Nghiên cứu một số giải pháp nâng cao chất lượng thu tín hiệu trong đài radar tt

* Mục tiêu của luận án: Nghiên cứu một số giải pháp kỹ thuật nâng cao chất lượng máy thu đài ra đa thông qua việc nghiên cứu nâng cao chất lượng các môđun trong tuyến thu nhằm nâng cao

VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ

***********

NGUYỄN VĂN HẠNH

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ GIẢI PHÁP

NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG THU TÍN HIỆU

TRONG ĐÀI RA ĐA

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử

Mã số : 62 52 02 03

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2014

Công trình được hoàn thành tại:

VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ - BỘ QUỐC PHÒNG

Người hướng dẫn khoa học:

1 TS Nguyễn Thị Ngọc Minh

2 TS Chu Xuân Quang

Phản biện 1: PGS.TS Hoàng Thọ Tu, Học viện Kỹ thuật quân sự

Phản biện 2: PGS.TS Vũ Văn Yêm, Đại học Bách khoa Hà Nội

Phản biện 3: TS Trần Văn Hùng, Viện Khoa học và Công nghệ quân sự

Luận án được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án Tiến sĩ cấp Viện, họp tại Viện Khoa học và Công nghệ quân sự vào hồi giờ ngày tháng năm 2014

Có thể tìm hiểu luận án tại:

 Thư viện Viện Khoa học và Công nghệ quân sự

 Thư viện Quốc gia Việt Nam

MỞ ĐẦU

* Tính cấp thiết của đề tài: Nâng cấp hiện đại hóa các khí tài ra đa có trong

trang bị quân đội ta là một trong những nhiệm vụ quan trọng hàng đầu của các đơn vị làm công tác nghiên cứu và đảm bảo kỹ thuật ra đa Áp dụng các linh kiện và kỹ thuật mới một cách có cơ sở khoa học vào các đài ra đa hiện có là một hướng đi đúng đắn và phù hợp với tình hình Quân đội ta hiện nay Nhu cầu về cải tiến, hiện đại hóa ra đa trong Quân đội là rất lớn mà chủ yếu là ra đa thế hệ cũ Không chỉ gặp khó khăn về vật tư, trang bị kỹ thuật mà nguồn thông tin về lý thuyết, kỹ thuật, công nghệ ra đa từ Liên Xô và Đông Âu cũ giảm đáng kể, từ các nước khác thì rất hạn chế Máy thu ra đa quân sự so với các loại máy thu ra đa dân dụng có kỹ thuật tổng hợp hơn, phức tạp hơn và có đặc thù riêng Tuy không phải là vấn đề mới cả về lý thuyết và công nghệ chế tạo, nhưng liên quan tới các bí mật quân sự về ra đa của các nước phát triển cũng như là các sản phẩm thương mại nên rất khó khăn trong việc tiếp cận và cập nhật các tài liệu liên quan Chất lượng của máy thu đóng vai trò quyết định trong việc sản xuất chế tạo ra đa Vì vậy, việc nghiên cứu tìm ra các giải pháp nâng cao chất lượng thu tín hiệu trong đài ra đa là một nhu cầu cấp thiết và có tính thực tiễn cao trong điều kiện nước ta đang xây dựng một chương trình sản xuất ra đa

* Mục tiêu của luận án: Nghiên cứu một số giải pháp kỹ thuật nâng cao chất

lượng máy thu đài ra đa thông qua việc nghiên cứu nâng cao chất lượng các môđun trong tuyến thu nhằm nâng cao độ nhạy, giảm mức tạp pha, nâng cao

độ ổn định và cải thiện chất lượng thu tín hiệu trong đài ra đa

* Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: Luận án không đề cập tới lĩnh vực anten

và xử lý tín hiệu, chỉ giới hạn tập trung nghiên cứu một số giải pháp kỹ thuật nâng cao chất lượng các môđun ở phần đầu của máy thu các đài ra đa quân sự (tập trung vào phần siêu cao tần - SCT) và sẽ phải tập trung giải quyết hai vấn

đề chính: 1 Nghiên cứu giải pháp nâng cao chất lượng bảo vệ đầu vào máy thu của các đài ra đa quân sự hiện có của nước ta nhằm nâng cao độ nhạy máy thu;

