Tài liệu Bộ phát chuyển tiếp truyền hình kênh uhf

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN QUANG ĐỨC BỘ PHÁT CHUYỂN TIẾP TRUYỀN HÌNH KÊNH UHF LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG Hà Nội – 2013 Khoa CN Điện tử - Viễn Thông Lớp: ĐT VT K17 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN QUANG ĐỨC BỘ PHÁT CHUYỂN TIẾP TRUYỀN HÌNH KÊNH UHF Ngành: Công nghệ Điện tử - Viễn thông Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử Mã số: 60 52 70 LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Bạch Gia Dương Hà Nội – 2013 Học viên: Nguyễn Quang Đức 2 Khoa CN Điện tử - Viễn Thông Lớp: ĐT VT K17 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................................ 1 MỤC LỤC ............................................................................................................................................ 4 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .............................................................................................................. 6 DANH MỤC HÌNH VẼ ...................................................................................................................... 7 LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................................................... 8 MỞ ĐẦU .............................................................................................................................................. 9 CHƯƠNG 1 - CƠ SỞ KỸ THUẬT THU PHÁT TRUYỀN HÌNH .............................................. 10 1.1 Máy phát vô tuyến truyền hình ..................................................................................... 10 1.1.1 Tổng quan về lý thuyết máy phát .................................................................................. 10 1.1.2 Sơ đồ khối tổng quát của các loại máy phát ................................................................. 11 1.2 Máy thu vô tuyến truyền hình ....................................................................................... 15 1.2.1 Định nghĩa ..................................................................................................................... 15 1.2.2 Đặc điểm máy thu .......................................................................................................... 15 1.3 Một số hệ thống thu phát vô tuyến ................................................................................ 16 1.3.1 Máy thu-phát trực tiếp (Direct-Conversion Transmisters) ......................................... 16 1.3.2 Hệ thống thu- phát ...................................................................................................... 17 CHƯƠNG 2 - KỸ THUẬT PHỐI HỢP TRỞ KHÁNG ................................................................ 20 2.1 Khái quát chung .............................................................................................................. 20 2.2 Phối hợp trở kháng dùng phần tử tập trung [2] .......................................................... 21 2.2.1 Thuộc tính cơ bản của giản đồ Smith và giản đồ Admittance ....................................... 21 2.2.2 Mạch phối hợp trở kháng kiểu L ................................................................................... 22 2.2.3 Vòng tròn điện dẫn không đổi Z .................................................................................. 23 2.2.4 Vòng tròn điện trở không đổi ........................................................................................ 25 2.2.5 Thiết kế mạch phối hợp trở kháng dùng các mạch tập trung ........................................ 28 2.3 Phối hợp trở kháng dùng dây chêm .............................................................................. 30 2.4 Phối hợp trở kháng dùng đoạn 1/4 bước sóng λ/4 ....................................................... 