BÀI TẬP LỚN PHÂN TÍCH JSS720

Sơ đồ khối đơn giản của máy phát - Bộ tạo tần số phát: dao động tạo tần số phát đồng thời trộn tín hiệu tin tức với sóng mang.. Sơ đồ khối đầy đủ của máy phát+ Dao động nội fo là dao đ

Mục lục

Trang

Mục lục……… 1

Lời mở đầu ……… 2

Phần 1: Khái quát về lý thuyết thiết bị thu-phát vô tuyến điện …… 3

I Thiết bị phát vô tuyến điện ……… 3

II Thiết bị thu vô tuyến điện ……… 9

Phần II: Phân tích sơ đồ khối máy phát JSS-720 ……… 14

I Khái quát chung về máy phát JSS-720.……… 14

II Phân tích chi tiết sơ đồ khối máy phát JSS-270.……… 15

1 Bộ kích( exciter).……… 15

2 Tầng khuếch đại công suất( POWER AMP UNIT)……… 22

3 Bộ phối hợp trở kháng ra anten( ANTENNA TUNER).……… 24

Phần 3: phân tích chi tiết bộ phối hợp trở kháng ra anten của máy phát JCC-720……… 25

I.Khái quát chung……… 25

II Đi sâu phân tích……… 27

1. Bộ cảm biến về pha (phase sensor )……… 27

2 Bộ cảm biến sóng đứng SWR( Standing Wave Ratio)……… 30

3 Bộ cảm biến tải( LOAD)……… 31

Kết luận ……… 33

Lời mở đầu

Ngày nay cùng với sự phát triển của thông tin, thiết bị thu phát vô tuyến điện đóng vaitrò quan trọng trong lĩnh vực truyền tin Đặc biệt là lĩnh vực thông tin liên lạc trong Hàng

Hải, vấn đề đặt ra là phải làm sao trang bị các thiết bị vô tuyến trên tầu, để đảm bảo cho

tầu có thể thu phát các thông tin chính xác và kịp thời

Một thiết bị thu phát vô tuyến điện tiêu biểu được sử dụng chủ yếu trong thông tinhàng hải chính là thiết bị thu phát vô tuyến điện MF/HF JSS-720 Đây là thiết bị vô tuyếnphục vụ cho việc thông tin liên lạc ở dải sóng trung và sóng ngắn Việc đi sâu vào nghiêncứu thiết bị này, cũng như phân tích, khảo sát tầng khuếch đại công suất của máy phát sẽgiúp cho chúng ta bước đầu làm quen với việc phân tích sơ đồ khối cũng như sơ đồnguyên lý của thiết bị Song song với việc đó sẽ giúp chúng ta hiểu hơn về nguyên lý làmviệc của máy thu - phát vô tuyến điện đặc biệt là tầng khuếch đại công suất của khối máy Trong bài tập lớn này em xin trình bày về thiết bị thu phát JSS-720 với ba nội dungchính như sau:

Phần 1: Khái quát về lý thuyết thiết bị thu - phát vô tuyến điện

Phần 2: Phân tích sơ đồ khối máy phát JSS-720

Phần 3: Phân tích khối phối hợp trở kháng ra anten của máy phát JSS-720

Phần 1

Khái quát về lý thuyết thiết bị thu - phát vô tuyến điện.

I Thiết bị phát vô tuyến điện.

Một hệ thống thông tin VTĐ bao gồm thiết bị phát, thiết bị thu và môi trường truyền sóng Sơ đồ khối của hệ thống như sau:

Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống thu phát VTĐ

1 Chức năng – nhiệm vụ:

Máy phát vô tuyến điện là một thiết bị tạo nên sóng vô tuyến điện có khả năng bức xạ trong không gian và truyền tải tin tức đi xa

2 Yêu cầu:

- Đảm bảo cự ly thông tin

- Đảm bảo dải tần công tác đủ rộng không gây méo

- Đảm bảo không sinh hài, không gây nhiễu

3 Phân loại:

Có nhiều cách phân loại:

- Theo công suất:

+ Máy phát công suất nhỏ <10 w

+ Máy phát công suất vừa n.10 – n.100 w

+ Máy phát công suất lớn kw trở lên

+ Máy phát sóng siêu cao

- Theo phương pháp điều chế

+ Máy phát điều biên

+ Máy phát điều tần

+ Máy phát đơn biên

+ Máy phát đa biên

+ Máy phát telex

3 Thông số kỹ thuật của máy phát vô tuyến điện:

Thông số kỹ thuật đánh giá chất lượng, tính năng sử dụng … là cơ sở lựa chọn phục vụcho mục đích sử dụng

- Chỉ tiêu về điện:

+ Công suất phát là công suất của máy phát đưa ra anten để bức xạ ra không gian

Công suất này quyết định cự ly thông tin của máy phát vô tuyến điện và được gọi là công suất có ích Pt.

