CHƯƠNG 1 TONG QUAN 1.1 Giới thiệu dé tài Ngày nay, khoa học kỹ thuật trên Thế Giới có nhiều tiến bộ, nhiều thành tựu đáng kể nhất là lĩnh vực khoa học kỹ thuật, công nghệ thông tin, phát thanh truyền hình. đã và đang phát triển rất mạnh. Các thiết bị điện tử ngày càng tinh gọn, siêu nhỏ nhưng tính năng và hiệu quả làm việc của chúng thì rất cao và bên. Một trong các hệ thông đó là truyền dẫn sóng vô tuyến Viba được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực: Phát Thanh Truyền Hình.
truyền tin, an ninh, viễn thông. Các hệ thống vô tuyến viba tiếp sức mặt đất (terrestrial radio-relay) có dung lượng thấp đến cao, có khả năng truyén dẫn tín hiệu thay thé các tuyến cáp đồng trục, quang trong các mạng nội hạt mà địa hình phức tạp với thời gian triển khai tương đối thấp, tính cơ động cao trong điều kiện địa hình hiểm trở rừng núi biển đảo với cự ly truyền dẫn lên đến 60 km. Kiên Giang là tỉnh cuối cùng Tây Nam nước ta có địa hình phức tạp: đổi núi, biển đảo, biên giới,. nên việc truyền tai thông tin địa phương trên sóng phát thanh truyền hình đến người dân gặp rất nhiều khó khăn.
Vì thế Đài Phát Thanh và Truyền Hình Kiên Giang đã xây dựng trạm phát sóng trung tâm (10kW) trên đỉnh núi Hòn Me (Hòn Dat - Kiên Giang) cùng với các trạm tiếp sóng (500W) ở huyện đảo, biên giới: Hòn Tre, Phú Quốc, Kiên Lương, Hà Tiên nhằm đáp ứng truyền tải thông tin chính trị, xã hội, kinh tế, địa phuong,. kip thời và liên tục đến người dân huyện đảo, biên giới và ngư dân đang đánh bắt trên vùng biển Kiên Giang. Nghiên cứu và thiết kế mạch khuếch đại công suất cho hệ thông ViBa băng X GVHD: TS. Huỳnh Phú Minh Cường HVTH: Lâm Hoang Trung Hình 1.1: Hệ thống Viba tiếp sóng: tram Trung tâm (a), Tram Phú Quốc (b), Trạm Kiên Lương (hòn Phụ Tủ) (c), Trạm Hòn Tre (d).
Tuy nhiên do địa lý hiểm trở nên đến nay việc đưa tín hiệu truyền hình đến các trạm tiếp sóng vẫn chưa có đường cáp quang truyền dẫn mà phải sử dụng thiết bị truyền dẫn Viba. Các hệ thông truyền dẫn viba phụ thuộc rất nhiễu vào công suất phat nhăm đáp ứng yêu cầu khoảng cách truyền dẫn thông tin đến các trạm tiếp sóng truyền hình. Chính vì lý do này nên tôi chọn đề tài nghiên cứu thiết kế mạch công suất cho hệ thống Viba, làm chủ công nghệ thiết kế nhằm đưa tín hiệu truyền hình vươn xa hơn ra các đảo nhỏ và vùng biên giới hiểm trở đến nay vẫn chưa được phủ sóng Phát Thanh Truyền Hình phục vụ nhu cầu thông tin cho người dân. Nghiên cứu và thiết kế mạch khuếch đại công suất cho hệ thông ViBa băng X GVHD: TS.
Huỳnh Phú Minh Cường HVTH: Lâm Hoang Trung 1.2 Tính cấp thiết dé tài Ở Việt Nam hiện nay các thiết bị truyền dẫn Viba băng X đa số là nhập từ nước ngoài với giá thành rất cao, do rào cản về chính trị nên thủ tục nhập khâu phức tạp và mat rất nhiều thời gian. Cùng với điều kiện khí hậu khắc nghiệt ở vùng biên giới hải đảo tỉnh Kiên Giang hàng năm thường xuyên xảy ra giông bão, sương muối, sam sét,. cho nên khi vận hành thực tế hệ thông Viba thường xuyên hư hỏng phan lớn là module công suất. Việc gởi thiết bị đi sửa chữa và thay thế module tốn kém chi phí và thời gian làm gián đoạn phát sóng truyền hình ảnh hưởng đến truyền tải thông tin, tin tức đến người dân địa phương gây ảnh hưởng không nhỏ đến đời sống kinh tế chính trị của địa phương.