30 CHƯƠNG 3 - THIẾT KẾ BỘ PHÁT VÔ TUYẾN TRUYỀN HÌNH KÊNH UHF .................... 33 3.1 Thiết kế mạch tiền khuếch đại ...................................................................................... 33 3.1.1 Yêu cầu và thiết kế ........................................................................................................ 33 3.1.2 Mô Phỏng mạch Khuếch đại công suất bằng phần mềm ADS ...................................... 33 3.1.3 Mạch Layout .................................................................................................................. 35 3.1.4 Đo đặc trưng tần số sử dụng máy phân tích phổ ........................................................... 35 3.1.5 Đo đặc trưng tần số sử dụng máy phân tích mạng ........................................................ 39 3.2 Thiết kế bộ khuếch đại công suất .................................................................................. 41 Học viên: Nguyễn Quang Đức 4 Khoa CN Điện tử - Viễn Thông Lớp: ĐT VT K17 3.2.1 Yêu cầu và thiết kế ........................................................................................................ 41 3.2.2 Mô Phỏng mạch Khuếch đại công suất bằng phần mềm ADS ...................................... 42 3.2.3 Mạch Layout .................................................................................................................. 44 3.2.4 Đo đặc trưng tần số sử dụng máy phân tích phổ .......................................................... 44 3.2.5 Đo đặc trưng tần số sử dụng máy phân tích mạng ........................................................ 48 3.3 Đo công suất .................................................................................................................... 51 KẾT LUẬN ........................................................................................................................................ 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................................ 53 Học viên: Nguyễn Quang Đức 5 Khoa CN Điện tử - Viễn Thông Lớp: ĐT VT K17 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ADS Advanced Design System AM Amplitude modulation ASK Amplitude Modulation BJT Bipolar junction transistor dB Decibel dBm Decibel relative to 1 milliwatt DC Direct current FET Field effect transistor FM Frequency modulation FSK Frequency shift keying GHz Gigahertz Hz Hertz IF Intermediate frequency QAM Quadrature amplitude modulation QPSK Quadrature phase shift keying PM Phase modulation PLL Phase Locked Loop PSK Phase shift keying RF Radio frequency MOSFET Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor LO Local oscillator SSB Single sideband UHF Ultra High Frequency VCO Voltage Controlled Oscillator VSWR Voltage standing wave ratio Học viên: Nguyễn Quang Đức 6 Khoa CN Điện tử - Viễn Thông Lớp: ĐT VT K17 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống thiết bị thu phát ................................................10 Hình 1.2 Sơ đồ khối tổng quát của máy phát điều chế AM ...................................................11 Hình 1.3 Sơ đồ khối của máy phát đơn biên ..........................................................................13 Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý máy phát trực tiếp .........................................................................16 Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý máy thu giải điều chế trực tiếp (Hommodyme) ...........................16 Hình 1. 6 Sơ đồ nguyên lý máy phát qua trung tần ................................................................17 Hình 1. 