ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊNNguyễn Đức Hùng NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY THU VỆ TINH BĂNG TẦN C DÙNG TRONG TRUYỀN DẪN THÔNG TIN VỆ TINH VINASAT LUẬN VĂN
Trang 1ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
Nguyễn Đức Hùng
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY THU VỆ TINH BĂNG TẦN C DÙNG TRONG TRUYỀN DẪN THÔNG TIN VỆ
TINH VINASAT
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌCNgành: Vật lý vô tuyến và điện tửCán bộ hướng dẫn: PGS.TS Bạch Gia Dương
HÀ NỘI - 2012
1
Trang 2Đại học khtn – Đại học QGHN
MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THU PHÁT THÔNG TIN VỆ TINH 2
1.1 Đôi nét về lịch sử thông tin vệ tinh 2
1.2 Ở Việt Nam 4
1.3 Đặc trưng cơ bản của thông tin liên lạc qua vệ tinh 6
CHƯƠNG 2 - TỔNG QUAN VỀ SIÊU CAO TẦN 10
2.1 Lý thuyết đường truyền: 10
2.1.1 Mô hình tương đương tham số tập trung của đường truyền 10
2.1.2 Phương trình sóng và nghiệm 11
2.1.3 Vận tốc pha và vận tốc nhóm……… 15
2.1.4 Các đại lượng đặc trưng……… 17
2.2 Đồ thị smith 27
2.2.1 Giới thiệu 27
2.2.2 Họ đường tròn đẳng điện trở r 29
2.2.3 Họ đường tròn đẳng điện kháng x 32
2.2.4 Vòng tròn đẳng || 27
2.2.5 Vòng tròn đẳng S……… 28
2.3 Một số phương pháp phối hợp trở kháng cơ bản 36
2.3.1 Phối hợp trở kháng dùng các phần tử tập trung 37
2.3.2 Phối hợp trở kháng dùng một dây nhánh 37
2.3.3 Phối hợp trở kháng dùng hai dây nhánh 38
2.3.4 Phối hợp trở kháng bằng doạn dây lamda/4 39
2.3.5 Phối hợp trở kháng bằng đoạn dây có chiều dài bất kỳ 40
2.3.6 Phối hợp trở kháng bằng đoạn dây mắc nối tiếp 40
CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM 41
3.1 Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bộ khuếch đại tạp âm thấp (LNA) 41
3.2 Chế tạo 49
Trang 3Kết luận………52Tài liệu tham khảo………53
3
Trang 4Đại học khtn – Đại học QGHN
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VIẾT TẮT
Frequency
thấp
Electromagnetic
Trang 5DANH MỤC HÌNH VẼ Trang
Hình 1.1 Phần không gian và phần mặt đất của hệ thống thông tin vệ 3
tinh
Hình 1.2b Ngày 16 tháng 5 năm 2012 vệ tinh Vinasat2 đã được phóng 4
lên quỹ đạo.
