đồ án kỹ thuật viễn thông Công dụng, tính năng, Sơ đồ chức năng của APK.DOC

Sóng điện từ lan truyền từ cạnh AB qua tâm O sang cạnh CDnên tín hiệu thu được trên các cạnh AB và CD sẽ là:EAB=h.E0sint +  ECD=h.E0sint - Tín hiệu anten khung xác định theo công thứ

Chương 1 Giới thiệu chung về định hướng

1.1.Khái quát về định hướng

1.1.1 Lịch sử định hướng

Định hướng là một trong các lĩnh vực được ứng dụng rộng rãitrong hàng hải, hàng không, nó sử dụng các tính chất của sóngđiện từ Nhiệm vụ cơ bản của định hướng là xác định hướng haygóc kẹp giữa 1 phương chuẩn nào đó với hướng sóng tới của đàiphát dẫn đường Người phát minh ra bộ môn này là nhà bác họcngười Nga P«rop

Năm 1898 P«rop làm thí nghiệm: Trên 1 tàu biển, ông đặtmột máy phát sóng vô tuyến điện Trên 1 tàu khác ở cách xa250m (trong điều kiện không nhìn thấy tàu kia) ông đặt một máythu, anten của máy thu có tính phương hướng Quay tàu có máythu theo các hướng khác nhau, căn cứ vào sự thay đổi của tín hiệuthu được ông đã xác định được hướng đài phát

Năm 1912, Siliskin phát minh ra máy chỉ chuẩn làm cho tínhnăng của hệ thống càng ưu việt hơn, nó được ứng dụng rộng rãitrong chiến tranh thế giới lần thứ nhất

Từ năm 1927 đến nay, các máy định hướng được cải tiếnngày càng hiện đại, từ dùng đèn điện tử đến bán dẫn, rồi vi mạch

nh các máy APK-5, APK-9, APK-10, APK-11

1.1.2 Cơ sở của định hướng, cấu tạo hệ thống

Định hướng vô tuyến điện: dựa trên nguyên lý: sử dụng tínhchất truyền thẳng với vận tốc không đổi trong một môi trườngđồng nhất của sóng điện từ.

Định hướng là xác định góc kẹp giữa 1 phương chuẩn nào đó

so với hướng sóng tới của đài phát dẫn ddêng

Hệ thống định hướng bao gồm 1 máy phát sóng chuẩn đặt ởmặt đất (các sân bay) và một máy thu (đặt trên máy bay) Gócgiữa hướng trục dọc máy bay và hướng sóng tới gọi là góc Kyp

Để cho máy thu xác định được góc Kyp, máy phat sóngchuẩn phải phát 1 cánh sóng có tính phương hướng hoặc antenmáy thu phải có tính phương hướng cao Thông thường để thuậnlợi cho định hướng thì máy phát thường phát ra vô hướng vàanten máy thu có tính phương hướng Nh thế thì máy bay ở mọihướng đều có thể thu được và xác định được vị trí sân bay

1.2.Anten khung – Anten tổng hợp

Máy phát chuẩn

Hướng trục dọc máy bay

Hướng sóng tới đài phát

gồm các vòng dây quÊn trên lõi pherit, dùng để thu nhận tín hiệuđài phát Sau đây ta xét anten khung có 1 vòng dây:

a Tín hiệu cảm ứng trên anten khung

Ta xét trong điều kiện sau:

Trong hệ trục tọa độ xyz tâm O của anten trùng với tâm củatrục tọa độ Hướng sóng S nằm trên mặt phẳng nằm ngang xoz điqua tâm O và lệch với ox 1góc là 

Giả sử sóng điện từ tại tâm O có giá trị:

e0 = E0sint E0: cường độ điện trường

sint : độ biến thiên của điệntrường

Thì tín hiệu thu được trên anten sẽ là:

e = h E0sinty

Sóng điện từ lan truyền từ cạnh AB qua tâm O sang cạnh CDnên tín hiệu thu được trên các cạnh AB và CD sẽ là:

EAB=h.E0sin(t + )

ECD=h.E0sin(t - )Tín hiệu anten khung xác định theo công thức:

Ep = eAB - eCD

Ep = h.E0[sin(t + ) – sin(t - )]

= 2.h.E0sincostNhận xét:

Từ biểu thức ep ta thấy: Thành phần biên độ tín hiệu ep biếnthiên theo hàm số góc lệch sin và tín hiệu biến thiên theo hàmcost tức là lệch pha so với tín hiệu trên mỗi cạnh (hay trên antenthẳng) 1 góc là 90 (tín hiệu trên mỗi cạnh biến thiên theo hàm sốsint)

b Đặc tính hướng của anten khung:

Định nghĩa: Đặc tính hướng là đường biểu diễn mối quan hệgiữa biên độ tín hiệu anten với hướng sóng tới đài phát

5

180

270

0

Tại cỏc vị trớ gúc lệch  = 90 và  = 270 thỡ giỏ trị biờn độcủa tớn hiệu anten khung là bộ nhất và bằng khụng.