7 Sơ đồ nguyên lý bộ thu siêu ngoại sai ....................................................................17 Hình 2.1 Mạch phối hợp trở kháng không tổn hao giữa trở kháng tải bất kì .........................20 Hình 2.2 Hướng quay trên đường điện dẫn không đổi (G=const) và điện trở không đổi (R= const) để bổ sung dung kháng hoặc cảm kháng song song và nối tiếp ..................................21 Hình 2.3 Các sơ đồ phối hợp trở kháng kiểu L ......................................................................22 Hình 2.4 Sơ đồ kiểu L (1) (LSCSH) .......................................................................................23 Hình 2.5 Sơ đồ Kiểu L (3) (CSLSH) ......................................................................................24 Hình 2.6 Sơ đồ Kiểu L (5) (CSCSH) ......................................................................................25 Hình 2.7 Sơ đồ Kiểu L (7) (LSLSH) ......................................................................................25 Hình 2.8 Sơ đồ kiểu L (2) (CSHLS) ....................................................................................26 Hình 2.9 Sơ đồ Kiểu L (4) (LSHCS) ......................................................................................27 Hình 2.10 Sơ đồ Kiểu L (6) (CSHCS)....................................................................................27 Hình 2.11 Sơ đồ Kiểu L (8) (LSHLS) ....................................................................................28 Hình 2.12 Mạch phối hợp trở kháng hình L ...........................................................................28 Hình 2.13 Phối hợp trở kháng dùng đoạn một phần tư bước sóng .........................................31 Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý mô phỏng ......................................................................................33 Hình 3.2 Kết quả mô phỏng lối vào .......................................................................................34 Hình 3.3 Kết quả mô phỏng lối ra ..........................................................................................34 Hình 3.4 Mạch Layout ............................................................................................................35 Hình 3.5 Sơ đồ đo đạc và kiểm chứng công suất ...................................................................35 Hình 3.6 a,b đo khuếch đại công suất trên mạch thực ............................................................36 Hình 3.7 a,b,c,d,e đo công suất lối ra bộ khuếch đại công suất ..............................................38 Hình 3.8 Đo đặc trưng tần số biên độ………………………………………………………36 Hình 3.9 Sơ đồ đo đặc trưng tần số sử dụng máy phân tích mạng .........................................39 Hình 3.10 a,b,c,d đo đặc trưng tần số .....................................................................................41 Hình 3.11 Kết quả mô phỏng lối vào .....................................................................................42 Hình 3.12 Sơ đồ nguyên lý mô phỏng lối vào ........................................................................42 Hình 3.13 Kết quả mô phỏng lối ra ........................................................................................43 Hình 3.14 Sơ đồ nguyên lý lối ra ............................................................................................43 Hình 3.15 Layout phiên bản ...................................................................................................44 Hình 3.16 Sơ đồ đo đạc và kiểm chứng công suất .................................................................44 Hình 3.17 a,b đo khuếch đại công suất trên mạch thực ..........................................................45 Hình 3.18 a,b,c,d,e,f,g đo công suất lối ra bộ khuếch đại công suất ......................................48 Hình 3.19 Đo đặc trưng tần số biên độ……………………………………………………...46 Hình 3.20 Sơ đồ đo đặc trưng