Báo cáo BTL Hệ Thống Viễn Thông

Thiết kế bộ đàm

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 3

Mở đầu 4

Nội dung 5

I Cơ sở lý thuyết 5

1 Tín hiệu điều tần 6

a Dạng sóng 6

b Dạng phổ của điều tần 7

2 Chỉ số điều biên FM 8

II Sơ đồ khối 9

1 Sơ đồ khối mạch phát 9

2 Sơ đồ khối mạch thu 9

III Tính toán các thông số và nguyên lý hoạt động của mạch 10

1 Mạch phát 10

a Mạch khuếch đại âm tần 10

b Mạch tạo dao động và điều chế 15

c Mạch khuếch đại công suất cao tần 20

2 Mạch thu 23

a Mạch vào 23

b Mạch khuếch đại cao tần 25

c Mạch giải điều chế 29

d Mạch tạo dao động 29

e Mạch khuếch đại tiền công suất 30

f Mạch khuếch đại công suất 31

IV Sơ đồ khối mạch hoàn chỉnh 32

1 Sơ đồ nguyên lý mạch phát 32

2 Sơ đồ nguyên lý mạch thu 33

3 Sơ đồ layout mạch phát 34

4 Sơ đồ layout mạch thu 35

KẾT LUẬN 36 DANH MỤC HƯỚNG NGHIÊN CỨU VÀ TÀI LIỆU THAM KHẢO 37

tương lai sau này

Sau khi được thầy giáo chỉ bảo chúng em đã quyết định chọn đề tài “Thiết kế Bộ

Đàm” Chúng em thấy rằng đây thực sự là một đề tài hay giúp chúng em hiểu sâu hơn

về các bước để tiếp cận với việc làm một sản phẩm thuộc lĩnh vực truyền sóng mà trong

đó phần quan trọng nhất là phân tích và thiết kế Bộ Đàm cho hệ thống Qua đó sẽ giúp

chúng em có nhiều kinh nghiệm và kỹ năng cần thiết của một kỹ sư khi làm việc trong lĩnh vực viễn thông Nhóm chúng em thấy rằng qua việc tìm hiểu nghiên cứu qua sách

vở, bài báo, internet chúng em đã học hỏi được rất nhiều và tự tin chọn cho mình đề tài này và quyết tâm hoàn thành đề tài này đến hết khả năng có thể của chính mình

Mặc dù chúng em đã cố gắng hết sức, tuy nhiên để hoàn chỉnh phần phân tích và thiết kế

Bộ Đàm cần có thời gian để hoàn thiện và không thể tránh khỏi những sai sót Vì vậy chúng em rất mong được sự quan tâm, chỉ bảo, giúp đỡ của thầy cùng sự làm việc tích

cực và có trách nhiệm của mỗi thành viên trong nhóm, hi vọng đề tài “Thiết kế Bộ

Đàm” của chúng em sẽ có được kết quả cao như mong muốn!

MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, việc phát triển các thiết bị không dây là hướng

đi mới và đang được chú trọng đấu tư với nhiều các thành tựu khoa học đạt được

Xu hướng này không chỉ ở các nước phát triển mà cả các nước đang phát triển cũng hình thành rất rõ nét Những lợi ích của các thiết bị không dây là rất lớn như : chi phí đâu tư ít, tiện lợi cho việc lắp đặt và cung cấp dịch vụ…

Bên cạnh những ứng dung của các thiết bị không dây như : truyền thông quảng bá, mạng điện thoại di động, truyền nhận thông tin vệ tinh, thông tin vi ba… thì bộ đàm cũng đang được quan tâm trong truyền nhận tín hiệu thoại trong phạm vi ngắn mà sự liên lạc trao đổi thông tin một cách thường xuyên Các ưu điểm của bộ đàm là rất lớn trong truyền tín hiệu thoại trong cự li ngắn như : chi phí lắp đặt thấp, chi phí sử dụng dịch vụ thấp hơn rất nhiều so với các loại khác, tiện lợi sử dụng vì các thiết bị rất nhỏ gọn có thể mang di động…

NỘI DUNG

Cơ sở lý thuyết

I.

hiệu thấp, nếu không thông qua điều chế trước khi phát bằng sóng vô tuyến , sẽ gặp phải nhiều vấn đề khó khăn như khoảng cách truyền, tổn hao, nhiễu, giới hạn băng thông, khó khăn phía thu để khắc phục những vấn

đề này , người ta sử dụng nhiều kỹ thuật khác nhau để đưa tần số của tín hiệu mang tin lên khoảng tần số cao ,phù hợp với hoàn cảnh và thiết bị Người ta gọi đó là các kỹ thuật điều chế Điều chế là quá trình ghi tin tức vào một dao động cao tần nhờ biến đổi một thông số nào đó ( ví dụ: biên

độ, tần số, góc pha, độ rộng xung, … ) của dao động cao tần theo tin tức

tần được gọi là tải tin, còn dao động cao tần mang tin tức được gọi là dao động cao tần đã điều chế

tín hiệu tương tự và cho tín hiệu số , trong đó , một trong những phương pháp đơn giản cho tín hiệu tương tự là phương pháp điều tần – frequency modulation (FM)

tần số cao làm biến đổi tần số theo tín hiệu tin tức Trong điều tần, tín hiệu điều tần thay đổi quanh tín hiệu tải tin Phương pháp này khác với phương pháp thay đổi biên độ của sóng mang hay còn gọi là điều chế biên độ - amplitude modulation (AM) Trong kỹ thuật truyền thông tương tự , giá trị của tín hiệu mang tin sẽ ảnh hưởng trực tiếp lên tần số của sóng mang

tin, với các tần số sóng mang khác nhau người ta có thể truyền nhiều tín hiệu có cùng phổ tần trên các kênh truyền khác nhau của cùng một đường truyền Xét tín hiệu tải tin Ut(t) = Umt cos ωt t

số (FM) Một kỹ thuật điều chế tương tự là điều chế pha PM (Φ(t) thay đổi) Trong phạm vi bài tập này, ta chỉ xét kỹ thuật điều tần

ωdt = ωt + Kdt .Ums cos ωs t

∆fmax = Kdt .Ums gọi lượng di tần cực đại

a Dạng sóng

ωdt = ωt + Kdt .Ums cos ωs t

Có ωdt = dφdt(t)/ dt

dφdt(t) = ∫ ωdt(t).dt = ∫ (ωt + Kdt .Ums cos ωs t).dt = ∫ ωt(t).dt + ∆fmax ∫ cos ωs t dt = ωt.t + (∆fmax / ωs) Sin ωs t Biểu thức của điều tần : Udt = Umt cos (ωt.t + (∆fmax / ωs) Sin ωs t) = Umt cos (ωt.t + mf Sin ωs t)

Hình 1.1 : Sơ đồ mô tả điều chế FM

Với mạch điều chế tần số thì sóng mang có biên độ không đổi, nhưng tần số thay đổi theo biên độ của tín hiệu âm tần, khi biên độ tín hiệu âm tần tăng thì tần số cao tần tăng, khi biên độ âm tần giảm thì tần số cao tần giảm Như vậy sóng mang FM có tần số tăng giảm theo tín hiệu

Hình 1.2 : Tín hiệu trước và sau điều tần

b Dạng phổ của điều tần

- Udt = Umt cos (ωt.t + mf Sin ωs t) có thể biểu diễn dạng chuỗi mà hệ

số là các hàm Bessel loại 1 bậc K

- Udt = Umt cos (ωt.t + mf Sin ωs t) =Umt + J0(mf) cos ωtt + Umt ∑J2k(mf)[sin(ωt + 2kωs)t + sin (ωt- 2k ωs)t] + Umt ∑ J2k+1(mf)[cos(ωt + (2k+1)ωs)t - cos (ωt- (2k+1) ωs)t] +

- Tín hiệu điều tần có vô số thành phần tấn số, trong diều tần dải hẹp

∆fmax << ωs do đó mf << 1 Nên các thành phần tần số cao bằng 0, còn 3 thành phần tần số ωt ,ωt +ωs ,ωt - ωs

Hình 1.3 : Phổ tín hiệu điều tần

2 Chỉ số điều biên FM

Giống như các ở phương pháp điều chế khác , đối với M chỉ số điều chế cũng chỉ ra mức độ thay đổi của tín hiệu đã điều chế so với tín hiệu chưa qua điều chế Ở trường hợp này ,đó là mức độ biến thiên của tần số sóng mang :

( )

m

m m

f x t f

Trong đó f m là tần số điều biên cao nhất Nếu h<<1 , đây là phương

M băng rộng chiếm nhiều băng thông hơn nhưng nó cũng có thể nâng cao

tỉ số tín hiệu trên nhiễu (SNR) một cách đáng kể

Sơ đồ khối

II.

1 Sơ đồ khối mạch phát

Hình 2.1 : Sơ đồ khối mạch phát

2 Sơ đồ khối mạch thu

Hình 2.2 : Sơ đồ khối mạch thu

Mạch vào

Mạch khuếch

đại âm tần

Mạch điều chế tín hiệu

Anten phát

Mạch lọc thông dải

Mạch khuếch đại công suất

Mạch tạo dao động

Anten thu

Mạch vào

Mạch khuếch đại cao tần

Mạch khuếch đại tiền công suất

Mạch dao động

Loa

Mạch khuếch đại công suất Mạch giải

điều chế

Tính toán các thông số và nguyên lý hoạt động của mạch

III.

