Thiết kế máy thu thông tin vệ tinh băng tầng c

Các thuật ngữ cần thiết – Tham số tập trung, tham số phân bố Lý thuyết mạch kinh điển đi cùng với hệ phương trình Maxwell là lýthuyết áp dụng cho mạch điện với các phân tử mạch điện là c

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN VĂN CÔNG

THIẾT KẾ MÁY THU THÔNG TIN VỆ TINH BĂNG TẦN C

LUẬN VĂN THẠC SỸ NGHÀNH CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ-VIỄN THÔNG

Huế - 2014

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN VĂN CÔNG

THIẾT KẾ MÁY THU THÔNG TIN VỆ TINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ NGHÀNH CÔNG NGHỆ - ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS - TS BẠCH GIA DƯƠNG

Huế- 2014

LỜI CẢM ƠN

Tôi chân thành gửi lời cảm ơn đến Ban Giám Đốc Đài PT-TH Quảng Trị,Phòng Kỹ Thuật- Công nghệ cùng anh chị em đồng nghiệp đã hết sức tạo điềukiện cho tôi vừa công tác vừa tham gia học tập và hoàn thành tốt chương trìnhcao học và thực hiện luận văn này

Để hoàn thành chương trình cao học và viết luận văn này, tôi đã nhận được

sự hướng dẫn, giúp đỡ nhiệt tình của Quý thầy cô giáo khoa Điện tử - viễn thôngtrường Đại Học Công Nghệ - Đại Học Quốc Gia Hà nội Tôi ghi nhận và biết ơn

về sự giúp đỡ quý báu đó

Tôi cũng xin chân thành gửi lời cám ơn đến, Phòng Đào tạo Sau đại học,

Bộ môn Điện Tử - Viễn Thông, khoa Vật lý trường Đại Học Khoa Học Huế đãtạo điều kiện, giúp đỡ cho tôi học tập, thực hành trong suốt hơn hai năm qua

Tôi chân thành cảm ơn tất cả các học viên lớp ĐT-VT 18, những ngườibạn, người đồng chí đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong suốt quá trình học tập

Tôi đặc biệt dành sự kính trọng và biết ơn sâu sắc đến PGS- Tiến sỹBẠCH GIA DƯƠNG, người đã dành sự quan tâm đặc biệt cho đề tài nghiên cứucũng như hỗ trợ kịp thời, có ý nghĩa và hướng dẫn tận tình tôi hoàn thành tốt luậnvăn này

Tôi thật sự biết ơn những người thân trong gia đình đã hỗ trợ, giúp đỡ tôi

về vật chất cũng như tinh thần để tôi hoàn thành tốt luận văn này

Mặc dù tôi đã có nhiều cố gắng hoàn thiện luận văn bằng tất cả sự nhiệttình và năng lực của mình, tuy nhiên không thể tránh khỏi những thiếu sót, rấtmong nhận được những đóng góp quí báu của quí thầy cô và các bạn

Quảng Trị, ngày 08 tháng 1 năm 2014

Học viên

Nguyễn Văn Công

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu,kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất

kỳ công trình nào khác

Tác giả

Nguyễn Văn Công

MỤCLỤC

LỜI CẢM ƠN

LỜI CAM ĐOAN

MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VIẾT TẮT

DANH MỤC HÌNH ẢNH

MỞ ĐẦU

1.1 Khái quát chung

1.2 Các thuật ngữ cần thiết – Tham số tập trung, tham số phân bố

1.3 Lý thuyết về đường dây truyền sóng

1.3.1 Khái niệm và định nghĩa

1.3.2 Cách biểu diễn một hệ có phần tử phân bố theo sơ đồ của hệ có phần tử tập trung

1.3.3 Phương trình vi phân của đường dây truyền sóng

1.3.4 Truyền sóng trên đường dây- nghiệm của phương trình vi phân

1.3.5 Đường truyền không tổn hao có mắc tải đầu cuối

1.3.6 Hệ số phản xạ :

1.3.7 Hiện tượng sóng đứng

1.3.8 Hệ số sóng đứng

1.3.9 Hệ số phản xạ tại vị trí bất kì

1.4 Công suất trung bình truyền theo đường dây truyền sóng

1.4.1 Tổn hao do phản xạ

1.4.2 Trở kháng vào của đường dây truyền sóng

1.5 Mạch dải siêu cao tần

1.6 Đồ thị vòng tròn- Đồ thị Smith

1.6.1 Đồ thị vòng tròn về trở kháng trong hệ tọa độ vuông góc

1.6.2.1

1.6.2.2

1.6.2.3

1.6.2.4

1.7.1 Ý nghĩa của việc phối hợp trở kháng

1.7.2 Phối hợp trở kháng dùng các phần tử tập trung

1.7.3 Phối hợp trở kháng dải hẹp bằng những đoạn dây dẫn song song mắc liên tiếp

1.7.3.1 Phối hợp trở kháng bằng đoạn dây 4

1.7.3.2 Phối hợp trở kháng bằng đoạn dây có chiều dài bất kỳ

1.8 Tổng quan về vòng bám pha (PLL):

1.8.1 Bắt chập và giữ chập

1.8.2 Bộ tổ hợp tần số dùng vòng bám pha:

1.8.3 Bộ so pha

1.8.4 Các bộ chia tần

CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THU PHÁT THÔNG TIN VỆ TINH52 2.1 Lịch sử thông tin vệ tinh

2.2 Quá trình phát triển thông tin vệ tinh ở Việt Nam

2.2.1 Vệ tinh Vinasat-1:

2.2.2 Vệ tinh Vinasat-2 :

2.2.3 Tầm quan trọng của Vinasat 1 và Vinasat 2

2.3 Đặc trưng cơ bản của đường truyền thông tin vệ tinh :

2.3.1 Dải tần hoạt động có độ suy hao nhỏ nhất

2.3.2 Những ưu điểm của đường truyền thông tin vệ tinh

2.4 Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống thu tín hiệu

CHƯƠNG 3MÔ HÌNH MÁY THU VỆ TINH BĂNG TẦN C VÀ THIẾT KẾ MÔ PHỎNG DÙNG PHẦN MỀM ANSOFT

3.1 Mô hình tổng quát máy thu vệ tinh băng tần C

3.2.Chế tạo bộ khuếch đại cao tần tạp âm thấp băng tần C

3.3.Nghiên cứu thiết kế bộ trộn tín hiệu siêu cao tần băng C

KẾT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VIẾT TẮT

truyềnkhông tổn hao có mắc tải đầu cuối

Cần xác định Za và l dể có thể phối hợp ZL với Z0

Hình 1.20 Sơ đồ chức năng bộ tổ hợp tần số dùng mạch vòng bám pha

Hình 1.21 Cấu trúc của 1 bộ so pha số, trong đó: Delay: bộ trễ, U1, U2: Các

trigơ D, U3: bộ AND, U4: bộ đảo

mã tín hiệu

băng tần C

to lớn, giảm thiểu rủi ro trong việc truyền thông tin, giúp cho việc định vị mụctiêu trở nên đơn giản và chính xác hơn

Tại Việt nam, kể từ khi nước ta kết hợp với một số đối tác phóng thànhcông vệ tinh Vinasat 1, rồi sau đó là Vinasat 2 đã mang lại những ứng dụng vôcùng to lớn, một trong số những ứng dụng quan trọng được áp dụng đó là truyềndẫn các gói kênh của Đài TH VN, đài tiếng nói Việt Nam cùng một số đài địaphương, nâng tầm phủ sóng đến các vùng sâu vùng xa, và gần đây Việt Namcùng một số đối tác đã phóng thành công vệ tinh VNREDSat-1 bước đầu áp dụngthành công việc giám sát và bảo vệ biển đảo, giám sát rừng qua vệ tinh cũng nhưứng dụng khác nhằm đảm bảo an ninh quốc phòng

