CHƯƠNG 6 KỸ THUẬT VÔ TUYẾN ĐIỆN

1.1.1 Giới thiệu kỹ thuật vô tuyến điện (VTĐ) Vô tuyến điện là một ngành kĩ thuật có chức năng đảm bảo thông tin liên lạc mà không cần có sự hỗ trợ của hệ thống dây dẫn giữa hai địa điểm thu và phát. Nói cách khác, quá trình thu phát thông tin sẽ được thực hiện thông qua khoảng không gian.

CHƯƠNG 6 MÁY PHÁT VÔ TUYẾN ĐIỆN 1.1CÁC CHỈ TIÊU CƠ BẢN

Công suất của máy phát là công suất của sóng mang đưa ra anten máy phát khi chưa có điều chế (P0)

Công suất tiêu thụ là công suất máy phát lấy từ nguồn điện năng bên ngoài (P) Hiệu suất làm việc: η = P 0 /P (%)

Dải tần làm việc là dải tần số sóng mang của máy phát

Độ ổn định tần số:

• Độ không ổn định tần số tuyệt đối : ∆f = f lv – f tt

f lv - tần số làm việc của máy phát ; f tt - tần số trên thực tế của máy phát

• Độ không ổn định tần số tương đối: σ = ∆f/f

Phương pháp điều chế: AM, FM, PM, SSB,…

Chế độ làm việc: chế độ làm việc ở máy phát tương ứng với chế độ làm việc ở máy thu Nó phụ thuộc vào 3 yếu tố sau :

 Dạng tín hiệu liên lạc

 Phương pháp điều chế sóng mang

 Phương thức liên lạc

1.2 MÁY PHÁT VÔ TUYẾN ĐIỆN BÁO ĐƠN GIẢN

1.2.1 Sơ đồ khối

Manip làm việc như một bộ biến đổi tín hiệu đầu vào Nhờ Manip và người hiệu thính viên, bức điện báo được biến đổi thành tín hiệu điện tương ứng Phụ thuộc vào phương pháp điều chế mà tín hiệu điện được đưa tới các phần khác nhau của máy phát để điều chế một trong ba tham số cơ bản của sóng mang

Ngoài manip, bộ biến đổi đầu vào còn có thể là máy truyền điện báo,

_

GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT VTĐ - TRƯỜNG ĐHGTVT Tp HCM

1.2.2 Sơ đồ nguyên lý

V

Đèn điện tử 3 cực có nhiệm vụ khuếch đại dao động sóng mang được đưa từ bộ tạo sóng mang qua biến áp Tp đến lưới điều khiển của đèn Mạch dao động L,C cộng hưởng ở tần số của sóng mang là tải của tầng Dao động sẽ được cảm ứng qua cuộn LA để đưa tới anten phát và được bức xạ ra ngoài không gian dưới dạng sóng điện từ Maníp khi được nhấn sẽ cung cấp nguồn EA cho đèn, khi nhả sẽ không cấp nguồn và đèn sẽ thôi không làm việc nữa Kết quả sẽ có từng chùm sóng điện từ được gửi đi, độ rộng của nó tương ứng với thời gian nhấn maníp Tín hiệu trong trường hợp này có dạng AM

_

GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT VTĐ - TRƯỜNG ĐHGTVT Tp HCM

RK

CK

C L

Tp Cp1 +EA

Từ bộ tạo sóng mang

Maníp

Cp2

LA

Hình 6.2 Sơ đồ nguyên lý máy phát VTĐ báo đơn giản

Tạo sóng mang Khuếch đại cao tần Khuếch đại công suất

Mạch điều chế Manip

Điện báo

Hình 6.1 Sơ đồ khối máy phát điện báo đơn giản

Nhận xét : do tiếp điểm của maníp được đấu trực tiếp với nguồn điện áp cao EA

( có thể lên đến hàng nghìn vôn ) nên sẽ không an tòan cho người sử dụng Để khắc phục người ta cải tiến mạch như sau