1.2.2 Anten tổng hợp

a Cấu tạo của anten tổng hợp

Anten tổng hợp là sự tổng hợp tớn hiệu của 2 anten: 1 anten

vụ hướng cú đặc tớnh hướng hỡnh trũn và 1 anten khung cú đặtớnh hướng hỡnh số 8

b Biểu thức biờn độ tớn hiệu của anten tổng hợp

Giả sử biờn độ tớn hiệu thu được trờn anten khung và trờnanten dõy cú cụng thức:

Ep=Epmcos

Ea=Eam

Hai tớn hiệu này được đưa tới mạch tổng hợp để cộng vớinhau theo sơ đồ mắc nối tiếp nờn ta cú thẻe biểu diễn trờn dồ thịvéctơ Thực tế gúc lệch pha = 90 nhưng để tổng quỏt ta đặtgúc  bất kỳ

ỏp dụng cụng thức tớnh cạnh tam giỏc thường ta cú:

= Lập tỷ số:

Nhận xét:

Qua biểu thức (3) ta thấy đây là hàm số phụ thuộc vào tû sốbiên độ tín hiệu anten khung và anten thẳng, phụ thuộc góc lệchpha giữa 2 anten () và phụ thuộc vào góc lệch giữa hướng sóngtới với mặt phẳng anten khung ()

Nhận xét: Qua dặc tính hướng của anten tổng hợp ta thấy:

để đặc tính hướng của anten tổng hợp có dạng hình trái tim thìyêu cầu tín hiệu anten khung bằng biên độ tín hiệu anten thẳng(A=1) và góc lệch pha giữa tín hiệu anten khung và anten thẳngtrùng pha hoặc ngược pha nhau (  = 0 hoặc  = 180)

Lý thuyết anten đã chứng minh tín hiệu trên anten khungluôn lệch pha với tín hiệu trên anten thẳng 1 góc 90, nên muốncho tín hiệu trên anten này trùng pha hoặc ngược pha 180 thìmột trong 2 tín hiệu đó phải dịch pha đi 90 Đặc tính hướng củaanten tổng hợp có thể nằm bên trái hay bên phải tuỳ thuộc vàogóc lệch pha giữa 2 tín hiệu trên 2 anten là 0 hay 180 Do đó nếuthay đổi góc lệch này theo chu kỳ nào đó thì đặc tính sẽ lật trái,lật phải theo chu kỳ đó và tạo nên vùng cân bằng tín hiệu

Trong máy APK-10 ta sẽ thấy đặc tính hình trái tim bị lật tráilật phải theo chu kỳ dao động chuẩn 30 Hz

1.3.Các phương pháp định hướng - Nguyên lý tự động định hướng

1.3.1 Các phương pháp định hướng

a Phương pháp biến đổi cực đại

Phương pháp này cho anten thu (có hướng) quay quanh trụcnào đó Góc lệch  được xác định tại thời điểm ứng với vị trí mà tínhiệu thu được trên anten là lớn nhất

 Định hướng tương đối đơn giản.

Phương pháp này được ứng dụng nhiều trong radar

b Phương pháp biên độ cực tiểu

Nguyên tắc chung của phương pháp này là sử dụng anten cóđặc tính phương hướng hình số 8 và quay được Góc  được xácđịnh tại thời điểm tín hiệu thu dược trên anten là nhỏ nhất

Tín hiệu thu được trên 2 anten được đưa đến một m¹h trừ đểtạo ra một tín hiệu sai lệch ở mạch trừ bằng 0 Tín hiệu sai lệchphụ thuộc  Usl = f().

Nguyên tắc của phương pháp này là sử dụng anten tổng hợp

có đặc tính hướng hình trái tim, có thể lật trái lật phải theo chu kỳdao động chuẩn nào đó

Do sự lật đặc tính hướng mà tín hiệu thu bị điều chế bởi daođộng chuẩn Sau khi tách sóng đường bao điều chế, nó được đưa

đi so sánh pha với dao động chuẩn ra tín hiệu sai lệch và chỉ ra 

Ta xét 3 trường hợp sau:

Dao động chuẩn lật đặc tính hướng theo quy luật :

- Từ t0  t1 đặc tính hướng lật về bên trái

11

x

x’

A C B

 1  3

 2

Kết luận: Phương pháp này có bộ phận so sánh pha của doađộng chuẩn với pha của đường bao tín hiệu điều chế sai lệch Căn

cứ vào sự sai lệch về pha và độ sâu điều biên mà tạo ra tín hiệu

để chỉ thị góc lªch 

Ưu điểm của phương pháp này là khắc phục ®uîc các nhượcđiểm của phương pháp trên Nghiên cứu máy APK-10 ta thấy rõhơn nguyên lý hoạt động của phương pháp này

Chương 2 Công dụng, tính năng, Sơ đồ chức năng của APK

2.1.Công dụng tính năng kỹ chiến thuật của 10.

APK-2.1.1 Công dụng, đặc điểm cấu tạo

a Công dụng

Đài APK-10 được lắp rên máy bay MIG-21 các loại dùng đểxác định góc kẹp giữa hướng máy bay đang bay với hướng đàichuẩn Nhờ đó mà giải quyết được một số nhiệm vụ:

 Dẫn đường cho máy bay, xác định hướng bay

 Dẫn máy bay hạ cánh mò theo hệ thống OC

 Xác định cự ly giữa máy bay với đài phát dẫn đường (TrongAPK-10 cải tiến)

 Trong trường hợp cần thiết có thể thu và nghe tín hiệu trongdải sóng trung (120  1340 KHz)

b Đặc điểm cấu tạo:

 Việc điều hướng APK-10 hoàn toàn bằng điện

 Có 9 tần số chọn trước, có thể điều chỉnh sẵn khi cần sửdụng chỉ cần ấn 1 trong 9 nút đặt sẵn

 Anten vô hướng có dạng khí động học

 Trong máy có sử dụng một số Tranzisto, bố trí các khối riêngbiệt nên tuổi thọ cao, tiện cho kiểm tra thay thế

c Các chế độ công tác của APK-10

 Chế độ Anten

13

Công tác nh một máy thu thông thường ở dải sóng trung qua

2 lần đổi tần Máy chỉ sử dụng anten vô hướng

 Chế độ tự động định hướng KOMAC

Là chế độ cơ bản của APK-10 ở chế độ này khi máy APK-10được điều hưởng với f đài phát nào đó thì kim đồng hồ chỉ hướngluôn luôn chỉ góc kyp và trong tai nghe ta cũng nghe được tín hiệucủa đài phát Chế độ này sử dụng cả 2 anten

 Chế độ định hướng bằng tay PMKA

Chế độ này sử dụng anten khung và dùng đặc tính hướngcủa anten khung để định hướng Do đặc tính hướng của antenkhung nên có sai lệch 180

2.1.2 Tính năng kỹ chiến thuật của đài.

 Cự ly công tác:

Khi mặt đất sử dụng đài phát AP – 35M thì:

D = 250  350 Km (còn phụ thuộc độ cao bay)

 Khoảng tần số công tác: f = 120  1340 KHz được chia làm

 Độ nhạy máy thu ở chế độ anten: Khi lắp tai nghe TA – 56M,tạp âm <10v, Ura>15v thì yêu cầu tín hiệu vào 12  8 V.

 Tốc độ quay anten khung

Khi cường độ điện trường E = 1000 mV/m, tốc độ quay là 30

 Nguồn cung cấp cho máy:

Một chiều: 27V , dòng tiêu hao  1,5 A

Xoay chiều: 115 V – 400 Hz dòng tiêu hao  1,5 A

15

2.2.Nguyên lý làm việc theo sơ đồ chức năng.