Việc chế tạo hoàn chỉnh một hệ thống thông tin vệ tinh là vô cùng phứctạp, đòi hỏi nhiều yêu cầu công nghệ cao cũng như kinh phí đầu tư Trong khuônkhổ luận văn này, tác giả chỉ đề cập đến một mục nhỏ trong toàn bộ hệ thốngthông tin vệ tinh nhưng đóng vai trò hết sức quan trọng đó là : Chế tạo bộ khuếchđại tạp âm thấp băng tần C

Với đề tài : THIẾT KẾ MÁY THU THÔNG TIN VỆ TINH BĂNG TẦN

C, tác giả đã mạnh dạn nghiên cứu chế tạo mạch ở tần số siêu cao, trở ngại chính

và khó khắc phục nhất chính là ở dải tần siêu cao đòi hỏi kích thước mạch rất nhỏ

để đảm bảo giảm thiểu điện dung ký sinh, giảm thiểu sự mất phối hợp trở khángtoàn mạch Tuy vậy bằng nỗ lực cá nhân cũng như sự hướng dẫn tận tình của thầyBạch Gia Dương, luận văn này tạo tiền đề cho những học viên muốn nghiên cứusâu hơn về lĩnh vực này

Bằng lý thuyết và thực nghiệm, luận văn đã trình bày một cách cô đọngcác yêu cầu sau:

1) Tổng quan về lý thuyết siêu cao tần, kỹ thuật phối hợp trở kháng

2) Tổng quan vệ tinh, khái quát về đường truyền vệ tinh, giới thiệu về hệ thống

vệ tinh Vinasat của Việt Nam

3) Thiết kế bộ khuếch đại cao tần tạp âm thấp dùng JFET siêu cao tần băng tầnC

Thiết kế nguyên lý bộ khuếch đại tập âm thấp dùng JFET: Mô phỏng bộ khuếch đại tạp âm thấp với phần mềm Ansoft Designer

Thực nghiệm với phần mềm Ansoft Design Sv

1.1 Khái quát chung

Thuật ngữ viba dùng để chỉ những sóng điện từ có bước sóng rất ngắntương ứng với tần số rất cao, ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹthuật cũng như những đột phá về khoa học vật liệu, các nhà khoa học đã tạo rađược những vật liệu có khả năng thu phát nằm trong dải phổ tần số rất cao Theothông lệ quốc tế, người ta quy ước phổ tần số cho cho các dải tần như sau:

Giới hạn trên của dải thường được chọn tới 300GHz ( f=3.1011Hz), tươngứng với bước sóng λ =1mm

Giới hạn dưới thường có nhiều cách chọn khác nhau và tùy theo cách phânchia cũng như mục đích sử dụng của từng quốc gia hoặc của từng tổ chức riêng.Thông thường sóng cực ngắn là những sóng có tần số f ≥30GHz tương ứng vớibước sóng λ ≤10m, trong khi đó cũng có nơi xem sóng viba là những sóng cóf≥300MHz tức là có λ≤1m

Trong ứng dụng thực tế, để đảm bảo tính thống nhất và dễ phân loại, người

ta phân chia sóng viba thành 03 lớp như sau:

- Cực cao tần UHF tương đương 300MHz ≤ f ≤ 3GHz

- Siêu cao tần SHF tương đương 3GHz ≤ f ≤ 30GHz

- Thậm cao tần EHF tương đương 30GHz ≤ f ≤ 300GHz

1.2 Các thuật ngữ cần thiết – Tham số tập trung, tham số phân bố

Lý thuyết mạch kinh điển đi cùng với hệ phương trình Maxwell là lýthuyết áp dụng cho mạch điện với các phân tử mạch điện là các phần tử tập trung( ví dụ các phần tử tụ điện, điện trở), trong khi đó cấu kiện viba thường là cácphần tử có tham số phân bố vì ở đây pha của điện áp và dòng điện sẽ thay đổi tùytheo điểm khảo sát bởi vì kích thước của cấu kiện vi ba có thể so sánh được vớibước sóng λ

