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
*****  *****

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
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
1

download by :


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

:
2

download by :


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

3

download by :


CHƯƠNG 1: SƠ LƯỢC VỀ GPS
1.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 hoàn toàn 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 không gian: gồm các vệ tinh hoạt động bằng năng lượng mặt trời và
bay trên quỹ đạo.

4

download by :


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 ¼ bước sóng) để đưa tối đa cơng suất ra
trở tải
-Mục đích của phối hợp trở kháng:
+) Đưa cơng 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

5

download by :

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(π), 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 ¼ 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 Z 0 và phần ảo X L thành 0

→ 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 định y d và y l
• Đảm bảo dẫn nạp tổng y tot = y d + y l = 1

6

download by :


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 tròn | Γ L |e jθr và xác định Y NL

Bước 3: Di chuyển theo chiều kim đồng hồ (WTG) dọc theo đường tròn | Γ L|e jθr giao với 1
± jB → giá trị của y d .

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

3.2 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.

7

download by :


 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 tròn | Γ L|e jθr để xác định
điểm Y NL = g L+ jB L.
Bước 2: Tìm giao điểm của đường trịn đẳng g L với đường tròn ảnh → xác định được 2
nghiệm → xác định được 2 giá trị của độ dài dây chêm thứ nhất l 1.
Bước 3: Quay đường trong ảnh về đường tròn 𝑔 = 1 → xác định các giá trị của dây chêm
thứ hai l 2.

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

CHƯƠNG 3 : BÀI TẬP PHỐI HỢP TRỞ KHÁNG SỬ DỤNG DÂY CHÊM

8

download by :


Đường truyền trở kháng đặc tính 50 𝛺 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 𝜆/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 𝜆/8
(xoay đi một góc 90°)
•

Xác định điểm trở kháng tải chuẩn hóa:
Có Γ = 0.4𝑒𝑗70𝜊 ⇒ 𝑍𝑁𝐿 = 0.95 + 𝑗0.85
⇒ 𝑌𝑁𝐿 = 0.58 − 𝑗0.52
⇒ 𝑔𝐿 = 0.58

Giao của đường tròn 𝑔𝐿 với (A) tại hai điểm
𝑌𝐿1 = 0.58 + 𝑗0.08 ⇒ Độ dịch: 𝑌𝐿1 − 𝑌𝑁𝐿 = 0.58 + 𝑗0.08 − (0.58 − 𝑗0.52)

= 𝑗0.6
𝑌𝐿2 = 0.58 + 𝑗1.9 ⇒ Độ dịch: 𝑌𝐿2 − 𝑌𝑁𝐿 = 0.58 + 𝑗1.9 − (0.58 − 𝑗0.52) =
𝑗2.42
•

Xác định chiều dài dây chêm 𝐿1
Với 𝑌𝐿1 = 0.58 + 𝑗0.08 và độ dịch 𝑗0.6 tại 0.086𝜆
9

download by :


-

Ngắn mạch: 𝑌𝐿 = ∞ ⇒ L1NM = 0.25 𝜆 + 0.086𝜆 = 0.336𝜆

-

Hở mạch: 𝑌𝐿 = 0 ⇒ L1HM = 0.086 𝜆

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

Với 𝑌𝐿2 = 0.58 + 𝑗1.9 và độ dịch 𝑗2.42 tại 0.188 𝜆
-

Ngắn mạch: 𝑌𝐿 = ∞ ⇒ L1NM= 0.25 𝜆 + 0.188𝜆 = 0.438𝜆

-

Hở mạch: 𝑌𝐿 = 0 ⇒ L1HM = 0.188 𝜆
10

download by :


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 + 𝑗0.55 và lấy đối xứng 𝑗0.55 có - 𝑗0.55 tại 0.42 𝜆
-

Ngắn mạch: 𝑌𝐿 = ∞ ⇒ L2NM= 0.42 𝜆 − 0.25𝜆 = 0.17𝜆

-

Hở mạch: 𝑌𝐿 = 0 ⇒ L2HM= 0.42 𝜆
11

download by :


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

Với 𝑌𝑀2 = 1 − 𝑗2.4 và lấy đối xứng −𝑗2.4 có 𝑗2.4 tại 0.187 𝜆

-

Ngắn mạch: 𝑌𝐿 = ∞ ⇒ L2NM= 0.25 + 0.187𝜆) = 0.437𝜆

-

Hở mạch: 𝑌𝐿 = 0 ⇒ L2HM= 0.187 𝜆

12

download by :


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).

13

download by :


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 𝜆.
3.1. Vẽ mạch và tính tốn các thơng số bằng LineCalc

3.1.1. Tạo một Workspace mới.

 Vào File => New=> Workspace hoặc biểu tượng
trên thanh công cụ
 Đặt tên và chọn mục lưu trữ sau đó kích Create Workspace

Hình 2.1: Hộp thoại New Workspace

14

download by :


3.1.2. Tạo một Schematic mới
 Vào File => New=> Schematic hoặc biểu tượng
 Đặt tên trong ô Cell rồi chọn Create Schematic

trên thanh cơng cụ

Hình 2.2: Hộp thoại New Schematic

2.1.3. Vẽ mạch và tính tốn bằng LineCalc
 Vào Tools=>LineCalc=> Start LineCalc để mở hộp thoại
LineCalc/untitled.
 Ô Freq nhập vào 1.575 Ghz và ô Z0 nhập 50 Ohm.
 Ở ô E_Eff nhập vào các giá trị đã tính tốn ở phần 2 *360
 Sau đó chọn Synthesize.
 Nhập các thơng số W và L vào các WLIN tương ứng
15

download by :

Hình: Hộp thoại LineCalc/untitled

16

download by :


Hình 3. 19 Mạch đi dây cho PHTK 2 dây chêm hở mạch tại d2
3.2.

Kết quả mơ phỏng

Hình 3. 20 Mô 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.

17

download by :


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. mơ 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.

18

download by :


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
19

download by :


20

download by :