1 Mạch phát

a Mạch khuếch đại âm tần

Hình 3.1 : Module mạch khuếch đại âm tần

 Sơ đồ tương đương

Hình 3.2 : Sơ đồ tương đương

– 20KHz Phân tích ở trên đúng cho trường hợp tổng quát

Ta có sơ đồ nguyên lý

Hình 3.3 : Sơ đồ nguyên lý

Transistor C1815 có = 2pF, hfe =100

Hình 3.4: Sơ đồ tương đương tần số thấp

→

 Sơ đồ tương đương tần số cao Hình 3.5 : Sơ đồ tương đương tần số cao

b Mạch tạo dao động và điều chế

Hình 3.7: Mạch tạo dao động và điều chế

 Sơ đồ tương đương

Hình 3.8: Sơ đồ tương đương

Hệ số truyền đạt mạch hồi tiếp:

Vậy để mạch có thể dao động được cần chọn giá trị trở kháng tải đủ lớn để

thỏa mãn điều kiện dao động

// Z0 = 44Ω

Các thông số yêu cầu đối với các tần số ghép nối với mạch dao động:

 Trở kháng vào các tầng khuếch đại công suất cao tần RL = 500 Ω

 Phân tích mạch dao động dùng vericap

Hình 3.9: Sơ đồ tương đương

Giả sử C v = C min ÷C max

 Tính toán cuộn dây ứng với tần số mong muốn

cực của vericap là 5V nên Cv=8pF, yêu cầu thiết kế tần số 90MHz

Ca =

= 65.76 pF

Cb = = 6.84 pF

c Mạch khuếch đại công suất cao tần

Sơ đồ mạch nguyên lý:

Hình 3.11: Khuếch đại cao tần

 Tính toán phân cực

+

+

+

+

+

+

+

 Phân cực DC

= Chọn

Sơ đồ tương đương

Hình 3.13 : Sơ đồ tương đương

Nó có nhiệm vụ chuyển tín hiệu cao tần nhận được từ anten thu đến tầng đầu tiên

và đảm nhiệm một phần độ chọn lọc của máy thu

- Mạch vào bao gồm 2 thành phần:

+Hệ thống cộng hưởng (đơn hoặc kép) có thể điều chỉnh đến tần số cần thu +Mạch ghép với nguồn tín hiệu của mạch vào (anten)

điện dung C biến đổi vì chúng dễ chế tạo chính xác hơn là cuộn dây có điện cảm

ít biến đổi theo điều kiện bên ngoài)

 Các mạch ghép anten với mạch cộng hưởng vào:

Hình 3.15: Mạch vào

Ta có:

=

thay đổi (ứng với sóng dài, trung, và ngắn) Thường có

Chọn: C 2 =7.5(nF) Ở chế độ 1 chiều Rlọc đóng vai trò lọc nguồn và thường có giá trị vài trăm ohm

Chọn : R lọc =1(kΩ)

Ta có :

Clọc

b Mạch khuếch đại cao tần

Hình 3.16 :Khuếch đại cao tần

) (

) ( ) (

0

1 1

c Mạch giải điều chế

Hình 3.17 : Mạch giải điều chế

d Mạch tạo dao động

Hình 3.18: Mạch tạo dao động

Sơ đồ tổng quát của mạch tạo dao động 3 điểm điện cảm

Hình 3.19 : Mô hình tổng quát mạch dao động 3 điểm

// = +

=

=

Chọn : , ,

Để mạch dao động ta có + + = 0 ;

Tính ta được

Ta có fdđ = 1/(√ ) =100Mhz =>

e Mạch khuếch đại tiền công suất

Hình 3.20 : Khuếch đại tiền công suất

f Mạch khuếch đại công suất

Hình 3.21: Mạch khuếch đại công suất

+ Cung cấp công suất đủ lớn theo yêu cầu để đưa qua loa

+ Tác dụng của từng linh kiện:

- R8 , R9 , R10 , R11 : phân áp

Sơ đồ khối mạch hoàn chỉnh

IV.

1 Sơ đồ nguyên lý mạch phát

Hình 4.1: Sơ đồ nguyên lý mạch phát

2 Sơ đồ nguyên lý mạch thu

Hình 4.2: Sơ đồ nguyên lý mạch thu

3 Sơ đồ layout mạch phát

Hình 4.3: Layout mạch phát

4 Sơ đồ layout mạch thu

Hình 4.4: Layout mạch thu

KẾT LUẬN

Máy bộ đàm là phương tiện thông tin đơn giản, hiệu quả, tiết kiệm khi:

bộ phận khác nhau khi công việc yêu cầu trong sản xuất hoặc dịch vụ giao nhận

thiết

các nhân viên lái xe phối hợp với nhau nhịp nhàng liên tục mà không phải trả chi phí điện thoại

vụ với mọi nhân viên một cách nhanh chóng và đạt hiệu quả cao nhất

Chúng em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của PSG.TS Vũ Văn Yêm đã giúp chúng

em hoàn thành đề tài nghiên cứu này, và hy vọng thầy sẽ tiếp tục giúp chúng em nghiên cứu và thiết kế một hệ thống lớn hơn và nhiều ứng dụng hơn trong truyền sóng vô tuyến

DANH MỤC HƯỚNG NGHIÊN CỨU VÀ TÀI LIỆU THAM KHẢO

I Các hướng nghiên cứu của đề tài

với người dùng

II Tài liệu tham khảo

Nguyễn Quốc Cường