BÁO cáo bài tập lớn môn điện tử TƯƠNG tự 2 đề tài THIẾT kế, mô PHỎNG bộ PHỐI hợp TRỞ KHÁNG BĂNG tần GPS TRÊN PHẦN mềm ADS

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ
NỘI
VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG
***** ^^^ *****

ĐẠI
HỌC

^BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN
MÔN ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ 2
ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG BỘ PHỐI

HỢP TRỞ KHÁNG

BÁCH
KHOA

BĂNG TẦN GPS TRÊN PHẦN MỀM ADS
Giảng viên hướng dẫn:
Sinh viên thực hiện: Nhóm 12
Họ và tên

MSSV

1. Nguyễn Văn Tùng

20182587

2. Nguyễn Đình Hùng

20182555

3. Nguyễn Anh Đức

20182433

4. Trần Anh Quân
5. Nguyễn Tiến Dũng

20182444



LỜI NÓI ĐẦU
Những lời đầu tiên trong báo cáo này nhóm chúng em xin phép được gửi lời cảm
ơn đến thầy Nguyễn Nam Phong đã đồng hành, hướng dẫn chúng em trong cả một
kì học đầy khó khăn.
Báo cáo này là kết quả tìm hiểu, vận dụng các lí thuyết đã được học tại bộ môn
tương tự 2 để mô phỏng thiết kế bộ phối hợp trở kháng cho băng tần GPS.
Nhóm 3 xin cam kết những gì được thực hiện, được viết trong báo cáo, đều là do
chúng em tổng hợp, mô phỏng, thiết kế.

Hà Nội, ngày 1 tháng 6 năm 2021.

DANH MỤC HÌNH VẼ , DANH MỤC BẢNG BIỂU
Hình 1
Hình 2

3

Bảng 1

BẢNG PHÂN CHIA NHIỆM VỤ

STT

HỌ TÊN

1

Nguyễn Văn Tùng

2

Nguyễn Đình Hùng

3

Nguyễn Anh Đức

4

Trần Anh Quân

5

Nguyễn Tiến Dũng

NHIỆM VỤ ĐÃ PHÂN CÔNG

4


CHƯƠNG 1: SƠ LƯỢC VỀ GPS
l.Khái quát
GPS là hệ thống định vị toàn cầu do Mỹ phát triển và vận hành. GPS là tên
viết tắt của cụm từ “Global Positioning System”. Nó là một hệ thống bao gồm
nhiều vệ tinh bay trên quỹ đạo phía trên trái đất ở độ cao 20.200 km. GPS hoạt
động trong mọi điều kiện thời tiết, mọi nơi trên Trái Đất, liên tục suốt 24 giờ
và hồn tồn miễn phí đối với một số dịch vụ.
GPS bao gồm 3 mảng (xem hình 1.1):
Mảng người dùng: gồm người sử dụng và thiết bị thu GPS.
Mảng kiểm soát: bao gồm các trạm trên mặt đất, chia thành trạm trung tâm
và trạm con. Các trạm con, vận hành tự động, nhận thông tin từ vệ tinh, gửi
tới cho trạm chủ. Sau đó các trạm con gửi thơng tin đã được hiệu chỉnh trở
lại, để các vệ tinh biết được vị trí của chúng trên quỹ đạo và thời gian truyền
tín hiệu. Nhờ vậy, các vệ tinh mới có thể đảm bảo cung cấp thơng tin chính
xác tuyệt đối vào bất kỳ thời điểm nào.
• Mảng khơng gian: gồm các vệ tinh hoạt động bằng năng lượng mặt trời và
bay trên quỹ đạo.

•
•

5


Hình 1.1: Cấu trúc hệ thống định vị tồn cầu

Các vệ tinh GPS phát hai tín hiệu vơ tuyến cơng suất thấp dải L1 và L2. (dải
L là phần sóng cực ngắn của phổ điện từ trải rộng từ 0,39 tới 1,5 Ghz). Và trong
báo cáo này chúng em sẽ chon tần số 1.5Ghz để mơ phỏng vì đây là tần số dân sự
được sử dụng rộng dãi.