tần số sử dụng máy phân tích mạng .......................................49 Hình 3.21 a,b,c,d Kết quả Đo đặc trưng tần số......................................................................50 Hình 3.22 Sơ đồ khối đo công suất của mạch ........................................................................51 Học viên: Nguyễn Quang Đức 7 Khoa CN Điện tử - Viễn Thông Lớp: ĐT VT K17 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn tốt nghiệp này, trước hết em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Thầy PGS.TS Bạch Gia Dương đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn và giúp cho em có những kiến thức cũng như kinh nghiệm quý báu trong thời gian được học tập và nghiên cứu tại trung tâm nghiên cứu điện tử viễn thông, Đại Học Công Nghệ - ĐH Quốc Gia Hà Nội. Em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy cô giáo trường Đại Học Công Nghệ, Đại Học Quốc Gia Hà Nội đã rất nhiệt tình giảng dạy và cho em những lời khuyên hữu ích trong suốt hai năm học tập tại trường. Em xin cảm ơn các cán bộ trung tâm nghiên cứu điện tử viễn thông đã tạo điều kiện tốt nhất và tận tình hướng dẫn về chuyên môn trong thời gian thực hiện luận văn này. Cuối cùng, xin cảm ơn gia đình, người thân và các bạn của tôi, những người đã luôn bên cạnh động viên, khích lệ và giúp đỡ tôi trong thời gian qua. Mặc dù có nhiều cố gắng, song thời gian thực hiện luận văn có hạn, vốn kiến thức nắm được chưa nhiều nên luận văn còn nhiều hạn chế. Em rất mong nhận được nhiều sự góp ý, chỉ bảo của các thầy, cô để hoàn thiện hơn luận văn của mình. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 28 tháng 03 năm 2013 Học viên Nguyễn Quang Đức Học viên: Nguyễn Quang Đức 8 Khoa CN Điện tử - Viễn Thông Lớp: ĐT VT K17 MỞ ĐẦU Hệ thống thu, phát vô tuyến chiếm một vị trí quan trọng trong mạng lưới viễn thông của mỗi quốc gia trên thế giới. Đất nước càng phát triển thì đồng nghĩa với đó là các hệ thống viễn thông càng phức tạp. Thông tin phát đi là ký tự, âm thanh, hình ảnh hoặc số liệu dưới hình thức tín hiệu điện hay xung điện kết nối đối điểm hay đa điểm. Tại nước ta hiện nay, cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin, truyền thông toàn cầu, mạng lưới viễn thông cũng vô cùng phức tạp. Cùng với đó là các yêu cầu về an toàn thông tin cũng ngày càng được quan tâm. Do đó, hệ thống thu phát thông tin vô tuyến có rất nhiều ứng dụng trong thực tế như trong các hệ thu phát thông tin di động, thông tin vệ tinh, radar quân sự và dân sự,... và ngày nay trong thời kì kinh tế mở, các hệ thống thu phát có ứng dụng an toàn thông tin có mặt trong các lĩnh vực như thương mại điện tử, ngân hàng, công nghiệp. Các hệ thống này đã góp phần vào việc bảo vệ an ninh quốc phòng và phát triển kinh tế đất nước. Với tên đề tài luận văn là: “Bộ phát chuyển tiếp truyền hình kênh UHF”, bằng lý thuyết và thực nghiệm, luận văn đã thực hiện những nội dung sau: - Tìm hiểu về Cơ sở kỹ thuật thu phát truyền hình - Tìm hiểu về Kỹ thuật phối hợp trở kháng - Tìm hiểu sâu về kỹ thuât phối hợp trở kháng và chế tạo thành công một khối khuyếch đại công suất 10 W, hoạt động ở dải tần 430Mhz – 520Mhz, hệ số khuyếch đại trên 40dBm. - Đánh giá kết quả đã đạt được trong luận văn và kết luận. Học viên: Nguyễn Quang Đức 9 Khoa CN Điện tử - Viễn Thông Lớp: ĐT VT K17 CHƯƠNG 1 CƠ SỞ KỸ THUẬT THU PHÁT TRUYỀN HÌNH 1.1 Máy phát vô tuyến truyền hình 1.1.1 Tổng quan về lý thuyết máy phát 1.1.1.1 Định nghĩa Một hệ thống thông tin bao gồm: máy phát, máy thu và môi trường truyền sóng như hình 1.1. Trong đó máy phát là một thiết bị phát ra tín hiệu dưới dạng sóng điện từ được biểu diễn dưới một hình thức nào đó. Môi trường Truyền sóng Máy phát Máy thu Hình 1.1 Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống thiết bị thu phát Sóng điện từ gọi là sóng mang hay tải tin làm nhiệm vụ chuyển tải thông tin cần phát tới điểm thu. Thông tin này được gắn với tải tin theo một hình thức điều chế thích hợp. Máy phát phải phát đi công suất đủ lớn để cung cấp tỉ số tín hiệu trên nhiễu đủ lớn cho máy thu. Máy phát phải sử dụng sự điều chế chính xác để bảo vệ các thông tin được phát đi, không bị biến dạng quá mức. Ngoài ra, các tần số hoạt động của máy phát được chọn căn cứ vào các kênh và vùng phủ sóng theo qui định của hiệp hội thông tin quốc tế (ITV). Các tần số trung tâm của máy phát phải có độ ổn định cao. Do đó, chỉ tiêu kỹ thuật của máy phát là: Công suất ra, tần số làm việc, độ ổn định tần số, dải tần số điều chế. Có nhiều cách phân loại máy phát 1.1.1.2 Phân loại máy phát Theo tần số - Phát thanh: - Phát hình: Theo phương pháp điều chế Học viên: Nguyễn Quang Đức 10 Khoa CN Điện tử - Viễn Thông Lớp: ĐT VT K17 + Máy phát điều biên (AM) + Máy phát đơn biên (SSB) + Máy phát điều tần (FM) và máy phát điều tần âm thanh nổi (FM Stereo) + Máy phát điều xung (PM) + Máy phát khoá dịch biên độ ASK, QAM + Máy phát khoá dịch pha PSK, QPSK + Máy phát khoá dịch tần FSK... Theo công suất + Máy phát công suất nhỏ Pra <100W + Máy phát công suất trung bình 100W < Pra < 10KW + Máy phát công suất lớn 10KW < Pra < 1000KW + Máy phát công suất cực lớn Pra > 1000KW Ngày nay, trong các máy phát công suất nhỏ và trung bình người ta có thể sử dụng hoàn toàn bằng BJT, FET, MOSFET công suất, còn trong các máy phát có công suất lớn và cực lớn người ta thường sử dụng các loại đèn điện tử đặc biệt. 1.1.2 Sơ đồ khối tổng quát của các loại máy phát 1.1.2.1 Sơ đồ khối tổng quát của máy phát điều biên (AM) Tiền KĐ âm tần KĐCSÂT KĐCSCT Tiền KĐ cao tần Khối dao động chủ Mạch ra Thiết bị an toàn Nguồn cung Hình 1.2 Sơ đồ khối tổng quát của máy phát điều chế AM Học viên: Nguyễn Quang Đức 11 cấp Khoa CN Điện tử - Viễn Thông Lớp: ĐT VT K17 + Tiền khuếch đại âm tần: Có nhiệm vụ khuếch đại điện áp tín hiệu vào đến mức cần thiết để đưa vào tầng khuếch đại công suất âm tần (KĐCSÂT). Vì đối với máy phát AM thì biên độ điện áp âm tần yêu cầu lớn để có độ điều chế sâu (m lớn) nên tầng này thường có tầng khuếch đại micro và khuếch đại điện áp mức cao. + Khuếch đại công suất âm tần (KĐCSÂT): có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu đến mức đủ lớn để tiến hành điều chế tín hiệu cao tần. + Khối chủ sóng (Dao động): có nhiệm vụ tạo ra dao động cao tần (sóng mang) có biên độ và tần số ổn định, có tầm biến đổi tần số rộng. Muốn vậy, ta có thể dùng mạch dao động LC kết hợp với mạch tự động điều chỉnh tần số (AFC) + Khối tiền khuếch đại cao tần (TKĐCT): có thể được dùng để nhân tần số hoặc khuếch đại dao động cao tần đến mức cần thiết để kích thích cho tần công suất làm việc. Nó còn có nhiệm vụ đệm, làm giảm ảnh hưởng của các tầng sau đến độ ổn định tần số của khối chủ sóng. Vì vậy, nó có thể có nhiều tầng: tầng đệm, tầng nhân tần và tầng tiền khuếch đại công suất cao tần (TKĐCSCT) + Khối khuếch đại công suất cao tần (KĐCSCT): có nhiệm vụ tạo ra công suất cần thiết theo yêu cầu công suất ra của máy phát. Công suất ra yêu cầu càng lớn thì số tầng khuếch đại trong khối KĐ CSCT càng nhiều. + Mạch ra để phối hợp trở kháng giữa tầng KĐCSCT cuối cùng và anten để có công suất ra tối ưu. + Anten để bức xạ năng lượng cao tần của máy phát thành sóng điện từ truyền đi trong không gian. + Nguồn cung cấp điện áp phải có công suất lớn để cung cấp cho Transistor hoặc đèn điện tử công suẩt. + Ngoài ra, máy phát phải có thiết bị an toàn và thiết bị làm nguội. Học viên: Nguyễn Quang Đức 12 Khoa CN Điện tử - Viễn Thông Lớp: ĐT VT K17 1.1.2.2 Sơ đồ khối tổng quát của máy phát đơn biên (SSB) Thiết bị đầu vào Bộ điều chế đơn biên f1 Bộ đổi tần Suy giảm Bộ kích thích đơn biên Bộ lọc 1 KĐ dao động điều chế HTDD tầng ra Bộ lọc 2 f2 Nguồn cung cấp Bộ tổng hợp tần số TB an toàn & làm nguội Hình 1.3 Sơ đồ khối của máy phát đơn biên Ngoài các yêu cầu kỹ thuật chung của máy phát, máy phát đơn biên (SSB) còn phải có thêm một số chỉ tiêu kỹ thuật sau đây: - Mức méo phi tuyến - 35 dB - Bề rộng mỗi kênh thoại và tổng số kênh thoại - Tần số làm việc: 1MHz - 30 MHz Việc xây dựng sơ đồ khối của máy phát đơn biên có một số đặc điểm riêng so với máy phát điều biên (AM). Ở đây các bộ điều biên cân bằng và bộ lọc dải hẹp được sử dụng để tạo nên tín hiệu đơn biên, nhưng công suất bị hạn chế chỉ vài mW. Nếu sóng mang ở dải tần số cao (sóng trung và sóng ngắn) thì không thể thực hiện được bộ lọc với các yêu cầu cần thiết (dải thông hẹp, sườn dốc đứng…) vì vậy sẽ xuất hiện nhiễu xuyên tâm giữa các kênh, làm giảm tỷ số tín hiệu trên nhiễu. Vì vậy, đối với máy phát đơn biên thì tần số sóng mang cơ bản để tạo đơn biên ở khoảng tần số trung gian: ( f 1 =100 KHz - 500 KHz). Do đó, sơ đồ cấu trúc của máy đơn biên gồm một bộ tạo tín hiệu đơn biên ở tần số trung gian (100-500) KHz sau đó nhờ một vài bộ đổi tần để chuyển đến phạm vi tần số làm việc ( f 1 =1MHz-30MHz) rồi nhờ bộ khuếch đại tuyến tính để khuếch đại đến một công suất cần thiết. + Thiết bị đầu vào: thường làm nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu âm tần nếu tín hiệu này còn bé hoặc hạn chế tín hiệu âm tần nếu tín hiệu này quá lớn. Học viên: Nguyễn Quang Đức 13 Khoa CN Điện tử - Viễn Thông Lớp: ĐT VT K17 + Bộ điều chế đơn biên (BĐCĐB): trong các máy phát công suất lớn BĐCĐB thường được xây dựng theo phương pháp lọc tổng hợp. Trong các máy phát công suất nhỏ, yêu cầu kỹ thuật không cao nên đôi khi có thể sử dụng bộ điều chế đơn biên theo phương pháp lọc - quay pha. Khi đó việc điều chế tín hiệu đơn biên có thể được thực hiện ngay ở tần số làm việc nên không cần có bộ đổi tần và bộ lọc 1. + Bộ tổng hợp tần số của máy phát đơn biên: là thiết bị chất lượng cao và phức tạp. Nó phải bảo đảm tần số sóng mang gốc ( f 1 ) và các tần số khác ( f 2 ...) có độ ổn định tần số rất cao ( f  10 7  10 9 ). Vì vậy, cần dùng thạch anh để tạo các tần số gốc. f + Bộ đổi tần: thực chất là bộ khuếch đại cộng hưởng để lấy thành phần hài f 2  nf 1 . Chính nhờ bộ đổi tần mà độ ổn định tần số của máy phát tăng lên. + Bộ lọc 1: có nhiệm vụ lọc các sản phẩm của quá trình đổi tần. + Bộ khuếch đại dao động điều chế (KĐDĐĐC): phụ thuộc vào công suất ra mà có số tầng từ 2 đến 4. Để điều chỉnh đơn giản, một, hai tầng đầu là khuếch đại dải rộng không điều hưởng. Còn các tầng sau là các bộ khuếch đại cộng hưởng. + Hệ thống dao động tầng ra dùng để triệt các bức xạ của các hài và cũng để phối hợp trở kháng. Trong các máy phát đơn biên bộ lọc đầu ra thường là một hay hai bộ lọc hình  ghép với nhau và giữa chúng thường có phần tử điều chỉnh độ ghép để nhận được tải tốt nhất của máy phát. Tầng KĐDĐĐC đơn sử dụng đơn giản hơn so với tầng đẩy kéo. Song sử dụng tầng đơn thì gặp khó khăn là không phối hợp trở kháng với anten sóng ngắn đối xứng. Đối với máy phát công suất ra Pra = (20 - 40)KW người ta dùng biến áp ra đối xứng có lõi Ferrite. Còn đối với máy phát công suất ra P ra = 100Kw người ta dùng biến áp đối xứng không có lõi. + Bộ lọc 2: dùng để triệt các thành phần cao tần xuất hiện trong dải tần số truyền hình, nên còn gọi là bộ lọc tín hiệu truyền hình. Đối với máy thu đơn biên ta phải đổi tín hiệu đơn biên thành điều biên để thực hiện tách sóng trung thực. Muốn vậy phải phục hồi sóng mang, điều này yêu cầu vòng khoá pha PLL. Do đó, ở máy phát không triệt tiêu hoàn toàn tần số sóng mang mà giữ lại sóng mang có biên độ bằng (5-20)%. Tần số này còn được gọi là tần số lái, được phát cùng tín hiệu đơn biên. Nhờ đó máy thu đơn biên có thể khôi phục tín hiệu một cách chính xác nhờ hệ thống tự động điều chỉnh tần số AFC Học viên: Nguyễn Quang Đức 14 Khoa CN Điện tử - Viễn Thông Lớp: ĐT VT K17 1.2 Máy thu vô tuyến truyền hình 1.2.1 Định nghĩa Máy thu là thiết bị đầu cuối trong hệ thống thông tin vô tuyến điện. Máy thu có nhiệm vụ tiếp nhận và lặp lại tin tức chứa trong tín hiệu chuyển đi từ máy phát dưới dạng sóng điện từ trường. Máy thu phải loại bỏ được các loại nhiễu không mong muốn, khuếch đại tín hiệu và sau đó giải điều chế nó để nhận được thông tin ban đầu. Máy thu có rất nhiều tham số, nhưng chúng ta chủ yếu chỉ xét các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản của máy thu như sau: 1.2.2 Đặc điểm máy thu 1.2.2.1 Độ nhạy Biểu thị khả năng thu tín hiệu yếu của máy thu, được xác định bằng sức điện động cảm ứng tối thiểu của tín hiệu tại anten để bảo đảm cho máy thu làm việc bình thường. Nó thường được đo bằng microvolt. Điều kiện làm việc bình thường của máy thu là: - Đảm bảo công suất ra danh định - Đảm bảo tỉ số tín hiệu trên nhiễu (S/N) Muốn nâng cao độ nhạy của máy thu thì hệ số khuếch đại của nó phải lớn và mức tạp âm nội bộ của nó phải thấp (giảm tạp âm của tầng đầu). 1.2.2.2 Độ chọn lọc Là khả năng chèn ép các dạng nhiễu không phải là tín hiệu cần thu. Nghĩa là độ chọn lọc là khả năng lựa chọn tín hiệu ra khỏi các loại nhiễu tồn tại ở đầu vào máy thu. Độ chọn lọc được ký hiệu: Se  A0 1 Af + Ao: là hệ số khuếch đại tại tần số f0 + Af: là hệ số khuếch đại tại tần số f Độ chọn lọc thường được tính bằng đơn vị dB SedB  20 log Se Đặc tuyến chọn lọc lý tưởng của máy thu có dạng chữ nhật, nghĩa là trong dải thông B biên độ tín hiệu không đổi. Học viên: Nguyễn Quang Đức 15 Khoa CN Điện tử - Viễn Thông Lớp: ĐT VT K17 1.3 Một số hệ thống thu phát vô tuyến Có rât 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: 1.3.1 Máy thu-phát trực tiếp (Direct-Conversion Transmisters) Sơ đồ nguyên lý: Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý máy phát trực tiếp Máy phát trực tiếp có ưu điểm là đơn giản vì thế giá thành rẻ. Nhưng nó có nhược điểm là tần số của bộ dao động nội LO chính là tần số phát, khi bị phản xạ từ angten gây nhiễu cho LO. Sơ đồ nguyên lý: Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý máy thu giải điều chế trực tiếp (Hommodyme) Loại kiến trúc máy thu này có ưu điểm là đơn giản, dễ tích hợp, công suất thấp. Tuy nhiên, nó có nhược điểm là: + Xuất hiện thành phần 1 chiều DC offset, nguyên nhân là do cách ly giữa 2 cổng của bộ trộn tần. Học viên: Nguyễn Quang Đức 16 Khoa CN Điện tử - Viễn Thông Lớp: ĐT VT K17 + 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. 1.3.2 Hệ thống thu- phát Sơ đồ nguyên lý: Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lý máy phát qua trung tần Hình 1.7 Sơ đồ nguyên lý bộ thu siêu ngoại sai Bảng 1 Các khôi trong hệ thống thu phát Modulated signal Mixer Bộ điều chế tín hiệu.  Bộ trộn tần: có nhiệm vụ trộn tần số ở lối vào và tần số VCO. Drive Ampifier Tầng khuếch đại đệm, đây là bộ khuếch đại tạp âm thấp có mục đích kích công suất tín hiệu lên trước khi đưa vào bộ khuếch đại công suất Power Ampifier  Bộ khuyếch đại công suất lớn: phát công suất tối đa là 8w. Với điều kiện 2 anten nhìn thấy nhau Học viên: Nguyễn Quang Đức 17 Khoa CN Điện tử - Viễn Thông Lớp: ĐT VT K17  Bộ tạo dao động ngoại sai: có nhiệm vụ phát VCO ra tín hiệu cao tần UHF làm sóng mang cho tín hiệu mang thông tin.  Bộ khuyếch đại tạp âm thấp (LNA): đây là một modul khuyếch đại đặc biệt, sử dụng trong các hệ vô tuyến để khuyếch đại những tín hiệu rất yếu được thu từ anten. Nó thường được đặt rất gần anten thu để giảm thiểu suy hao. Khi sử LNA dụng bộ khuyếch đại này ở máy thu thì ồn nhiễu của những tầng sau sẽ được giảm bởi hệ số khuyếch đại của nó. Trong khi đó, ồn nhiễu của LNA lại được cộng trực tiếp vào tín hiệu nhận được. Việc sử dụng LNA là cần thiết để tăng công suất tín hiệu mong muốn, còn tạp nhiễu sẽ được xử lý ở những tầng tiếp theo. IF Ampifier  Bộ khuyếch đại trung tần khuếch đại công suất tín hiệu trung tần sau khi lấy ra khỏi bộ trộn tần số trước khi đc xử lý ở các tầng tiếp theo. Detector  Bộ tách sóng: có nhiệm vụ tách lấy thông tin mong muốn.  Anten phát và anten thu Ưu điểm của bộ thu-phát trung tần là: tránh được 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 lượng máy thu tốt hơn. Nhược 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 được điều chế sẽ được đưa vào bộ trộn tần với sóng dao động nội có tần số thích hợp để tín hiệu cuối cùng có sóng mang Học viên: Nguyễn Quang Đức 18 Khoa CN Điện tử - Viễn Thông Lớp: ĐT VT K17 ở băng UHF. Sóng mang cao tần được 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 được điều chế đi với khoảng cách xa nhờ một bộ khuếch đại đệm trước khi đưa vào khuếch đại công suất và phát đi bởi anten. Học viên: Nguyễn Quang Đức 19 Khoa CN Điện tử - Viễn Thông Lớp: ĐT VT K17 CHƯƠNG 2 KỸ THUẬT PHỐI HỢP TRỞ KHÁNG 2.1 Khái quát chung Phối hợp trở kháng là một vấn đề rất quan trọng của kĩ thuật vi ba, là một phần của quá trình thiết kế mạch liên hệ thống siêu cao tần dựa trên cơ sở áp dụng những kiến thức về lí thuyết đường dây truyền dẫn sóng. Mạch phối hợp thường là một mạch không tổn hao để tránh làm giảm công suất và được thiết kế sao cho trở kháng vào nhìn từ đường truyền có giá trị bằng trở kháng sóng Zo của đường truyền. Khi ấy sự phản xạ sóng ở phía trái của mạch phối hợp về phía đường truyền dẫn sẽ không còn nữa, chỉ còn trong phạm vi giới hạn giữa tải và mạch phối hợp, cũng có thể là phản xạ qua lại nhiều lần. Quá trình phối hợp cũng được coi là quá trình điều chỉnh. [2] Z0 Mạch phối hợp Tải ZL Hình 2.1 Mạch phối hợp trở kháng không tổn hao giữa trở kháng tải bất kì và đường truyền dẫn sóng * Mục tiêu của phối hợp trở kháng: - Khi thực hiện phối hợp trở kháng công suất truyền cho tải sẽ đạt được cực đại còn tổn thất trên đường truyền là cực tiểu. - Đối với các phần tử nhạy thu phối hợp trở kháng sẽ giúp cải thiện tỷ số tín hiệu/tạp nhiễu của hệ thống khác trong hệ thống sử dụng các phần tử nhạy cảm như: anten, bộ khuếch đại tạp âm thấp. - Đối với mạng phân phối công suất siêu cao tần (mạng tiếp điện cho dàn anten gồm nhiều phân tử), phối hợp trở kháng sẽ làm giảm sai số về biên độ và lỗi pha khi phân chia công suất. Ta hãy khảo sát một vài quan hệ định hướng để làm sáng tỏ hơn tính ưu việt của việc phối hợp trở kháng đối với việc truyền công suất siêu cao tần trên đường truyền. Học viên: Nguyễn Quang Đức 20 Khoa CN Điện tử - Viễn Thông Lớp: ĐT VT K17 2.2 Phối hợp trở kháng dùng phần tử tập trung [2] 2.2.1 Thuộc tính cơ bản của giản đồ Smith và giản đồ Admittance - Khi mắc nối tiếp thành phần dung kháng với tải trở kháng ở các điểm bất kỳ trên giản đồ Smith thì các điểm dẫn nạp tương ứng sẽ chuyển động trên đường tròn đẳng điện dẫn (G không đổi) theo chiều ngược kim đồng hồ. - Khi mắc nối tiếp thành phần cảm kháng với tải trở kháng ở các điểm bất kì trên giản đồ Smith thì các điểm dẫn nạp tương ứng sẽ chuyển động trên đường tròn đẳng G theo chiều kim đồng hồ. - Khi mắc song song thành phần điện nạp là dung kháng với tải dẫn nạp ở các điểm bất kì trên giản đồ dẫn nạp, thì các điểm dẫn nạp sẽ chuyển động trên đường tròn đẳng G theo chiều kim đồng hồ. - Khi mắc song song thành phần điện nạp là cảm kháng với tải dẫn nạp ở các điểm bất kỳ trên giản đồ dẫn nạp, thì các điểm dẫn nạp sẽ chuyển động trên đường tròn đẳng G theo chiều ngược kim đồng hồ. Hình 2.2 mô tả khả năng sử dụng giản đồ Smith (trở kháng) và Admittance (dẫn nạp) để bổ sung cảm kháng và dung kháng song song hoặc nối tiếp. Hình 2.2 Hướng quay trên đường điện dẫn không đổi (G=const) và điện trở không đổi (R= const) để bổ sung dung kháng hoặc cảm kháng song song và nối tiếp Học viên: Nguyễn Quang Đức 21