BÁO CÁO THÍ NGHIỆM MÔN SIÊU CAO TẦN VÀ ĂNG TEN, PHÂN TÍCH TÍN HIỆU TRONG MIỀN TẦN SỐ VÀ THỜI GIAN

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM, MÔN SIÊU CAO TẦN, VÀ ĂNG TEN, PHÂN TÍCH TÍN HIỆU ,TRONG MIỀN TẦN SỐ, VÀ THỜI GIAN

2.1 Tạo một New simulation để vẽ dạng sóng của các thông số như điện áp, dòng điện…

cách thiết lập profile như sau :

Khi tăng tần số, dung kháng giảm đồng thời kéo theo trở kháng tải giảm xuống sự thay đổi của

Zc dẫn đến sự thay đổi của hệ số phản xạ Tải không tiêu thụ toàn bộ công suất từ nguồn mà 1 phần mất do phản hồi trên đường truyền Do đó áp trên tải giảm xuống Bên cạnh đó, khi ghép tải không phù hợp thì sự có mặt của sóng phản xạ cũng làm biên độ sóng trên đường truyền thay đổi theo

Ở tần số rất cao Zc= 0, và hệ số phản xạ =0 Vì vậy, điện áp nguồn và tải gần như là không đổi c.Thực hiện tất cả các thao tác sau đối với 2 trong 4 thông số ở câu a và b:

- R() : phần thực

- Imag(): phần ảo

- phase(): pha

- M() : độ lớn

 Cho điện áp nguồn (source) :

Phần thực, phần ảo, pha, biên độ của điện áp nguồn( Vsource)

 Cho điện áp tải( Vload):

Phần thực, phần ảo, pha, biên độ của điện áp tải( Vload)

2.3 Dùng “ Toggle Cursor” đánh dấu 2 điểm khác nhau:

Đồ thị Bode của điện áp nguồn và tải cho dãy tần số từ 100kHz đến 100MHz

*** Trong mạng thụ động, tại sao điện áp tải lớn hơn điện áp nguồn.?

Trả lời : Điện áp tải cao hơn so với điện áp nguồn tại một số điểm ở tần số cao và bằng với một

số điểm tần số thấp là do tác động của đường truyền, tại tần số thấp tác động là không đáng kể nhưng tại tần số cao chúng ta cần xét đến tác động của đường truyền Vì vậy đường truyền tác động đến mạch điện: Sự có mặt của tín hiệu phản xạ từ tải trở về nguồn Vì vậy khi tín hiệu phản

xạ xuất hiện có thể là nguyên nhân dẫn đến điện áp tải lớn hơn điện áp nguồn tại một số tần số cao

1.2.6 Thay nguồn VAC bởi nguồn sin VSIN.( chọn giá trị thích hợp cho biên độ và tần số, cài đặt

- Chọn mô phỏng dựa vào miền đáp ứng thời gian

-Thời gian thực hiện là 10ns, dữ liệu bắt đầu từ 0ns và kích thước tối đa 0.01ns

Dạng sóng nguồn và tải cho 5 chu kì sóng.

*Tại tần số 0.5GHz với các giá trị đường truyền như ta đã chọn thì sóng ở tải trễ pha 180o

Chứng minh: Thời gian trễ của đường truyền là TD=1ns

Thời gian trễ ttrễ =1ns

Chu kì tín hiệu là Tchu kì =2ns

Trễ pha: Ө trễ =(ttrễ/Tchu kì).360o = (1/2).360o = 180o

Đồ thị trên cho thấy sự trễ pha π (tương ứng với 180 độ) Bởi vì thời gian trễ trên đường truyền

là 1ns tương ứng với 1/2 thời gian của 1 chu kỳ tín hiệu Do đó điện áp tải trễ so với điện áp nguồn 1/2 chu kỳ

Bài 2: ĐƯỜNG TRUYỀN CƠ BẢN TRONG MIỀN TẦN SỐ

1.Giới thiệu:

- Ở bài lab này, chúng ta sẽ sử dụng phần mềm SPICE để khảo sát sóng sin trên đuờng truyền không suy hao

- Mục tiêu của bài Lab là giúp chúng ta làm quen với sóng phản xạ cơ bản từ tải và

so sánh các mô phỏng với giá trị tính toán bằng giản đồ Smith

2.Mô hình đường truyền cơ bản:

T là một đường truyền không tổn hao với các thông số sau :

Z0 là trở kháng đặc tính

TD là thời gian trễ (time delay) ,chính là chiều dài của đường truyền trên một đơn vị thời gian Gọi : L là chiều dài đường truyền,

up là vận tốc pha của sóng trên đường truyền thì L=upTD (2.1)

Với L’là độ tự cảm trên một đơn vị chiều dài, và C’dung kháng trên một đơn vị chiều dài

Thì ta có:

up = 1

√L ' C ' (2.2) Zo = √C ' L ' (2.2)

2.2.1 Cáp đồng trục

Đối với cáp đồng trục thông thường RG-58, trở kháng đặc tính là Z0 = 50 Ω và vận

tốc pha Up =2 / 3 c (Lưu ý: c = tốc độ của ánh sáng 3×108 m / s)

Câu hỏi 1: Đối với đường dây truyền tải như vậy, các điện cảm và điện dung trên mét bằng bao

Đối với loại cáp đồng trục không tổn hao, các công thức sau đây liên quan đến điện cảm L

và điện dung C với bán kính của dây dẫn bên trong a và dây dẫn bên ngoài b:

Vì vậy: b

a=e

5 √ 3

6 ≈ 4.235

Câu hỏi 3: Nếu b = 3 mm trong câu hỏi 2, thì a bằng bao nhiêu?

Trả lời: Nếu b = 3 mm trong câu hỏi 2, thì

4.235=

3(mm)

4.235 ≈ 0.708 (mm)

2.2 Mô phỏng đường truyền.

Sử dụng SPICE, tạo một nguồn Thevenin với biên độ điện áp là 1 Vôn, trở kháng nguồn là 50Ω

Dẫn đến đường truyền dạng T, và nối với tải 100Ω

Chỉnh sửa đường truyền để có trở kháng đặc tính là 50Ω

Ngoài ra , tạo nhãn vào và tải tại các điểm đầu của đuờng truyền để đo điện áp thuận tiện

Sơ đồ mạch cho phần 2.2

Điều chỉnh độ dài của dây dẫn và kiểm tra lại mô hình sóng đứng ở đầu vào trên 1 bước sóng đầy

đủ ở tần số 200MHz

Câu hỏi 4: Ở tần số 200 MHz, và với U p=2

3.C , bước sóng trong đường truyền bằng bao nhiêu?

Trả μ = μlời: bước sóng trong đường truyền được tính bằng công thức:

Trả μ = μlời: : Thời gian trễ ứng với λ/16 là:

−10

( s)=0.3125(ns)

Sử dụng SPICE để mô phỏng các đáp ứng trạng thái ổn định AC của đường truyền này có chiềudài 0, λ/16, 2λ/16, , 15λ/16, λ

Minh họa chiều dài đường truyền thay đổi cho phần 2.2

Sử dụng Excel,tạo một bảng biên đô điện áp và biên độ dòng điện ở các node “Input” và “Load”cho mỗi chiều dài đường truyền

Câu hỏi 6: Sử dụng PSPICE, Excel, hoặc Matlab để vẽ cường độ của điện áp tại đầu “input” với chiều dài đường truyền Từ các giá trị điện áp trên đồ thị và phương trình

Imax = 13.3333mA

Imin = 6.6667mA

Nhận xét: VSWR và || trong 2 trường hợp trên giống nhau

Câu hỏi 8:Vẽ độ lớn của trở kháng với chiều dài đường truyền sử dụng dữ liệu thu thập từ PSPICE

Biểu diễn phần thực và phần ảo của trở kháng sử dụng PSPICE

|Γ|= VSWR−1 VSWR+1=

2−12+1=

Câu hỏi 9: Tính toán trực tiếp  và VSWR sử dụng phương trình (2.6) và (2.7) dưới đây So sánh lại kết quả đo ở các câu 6, 7 và 8?

=2

Ta thấy kết quả khi tính theo công thức và so sánh lại với các câu trước đó là giống nhau.Câu hỏi 10: Vẽ đồ thị biểu diễn quan hệ giữa cường độ điện áp trên tải và chiều dài đường truyền

Khi chiều dài đường truyền thay đổi thì cường độ điện áp trên tải không thay đổi.

Công suất nhận được trên tải không thay đổi khi độ dài đường truyền thay đổi

2.3 Ngắn mạch và quá tải trở kháng tải.

SPICE là một công cụ tốt để quét tần số, nhưng không thể trực tiếp quét chiều dài của đường

truyền “electrical length” của đường truyền là μ = μ μ = μβl

Câu hỏi 11: Nếu ta có 1 mét cáp đồng trục như ở trong câu hỏi 4, thì tần số của nó tại chiều dài λ/2, 2.5λ

là bao nhiêu? (chú ý rằng ta không được thay đổi chiều dài vật lý của đường truyền)

Trả lời : Cáp đồng trục trong câu hỏi 4 có tần số f = 200MHz

Vì vậy, nó có chiều dài 0.5 tại 0.5f =0.5x200MHz =100MHz

Và nó có chiều dài 2.5 λ tại 2.5f =2.5 X 200 MHz=500Mhz

Sử dụng 1m chiều dài đường truyền, chỉnh mô phỏng SPICE của ban, quét trực tiếp tần số từ 0.5 đến 2.5

Câu hỏi 12: Vẽ dạng sóng điện tại “input” ứng với các chiều dài khác nhau (có thể điều chỉnh thay đổi tần số)? VSWR bằng bao nhiêu?

Đồ thị này phù hợp với đồ thị trong câu hỏi 6

Thay thế tải 25 Ω cho tải 100 Ω

Câu hỏi 14: Vẽ dạng sóng biên độ của điện áp vào Từ biểu đồ dạng sóng, Tính VSWR Từ các phương trình (2.6) và (2.7) Tính VSWR So sánh hai kết quả?

VSWR là như nhau cho các trường hợp 100Ω và 25Ω

Thay tải bằng 0,001 Ω, giống như ngắn mạch tải

Câu hỏi 14: Vẽ dạng sóng biên độ của điện áp vào Từ biểu đồ dạng sóng, Tính VSWR Từ các phương trình (2.6) và (2.7) Tính VSWR So sánh hai kết quả?

Ta thấy hai kết quả tính được là bằng nhau.

Thay tải bằng 1 mega ohm

Câu hỏi 15: Vẽ cường độ điện áp vào Từ đồ thị, tính VSWR Từ các phương trình (2.6) và (2.7) Tính VSWR So sánh hai kết quả?

Tính VSWR:

3.2 Tải thuần trở:

3.2.1 Hàm bước nhảy, phối hợp trở kháng tải.

Trước tiên, tạo một đường truyền có trở kháng 50Ω với tổng chiều dài (thời gian trễ) là 25ns, và cung cấp cho nó nguồn Thevenin 10u(t) có trở kháng nguồn Rg=50 Trở kháng tải RL=50Ω,sau

V L= V g Z L

R g+Z L=

10 5050+50=5(V )

V L= 5 (V) sau 25ns (thời gian trễ của đường truyền.)

2.2 Hàm bước nhảy, không phối hợp trở kháng.

ZL+Zo =

20−5020+50=

−37

V1+ = Vg Zo

Rg+Zo=

10.5050+50=5V

Nên điện áp tại tải V=V1+ +V1+ +V2+ +V2- = 2.857V

Tương tự t=4T= 100ns điện áp tại nguồn V=2.857V

3.2.3 Hàm bước nhảy, không phối hợp trở kháng tải và nguồn.

Thay trở kháng tải là 20Ω trở kháng nguồn 200Ω

Câu hỏi 3:Vẽ điện áp tại 2 điểm đầu cuối của đường truyền trong khoảng thời gian t=0 300ns

=−1835.Như vậy, điện áp tại nguồn là: V =V1++V1-+V2+ =2-6/7-18/35 = 0.6286V

Tại t =3T= 75ns, sóng đến tải, do L= -3/7 sóng phản ánh với biên độ:V2- =V2+.L=

Nên điện áp tại tải V=V1+ +V1+ +V2+ +V2- = 2-6/7-18/35+54/245= 0.849V

Tương tự t=4T= 100ns điện áp tại nguồn V=0.981V

t=5T=125ns điện áp tại tải V=0.9812V

t=6T=150ns điện áp tại nguồn V= 0.89V

t=7T=175ns điện áp tại tải V= 0.905V

t=8T=200ns điện áp tại nguồn V= 0.914V

Giải thích: g =Rg−Zo

Rg+Zo =

200−50200+50=

3

5 L =

ZL−Zo ZL+Zo =

20−5020+50=

t=3T= 75ns VL= V2+ + V2- =(L.g+L2.g)V1+ = -0.294Vt=7T/2=87.5ns Vm= V2- = L2.g.V1+= 0.2204V

KL: mất 12.5ns thì xung “Ghost” đến tải

2.2.5 Xung dài Ở bài trên ta dùng xung ngắn (10ns) so với chiều dài dây dẫn (25ns) Bây giờ

kiểm tra với hệ thống phức tạp hơn

Câu hỏi 5 : Sử dụng cùng đường truyền và trở kháng nguồn, trở kháng tải nhưng khác nguồn v g

= +10 V với t = 0 … 20 ns, and vg = −10 V for t = 20 … 40ns Vẽ điện áp ở nguồn ,điểm

giữa ,và tải của đường truyềnvới t = 0…100 ns ? Sự chuyển đổi từ cao tới thấp ở tải có rõ ràng không?

Sự chuyển đổi từ “high” xuống “low” tại tải rõ ràng

3.3 Tải là phần tử tích cực.

Sử dụng nguồn vg(t) = 10u(t), R g=25 Ω ,đường truyền có Z0=50 Ω và TD= 25ns

Câu hỏi 6: Đầu cuối tải là một tụ điện 1 nF vẽ điện áp ở nguồn và cuối tải của đường truyền

1 =41.24

Câu hỏi 7: Thay tụ điện bằng cuộn cảm L=0.25 μHH lặp lại câu hỏi trên.

Đồ thị

5.06=49.41