CHƯƠNG 2: LÍ THUYẾT PHỐI HỢP TRỞ KHÁNG
1) Phối hợp trở kháng(PHTK) là gì? Mục đích PHTK
-Phối hợp trở kháng là việc sử dụng các phần tử thụ động trong mạch điện hay
các công cụ khác( dây chêm, bộ biến đổi % bước sóng) để đưa tối đa cơng suất ra
trở tải
-Mục đích của phối hợp trở kháng:
+) Đưa công suất tối đa từ nguồn ra tải
+) giảm bớt hao phí và tổn hao ngược
+)PHTK sẽ giúp cải thiện tỷ số tín hiệu/tạp nhiễu (SNR)của hệ thống khác trong
hệ thống sử dụng các phần tử nhạy cảm như anten, bộ khuếch đại tạp âmthấp.
+Đối 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

6


Hình 2.2: Sơ đồ chung của PHTK
2) Một số phương pháp PHTK hiện nay
- Sử dụng mạch có các phần tử thụ động L C ( mạch hình L , hình pi(n), mạch
hình T, vv)
- Sử dụng các đoạn dây chêm ( thường dùng cho PHTK trên đường truyền siêu
cao tần)( Dùng dây chêm nối tiếp, song song)
- Sử dụng bộ biến đổi % bước sóng
Trong giới hạn mơn học điện tử tương tự 2 nhóm chúng em sẽ dùng phương pháp

phối hợp trở kháng bằng mạch sử dụng dây chêm.
3) Thiết lập cơng thức tính tốn cho PHTK cho mạch sử dụng dây chêm
3.1 Phối hợp trở kháng sử dụng 1 dây chêm
Mạng phối hợp trở kháng sử dụng 1 dây chêm song song chuyển đổi phần thực của tải
R

L

thành 0 và phần ảo L thành 0
Z

X

^ Sử dụng 2 tham số có thể điều chỉnh
Do đó mục đích của dây chêm song song:
•

Xác định d và l từ đó xác địnhyd và yi

•

Đảm bảo dẫn nạp tổng ytot = yd + yi = 1

7


Hình 2.2. PHTK sử dụng 1 dây chêm song song (trên) và nối tiếp (dưới)
Các bước xác thực hiện phối hợp trở kháng 1 dây chêm:
Bước 1: Xác định điểm trở kháng tải chuẩn hóa

Z

NL

Bước 2: Vẽ đường trịn l rL |e jì: và xác định Y NL
Bước 3: Di chuyển theo chiều kim đồng hồ (WTG) dọc theo đường tròn l Llejer giao với 1
r

± jB ^ giá trị của yá.

Bước 4: Chiều dài từ YNL tới Ỵd sẽ xác định được d.
Bước 5: Xác định ỴỊ tại điểm + jB.
Bước 6: Phụ thuộc vào dây chêm ngắn mạch hay hở mạch di chuyển tới yi (WTG),
khoảng cách di chuyển sẽ xác định được độ dài dây chêm l.

43.2 Phối hợp trở kháng sử dụng 2 dây chêm
Trong trường hợp trở kháng tải thay đổi, khi sử dụng một dây chêm thì việc điều
chỉnh để phối hợp trở kháng khó khăn.
Sử dụng 2 dây chêm để phối hợp trở kháng:
•

Khi vị trí nối dây chêm là cố định.

•

Khơng mất tính tổng qt, có thể coi dây chêm thứ nhất được nối tại tải và khoảng
cách giữa 2 dây chêm là cho trước.

8

• Khi thay đổi trở kháng tải, chỉ cần điều chỉnh độ dài 2 dây chêm để thực hiện phối

hợp trở kháng.
Các bước thưc hiện phối hợp trở kháng 2 dây chêm:
Bước 1: Tìm điểm trở kháng chuẩn hóa, lấy đối xứng qua đường trịn |rL\ejer để xác định
điểm

Y

NL

=9L+ ÍBL.

Bước 2: Tìm giao điểm của đường trịn đẳng 9L với đường tròn ảnh ^ xác định được 2
nghiệm ^ xác định được 2 giá trị của độ dài dây chêm thứ nhất 1.
l

Bước 3: Quay đường trong ảnh về đường tròn g = 1 ^ xác định các giá trị của dây chêm
thứ hai G.

Hình 2. 3 PHTK sử dụng 2 dây chêm song song

9


CHƯƠNG 3 : BÀI TẬP PHỐI HỢP TRỞ KHÁNG SỬ DỤNG DÂY
CHÊMĐường truyền trở kháng đặc tính 50 ^ nối với tải, hệ số phản xạ tại tải có
biên độ là 0.4, pha độ là 70 độ. Thiết kế mạch phối hợp trở kháng (sử dụng
đồ thị Smith) tại tần số 1.575 Ghz (Nhóm em chọn tần số này vì đây là tần

số dân sự của GPS) sử dụng phương pháp:
a) Hai dây chêm với khoảng cách giữa hai dây là Ấ/8 (giả thiết một dây nối ở
vị trí tải).
Bài làm
Theo đồ thị Smith:
Đường tròn ảnh (A) là đường tròn của g = 1 + j0 dịch đi một đoạn Ấ/8
(xoay đi một góc 90°)
• Xác

định điểm trở kháng tải chuẩn hóa:
Có r = 0.4e; ° ^ ZNL = 0.95 + ỹ0.85
70

^ YNL = 0.58 - ỹ0.52
^ gL = 0.58
Giao của đường tròn gL với (A) tại hai điểm
Yu = 0.58 + ỹ0.08 ^ Độ dịch: Yu - YNL = 0.58 + ỹ0.08 - (0.58 - ỹ0.52)
= ý0.6
YL2 = 0.58 + ỹ1.9 ^ Độ dịch: YL2 - YNL = 0.58 + ỹ1.9 - (0.58 - ỹ0.52) =
ỹ2.42
• Xác

định chiều dài dây chêm L1
Với YL1 = 0.58 + ỹ0.08 và độ dịch ỹ0.6 tại 0.086Ấ

10


Ngắn mạch: YL = x> ^ L1NM = 0.25 Ả + 0.086Ấ = 0.336Ấ
- Hở mạch: YL = 0 ^ L1HM = 0.086 Ả

Hình Đồ thị Smith PHTK 2 dây chêm cho chiều dài dây chêm L1
tại d1

Với YL2 = 0.58 + j 1.9 và độ dịch ỹ2.42 tại 0.188 Ấ
- Ngắn mạch: YL = « ^ L1NM= 0.25 Ả + 0.188Ấ = 0.438Ấ
- Hở mạch: YL = 0 ^ L1HM = 0.188 Ả

11


Hình Đồ thị Smith PHTK 2 dây chêm cho chiều dài dây chêm L1
tại d2
• Xác định chiều dài dây chêm L2
Quay đường trịn ảnh về đường (A) khi đó
Với YM1 = 1 + 7'0.55 và lấy đối xứng 7'0.55 có - 7'0.55 tại 0.42 Ả
- Ngắn mạch: YL = « ^ L2NM= 0.42 Ả - 0.25Ấ = 0.17Ấ
- Hở mạch: YL = 0 ^ L2HM= 0.42 Ả

12


Hình 2. 6 Đồ thị Smith PHTK 2 dây chêm cho chiều dài dây chêm
L2 tại d1

Với YM2 = 1 - 7'2.4 và lấy đối xứng -/2.4 có /2.4 tại 0.187 Ả
- Ngắn mạch: YL = « ^ L2NM= 0.25 + 0.187Ấ) = 0.437Ấ
- Hở mạch: YL = 0 ^ L2HM= 0.187 Ấ

13

Hình Đồ thị Smith PHTK 2 dây chêm cho chiều dài dây chêm L2 tại d2

CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG PHỐI HỢP TRỞ KHÁNG SỬ DỤNG
PHẦN MỀM ADS
Kiểm tra thiết kế ở bước 1 sử dụng Advanced Design System (ADS) với
giả thiết là các đường truyền vi dải (mô phỏng trên vùng băng thông 1Ghz).