2 Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật nâng cao độ ổn định và giảm mức tạp pha của máy thu đài ra đa; cụ thể là: nâng cao độ ổn định tần số, giảm mức tạp pha của các bộ dao động VCO sử dụng một hoặc nhiều vòng khóa pha (PLL)

* Phương pháp nghiên cứu: Phương pháp nghiên cứu của luận án là khảo sát,

phân tích ưu nhược điểm của các máy thu ra đa hiện có, vận dụng lý thuyết mạch SCT, thu tạp thấp, các mô hình và phương pháp phân tích tạp pha, lựa chọn công nghệ và kỹ thuật tiên tiến, sử dụng phần mềm thiết kế mạch SCT ADS, các linh kiện tích hợp và thiết bị đo hiện đại để tổng hợp những khâu cần nâng cao chất lượng Sau đó là đo đạc đánh giá chúng trong phòng thí nghiệm

và trên các đài ra đa làm nhiệm vụ chiến đấu trong thời gian đủ dài

* Ý nghĩa khoa học và thực tiễn:

+ Ý nghĩa khoa học: Luận án tập trung nghiên cứu ứng dụng các linh kiện SCT tiên tiến, các giải pháp kỹ thuật mới để nâng cao chất lượng thu tín hiệu cho máy thu các đài ra đa quân sự hiện có ở nước ta Đây là một hướng đi sáng tạo

và phù hợp với tình hình trang bị ra đa hiện nay trong Quân đội ta

+ Ý nghĩa thực tiễn: Các kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm của luận

án đã và có khả năng được ứng dụng thực tế trong việc duy trì công tác đảm bảo kỹ thuật, kéo dài tuổi thọ, cải tiến, nâng cấp các đài ra đa hiện có và phục

vụ cho các chương trình phát triển một số chủng loại ra đa mới

* Cấu trúc của luận án: Luận án bao gồm 118 trang thuyết minh; trong đó có

14 bảng; 58 đồ thị, hình vẽ; 85 tài liệu tham khảo và 5 trang phụ lục

Chương 1 nghiên cứu tổng quan về các cấu trúc máy thu của đài ra đa

và đi sâu phân tích các ưu nhược điểm của từng loại cấu trúc Chương 1 cũng trình bày các yêu cầu kỹ thuật chính đối với máy thu ra đa và phân tích tổng quan tình hình nghiên cứu về máy thu ra đa trong và ngoài nước, từ đó có các đánh giá để đề xuất các nội dung nghiên cứu của luận án Chương 2 trình bày chi tiết cơ sở khoa học và phương pháp luận liên quan tới 2 giải pháp kỹ thuật mới nâng cao chất lượng thu tín hiệu trong đài ra đa được đề xuất Phần đầu khảo sát tổng quan về các bộ hạn chế công suất SCT dùng bán dẫn, sau đó đi sâu trình bày giải pháp kỹ thuật mới đã được áp dụng để thiết kế bộ hạn chế công suất điốt PIN bảo vệ bộ khuếch đại không bị đánh thủng bởi công suất lọt sau đèn cặp nhả điện Phần sau tập trung nghiên cứu các bộ dao động VCO sử dụng transistor được áp dụng làm dao động ngoại sai trong các đài ra đa Khảo sát các mô hình bộ dao động dùng transistor, mô hình tạp, trình bày công thức tính tạp

điều biên (AM) và tạp điều pha (PM) ở đầu ra của bộ dao động dùng transistor Đồng thời cũng trình bày tạp của bộ VCO khi kết hợp với mạch PLL với 7 nguồn tạp Cuối cùng, chương 3 trình bày các kết quả nghiên cứu thực nghiệm

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY THU RA ĐA

1.1 Cấu hình và cấu trúc máy thu

ra đa [55]:

Nhiệm vụ máy thu ra đa là

khuếch đại, lọc, biến đổi tần số xuống và

số hóa tín hiệu phản hồi của tín hiệu máy

phát ra đa nhằm đảm bảo phân biệt rõ

nhất tín hiệu phản hồi mong muốn trên

nền nhiễu Sơ đồ khối cấu hình cơ bản

của máy thu ra đa trên hình 1.1 Trên cơ

sở cấu hình cơ bản của máy thu ra đa, có

thể hình thành các cấu trúc máy thu khác

nhau: máy thu siêu ngoại sai, máy thu

đổi tần trực tiếp, máy thu trung tần thấp

và máy thu đa kênh dải rộng Hình 1.1: Cấu hình cơ bản của máy thu ra đa chủ động

1.2 Các yêu cầu kỹ thuật chính đối với máy thu ra đa

Bao gồm: Tạp [47] và độ nhạy máy thu, thời gian khôi phục độ nhạy máy thu, hệ số khuếch đại [47], dải động và độ tuyến tính, độ chính xác và độ

ổn định tần số [55], Đây là máy thu của ra đa do vậy dải thông của máy thu phụ thuộc vào cấu trúc tín hiệu thu

1.3 Xây dựng nội dung nghiên cứu của luận án

1.3.1 Hiện trạng ra đa của Quân đội ta: Ra đa của Quân đội ta hiện nay có

đặc điểm: nhiều về số lượng, đa dạng về chủng loại Thế hệ ra đa đầu tiên được sử dụng từ thập kỷ 70, với công nghệ cũ, là ra đa đơn xung (sử dụng tín hiệu đơn giản) hay còn gọi là tín hiệu dải hẹp, số lượng chiếm khoảng 90% Với độ rộng xung nhỏ, để đảm bảo cự ly phát hiện xa của ra đa thì công suất đỉnh của xung phát phải rất lớn Vì công suất xung lớn nên hệ thống đường

truyền, chuyển mạch thu - phát thường hay bị hỏng do đánh lửa Theo đánh giá của các nhà chuyên môn, tình trạng kỹ thuật của các đài ra đa có nhiều yếu kém, thời gian tích lũy cao, khả năng đảm bảo kỹ thuật hạn chế do thiếu vật tư thay thế nên thông số kỹ thuật giảm sút [8] Trước tình hình thực tế trên, nhu cầu về cải tiến, hiện đại hóa ra đa trong Quân đội là rất lớn mà chủ yếu là ra đa thế hệ cũ

1.3.2 Xu thế phát triển hệ thống thu đài ra đa

1.3.3 Tổng quan tình hình nghiên cứu

1.3.4 Về chất lượng thu tín hiệu của máy thu ra đa: Trong điều kiện hoạt

động bình thường, tại lối vào máy thu ra đa có các tín hiệu sau: a) Tín hiệu phản xạ từ mục tiêu, thường gọi là tín hiệu có ích; b) Tín hiệu từ phản xạ nhiễu, thường là từ các vật thể cố định, như mặt đất, mặt biển, vật thể khí tượng; c) Tín hiệu từ máy phát lọt sang máy thu; d) Những tín hiệu mạnh từ những thiết bị vô tuyến điện tử hoạt động gần đó trên cùng dải tần hoặc tín hiệu phản xạ từ những công trình địa vật lớn gần đó

Như vậy, chất lượng thu tín hiệu của máy thu ra đa phải được xem xét phụ thuộc vào từng loại tín hiệu đến máy thu

1.3.5 Nội dung nghiên cứu của luận án: Xuất phát từ nhu cầu đáp ứng công

tác đảm bảo kỹ thuật cho hệ thống ra đa của Quân đội ta, phù hợp với tình hình

và xu hướng phát triển của hệ thống máy thu ra đa trên thế giới, NCS đã xây dựng nội dung nghiên cứu của luận án giải quyết hai vấn đề liên quan đến kỹ

thuật SCT: 1 Hạn chế công suất của các tín hiệu cường độ mạnh vào máy thu:

Giải pháp nâng chất lượng thu khi có tác động của các tín hiệu cường độ mạnh lọt vào máy thu bằng cách dùng bộ hạn chế công suất kết hợp với bộ khuếch đại

tạp thấp; 2 Nâng cao độ ổn định tần số và giảm mức tạp pha của bộ dao động tại chỗ: Bằng cách nâng cao độ ổn định và giảm mức tạp pha của các bộ dao

động VCO kết hợp sử dụng một hoặc nhiều vòng khóa pha

Kết luận chương 1:

1 Qua nghiên cứu tổng quan cấu hình cơ bản của máy thu ra đa và các cấu trúc máy thu của đài ra đa, luận án đã đi sâu phân tích các ưu nhược điểm của từng loại cấu trúc;