Tương tự như lý thuyết mạch kinh điển, công cụ để giải quyết các bài toánviba cũng là hệ phương trình Maxwell với nghiệm của nó nằm ở dạng tổng quátnhất áp dụng cho lý thuyết về hệ truyền dẫn viba với các điều kiện ban đầu ( điềukiện biên) tương ứng với cấu trúc hệ truyền dẫn Các nghiệm này được

trình bày dưới dạng điện từ trường E,

H là hàm của các tọa độ của không giankhảo sát

1.3 Lý thuyết về đường dây truyền sóng

1.3.1 Khái niệm và định nghĩa

Đường dây truyền sóng là đường truyền dẫn năng lượng sóng điện từ, làhình thức quá độ giữa mạch điện gồm các phần tử tập trung ở tần số thấp baogồm các phần tử L, C, R và ống dẫn sóng ở siêu cao tần Đường dây truyền sóng

được coi là mạch điện có phần tử phân bố nhưng nó có thể được biểu diễn theo

sơ đồ của mạch điện với các phần tử tập trung

Đối với mạch điện có các phần tử tập trung, ta có thể phân tích bằng lýthuyết mạch kinh điển, với giả thiết rằng khi có một điện áp đặt vào, lập tức sẽtác động đồng thời tại mọi điểm trong mạch Trong một mạch vòng kín, khi cómột dòng điện chạy thì ở mọi điểm trong mạch vòng ấy, biên độ và pha của dòngđều như nhau Tuy nhiên ý tưởng trên chỉ đúng trong điều kiện lý tưởng, còntrong thực tế năng lượng điện từ trong một mạch điện truyền đi có một vận tốcnhất định, do vậy bên trong nó bao giờ cũng tồn tại một độ trễ nhất định giữa phađiện áp và dòng điện Lúc này việc áp dụng lý thuyết mach kinh điển sẽ cho takết quả không còn chính xác nữa

Khi việc truyền năng lượng trong một mạch điện phải mất một thời gianđáng kể nào đó thì mạch điện đó được xếp vào loại mạch có phần tử phân bố,điều này có nghĩa là cấu kiện của mạch được coi như có kích cỡ so sánh được vớibước sóng của mạch, điều này dẫn đến khái niệm sóng đứng của điện áp ( hoặcdòng điện) và trở kháng vào của đường dây thay đổi theo tần số

1.3.2 Cách biểu diễn một hệ có phần tử phân bố theo sơ đồ của hệ có phần tử tập trung

Một đường dây truyền sóng được mô tả như một hệ gồm hệ gồm 2 dây dẫnsong song Đó là vì khi truyền dẫn sóng TEM ta phải có ít nhất 2 vật dẫn

Một phần tử rất ngắn của đường dây có độ dài z (hình 1.1a) có thể đượcbiểu diễn bởi một mạng 4 cụm đơn giản gồm các phần tử tập trung (hình 1.1b)

Hình 1.1 Biểu diễn mạch tương đương của một đoạn đường truyền sóng siêu

cao tầnTrong đó:

R - Điện trở nối tiếp trên một đơn vị dài của cả hai dây, m L -

Điện cảm nối tiếp trên một đơn vị dài của cả hai dây, H m

G - Điện dẫn song song trên một đơn vị dài, S m C

- Điện dung song song trên một đơn vị dài, F m

Theo giả thiết đoạn dây mà ta khảo sát có chiều dài rất ngắn, nên thời giancần thiết để sóng truyền qua đoạn dây rất ngắn và xem như không đáng kể Trongtrường hợp một mạng gồm 4 cụm như hình vẽ, khi đó để biểu diễn một hệ cóphần tử phân bố (đường dây truyền sóng) ta có thể dùng một chuỗi liên tiếp cácmạng 4 cụm đơn giản hình hay T đối xứng như ở hình 1.2, bởi vì thời gian cầnthiết để sóng truyền qua hệ này lớn hơn nhiệu so với mạng chỉ có một phần tử tậptrung đơn giản

Hình 1.2 Mạng đơn giản hình T hay đối xứng của đường truyền

sóng siêu cao tần

1.3.3 Phương trình vi phân của đường dây truyền sóng

Xét một đoạn rất ngắn z của đường dây truyền sóng Sơ đồ tương đươngcủa đoạn dây với các giá trị điện áp và dòng điện được hiển thị như ở hình 1.1b

