Thiết kế và thi công Angten Yagi

I SỐNG VÔ TUYẾN 1 Định nghĩa: Sóng vô tuyến là một loại sóng điện từ, mà sóng điện từ này được hình thành từ các điện trường ,từ trường cao và thấp ,lan tuyền với vận tốc ánh sáng.Sóng v

Chương I

LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN

I GIỚI THIỆU

Vô tuyến điện và điện tử học là một ngành học mới phát triển nhưng đã

có những bước phát triển mạnh mẽ và ngày càng hoàn chỉnh ,phong phú , đóng góp rất nhiều cho việc phục vụ nền kinh tế quốc dân ,phục vụ quốc phòng và nhiều lỉnh vực nghiên cứu khoa học khác

Vô tuyến có nghĩa là không dây Vô tuyến điện (VTD) là ngành khoa học nghiên cứu biện pháp thực hiện sự liên lạc ,truyền đạc những tín hiệu ,tin tức ,thông tin ,thăm dò giữa hai hay nhiều điểm mà không có dây dẫn nối giữa những điểm đó ,chỉ dựa vào bức xạ và lan truyền các sóng điện từ

Điện tử học là ngành khoa học nghiên cứu việc khống chế điều khiển chuyển dịch của luồn điện tử và dựa vào hiệu quả của sự khống chế này để thực hiện một số mục đích như nắn điện ,khuếch đại tạo sống , đổi tần …

II LỊCH SỬ PHÁT SINH VÀ PHÁT TRIỂN

Phát sinh về vô tuyến điện không phải là một công trình của một cá nhân hoặc của một tổ chức nào mà là của nhiều nước của nhiều nhà khoa học và phải trải qua một thời gian dài mới tiến tới bước hoàn chỉnh

 Năm 1873 Mơac Xoen ,nhà vật lí người Anh đã đề ra lí luận về sóng điện từ

 Năm 1888 Hee,nhà bác học người Đức Ông đã xác định ,chứng minh sự tồn tại của sóng điện từ

 Năm 1895 Pô Pốp ,nhà bác học người Nga mới phát minh ra bộ thu

vô tuyến đầu tiên trên thế giới

 Ngày 7-5-1895 Ông đã đem bộ máy đó ra biểu diễn ở hội nghiên cứu vật lí và hoá học ở Nga

 Năm 1904 Flem Minh ,nhà bác học người Anh phát minh ra đèn điện

Ngày nay các đài quốc tế có công suất đến hàng ngàn kw ,nhiều ngành khoa học khác như rada ,tự động hoá , điều khiển từ xa ,luyện thép bằng cao tần Trong y tế và máy tính…

III TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN KỈ THUẬT VÔ TUYẾN ĐIỆN TỬ TRÊN THẾ GIỚI

Kỷ thuật vô tuyến điện tử ở các nước xã hội chủ nghỉa tiên tiến hàng đầu trên thế giới ,luôn hướng về sản xuất và phục vụ đời sống cho nhân dân

Ở Liên Sô

Năm 1950 mới có 9,68 triệu loa truyền thanh

Năm 1981 có 75 triệu máy thu thanh ,75 triệu máy thu hình

Ở Pháp có 7 đài phát hình lớn và 8000 đài chuyển tiếp bảo đảm cho gần hết lảnh thổ có thể xem truyền hình được

Nói chuyện điện thoại có thể nhìn thấy người nói chuyện với mình cũng đã được thực hiện

Ngoài ra vô tuyến điện tử cũng được áp dụng vào việc chinh phục vủ trụ, tuy nhiên ở các nước tư bản ,kỉ thuật vô tuyến điện còn hướng vào công nghiệp chiến tranh như ném bôm bằng tia laze , điều khiển máy bay không người láy chụp hình lén …

IV TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN VÔ TUYẾN ĐIỆN TỬ Ở VIỆT NAM

Trong những năm đầu của lịch sử phát triển ngành vô tuyến điện ở Việt Nam Thông tin liên lạc còn chưa phổ biến khi xã hội phát triển thì yêu cầu của thông tin liên lạc cũng bắt đầu tăng

Nặm 1935 một số công ty tư bản đặc đài phát thanh ở Sài Gòn ,Hà Nội và Hải Phòng Bên cạnh đó thực dân pháp phát triển hệ thống thông tin vô tuyến phục vụ cho hàng hải và hàng không …

Ngày 7-9-1945 đài tiếng nói Việt Nam được phát thanh đầu tiên từ thủ đô

Hà Nội

Năm 1969 ngành vô tuyến truyền hình ra đời

Ngày nay , ở nước ta với sự phát triển của khoa học kỉ thuật thì ngành vô tuyến truyền thông cũng đã và đang phát triển mạnh mẻ,thông tin liên lạc cũng trở nên phổ biến với nhiều hình thức như : phát thanh truyền hình vv Hiện nay trạm nghiên cứu vũ trụ cũng hoạt động Đó cũng là những bước tiến của ngành vô tuyến điện tử ờ nước ta

Chương II

KHÁI QUÁT VỀ SÓNG ĐIỆN TỪ

I SỐNG VÔ TUYẾN

1 Định nghĩa:

Sóng vô tuyến là một loại sóng điện từ, mà sóng điện từ này được hình thành từ các điện trường ,từ trường cao và thấp ,lan tuyền với vận tốc ánh sáng.Sóng vô tuyến có 3 thành phần quan trọng :

f

c

=

λ (1)

2- Các đặc tín của sóng vô tuyến

Các đặc tín lan truyền của sóng vô tuyến thay đổi rất lớn tuỳ thuộc vào tần

số (hoặc bước sóng) Sóng vô tuyến có các đặc tính sau đây :