điện từ theo đặc tính hướng hình

số 8 Khi hướng sóng tới đài phát

vuông góc với mặt phẳng anten

khung thì tín hiệu thu là bé nhất

Biến điện

400 Hz

K§ tín hiệu la bàn

So sánh pha

Sen sin

phát

Sen sin thu chuẩn 30 Dao động

Hz

K§

công suất

Mô tơ M-81

K§

âm tần Đổi pha

cân bằng

M¸y thu

Tổng hợp

AT DÂY

K§ dịch pha 90

7 3

3 5

KYP

Sơ đồ chức năng APK - 10

Khi hướng sóng tới song song mặt phẳng anten khung thì tín hiệuthu cực đại Tín hiệu thu được trên anten khung được đưa đếnmạch khuÕh đại dịch pha 90 ( Hình sóng 1).

b Mạch khuếch đại dịch pha 90.

Nhận tín hiệu từ anten khung tiến hành khuếch đại Do phụtải là cảm kháng nên tín hiệu qua mạch điện được dịch pha 90.Việc dịch pha 90 rất cần thiết để đặc tính hướng tổng hợp trởthành hình trái tim Sau khuếch đại dịch pha tín hiệu được đưaqua mạch đổi pha cân bằng (Hình sóng 2)

c Mạch đổi pha cân bằng

Nhận thành phần dao động chuẩn 30Hz để khống chế phacủa tín hiệu cao tần anten khung từ mạch khuếch đại dịch pha90đưa tới Tín hiệu cao tần anten khung khi qua mạc đổi pha canbằng có pha thay đổi theo từng bán chu kỳ dao động chuẩn Kếtquả tín hiệu anten khung luôn đồng pha và ngược pha với tín hiệuanten vô hướng theo từng bán chu kỳ dao động chuẩn, do đó làmđặc tính hình trái tim luôn lật trái, lật phải theo dao động chuẩn.(Hình sóng 4)

d Mạch tổng hợp tín hiệu

Dùng để tổng hợp 2 tín hiệu của anten khung từ mạch đổipha cân bằng đưa sang và của anten vô hướng từ mạch khuếchđại anten đưa tới Hai tín hiệu này có cùng tần số nhưng ngượcpha thì có lúc trùng nhau, lúc ngược nhau trong từng bán chu kỳdao động chuẩn Nếu nh có sự lệch hướng của sóng tới đài phátthì tín hiệu ra của mạch tổng hợp được điều biên bởi thành phầnsai lệch la bàn (Hình sóng 6)

e Máy thu

17

Máy thu là sự tổng hợp các mạch khuếch đại cao tần, trộntần 1, khuếch đại trung tần 1, trộn tần 2, khuếch đại trung tần 2

và tách sóng Máy thu APK-10 có độ nhạy và độ chọn lọc cao, sautách sóng máy thu đưa ra 2 thành phần Thành phần âm tần của

âm thanh đưa qua mạch khuếch đại âm tần tới tai nghe Thànhphần la bàn đưa qua mạch khuếch đại tín hiệu sai lệch la bàn.(Hình sóng 7)

f Mạch khuếch đại tín hiệu sai lệch la bàn:

Nhận thành phần sai lệch la bàn từ mạch tách sóng tín hiệucủa máy thu đưa tới khi có sự lệch pha của sóng tới với hướng cânbằng và khuếch đại thành phần sai lệch đó Thành phần sai lệc labàn ở đây là thành phần xoay chiều 30 Hz có biên độ phụ thuộcmức độ lệch của anten khung và pha phụ thuộc vào hướng lệch.Mạch khuếch đại la bàn có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu sai lệch

la bàn và loại trừ các thành phần nhiễu

g Mạch so sánh pha

Nhận thành phần sai lệch la bàn và thành phần dao độngchuẩn 30 Hz để so sánh pha với nhau Kết quả việc so sánh là đưa

ra thành phần la bàn 1 chiều có giá trị dương hay âm phụ thuộcvào sự lệch hướng của sóng tới đài phát về bên trái hay bên phải.Như vậy mạch so sánh pha đã loại trừ được sự phụ thuộc của phathành phần dao động chuẩn vào pha của thành phần sia lệch labàn (Hình sóng 8)

h Mạch biến điện

Từ thành phần la bàn 1 chiều do mạch so sánh pha tạo rabiến thành diện xoay chiều 400 Hz có pha phụ thuộc vào chiềucủa thành phần la bàn 1 chiều, Tức là phụ thuộc vào sự lệch

hướng về bên phải hay bên trái của hướng sóng tới đài phát Mạchbiến điện từ 1 chiều sang xoay chiều 400 Hz để thuận lợi cho cácmạch sau.