Áp dụng định luật Kirchhoff, ta có thể viết các hệ thức sau đây đối vớiđiện áp và dòng điện trên đoạn mạch, tại các thời điểm t:

Đối với điện áp ta có:

(1.5)(1.6)

Phương trình (1.8) hệ phương trình vi phân bậc 2 của V và I cho phép tính

V, I tại các điểm bất kỳ trên đường dây khi biết các thông số Z, Y của đường dây

và các điều kiện biên

1.3.4 Truyền sóng trên đường dây- nghiệm của phương trình vi phân

Để tìm nghiệm của phương trình vi phân (1.9) Ta đặt ZY

2

Từ (1.7) ta có:

Vì là một số phức, nên có thể viết lại thành hai phần thực và ảo

i (R i L)(G i C

Hệ phương trình (1.9) có thể được viết lại

d 2V (z) dz

d 2 I (z) dz

Theo lý thuyết về phương trình vi phân, ta có nghiệm của (1.11)

V(z) V0 e z V0 e z I(z) I0 e z I0 e z

(1.10)

(1.11)

(1.12a)(1.12b)

Công thức (1.12a) và (1.12b) biểu thị các sóng điện áp và dòng điện trênđường dây, trong đó, số hạng chứa e z biểu thị cho sóng truyền theo hướng +z(sóng thuận), còn số hạng chứa e z biểu thị cho sóng truyền theo hướng -z (sóngngược), với là hệ số truyền sóng phức được xác định theo (1.10)

g đó

Khi chuyển biểu thức biểu thị hàm sóng về miền thời gian, ta cần nhân thêm với hàm mũ e i t, nghĩa là:

- hệ số pha của sóng, có quan hệ với bước sóng công tác bởi:

2(1.18)

và có quan hệ với vận tốc pha của sóng bởi:

v f

17Các biểu thức nhận được ở trên là các công thức tổng quát cho trường hợp đườngtruyền dẫn sóng thực tế có tổn hao, nghĩa là khi các dây dẫn không phải là vậtdẫn lý tưởng (R 0) và điện môi trong không gian giữa các dây dẫn không phải làđiện môi lý tưởng ( 0).

Xét trường hợp đường dây truyền sóng không tổn hao:

Đối với trường hợp đường dây truyền sóng lý tưởng ta có: R=0; =0

Suy ra:

w LC

0Trở kháng đặc tính của đường truyền được xác định theo (1.15):

(1.24)

(1.25)

1.3.5 Đường truyền không tổn hao có mắc tải đầu cuối

Sơ đồ của đường truyền không tổn hao, có mắc tải dây cuối cùng với các trục toạ

độ được vẽ trên hình 1.3

Tại z 0 (vị trí mắc tải) ta có:

Z

Từ (1.37) ta có thể rút ra:

1.3.6 Hệ số phản xạ :

Nếu định nghĩa hệ số phản xạ là tỷ số của sóng phản xạ trên sóng tới thì từ(1.28) ta xác định được hệ số phản xạ tại z0(Vị trí mắc tải)

(0)

Rõ ràng là biên độ của hệ số phản xạ có giá trị bằng hoặc nhỏ hơn 1 hay 1.

Áp dụng (1.29) ta sẽ viết lại (1.26) như sau:

(Z )

I

(Z )

Các biểu thức (1.30) cho thấy rằng điện áp và dòng điện trên đường truyền

được xác định bởi sự “xếp chồng” của hai sóng là sóng tới và sóng phản

z Sóng này được gọi là “sóng đứng”

Như vậy sóng đứng sẽ xảy ra khi hệ số phản xạ 0

Khi 0 , trên đường truyền chỉ có một sóng là sóng tới, có dạng sóng chạy

Như vậy sóng chạy sẽ xảy ra khi:

Sau đây sẽ giải thích kỹ hơn về hiện tượng sóng đứng trên đường truyền,

lấy sóng điện áp làm ví dụ, ta viết lại (1.30a):

( 2 l ) 0 ; 2 ; 4 ; 2n

và V có giá trị cực điểm Vmin khi e i( 2 l) 1 , nghĩa là ứng với

( 2 l); 3 ; 5 ; ; (2n 1)

Từ (1.34) ta xác định được khoảng cách giữa hai điểm cực đại kề nhau:

với đường truyền không tổn hao,

Từ (1.44) và (1.45) ta xác định được khoảng cách giữa điểm cực đại và điểm cực

tiểu kề nhau là: 2 (lmax1 l

min1)

, ho ặc2L L

vị trí Vmin ta lại có Imax Hình ảnh của sóng đứng dòng điện và sóng đứng điện

áp được vẽ chung trên hình 1.5 để tiện so sánh

Tại các điểm bụng và điểm nút của sóng đứng ta có:

(1.38)(1.39)

Tỷ số biên độ của điện áp tại điểm bụng và điểm nút được gọi là hệ số sóng đứng (HSĐ), viết tắt là S

HSD S Vmax 1

Khi 0 (phối hợp trở kháng), ta có hệ số sóng đứng S1, nghĩa là biên độ củasóng điện áp (hoặc dòng điện) có giá trị như nhau trên suốt chiều dài của đườngtruyền Sóng trên đường truyền được coi là sóng chạy Từ (1.40) ta cũng rút rađược quan hệ giữa hệ số sóng đứng S và hệ số phản xạ :

1.4 Công suất trung bình truyền theo đường dây truyền sóng

Ta khảo sát công suất trung bình truyền theo đường truyền, qua điểm cótoạ độ z nào đó Theo công thức kinh điển của lý thuyết mạch, ta có thể viết:

Khi 0 (phối hợp trở kháng), toàn bộ công suất được truyền cho tải.

Khi 1 công suất của sóng tới và sóng phản xạ có giá trị bằng nhau, do đó công suấttruyền cho tải bằng không

Khi 0 (không phối hợp trở kháng), không phải toàn bộ công suất được truyền chotải mà có một bộ phận bị phản xạ trở lại, gây tổn hao công suất Ta gọi tổn hao đó

Khi 1, RL 0dB

(trường hợp toàn bộ công suất bị phản xạ trở lại)

1.4.2 Trở kháng vào của đường dây truyền sóng

Trở kháng nhìn về tải tại mỗi điểm bất kỳ trên đường dây truyền sóng đượcxác định bởi tỷ số của điện áp V(z) chia cho dòng điện I(z) tại vị trí khảo sát

Khi đường dây không phối hợp trở kháng, phân bố của điện áp và dòngđiện dọc theo đường dây có dạng dao động (hiện tượng sóng đứng), nghĩa làchúng có biên độ thay đổi theo các vị trí khác nhau trên đường dây Ta suy ra, trởkháng nhìn vào đường dây sẽ thay đổi tuỳ theo vị trí khảo sát Tại các điểm bụngđiện áp (tương ứng là nút dòng điện), ta nhận được trở kháng cực đại

Ta nhận thấy Zmax và Zmin đều là các đại lượng thực (thuần trở) và trởkháng đặc tính Z0 đối với đường dây không tổn hao là đại lượng thực (Công thức1.22) Tại khoảng cách l bất kỳ (tính từ tải), ta có trở kháng vào nhìn về phía tải

các mạch dao động cộng hưởng thường được xây dựng từ các phần tử tập trung

25như tụ điện C và cuộn cảm L Mạch dao động này cho tần số cộng hưởng riêng là:

Các trường hợp cần quan tâm

- Thứ nhất: Để nhận được dải tần số cộng hưởng f0 lớn hay bước sóngcộng hưởng nhỏ, ta phải giảm các giá trị L, C đến mức tối thiểu Nhưng việcgiảm này cũng có những giới hạn nhất định do kết cấu của tụ điện và cuộn cảm,nên về nguyên tắc không đạt được tần số cộng hưởng ở các dải sóng cao như cm

và mm

- Thứ hai: ở dải sóng siêu cao tần, kích thước hình học của các tụ điện vàcuộn cảm so sánh với bước sóng điện từ, nên tại các tần số này bản thân mạchdao động cũng đóng vai trò như phần tử bức xạ năng lượng điện từ làm tiêu haonăng lượng đáng kể trong mạch và mạch không duy trì được dao động trong dảinày

