Thiết kế chế tạo máy phát băng tần S dùng cho thông tin vệ tinh sử dụng cho tàu biển

DANH MỤC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU Hình 1.1 Bảng tham số của hệ thống radar Hình 1.2 Phân loại các đài radar Hình 1.3 Sơ đồ khối hệ thống thu-phát radar Hình 1.4 Sơ đồ phát theo kiểu tự dao độn

CAM OA

Trong quá trình làm luận văn thạc sỹ, tôi đã đọc và tham khảo rất nhiều loại tài liệu khác nhau từ sách giáo trình, sách chuyên khảo cho đến các bài báo đã được đăng tải trong và ngoài nước Tôi xin cam đoan những gì tôi viết dưới đây là hoàn toàn chính thống không bịa đặt những kết quả đo đạc thực nghiệm đã đạt được trong luận văn không sao chép từ bất cứ tài liệu nào dưới mọi hình thức Những kết quả đó là những gì tôi đã nghiên cứu và tích lũy trong suốt thời gian làm luận văn

Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm nếu có dấu hiệu sao chép kết quả từ các tài liệu khác

Hà Nội, ngày 26 tháng 06 năm 2014

TÁC Ả

Bùi Thị Hà

MỞ ẦU

5

7

1.1.2 Giới thiệu về băng tần S

1.1.3 Phân loại hệ thống radar

9

10

hương 2 LÝ THUYẾT SIÊU O TẦN V B T O D O NG 13

2.2 Phối hợp trở kháng dùng phần tử tập trung sử dụng giản đồ Smith 14

2.2.1 Thuộc tính cơ bản của giản đồ Smith và giản đồ dmittance 14

2.2.2 Mạch phối hợp trở kháng kiểu L-network 15

2.2.3 Thiết kế mạch phối hợp trở kháng trên một dải tần số 22

2.3 ác tham số cần chú ý của bộ khuếch đại công suất 28

2.4 Nguyên lý hoạt động và thiết kế bộ tạo dao động 32

2.4.1 iều kiện dao động 32

2.4.2 Nguyên lý bộ tạo dao động ba điểm điện dung 32

3.1.2 Thiết kế mạch nguyên lý cho bộ tạo dao động V O 36

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

PPL Phase Locked Loop

VCO Voltage Controlled Osillator

RF Radio Frequency

SCT Siêu cao tần

DANH MỤC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU

Hình 1.1 Bảng tham số của hệ thống radar

Hình 1.2 Phân loại các đài radar

Hình 1.3 Sơ đồ khối hệ thống thu-phát radar

Hình 1.4 Sơ đồ phát theo kiểu tự dao động tự kích công suất lớn

Hình 1.5 Sơ đồ phát dùng bộ dao động chủ và bộ khuếch đại công suất thành phần Hình 2.1 Mạch phối hợp trở kháng không tổn hao giữa trở kháng tải bất kì

và đường truyền dẫn sóng

Hình 2.2 Biểu diễn phối hợp trở kháng trên giản đồ Smtih

Hình 2.3 Các sơ đồ phối hợp trở kháng dùng kiểu L

Hình 2.4: Sơ đồ kiểu L-network [1]

Hình 2.5 Sơ đồ kiểu L-network [2]

Hình 2.12 iều kiện ổn định của mạng hai cửa (two-port network)

Hình 2.13 ồ thị biểu diễn độ dốc đường cong bậc ba

Hình 2.14 Xác định tham số IP3

Hình 2.15 iểm nén 1dB

Hình 2.16 Mạch phản hồi cơ bản

Hình 2.17 Sơ đồ dao động theo kiểu olpitts

Hình 3.1 Sơ đồ tổng quát của IC Max2750

Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý bộ tao dao động VCO

Hình 3.3 Layout cho bộ tạo dao động

Hình 3.4 o đạc đánh giá sử dụng máy phân tích phổ

Hình 3.5 Kết quả đo tại tần số 2.4 GHz

Hình 3.6 Kết quả đo tại tần số 2.45 GHz

Hình 3.7 Kết quả đo tại tần số 2.5 GHz

Hình 3.8 Kết quả đo tại tần số 2.54 GHz

Hình 3.9 Kết quả đo tại tần số 2.58 GHz

Hình 3.10 ồ thị biểu diễn tần số phụ thuộc vào điện áp Hình 3.11 ồ thị biểu diễn sự thay đổi của biên độ theo tần số Hình 3.12 Packaging của AH201