Hình 2.6 Vòng tròn đẳng điện kháng phía trên trục hoành 25
Hình 2.7 Vòng tròn đẳng điện kháng phía dưới trục hoành 25
Hình 2.8 Vòng tròn đẳng điện trở và điện kháng trên cùng biểu đồ 26
Hình 2.12 Sơ đồ phối hợp trở kháng dùng phần tử tập trung 31Hình 2.13 Phối hợp trở kháng bằng các đoạn dây nhánh 32Hình 2.14 Sơ đồ phối hợp trở kháng sử dụng 2 dây nhánh song song 33
Hình 2.16 Phối hợp trở kháng bằng đoạn dây có chiều dài bất kỳ 34
Trang 6Hình 2.17 Phối hợp trở kháng bằng hai đoạn dây mắc nối tiếp 35Hình 3.1 Bảng tham số S-Parameter trích xuất từ file S2P 37
5
Trang 7Hình 3.2 Sơ đồ cơ bản của mạch khuếch đại 37
Hình 3.3 Biểu diễn trở kháng lối vào của chip SPF-2086T trên đồ thị 38
Smith
Hình 3.4 Mô tả sóng chạy trên đường dây bằng đồ thị Smith 39
Hình 3.7 Kết quả mô phỏng bằng đồ thị Smith trên ADS 40
Hình 3.8 Biểu diễn trở kháng lối ra của chip SPF-2086 trên Smith 41
Hình 3.9 Mô tả sóng chạy trên đường dây bằng đồ thị Smith 42
Hình 3.12 Sơ đồ nguyên lí toàn bộ mạch khuếch đại dùng chip SPF- 43
2086T
Hình 3.13 Kết quả mô phỏng mạch khuếch đại tạp âm thấp 44
Hình 3.15 Mô phỏng phối hợp trở kháng lối vào dùng đoạn dây lamda/4 45
Hình 3.21 Layout cho bộ khuếch đại LNA dùng đoạn lamda/4 48
Hình 3.22 Layout cho bộ khuếch đại LNA dùng dây nhánh 48
Trang 8Đại học khtn – Đại học QGHN
LỜI MỞ ĐẦU
Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, thông tin vô tuyến bằng
vệ tinh ra đời và phát triển nhằm mục đích cải thiện các nhược điểm của mạng vôtuyến mặt đất, đạt được dung lượng cao hơn, băng tần rộng hơn, nó có ý nghĩachính trị, kinh tế xã hội to lớn, đem lại dịch vụ mới và thuận tiện với chi phí thấp.Hiện nay ở Việt Nam ngành công nghệ vũ trụ đang được đầu tư nghiên cứu, đây làhướng đi mới, mở ra nhiều lợi ích to lớn cho đất nước Trong thông tin vệ tinh các
bộ thu phát đóng vai trò rất quan trọng, đây là bộ phận ảnh hưởng chính đến chấtlượng tín hiệu vệ tinh
Để chế tạo máy thu vệ tinh phải trải qua nhiều khâu với nhiều modul khác nhau
và cần nhiều thời gian, công sức Trong khuôn khổ luận văn này, cùng với việc tìmhiểu lí thuyết về máy thu tín hiệu vệ tinh, kĩ thuật siêu cao tần em chỉ đi sâu nghiêncứu thiết kế chế tạo module: Bộ khuếch đại tạp âm thấp băng tần C
Với tên đề tài: “Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy thu vệ tinh băng tần C dùng
trong truyền dẫn thông tin vệ tinh Vinasat” Bằng lí thuyết và thực nghiệm, Luận
văn đã thực hiện được các nội dung sau:
Tìm hiểu tổng quan về hệ thống thu phát thông tin vệ tinh
Tìm hiểu về kĩ thuật siêu cao tần
Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo module khuếch đại tạp âm thấp băng C
Điểm mới của đề tài thể hiện ở việc mạnh dạn nghiên cứu thiết kế chế tạo mạchcao tần ở tần số siêu cao, trên dải tần siêu cao đòi hỏi kích thước mạch điện rất nhỏ,dẫn đến rất khó chế tạo chính xác Bên cạnh đó do linh kiện kích thước lớn dẫn đến
có nhiều điện dung kí sinh làm mất phối hợp trở kháng của toàn mạch, vì vậy việcchế tạo tại tần số cao như vậy là vấn đề rất phức tạp Luận văn cũng tạo tiền đề đểnhóm nghiên cứu đi sâu lĩnh vực siêu cao tần và thông tin vệ tinh tiến tới có thểtriển khai tích hợp các mạch cao tần trên chip tương tự Đây là xu hướng mới, đảmbảo cho bộ thu nhỏ gọn, tiêu tốn ít năng lượng, rất phù hợp với việc gắn trên các vệtinh
Trang 9CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THU PHÁT THÔNG TIN VỆ TINH 1.1 Đôi nét về lịch sử thông tin vệ tinh
Vào cuối thế kỷ thứ 19 nhà khoa học người Nga Tsiolkovsky (1857 – 1935)
đã đưa ra các khái niệm cơ bản về tên lửa đẩy dùng nguyên liệu lỏng Ông cũngđưa ra các ý tưởng về các loại tên lửa đẩy nhiều tầng, các tàu vũ trụ có người điềukhiển dùng để thăm dò vũ trụ Lý thuyết về tên lửa đẩy dùng nguyên liệu lỏng củaông đã được ông Robert Hutchinson Goddard thử nghiệm thành công vào năm
1926 Tháng 5 năm 1945 Arthur Clark tác giả của mô hình viễn tưởng thông tintoàn cầu đã đưa ra ý tưởng sử dụng hệ thống 3 vệ tinh địa tĩnh dùng để phát thanh
và quảng bá trên toàn thế giới
Kỷ nguyên của thông tin vệ tinh bắt đầu từ tháng 10/1957 khi Liên Xô đãphóng thành công vệ tinh nhân tạo Sputnick-1 đầu tiên trên thế giới Những năm sau
đó được đánh dấu bằng nhiều sự kiện như: năm 1958 một bức điện được phát qua
vệ tinh SCORE, năm 1960 vệ tinh thông tin ECHO với việc chuyển tiếp tín hiệu thụđộng, năm 1962 có TELSTAR và RELEY, năm 1963 có vệ tinh địa tĩnh đầu tiên
Năm 1965, hệ thống thông tin vệ tinh thương mại đầu tiên trên thế giới làINTELSAT1 với tên gọi EARLY BIRD ra đời Cũng năm đó, vệ tinh thông tin liênlạc đầu tiên của Liên Xô có tên gọi là MOLNYA được phóng lên quỹ đạo elip Từ
đó đến nay đánh dấu Sự tiến bộ vượt bậc trong công nghệ chế tạo vệ tinh, tên lửađẩy và công nghệ các trạm mặt đất, thông tin vệ tinh không những chỉ dùng cho cácdịch vụ thông tin quốc tế, truyền hình mà còn dược dùng cho thông tin khí tượng,nghiên cứu vũ trụ, thăm dò trái đất, thông tin an toàn cứu nạn v.v
Sau đây là một số mốc thời gian đánh dấu sự phát triển của thông tin vệ tinh: Arthur Clark đề xuất sử dụng các vệ tinh địa tĩnh dùng cho thông tin quảng bá
1945-1957-Liên Xô phóng thành công vệ tinh nhân tạo đầu tiên (Sputnik-1)
1964-Thành lập tổ chức thông tin vệ tinh quốc tế INTCLSAT
8
Trang 10Đại học khtn – Đại học QGHN
1965-Phóng vệ tinh INTELSAT - 1 (Early Bird) và MOLNYA
1971-Thành lập tổ chức INTERSPUTNICK gồm Liên xô, và 9 nước xã hội chủ nghĩa
1972-1976 Canada, Mỹ, Liên Xô và Indonesia sử dụng vệ tinh cho thông tin nội địa
1979-Thành lập tổ chức thông tin hàng hải quốc tế qua vệ tinh INMARSAT
1984-Nhật Bản đưa vào sử dung hệ thống truyền hình trực tiếp qua vệ tinh
1987-Thử nghiệm thành công vệ tinh phục vụ cho thông tin di động qua vệ tinh
Thời kỳ từ 1999 đến nay ra đời những ý tưởng và hình thành những hệ thốngthông tin di động và thông tin băng rộng toàn cầu sử dụng vệ tinh Các hệ thống điển hình như: Global star, Iridium, Ico, Skybrigde, Teledesic
Một hệ thống thông tin vệ tinh bao gồm phần không gian (Space segment)
và phần mặt đất (Ground segment)
Hình 1.1 Phần không gian và phần mặt đất của hệ thống thông tin vệ tinh
Trang 12Đại học khtn – Đại học QGHN
Hình 1.2b Ngày 16 tháng 5 năm 2012 vệ tinh Vinasat2 đã được phóng lên quỹ đạo.
Cùng với việc phóng vệ tinh Vinasat, các tổ chức sẽ có nhu cầu thiết lậphàng loạt trạm mặt đất để triển khai hệ thống thông tin qua vệ tinh Do đó việc tìmhiểu các đặc điểm của các hệ thống vệ tinh trong các băng tần sẽ đem lại nhiều lợiích và phù hợp với tình hình phát triển công nghệ thông tin vệ tinh của Việt namhiện nay
Các vệ tinh này hoạt động ở band C và band Ku, việc tập chung nghiên cứukhai thác sử dụng triệt để băng tần là vấn đề hết sức quan trọng Do tín hiệu thuđược ở mặt đất từ vệ tinh bị suy hao rất lớn, mặt khác do ảnh hưởng của môitrường nên tín hiệu thu được bị ảnh hưởng mạnh của nhiễu Để giải quyết vấn đềnày, các bộ phát đáp của vệ tinh phải có phẩm chất tốt, chính xác, kích thước vàkhối lượng nhỏ và sử dụng ít năng lượng
Sóng vô tuyến trong thông tin liên lạc vệ tinh cần phải xuyên qua tầng điện li
và khí quyển bao quanh trái đất, nên cần phải chọn tần số suy hao nhỏ nhất trongkhoảng “cửa sổ vô tuyến” từ 1GHz đến 30GHz các băng tần được sử dụng nhiềuhơn cả là band C và band Ku
Band C: Từ 4-8GHz thường sử dụng dải tần 5.85-7.025GHz cho tuyến phátlên, và dải tần 3.7- 4.2GHz cho tuyến phát xuống
Band Ku: Từ 12.4 -18GHz thường sử dụng dải tần 12.75-13.25GHz và14-14.5 GHz cho tuyến phát lên, dải tần 10.7-11.7GHz cho tuyến phát xuống
Trang 13Hình 1.3 Vùng phủ của vệ tinh Vinasat 1 band C
Hình 1.4 Vùng phủ của vệ tinh VINASAT1 band Ku
1.3 Đặc trƣng cơ bản của thông tin liên lạc qua vệ tinh
Hệ thống liên lạc qua vệ tinh có những ƣu điểm chủ yếu nhƣ sau
12
Trang 14Đại học khtn – Đại học QGHN
tinh có thể nhìn thấy một vùng rộng của trái đất
nhập cho phép đạt dung lượng lớn trong thời gian ngắn mà ít loại hình thông tin khác có được
mặt đất, xác suất hư hỏng trên tuyến liên lạc rất thấp và ảnh hưởng do nhiễu và khíquyển không đáng kể
thể thay đổi linh hoạt tùy theo yêu cầu sử dụng
Do có nhiều ưu điểm nổi trội so với các loại hình thông tin khác, nên hệthống thông tin vệ tinh có rất nhiều ứng dụng trong thực tế, điện thoại, truyền hình,thông tin di động, truyền số liệu, Internet, các dịch vụ đào tạo và y tế từ xa, truyềntin cho ngư dân trên biển, dự báo thời tiết, đảm bảo an ninh quốc phòng Với sựtiến bộ nhanh chóng của công nghệ chế tạo, phóng vệ tinh và công nghệ chế tạo cácthiết bị thông tin liên lạc, thiết bị đo lường và điều khiển từ xa, nguồn điện cho vệtinh…đã cho phép tăng dung lượng bộ phát đáp và áp dụng nhiều kĩ thuật truyềndẫn tín hiệu mới để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của cuộc sống
Hình 1.5 Sơ đồ khối hệ thống thu tín hiệu
Trang 15Chức năng các module trong hệ thống
đây là một modul khuyếch đại đặc biệt, sửdụng trong các hệ vô tuyến để khuyếch đạinhững tín hiệu rất yếu được thu từ anten
Nó thường được đặt rất gần anten thu để
khuyếch đại này ở máy thu thì ồn nhiễucủa những tầng sau sẽ được giảm bởi hệ
số khuyếch đại của nó Trong khi đó, ồnnhiễu của LNA lại được cộng trực tiếp vàotín hiệu nhận được Việc sử dụng LNA làcần thiết để tăng công suất tín hiệu mongmuốn, còn tạp nhiễu sẽ được xử lý ởnhững tầng tiếp theo
Bộ đảo tần xuống: về bản chất bộ đảotần lên và xuống là giống nhau, chỉ kháctín hiệu đầu vào và vị trí sử dụng Nếu như
bộ đảo tần lên được sử dụng ở khối phát
thì bộ đảo tần xuống được chế tạo để dùngcho khối thu Tín hiệu cao tần UHF khiqua bộ này sẽ được chuyển về tín hiệutrung tần IF mang thông tin
Bộ khuyếch đại trung tần khuếch đạicông suất tín hiệu trung tần sau khi lấy rakhỏi bộ trộn tần số trước khi được xử lý ở
các tầng tiếp theo
14
Trang 16Luận văn thạc sỹ Nguyễn Đức Hùng
Trang 17Bộ tách sóng: có nhiệm vụ tách lấy thông tin mong muốn
thanh là thông tin cần truyền tải để phát ra
Để xây dựng hoàn chỉnh hệ thống thu phát thông tin vệ tinh cần chế tạo đầy
đủ các module kể trên Nhƣng trong khuôn khổ luận văn này chỉ tập trung vàonghiên cứu, thiết kế, chế tạo tuyến thu cao tần dải rộng vì vậy cần phải chế tạo bộkhuếch đại tạp âm thấp LNA
15
Trang 18Đại học khtn – Đại học QGHN
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ SIÊU CAO TẦN
2.1 Lý thuyết đường truyền:
2.1.1 Mô hình tương đương tham số tập trung của đường truyền
Hình 2.1 Dây dẫn song song và sơ đồ tương đương
Nhìn chung, các đường truyền đều có dạng một cặp dây dẫn song song để tínhiệu điện áp truyền qua
Trước hết, chúng ta khảo sát một đường truyền gồm một cặp dây dẫn song song như hình vẽ Hai dây dẫn này được mô hình hoá bằng:
Một dòng điện dọc theo chiều dài dây dẫn sẽ tạo ra một dòng điện trong dâydẫn theo chiều ngược lại, đó là thành phần cảm ứng cũng sẽ có một điện trở hữuhạn nối tiếp trong các dây dẫn
Trang 19Điện áp và dòng điện là các hàm của thời gian
Trang 2017
Trang 21Thông thường thì ta chỉ quan tâm đến một tín hiệu hình sin tần số đơn dạng:
Ta thấy phương trình (2.10) và (2.11) giống dạng của phương trình điện báo
áp và dòng điện Từ đó, nghiệm của nó có dạng:
U z, t U1e z U 2 eze jt
I z,t I1e z I 2 eze jt
định bằng các điều kiện biên của dây cụ thể, được gọi là hệ số truyền sóng phức vàđược xác định như sau:
R jLG jC
18
Trang 22Đại học khtn – Đại học QGHN
Ta thấy hệ số truyền sóng là hàm của tần số
Theo phương trình (2.16) hệ số truyền sóng chứa cả phần thực và phần ảo
nên nó được viết dưới dạng:
Thay thế (2.17) vào nghiệm tổng quát (2.14), (2.15)
độ là 1 và góc biểu thị pha của tín hiệu tăng lên theo thời gian và giảm đi theo
khoảng cách Tại thời điểm t = t1 và vị trí z = L1, pha nhận một giá trị 1 t1 L1
Tại thời điểm sau đó t = t2> t1 có thể thấy pha với giá trị 1 xuất hiện ở một vị trí
khác z = L2 Bởi vì pha 1 t1 L1 t2 L2 , và t2> t1 nên cần phải có L2> L1
vì cả và đều dương, do đó điểm của pha dịch chuyển theo hướng z dương Số
hạng thứ nhất này biểu thị một sóng truyền về phía trước, hay sóng tiến hoặc sóng
thuận có biên độ giảm theo hàm mũ tương ứng với khoảng cách truyền Số hạng thứ
hoặc sóng ngược có biên độ giảm khi z âm ( khi thời gian tăng lên) Như vậy
nghiệm toàn bộ của phương trình sóng là tổng của hai sóng lan truyền theo hai
hướng ngược nhau
U z U f ez U b ez (2.19a)
I z I f ez I b ez (2.19b)Các chỉ số f và b là tương ứng với sóng sóng tới và sóng phản xạ
ez
Trang 23Vì tham số của phương trình (2.18) biểu thị sự suy giảm biên độ của cácsóng, nó thường được gọi là hệ số suy giảm có đơn vị tính là dB/m hoặc np/m(neper).
Sóng sẽ suy giảm N khi biên độ của nó thay đổi exp(-N) giữa hai điểm củamột dây dẫn từ hai tý số trên đây ta có thể rút ra 1 neper = 8,868 dB Biên độ củasóng giảm đi 1/e ( 37%) sau mỗi khoảng cách 1/) sau mỗi khoảng cách 1/
Số hạng mô tả sự biến thiên về pha của các sóng lan truyền và được gọi làhằng số pha Các đơn vị của là radian/m hoặc độ/m Độ dài của một bước sóng() khi pha có độ lệch là 2, do đó:
Trang 24Hình 2.2 Tín hiệu điều biên đường truyền.
Để minh hoạ những tham số này, ta xem xét một tín hiệu điều biên nén tần sốmang (AM/SC) truyền qua một dây dẫn không tổn hao Tần số sóng mang là và tínhiệu thông tin được điều chế và sóng mang ở tần số Nếu tín hiệu thông tin đơngiản là sóng hình sin có tần số đơn, thì toàn bộ tín hiệu sẽ có các thành phần ở haitần số với cùng một biên độ, biên tần dưới bằng - và biên độ tần trên bằng
trên ( UUp) và biên tần dưới (ULo) là:
Trang 25Vận tốc pha: Tại thời điểm t = t1 và vị trí z = L1 số hạng sóng mang có một pha 1.
Tại thời điểm t = t2 có thể tìm thấy pha này ở vị trí L2 Vì 1 t1 L1 =
t2 L2 vận tốc mà điểm pha sóng mang không đổi chuyển động là:
v L2 L1
t2 t1
Vận tốc nhóm: pha của đường bao điều biên là: 2 t1 L1 t2 L2 Do đó,
vận tốc của điểm pha đường bao không đổi chuyển động, tức vận tốc nhóm là:
22
Trang 26Khi đó ta thấy các vận tốc pha và vận tốc nhóm bằng nhau, do đó pha sóng
mang và pha đường bao sẽ có cùng vận tốc và duy trì một mối quan hệ bất biến khi
toàn bộ tín hiệu truyền qua dây dẫn
Trong các trường hợp có tổn hao, các vận tốc pha và nhóm chắc chắn phải
khác nhau, và do đó đường bao chuyển động với một vận tốc khác với sóng mang
Điều quan trọng hơn là các vận tốc thường là hàm của tần số Điều này có thể gây
ra sự méo tín hiệu trầm trọng bởi vì các dải biên tần dưới và dải biên tần trên
chuyển động với các vận tốc khác nhau và đến cuối đường truyền tại các thời điểm
khác nhau Khi vận tốc pha và nhóm là hàm của tần số thì đường truyền sẽ làm méo
tín hiệu truyền qua nó Ảnh hưởng này nghiêm đến mức nào tuỳ thuộc vào các vận
tốc của tín hiệu và chiều dài đường dây
Trang 29Ta biết rằng, điện áp và dòng điện trên đường truyền bao gồm tổng của sóng tới và sóng phản xạ tạo thành sóng đứng Nếu = 0 thì không có phản xạ Để có
kháng đặc trưng của đường Ta gọi trường hợp này là phối hợp trở kháng
Ta xét công suất trung bình theo thời gian tại điểm z ở trên đường, áp dụng
nên có thể đơn giản hoá (2.42) thành:
Phương trình trên cho thấy công suất trung bình có giá trị cố định tại mọi
điểm trên đường Vậy công suất toàn bộ trên tải bằng công suất tới
U f
2
2Z 0
Khi tải không phối hợp thì không phải toàn bộ công suất của nguồn sẽ rơitrên tải mà sẽ có một tổn hao, ta định nghĩa là (RL)
RL 20 log (dB)
Trang 30Nhƣ vậy, nếu tải phối hợp thì = 0, ta có tổn hao ngƣợc bằng vô cùng
25
Trang 31Nếu tải phối hợp, 0 thì điện áp trên đường truyền luôn bằng điện áp tới
U z U f , ta coi đường truyền là bằng phẳng Còn nếu tải không phối hợp ta có sóng
đứng, khi đó biên độ điện áp trên đường truyền không cố định Từ (2.31) và
(2.32) ta có:
U z U f 1 e2 jz U f 1 e2 ji U f 1 e2 j l
Trong đó l = -z, được tính chiều dương bắt đầu từ tải, là pha của hệ số
trị cực đại nếu số hạng pha e2j l1 Ta có:
Từ phương trình (2.42) ta thấy khoảng cách hai điểm có điện áp cực đại là:
Trang 32Đại học khtn – Đại học QGHN
phản xạ tại bất kỳ điểm nào trên đường truyền tại vị trí z = -l :
(0) là hệ số phản xạ tại z = 0 (đầu nguồn vào)
Ta có thể thấy rằng công suất truyền trên đường truyền không đổi nhưng
điện áp trên đường truyền thay đổi theo từng điểm, ít nhất là khi không phối hợp
Vì vậy, ta thấy rằng trở kháng có thể thay đổi Tại điểm l =- z tính từ tải thì trở
kháng vào ( nhìn từ phía tải ) là:
nhau
2.2 Đồ thị smith
2.2.1 Giới thiệu
Biểu đồ này do P.H Smith lập ra năm 1983, điều này làm giảm nhẹ đáng kể các
tính toán về đường truyền Phần này trình bày nguồn gốc tính toán của biểu đồ, có rất
nhiều ví dụ về việc sử dụng biểu đồ Smith Ta có thể nghĩ rằng ngày nay khi máy tính
đã phát triển thì ứng dụng biểu đồ này không quan trọng nữa nhưng ngược
Trang 34Đại học khtn – Đại học QGHN
lại nó cho sự tiện ích nhiều hơn sự tiện ích của máy tính với biểu đồ thông thường
Ngày nay biểu đồ Smith là một phần của thiết kế máy tính (CAD) với phần mềm
thiết kế siêu cao tần Nhờ có nó ta có thể dễ dàng tính toán, hiểu được mạch lọc
đường truyền siêu cao tần, dễ dàng giải quyết các công việc của kỹ thuật siêu cao
Thay e i ta viết lại (2.50) dưới dạng:
z L
1 e i
(2.51)
1 e i
Một giá trị bất kỳ của hệ số phản xạ có thể được biểu diễn lên hệ toạ độ
trên mặt 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
Thay z L r L ix L và r i i vào (2.50) ta nhận được:
(1 r ) i i
Trang 35Luận văn thạc sỹ Nguyễn Đức Hùng