Hình 2.3: Bộ chuyển mạch thu

-phát bán dẫn

Hình 2.1: Sơ đồ tuyến thu đài ra đa

2 Từ các yêu cầu kỹ thuật chính đối với máy thu; ta thấy có 2 phương pháp nâng cao độ nhạy máy thu, đó là: giảm hệ số tạp bằng cách dùng bộ khuếch đại tạp thấp hoặc thu hẹp dải thông máy thu xác định bởi độ rộng tín hiệu phổ đã thu

CHƯƠNG 2: MỘT SỐ GIẢI PHÁP NÂNG CAO

CHẤT LƯỢNG THU TÍN HIỆU TRONG ĐÀI RA ĐA

2.1 Hạn chế các tín hiệu cường độ mạnh vào máy thu

2.1.1 Chức năng, tác dụng của bộ hạn chế công suất trong ra đa

Sơ đồ khối của tuyến

thu đài ra đa được vẽ ở hình

2.1 Trong ra đa cảnh giới dẫn

đường sóng centimét, công

suất lọt trung bình sau đèn cặp

nhả điện tương đối lớn,

khoảng: Ptrung bình = 200 mW -

1000 mW (phụ thuộc vào chất lượng của đèn cặp nhả điện và công suất phát của từng kênh) Để đưa được bộ khuếch đại tạp thấp vào thay đèn sóng chạy UV-99 vấn đề đặt ra là phải bảo vệ bộ khuếch đại tạp thấp không bị đánh thủng bởi công suất lọt Người ta đã đưa bộ hạn chế công suất vào giữa đèn cặp nhả điện và bộ khuếch đại tạp thấp để hạn chế công suất lọt, bảo vệ bộ khuếch đại không bị đánh thủng

2.1.2 Bộ hạn chế siêu cao tần bằng

bán dẫn: Các bộ hạn chế hoặc bảo vệ

SCT thường được dùng để quản lý mức

bão hòa máy thu và chặn công suất phát

cao không phá hỏng máy thu trong ra

đa Mạch hạn chế công suất phát lọt

đến máy thu ra đa được lắp sau bộ

chuyển mạch thu -phát Hai loại chuyển

mạch thu -phát điển hình được mô tả

trong hình 2.3, hạn chế công suất cao tần của máy phát sang máy thu nhưng lại cho qua tín hiệu mức thấp từ anten về máy thu [51] Một số bộ hạn chế SCT

thường dùng trong thực tế là: Bộ hạn chế varactor thụ động, bộ hạn chế điốt PIN, bộ hạn chế điốt PIN giả tích cực và bộ hạn chế Varactor PIN

2.1.3 Đề xuất một bộ hạn chế công suất cho hiệu quả cao

Giá trị suy giảm của bộ hạn chế công suất là hàm của dòng thiên áp cấp cho điốt PIN Ở tần số SCT khi cấp nguồn, trở kháng của điốt PIN trở nên rất nhỏ và khi không cấp nguồn trở kháng của nó trở nên rất lớn, nó hoạt động như một chuyển mạch cao tần

Tổn hao của bộ hạn chế khi không cấp nguồn cho điốt PIN:

2 0 min 10lg 1

2

p

p

Z A

û

ùê

có công suất lọt lớn đi tới, tính chất bộ lọc sẽ thay đổi từ bộ lọc cài răng lược (interdigital) thành bộ lọc răng lược (combline), đặc tuyến của bộ lọc sẽ bị đánh lệch lên dải tần lớn gấp đôi tần số sóng mang và nhờ vậy trong thời gian

có xung phát (có xung lọt lớn), máy thu sẽ gần như bị đóng hoàn toàn

Mạch hạn chế tích cực (4)

Đến bộ khuếch đại bán dẫn SCT tạp thấp (LNA)

Mạch hạn chế thụ động mắc sơn (3) Ghép

định hướng

20 dB Tách sóng

+12 V

Nguyên lý chuyển đổi dải thông của bộ lọc cài răng lược thành bộ lọc răng lược: Mạch hạn chế thụ động dựa trên bộ lọc dải thông dạng cài răng lược