Hình 3.13 Tham số S của linh kiện

Hình 3.14 Sử dụng giản đồ Smith thiết kế mạch cao tần

Hinh 3.15 Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại công suất băng S Hình 3.16 Kết quả mô phỏng tham số của mạch khuếch đại Hình 3.17 Kết quả mô phỏng tham số cách ly của mạch

Hình 3.18 Kết quả mô phỏng VSWR lối ra

Hình 3.19 Kết quả mô phỏng độ ổn định của mạch

Hình 3.20 Sơ đồ đo đạc dùng máy phân tích mạng

Hình 3.21 Kết quả đo tham số S21

Hình 3.22 Kết quả đo tham số S11

Hình 3.23 Kết quả đo tham số S22

Hình 3.24 Kết quả đo tham số S12

MỞ ẦU

Với tên đề tài luận văn là : “Thiết kế chế tạo máy phát băng tần S dùng cho thông tin vệ tinh sử dụng cho tàu biển”, bằng lý thuyết và thực nghiệm, luận văn đã thực hiện những nội dung sau:

- Tìm hiểu về tổng quan các ứng dụng của băng tần S

- Tìm hiểu về lý thuyết siêu cao tần

- Tìm hiểu sâu về kỹ thuât phối hợp trở kháng; thiết kế và chế tạo thành bộ tạo dao động băng S (2.4 GHz – 2.5 GHz), bộ khuếch đại công suất băng tần S

- ánh giá kết quả đã đạt được trong luận văn và kết luận

CHƯƠ 1

TỔ QUA VỀ CÁC Ứ DỤ BĂ TẦ S

1.1 Giới thiệu về băng tần S

1.1.1 Giới thiệu chung

Nguyên lý radar lần đầu tiên được nghiên cứu và ứng dụng bởi kỹ sư người ức Christian Huelsmeyer với mục đích cho tàu thuyền tránh va chạm khi hoạt động trong thời tiết sương mù Tiếp đó vào thế chiến thứ hai, radar bắt đầu được sử dụng cho mục đích quân sự Hơn nửa thập kỷ sau, các hệ thống radar ngày càng phát triên mạnh mẽ không chỉ dùng cho mục đích quân sự mà cho cả mục đích dân sự như dự báo thời tiết, phân luồng bay, các hệ thống kiểm soát tốc độ cao…

Hình 1.1 Bảng tham số của hệ thống radar

1.1.2 Giới thiệu về băng tần S

Băng tần S là một phần của băng tần vi ba thuộc phổ điện từ Nó được định nghĩa theo một tiêu chuẩn của IEEE cho sóng vô tuyến với tần số trong dải 2 tới 4 GHz, tần số 3 GHz là ranh giới giữa UHF và SHF Băng S được dùng cho radar thời tiết, radar tàu biển,

vệ tinh thông tin, đặc biệt là N S dùng cho liên lạc giữa tàu con thoi và trạm không gian quốc tế Radar băng ngắn 10 cm có dải tần 1,55 tới 5,2 GHz

Mộ số ứ dụ bă ầ S

V

Tại Mỹ, Ủy ban Truyền thông Liên bang chấp nhận phát thanh số vệ tinh được hoạt động trong băng tần S trong dải tần 2,31 tới 2,36 GHz, hiện đang được Sirius Radio sử dụng Gần đây, một phần tần số của băng S từ 2 tới 2,2 GHz được dùng để lập mạng dịch vụ vệ tinh di động kết nối với các thiết bị phụ trợ mặt đất Hiện nay chỉ có một số công ty đang

có gắng triển khai các mạng này

Dải tần số 2,6 GHz được dùng cho phát quảng bá di động đa phương tiện ở Trung Quốc, đây là một chuẩn truyền hình di động và phát thanh vệ tinh Trung Quốc, cũng như các hệ thống sở hữu độc quyền ở Mỹ, nó không tương thích với các chuẩn mở được dùng

ở các nước khác

Tháng 5/2009, Inmarsat và Solaris mobile đã được ủy ban châu Âu cấp băng thông 2x15 MHz thuộc băng S Tần số được cấp phát là 1,98 tới 2,01 GHz cho đường lên (trạm mặt đất vệ tinh) và từ 2,17 tới 2,2 GHz cho đường xuống ( vệ tinh xuống trạm mặt đất)

