Cấu trúc cơ bản của bộ tổng hợp tần số bao gồm nguồn tạo dao động chuẩn,mạch vòng khóa pha PLL, bộ lọc thông thấp và các mạch chia tần với hệ số có thể thay đổiđược.. + Sơ đồ khối:
Trang 1MỤC LỤC
Trang 2DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT – KÝ HIỆU
Tổ chức viễn thông quốc tế
VAC Voltage Alternating Current Điện áp xoay chiều
VDC Voltage Dirrect Current Điện áp một chiều
AF SW Audio Frequency Switch Bộ chuyển mạch tín hiệu âm tầnCPU Central Processing Unit Bộ vi xử lý trung tâm
VCA Voltage Controlled Amplifier Bộ khuếch đại điều khiển bằng
điện ápVCO Voltage Controlled Oscillator Bộ tạo dao động điều khiển bằng
điện áp
DANH MỤC CÁC HÌNH
Trang 3
HÌNH TÊN HÌNH TRANGHình 1.1 Sơ đồ khối của bộ PLL
Trang 4Bảng 2.1 Công suất ra của máy phát MF/HF (NSD – 81) khi làm
việc với nguồn ACBảng 2.2 Công suất ra của máy phát MF/HF (NSD – 81) khi làm
việc với nguồn DC
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay khi các quốc gia trên thế giới đều phát triển mạnh, chúng ta đang sống trongmột thế giới thông tin, vấn đề giao tiếp giữa con người với con người hay giữa các cơ quanngày trở nên thuận lợi hơn và hoàn hảo hơn nhờ vào các hệ thống thông tin vô tuyến điện đa
Trang 5dạng Các phương tiện này thực sự hữu ích vì nó có khả năng nối liền mọi nơi trên thế giới
để vượt qua khái niệm không gian và thời gian Nó được ứng dụng rất nhiều như truyền phátcác thông tin quảng bá, phục vụ các thông tin liên lạc và nhiều lĩnh vực thông tin khác Đặc biệt ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của ngành hàng hải thì các thiết bị vô tuyếnđiện mang tính chất đặc biệt quan trọng Các thiết bị vô tuyến điện được sử dụng trên cáctàu thuyền nhằm phục vụ cho mục đích an toàn và cứu nạn hàng hải và nhiều thông tin liênlạc khác Nó mang lại cho con người cảm giác an toàn hơn khi hành trình trên biển Vìnhững lợi ích lớn lao đó nên nó đã được tổ chức hàng hải quốc tế quy định về các trang thiết
bi trên tàu khi khai thác trên biển
Đối với Việt Nam, các hệ thống thông tin phát triển mạnh mẽ vào những năm gần đây
Là một nước phát triển mành về ngành hàng hải nên các trang thiết bị vô tuyến điện hànghải là sự bắt buộc và không còn xa lạ với ngành đi biển chúng ta
Để hiểu rõ hơn về tính hữu ích của các thiết bị vô tuyến điện em xin đi sâu phân tích mộtlĩnh vực nhỏ trong hệ thống thông tin vô tuyến điện hàng hải với đề tài:
“Phân tích sơ đồ khối nguyên lý hoạt động của bộ đổi tần trong máy thu phát JSS-800 và viết chương trình thực hiện tính toán tần số f o theo các tham số N,M.”
CHƯƠNG I KHÁI QUÁT VỀ BỘ ĐỔI TẦN
1.1 Khái niệm, vai trò và chức năng.
+ Đổi tần: (trộn tần – Mixer) là quá trình dịch chuyển phổ của tín hiệu đã điều chế lêncao (ở máy phát) hoặc xuống thấp (ở máy thu) mà không thay đổi cấu trúc phổ (dạng tínhiệu) của nó để thuận tiện cho việc xử lý tín hiệu
+ Vai trò và chức năng:
Trang 6- Tạo ra tần số theo yêu cầu và có độ ổn định cao.