Tần số thấp : lan truyền rộng tính chất này tương tự như của âm thanh

Khoảng cách lan truyền trong 1 giây

Điện trường cao

Điện trường thấp

Hình 2-1 Mối quan hệ giữa độ dài bước sóng và tần số

Khi tần số tăng độ rộng băng tần khả dụng có thể tăng lên Khi dử liệu vào tăng thì độ rộng băng tần cần thiết củng phải tăng

Ví dụ nếu tín hiệu ti vi được phát bằng sóng vô tuyến ở tần số 1MHZ thì sóng trung không đủ rộng Băng UHF (300Mhz đến 3000Mhz) mới có thể sử dụng được

Khi ở tần số cao ,sóng vô tuyến chỉ có thể lan truyền theo một hướng nhất định vì sự dịch chuyển sóng vô tuyến ở tần số này là truyền thẳng Có thể sử dụng lập lại dạng sóng vô tuyến có cùng tần số, nếu thay đổi vị trí và hướng của sóng vì lí do này mà ở tần số cao ,phù hợp cho việc truyền tín hiệu dung lượng lớn và các tần số tương đối cao được sử dụng cho viễn thông Khi ở tần

số thấp sóng vô tuyến có thể lan truyền tới một vị trí bất kì ,nó thít hợp cho việc thông tin ở xa tầm nhìn

Ví dụ ở tần số này được sử dụng thông tin cho các tàu biển Sóng vô tuyến

ở tần số thấp (sóng dài) thông tin cho tàu ngầm vì chúng có thể lan truyền dưới nước ở tần số thấp ,các máy phát và máy thu có thể tạo ra với giá thành thấp vì không cần đến công nghệ cao Các sóng vô tuyến có tần số khác nhau được sử dụng phù hợp với mục đích để nâng cao hiệu quả sử dụng

II- MÔI TRƯỜNG TRUYỀN SÓNG

Sóng vô tuyến chịu ảnh hường bởi các môi trường bên ngoài như:

 Sóng phản xạ và khúc xạ khi qua các môi trường điện môi khác nhau

 Sóng nhiểu xạ vì địa hình mặt đất không bằng phẳng

 Sóng truyền trong môi trường ion hoá chất khí ,sẻ làm tán xạ sai phân cực sóng gốc

 Các đặc điểm trên làm ảnh hưởng suy hao công suất máy phát ,hạn chế

cự li truyền và cự li truyền sóng gây khó khăn cho thu sóng

2

m f

=

εµTrở kháng đặc tính của không gian tự do là một số:

Ω

=Π

=Π

=

= / 120 4 10− 7 376.8

0 0

Là sóng có mặt đồng pha là một mặt phẳng vuông góc với phương truyền sóng Trong môi trường đồng nhất và đẳng hướng thì sóng phẳng có đặc điểm như sau:(môi trường điện lí tưởng).Và cùng vuông góc với phương truyền sóng

z.→E đống pha với H và có biên độ các vetơ cường độ điện trường evà

vecter cường độ từ trường hvuông gốc với nhau Độ không đổi theo phương truyền z: xem hình 2-5

{

[ ]

z j

e Z Hm Zc

Em

e Hmf

].[

z t i

z t i

e Z Hmf Zc Em

e Hmf Hm

β ω

β ω

Tốc độ pha của sóng v= 1εµ ;z0 vecter đơn vị phương z

Mật độ công suất trung bình của sóng bức xạ:

zc

Em hm

z c tb

2 2

2/1

.2

Độ dẫn σ ≠0trở kháng sóng là một số phức Zp sóng bị tiêu hao năng lượng biên độ E và H giảm theo qui luật hàm mủ e-az dọc theo phương truyền z.

{

z z

t i p

p

e e

Hmf

H

e e

Z Hmf Z

E

v

z

α β ω

α ψ β ω

ϕµσ

ω

σ

ωµωµσ

.]

[

4

;

2

;2

) (

) ( 0trong đó e=2.7183…ϕgóc lệch trể pha giữa E và H xem hình 2-6.

III SỰ PHÂN CỰC CỦA SÓNG (POLARIZATION)

Bình thường sóng phẳng có vecter H và vecter E vuông góc với nhau và cùng vuông góc với phương truyền sóng Tại bán kì đầu λ/ 2,các vecter Hvà

Eđổi chiều nhưng vẩn vuông góc với nhau và vuông góc với phương truyền z cho dù chúng có trể pha ϕ.

Nếu trong lúc truyền qua các môi trường không đồng nhất,có các ion dẩn điện thì vecter H là vecter thay đổi phương so với ban đầu người ta chỉ xét đặc điểm của vecter E khi đó ta nói sóng là bị phân cực có 3 loại sóng phân cực đó

là elip ,tròn , và tuyến tính (thẳng) hình 2-7

ZY

khi truyền đầu cuối đường của vecter E vạch một đường elip xoắn trong không gian theo phương truyền x.Vecter có thể hình thành bởi ex và ey góc lệch của trục x với trục y làψ

ϕ

Emx Emy

Emx Emy tg

Ex Emy

Tuỳ thuộc vào vecter E phân cực thẳng được chia ra hai loại:

 phân cực đứng

 phân cực ngang

IV CÁC DẢI SÓNG VÔ TUYẾN DÙNG ĐỂ PHÁT THANH

Dải sóng phát thanh được chia thành từng phần nhỏ Mỗi phần có tên gọi riêng và ở mõi quốc gia điều có cơ quan riêng biệt để quản lí Ở Mỉ thì có FCC quản lí việc sử dụng sóng Ví dụ như ở đài phát thương mại được qui định là tần số từ 88MHZ đến 108MHZ …các dải tần được sử dụng rất nhiều vào các loại dịch vụ khác nhau,CCIR có trách nhiệm về vô tuyến viển thông quốc tế Sau đây là các dải sóng phát được phân chia theo tiêu chuẩn CCIR định danh tiếng anh phiên dịch sang tiếng việt