Vệ tinh Eutelsat W2 được phóng lên quỹ đạo vào tháng 4/2009 ở tọa độ 10 độ ông hiện là vệ tinh duy nhất ở châu Âu hoạt động ở băng tần S

Ở một số nước, băng tần S được dùng cho truyền hình vệ tinh gia đình ( không giống như dịch vụ tương tự ở hầu hết các quốc gia dùng băng Ku) Tần số cấp phát cho dịch vụ này là 2,5 tới 2,7 GHz (LOF 1,57 GHz)

Ứ dụ k ác

Thiết bị mạng không dây tương thích với chuẩn IEEE 802.11b và 802.11g dùng dải 2,4 GHz của băng tần S iện thoại không dây số cũng dùng băng tần này Tại băng tần S còn được phân bổ cho các thiết bị sử dụng vào các mục đích ngoài liên lạc, chẳng hạn như lò

vi sóng sử dụng các sóng vô tuyến để đun nóng thức ăn Lò vi sóng hoạt động ở tần số

2495 hoặc 2450 MHz F đã đưa các băng tần này vào phục vụ mục đích liên lạc dựa trên các cơ sở : bất cứ thiết bị nào sử dụng những dải sóng đó đều phải đi vòng để tránh ảnh hưởng của việc truy cập từ các thiết bị khác iều này được thực hiện bằng công nghệ gọi là phổ rộng ( Vốn được phát triển cho quân đội Mỹ sử dụng), có khả năng phát tín hiệu vô tuyến qua một vùng nhiều tần số, khác với phương pháp truyền thống là truyền trên một tần số đơn lẻ được xác định rõ

huẩn IEEE dùng một phần dải tần của băng S, theo chuẩn WiM X hầu hết các nhà cung cấp thiết bị hoạt động trong dải 3,5 GHz Dải tần chính xác được ấn định cho các chuẩn này là khác nhau tùy quốc gia

Tại Bắc Mỹ, dải tần 2,4 – 2,483 GHz là băng tần ISM dùng cho các thiết bị phổ thông li xăng như điện thoại không dây, tai nghe không dây… trong số những công nghệ điện tử dân dụng khác còn có Bluetooth dùng dải tần 2,402 GHz và 2,480 GHz

Vô tuyến nghiệp dư và vệ tinh nghiệp dư hoạt động ở 2 dải tần của băng S

Thông tin quang dùng băng tần S

1.1.3 Phân loại hệ thống radar

ể phân loại hệ thống radar, người ta căn cứ vào dấu hiệu chiến thuật và dấu hiệu

kỹ thuật:

* ác dấu hiệu chiến thuật thường gồm:

- ông dụng của đài ra đa

- Số lượng tọa độ đo được

- Mức độ cơ động của đài

* ác dấu hiệu kỹ thuật thường gồm:

- Dải sóng làm việc của đài,

- Phương pháp ra đa,

- Phương pháp đo cự ly,

- Số lượng kênh ra đa độc lập

Hình 1.2 Phân loại các đài radar Theo công dụng có thể chia đài radar theo các loại sau:

- Phát hiện xa các tiêu trên không ( ra đa cảnh giới)

- Phát hiện các mục tiêu trên không và dẫn đương cho máy bay tiêm kích đến các mục tiêu đó ( ra đa cảnh giới và dẫn đường)

- Phát hiện các mục tiêu bay thấp

- Chỉ thị mục tiêu cho tổ hợp tên lửa phòng không

Theo dấu hiệu kỹ thuật có thể chia đài radar theo có thể chia ra đa theo dải sóng, theo phương pháp ra đa, theo phương pháp đo cự ly và theo số lượng kênh ra đa độc lập

1.2 Cấu trúc hệ thống phát radar

Hình 1.3 Sơ đồ khối hệ thống thu-phát radar

ó hai kiểu phát chủ yếu được dùng trong ra đa: Kiểu thứ nhất là thiết bị phát dùng

bộ dao động công suất lớn tự kích ví dụ Magnetron; Kiểu thứ hai dao động tạo ra từ bộ dao động ổn định công suất nhỏ, được khuếch đại tới mức công suất yêu cầu nhờ một hoặc một số đèn khuếch đại công suất lớn Trong đó, bộ tiền điều chế đảm bảo hình thành xung kích phát bộ điều chế, bộ điều chế tạo ra các xung thị tần công suất lớn với biên độ, cực tính, độ rộng theo yêu cầu định trước