1.3 MÁY PHÁT VÔ TUYẾN ĐIỆN THOẠI

Tầng chủ sóng có nhiệm vụ tạo nên một dao động cao

tầng có độ ổn định cao Tầng đệm được chế tạo để loại

bỏ những ảnh hưởng của các tầng khác tới độ ổn định tần

số của tầng chủ sóng Thông thường, để đạt được độ ổn

định tần số cao, dao dộng cao tần không nên có tần số

quá cao Vì vậy, để thu được sóng mang có tần số lớn

hơn người ta dùng tầng bội tần (hay nhân tần)

Ở đầu vào dao dộng cao tần có tần số là f sẽ bị làm méo dạng để sinh ra các hài (nf) Ở đầu ra, người ta đặt các mạch lọc LC cộng hưởng ở một hài nào đó để lọc

_

GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT VTĐ - TRƯỜNG ĐHGTVT Tp HCM

E

+

P11 P

Maníp

Maníp được dùng để khống chế rơ le P và được đấu với nguồn điện áp thấp (12 V) Tiếp điểm P11 của rơ le sẽ được dùng thay cho tiếp điểm của maníp

Mạch điều chế

Đệm Bội tần Khuếch đại

cao tần

Khuếch đại micro

Hình 6.3 Sơ đồ khối máy phát vô tuyến thoại

Bội tần

Hình 6.4 Khối nhân tần

ra sóng mang cần thiết Thông thường người ta lấy ra hài bậc hai hoặc ba Nếu cần

có sóng mang có tần số cao hơn có thể dùng nhiều tần bội tần

1.4 ĐIỀU CHẾ SÓNG MANG

Như đã biết, về lý thuyết ta có thể đưa thẳng tín hiệu điện ra anten để bức xạ ra ngoài Tuy nhiên khi đó sẽ gặp phải hai khó khăn:

+ Hệ thống anten quá cồng kềnh

+ Không tách ra được tín hiệu cần thu ra khỏi nhiễu

Vì vậy, người ta cần dùng sóng mang như một phương tiện vận chuyển tín hiệu điện đi xa Phương pháp ghép nối này được gọi là điều chế

Người ta nói: tín hiệu điện điều chế sóng mang hay sóng mang bị điều chế bởi tín hiệu điện Phụ thuộc vào tham số nào của sóng mang bị biến đổi mà người ta phân ra các phương pháp điều chế biên độ (điều biên): AM; điều chế tần số (điều tần): FM; điều chế pha (điều pha): PM

1.4.1 Điều chế biên độ (AM: Amplitude modulation)

Giả sử ta xét tín hiệu điện cần điều chế: u m(t) =U mcosωm t và sóng mang cao

tần có dạng: u0(t) =U0cosω0t Khi đó, điện áp tín hiệu AM biến đổi theo hàm:

t t

U t U

u AM = 0cosω0 + mcosωm cosω0 Hay ta có thể viết lại như sau:

_

GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT VTĐ - TRƯỜNG ĐHGTVT Tp HCM

t

t

t

u

m (t)

u0(t)

u

AM (t)

a) Tín hiệu điện

b) Sóng mang cao tần

c) Tín hiệu điều chế AM

Hình 6.5 Điều chế tín hiệu AM

Ở phương pháp này, biên độ của sóng mang thay đổi theo một qui luật phù hợp với tín hiệu điện Trong hình vẽ ta thấy đường viền biên độ của tín hiệu cao tần AM có dạng của tín hiệu điện F

] ) cos(

) [cos(

2

0

U

u AM = ω + A ω +ωm + ω −ωm Trong đó: mA được gọi là hệ số điều chế AM (mA≤1)

Tín hiệu AM điều chế đơn âm gồm thành phần sóng mang và hai biên

Nhận xét AM:

+ Công suất sóng mang (không mang thông tin) thì lớn

+ Công suất của hai biên cao tần (mang lượng thông tin như nhau) thì nhỏ và phụ thuộc vào hệ số điều chế mA