+ Hiệu suất của máy phát là tỉ số giữa công suất có ích và công suất toàn phần

0

t

P P

Độ ổn định tần số của máy phát chủ yếu phụ thuộc vào tần số của dao động chủ hay

độ ổn định của máy phát do bộ dao động chủ quyết định

Ngày nay để nâng cao độ ổn định tần số của máy phát dùng bộ dao động chủ bằng thạch anh

Độ ổn định của thạch anh là 10-8

+ Độ chính xác của tần số là sự sai lệch tần số giữa bộ chỉ thị tần số phát với tần số thực bức xạ từ anten máy phát ra không gian

Tham số này phụ thuộc vào cơ cấu chỉ thị trong máy phát

+ Sóng hài là các tần số hài được bức xạ ra không gian cùng với tần số cơ bản

Máy phát nào cũng tồn tại sóng hài do đó cần phải có biện pháp lọc hài.Sóng hài gây nhiễu cho các máy phát khác và chính bản thân máy phát đó

- Chỉ tiêu về điều chế:

+ Dải tần điều chế: dải tần thực hiện điều chế tin tức

+ Độ sâu điều chế: tác dụng của tin tức đối với sóng mang

+ Đặc tuyến tần số điều chế là đường cong biểu diễn sự phụ thuộc hệ số điều chế theo tần số sóng mang

+ Méo phi tuyến do quá trình điều chế gây nên do tính chất phi tuyến của các phần tử trong mạch điều chế gây nên.

+ Méo tuyến tính do các phần tử tuyến tính trong mạch điều chế gây nên

+ Tính thuận lợi cho sửa chữa và bảo quản

+ Hệ số an toàn, độ tin cậy của thiết bị …

+ Giá thành của thiết bị

4 Sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động của máy phát vô tuyến điện:

a Sơ đồ khối dạng đơn giản:

Hình 1.2 Sơ đồ khối đơn giản của máy phát

- Bộ tạo tần số phát: dao động tạo tần số phát đồng thời trộn tín hiệu tin tức với sóng

mang

- Bộ khuếch đại công suất phát: khuếch đại lên công suất đủ lớn để bức xạ ra anten.Nhược điểm:

+ Phối hợp trở kháng với anten khó.

+ Độ ổn định tần số thấp, dải tần công tác hẹp

b Sơ đồ khối dạng đầy đủ:

Hình 1.3 Sơ đồ khối đầy đủ của máy phát+ Dao động nội fo là dao động tự kích tạo ra tần số fo, về nguyên tắc bộ dao động nội

có thể dùng thạch anh, bộ dao động này quyết định độ ổn định tần số của máy phát

Dải tần làm việc hạn chế do mỗi bộ dao động nội tạo ra một tần số fo.

+ Khuếch đại đệm và bội tần:

Khuếch đại đệm có chức năng ngăn cách giữa dao động và điều chế, tránh sự ảnh hưởng của khối điều chế sang dao động Mặt khác khối điều chế đòi hỏi tín hiệu lớn

mà khối dao động có biên độ tín hiệu nhỏ do đó phải có khuếch đại đệm

Bội tần có chức năng tạo ra tần số theo ý muốn mở rộng dải tần công tác của bộ dao động nội

 Do nhược điểm của bộ dao động nội và bộ khuếch đại đệm và bội tần dùng bộ tổng hợp tần số hoạt động theo nguyên tắc PLL với tần số chuẩn dùng thạch anh quyết định độ ổn định tần số của máy phát lớn, mở rộng dải tần công tác về lí thuyết là ∞ bằng cách thay đổi hệ số chia, có khả năng modun hóa và thu gọn kích thước nhỏ gọn

+ Điều chế: trộn tín hiệu tin tức với sóng mang

Yêu cầu:

Độ sâu điều chế

Độ trung thực của tín hiệu sau điều chế

Mạch lọc đảm bảo không sinh hài, không gây nhiễu

 Tin tức phải có biên độ đủ lớn do đó trước khi đi vào điều chế phải có khuếch đại tin tức

+ Tiền khuếch đại: khuếch đại lên công suất đủ lớn để đủ kích thích cho tầng khuếch đại công suất

+ Khuếch đại công suất: đây là tầng quyết định công suất của máy phát làm nhiệm vụ khuếch đại tần số phát lên công suất đủ lớn để bức xạ ra anten Đồng thời tầng khuếch đại công suất phát quyết định cự ly thông tin của máy phát

Phối hợp trở kháng với anten

+ Phối hợp trở kháng với anten: đảm bảo phối hợp trở kháng giữa anten với công suất phát

Yêu cầu:

Phối hợp trở kháng

Không sinh hài, không gây nhiễu

Lọc bỏ các thành phần hài

Không gây tổn hao, suy hao công suất phát

Đảm bảo cộng hưởng tần số đưa vào anten với tần số cộng hưởng riêng của anten

II Thiết bị thu vô tuyến điện.

1 Vai trò:

- Biến đổi tín hiệu từ dạng điện trường hoặc từ trường thành dạng điện

- Khôi phục hoặc tách tín hiệu tin tức

2 Yêu cầu:

- Độ nhạy của máy thu: thu được tín hiệu nhỏ, làm cự ly thông tin xa

- Tín hiệu khôi phục phải trung thực

c Độ chính xác của tần số:

Đánh giá sự sai lệch về tần số giữa tần số trên bộ chỉ thị và tần số cộng hưởng ở đầu vào của máy thu

d Dải tần công tác của máy thu:

Dải tần công tác của máy thu là khả năng làm việc của máy thu trong

một dải tần hoặc một đoạn tần số nhất định

e Chế độ công tác của máy thu:

Chế độ công tác của máy thu là khả năng của máy thu có thể thu được

tín hiệu ở các chế độ điều chế khác nhau

Tùy theo mục đích sử dụng người ta quan tâm đến tham số nhất định

4 Phân loại máy thu:

a Theo dải tần công tác:

- Máy thu sóng dài

- Máy thu sóng trung

- Máy thu sóng ngắn

- Máy thu sóng cực ngắn

- Máy thu sóng siêu cao

- Máy thu toàn sóng

b Theo chế độ thu:

- Máy thu đơn biên

Mạch vào Tách sóng Kđ anten

- Máy thu đa biên

- Máy thu điều biên

- Máy thu điều tần

- Máy thu truyền chữ

- Máy thu truyền ảnh …

c Theo loại tín hiệu thu:

- Máy thu hình

- Máy thu thanh

- Máy thu telex

5 Nguyên lý hoạt động:

a.Máy thu khuyếch đại thẳng:

Hình 1.4 Sơ đồ máy thu khuếch đại thẳng.

Với máy thu loại này thì đơn giản nhưng có độ nhạy kém, khả năng lọc nhiễu kém, độtrung thực kém

b Máy thu đổi tần: Hình 1.5 Sơ đồ khối máy thu đổi tần

Hình 1.5 Sơ đồ khối máy thu đổi tần

-Mạch vào anten có nhiệm vụ chọn lọc dải tần tín hiệu cần thu ,phối hợp trở kháng giữaanten với bộ khuyếch đại công suất

-KĐCT : Khuếch đại tín hiệu cao tần từ mạch vào máy thu đưa vào bộ đổi tần, KĐCTtăng tỷ số tín hiệu trên tạp âm

-Bộ đổi tần: có nhiệm vụ trộn giữa tín hiệu cao tần đã khuyếch đại với dao động nội đểtạo ra tần số trung tần ổn định.Mạch đổi tần phải đảm bảo yêu cầu phải lọc bỏ được tần sốảnh Đối với máy thu dải rộng phải chọc lọc được tần số cần thu

-OSC : Tạo tần số dao động nội để đưa vào bộ đổi tần.Yêu cầu phải ổn định chính xác-Khuyếch đại trung tần : Có nhiệm vụ khuyếch đại tín hiệu trung tần từ bộ đổi tần đưara.Bộ này quyết định độ nhạy của máy thu