Hình 1.4 Sơ đồ phát theo kiểu tự dao động tự kích công suất lớn

Hình 1.5 Sơ đồ phát dùng bộ dao động chủ và bộ khuếch đại công suất thành phần Trong khuôn khổ của luận văn, thiết kế chế tạo hệ thống phát cho radar băng tần S.sẽ được thiết kế theo cấu trúc hai bước như sau:

a Thiết kế bộ tạo dao động chủ công suất nhỏ ổn đinh

b Thiết kế bộ khuếch đại công suất trước khi đưa ra ăngten

Tất nhiên, như đã trình bày ở trên một hệ thống phát radar gồm rất nhiều thành phần cơ bản cũng như tham số phức tạp khi thiết kế Luận văn tập trung nghiên cứu xây dựng hệ thống phát trên cơ sở thiết kế các bộ tạo dao động ổn định công suất thấp và phối hợp trở kháng ra angten

C ƢƠ 2

Ý T UYẾT S ÊU CAO TẦ VÀ B T O DAO

2.1 Khái niệm chung:

Phối hợp trở kháng là một vấn đề rất quan trọng của kĩ thuật vi ba, là một phần của quá trình thiết kế mạch liên hệ thống siêu cao tần dựa trên cơ sở áp dụng những kiến thức về lí thuyết đường dây truyền dẫn sóng Mạch phối hợp thường là một mạch không tổn hao để tránh làm giảm công suất và được thiết kế sao cho trở kháng vào nhìn từ đường truyền có giá trị bằng trở kháng sóng Zo của đường truyền Khi ấy sự phản xạ sóng ở phía trái của mạch phối hợp về phía đường truyền dẫn sẽ không còn nữa, chỉ còn trong phạm vi giới hạn giữa tải và mạch phối hợp, cũng có thể là phản xạ qua lại nhiều lần

Hình 2.1 Mạch phối hợp trở kháng không tổn hao giữa trở kháng tải bất kì

và đường truyền dẫn sóng

Sự phối hợp trở kháng mang ý nghĩa như sau:

- Khi thực hiện phối hợp trở kháng công suất truyền cho tải sẽ đạt được cực đại còn tổn hao trên đường truyền là cực tiểu

- Phối hợp trở kháng sẽ giúp cải thiện tỷ số tín hiệu/tạp nhiễu của hệ thống khác trong

hệ thống sử dụng các phần tử nhạy cảm như angten, bộ khuếch đại tạp âm thấp, bộ khuếch đại công suât, bộ trộn …

- ối với mạng phân phối công suất siêu cao tần (ví dụ mạng tiếp điện cho dàn anten gồm nhiều phân tử), phối hợp trở kháng sẽ làm giảm sai số về biên độ và pha khi phân chia công suất

Trong phần này, luận văn tập trung tìm hiểu những vấn đề cơ bản và cốt lõi của lý thuyết siêu cao tần đặc biệt là các phương pháp phối hợp trở kháng ây chính là chìa khóa thành công cho các thiết kế cao tần nói chung và thiết kế khuếch đại công suất nói riêng

2.2 Phối hợp trở kháng dùng phần tử tập trung sử dụng giản đồ Smith

2.2.1 Thuộc tính cơ bản của giản đồ Smith và giản đồ Admittance

- Khi mắc nối tiếp thành phần dung kháng với tải trở kháng ở các điểm bất kỳ trên giản

đồ Smith thì các điểm dẫn nạp tương ứng sẽ chuyển động trên đường tròn đẳng điện dẫn (G không đổi) theo chiều ngược kim đồng hồ

- Khi mắc nối tiếp thành phần cảm kháng với tải trở kháng ở các điểm bất kì trên giản

đồ Smith thì các điểm dẫn nạp tương ứng sẽ chuyển động trên đường tròn đẳng G theo chiều kim đồng hồ

- Khi mắc song song thành phần điện nạp là dung kháng với tải dẫn nạp ở các điểm bất kì trên giản đồ dẫn nạp, thì các điểm dẫn nạp sẽ chuyển động trên đường tròn đẳng G theo chiều kim đồng hồ