i Mạch khuếch đại công suất 400 Hz

Có nhiệm vụ khuếch đại điện 400 Hz tới công suất đủ lớn đểquay mô tơ M8-1 Khi mô tơ nhận được điện áp nó sẽ quay kéotheo anten khung quay Khi về đến vị trí cân bằng thì sai lệch labàn bằng 0, mô tơ dừng quay Góc quay của anten khung qua hệthống xenxin được chỉ thị trên đồng hồ hướng (H)

2.2.2 Nguyên lý làm việc trong chế độ anten

Khi công tắc bật về vị trí anten thì cửa vào mạch antenkhung bị cắt ra, lúc này APK-10 công tác với anten vô hướng, do

đó nó làm việc nh một máy thu đổi tần trong dải sóng trung

Vì không có sự tổng hợp tín hiệu nên sau tách sóng không cótín hiệu sai lệch la bàn mà chỉ có thành phần âm tần của âmthanh Sau khuếch đại âm tần tín hiệu được đưa ra tai nghe

2.2.3 Làm việc trong chế độ PMKA:

Khi công tác chế độ bật về PMKA thì anten vô hướng bịngắt ra và mạch đổi pha cân bằng ngắt thành phần dao dộngchuẩn Trong trường hợp này mạch đổi pha cân bằng nh mộtmạch chuûen tiếp tín hiệu từ mạch khuếch đại dịch pha sangmạch tổng hợp Máy APK-10 công tác như một máy thu giống chế

độ anten Dùng công tắc phải – trái quay anten khung để xác địnhhướng sóng tới đài phát, căn cứ vào âm thanh tai nghe và đồng

hồ điều hưởng

19

Chương 3 Khối Khuếch đại tín hiệu sai lệch la bàn

trong máy APK 10.

3.1.Công dụng:

Để khuếch đại thành phần la bàn từ tách sóng tín hiệu đưatới đảm bảo cho các cấp sau làm việc bình thường và lọc bỏ cácnhiễu ảnh hưởng tới chất lượng của tự động định hướng

3 Mạch khuếch đại phản hồi âm: Mắc trên đèn T4-1 theo

sơ đồ EC

3.3.Nguyên lý làm việc

3.3.1 Mạch khuếch đại đẩy kéo

Theo sơ đồ mạch điện ta thấy: T4-2 mắc theo mạch khuếchđại cực phát chung

+ Khi tín hiệu sai lệch la bàn 30 Hz bằng 0

Trßng hợp này dòng 1 chiều qua 2 Tranzisto nh nhau, chạyngược chiều nhau trên tải nên tín hiệu ra bằng 0

+ Khi tín hiệu sai lệch la bàn 30 Hz khác 0

Tín hiệu sai lệch la bàn 30 Hz lấy trên tải tách sóng R2-43 K3-2  K4-1 chân 8a  C4-4  R4-10  baz¬ của T 4-2

Giả sử bán chu kỳ (+), U (30Hz) đưa tới cực gốc T4-2 do đóT4-2 dẫn dòng giảm đi 1 lượng, lượng giảm này sụt trên R4-12

có dấu (+) đưa vào cực phát và âm đưa vào cực gốc T4-3 nênT4-3 dẫn dòng tăng lên 1 lượng đứng bằng lượng giảm của dòngqua T4-2 sang bán chu kỳ sau thì ngược lại Kế quả trên ải biếnthế Tp4-1 ta lấy ra thành phần biến đổi dòng điện qua 2 Tranzisto(2 dòng chạy ngược chiều và ngược pha nhau) bằng tổng của 2dòng qua từng tranzisto Nh vậy R4-12 đóng vai trò liên lạc của

21

mạch khuếch đại đẩy kéo nên ta không cần dùng biến áp đảopha.

3.3.2 Mạch lọc chữ T kép

Thành phần la bàn được khuếch đại lấy ra trên tải ở cuộn thứcấp Tp 4-1 (cuộn 6-7) được đưa đến mạch lọc hình T kép Đây làmạch lọc thông cao và thông thấp kết hợp kết hợp tạo tahµnhmạch lọc chắn tần số 30 Hz, chỉ cho qua các thành phần nhiễu 

30 Hz để đưa tới mạch khuếch đại phản hô hồi âm

R 4-9 để gây phản hồi âm đưa tới T4-3 ổn định hệ sốkhuếch đại tức là ổn định tín hiệu ra của mạch khuếch đại la bàn

R 4-9 không có tác dụng hạn chế biên độ theo tần số

3.3.3 Mạch khuếch đại phản hồi âm T4-1