+ Băng thông tín hiệu AM lớn hơn gấp đôi băng thông mỗi biên

+ Hiệu quả sử dụng công suất cao tần kém

+ Tính chống nhiễu kém, đặc biệt bị ảnh hương bởi hiện tượng điều biên ký sinh

+ Mạch điều chế AM dễ thực hiện, máy thu giải điều chế đơn giản, giá rẻ

+ AM dùng trong phát thanh quảng bá MW-SW (Medium Wave-Short Wave), thông tin AM hàng không Điều chế tín hiệu hình trong truyền hình là một dạng đặc biệt của AM

1.4.2 Điều chế tần số (FM: Frequency modulation)

Ở phương pháp này, tần số của sóng mang thay đổi theo một qui luật phù hợp với tín hiệu điện Trong hình H.66 ta thấy tần số của tín hiệu cao tần FM thay đổi:

ở nửa chu kỳ dương của tín hiệu điện F tần số của tín hiệu cao tần tăng lên, còn ở nửa chu kỳ âm thì giảm xuống

Đặc điểm của tín hiệu FM là dải thông rộng, vì vậy nó thường được sử dụng khi làm việc ở băng tần sóng cực ngắn; do thông tin chỉ nằm ở sự thay đổi tần số nên hiện tượng điều biên ký sinh sẽ không làm ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu

_

GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT VTĐ - TRƯỜNG ĐHGTVT Tp HCM

Hình 6.6.Điều chế tín hiệu FM

um(t)

u

0 (t)

uFM(t)

c) Tín hiệu FM b) Sóng mang cao tần

a) Tín hiệu điện

t

t

t

1.4.3 Điều chế pha (PM: Phase modulation)

1.4.4 So sánh hai loại tín hiệu AM và FM

Hai phương pháp điều chế AM và FM thường được sử dụng nhiều nhất trong thực tế Mỗi phương pháp có những ưu nhược điểm như sau:

Ưu Dải tần hẹp nên đạt được

mật độ ghép kênh lớn

Chống được hiện tượng điều biên ký sinh, cho chất lượng

_

GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT VTĐ - TRƯỜNG ĐHGTVT Tp HCM

Hình 6.7 Tín hiệu điều pha

t

t

t

um(t)

u0(t)

uPM(t)

Phương pháp điều chế này thường được dùng khi tín hiệu có dạng xung Ở thời điểm bắt đầu hay kết thúc của xung tín hiệu điện, pha của sóng mang sẽ thay đổi 1800

tín hiệu cao

Nhược Bị ảnh hưởng của hiện

tượng điều biên ký sinh

Dải tần rộng nên mật độ ghép kênh thấp

Băng

tần

MW (Sĩng trung: Medium wave) và SW (Sĩng ngắn:

Short wave)

SSW (Sĩng cực ngắn: Supper short wave)

Khi tín hiệu vơ tuyến điện được truyền đi xa, đặc biệt là khi truyền bằng sĩng trời (phản xạ nhiều lần từ tầng điện ly và từ mặt đất), biên độ của nĩ sẽ bị tác động bởi các yếu tố ngoại cảnh như sấm, chớp, tia lửa điện Hiện tượng này gọi là điều biên ký sinh Nếu tín hiệu là AM, vì thơng tin nằm trong sự thay đổi biên độ của

nĩ, nên ta khơng thể khắc phục được hiện tượng này Đối với tín hiệu FM, ta cĩ thể sử dụng mạch hạn biên để loại bỏ hiện tượng này

1.4.5 Phương pháp điều chế đơn

biên (SSB: Single Side Band)

Hình vẽ bên mơ tả phổ của tín hiệu

AM Từ hình vẽ này ta nhận thấy như sau:

+ Hai biên (Biên trên (upper side) và

biên dưới (lower side)) đều mang lượng

thơng tin như nhau

+ Trên thực tế, sĩng mang

chiếm 70% năng lượng của tín hiệu

Do vậy, chỉ cĩ 15% năng lượng và gần

nửa dải tần của tín hiệu AM thực sự cĩ ích

Nếu ta chỉ bức xạ một trong hai biên thì

năng lượng cĩ ích sẽ là 100% và dải tần

của tín hiệu sẽ giảm đi 50%

Tuy nhiên, để cĩ thể thu được tín hiệu SSB, yêu cầu đối với độ ổn định tần số của máy thu và máp phát phải rất cao (σ=10-7)

Hiện nay, để phù hợp với yêu cầu liên lạc giữa các loại máy thu/phát cĩ chất lượng khác nhau, người ta sử dụng nhiều cấp độ của phương pháp điều chế này

_

GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT VTĐ - TRƯỜNG ĐHGTVT Tp HCM

f

f

f

Tín hiệu

Sĩng mang

Biên trên Biên dưới

F

fct

AM

Hình 6.8 Phổ tín hiệu AM

+ AM

+ SSB:

− Biên trên (Upper side): 100% sóng mang, 70% sóng mang, 30% sóng mang, 0% sóng mang

− Biên dưới (Lower side): 100% sóng mang, 70% sóng mang, 30% sóng mang, 0% sóng mang

Lưu ý: Sóng mang (Carrier) còn có một tên gọi là tín hiệu Pilot (Pilot Signal)

ký hiệu là PS

Chế độ AM được sử dụng khi liên lạc với các máy thu/phát thế hệ cũ

Khi dùng chế độ SSB: trong trường hợp điều kiện liên lạc thuận lợi, ta có thể

bỏ hoàn toàn sóng mang đi; trong trường hợp cự ly liên lạc xa hay thời tiết không thuận lợi máy phát có thể gửi đi toàn bộ hoặc một phần sóng mang

1.5 CÁC PHƯƠNG THỨC LIÊN LẠC

Trong hệ thống thu phát VTĐ người ta sử dụng 3 phương thức liên lạc sau đây

1.5.1 Đơn công ( Simplex)

Ở phương pháp này, người ta phân biệt hai đầu phát và thu Ở đầu phát chỉ có máy

_

GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT VTĐ - TRƯỜNG ĐHGTVT Tp HCM

fct

Máy phát VTĐ

Máy thu VTĐ

phát, đầu thu chỉ có máy thu Ta chỉ dùng một sóng mang để liên lạc Các hệ thống truyền hình, chế

độ thu canh, máy NAVTEX sử dụng phương thức này

1.5.2 Song công (Duplex)

1.5.3 Bán song công (Semiduplex)

_

GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT VTĐ - TRƯỜNG ĐHGTVT Tp HCM

Đầu A Đầu B

Đầu A Đầu B

fct1 fct2

Máy

phát

VTĐ A

Máy phát VTĐ B

Máy

thu

VTĐ A

Máy thu VTĐ B

Ở phương thức này hệ thống liên lạc phân biệt hai đầu A và B Mỗi đầu có

cả máy thu và phát Trong trường hợp này cần dùng hai sóng mang : fct1

và fct2

Để đảm bảo an toàn cho các máy thu, cần thỏa mãn điều kiện sau

Phương thức liên lạc này thường được dùng ở các trung tâm liên lạc VTĐ

fct

Chuyển mạch

anten

Máy phát A

Máy thu A

Chuyển mạch anten

Máy phát B

Máy thu B

Ở phương thức này, đầu A và đầu B đều có cả máy thu và máy phát Tuy nhiên chỉ có một sóng mang được dùng Trong một thời điểm chỉ có một đầu làm việc ở trạng thái phát, đầu kia sẽ làm việc ở trạng thái thu Để làm được điều đó, người ta dùng các chuyển mạch anten, anten sẽ được đấu với hoặc máy thu, hoặc máy phát Ngoài ra, khi chuyển từ phát sang thu, người

ta sẽ dùng một tín hiệu để báo hiệu cho đài đối biết