Hình 2-8 :Phân cực thẳng

+vô tuyến hàng hải+t.t di động hàng hải

khz LF: low frequency km +t.t di động hàng không

+vô tuyến hàng hải

+thông tin quốc tế

8 30÷300Mhz VHF:very high

Frequency m +phat thanh FM+tryuền hình VHF

+thông tin quốc tế

9 300÷3000m

hz UHF: ultra high frequency dm +truyền hình VHF+các loại thông tin di

động+các loại thông tin

cố định

10 3G÷30GHZ SHF:supper high

frequency Cm +t.t vệ tin và ra đa+viển thông công

cộng+vô tuyến thiên văn(radio astronomy)

11 30G÷300Gh

z EXF:extremelyHighfrequency Mm +vô tuyến thiên văn+rada sóng mm

+nghiên cứu và thí nghiệm

(research and experiment)

Vì điều chế tín hiệu là vấn đế rất cơ bản và quan trọng của hệ thống thông tin Do đó ta phải tìm hiểu về mục đích của việc điều chế

Tín hiệu ở đầu ra của bộ biến đổi tín hiệu trong khối nguồn (source) có tần

số rất thấp ,do đó không thể truyền đi xa được vì hiệu suất truyền không cao và không có tín kinh tế Cho nên phải thực hiện điều chế tín hiệu , với ba mục đích sau:

Việc điều chế tín hiệu cho phép ta sử dụng hửu hiệu kênh truyền Tín hiệu gốc bao gồm nhiều tín hiệu mà chúng ta muốn truyền đi cùng lúc và trên cùng đường truyền

Bức xạ tín hiệu vào không gian với dạng sóng điện từ Nếu muốn truyền tín hiệu âm thanh trên khoảng cách lớn bằng sóng điện từ thì ở đầu ra máy phát phải có anten phát Kích thước anten phát theo lý thuyết trường điện từ không nhỏ hơn 1/10 độ dài bước sóng phát ra Phổ tín hiệu tiếng nói thường khoảng 20HZ đến 10KHZ ,như vậy kích thước anten phát phải cở hàng chục km Đó

là điều không thể thực hiện được trong thực tế Thực hiện điều chế tín hiệu cho phép chuyển phổ tín hiệu lên phạm vi tần số cao ở đó ta sẻ có một cở anten thít hợp.Trong trường hợp kênh truyền là dây dẩn ,dải thông của đa số các cáp điều nằm ở tần số cao ,các tín hiệu tần số thấp cũng bị suy giảm ,dịch chuyển phổ tín hiệu cũng làm mất đi các hiệu ứng đó

Tăng khả năng chóng nhiểu cho các hệ thống thông tin,bởi vì các tín hiệu điều chế có khả năng chống nhiểu,mức độ chống nhiểu tốt như thế nào tuỳ thuộc vào từng loại điều chế khác nhau

1-Điều kiện điều chế :

 Tần số sóng mang cao tần f ≥(8÷10)f max trong đó fmax tần số cực

đại tín hiệu điều chế BB(baseband)

 Thông số sóng mang cao tần (hoặc biên độ hoặc tần số hoặc pha biến thiên tỉ lệ với biên độ tín hiệu điều chế BB mà không phụ thuộc vào tần số của nó

 Biên độ sống mang cao tần vω >vm(biên độ tín hiệu điều chế BB)

2 Phân loại điều chế :

Điều chế tín hiệu được thực hiện ở bên phát ,với mục đích là chuyển phổ tín hiệu từ miền tần số thấp lên tần số cao Việc dịch chuyển phổ tín hiệu lên miền tần số cao bằng cách làm thay đổi một trong các thông số của sóng mang cao tần Trong thực tế người ta thường dùng hai loại sóng mang là các dao động điều hoà cao tần hoặc các dải xung ,do đó ta sẻ có hai hệ thống điều chế là điều chế liên tục và điều chế xung

 Trong điều chế liên tục ,tín hiệu tin tức (tín hiệu điều chế ) sẻ tác động làm thay đổi các thông số như biên độ, tần số, góc pha của sóng mang là các dao động điều hoà

 Tín hiệu điều chế làm thay đổi biên độ sóng mang gọi là điều chế biên

độ AM(amplitude modulation) hay điều biên

 Tín hiệu điều chế làm thay đổi tần số sóng mang gọi là điều chế tần số FM(frequency modulation) hay điều tần

 Tín hiệu điều chế làm thay đổi góc pha sóng mang gọi là điều chế pha

PM (phase modulation) hay điều pha

 Sóng mang có thông số thay đổi theo tín tức được gọi là tín hiệu bị điều chế Để không phải nhằm lẩn trong từ ngử ,ta gọi tín hiệu m(t) là tín hiệu tin tức ,còn sóng mang có các thông số thay đổi theo tín hiệu tin tức là tín hiệu điều chế

3-Sóng mang điều chế :

Các hệ thống điều chế liên tục có sóng mang là các dao động sine(cosine) cao tần có dạng :

)cos(

ϕ:góc pha đầu của sóng mang

Các thông số đặc trưng cho sóng mang là biên độ ,tần số ,góc pha

ϕ

ω

θ(t)= c t+ Điều chế tín hiệu là đem tín hiệu tin tức tác động làm thay đổi một trong các thông số của sóng mang.Tín hiệu điều chế là sóng mang có thông số bị thay đổi được viết dưới dạng tổng quát là :

)(cos)(

θ : góc pha tức thời hay góc tín hiệu điều chế

Bên cạnh các thông số ở trên ,còn có thể đưa thêm khái niệm về tần số tức thời của tín hiệu điều chế như sau :

dt

t d

t

f

dt

t d

)