- Biến đổi tần số phát sử dụng bộ dao động nội và các hệ thống mạch vòng khóa pha PLL
để phát hiện sự không đồng bộ của các pha
- Tín hiệu sau bộ đổi tần là tín hiệu có tần số sóng mang
1.2 tổng hợp tần số sử dụng PLL(Phase locked loop) trong máy thu phát VTĐ
1.2.1 Bộ tổng hợp tần số.
Bộ tổng hợp tần số có nhiệm vụ tạo ra tần số dao động nội có giá trị theo yêu cầu và có
độ ổn định cao Cấu trúc cơ bản của bộ tổng hợp tần số bao gồm nguồn tạo dao động chuẩn,mạch vòng khóa pha PLL, bộ lọc thông thấp và các mạch chia tần với hệ số có thể thay đổiđược Trong đó PLL có vai trò quan trọng nó thực hiện các phép biển đổi cơ bản trong bộtổng hợp tần số
1.2.2 Mạch vòng khóa pha PLL.
+ Sơ đồ khối:
Hình 1.1:Sơ đồ khối của bộ PLL
Trong thực tế, người ta thường sử dụng bộ tổng hợp tần số ứng dụng mạch vòng khoápha PLL(Phase Locked Loop) để tạo ra tần số phát, vì với cách tạo tần số phát bằng phươngpháp này sẽ tạo ra được nhiều tần số phát khác nhau, độ ổn định cũng khá cao, đặc biệt làthuận tiện trong quá trình điều khiển và lựa chọn tần số phát cho máy phát
PLL là một hệ thống nối tiếp có một bộ tách sóng pha, bộ lọc thông thấp LTT và bộkhuếch đại sai số trên đường truyền tín hiệu thuận và bộ tạo dao động được điều chỉnh bằngđiện áp VCO trên đường hồi tiếp
PLL hoạt động trên nguyên tắc vòng điều khiển Trong PLL các đại lượng vào và các đạilượng ra là tần số, chúng được so sánh vơi nhau về pha Vòng điều khiển có nhiệm vụ pháthiện và điều chỉnh những sai số nhỏ về tần số giữa tín hiệu vào và tín hiệu ra (Ud1=0), nghĩa
Mạch chia
hệ số chia N
VCOLọc Thông
Trang 7tách sóng pha được đưa đến bộ tạo dao động VCO làm thay đổi tần số dao động của nó saocho tần số của tín hiệu vào và tín hiệu ra giảm dần và tiến tới 0 tức là '
0
=ωo PLL được ứngdụng nhiều trong biến đổi tần số
- Nguyên lí hoạt động cuả PLL:
Giả sử cả tín hiệu vào và ra đều là tín hiệu hình sin, vòng giữ pha thuộc loại tuyếntính sử dụng mạch nhân tương tự để tách sóng pha
+ Khi không có tín hiệu vào thì Ud1=0, mạch dao động điều khiển bằng điện áp(VCO) sẽ dao động tại tần số W0 (đây là tần số dao động tự do hoặc dao động riêng của mạchVCO)
+ Khi có tín hiệu vào, bộ tách sóng pha lúc này sẽ so pha (hoặc tần số) của tín hiệuvào với tín hiệu so sánh, tín hiệu Ud sẽ cho qua mạch lọc thông thấp thu được thành phầnUd1 Thành phần này chỉ có một biên tần là Wv-Wr1 sẽ được khuếch đại và dùng làm tham
số điều khiển VCO Tần số của mạch VCO sẽ thay đổi soa cho Wv - Wr1 = 0, nghĩa là: fv =fr1 Nếu có hệ số chia N thì có thể viết fr = N.fv
+ Nếu Wv và Wr1 lệch nhau quá nhiều làm cho thành phần (Wv - Wr1) và thànhphần (Wv + Wr1) sẽ nằm ngoài khu vực thông của bộ lọc Khi đó không có tín hiệu điềukhiển mạch VCO Khi Wv và Wr1 tiến lại gần nhau thì lúc này mạch VCO sẽ nhận được tínhiệu điều khiển, khi đó PLL sẽ hoạt động và ta nói PLL làm việc trong dải bắt
+ Dải giữ của PLL là giải tần số mà PLL có thể giữ được chế độ đồng bộ khi thay đổitín hiệu vào
Dải giữ chỉ phụ thuộc vào biên độ điện áp điều khiển Ud1 và khả năng biến đổi tần số củamạch VCO
- Ứng dụng của PLL:
Mạch vòng quá pha PLL được sử dụng để biến đổi tần số, di chuyển tần số từ
miền tần số thấp sang miền tần số cao và ngược lại
+Tách sóng tín hiệu điều tần :
PLL khi sử dụng có kết cấu sao cho tần số dao động tự do W0 trùng với tần số trungtâm của tín hiệu điều tần Tần số của mạch VCO bám theo tần số của tín hiệu đã điều tần ởđầu vào và điện áp Ud1 tỷ lệ với ∆W = Wdt
+Điều chế tần số:
Để truyền tín hiệu số trên các đường truyền thoại hoặc để lưu trữ các tín hiệu sốngười ta thường sử dụng hai bit nhị phân "0" và "1" được mã hoá theo hai tần số khác nhau.Khi đó mạch vòng quá pha PLL phải có kết cấu sao cho tần số dao động tự do W0 phải nằmgiữa hai tần số trên sao cho điện áp ra tỷ lệ với tần số vào