Chính vì những khó khăn trên nên dé tài hướng đến việc nghiên cứu và thiết kế mạch công suất X-band thay thế cho hệ thống Viba truyền dẫn. Nhăm làm chủ công nghệ sản xuất các module công suất cao tần góp phan rất quan trong trong việc sửa chữa bảo trì các hệ thống truyền dẫn Viba của tỉnh nhà, đảm bảo truyền dẫn thông tin liên tục trong lĩnh vực Phát Thanh Truyền Hình và hệ thống Viễn Thông. Và đây cũng là tính cấp thiết của dé tài nhăm giảm sự phụ thuộc vào các chuyên gia nước ngoài cũng như nhập các module công suất, chủ động thiết kế dự phòng để thay thế kịp thời module công suất khi sự cỗ xảy ra góp phan tiết kiệm chi phí và thời gian cho co quan đơn vi. So đồ cơ bản của hệ thông viba ABE CARAVAGGIO(BG)ITALY PM7 8050MHz (hình1.2) mà Đài Phát Thanh truyền hình Kiên Giang đang sử dụng và vị trí mạch công suất (PA) của hệ thống.
Nghiên cứu và thiết kế mạch khuếch đại công suất cho hệ thông ViBa băng X GVHD: TS. Huỳnh Phú Minh Cường HVTH: Lâm Hoang Trung TRANSMITTING RECEIVING ANTENNA [| ⁄ POF a \. | ANTENNA “3 output \ j teu! ISNGLE OR DOUBLE | ` PM/TX PM/RX Nợ oF ome —— | TRANSMITTER receiver L_“2Z< ' COAL H 4 ay ~⁄Z {MOU 0 | oy Í comannen |a£kLA10R = F 70W ourpur IFTƠMHE +5dBm | OUTPUT |# 70WME +#4Bm (sUđm) |(+9248m) 7$ahm 750m 9 9 f 70MMr =| © 70W ĐUIPV! — | OUTPUT +9 d8" +%5#Bm 9° (#10dBm) — | (21248m) * 7OMHe Tetum }§ghm input BASE BAND wt — HT in PM/IF PM/IF 7 Teme UNTER ¢. # 70WHz MODULATOR |__| me TV FM MODULATOR TY FM DEMODULATOR DEEUPHASIS ° 0UTPUT nà iF 70MHz iF 70MMz T5 em Vee 150bm ° I1 1104 VOLO FRTER + BASE BAND BASE BAND AUDIO.
SUBCARRIER AUDIO SUBCARRER [| 080UP DELAY © Om Q tren Via WODULATORS Fld DEWODULATORS EQUM (7ER —— ò ô 6 > 0 fe) ò voto AUDI9 AuDND VIDEO = YEO PUT neut outPuT OUTPUT OUTPUT Ne BA Soy 443 ` Www Hình 1.2: Sơ đồ khối ViBa ABE PM7 - 8050GHz.3 Đối tượng nghiên cứu Ở Việt Nam hiện nay còn sử dụng rất nhiều hệ thống truyền dẫn Viba để truyền thông tin. Tất cả các kỹ thuật trong một hệ thống đều là các mảng kỹ thuật riêng biệt được kết hợp với nhau để tạo thành một hệ thống hoàn chỉnh chất lượng cao nhưng phức tap. Đóng vai trò không thể thiếu của hệ thống là bộ thu phát sóng. Tin hiệu phát đi phải là các tín hiệu vô tuyến, với khả năng di động cao, tín hiệu phát phải đủ mạnh giảm thiểu tác động môi trường, và truyền được xa.
Chính điều này dẫn đến việc phát triển bộ khuếch đại cộng suất với yêu cầu ngay càng nhỏ gon, hệ số khuếch đại cao, công suất ngõ ra đủ lớn là rất cần thiết. Trong giới hạn thời gian của một luận văn thạc sĩ, đề tài sẽ không đi sâu nghiên cứu ché tạo toàn bộ hệ thống mà sẽ chọn đi sâu nghiên cứu chế tạo bộ khuếch đại công suất siêu cao tần X- band với tần số trung tâm 8.5Ghz và yêu cầu đảm bảo về công suất phát nhằm đạt Nghiên cứu và thiết kế mạch khuếch đại công suất cho hệ thông ViBa băng X GVHD: TS. Huỳnh Phú Minh Cường HVTH: Lâm Hoang Trung được khoảng cách truyền dẫn mong muốn 30km. Dé thiết kế mạch khuếch đại công suât cho hệ thông phát Viba truyền dân tín hiệu, ta cân năm vững các kiên thức sau: Hệ thống Viba số truyền dẫn tín hiệu, suy hao trong điều kiện tự do Kỹ thuật siêu cao tần: độ lợi, suy hao, linh kiện cao tần, mạch siêu cao tan,.
Sử dụng phần mềm mô phỏng mạch siêu cao tần ADS, đường dây truyền sóng Appcad, phối hop trở kháng Smithchart, EM Momentum Gia công mạch thực tẾ, dùng thiết bị đo đạt so sánh yeu cau đặt ra.4 Huong giai quyét dé tai Luận văn sé chon phương pháp thực nghiệm để nghiên cứu với các thi nghiệm va kết quả đo đạc trên mạch được chế tạo thực tế. Các kết quả thực nghiệm sẽ được so sánh với kết quả tính toán lý thuyết và mô phỏng. Cuối cùng, kết nối tín hiệu RF của bộ điều chế của máy phát Viba với ngõ vào của bộ khuếch đại công suất để phát thử nghiệm với các khoảng cách yêu cầu đặt ra và đánh giá hiệu quả của toàn bộ dé tai. Trong khuôn khổ luận văn này sé tập trung vào một số van dé trọng tâm của dé tài đặt ra.
Nghiên cứu về hệ thống máy phát Viba tìm hiểu phương pháp tính toán suy hao trên đường truyền dé chế tạo bộ khuếch đại công suất X-band có công suất phát phù hợp nham đạt được khoảng cách truyền mong muốn. Cuối cùng đưa ra các giải pháp để thiết kế chế tạo một hệ thống thực tế để thử nghiệm và so sánh với các kết quả mô phỏng va tính toán.5 Các công trình liên quan Mạch khuếch đại công suất là một thành phần không thể thiếu đối với các hệ thống máy phát Viba với yêu cầu công suất đủ lớn để truyền dẫn tín hiệu đi xa. Trong thực tế, đã có nhiều đề tài nghiên cứu, thiết kế mạch khuếch đại công suất băng X. Trong dé tài nghiên cứu [1], tác giả Robert Robinsson đã giới thiệu mạch khuếch đại công suất dạng Balance Power Amplifier, công suất 50 W ở tan số 9 GHz.
Nghiên cứu và thiết kế mạch khuếch đại công suất cho hệ thông ViBa băng X GVHD: TS. Huỳnh Phú Minh Cường HVTH: Lâm Hoang Trung 66 mm Hình 1.3: Mạch PA băng X, tác giả Robert Robinsson Trong dé tài [2] mạch khuếch đại công suất X - band dùng GAN transistor, 20W tan số 10Ghz của tác giả ALI ÏLKER ISIK.4: Mach PA băng X, tác giả ALI [LKER ISIK Hay dé tài [3] mạch khuếch đại công suất wideband 10W của tác giả Muhammed Hakan Yilmaz. Nghiên cứu và thiết kế mach khuếch đại công suất cho hệ thông ViBa băng X GVHD: TS. Huỳnh Phú Minh Cường HVTH: Lâm Hoang Trung Hình 1.5: Mạch PA wideband, tác gia Muhammed Hakan Yilmaz.
Và đề tài [4] “3 W X-Band Monolitic Variable Gain Amplifier”, cua tac gia R.B Culbertson va Zimmerman su dung trong ché tao MMIC. Những nghiên cứu trên được đăng kha nhiều trên các tạp chí IEEE hay các hội nghị quốc tế vé siêu cao tần. Còn ở Việt Nam, việc nghiên cứu thiết kế các mạch khuếch đại công suất siêu cao tần còn khá khiêm tốn, chủ yếu tập trung vào việc mô phỏng. Do đó, tôi đã chọn đề tài thiết kế mạch khuếch đại công suất băng X dùng cho hệ thống Viba truyền dẫn tín hiệu.
Trong luận văn này, tôi tập trung nghiên cứu việc thiết kế mạch khuếch đại công suất ở băng tần X (8 đến 12 Ghz) với tần số trung tâm 8.5 GHz để truyền dẫn thông tin giữa 2 trạm với khoảng cách yêu câu 30km. Mạch công suất này ngoài việc phục vụ cho máy phát Viba còn phục vụ cho các ứng dụng khác như: rada, y học,. Nghiên cứu và thiết kế mạch khuếch đại công suất cho hệ thông ViBa băng X GVHD: TS.