(

)()

dt t t

c

c

)(2

1

)

(

)()

Các tích phân này được xác định chính xác tới góc pha đầu

Các khái niệm về biên độ tức thời ,tần số tức thời của tín hiệu điều chế được minh hoạ trên hình 3-1

Như có thể thấy từ hình vẽ biên độ tức thời Ec(t) thay đổi theo thời gian theo qui luật của tín hiệu tin tức m(t),quay với tốc độ góc thay đổi theo thời gian ωc (t) và đi qua một quảng đường là θ(t)hình chiếu của vecter này là lên

trục hoành tại một thời điểm t bất kì ,chính là giá trị tín hiệu điều chế E(t) tại thời điểm đó Cách biểu diển vecter cho tín hiệu chính là biểu diển tín hiệu đó nhờ dao động tổng quát

Ta biết rằng tín hiệu tin tức chỉ làm thay đổi một trong các thông số của sóng mang ,cho nên :

Nếu biên độ thay đổi còn góc pha không thay đổi ta sẻ có tín hiệu điều chế biên độ (điều biên)

)cos(

)(

1-Quan hệ giửa điều tần và điều pha

Vì giửa tần số và góc pha của một dao động có quan hệ với nhau ,nên dể dàng chuyển đổi sự biến thiên tần số thành biến thiên về pha và ngược lại

)(cos(

cos)

0( ) cos [ ω( ) ϕ( )]

Giả thuyết tín hiệu điều chế là tín hiệu đơn âm:

t t v

=

Ω

∆

=Ω

Ω

=

cos)

Thay (5) vào (6) ta nhận được tín hiệu điều tần và điều pha như sau :

)cos

cos(

)cos(

0 0

0

)

0 0

0

)

ϕϕ

ω

ϕ

ωω

+Ω

∆+

=

+Ω

∆+

=

t t

v

v

t v

ta nhận được tín hiệu điều chế pha

2-Phổ của tín hiệu điều tần và điều pha :

Phổ tín hiệu FM rất khác biệt so với AM Khi chỉ số điều chế nhỏ (fm<0.25)

ta có FM dải hẹp NBFM(NarrowBand FM) gồm sóng mang và hai biên tương

tự AM khi mf tăng ,biên độ sóng mang (còn gọi là thành phần trung tâm giảm) giảm phổ tín hiệu điều chế góc (FM,PM)khi điều chế đơn âm giống nhau :Công thức trên có thể viết lại như sau với ϕ0 =0

)coscos(

)sincos(

0 0

)

0 0

)

t m

t v

v

t m

t v

v

p t

pM

f t

FM

Ω+

=

Ω+

=

ωω

do cos(a+b)=cosa.cosb-sina.sin b

;1cos

)1())[cos(

(cos

)

(

1 0

Biên độ hàm Hetxen thay đổi trong khoảng (-1) đến (+1)

Có một số mf =2,4;5,5;8,6;75 có J0=0 như vậy ta không trọn mf có giá trị này vì nó sẻ làm mất thành phần tải tin ω0, làm cho bên thu khó thực hiện tách sóng AFC

Với một số m nhất định thì j1,2 =0

N càng cao thì jn càng giảm và m càng lớn thì jm càng giảm

Phổ của các hàm hexa bật lẻ ngược lại nhau ,còn phổ của các hàm betxen bậc chẳn cùng chiều với nhau :

j(2n+1)(m)= -1 –(2n+1)(m)

j2n(m)=j -2n (m)

Thông thường tín hiệu điều chế là tín hiệu bất kì gồm nhiều thành phần tần

số ,lúc đó tín hiệu điều chế tần số và điều chế pha có thể biểu diển tổng quát theo biểu thức sau :

0cos ω cos( ϕ

trong đó:ϕi góc pha đầu

Khai triển theo chuổi Betsel ta có tín hiệu điều tần với tất cả các thành phần tần số tổng hợp:

∑

=

Ω+ m

i

n

i i

3- Mạch điện điều tần và điều pha:

Về nguyên tắt có thể phân biệt được điều tần trực tiếp và điều tần gián tiếp ,cũng như mạch điều pha gián tiếp và điều pha trực tiếp Trong đó điều tần gián tiếp là điều tần thông qua điều pha và ngược lại điều pha gián tiếp là điều pha thông qua điều tần Như vậy chỉ cần nghiên cứu điều pha trực tiếp và điều tần trực tiếp suy ra điều pha gián tiếp và điều tần gián tiếp

Xét phổ âm thanh của con người ,ta thấy ở tần số cao biên độ âm thanh bị suy giảm nhỏ Do đó ở tần số cao độ di tần nhỏ nghĩa là tín hiệu điều tần bị méo

Để khắc phục, ở trước máy phát trước khi đưa tín hiệu điều chế vΩ vào bộ điều tần ta phải đưa qua bộ khuếch đại nâng tần số cao (emphasis) để trong dải tần số ta có ∆ω =cont

Ngược lại trong máy thu tần đầu của bộ khuếch đại âm tần phải cho tín hiệu qua bộ điều chế suy giảm tần số cao (deemphasis) để nhận được tín hiệu trung thực ở loa

Một số mạch điều tần trực tiếp như :

 Điều tần dùng transistor điện kháng

 Điều tần dùng diode tunner

 Điều tần dùng varicap

III BĂNG THÔNG VÀ CÔNG SUẤT FM

Tổng công suất cao tần tín hiệu điều chế gốc không đổi ,bằng công suất sóng mang khi không có điều chế Về lí thuyết độ rộng băng thông cao tần tín hiệu FM ,PM đến thành phần phổ jn(m)>0.01j0(m) gọi V là biên độ sống mang