được thiết kế dựa trên tính chất của 2 bộ lọc nêu trên kết hợp với hiệu ứng của điốt PIN với các mức công suất SCT lớn và bé đi qua Khi có mức công suất SCT lớn đi tới làm thay đổi kết cấu của bộ lọc, khi này độ dài điện của các thanh cộng hưởng từ lg/4 trong bộ lọc cài răng lược thành lg/8 trong bộ lọc răng lược (tần số cộng hưởng của bộ lọc tăng lên 2 lần) Kết quả là dải thông của bộ lọc khi có mức công suất SCT lớn đi tới sẽ bị đánh lệch lên dải 2fo Với phương pháp này ta đã hạn chế được công suất lọt trong thời gian phát Mặt khác trong thời gian thu, tín hiệu thu về rất nhỏ nên đặc tuyến bộ lọc sẽ không

bị thay đổi, do đó tín hiệu thu về bị suy giảm rất ít (chính bằng tổn hao của bộ lọc dải), như vậy sẽ không ảnh hưởng đến độ nhạy máy thu

Mạch hạn chế thụ động mắc sơn (3) có nhiệm vụ hạn chế mức công suất lọt còn dưới 22 dBm Mạch hạn chế tích cực (4) có điều khiển theo xung tách sóng Tại đầu ra mạch hạn chế thụ động cộng/ chia đôi công suất (1), thiết

kế nhánh ghép định hướng 20 dB và sử dụng năng lượng này tách sóng để tạo xung điều khiển cho điốt điều khiển tích cực Mạch hạn chế tích cực có nhiệm

vụ tiếp tục hạn chế xung lọt trong thời gian phát và làm việc đồng bộ với xung kích phát nên có khả năng triệt hoàn toàn xung phát lọt sau đèn cặp nhả điện

2.1.4 Tính toán các tham số của bộ hạn chế công suất:

Khi thiết kế bộ hạn chế công suất, quan trọng nhất là phải tính toán các tham số của bộ lọc dải thông dạng cài răng lược Khi tính toán thiết kế các bộ lọc dải thông dạng cài răng lược, cần phải tiến hành theo các bước sau [42]:

- Tính toán các tham số điện;

- Từ tham số điện tính toán được, xác định tham số hình học của bộ lọc cài răng lược

Các công thức từ (2.7) đến (2.15) giúp ta tính toán được các tham số hình học của bộ lọc cài răng lược

2.2 Nâng cao độ ổn định tần số và giảm mức tạp pha của bộ dao động tại chỗ

2.2.1 Độ ổn định tần số của các bộ dao động VCO: Độ ổn định tần số là vấn đề

chủ yếu khi thiết kế các bộ dao động VCO dùng transistor Độ ổn định tần số

của bộ dao động là hàm của nhiều yếu tố như: nhiệt độ, chất lượng nguồn cung cấp, trở kháng tải, lắc cơ học, sức hút trái đất, lão hoá và tạp của bản thân linh kiện [50] Độ không ổn định tần số của VCO ảnh hưởng đến các tham số đặc trưng của các thành phần khác trong hệ thống và thậm chí còn làm ảnh hưởng

cả hệ thống đầu vào Ảnh hưởng của tạp pha bộ VCO trong máy thu làm giảm

cả SNR và độ nhạy máy thu [41] Ổn định tần số có mấy phương pháp chính sau [16], [35], [54], [76] Ngoài các phương pháp ổn định tần số ở trên còn có một số phương pháp khác [45], [72]

2.2.2 Sự phát sinh tạp trong bộ dao động: Các hiệu ứng vật lý biến

động ngẫu nhiên xảy ra trong các mạch điện khác nhau của bộ dao động tùy thuộc vào vị trí phổ của chúng đối với sóng mang:

+ Các thành phần tạp ở độ lệch tần số thấp dẫn đến điều chế tần số sóng mang do trung bình bình phương biến thiên tần số tỷ lệ với công suất tạp có trong mạch;

+ Các thành phần tạp ở độ lệch tần số cao dẫn đến điều chế pha sóng mang do trung bình bình phương biến thiên pha tỷ lệ với công suất tạp có trong mạch

2.2.3 Khảo sát tạp điều biên (AM) và điều pha (PM) ở đầu ra bộ dao động dùng transistor

Hai mô hình tạp tuyến tính quan trọng để hiểu được tạp đơn biên SSB:

Mô hình tạp pha Leeson [33] và mô hình tạp của Lee và Hajimiri [17] Lý thuyết tạp có thể được chia thành: tạp do điều chế và tạp do chuyển đổi

2.2.3.1 Tạp do chuyển đổi và điều chế trong các bộ dao động

2.2.3.2 Điều chế bởi một tín hiệu tạp

2.2.3.3 Các mô hình tạp của bộ dao động

Hiện tại, có hai mô hình khác nhau nhưng liên quan chặt chẽ với nhau

về tạp của bộ dao động Mô hình thứ nhất do Leeson đề xuất, gọi là mô hình

của Leeson và dự đoán tạp khi sử dụng mô hình của Leeson được dựa trên tính chất bất biến theo thời gian của bộ dao động chẳng hạn như hệ số phẩm chất của bộ cộng hưởng Q, hệ số khuếch đại phản hồi, công suất ra và hệ số tạp

a Mô hình bộ dao động của Leeson: Tạp tổng cộng của mô hình Leeson được giới thiệu gần giống với cách tính toán tạp pha của bộ dao động:

ùê

ë

é

+++

=+ú

û

ùê

ë

é +

2(14

12)1()2(11

2 0 3 2

0 2

m c L m L c m avs m c avs L m m

f

f Q

f f Q f f f P

FkT f

f P

FkT Q

f f f

Những nhược điểm của phương trình tạp Leeson đã điều chỉnh:

+ Hệ số tạp F là giá trị do kinh nghiệm và khó tính toán do tính chất thay đổi tuyến tính theo thời gian của tạp;

+ Tạp pha trong vùng 1/f3 là một biểu thức thực nghiệm với các thông số phù hợp Khi có thêm mạch phân cách khuếch đại, tạp của mạch dao động LC được biểu diễn là:

b Mô hình tạp của Lee và Hajimiri [17]

Mô hình tạp thứ hai được đề xuất bởi Lee và Hajimiri dựa trên các thuộc tính biến thiên theo thời gian của dạng sóng hiện thời bộ dao động Các phương trình (2.54) và (2.55) trình bày tạp pha đối với vùng 1/f3 và 1/f2

Những nhược điểm trong phương trình tạp pha của Lee và Hajimiri:

+ Rất khó để có được hàm ISF và phụ thuộc vào cấu trúc của bộ dao động;

+ Là hàm toán học nhưng thiếu tính thực tế;

+ Việc chuyển đổi tạp 1/f không được quy định rõ ràng

2.2.3.4 Cách tiếp cận phi tuyến để tính toán, phân tích tạp của các bộ dao động

2.2.3.5 Tạp chuyển đổi: Tạp pha PM, tạp điều biên AM và hệ số tương quan

PM-AM do chuyển đổi tần số được biểu diễn trong số hạng của sự kết hợp phép đại số đơn giản của các phương trình từ (2.68) đến (2.70)

Tạp PM ở hài thứ k là:

ú

úû

ùê

êë

-=

· - -

2 ,

)(

ss k

ss k k

k k

k ck

I R

j C

N

w dj

[ ] [ ]

ú

úû

ùê

êë

-=

· - -

2 ,

2)(

ss k

ss k k

k k

k ck

I R

j C

N N

2.2.3.6 Tạp điều chế: Tạp pha PM, tạp biên độ AM và hệ số tương quan

PM-AM do điều chế tạp có thể được biểu diễn từ sự kết hợp phép đại số đơn giản của các phương trình từ (2.78) đến (2.83) Tạp PM ở hài thứ k là:

]

| ) ( ) (

| [ )

( 2 = 22 F H HÄ FÄ

w w dj

Tạp AM ở hài thứ k là:

]

| ) ( ) (

| [

|

|

2 )

2.2.4 Tạp của bộ dao động với mạch PLL [36]

2.2.4.1 Giới thiệu chung về PLL: Các phần tử cơ bản của vòng khoá pha gồm

bộ tách sóng pha PD, mạch chia tần, bộ lọc thông thấp LPF (tích cực hoặc thụ động) và một bộ dao động điều khiển bằng điện áp (VCO) Trong PLL, hệ số chia N được điều khiển bởi mạch điều chế S-D (SDM)

2.2.4.2 Mật độ phổ công suất tạp pha: Mật độ phổ công suất (PSD) tạp pha ở đầu

ra PLL chính là sự xếp chồng của 7 nguồn tạp đóng góp gồm: tạp của dao động tham chiếu, tạp của bộ đệm đầu vào tham chiếu, tạp VCO, tạp của bộ lọc vòng, tạp của thiết bị bơm tích điện CP, tạp lượng tử hóa S-D và tạp của tách sóng pha, mỗi nguồn được nhân với hàm truyền tạp riêng Các phương trình từ (2.93) đến (2.126) trình bày cách phân tích và tính toán 7 nguồn tạp trên

2.2.4.3 Phổ tạp pha PLL: Vì các nguồn tạp là không tương quan với nhau, nên

phổ tạp tương ứng phải được cộng với nhau để có được phổ tạp pha tổng cộng

ở đầu ra PLL như sau:

) ( ) ( )

( ) ( ) ( ) ( ) (

)

PD out

SDM out

CP out

FIL out

VCO out

BUF out

Hình 2.21 và 2.22 biểu diễn phổ tạp pha của bộ tổ hợp tần số 10 GHz với 1 và 2 vòng khóa pha [36].Hình 2.23 so sánh phổ tạp pha của bộ tổ hợp tần

số 10 GHz (giữa 1 với 2 vòng khóa pha)

Hình 2.21: Phổ tạp pha của bộ tổ

hợp tần số 10 GHz với 1 vòng

khóa pha

Hình 2.22: Phổ tạp pha của bộ tổ hợp tần số 10 GHz với 2 vòng khóa pha

Hình 2.23: So sánh phổ tạp pha của bộ tổ hợp tần số 10 GHz (giữa 1 với 2 vòng khóa pha)

Kết luận chương 2:

1 Qua khảo sát, phân tích về các bộ hạn chế công suất SCT dùng bán dẫn, đã nghiên cứu đề xuất giải pháp kỹ thuật thiết kế bộ hạn chế công suất bảo vệ máy thu ra đa cảnh giới dẫn đường sóng centimét Bộ hạn chế được thiết kế gồm bốn phần và làm việc theo dạng nửa tích cực nửa thụ động;

2 Có hai giải pháp kỹ thuật mới được áp dụng trong bộ hạn chế điốt PIN này là: a) Sử dụng giải pháp tích hợp mạch hạn chế thụ động dựa trên mạch lọc dải thông dạng cài răng lược kết hợp hiệu ứng điốt PIN b) Sử dụng giải pháp tích hợp mạch hạn chế tích cực được điều khiển theo kiểu giả tích cực

3 Qua nghiên cứu khảo sát tạp và các mô hình tạp cho bộ dao động dùng transistor, đã đưa ra 4 nguyên nhân chính gây ra tạp của bộ dao động, đó là: tạp biến đổi lên 1/f hoặc tạp nhấp nháy FM; tạp nhiệt FM; tạp pha nhấp nháy

và nền tạp nhiệt Để tối thiểu hóa mức tạp pha khi thiết kế các bộ dao động VCO dùng transistor cần lưu ý 6 nguyên tắc sau:

a) Cần phải thiết kế sao cho mạch cộng hưởng có hệ số phẩm chất Q không tải lớn; b) Lựa chọn linh kiện tích cực có hệ số tạp nhỏ nhất trong chế độ làm việc nguồn dòng cao Bằng cách này, tạp nhấp nháy tại tần số góc giảm đi Mặt khác, công suất đầu ra của linh kiện khoảng từ 10 dBm đến 15 dBm nên tỷ số tín/tạp lớn Nếu

sử dụng nhiều linh kiện không tương thích nhau thì tạp pha bị ảnh hưởng;

c) Sự thay đổi về pha có thể tối thiểu hóa bằng cách sử dụng các linh kiện có trở kháng cao, trong đó tỷ số tín /tạp (hoặc điện áp tín hiệu/ điện áp tạp) cao; d) Lựa chọn linh kiện tích cực có tạp nhấp nháy thấp Tác động của tạp nhấp nháy có thể giảm bằng cách sử dụng mạch phản hồi RF Việc chọn điểm thiên

áp phù hợp cho linh kiện tích cực là quan trọng và cần thận trọng để tránh điều