• 4.5.4. Tổng hợp tín hiệu phát băng thông rộng
• 4.6. Thử nghiệm khả năng xoay pha và điều khiển biên độ
• 4.7. Nhận xét kết quả thử nghiệm
• 4.8. Kết luận chương 4
• KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu về mô đun thu phát cho hệ thống mạng pha tích cực

Mô-đun thu phát (MĐTP) là thành phần cốt lõi trong các hệ thống mạng pha tích cực (hệ thống mạng pha tích cực). MĐTP thực hiện hai chức năng chính là thu và phát tín hiệu vô tuyến. Sự phát triển nhanh chóng của công nghệ vi mạch bán dẫn tích hợp đã mở ra cơ hội nghiên cứu và phát triển các MĐTP với hiệu suất cao hơn. Việc ứng dụng công nghệ ăng-ten mạng pha tích cực (ATMPTC) trong các hệ thống vô tuyến hiện đại đã trở thành xu hướng nổi bật. Theo nghiên cứu, ATMPTC không chỉ cải thiện hiệu suất mà còn cho phép thực hiện nhiều chức năng cùng một lúc, từ ra-đa đến thông tin và tác chiến điện tử. Tuy nhiên, việc quản lý và điều khiển hàng trăm MĐTP trong một hệ thống phức tạp cũng đặt ra nhiều thách thức về công nghệ và chi phí phát triển ban đầu.

1.1. Tính cấp thiết của nghiên cứu

Nghiên cứu nâng cao chất lượng mô-đun thu phát cho hệ thống mạng pha tích cực là rất cần thiết do sự phát triển nhanh chóng của công nghệ và nhu cầu sử dụng các hệ thống vô tuyến hiện đại. Các MĐTP cần được cải thiện về chất lượng mô đun, hiệu suất và tính năng để đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của các ứng dụng thực tế. Việc nghiên cứu này không chỉ giúp nâng cao hiệu suất hoạt động mà còn mở rộng khả năng ứng dụng của hệ thống mạng pha tích cực trong các lĩnh vực như ra-đa, thông tin vệ tinh và Internet vạn vật (IoT).

II. Các giải pháp nâng cao chất lượng mô đun thu phát

Để nâng cao chất lượng mô đun, nhiều giải pháp đã được đề xuất và nghiên cứu. Một trong những giải pháp quan trọng là cải thiện hiệu suất của các bộ khuếch đại công suất trong MĐTP. Việc lựa chọn linh kiện và thiết kế các bộ khuếch đại công suất hiệu suất cao không chỉ giúp giảm thiểu tổn thất năng lượng mà còn tăng cường khả năng phát tín hiệu. Bên cạnh đó, việc tối ưu hóa các tham số như biên độ và pha của tín hiệu phát cũng đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện tín hiệu mạng. Các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng việc điều chỉnh chính xác các tham số này có thể nâng cao đáng kể hiệu suất hoạt động của hệ thống.

2.1. Cải tiến bộ khuếch đại công suất

Bộ khuếch đại công suất (KĐCS) là thành phần thiết yếu trong MĐTP, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất mạng. Nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng các linh kiện mới như bóng bán dẫn GaN có thể cải thiện đáng kể hiệu suất của KĐCS. Việc thiết kế và tối ưu hóa các mạch khuếch đại cũng cần được thực hiện để đảm bảo rằng các tín hiệu được phát ra với công suất cao nhất mà không làm giảm chất lượng tín hiệu. Các thử nghiệm thực tế cho thấy rằng việc cải tiến KĐCS có thể làm tăng hiệu suất phát tín hiệu lên tới 20%, từ đó nâng cao chất lượng mô đun một cách đáng kể.

III. Đánh giá hiệu suất của mô đun thu phát

Đánh giá hiệu suất của MĐTP là bước quan trọng để xác định khả năng hoạt động của hệ thống. Các tiêu chí đánh giá bao gồm độ ổn định, độ chính xác và khả năng xử lý tín hiệu. Việc sử dụng các phương pháp đo lường hiện đại giúp xác định chính xác các thông số này. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc tối ưu hóa các tham số như tín hiệu mạng và hiệu suất mô đun có thể nâng cao khả năng hoạt động của hệ thống. Hơn nữa, việc thực hiện các thử nghiệm thực tế sẽ cung cấp thông tin quý giá để điều chỉnh và cải tiến thiết kế MĐTP.

3.1. Phân tích kết quả thử nghiệm

Kết quả thử nghiệm cho thấy rằng các MĐTP được cải tiến có khả năng hoạt động ổn định hơn trong nhiều điều kiện khác nhau. Việc phân tích các số liệu thu được từ các thử nghiệm cho phép đánh giá chính xác hiệu suất của MĐTP. Các thông số như công suất phát, độ nhạy và khả năng xử lý tín hiệu đều cho thấy sự cải thiện đáng kể. Điều này chứng tỏ rằng việc nâng cao chất lượng MĐTP không chỉ giúp cải thiện hiệu suất mà còn mở rộng khả năng ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau của công nghệ vô tuyến.