FM không điều chế trên tải R ta có công thức sóng mang :

FM dải rộng (NBFM)dùng trong thông tin thoại FM với độ di tần (5-15)khz

FM dải rộng có tín chống nhiểu cao dùng trong phát thanh FM stereo ,tiếng tv,viba,truyền hình vệ tinh theo FCC , độ di tần cực đại FM phát thanh và tiếng

tv là 75khz

Chương IV

MÁY PHÁT

I ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI MÁY PHÁT :

hình 4-1 hệ thống thông tin đơn giản

1Định nghĩa:

Một hệ thống thông tin bao gồm : máy phát ,máy thu và môi trường truyền sóng Trong đó máy phát là một thiết bị phát ra tín hiệu dưới dạng sóng điện từ được điều chế dưới một hình thức nào đó

Sóng điện từ còn gọi là sóng mang hay tải tin.Làm nhiệm vụ truyền tải tin tức cần phát đi tới điểm thu Thông tin này được gắn với tải tin bằng hình thức điều chế thích hợp

Máy phát phải phát đi công suất đủ lớn để cung cấp tỉ số tín hiệu trên tạp

âm (S/N) 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 hiệp hội thông tin quốc tế Các tần số trung tâm của máy phát (sóng mang) có độ ổn định tần số cao Do đó một số chỉ tiêu của máy phát là :

 Công suất ra của máy phát

2-Phân loại máy phát

Có nhiều cách phân loại máy phát :

A- Theo công dụng:

MÁY PHÁT

MÁY THU

Môi trường truyền sóng

Hình 4-2 phân loại máy phát theo công dụng

C Theo phương pháp điều chế :

 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 PM

Ngày nay máy phát số đang được nghiên cứu để ứng dụng vào tất cả các loại máy phát thông tin số ,phát thanh số ,phát thanh hình số

D 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 các máy phát có Pra nhỏ và trung bình Người ta có thể sử dụng hoàn toàn bằng transistor,còn máy phát có Pra lớn và cực lớn vẩn phải sử dụng các đèn điện tử đặc biệt

MÁY PHÁT

Phát thông

tin

Phát chương trình

Phát ứng dụng

cố

định Di động Phát thanh Phát hình

Đo khoảng

Có rất nhiều cách phân loại máy phát nhưng trong chương này chúng ta đặc biệt quan tâm đến cách phân loại theo phương pháp điều chế.Vì nó liên quan đến thiết kế mạch và cả dạng phát đi

II SƠ ĐỒ KHỐI TỔNG QUÁT MÁY PHÁT FM STEREO

Điều chế FM

KĐCSCao tần

Trong khi đó hai tín hiệu L và R sẻ đuợc đưa đến khối trừ để tạo tín hiệu (L-R).Vậy (L-R) củng phải có phổ từ 30hz đến 15khz sau đó tín hiệu L-R sẻ được đưa đến điều chế cân bằng để điều chế sóng mang phụ 38khz từ mạch dao động 76khz qua bộ chia đôi tần số Ở ngỏ ra bộ điều chế cân bằng, sẻ xuất hiện tín hiệu (L-R) DSB và tín hiệu này có phổ tần từ 23khz đến 53khz ngoài ra tín hiệu 38khz sẻ được đưa ra bộ chia đôi tần số nhằm tạo nên sóng báo 19khz tín hiệu này có nhiệm vụ như sau :

Thông báo cho máy thu biết được tín hiệu thu là FM stereo

Đồng bộ sóng mang phụ giửa máy phát và máy thu để sóng mang phụ 38KHZ luôn được ổn định lúc đó âm thanh thu sẻ trung thực hơn

Ba tín hiệu (L+R) ,(L-R) và tín hiệu sóng báo 19khz sẻ được trộn lại để tạo nên tín hiệu tổng hợp T còn gọi là tín hiệu FMMPX.Tín hiệu này sau đó sẻ được điều chế FM để tạo nên dao động sóng mang chính ,chọn trong dải tần

FM 88MHZ đến 108MHZ Nhằm tạo nên tín hiệu cao tần ở ngỏ ra và tín hiệu này sau đó sẻ được khuếch đại công suất cao tần bởi khối KĐCSCT rồi được ghép qua anten để bức xạ ra không gian tự do đến máy thu

3 Yêu cầu chỉ tiêu mạch ghép :

Mạch ghép để ghép giửa các tầng và ghép giữa tầng ra của máy phát với anten yêu cầu chung giửa các mạch ghép :

 Phối hợp trở kháng :

Làm sao cho trở kháng vào của tầng kế tiếp ,phản ảnh về cùng trở kháng ra của bộ cộng hưởng tầng trước tạo thành trở kháng phát sóng tối ưu , đảm bảo công suất ra và hiệu suất của tầng trước là lớn nhất Phối hợp trở kháng giửa anten và tầng ra của bộ khuếch đại công suất cao tần cuối để đạc công suất ra là lớn nhất

 Đảm bảo dải thông (D):

Mạch lọc đầu ra phải đảm bảo sau cho ngoài biên độ không giảm quá 3db mặt khác dải thông lại tỉ lệ nghịch với hệ số phẩm chất của khung cộng hưởng.(D+F0/Q) vì vậy để đảm bảo cả dãi thông và hệ số phẩm chất ta phải dùng nhiều bộ lọc ghép với nhau

 Đảm bảo hệ số lọc hài cao:

Đối với những máy phát công suất lớn, yêu cầu các thành phần hài nhỏ Mạch ghép phải đảm bảo độ suy giảm yêu cầu ở tần số mong muốn

 Điều chỉnh mạch ghép :

Trong một dải tần số rộng và thay đổi độ ghép với tải để có tải tối ưu

Nói chung không thể đồng thời thoả mảng các yêu cầu trên mà tuỳ trường hợp cụ thể để xét yêu cầu nào là quan trọng ,yêu cầu nào là tất yếu