- Thứ ba: Trong dải sóng siêu cao tần, khi tần số tăng thì tiêu hao do hiệuứng bề mặt và tiêu hao trong điện môi của cuộn cảm và tụ điện tăng đáng kể, làmgiảm rõ rệt phẩm chất của mạch dao động LC, làm cho nó mất tính chọn lọc củamạch cộng hưởng

Do đó, ở dải sóng siêu cao tần, người ta sử dụng các mạch dao động cótham số phân bố, thường được gọi là hộp cộng hưởng

Đường truyền dẫn sóng cao tần và siêu cao tần cũng là vấn đề được quantâm Trong kỹ thuật đo lường và các thiết bị thu ở dải sóng từ dm đến mm thường

sử dụng đường truyền là các mạch dải siêu cao tần với các ưu điểm như dễ sảnxuất (dùng công nghệ PCB), khối lượng nhẹ, khả năng tương thích với các quytrình của mạch tích hợp, phạm vi trở kháng đặc trưng hợp lý, tổn hao thấp, dảitần tương đối rộng Vì các mạch dải được chế tạo dưới dạng mạch in nên chúngđược sử dụng rất phổ biến trong vi mạch siêu cao tần

Mạch dải siêu cao thường có cấu tạo theo các dạng: dạng không đối xứng(a), đối xứng (b,c), dạng đường khe (hình 1.6d) và dạng cáp phẳng (hình 1.6e)

Hình 1.6 Các loại mạch vi dải siêu cao tần

27Bảng 1 Hiện tượng truyền

Hạn chế của QSA (Quasi-static approximation):

Nhìn chung, khi nghiên cứu về điện thì không quan tâm đến hiện tượng lantruyền điện từ Vì vậy, các đại lượng cơ bản của mạch điện như điện áp và cường

độ dòng điện như nhau trên các phần của mạch điện ở một thời điểm xác định.Các công cụ phổ biến cho việc nghiên cứu điện từ trong mạch điện thường làcác phương trình Maxwell, dẫn đến sự lan truyền của các trường E , H, V , A

vàcác hiệu ứng như hiện tượng phản xạ của sóng và sự hình thành sóng đứng trongmạch

Hai dây kim loại Cáp đồng trục

Ống dẫn sóng chữ nhật Ống dẫn sóng tròn

Hình 1.7 Các dạng đường truyền sóngTrong trường hợp truyền sóng phẳng TEM thì có thể xác định điện áp vàcường độ dòng điện được xác định ở bất kỳ điểm nào

Các kim loại được đặc trưng bằng độ dẫn σ

Sử dụng các chất điện môi như các chất cách điện giữa các vật dẫn đượcđặc trưng bởi độ dẫn i , hằng số điện môi r và độ từ thẩm r (thường r1

số khác cũng được tính từ đồ thị Smith như VSWR, tổn hao …

Đồ thị Smith về thực chất là việc biểu diễn trở kháng tại vị trí l bất kỳ và

hệ số phản xạ tại vị trí đó trên đường truyền trong hệ tọa độ cực, là các công thứccăn bản và là điểm xuất phát để biểu diễn bằng đồ thị những quan hệ đặc trưngcho trở kháng

1.6.1 Đồ thị vòng tròn về trở kháng trong hệ tọa độ vuông góc

Từ hệ thức ta có (1.49) và (1.50) ta thấy mối quan hệ giữa trở kháng Z vớichiều dài l của đường truyền

ZL = RL + iXLMột giá trị bất kỳ của hệ số phản xạ có thể được biểu diễn lên hệ toạ độcực dưới dạng một bán kính vectơ và góc pha Như vậy, ứng với mỗi điểm trênmặt phẳng của hệ số phản xạ có một giá trị của hệ số phản xạ hoàn toàn xác định,

và một giá trị trở kháng z hoàn toàn xác định Chuẩn hóa (l) và Z(l) theo R0 tacó:

trong đó