Thiết kế, chế tạo hệ phổ kế siêu cao tần (băng c) và khai thác ứng dụng hệ phổ kế trong nghiên cứu viễn thám thảm thực vật và nhiệt độ mặt nước biển tại việt nam

Bộ KHOA HọC Và CÔNG NGHệ

BO CO TNG HP NHIM V HP TC NGH NH TH
V KHOA HC V CễNG NGH
VIT NAM - BUNGARI
(2005 2006)



THIếT Kế CHế TạO Hệ PHổ Kế SIÊU CAO TầN (BĂNG C)
Và THử NGHIệm ứng dụng hệ phổ kế trong nghiên cứu
viễn thám thảm thực vật và nhiệT độ mặt nớc biển
tại việt nam

C quan ch trỡ
B KHOA HC V CễNG NGH
n v thc hin

VIN VT Lí V IN T
VIN KHOA HC V CễNG NGH VIT NAM









6386

29/5/200
7

H NI, 2007


2
MỤC LỤC
CHƯƠNG I. GIỚI THIỆU CHUNG 3

CHƯƠNG II. THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ PHỔ KẾ SIÊU CAO TẦN BĂNG C
KIỂU CÔNG SUẤT TOÀN PHẦN 5

2.1. Giới thiệu chung 5
2.2. Phân loại các phổ kế siêu cao tần (RDM) 6
2.2.1. Phổ kế siêu cao tần kiểu công suất toàn phần 7
2.2.2. Phổ kế siêu cao tần kiểu Dicke 8
2.2.3. Phổ kế siêu cao tần kiểu bù tạp âm 10
2.3. Thiết kế chế tạo phổ kế siêu cao tần băng C kiểu công suất toàn phần 11
2.3.1. Sơ đồ khối và các chỉ tiêu kỹ thuật 11
2.3.2. Sơ đồ nguyên lý các khối chức năng trong phổ kế siêu cao tần b
ăng C 14
CHƯƠNG III. THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG ANTEN
VÀ CHƯƠNG TRÌNH THU NHẬN XỬ LÝ PHỔ 24

“ON-LINE” 24
3.1. Thiết kế chế tạo bộ điều khiển tự động Anten 24
3.1.1. Mô-tơ điều khiển góc phương vị 24
3.1.2. Mô-tơ điều chỉnh góc ngẩng (Elevator) 25
3.2. Thiết bị điều khiển tự động các góc quay của anten 26

3.2.1. Thiết bị giao tiếp và tự động điều khiển anten 28
3.2.2. Chương trình phần mềm giao tiếp và tự động điều khiển anten 31
3.3. Chươ
ng trình thu nhận và xử lý số liệu “on-line” Radiometer phiên bản 3.0 33
CHƯƠNG IV. ỨNG DỤNG PHỔ KẾ SIÊU CAO TẦN BĂNG C TRONG
NGHIÊN CỨU VIỄN THÁM THẢM THỰC VẬT VÀ NHIỆT ĐỘ MẶT
BIỂN 36

4.1. Ứng dụng hệ Phổ kế SCT băng C trong nghiên cứu viễn thám độ ẩm đất và
sinh khối thảm thực vật 36
4.1.1. Mô tả đối tượng đo 37
4.1.2. Quy trình thực nghiệm 38
4.1.3. Xử lý số liệu đo 46
4.2. Ứng dụng Hệ phổ kế siêu cao tần băng C trong nghiên cứu viễn thám mặt nước
biển 54
4.2.1. Đối tượng đo 55
4.2.2. Quy trình thực nghiệm 60
4.2.3. Tính toán Nhiệt độ phát xạ m
ặt nước biển theo mô hình J. Johnson 64
4.2.4. Ứng dụng Mô hình Klein và Swift hiệu chỉnh kết quả đo thực nghiệm 65
4.2.5. Kết quả xử lý số liệu 68
4.2.6. Thử nghiệm so sánh với kết quả thu được từ ảnh MODIS 76
CHƯƠNG V. KẾT LUẬN 78
TÀI LIỆU THAM KHẢO 80

3
CHƯƠNG I. GIỚI THIỆU CHUNG
Trong 2 năm 2000-2002, Viện Vật lý và Điện tử thuộc Viện Khoa học
và Công nghệ Việt Nam đã được Bộ Khoa học và Công nghệ giao thực hiện
nhiệm vụ Nghị định thư hợp tác KHCN với Viện Điện tử, Viện HLKH Bungari,

với đề tài “Nghiên cứu ứng dụng viễn thám siêu cao tần thụ động trong
điều tra điều kiện tự nhiên và môi trường Việt Nam”. Đề
tài đã được hoàn
thành với sự tham gia của các chuyên gia Việt Nam và Bungari, thông qua việc
ứng dụng hệ phổ kế siêu cao tần băng L (LNIR - của Viện Vật lý và Điện tử)
quan trắc viễn thám độ ẩm đất và sinh khối thảm thực vật tại một số khu vực
thuộc đồng bằng và trung du Bắc bộ, trên các đối tượng đất trống, đất đỏ bazan,
cánh đồng ngô, lúa, đồi chè, v.v. Các số liệu
đo đã được xử lý theo phương
pháp viễn thám siêu cao tần thụ động và kết quả thu được khá phù hợp với các
phương pháp kinh điển.
Đề tài đã mở ra khả năng ứng dụng của các hệ phổ kế siêu cao tần và
phương pháp viễn thám trong điều tra điều kiện tự nhiên và môi trường, đưa
tiến bộ khoa học công nghệ phục vụ nông - lâm - ngư nghiệp. Ưu
điểm của
phương pháp này là có tầm quan sát lớn hơn nhiều so với các phương pháp
kinh điển, có độ chính xác cao hơn so với các kết quả thu được từ ảnh vệ tinh,
vì vậy có thể sử dụng để hiệu chỉnh các kết quả từ ảnh vệ tinh và tăng cường
khả năng giám sát, cảnh báo môi trường bổ xung cho phương pháp kinh điển.
Trong quá trình thực hiện đề tài, các chuyên gia Việt Nam và Bungari
nhậ
n thấy, do phổ kế băng L có bước sóng khá lớn (λ = 21cm), sóng điện từ ở
bước sóng này có khả năng xuyên qua lớp phủ thực vật để tương tác với mặt
đất bên dưới, vì vậy phổ kế băng L (LNIR) nhạy với sự biến động của độ ẩm
đất, mà ít nhạy với sinh khối thảm thực vật phía trên.
Để mở rộng khả năng nghiên cứu vi
ễn thám đối với các đối tượng đất,
thảm thực vật và mặt nước biển, cần thiết phải có thêm ít nhất 1 hệ phổ kế nữa
ở băng C, có bước sóng từ λ = 5 ÷ 12 cm.
Trong kế hoạch hợp tác Nghị định thư về KHCN giữa Việt Nam –

Bungari giai đoạn 2005-2006, Viện Vật lý và Điện tử đã đề xuất và được Bộ
Khoa học và Công nghệ cho phép thự
c hiện đề tài hợp tác với Viện Điện tử,

4
Viện HLKH Bungari “Thiết kế chế tạo hệ phổ kế siêu cao tần (Băng C) và
thử nghiệm ứng dụng hệ phổ kế trong nghiên cứu viễn thám thảm thực vật
và nhiệt độ mặt nước biển tại Việt Nam”.




5
CHƯƠNG II. THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ PHỔ KẾ SIÊU CAO TẦN
BĂNG C KIỂU CÔNG SUẤT TOÀN PHẦN
2.1. Giới thiệu chung
Như chúng ta đã biết, mọi vật chất, ngoại trừ ở nhiệt độ “0” tuyệt đối (T
= 0
0
K = -273
0
C), đều bức xạ một năng lượng vào không gian dưới dạng sóng
điện từ. Hiện tượng này được gọi là sự phát xạ thụ động, hay sự phát xạ tự
nhiên của vật chất. Sóng điện từ này lan truyền trong không gian dưới dạng phổ
bức xạ ở mọi dải tần số. Tuy nhiên, tuỳ thuộc vào môi trường và bản thân vật
phát xạ, năng lượng này có thể bị
hấp thụ khác nhau đối với mỗi dải tần số.
Trên cơ sở đó, các nhà khoa học đã chế tạo ra các thiết bị và nghiên cứu các
phương pháp thu nhận, biến đổi các tín hiệu điện từ trường phát xạ từ vật chất,
để từ đó xác định các đặc tính cố hữu của vật chất. Phương pháp thu nhận, phân

tích các đặc tính của vật chất thông qua phép đo nă
ng lượng phát xạ từ xa,
không tiếp xúc với vật chất, được gọi là phương pháp viễn thám. Thiết bị đo
tương ứng được gọi là phổ kế (radiometer RDM). Tuỳ theo khoảng cách quan
trắc từ phổ kế đến đối tượng đo mà người ta phân chia viễn thám thành 3 mức:
viễn thám vệ tinh (h ≥ 100km), viễn thám hàng không (h~10km) và viễn thám
mặt đất (h~5m). Dải tần số làm việc của viễn thám từ vùng sóng quang họ
c
nhìn thấy (λ~µm) đến vùng sóng vô tuyến (λ~km) như hình 2.1. Ở vùng sóng
có tần số cao hơn (tia cực tím,
γ
-, X-ray), viễn thám không làm việc được do
các tia này bị hấp thụ hết bởi khí quyển [1].
Trong dải tần số viễn thám, vùng có bước sóng từ λ = (0.3-100) cm
được gọi là vùng sóng siêu cao tần. Các phổ kế tương ứng là phổ kế siêu cao
tần.
Như trên hình 2.1, phổ kế siêu cao tần (SCT) ở băng L làm việc ở
bước
sóng từ (20-100) cm, là loại phổ kế được ứng dụng nhiều cho nghiên cứu viễn
thám độ ẩm đất. Ở phân cực ngang (Horizontal polarization), băng sóng L còn
nhạy cảm với độ biến thiên của nhiệt độ và độ mặn mặt nước biển [2].

6
Để nghiên cứu lớp thảm thực vật, cần thiết phảỉ nghiên cứu chế tạo 01
hệ phổ kế siêu cao tần băng C, có bước sóng khoảng (5÷12) cm, cỡ kích thước
của lá cây, hay khoảng cách giữa các lá cây, cành cây[1]. Ngoài ra, ở phân cực
thẳng đứng, các phổ kế băng S và C có tần số từ (2.7 ÷ 3.7) GHz không nhạy
cảm với độ nhấp nhô của mặt biển, vì vậy rất phù hợp để kết hợp v
ới phổ kế
băng L nghiên cứu viễn thám mặt biển [4].

2.2. Phân loại các phổ kế siêu cao tần (RDM)
Phổ kế siêu cao tần được phân chia thành nhiều loại khác nhau: phổ
kế quét (scanning RDM), phổ kế ghi ảnh (imaging RDM), phổ kế quay
(push-broom RDM), v.v.
Trong đề tài này, chúng ta chỉ xét đến loại phổ kế quay, gọi tắt là
RDM. Đây là loại phổ kế hoạt động ở một tần số cố định, hay phổ kế đơn
tần (single beam RDM), bao gồm Anten, Máy thu, Bộ chỉ thị và hệ c
ơ khí
Hình 2.1. Các dải sóng điện từ được dùng trong viễn thám

7
điều khiển anten. Sơ đồ khối đơn giản nhất của RDM được mô tả trong
hình 2.2.
Máy thu Bộ chỉ thị
Anten

B, G P=k.B.G




Hình 2.2. Sơ đồ khối tổng quát Phổ kế siêu cao tần



Trong hình 2.2, Máy thu siêu cao tần được đặc trưng bởi 2 tham số: độ
rộng băng tần B và hệ số khuếch đại G. Tại đầu ra của phổ kế, công suất đo được
biểu thị như sau: P = k. G. B. T

A
(2.2.1)
Trong đó, k - hằng số Bolzmann (k=1.38.10
-23
J/K), T
A
- nhiệt độ tạp âm
Anten.
Hiện nay, phổ kế kiểu quay được chia thành 3 loại, trên cơ sở điều chế tín
hiệu đầu vào. Theo mức độ phức tạp và chất lượng tăng dần, có 3 loại phổ kế như
sau :
2.2.1. Phổ kế siêu cao tần kiểu công suất toàn phần
Sơ đồ khối của phổ kế kiểu công suất toàn phần được biểu thị ở hình 2.3.

Anten
KĐ cao tần Bộ trộn tần KĐ trung Bộ tách
VHF số - Mixture tần – IF sóng BP



Máy phát Bộ chỉ thị Tích phân KĐ
xung nội LCD và ADC 1 chiều



Hình 2.3. Sơ đồ khối Phổ kế kiểu công suất toàn phần (TPR)



Phổ kế kiểu công suất toàn phần (Total Power Radiometer– TPR) hoạt

động theo nguyên lý sau : Anten thu năng lượng phát xạ (sóng điện từ có tần số

8
f ± ∆f) nằm trong vùng quan sát được giới hạn bởi góc mở (ví dụ ψ = 30
0
) và
biến đổi thành tín hiệu cao tần, được gọi là Nhiệt độ anten T
A
(dạng công suất
tạp âm). Tín hiệu vào cao tần được khuếch đại sơ bộ và chọn lọc dần về tần số
trung tâm f. Máy phát xung nội có tần số f được trộn với tín hiệu vào cao tần và
hạ tần số xuống tần số trung gian (IF), sau đó đưa vào bộ khuếch đại trung tần,
tách sóng, khuếch đại 1 chiều, tích phân, biến đổi tương tự - số (ADC) và đưa
ra bộ chỉ thị
có màn hình tinh thể lỏng LCD.
Phổ kế TPR làm việc theo nguyên lý khuếch đại thẳng tín hiệu vào, sau
đó được tách sóng theo nguyên tắc bình phương, vì vậy điện áp ra tỉ lệ thuận
với công suất vào tạp âm tại Anten, hay nhiệt độ Anten T
A
[6].
Điện áp ra được tính bằng công thức sau :
V
ra
= c. (T
A
+ T
N
). G (2.2.2)
trong đó, c - hằng số, T
A

, T
N
- nhiệt độ anten và tạp âm nhiệt, G - hệ số KĐ.
Độ nhạy của TPR là cao nhất trong các loại phổ kế, được tính như sau :

τ
.B
TT
T
NA
+
=∆
(2.2.3)
trong đó, B - dải thông của KĐ trung tần,
τ
- hằng số tích phân của bộ tích phân.
2.2.2. Phổ kế siêu cao tần kiểu Dicke
Nhược điểm của phổ kế siêu cao tần kiểu công suất toàn phần là dễ bị
bão hoà và dải biên độ tín hiệu vào hẹp, do khuếch đại cả tín hiệu nhỏ trên nền
tạp âm lớn. Ngoài ra, từ công thức (2.2.2), tạp âm nhiệt T
N
cũng được khuếch
đại cùng với T
A
, nên độ ổn định của TPR không cao.
Năm 1946, R .H.Dicke đã tìm ra một phương pháp mới chế tạo phổ kế
đạt được độ ổn định rất cao, gọi là phổ kế kiểu Dicke [6]. Nguyên lý của phổ kế
kiểu Dicke là không đo trực tiếp nhiệt độ anten T
A
, mà đo sự chênh lệch giữa

T
A
và nhiệt độ chuẩn T
R
được lấy từ một nguồn nhiệt ổn định nào đó. Do đó,
độ ổn định và độ tin cậy của phổ kế được tăng lên đáng kể. Sơ đồ khối của phổ
kế kiểu Dicke được trình bày trên hình 2.4.

9

Bộ phát
xung Dicke
Anten Khoá
T
A
Dicke KĐ cao tần KĐ trung Bộ tách
và trộn t/số tần và Lọc sóng BP

T
R

Bộ tạo N/độ Bộ chỉ thị Tích phân Bộ đệm
chuẩn T
R
LCD và ADC đồng bộ


Hình 2.4
. Sơ đồ khối Phổ kế kiểu Dicke (tách sóng điều biên)

Đầu vào của phổ kế là bộ chuyển mạch Dicke, được điều khiển bằng bộ
phát xung vuông Dicke có tần số Fs (100-1000Hz), có độ rộng xung t
x
và thời
gian nghỉ t
sp
bằng nhau. Tín hiệu vào T
A
được truyền qua khoá Dicke trong
khoảng thời gian t
x
và tín hiệu chuẩn T
R
– trong khoảng t
sp
. Sau 1 chu kỳ xung
Dicke T
s
, tại đầu vào của bộ tích phân có các điện áp:
V1 = c. (T
A
+ T
N
).G (trong khoảng t
x
= ½.T
s
)
V2 = c. (T

R
+ T
N
).G (trong khoảng t
sp
= ½.T
s
) (2.2.4)
Do T
s
<< τ, nên trong chu kỳ T
s
có thể coi T
A
, T
N
và G là hằng số, vì
vậy điện áp ra của phổ kế sẽ là :
V
ra
= V1 - V2 = c (T
A
+ T
N
). G – c (T
R
+ T
N
). G
= c. (T

A
– T
R
). G (2.2.5)
Theo công thức này thì tạp âm T
N
đã bị loại bỏ trong khi hệ số khuếch
đại G gần như không đổi. Điện áp ra tỉ lệ với độ chênh lệch giữa tín hiệu vào
T
A
và tín hiệu chuẩn T
R
, vì vậy có thể mở rộng dải biên độ vào. Phổ kế kiểu
Dicke là loại phổ kế thông dụng nhất, có độ ổn định cao và giá thành thấp. Tuy
nhiên, so với phổ kế kiểu công suất toàn phần, độ nhạy của phổ kế Dicke thấp
hơn, do chỉ có ½ chu kỳ đo là thu nhận T
A
, còn nửa chu kỳ là đo tín hiệu chuẩn
T
R
[6]:

10

τ
.
.2
B
TT
T

NA
+
=∆ (2.2.6)
2.2.3. Phổ kế siêu cao tần kiểu bù tạp âm
Đây là kiểu phổ kế có sai số tuyệt đối nhỏ nhất so với các loại thiết kế kể
trên, vì tín hiệu ra không phụ thuộc vào hệ số khuếch đại của máy và nhiệt độ
tạp âm [6].
Theo công thức (2.2.5) đối với Phổ kế kiểu Dicke :
V
ra
= c.(T
A
– T
R
).G
nhận thấy V
ra
sẽ không phụ thuộc vào G và T
N
nếu thoả mãn điều kiện sau :
T
A
– T
R
= 0 (2.2.7)
Phổ kế siêu cao tần kiểu bù tạp âm là loại phổ kế đặc biệt thực hiện điều
kiện (2.2.7) một cách liên tục bằng mạch hồi tiếp kiểu Servo (Hình 2.5).


Anten T

A
’ = T
A
+T
i
Phổ kế kiểu V
RA
≈ 0
Dicke
T
A


T
i


Bộ biến đổi
tín hiệu 1 chiều
PIN


Máy phát
dòng tạp âm

Hình 2.5
. Sơ đồ khối Phổ kế kiểu bù tạp âm (Noise Injection Radiometer)


Từ sơ đồ khối Hình 2.5, nguyên lý làm việc của phổ kế kiểu bù tạp âm

dựa trên 1 phổ kế kiểu Dicke, chỉ thêm 1 mạch hồi tiếp điện áp 1 chiều điều
khiển diode chuyển mạch PIN, đóng - mở dòng tạp âm T
i
« bơm » vào tín hiệu

11
từ Anten, sau đó tín hiệu tổng hợp sẽ đưa vào phổ kế Dicke. Kết quả là sau một
chu kỳ ngắn sẽ đạt được :
V
RA
= c. (T
A
’ – T
R
).G = 0 (2.2.8)
Do quá trình « bơm tạp âm » T
i
vào đầu vào của phổ kế Dicke, ta có :
T
A
’ = T
A
+ T
i

So sánh với biểu thức (2.2.8), ta có:
T
A
= T
R

– T
i
(2.2.9)
Từ biểu thức (2.2.9), rõ ràng T
i
là nhiệt độ tạp âm được “bù” vào T
A
để
sau một thời gian ngắn sẽ đạt cân bằng với nhiệt độ chuẩn T
R
bên trong phổ kế
Dicke. Khi đạt điều kiện (2.2.9), điện áp ra của phổ kế sẽ bằng 0.
Ưu điểm của phổ kế kiểu bù tạp âm là có độ ổn định cao do có mạch hồi
tiếp âm lớn. Độ nhạy của loại phổ kế này cũng được tính như phổ kế kiểu
Dicke.
2.3. Thiết kế chế tạo phổ kế siêu cao tần bă
ng C kiểu công suất toàn phần
2.3.1. Sơ đồ khối và các chỉ tiêu kỹ thuật
Phổ kế băng C công suất toàn phần (CRM) là 1 thiết bị thu tín hiệu rất
nhạy dùng để đo nhiệt độ phát xạ từ bề mặt Trái đất (đất, cây cối, nước, v.v.).
Sơ đồ khối của phổ kế CRM được thể hiện trên hình 2.6, bao gồm 2 phần: Phần
thu tín hiệu cao tần (phần A); Phần vi xử
lý và nguồn nuôi (phần B), được kết
nối với nhau bằng 2 dây cáp - dây dữ liệu và cung cấp điện, và dây dẫn nhiệt.
So với 2 loại phổ kế kiểu Dicke và Bù tạp âm, phổ kế kiểu công suất toàn phần
có nguyên lý làm việc đơn giản hơn, gần như 1 bộ khuếch đại thẳng. Vì vậy, độ
ổn định tuyệt đối thấp hơn, nhưng hiệu suất cao hơn, độ nhạ
y cao hơn. Để cải
thiện tính kém ổn định này, một số biện pháp bảo ôn nhiệt độ và kỹ thuật xử lý
mạch được áp dụng trong việc thiết kế chế tạo phổ kế băng C này.

Từ sơ đồ khối hình 2.6, tín hiệu được lấy từ Anten microstrip ANT đưa
tới đầu vào của phổ kế CRM bằng cáp dẫn sóng có trở kháng 50 Ω. Bắt đầu từ
đây, toàn b
ộ mạch được đặt trong hộp kín có bảo ôn nhiệt độ, CWT là bộ

12
chuyển đổi từ cáp đồng trục sang ống dẫn sóng, WFT là bộ lọc băng thông có
độ rộng băng ∆f = 300MHz, LNBC là bộ biến đổi tần số tạp âm thấp.

Hình 2.6
: Sơ đồ khối của phổ kế CRM
ANT - Anten; CWT - Bộ chuyển đổi từ cáp đồng trục sang ống dẫn sóng; WFT - bộ
lọc cáp dẫn sóng; LNBC - Khối biến đổi tần số tạp âm thấp; TUN - Bộ chọn lọc tần
số (tuner); REF - Khối tạo điện áp chuẩn; TCR - Khối điều chỉnh nhiệt độ; SUM
INT - Bộ tích phân; VFC - Bộ biến đổi điện áp - tần số; TMS1, TMS2 - Bộ ổn định
nhiệt độ; OCT - Bộ bi
ến đổi quang - điện; ANL - Mạch khuếch đại tương tự; PIC -
Khối vi xử lý; RS232 – USB port - Bộ biến đổi RS232 thành USB; LCD – Màn
hình tinh thể lỏng; CNTR – Bàn phím điều khiển; PS - Khối nguồn nuôi.
Tín hiệu ra của LNBC được đưa vào bộ trộn tần và khuếch đại cao tần
TUN (tuner). Để nâng cao độ ổn định nhiệt độ, trong hộp bảo ôn của CRM sử
dụng chế độ ổn nhiệt 2 lần: lần thứ nhất tại khối LNBC (có gắn bộ cảm biến
nhiệt độ TMS1), lần thứ 2 tại khối TUN (gắn bộ cảm biến nhiệt TMS2). Tín
hiệu ra của TUN
được đưa đến các bộ tích phân SUM INT. Điện áp ra của bộ

13
tích phân được đưa đến bộ biến đổi điện áp - tần số (VFC) rồi đưa vào khối
điều khiển và vi xử lý (phần B).
Để chống can nhiễu đường truyền, tín hiệu truyền sang phần B được

thực hiện trên cặp quang-điện tử OC (Opto-Coupler). Tín hiệu này được
khuếch đại và biến đổi thành dạng số trong khối ANL và đưa vào bộ Vi xử lý
số PIC. Từ đây, các mã s
ố được điều khiển và hiển thị trên màn hình tinh thể
lỏng LCD. Số liệu ra được đưa tới đầu ra kiểu nối tiếp RS232 hay USB. CNTR
là bàn phím điều khiển, PS là bộ nguồn nuôi điện áp 1 chiều.
Các chỉ tiêu kỹ thuật của phổ kế CRM:

• Loại: Phổ kế kiểu công suất toàn phần
• Tần số trung tâm: 3.5 ÷ 3.7 GHz (8 vị trí chuyển mạch)
• Độ nhạy: ≤0.3K
• Thời gian tích phân: 1s
• Độ mất ổn định trong thời gian ngắn: ≤0.3K
• Dải tín hiệu vào: 0 ÷ 320 K
• Độ rộng chùm tia chính của Anten 15
0

• Nguồn điện cung cấp: 220 V(+5%, - 10%), 50 Hz
• Nguồn điện tiêu thụ: * 70W - ở chế độ khởi động (warming up)
* 40W ở chế độ đo (LOCAL hoặc REMOTE)
• Dạng tín hiệu ra Dạng “Tương tự”: U
ra
= 0 ÷ 5VDC hoặc
Dạng “Số” thông qua RS232 hoặc USB.
•
Nhiệt độ làm việc: 5…40
o
C
•
Độ ẩm làm việc: 35% 80%.

14
2.3.2. Sơ đồ nguyên lý các khối chức năng trong phổ kế siêu cao
tần băng C
Hình 2.7 là sơ đồ khối chi tiết của phổ kế băng C kiểu công suất toàn phần
(CRM), bao gồm các khối siêu cao tần, khối khuếch đại trung tần và tách sóng, khối
khuếch đại 1 chiều và biến đổi VFC, khối bảo ôn nhiệt độ, khối vi xử lý số và nguồn
nuôi.
2.3.2.1. Khối siêu cao tần

Trên hình 2.7, khối đầu vào siêu cao tần bao g
ồm CWT là đầu tiếp nối
cáp đồng trục, BPF là bộ lọc băng thông, LNB là khối khuếch đại cao tần tạp
âm thấp và hệ thống bảo ôn nhiệt độ.
Trong kỹ thuật khuếch đại, có 2 cách thường dùng để giảm thiểu dòng tạp
âm nhiệt là: (1) làm lạnh các linh kiện điện tử, đặc biệt các đầu dò (sensor) để bảo
đảm giá trị tuyệt đối của dòng tạp âm nhiệt là nhỏ nhấ
t; (2) chủ động tạo ra môi
trường đẳng nhiệt cho các linh kiện điện tử, để chúng phát sinh ra dòng tạp âm nhiệt
cùng mức với nhau, sau đó đưa (tín hiệu + tạp âm) tới 2 đầu vào của bộ khuếch đại
so sánh để triệt tiêu thành phần tạp âm (thường là tín hiệu điều hoà). Trong trường
hợp (2), nhiệt độ bảo ôn thường được giữ ổn định gần bằng nhiệt độ môi trường
xung quanh [7].
Trong phổ kế CRM, phương pháp (2) được sử dụng: toàn bộ khối
khuếch đại cao tần được đặt trong 1 hộp kín và được “bảo ôn nhiệt độ” (Hình
2.7). Chế độ bảo ôn nhiệt độ của khối cao tần được thực hiện ở 2 mức: Mức 1
được thực hiện bằng bộ cảm biến nhiệt độ TS2 và bộ điều khiển nhiệt độ TS2C,
điề
u khiển 2 hệ thống sưởi nhiệt đặt ở nắp và đáy hộp của phần A (HT và HB,
viết tắt của Heater Top & Heater Bottom), bảo đảm ổn định nhiệt độ của phần

A ở 42
0
C; Mức 2 được thực hiện bằng bộ ổn nhiệt 1 (TS1) bảo đảm nhiệt độ
phía ngoài hộp TUN (tuner) khoảng 50
0
C.


15
Hình 2.7. Sơ đồ khối chi tiết của phổ kế CRM: A – Anten; SNC, FFC – Cáp dẫn sóng; CWT – Đầu tiếp nối cáp đồng trục; BPF Bộ lọc thông dải; LNB – Khối biế
n
đổi tạp âm thấp; TUN – Bộ chọn tín hiệu; HT & HB – Hệ sưởi nhiệt trên nắp và đáy hộp; VCT – Bộ chuyển đổi Điện áp – Dòng điện; ITS & OTS – Bộ cảm biến nhiệt độ bê
n
trong và bên ngoài hộp; TS1 & TS2 – Bộ cảm ứng nhiệt; ITCR & ITCV –Bộ biến đổi và điều khiển nhiệt độ; VF1 – Bộ lặp lại điện áp; INT1, INT2, INT3, INT4 – Các bộ tíc
h
phân; INV, INA – Các bộ KĐ đảo; VFC – Bộ biến đổi Điện áp - Tần số; SPB & SPF– Chiết áp bước điều chỉnh tần số trung tâm; RVU – Khối tạo điện áp chuẩn; PSA, PSB
–
N
guồn điện 1 chiều cấp cho phần A và B; TS2C & PSTS2– Bộ điều khiển và nguồn nuôi cảm biến nhiệt thermostat 2; ST1, ST2 – Các trigơ Schmitt; OC – cặp chuyển đổi
quang-điện; TR – Biến thế điện; BCDb, BCDf, BCDc – các phím bấm theo mã nhị phân tương ứng để đặt điện áp ban đầu, điều chỉnh tần số làm việc và điều chỉnh nhiệt độ
chuẩn; LCD – màn hìn tinh thể lỏng; BUT – các phím bấm; MC – Bộ vi xử
lý; RUC – Bộ biến đổi số liệu từ RS232 sang USB

BPF LNB TUN
HT
HB
TS1
A SNC
OTS
ITS
RVU
ITCR
ITCV
VCT
Ud
VF 1
K1
INT1
SPB
INV INT2 VFC
SPF INA
Ucf
FFC
PSA TS2
TS2C BCDf BCDb BCDc OC ST1 INT3
ST2 INT4
MC

PSB TR BUT LCD
RUC
AO
USB
N
etwor
k

220 VAC
CWT

16
Sơ đồ chức năng của khối đầu vào siêu cao tần được biểu thị như hình
2.8, bao gồm bộ khuếch đại cao tần, bộ lọc băng thông BPF, máy phát xung nội
1, mạch trộn tần số, bộ lọc tần cao và khuếch đại tạp âm thấp LNB.

Anten f- = 3450 MHz
Cáp DS U
ra
RF
G=12dB Bộ lọc BPF Trộn tần 1 KĐ tạp âm thấp
∆f = 300MHz f0 f2 G = 10dB

f+ = 3750 MHz f1

Máy phát 1
1530 MHz


Hình 2.8

. Sơ đồ chức năng khối đầu vào siêu cao tần

Bức xạ nhiệt của đối tượng được thu bởi Anten, biến thành tín hiệu siêu
cao tần dạng tạp âm, gọi là nhiệt độ anten T
A
. Dòng tạp âm này được dẫn đến
phổ kế bằng cáp dẫn sóng có trở kháng 50Ω, sau đó được khuếch đại sơ bộ G =
10dB. Tiếp theo là bộ lọc băng thông (BPF) có dải thông từ (3450 ÷ 3750)
MHz, độ rộng băng
∆
f = 300 MHz. Theo thiết kế với bộ lọc băng thông
∆
f =
300MHz này, tần số trung tâm của phổ kế có thể thay đổi từ f
0
= (3714 ÷ 3501)
MHz (xem bảng 1). Máy phát xung 1 có tần số thiết kế là f
1
= 1530 MHz được
đưa vào bộ trộn (mixer), kết quả chọn được tần số thay đổi f
2max
= f
0
– f
1
=
3714 – 1530 = 2184 MHz đến f
2min
= 3501 – 1530 = 1971 MHz. Tín hiệu có tần
số thay đổi f

2
được đưa vào bộ lọc và khuếch đại trung tần TUN.
Để ổn định nhiệt độ cho khối cao tần, tại nắp và đáy của hộp cao tần có
gắn bộ cấp nhiệt HT (Heater Top), HB (Heater Bottom), được nối với bộ cảm
biến nhiệt độ TS2 và bộ điều khiển nhiệt độ TS2C, bảo đảm duy trì nhiệt độ ổn
định (ở mức 1) T
S2
= 42
0
C.
2.3.2.2. Khối khuếch đại trung tần và tách sóng (TUN)
Trên hình 2.7, khối trung tần và tách sóng được ký hiệu là TUN
(tunner), có tín hiệu ra là điện áp 1 chiều Ud. Giao tiếp với khối TUN gồm có
ITS và OTS là bộ cảm ứng nhiệt độ bên trong và ngoài hộp tunner, TS1 là bộ
ổn định nhiệt độ (ở mức 2, T
S1
= 50
0
C), PSA là khối nguồn nuôi cấp cho
phần A (phần cao tần), INA là bộ tạo điện áp 1 chiều U
f
đưa đến TUN để

17
thay đổi tần số trung tâm của phổ kế CRM từ 3.501 ÷ 3.714 GHz, FFC là cáp
dẫn sóng từ khối siêu cao tần. Việc điều chỉnh tần số trung tâm nhằm chọn ra
tần số thích hợp trong môi trường đo cụ thể để phổ kế làm việc ổn định nhất
(ít bị ảnh hưởng nhất bởi can nhiễu từ môi trường xung quanh).
Sơ đồ chức năng của khối trung tần và tách sóng (TUN)
được thể hiện

trên hình 2.9 và Bảng 1 là bảng chân lý của mạch điều chỉnh tần số trung tâm
(cả phần siêu cao tần và TUN). Việc chọn tần số trung tâm được thực hiện bằng
cách thay đổi tần số máy phát xung nội thứ 2 đặt trong hộp TUN, f
3
= 2100 ÷
1887 MHz thông qua việc điều chỉnh khoá nhị phân BCDf (xem phần sau). Tần
số f
2
và f
3
được đưa vào bộ trộn tần (mixer 2) để tạo ra tần số không đổi f
4
= 84
MHz. Tần số này được đưa qua bộ lọc thông dải ∆f = 30 MHz, để tạo ra tần số
trung gian f
5
= f
4
- 14 = 70 MHz (xem bảng 1). Tín hiệu trung tần f
5
được
khuếch đại chọn lọc và được tách sóng thành điện áp 1 chiều U
d
.


+15MHz
FFC
f
2

Bộ trộn tần số
f
4

f
5
(IF) KĐ trung tần IF U
d

Mixer 2 ∆f=30 và Tách sóng
U
RF
(vào)

f
3
- 15 MHz

- 0;29,59, MHz Bộ biến đổi V-F
(VFC)
+
2100 MHz


Máy phát xung 2
U
f
(8 mức, N = 0 – 7)

2100 MHz


Hinh 2.9. Sơ đồ nguyên lý bộ Khuếch đại trung tần và Tách sóng (TUN)




18
Bảng 1. Bảng tính toán thiết kế giá trị tần số trung tâm của phổ kế CRM, được
điều chỉnh bởi BCDf (8 mức, N = 0 ÷ 7):
N

f
0

(MHz)
f
1

(MHz)
f
2
=f
0
-f
1

(MHz)
f

3

(MHz)
f
4
=f
2
-f
3

(MHz)
f
5
=f
4
-14
(MHz)



0 3714 1530 2184 2100 84 70
1 3685 1530 2155 2071 84 70
2 3655 1530 2125 2041 84 70
3 3626 1530 2096 2012 84 70
4 3595 1530 2065 1981 84 70
5 3564 1530 2034 1950 84 70
6 3533 1530 2003 1919 84 70
7 3501 1530 1971 1887 84 70

2.3.2.3. Khối Xử lý tín hiệu tương tự (APU)

Khối Xử lý tín hiệu tương tự có chức năng xử lý các tín hiệu tương tự
trong phổ kế, bao gồm các quá trình bảo ôn nhiệt độ, điều khiển tần số trung
tâm, khuếch đại tín hiệu một chiều và biến đổi thành dạng số để đưa vào khối
Vi xử lý số (phần B).
Trên hình 2.7, APU bao gồm các khối Biến đổi đi
ện áp – dòng điện
(VCT), Bộ đệm (VF1), các Bộ tích phân (INT1 và INT2), các Bộ khuếch đại 1
chiều (INV, INA), Bộ biến đổi điện áp - tần số (VFC), khối điều chỉnh chế độ
làm việc của phổ kế bao gồm các chuyển mạch nhị phân BCDf, BCDb, BCDc,
các biến trở đồng trục tương ứng SPF, SPB, Bộ tạo điện áp chuẩn K1. Khối bảo
ôn nhiệt độ bao gồm các b
ộ cảm biến nhiệt độ trong và ngoài hộp tunner ITS,
OTS, TS1, bộ biến đổi và điều khiển nhiệt độ bên trong hộp tunner ITCV,
ITCR.
Trên hình 2.7, BCDf, BCDb, và BCDc là 3 bộ khoá chuyển mạch với 8
mức biến đổi nhị phân, có chức năng tương ứng điều chỉnh tần số trung tâm, điện
áp ra và nhiệt độ bảo ôn. Chọn 1 trong 8 giá trị nhị phân của BCDf, sẽ đặt được
giá trị tương ứng c
ủa chuyển mạch điện trở SPF, từ đó làm thay đổi điện áp ra U
d

của bộ biến đổi tương tự INA, điều chỉnh giá trị tần số máy phát 2 trong khối
TUN (hình 2.9) từ 2100 ÷ 1887 MHz, từ đó làm thay đổi tần số trung tâm của

19
phổ kế, f
0
= (3714 ÷ 3501) MHz (bảng 1). Vì vậy, bằng việc điều chỉnh BCDf,
có thể lựa chọn được giá trị tần số trung tâm thích hợp nhất, ít bị ảnh hưởng can
nhiễu từ bên ngoài.

Điện áp ra U
d
của khối TUN được đưa đến bộ tích phân INT1 thông qua
bộ biến đổi điện áp – dòng điện VCT và bộ đệm VF1. Tại bộ tích phân INT1,
điện áp ra của VF1 có thể được bù trừ bằng cách thay đổi giá trị điện trở 8 mức
SPB, tương ứng với 8 vị trí của bộ khoá nhị phân BCDb.
Khối K1 là bộ tạo điện áp chuẩn (U
REF
), dựa trên điện áp ra của bộ điều
khiển nhiệt độ bên trong khối TUN (ITCR) và giá trị điện trở của BCDc để tạo
ta điện áp chuẩn U
REF
đưa vào bộ tích phân INT1.
Như vậy, 3 tín hiệu điện áp từ VF1, K1 và SPB được đưa vào bộ tích phân
INT1 có hệ số khuếch đại K = 10, thời gian tích phân τ = 1s và dải động tín hiệu ra
∆
V
INT
= 2V. Giá trị điện áp 1 chiều tại đầu ra của INT1 tỉ lệ thuận với giá trị Ud
(sau tách sóng), với hiệu điện áp ra của VF1 và K1, được điều chỉnh bởi biến trở
SPB. Phép biến đổi điện áp thành tần số được thực hiện qua 3 tầng nối tiếp là: bộ
khuếch đại 1 chiều đảo tín hiệu INV, bộ tích phân INT2 và bộ biến đổi điện áp -
t
ần số (VFC) với hệ số biến đổi
δ
= 4650Hz/V. Tín hiệu từ VFC này (dạng tần số)
được đưa tới khối khuếch đại tần số thấp và vi xử lý số (phần B) để tiếp tục xử lý
và hiển thị.
Hình 2.10 (phần phụ lục) là sơ đồ nguyên lý khối Xử lý tín hiệu tương tự
(APU). Tín hiệu vào là U

d
lấy từ khối TUN, qua bộ biến đổi điện áp – dòng
điện, sử dụng mạch khuếch đại thuật toán OP07C/SO. Tiếp theo là bộ tạo điện
áp chuẩn, trên cơ sở 2 diode zener điều chỉnh được LM336-5.0V/TO và điện áp
ra từ bộ cảm biến nhiệt độ ITCR (hình 2.7). Các mạch tiếp theo là bộ tích phân,
khuếch đại 1 chiều sử dụng mạch khuếch đại thuật toán OP07C/SO. Cuố
i cùng,
tín hiệu điện áp 1 chiều được biến đổi thành tần số nhờ vi mạch LM331. Phần
mạch logic bao gồm 2 tầng biến đổi mã số nhị phân - điện áp giống hệt nhau
(trên và dưới), trong đó các cổng “NAND – triger Smith” CD4093 được nối
vào 2 chip Multiplexer CD4051/SO, lối ra của các chúng được đưa vào chân
đảo (2) của các bộ khuếch đại 1 chiều thông qua các điện trở R25, R28 =

20
100K/1%. Tầng logic phía trên ứng với BCDb - điều chỉnh điện áp ra, tầng
logic phía dưới ứng với BCDc - điều chỉnh nhiệt độ bảo ôn.
2.3.2.4. Khối Vi xử lý số (MC)
Khối cao tần (phần A) được nối với khối điều khiển (phần B) bằng 2
đoạn cáp dài 5m, bao gồm cáp dẫn số liệu và nguồn điện và cáp cấp điện cho
mạch bảo ôn nhiệt
độ.
Khối chính của phần B là khối vi xử lý MC, hoạt động trong chế độ gọi
là “capture” - sử dụng các tín hiệu có chu trình khác nhau. Một trong những tín
hiệu này được truyền qua cặp quang - điện tử OC và trigơ Smith ST1, tín hiệu
kia được tạo thành từ xung ra của bộ cảm biến nhiệt độ bên ngoài hộp tunner
OTS và trigơ Smith ST2. Đồng thời các bộ tích phân INT3 và INT4 tạo ra 2 tín
hiệu ra tương tự, tương ứng tỷ lệ thuậ
n với nhiệt độ phát xạ Tb của đối tượng
đo và nhiệt độ bên ngoài tunner Tot.
Trên hình 2.7, khối vi xử lý MC được kết nối với 2 thiết bị ngoại vi: các

phím bấm BUT và màn hình tinh thể lỏng LCD. Một phần mềm đặc biệt được
xây dựng để thu nhận và xử lý số liệu, tạo ra những hệ lệnh điều khiển khác
nhau theo các chế độ làm việc đã được lựa chọn. Kh
ối Vi xử lý số được đặt
trong thiết bị B (khối điều khiển), có chức năng tiếp nhận, xử lý và hiển thị
bằng số các kết quả đo trên màn hình tinh thể lỏng của phổ kế. Ngoài ra khối
này còn tiếp nhận các lệnh từ bên ngoài thông qua các phím bấm để điều khiển
các quá trình làm việc của phổ kế, ghép nối với máy tính thông qua đường
truyền nối tiếp RS232 hay USB.
Hình 2.11 là sơ đồ nguyên lý khối Vi xử lý số (MC). Trung tâm là chip
Vi xử lý (Microcontroller) PIC16F876 bao gồm 22 lối vào/ra (RA0-RA5, RB0-
RB7, RC0-RC7) với nhiều chức năng khác nhau được cài đặt bằng chương
trình Basic và C, và bộ biến đổi ADC – 10 bit.
Nguyên tắc làm việc của khối Vi xử lý số (MC) được tóm tắt như sau:
- Hai đường dữ liệu vào được đưa từ các trigơ Smith ST1 và ST2 của
khối cao tần (A) tới khối vi xử lý số (B), bao gồm tín hiệu tần số (FREQ) và

21
nhiệt độ bảo ôn (TEMP), tương ứng tại chân 4 và chân 2 của HEADER 4.
Chúng được đưa tới các lối vào RC1, RC2 của µC - PIC16F876. Chế độ làm
việc vào/ra của µC được xác định nhờ chương trình được nạp tại JP1 –
ICPROG, từ đó tạo ra trên 4 lối ra RC0, RC3 – RC5 các tín hiệu Strobe input,
Clock input, và 2 đường số liệu SDA, SDO của bộ ghi dịch và lưu trữ
74HCT4094. Số liệu nối tiếp SDA được biến đổi thành 8 đường song song 3-
stage, nối qua các diode t
ới HEADER 9, có chức năng là bộ giải mã bàn phím
(BUT). Dựa vào 8 trạng thái của bàn phím, sẽ tạo ra tín hiệu ngắt ở chân 9 của
HEADER 9, vào điều khiển đường ngắt SS của µC.
- Đường số liệu SDO được đưa tới bộ biến đổi Số - Tương tự AD5320 –
12 bit để tạo ra tín hiệu ra tương tự tại chốt BNC - J1.

- Đường số liệu SDA còn được đưa tới các bộ nh
ớ trung gian bao gồm 8
bộ RAM PCF8570 mắc nối tiếp nhau dựa vào cách nối các cổng địa chỉ A0-A2,
dung lượng tổng cộng là 2 Kbyte.
- LT1181 là bộ chuyển đổi giữa chuẩn µC (0 – 5V) với chuẩn RS232 (-
12V ÷ +12V) để giao tiếp với máy tính.
- Các đường dữ liệu từ µC, từ RB4 – RB7 được đưa tới màn hình tinh
thể lỏng LCD của phổ kế, cùng với các đường điều khiển EN (enable), R/W
(read/write), RS (reset).
2.3.2.5. Khối nguồn nuôi và khố
i tín hiệu ra tương tự
Nguồn điện cung cấp cho phổ kế băng C được cấp từ mạng điện lưới 220 -
240V xoay chiều, tần số 50 - 60Hz thông qua máy biến thế TR và các bộ ổn áp
tuyến tính PSA, PSB. Nguồn điện cấp cho bộ cảm ứng nhiệt độ TS1 và TS2
được nối với nguồn điện cấp cho các tầng khuếch đại và xử lý tín hiệu chỉ tại mộ
t
điểm. Nguồn điện áp lưỡng cực cung cấp cho các bộ khuyếch đại thuật toán được
thực hiện bởi khối tạo điện áp chuẩn chính xác RVU, tạo ra điện áp chuẩn
+5.00V và +10.00V.
Hình 2.12 là sơ đồ nguyên lý của khối nguồn nuôi và khuếch đại tần
thấp.

22
Sau khi chuẩn hoá, tín hiệu ra của CRM được dùng để xác định nhiệt độ
phát xạ của đối tượng nghiên cứu.
2.3.2.6. Khối bảo ôn nhiệt độ
Để giảm thiểu tạp âm nhiệt trong máy thu phổ kế siêu cao tần, thay vì làm
lạnh đầu thu và khối tiền khuếch đại như các phổ kế hạt nhân, người ta sử dụng
kỹ thuật bảo ôn nhiệt độ: toàn bộ khối cao tần được đặ
t trong hộp kín cách nhiệt,

được nung nóng đến nhiệt độ khá cao (so với nhiệt độ môi trường xung quanh)
và ổn định. Bằng kỹ thuật này, các linh kiện điện tử được duy trì ở cùng nhiệt độ
và phát ra dòng tạp âm nhiệt cùng cỡ, sau đó được triệt tiêu ở các đầu vào
khuếch đại vi sai.
Chế độ bảo ôn nhiệt độ của khối siêu cao tần được thực hiện ở 2 mức:
mức đầ
u tiên được thực hiện bằng bộ ổn nhiệt 2 (Thermostat 2), bao gồm 2
mạch tách biệt điều khiển nhiệt độ phần nắp và đáy hộp của phần A, bảo đảm
nhiệt độ của phần A khoảng 42
0
C. Mức 2 được thực hiện bằng bộ ổn nhiệt 1
(Thermostat 1) bảo đảm nhiệt độ phía ngoài hộp tuner khoảng 50
0
C.
Trong sơ đồ khối (hình 2.7), bộ ổn nhiệt 2 được ký hiệu bằng các khối
TSC2 (điều khiển), TS2 (điều chỉnh), HT và HB (các tấm phát nhiệt gắn ở nắp và
đáy hộp).
Hình 2.13 là sơ đồ nguyên lý khối ổn định nhiệt độ TS2C, bao gồm 2
phần mạch giống nhau điều khiển cho 2 bộ cấp nhiệt được gắn tại nắp và đáy
hộp cao tần (TS2C đ
iều khiển HT và BT). Trong sơ đồ Hình 2.13, JP2 và JP3
là 2 đầu kết nối với các bộ cảm biến nhiệt độ ở nắp và đáy hộp (TS2).
Sơ đồ nguyên lý của bộ ổn nhiệt được mô tả trên hình 2.13, hoạt động như sau:
- Mạch tạo điện áp chuẩn:
Được chế tạo trên cơ sở mạch tổ hợp điều chỉnh điện áp chính xác
µA723. B
ản thân µA723 tạo ra một điện áp chuẩn tại PIN5, với điện áp nguồn
nuôi V
cc
=15V, thì U

ref
= 7.5V. Giá trị điện áp ra V
out
phụ thuộc vào điện áp so
sánh giữa PIN4 (được đặt do tỉ lệ điện trở phân áp của nguồn nuôi) với PIN5
(điện áp chuẩn của µA723).

23
- Mạch điều khiển:
Điện áp chuẩn được đưa tới mạch điều chỉnh bao gồm 3 transistor mắc
trực tiếp, điều khiển transistor công suất mắc theo kiểu CC: cực collector nối
với nguồn nuôi 15V, tải emiter E là tấm phát nhiệt, được chế tạo bằng dây điện
trở có R = 3Ω. Theo thiết kế, U
E
=6V, do vậy I
E
= 2A. Dòng điện này đốt nóng
tấm phát nhiệt đến nhiệt độ xác định (42
0
C hoặc 50
0
C tuỳ theo TS2 hay TS1),
được cảm nhận bởi bộ cảm nhiệt LM335 có hệ số biến đổi
∆
U = T(K)*0,01 tạo
ra điện áp so sánh với điện áp chuẩn của µA723 làm khoá điện áp chuẩn ra, dẫn
tới transistor công suất cũng bị khoá, và ngắt dòng 2A nuôi tấm phát nhiệt. Khi
nhiệt độ trong hộp cao tần giảm xuống 0.5
0
C, mạch lại được đóng làm tấm phát

nhiệt nóng trở lại, v.v. Cứ như vậy, nhiệt độ trong hộp cao tần được “bảo ôn” ở
nhiệt độ xác định.





24
CHƯƠNG III. THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
ANTEN VÀ CHƯƠNG TRÌNH THU NHẬN XỬ LÝ PHỔ
“ON-LINE”
3.1. Thiết kế chế tạo bộ điều khiển tự động Anten
3.1.1. Mô-tơ điều khiển góc phương vị
Việc thay đổi góc phương vị của Anten phổ kế được thực hiện bằng một
mô-tơ G-2800DXA của hãng Yeasu - Nhật Bản, với góc quay có thể thay đổi ψ
= 0
0
÷ 450
0
(Hình 3.1).

Hình 3.1
: Hệ phổ kế băng C có sử dụng các mô-tơ quay
*
Đặc trưng kỹ thuật của mô-tơ Yeasu G – 2800 DXA
:
- Điện áp lưới cung cấp: 117/220 VAC, 50/60Hz.
- Dòng điện cung cấp: 1,5A (117VAC); 0,7A (220VAC)
- Điện áp 1 chiều cung cấp cho mô-tơ : 11÷24VDC.
- Thời gian quay 360

0
: (120 ± 10 ÷ 50 ± 5) giây.
- Thời gian quay liên tục cực đại Max: 3 phút.
Mô-tơ quay góc
Phương vị
Mô-tơ quay
góc ngẩng
Anten
Băng C
Anten
Băng L

25
- Mômen quay: 800 ÷ 2,500 kgf-cm
- Mômen hãm: 25000 kgf – cm.
- Tải trọng chịu được theo phương thẳng đứng: 300 ÷ 1200 kg
- Dải góc quay : 450
±
3%.
- Cáp điều khiển: loại 6 dây.
- Đường kính trục quay:
φ 48 – 63 mm.
- Kích thước Mô-tơ:
φ200 x 345 mm.
- Kích thước hộp điều khiển mô-tơ: 200x130x193mm (W x H x D).
- Khối lượng bộ điều khiển: 3.8 kg.
3.1.2. Mô-tơ điều chỉnh góc ngẩng (Elevator).
Trong các phép đo bằng phổ kế siêu cao tần, góc ngẩng
θ
của anten đóng

vai trò quan trọng, ảnh hưởng tới cường độ phát xạ thu được bởi anten.
Do sự phụ thuộc này, cần phải đảm bảo độ chính xác góc quan sát của
anten và thang chia độ góc tới càng nh
ỏ càng tốt. Việc điều chỉnh góc ngẩng
được thực hiện bằng một mô-tơ G-550 quay 180
0
của hãng Yeasu.

Hình 3.2. là ảnh chụp của mô-tơ quay góc ngẩng và hộp điều khiển G-
550.
* Các đặc điểm kỹ thuật của Yeasu G-550.
- Điện áp lưới cung cấp: 110 –120 hoặc 220 – 240 V,
- Công suất tiêu thụ : 30VA
- Điện áp 1 chiều cung cấp cho mô-tơ : 24V.
- Thời gian quay 180
0
: ~ 67 giây.
- Mômen quay: 1400 kgf-cm