-Mạch tách sóng: Tách tín hiệu tin tức ra khỏi sóng cao tần,có thể là mạch tách sóng điềubiên, điều tần, điều pha tuỳ theo loại tín hiệu đầu vào máy thu.Yêu cầu là phải đảm bảođược độ trung thực tín hiệu, lọc bỏ được thành phần cao tần.Tín hiệu sau tách sóng đưa ra

bộ khuyếch đại tin tức ( tần số thấp, hình ảnh, âm thanh )Tín hiệu sau khuyếch đại đưa

ra bộ chỉ thị phù hợp với các loại được chỉ thị

-AGC (automatic gain controll) là bộ tự động điều chỉnh hệ số khuyếch đại để điều chỉnh

hệ số khuyếch đại của bộ khuếch đại cao tần và khuếch đại trung tần

Phần 2

Phân tích sơ đồ khối máy phát JSS-720

Thiết bị bị vô tuyến JSS-720 được thiết kế để phục vụ cho việc thông tin liên lạc ở dải sóng ngắn và sóng trung (1.6 – 29.999 MHz, chế độ phát đơn biên) Được kết cấu dưới dạng modul, được điều khiển thông qua hệ thống CPU,các giao tiếp giữa người– máy Những hoạt động chung của thiết bị bao gồm: thực hiện thu- phát các bức điện mang thông tin cấp cứu, an toàn hoặc các thông tin thông thường Ngoài ra ,thiết bị có khả năngthu- phát bằng thông tin vô tuyến điện thoại, hoặc truyền chữ trên dải băng hẹp MF/HF.

I Khái quát chung về máy phát JSS-720.

- Máy thu JSS-720 bao gồm các khối:

+ Bộ kích( EXCITER): Bao gồm khối tạo tín hiệu đơn biên( SSB GENERATOR) và khốichuyển đổi tần số( FREQUENCY CONVERTER)

+ Khối khuếch đại công suất( POWER AMP UNIT)

+ Khối phối hợp trở kháng ra anten( ANTENNA TUNER)

* Bộ kích(Exciter) : bao gồm khối tạo tín hiệu đơn biên SSB (SSB generator) và khối

chuyển đổi tần số(Frequency converter).

- Khối tạo tín hiệu đơn biên SSB: Tín hiệu này được tạo ra bằng cách điều chế tínhiệu AF( tín hiệu âm thanh) với tần số sóng mang 455kHz Nó được dùng chomạch biến đổi tần số để biến đổi thành tần số phát

- khối chuyển đổi tần số: tạo tần số phát f0

* Khối khuếch đại công suất( power amplifiers unit): khuếch đại biên độ tín hiệu đủ lớn

để đưa ra anten và loại bỏ tạp âm ra khỏi tín hiệu

* Khối phối hợp trở kháng ra anten( antenna tuner): phối hợp trở kháng giữa anten với

trở kháng ra của tầng khuếch đại công suất

II Phân tích chi tiết sơ đồ khối máy phát JSS-270.

1 Bộ kích( exciter).

a, Khối tạo tín hiệu đơn biên SSB(SSB generator).

- Khối có nhiệm vụ tạo ra tín hiệu đơn biên SSB với sóng mang có tần số 455kHz.

- Mạch này gồm các khối:

+ ATT( attenuation): khối suy giảm

+ : Khối khuếch đại

+ BPF( band pass filter): Lọc thông dải

+ LSB MOD( low single band- modulation): Bộ điều chế đơn biên

+ AF SW( audio frequency switch): Bộ chuyển mạch âm tần

+ VCA( voltage control automatic): Bộ điều chế tự động điều khiển bằng điện áp

- Nguyên lý hoạt động:

Trước tiên, tại khối FREQUENCY CONVERTER, dao động thạch anh DTCXO 20MHz tạo ra tần số 20MHz đưa vào bộ chia 4 tạo ra tần số 5MHz sau đó đưa vào mạch vòng khóa pha PLL để tạo ra tần sốfc = 455kHz

*Nguyên lý tạo tần số fc = 455kHz bằng mạch vòng khóa pha PLL.

Sơ đồ khối mạch vòng khóa pha PLL:

Khi không có tín hiệu vào thì tín hiệu hiệu chỉnh U’d = 0 vì tín hiệu ra của bộ tách sóng pha là tích (U’d

×

uv) Mạch VCO dao động tại tần số dao động riêng f = 455kHz Khi có tín hiệu vào, bộ tách sóng pha sẽ so pha tần số tín hiệu vào với tín hiệu so sánh Đầu ra của bộ tách sóng pha xuất hiện tín hiệu U’d mà trị số tức thời của nó tỷ lệ với hiệu pha (hiệu tần số) của hai tín hiệu vào thời điểm đó Vì Ud=K.Uv.Ur’ nên trong tín hiệu ra bộ tách sóng pha có các thành phần tần số fv-f’r và fv+f’r Tần số tổng bị loại

bỏ nhờ mạch lọc thông thấp, còn tần số hiệu được khuếch đại lên và được dùng làm tín hiệu để điều khiển tần số dao động của VCO (VCO: Bộ tạo dao động khống chế bằng điện áp) Tần số của VCO được thay đổi sao cho fv-f’r tiến tới 0, nghĩa là fv=f’r

Tần số 455kHz này được dùng để điều chế với tín hiệu âm tần(AF)

Tín hiệu dữ liệu từ bộ điều khiển qua cổng COM được khuếch đại đảm bảo biên độ tín hiệu đủ lớn sau đó đưa vào bộ chuyển mạch mạch tín hiệu âm tần (AF SW) Bộ chuyển mạch AF chọn một trong các tín hiệu FS-IN, ALARM, TONE đưa vào điều chế tùy chế độ phát xạ CPU sẽ điều khiển để phát đi các tín hiệu tới các đầu vào Tone, Alarm, FS-IN Tín hiệu từ chuyển mạch mạch AF được đưa tới bộ điều chế đơn biên (LSB MOD) để điều chế với sóng mang fc = 455KHz( tần số fc này không quá

lớn để đảm bảo độ sâu điều chế) Sau khối này ta thu được tín hiệu tin tức thứ cấp Tínhiệu sau điều chế đưa qua bộ lọc băng (BPF) để lấy một dải biên tần Quá trình điều chế đơn biên này nhằm mục đích:

+ Giảm độ rộng dải tần đi một nửa

+ Công suất phát xạ của máy phát giảm

+ Tạp âm đầu thu giảm do dải tần của tín hiệu hẹp hơn

Đồ thị phổ tín của hiệu sau khối BPF:

Tín hiệu sau đó được khuếch đại lên rồi được đưa qua bộ suy giảm (ATT) kết hợp với tínhiệu sóng mang 455KHz đã được đưa qua bộ suy giảm (ATT) để đảm bảo độ sâu điều chếtại VCA Các bộ suy giảm ATT làm nhiệm vụ giữ cho mức biên độ sóng mang và tín hiệu tin tức phù hợp để đảm bảo độ sâu điều chế Việc đưa sóng mang fc = 455kHz qua bộ suy giảm ATT sẽ tạo ra các chế độ phát khác nhau:

+ Đơn biên có sóng mang: giữ nguyên Fc

+ Đơn biên suy giảm sóng mang: triệt 70% fc

+ Đơn biên không sóng mang: triệt 100% fc.

Tại đây, bộ điều chế nhiều chế độ (VCA) xác lập chế độ làm việc của máy phát, tuỳthuộc vào yêu cầu của các chế độ phát xạ khác nhau mà bộkhuếch đại điều khiển bằngđiện áp (VCA) sẽthực hiện hiệu chỉnh thông qua tín hiệu từ KEY SIG tác động vào khốiLEVEL SW tạo ra tín hiệu Gain-Cont đưa tới VCA Bộ điều chế này thực hiện điều chếtín hiệu đơn biên từ bộ lọc băng đưa tới với sóng mang chuẩn fc = 455kHz để tạo ra tínhiệu sóng mang phụ với tần số 455kHz Để đảm bảo chất lượng của tín hiệu nguồn như:+ Lọc bỏ tần số ảnh

+ Đảm bảo độ sâu điều chế

+ Giảm nhẹ yêu cầu với các mạch lọc,…

Khi đó bộ điều khiển trong modul SSB CPU CONTROL thực hiện luôn cả việc điềukhiển các hệ số nhân hoặc chia trong các mạch PLL, để lựa chọn các chế độ phát xạ phùhợp theo yêu cầu

Tiếp đó, tín hiệu sau điều chế bị suy giảm được đưa vào khuếch đại rồi đưa sang khốiFREQUENCY CONVERTER

b, khối chuyển đổi tần số(Frequency converter).