14


Vẽ mạch in của mạch phối hợp trở kháng và đường truyền cho biết đường
truyền có tổng chiều dài từ đầu vào tới tải là Ấ.
3.1.

Vẽ mạch và tính tốn các thơng số bằng LineCalc

3.1.1.

Tạo một Workspace mới.

•
•

Vào File => New=> Workspace hoặc biêu tượng
Đặt tên và chọn mục lưu trữ sau đó kích Create
Workspace

trên thanh cơng cụ

Hình 2.1: Hộp thoại New Workspace

15


3.1.2.

Tạo một Schematic mới
.7'

•
•

.

.............Ẳ . ESI .

,,.

Vào File => New=> Schematic hoặc biêu tượng trên thanh công cụ
Đặt tên trong ô Cell rồi chọn Create Schematic

Hình 2.2: Hộp thoại New Schematic

2.1.3. Vẽ mạch và tính tốn bằng LineCalc
Vào Tools=>LineCalc=> Start LineCalc đê mở hộp thoại
LineCalc/untitled.
• Ơ Freq nhập vào 1.575 Ghz và ơ Z0 nhập 50 Ohm.
• Ở ơ E_Eff nhập vào các giá trị đã tính tốn ở phần 2 *360

• các
Sau thơng
đó chọnsốSynthesize.
Nhập
W và L vào các WLIN tương ứng
•

16


Hình: Hộp thoại LineCalc/untitled
MLIN- • • •
TL2 • • • •
Subst="MSubĩ'
w=1.524040 m m
1=36.213000 m'm

. Subst= MSubl.
w=1.5240 40 mm
L=Ì1.53Õ4 mm

ÍL3
Subst="MSub1" ■
W=1.524040mm
1=19.493500 mm

SjPafam • •
SP1
stạrt=1 GHz .
Stop=2 GHz

Stẻp-0 001 GHz

TL4........................
Subst="MSubr ■
W=1.524040 mm
1=19.597800 fĩim

H-0.8 mỡì ■
Er=4.4
Mur=1 • • •
Cọnd=1 OE+50.
Hu=1 Oe+033 mm
TahD-0
Rough=0 núi
Bbase=


Hình 3.19 Mạch đi dây cho PHTK 2 dây chêm hở mạch tại d2
3.2. Kết quả mô phỏng
m2
freq=1.575GHz
yar(''S")-0.036/-33.158
impedánce= zo * (1.061 - j0.042)

freq (1.0ũ0GHzto2 000GHz)

Hình 3. 20 Mơ phỏng ADS PHTK 2 dây chêm hở mạch tại d2
3.3.
Vẽ layout
• Chọn Layout=>Generate/Update Layout... rồi chọn Ok

• Sau đó chỉnh sửa để được Layout như ý.


Hình 3. 21 Layout cho PHTK 2 dây chêm hở mạch tại d2

Các trường hợp còn lại làm tương tự.

3.4. Nhận xét và kết luận
Ở phần 3.2. mô phỏng ta có thể thấy mag(var(“S”)) nhỏ nhất ở tần số
1.575Ghz nhưng ở bên đồ thị Smith vẫn có sai số. Sai số đó có thể do trong q
trình tính tốn.


Qua phần mô phỏng trên giúp chúng em hiểu hơn về phần mềm ADS và tích
lũy thêm kiến thức. Do việc lầm gấp gáp nên có thể có sai sót mong thầy có thể
góp ý để chúng em hồn thiện hơn.

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO,MINH MINH CHỨNG
- Slide môn học điện tử tương tự 2 của thầy Nguyễn Nam Phong
- />- />143i8iprQc4l2cER6hYgxnWdgekGVjOKS?usp=sharing