1.2.3 Bộ tổng hợp tần số.
+ Sơ đồ khối :
Trang 8
Hình 1.2: Sơ đồ khối bộ tổng hợp tần số
+ Bộ tách sóng pha: có nhiệm vụ tạo ra một tín hiệu phụ thuộc vào hiệu pha (hiệu tần số)của hai tín hiệu vào Các tín hiệu vào có thể là tín hiệu sin hoặc là dãy xung hình chữ nhật
Có hai loại tách sóng pha là tách sóng pha tuyến tính và tách sóng pha phi tuyến
- Tách sóng pha tuyến tính: Thường là mạch nhân tương tự, tín hiệu ra của nó tỉ lệ vớibiên độ tín hiệu vào
- Tách sóng số (tách sóng pha phi tuyến): Được thực hiện bởi các mạch số, tín hiệu vào
và dãy xung hình chữ nhật, tín hiệu ra không phụ thuộc vào biên độ các tín hiệu vào Cácmạch số có thể là mạch AND, OR, NOT
+ Bộ lọc thông thấp: Trong bộ tổng hợp tần số lọc thông thấp có nhiệm vụ sau:
- Chọn tín hiệu tần số thấp đi qua, nén thành phần tần số cao
- Bảo đảm cho PLL bắt nhanh và bám được tín hiệu khi tần số thay đổi, tức là tốc độ đápứng của nó đủ cao
Trong hệ thống PLL thông thường người ta hay dùng các mạch lọc thông thấp loại lọctích cực hoặc thụ động Lọc thụ động thì đơn giản độ tin cậy cao, lọc tích cực thì có thể tăng
hệ số khuếch đại của hệ thống
+ Bộ tạo dao động điều khiển bằng điện áp VCO: VCO là khối quan trọng nhất trongPLL vì thực chất nó là bộ tạo tần số điều khiển bằng điện áp và quyết định độ ổn định tần số
để đảm bảo có thể làm việc tốt nhất thì VCO phải thỏa mãn những yêu cầu:
- Đặc tuyến truyền tải đạt tần số điện áp phải tuyến tính
- Độ ổn định tần số cao, dải biến đổi tần số theo điện áp vào rộng
- Tạo được dao động tần số cao
- Dễ điều chỉnh, tích hợp được
Tần số của tín hiệu thường là tần số chuẩn được tạo ra bằng mạch dao động thạch anh có
độ ổn định cao (fc = fi) Tần số chuẩn trước khi đưa vào bộ tách sóng pha sẽ được đưa quamạch chia tần, đầu ra của mạch chia tần có tần số Fc/M Tần số đưa qua mạch chia N là F0/
N Do đó khi đồng bộ ta có:
0
f N
= f c M
0
f = Nf c M
÷ M
÷ N
Bộ tách sóng pha
Trang 9Bộ tổng hợp tần số có nhiệm vụ đưa ra những tần số dao động nội có độ ổn định và chínhxác cao Do vậy bộ tạo dao động chuẩn phải có độ ổn định và các mạch vòng khóa pha thựchiện chia tần cũng phải đảm bảo độ chính xác và ổn định.
Tín hiệu sau khi lấy được từ bộ tổng hợp tần số thường có công suất nhỏ, do vậy tín hiệusẽ được đưa đến tầng khuếch đại công suất để đảm bảo công suất ra đủ lớn theo yêu cầu đểbức xạ ra không gian
CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ MÁY THU PHÁT JSS-800
Trang 10Hệ thống bao gồm: 1 máy thu MF/HF, thiết bị gọi chọn số DSC, một máy thu trực canhDSC ở dải tần MF và HF, thiết bị NBDP Các khối này được dùng cho việc xử lý tự độngthông tin cấp cứu, an toàn và thông tin thông thường.
Chúng ta có thể tiến hành bảo dưỡng và kiểm tra thiết bị bằng chức năng tự kiểm tra cósẵn
2.2.Đặc điểm JSS-800.
2.2.1 Điều khiển chung.
Để cùng một lúc đáp ứng được yêu cầu về thông tin của hệ thống GMDSS là cải thiệnchức năng thông tin thông thường và giảm sự phức hợp của thiết bị mà vẫn đảm bảo đượcchức năng làm việc, vì thế thiết bị JSS–800 được sắp xếp theo modul Do vậy các modulđược tích hợp thành một hệ thống và được điều khiển bởi một modul điều khiển trong hệthống Modul sẽ điều khiển và phân tích các lệnh và đưa ra lệnh điều khiển tới các modulkhác trong hệ thống nhằm đáp ứng nhu cầu khai thác
2.2.2 Khả năng hoạt động.
Những hoạt động chung của thiết bị JSS–800 bao gồm: thực hiện các cuộc thu phát cácbức điện mang thông tin cấp cứu, an toàn và các thông tin thông thường Thiết bị có khảnăng phát các tín hiệu cấp cứu trên tần số cấp cứu thoại và cấp cứu DSC Ngoài ra thiết bị
có thể phát và thu những thông tin thông thường bằng vô tuyến điện thoại hoặc truyền chữbăng hẹp NBDP trên dải MF/HF
Các cuộc gọi cấp cứu, khẩn cấp được gọi bằng cách ấn nút Distress, JSS–800 cũng có thểđược bố trí để trực canh tự động đối với các cuộc gọi cấp cứu từ các tầu hoặc từ các bờbằng DSC
Do vậy ta có thể thấy thiết bị đáp ứng được tương đối đầy đủ các yêu cầu của tổ chứcquốc tế và được ứng dụng rộng rãi trong các đội tầu
2.2.3 Cấu hình.
Thiết bị JSS–800 có cấu hình tiêu chuẩn là khối hệ thống và bộ điều hưởng anten Tuy
nhiên thiết bị được tách ra thành các modul riêng rẽ và được đóng thành từng khối như ởcác bàn điều khiển để việc sử dụng phù hợp với không gian làm việc và thuận lợi cho ngườikhai thác
Thiết bị JSS–800 còn có các nguồn dự trữ dùng để bổ trợ cho nguồn chính Nó đượcdùng như nguồn sự cố để cung cấp cho thiết bị vô tuyến VHF, thiết bị INM và đèn báo
Trang 11động Nguồn cung cấp được lắp sẵn bộ nạp điện để đảm bảo cho thiết bị vẫn hoạt động liêntục khi xảy ra sự cố.
2.3.Thông số kỹ thuật
Để đánh giá khả năng làm việc và khai thác hiệu quả nhất của thiết bị JSS–800 thì người
ta dựa vào các thông số kỹ thuật
+ Dải tần: gồm có tần số thu và tần số phát
- Tần số phát: 1,6 MHz 27,5 MHz, bước nhảy tần số là 100Hz
- Tần số thu : 90 MHz 29.9999 MHz, bước nhảy tần số là 100Hz
+ Độ ổn định tần số: trong vòng 10Hz
+ Sự lựa chọn tần số: - Tất cả các kênh mà ITU quy định
- Việc gọi lại sử dụng 1600 nhớ hoặc đặt tần số trực tiếp
+ Thời gian chuyển tần số: - Chuyển kênh: tối đa 50 giây
- Chuyển băng tần: tối đa 15 giây
+ Các phương thức làm việc: J3E, H3E, A1A, F1B, J2C, H2B
+ Phương thức thông tin: Đơn công hoặc song công
+ Nguồn cung cấp: 90 132 VAC/180 246 AVC 1 pha, 50/60 Hz
Thu tối đa 0.5kVA, phát tối đa 2kVA
Máy phát MF/HF (NSD – 81)
Máy phát ở dải MF/HF là một phần chức năng của của thiết bị vô tuyến JSS-800 Cácthông số kỹ thật của máy phát giúp cho việc lựa chọn chế độ hoạt động tối ưu nhất và đảmbảo thiết bị hoạt động trong phạm vi cho phép
+ Tần số: 1.6 MHz 27.5 MHz, số kênh 245751 (bước nhảy tần số 100Hz)
+ Phương thức phát xạ: J3E, H3E, F1B, A1A, J2C, H2B
+ Độ ổn định tần số: trong vòng ± 10 Hz
+ Công suất ra:
Bảng 2.1: Công suất ra của máy phát MF/HF (NSD – 81) khi làm việc với nguồn AC
Trang 12+ Điều chỉnh công suất: Công suất ra được điều chỉnh ở hai mức cao và thấp
+ Độ rộng băng tần bị chiếm giữ :
- Với chế độ J3E, H3E, J2C, H2B tối đa là 3KHz
- Với chế độ F1B, A1A tối đa là 0.5 KHz
+ Công suất lớn nhất của việc phát sinh tạp âm bên ngoài tần số lệch cộng hưởng 500Hzphải nhỏ hơn 500mW
+ Phương thức J3E và H3E :
1.5KHz 4.5KHz: tối thiểu 31 dB
4.5KHz 7.5KHz: tối thiểu 38 dB
Trên 7.5Hkz : tối thiểu 43 dB
+ Công suất mang: độ suy giảm sóng mang tối đa là 40 dB (phương thức J3E)
+ Tiếng ồn và độ nhiễu chung: tối thiểu là 20 dB
+ Tần số âm tần: 1500 Hz
+ Phương thức điều chế: điều chế cân bằng ở mức công suất thấp
+ Đường vào microphone: 600Ω cân bằng từ -50 -20 dBm (chuẩn là -30 dBm)
+ Bộ phát tín hiệu cấp cứu 2 âm thanh: được cài đặt sẵn
Bộ điều khiển (NCH – 801/802)
+ Các thành phần được điều khiển: nguồn cung cấp gồm cả AC và DC, máy phát, máythu MF/HF, thiết bị DSC, thiết bị NBDP, máy thu trực canh DSC, chương trình tần số, kiểmtra tự chuẩn đoán
+ Tốc độ thực hiện điều khiển: 4800 baud/s
+ Giao diện với các modul khác: sử dụng dao diện RS 422
+ Loan báo: H3E/2182 KHz, DSC/2187.5 KHz và DSC/8414.5 KHz
+ Ngoài ra còn có một số chức năng khác như: hiển thị, loa, micro bóp và điều chỉnh ánhsáng
Bộ điều hưởng anten (NFC – 801/802)
+ Dải tần công tác: 1.6 MHz 27.5 MHz
+ Công suất vào lớn nhất: 400W
+ Loại anten: sử dụng anten đứng 10m hoặc anten dây hình chữ T
Trang 13+ Trở kháng sau điều hướng: 50Ω VSWR ≤ 2 (Voltage standing – ware ratio)
+ Phương thức điều chỉnh: điều chỉnh tự động dưới sự kiểm soát của CPU, hoặc điềuchỉnh đặt trước
+ Thời gian điều chỉnh: điều chỉnh tối đa 15 giây
+ Nguồn cung cấp: nguồn 24 VDC, 3A (max)
2.4 Sơ đồ khối
Sơ đồ khối của thiết bị JSS-800 gồm các khối sau: Khối hệ thống chứa bộ khuếch đạicông suất, khối kích ( bao gồm khối phát SSB và bộ đổi tần ), máy thu DSC–MF/HF, máythu NBDP–MF/HF, máy thu trực canh DSC và mạch cung cấp nguồn ( bao gồm bộ biến đổi
DC – DC và bộ nạp điện ) Khối hệ thống có thể chứa cả bộ điều khiển NCH–801, và cáckhối được bố trí như sơ đồ:
Hình 2.1: Sơ đồ khối của thiết bị JSS–800 2.4.1.Bộ kích thích:
Khối kích thích gồm hai khối nhỏ là:
+ Mạch tạo tín hiệu điều biên SSB–CME 252A SSB GENERATER
+ Bộ đổi tần CNC–251A FREQUENCY CONVERTER
Mạch tạo tín hiệu điều biên SSB:
ANT
Dành cho (NCH - 801)
Khối hệ thốngJSS – 800
- Máy trực canh DSC
- Nguồn cung cấp: bao gồm
nguồn AC và DC
Bộ điều hưởng anten NFC-801/802
Bộ điều khiểnNCH – 801/802
Bàn phím NDF - 802
Máy in:
NKZ-800/NKZ-700
Dành cho (NCH - 801)