- Khi mắc song song thành phần điện nạp là cảm kháng với tải dẫn nạp ở các điểm bất

kỳ trên giản đồ dẫn nạp, thì các điểm dẫn nạp sẽ chuyển động trên đường tròn đẳng G theo chiều ngược kim đồng hồ

Hình 2.2 biểu diễn sự thay đổi của các thành phần tụ và cuộn cảm song song hoặc nối tiếp trên giản đồ Smith

Hình 2.2 Biểu diễn phối hợp trở kháng trên giản đồ Smtih

2.2.2 Mạch phối hợp trở kháng kiểu L-network (dùng phần tử thụ động)

Hình 2.3 biểu diễn các dạng điển hình của phương pháp phối hợp trở kháng dùng phần tử thụ động

Hình 2.3 Các sơ đồ phối hợp trở kháng dùng kiểu L

Về cơ bản phương pháp phối hợp trở kháng này sẽ biến đổi giá trị trở kháng nào đó với đường truyền cho trước (đường truyền đặc trưng ZO) ác phần tử thụ động (L ) thêm vào sẽ làm cho điểm phối hợp trở kháng chạy trên các đường tròn điện dẫn không đổi (G=const) hoặc đường tròn điện trở không đổi (R=const) Ví dụ trong sơ đồ hình 2.3, mọi thành phần mắc song song với trở tải (trong trường hợp này là anten) như trong sơ

đồ [1], [3], [5] và [7], đầu tiên sẽ di chuyển dọc theo đường tròn điện dẫn không đổi (Gconst) tới khi gặp đường trònR 1  điều này tương đương với việc thêm một phần

tử song song Tiếp đó dịch chuyển dọc trên đường tròn R 1 tới tâm giản đồ trở kháng Smith ở đó Z=Z0 Bởi vì tại tâm của giản đồ Smith ta có: Z Z/ 0  R j X 1 giá trị quay được trên đường R 1 sẽ cho ta xác định giá trị của điện kháng mắc nối tiếp Mọi thành phần mắc nối tiếp với trở kháng tải anten như trong các sơ đồ [2], [4], [6] và [8]

sẽ được dịch chuyển trên đường đẳng điện trở (R= const) cho tới khi gặp đường tròn 1

G  cho ta xác định được một thành phần nối tiếp Trên đường G1ta quay trở kháng về tâm, ở đó Z=Z0, giá trị quay được trên đường G1 cho ta xác định giá trị của điện nạp mắc song song

Phân tích sơ đồ phối hợp trở kháng dùng L-network

Trong sơ đồ hình 2.4, thành phần tụ mắc song song với trở tải lấy các điểm trở kháng tải Z L trên giản đồ Smith và sử dụng giản đồ dẫn nạp chuyển động trên đường tròn G không đổi cho đến khi gặp đường R 1trên giản đồ Smith Tổng giá trị thay đổi của điện nạp B C trên giản đồ dẫn nạp tương ứng với thêm giá trị của tụ điện C mắc song song, xác định từ B C  j C  j2 f C

Hình 2.4: Sơ đồ kiểu L-network [1]

Từ điểm cắt của đường tròn G không đổi với đường R1 ta quay dọc theo đường R 1tới điểm R/Z0 =1 (tâm của giản đồ Smith) Từ hình 2.2 chúng ta thấy đường

“Bổ sung cảm kháng nối tiếp” Giá trị quay được trên giản đồ Smith cho phép ta tính giá trị của của L Giá trị của L được xác định từ công thức X L  j L  j2 f L

Tiếp tục khảo sát hình 2.2 và hình 2.5 cuộn cảm mắc nối tiếp với tải, chúng ta vẽ trở kháng tải Z L trên giản đồ Smith và quay dọc theo đường R không đổi theo chiều kim đồng hồ trên giản đồ Smith tới khi gặp đường G1, sử dụng giản đồ dẫn nạp Tổng giá trị thay đổi của điện kháng X L trên giản đồ Smith cho ta giá trị nối tiếp của cảm kháng Giá trị của L được xác định từ phương trình: X L  j L  j2f L