Ví dụ :

Đối với mạch tầng tiền khuếch đại ,yêu cầu phối hợp trở kháng là chính ,không yêu cầu độ chọn lọc cao ,không cần hiệu suất cao nên chỉ dùng mạch cộng hưởng đơn

Đối với tầng ra yêu cầu hiệu suất cao , độ lọc hài cao nên dùng mạch cộng hưởng khuất tạp

4 Một số mạch ghép chính trong máy phát

 Ghép biến áp (ghép hổ cảm )

 Ghép biến áp từ ngẩu

 Mạch ghép có hai mạch cộng hưởng

5-các bước thiết kế mạch ghép biến áp

Khi thiết kế ta thường được biết trước PL ,ωvà chọn Q1 tuỳ theo tần số ,tiến hành các bước như sau :

 1 PL chọn nBA =0.8-đến 0.98 tuỳ theo công suất yêu cầu theo bản dưới đây

Công suất ra hiệu suất

η

=1

P

1 1

P C

C

ω

=+

=

 8-Hệ số cộng hưởng riêng của khung cộng hưởng sơ cấp



1 0

R R

2 2

.L K

M

6 Một số mạch lọc cơ bản trong máy phát:

Để tăng chọn lọc và phối hợp trở kháng người ta sử dụng các mạch lọc hai phần tử R,C như T,ΠΓtrong các máy phát và máy thu

V ĐO LƯỜNG MÁY PHÁT

Trong thời kì thiết kế một máy phát mới hay bảo quản một máy phát đang vận hành ,việc đo lừơng các tham số của máy là rất quan trọng Các tham số này đựơc so sánh với các chỉ tiêu kỉ thuật của nhà sản xuất và các chuẩn quốc gia ,quốc tế để xác định máy phát có hoạt động hợp pháp và hiệu quả không Các chỉ tiêu kỉ thuật thường xuyên bao gồm :

 Tần số vận hành

 Kiểm tra tín hiệu không mong muốn (hài)

 Hệ số điều chế ,dạng tín hiệu điều chế

 Công suất cung cấp một chiều (pcc)

Trong khi kiểm tra và điều chỉnh các máy phát phải có tải giả để không gây nhiễu cho người sử dụng máy thu Đừng bao giờ vận hành một máy phát khi không có tải giả hoặc anten Nếu không transistor công suất cao tần sẻ bị phá huỷ trong vài mmgiây

Để đo tần số vận hành người ta thường sử dụng máy đếm tần số có độ chính xác cao nối ngay sau tải giả (Pra) bé hoặc không nói trực tiếp với tải giả mà qua

bộ suy giảm 20db(Pra)lớn để đảm bảo an toàn cho máy đếm tần số

Để đo độ lớn các thành phần hài người ta thường sử dụng máy phân tích phổ nói trực tiếp với tải giả hay bộ suy giảm

Để kiểm tra dạng tín hiệu điều chế và hệ số điều chế có thể sử dụng máy hiện sóng tần số cao kết hợp với máy phân tích phổ

Để đo công suất một chiều người ta sử dụng volampe kế để đo điện áp coleter trung bình và dòng coleter trung bình tần khếch đại công suất ra

Để đo công suất cao tần có hai phương pháp :

Đo công suất nung nóng thực tế bởi năng lượng cao tần bằng sự cảm ứng sự thay đổi trong điện trở của một thermiter hoặc sự tăng nhiệt độ của nước lạnh Thermiter là một dụng cụ đo lường rất nhạy cảm có thể phát hiện mức công suất đo lường dưới 1mw Nói chung nó cũng được sử dụng ở tần số siêu cao

Kiểm tra điện áp cao tần trên tải giả và tính toán công suất cao tần ở đầu ra theo biểu thức :

L

CM l

R

V p

2

2

=

Chương V

SƠ ĐỒ KHỐI MÁY THU

I ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI MÁY THU

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 có chứa trong tín hiệu chuyển đi từ máy phát dưới dạng sóng điện từ Máy thu phải loại bỏ các loại nhiểu không mong muốn ,khuếch đại tín hiệu mong muốn 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 xét các chỉ tiêu kỷ thuật cơ bản của máy thu như sau:

Độ nhạy : biểu thị khả năng thu tín hiệu yếu của máy thu Độ nhạy được xác định bằng suất điện động cảm ứng tín hiệu tối thiểu cảm ứng trên anten để đảm bảo cho máy thu làm việc bình thường ,nó thường đo bằng microvolt Điều kiện làm việc của máy thu là :

 Đảm bảo công suất ra

 Đảm bảo tỷ số tín hiệu trên nhiểu (S/N)

Muốn nâng cao độ nhạy máy thu thì hệ số khuếch đại (Ai,Av)phải lớn và mức tạp âm nội của nó phải thấp

Ở siêu cao tầng (f>30MHZ) độ nhạy của máy thu được xác định bằng công suất chứ không bằng cảm ứng suất điện động ra anten

Độ chọn lọc : là khả năng chèn ép các dạng nhiểu không phải là tín hiệu cần thu Nói cách khác , độ chọn lọc là khả năng chọn tín hiệu ra khỏi các loại

Về mặt số lượng độ chọn lọc được kí hiệu :

D y0 là dải thông của máy thu ở mức y0=0.1;0.001

Đặc tuyến chọn lộc lý tưởng của máy thu có dạng chử nhật nghĩa là trong dải thông D thì A=const ;ngoài dải thông thì A=0 nghĩa là trong dải thông y=1 ,ngoài dải thông y=0 hay Acny=1 thực tế thì Acny>1 như vậy Acn càng nhỏ thì độ chọn lọc càng cao

Chất lượng lặp lại tin tức :

Được đánh giá là độ méo của tín hiệu (méo phi tuyến ,méo tần số méo pha)chủ yếu là xét độ méo ở tần khuếch đại công suất âm tần để sao cho tín hiệu ra loa ít bị biến dạng so với tín hiệu đưa tới bộ điều chế của máy phát Ngoài ra ta còn xét các chỉ tiêu kỉ thuật khác của máy thu như Pra dải tần số công tác ,tính ổn định biên độ và tần số

Các máy thu được phân loại tương tự như máy phát

II SƠ ĐỒ KHỐI TỔNG QUÁT CỦA MÁY THU

I-Sơ đồ khối tổng quát máy thu khuếch đại trực tiếp

 Giải điều chế : quá trình khôi phục lại tín hiệu ban đầu (tín hiệu điều chế tần thấp ) từ tín hiệu cao tần bị điều chế

 Khuếch đại công suất âm tần : tín hiệu sau khi thu được qua bộ giải điều chế có biên độ nhỏ vì vậy cần phải được khuếch đại nâng mức tín hiệu nhằm cung cấp đủ công suất cho tải

Bộ lọc băng

thông KĐ cao tầnRF Giải điều chế KĐ âm tần AF Loa

Hình 5-2 sơ đồ khối tổng quát máy thu KĐ trực tiếp

 Loa : bộ phận phát âm thanh ,tín hiệu âm tần sau khi được khuếch

đại đủ mức công suất được đưa vào kích thít loa nhằm phát tín hiệu

âm thanh tới tai người nghe

hình 5-2 : là sơ đồ khối của máy thu khuếch đại trực tiếp việc nâng cao độ

nhạy và độ chọn lọc của máy thu này bị hạn chế bởi những lí do sau :

 Số tầng khuếch đại không thể tăng lên một cách tuỳ ý vì :

 Số tầng càng tăng thì độ ổn định của bộ khuếch đại cao tần RF càng

giảm (tụ kí sinh Cbe có thể gây tự kích )

 Số tầng càng tăng thì mạch cộng hưởng củng tăng ,hệ thống điều

chỉnh cộng hưởng phức tạp ,cồng kềnh , đắc tiền

 Tần số cao khó đạt được hệ số khuếch đại lớn

 Tần số càng cao thì dải thông càng rộng càng làm giảm độ chọn lọc

của máy thu (D=f0/Q) Muốn dải thông hẹp cần có mạch cộng hưởng

có hệ số phẩm chất cao ,có khi vượt quá khả năng chế tạo Mặt khác

nếu Q cao ,D hẹp có khả năng gây méo tín hiệu

 Do không dùng được các hệ thống cộng hưởng phức tạp ,nên không

có khả năng đạt đặc tuyến tần số có dạng chử nhật lí tưởng

 Để khắc phục các nhược điểm trên ngày nay người ta chủ yếu chế

tạo máy thu đổi tần

2 Sơ đồ tổng quát máy thu đổi tần

Tương tự như máy thu khuếch đại trực tiếp chỉ khác là ở tầng đổi tần Tín

hiệu cao tần đã điều chế (AM,FM,PM) nhận được từ anten ,qua mạch vào (bộ

lọc băng thông ,qua bộ khuếch đại cao tần RF được đưa vào bộ đổi tần , để

biến thành một tần số tín hiệu khác gọi là tần số trung tần ,nhưng qui luật điều

chế vẩn không thay đổi Tần số trung gian được giử cố định khi tần số tín hiệu

thay đổi (thu các đài khác nhau ) và thường được chọn thấp hơn tần số tín hiệu

để tăng sự ổn định tần số

Thực chất của bộ đổi tần là phép nhân tần số Nó bao gồm một bộ dao động

nội tạo ra tần số :f0 và bộ trộn tần bộ trộn tần là một phần tử phi tuyến hay

phần tử tuyến tín có tham số biến thiên tuần hoàn Nên nếu ta đưa tín hiệu từ bộ

khuếch đại cao tần RF :fRF và tín hiệu từ bộ dao động nội f0 vào bộ trộn ,thì ở

Mạch

vào KĐ cao tần RF Trộn tần KĐTrung tần IF Tách sóng Âm tầnKĐCS Loa

Dao động nội

Hình 5 -3 sơ đồ tổng quát máy thu đổi tần

đầu ra của nó tồn tại các dao động có tần số khác nhau ,có giá trị bằng mfRF±

nf0 (m,n là những số nguyên dương ).Khi m ,n tăng càng lớn thì biên độ tín hiệu càng nhỏ nên ta chỉ sử dụng m,n nhỏ và có thể chọn một trong các tần số

đó làm tần số trung gian Ngừơi ta thường chọn hiệu tần số ứng với m,n=1 làm tần số trung gian :fIF = f0 − f RF và tách ra bằng mạch lọc cộng hưởng

Điều quan trọng là ta phải giử cho fIF=conts Muốn vậy khi fRF thay đổi thì f0

củng phải thay đổi theo Đối với máy thu AM thì tần số trung tần

fIF=455KHZ , đối với máy thu FM thì fIF=10.7MHZ

So với máy thu khuếch đại trực tiếp máy thu đổi tần có những ưu điểm nổi bật :

Tần số tín hiệu được hạ thấp thành tần số trung gian fIF nên có thể dùng nhiều tầng khếch đại trung gian để đạc được hệ số khuếch đại A toàn máy cao

mà vẩn ổn định tín ổn định của máy thu Số tầng khuếch đại trung gian không

bị hạn chế do fIF =const nên mạch cộng hưởng có kết cấu đơn giản ,gọn nhẹ không bị hạn chế trong máy thu

Do fIF =const nên ta có thể sử dụng các hệ thống cộng hưởng phức tạp như (bộ lọc tập trung ) để đặc tuyến tần số lí tưởng

Tóm lại máy thu đổi tần có những ưu điểm nổi bật :

Có thể đạc được hệ số khuếch đại lớn tuỳ ý

Bộ khuếch đại trước tách sóng được thực hiện bởi hai tần số khác nhau (fIF và fRF) Như vậy nâng cao độ ổn định của bộ khuếch đại giảm bớt khả năng

tự kích

Có thể đạc được độ chọn lọc cao Acn-1

Giải quyết đồng thời về độ chọn lọc và giải thông do D=1.4f0/Q

Mặt khác máy thu đổi tần cũng có một số nhược điểm :

 Kết cấu phức tạp

 Mức tạp âm nội bộ tăng do có tần số đổi tần

 Có thêm một số loại nhiễu

Hiện nay ở một số đài phát sử dụng kỷ thuật FM stereo (âm thanh nổi) Vì vậy ở phía máy thu cần phải thu được tín hiệu này.Do đó hiện nay ở một số máy thu cần phải có hệ thống giải mả để thu được tín hiệu FM stereo ,do đó âm thanh nghe được sẻ trung thực hơn

2 Nguyên lí hoạt động của máy thu FM stereo :

Nếu ở máy phát phát FM stereo phát đi một tín hiệu chuẩn 19KHZ thì máy thu sẻ lọc lấy tín hiệu chuẩn 19KHZ ,rồi nhân đôi đưa vào bộ tách sóng đồng

bộ cùng tín hiệu (L-R)DSB điều biên 38KHZ Nếu máy phát FM không phát tín hiệu 19KHZ thì máy thu phải có bộ khôi phục tần số sóng mang 38KHZ để giải mã không bị méo

Tín hiệu cao tần từ đài phát FM stereo nào đó sẻ được anten thu nhận đưa đến để khuếch đại và lựa chọn tần số thu Tín hiệu cao tần đưa đến khối trộn sóng để được trộn với tín hiệu f0 để tạo tín hiệu trung tần fIF 10.7mhz Tín hiệu trung tần sẽ được khuếch đại bởi khối khuếch đại trung tần sau đó tín hiệu này

sẻ được đưa đến khối tách sóng FM nhằm tách tín hiệu FMMPX ra khỏi tín hiệu trung tần 10.7MHZ Ở đây tín hiệu sẻ được đưa qua ba mạch lọc như sau :

 Mạch lọc thông thấp :có tần số cắt 15KHZ để lấy tín hiệu (L+R) Sau đó tín hiệu này sẻ được khuyếch đại và đưa đến mạch cộng và trừ

 Bộ lọc thông dải : có băng thông 23KHZ- 53KHZ Nhằm lọc lấy tín hiệu (L-R) DSB tín hiệu này sẻ được đưa đến khối giải mả kết hợp MPX kết hợp với sóng mang phụ 38KHZ nhằm tạo nên tín hiệu (L-R) xuất hiên ở ngỏ ra

 Bộ lọc cộng hưởng :

Có tần số 19KHZ nhằm lấy tín hiệu sóng báo 19KHZ Sau đó tín hiệu này

sẻ được đưa qua mạch nhân đôi tần số đồng thời tiếp tục đưa tới khối điều khiển khối náy điều khiển một đèn báo FM stereo sáng lên đồng thời điều khiển khối FMMPX hoạt động lúc đó mới có tín hiệu (L-R) ở ngỏ ra

Hai tín hiệu (L-R) và (L+R ) sẻ được đưa đến khối cộng và trừ để tạo nên tín hiệu 2L và 2R sau đó sẻ được khuếch đại áp KĐCS âm tần rồi đưa ra loa Trong trường hợp tín hiệu là FM mono sẻ khoá bộ giải mả FMMPX lúc đó

ở ngỏ ra không có tín hiệu (L-R) và như vậy ở ngỏ ra hai khối cộng và trừ có hai tín hiệu giống hệt nhau và âm thanh nghe 2 loa hoàn toàn giống hệt nhau đó

là âm thanh mono (âm thanh một chiều)

Chương VI

CÁC MẠCH GHÉP TRONG MÁY THU

I MẠCH VÀO CỦA MÁY THU

Mạch vào là một mạch nói liền anten với đầu vào của tầng đầu tiên của máy thu 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 gồm 3 thành phần :

Hệ số cộng hưởng đơn hoặc kép có thể điều chỉnh tần số thu

Mạch ghép với nguồn tín hiệu của mạch vào anten

Để điều chỉnh cộng hưởng ngỏ vào người ta thường sử dụng các tụ điện có điện dung C biến đổi vì chúng dể chế tạo có độ chính xác hơn các cuộn dây có điện cảm thay đổi được (đặc biệt trong trường hợp cần đồng chỉnh nhiều mạch cộng hưởng ).Mặt khác phạm vi biến đổi của tụ điện lớn (Cmax/Cmim), bền chặc

ổn định .Một số mạch vào điều chỉnh liên tục bằng điện dung :

5

6 8 7

1 2

Hình 6-1 :mạch vào của máy thu

Mạch trên dùng tụ ghép Cch=5-10pF ghép giữa anten và mạch vào

Mạch cộng hưởng gồm cuộn cảm L song song với tụ xoay VC1 ,VC2 tụ tinh chỉnh chúng cộng hưởng trong suốt dải băng tần đã chọn

Tần số cộng hưởng được tín như sau :

td td

ch

C L

Trong đó Ltd tổng giá trị thực về cuộn cảm của khung công hưởng

Ctd tổng giá trị thực về điện dung khung cộng hưởng

Khi VC1=Cmax tacó fch=fmin=fm

Khi VC1=Cmin tacó fch=fmax=fM