Từ điểm cắt của đường R không đổi với đường G1, quay cùng chiều kim đồng

hồ tới điểm R/Z0 =1 (tâm của giản đồ Smith) Từ hình 2.2 ta thấy chiều của đường

“Bổ sung dung kháng song song” Tổng giá trị thay đổi trên giản đồ dẫn nạp theo chiều kim đồng hồ của dung kháng song song sẽ cho ta giá trị của tụ điện, tính theo công thức như sau: B C  j C  j2 f C

Vòng tròn điện dẫn không đổi G= const

Hình 2.5 Sơ đồ kiểu L-network [2]

Khảo sát hình 2.2 và hình 2.6 tụ điện mắc nối tiếp với tải, chúng ta vẽ trở kháng tải Z Ltrên giản đồ Smith và quay dọc theo đường R không đổi theo chiều ngược kim đồng hồ trên giản đồ Smith tới khi gặp đường G1, sử dụng giản đồ dẫn nạp Tổng giá trị thay đổi của điện kháng X C trên giản đồ Smith cho ta giá trị nối tiếp của dung kháng Giá trị của C được xác định từ phương trình X C 1/ j C 1/ 2j  f C Từ điểm cắt của đường R không đổi với đường G1, quay ngược chiều kim đồng hồ tới điểm R/Z0 =1 (tâm của giản đồ Smith) Từ hình 2.2 ta thấy chiều của đường “Bổ sung dung kháng song song” Tổng giá trị thay đổi trên giản đồ dẫn nạp theo chiều ngược kim đồng hồ của cảm kháng song song sẽ cho ta giá trị của tụ điện, tính theo công thức như sau: B L 1/ j L 1/ 2j  f L

Hình 2.6 Sơ đồ Kiểu L [4]

Khảo sát hình 2.2 và hình 2.7 tụ điện mắc nối tiếp với tải, chúng ta vẽ trở kháng tải Z L trên giản đồ Smith và quay dọc theo đường R không đổi theo chiều ngược kim đồng hồ trên giản đồ Smith tới khi gặp đường G1 sử dụng giản đồ dẫn nạp Tổng giá trị thay đổi của điện kháng X C trên giản đồ Smith cho ta giá trị nối tiếp của dung kháng Giá trị của C được xác định từ phương trình X C 1/ j C 1/ 2j f C Từ điểm cắt của

đường R không đổi với đường G1, quay theo chiều kim đồng hồ tới điểm R/Z0 =1 (tâm của giản đồ Smith)

Hình 2.7 Sơ đồ Kiểu L [6]

Từ hình 2.2 ta thấy chiều của đường “Bổ sung dung kháng song song” Tổng giá trị thay đổi trên giản đồ dẫn nạp theo chiều kim đồng hồ của dung kháng song song sẽ cho ta giá trị của tụ điện, tính theo công thức như sau: B C  j C  j2f C

Khảo sát hình 2.2 và hình 2.8 điện cảm mắc nối tiếp với tải, chúng ta vẽ trở kháng tải

L

Z trên giản đồ Smith và quay dọc theo đường R không đổi theo chiều kim đồng hồ trên giản đồ Smith tới khi gặp đường G1 Sử dụng giản đồ dẫn nạp, tổng giá trị thay đổi của cảm kháng X L trên giản đồ Smith cho ta giá trị nối tiếp của cảm kháng Giá trị của

L được xác định từ phương trình: X L  j L  j2 f L Từ điểm cắt của đường R không đổi với đường G1, quay ngược chiều kim đồng hồ tới điểm R/Z0 =1 (tâm của giản đồ Smith) Từ hình 2.2 ta thấy chiều của đường “Bổ sung dung kháng song song” Tổng giá trị thay đổi trên giản đồ dẫn nạp theo chiều ngược kim đồng hồ của cảm kháng song song sẽ cho ta giá trị của cảm kháng, tính theo công thức như sau: 1/ 1/ 2

Khảo sát hình 2.2 và hình 2.9 cuộn cảm mắc song song với tải, chúng ta vẽ trở kháng tải Z L trên giản đồ Smith và sử dụng giản đồ dẫn nạp Quay trên đường tròn

Gkhông đổi theo chiều ngược kim đồng hồ tới khi gập đường tròn R 1 trên giản đồ Smith Giá trị thay đổi của điện nạp B L trên giản đồ dẫn nạp cho ta tính giá trị của L mắc song song với tải và được tính theo công thức:

VSWR), điểm phối hợp sẽ chạy trên đường tròn đẳng điện trở hoặc đẳng dẫn nạp nên phương pháp này cho phép ta linh hoạt trong quá trình phối hợp cũng như khi tinh chỉnh tối ưu trong quá trình thiết kế Tuy nhiên, thiết kế theo phương pháp này có nhược điểm

là phụ thuộc vào chất lượng hay độ phẩm chất của linh kiện Nhưng điều này hoàn toàn

có thể khắc phục được khi sử dụng một số phương pháp đặc biệt điều mà sẽ được sử dụng trong thiết kế khuếch đại công suất của luận văn

2.2.3 Thiết kế mạch phối hợp trở kháng trên một dải tần số

Trong phần này, chúng ta sẽ đi sâu vào tìm hiểu các phương pháp phối hợp trở kháng trên một dải tần số, tức là thay vì phối hợp trở kháng cho một giá trị trở kháng hay dẫn nạp trên giản đồ Smith, trong trường hợp này sẽ phối hợp trở kháng cho một dải trở kháng hay dẫn nạp nhất định Chính vì thế, việc phối hợp trở kháng trong một đoạn dải tần không thể đưa các điểm phối hợp về cùng một điểm có giá trị VSWR (VSWR =1 chẳng hạn) Trong phần này, chúng ta sẽ đi vào tìm hiểu phương pháp phối hợp trở kháng sao cho giá trị VSWR trong dải tần số yêu cầu nằm trong một giới hạn xác định

Biến đổi của điện nạp và điện kháng theo tần số

Chúng ta đã biết, giá trị điện nạp và điện kháng sẽ thay đổi theo sự biến đổi của tần số hính vì thế, giá trị trở kháng hoặc dẫn nạp cũng thay đổi theo tần số Trong phần này, chúng ta sẽ tính toán sự thay đổi này và xem xét sự thay đổi của nó trên giản đồ Smith

Biến đổi của điện kháng

0 0 0

0 0

Sự thay đổi khi thêm vào các giá trị dung kháng

Trong hầu hết các trường hợp phối hợp trở kháng, người ta thường thêm vào các thành phần dung kháng nối tiếp Trong phần này, ta sẽ xem xét sự thay đổi khi thêm vào thành phần dung kháng nối tiếp

Tại tần số f1, thành phần dung kháng nối tiếp có giá trị XC1(f1) vào thành phần trở kháng Z1(f1), khi đó ta tính được giá trị Zf(f1) như sau

Ảnh hưởng của thay đổi thành phần điện nạp

Thành phần điện nạp điện dung (capacitive susceptance)

Giả sử nếu giá trị điện nạp tại tần số trung tâm fo được cho bởi công thức

B0=jω0C, thì khi có sự thay đổi tần số ∂ω=2π∂f , khi đó sẽ có hai tần số là ω0=∂ω, khi đó điện nạp được tính theo công thức:

hi hi

f

B B

f

 (2.9a) Với:

0

0 0

hi lo

f

B B B f f f B B

f f

ể tránh thành phần điện nạp cảm ứng tại DC thì f0 > δf Chú ý giá trị điện nạp cảm ứng tại các giá trị tần số cách nhau khoảng tần số tương đương sẽ tỷ lệ tuyến tính với sự thay đổi này Lấy phương trình (2.9a) chia cho phương trình (2.9b) ta sẽ tìm được mối quan hệ giữa sự thay đổi của điện nạp cảm ứng tại những tần số lớn hơn tần số trung tâm với thay đổi điện nạp cảm ứng tại những tần số thấp hơn tần số trung tâm

0

hi hi

Ảnh hưởng khi thêm các thành phần điện nạp cảm ứng song song

Trong phần này, thêm vào thành phần điện nạp cảm ứng song song để xem xét

sự thay đổi của nó tác động lên dẫn nạp trên đoạn dải tần yêu cầu Giả sử tại tần số f1, thêm thành phần điện nạp cảm ứng song song có giá trị BC1(f1) vào dẫn nạp Y1(f1), ta có:

Yf ( f1, f2 ) = B1 ( f1 ) - B1 ( f2 )+ B C 1 ( f

1 ) - B C1 ( f2 ) Hoặc: