Thiết kế chế tạo phổ kế siêu cao tần băng X biểu Dicke và ứng dụng thử nghiệm trong điều tra nghiên cứu môi trường

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM



NHIỆM VỤ HỢP TÁC KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
NGHỊ ĐỊNH THƯ VIỆT NAM – BUNGARRI






BÁO CÁO TỔNG HỢP
KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI
THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ PHỔ KẾ SIÊU CAO TẦN BĂNG X KIỂU
DICKE VÀ ỨNG DỤNG THỬ NGHIỆM TRONG ĐIỀU TRA NGHIÊN
CỨU MÔI TRƯỜNG





Cơ quan chủ trì đề tài : Viện Công nghệ Vũ trụ
Chủ nhiệm đề tài : PGS. TS. Doãn Minh Chung

8488


Hà Nội - 2011

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM


NHIỆM VỤ HỢP TÁC KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
NGHỊ ĐỊNH THƯ VIỆT NAM – BUNGARRI


BÁO CÁO TỔNG HỢP
KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI
THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ PHỔ KẾ SIÊU CAO TẦN BĂNG X KIỂU
DICKE VÀ ỨNG DỤNG THỬ NGHIỆM TRONG ĐIỀU TRA NGHIÊN
CỨU MÔI TRƯỜNG


Chủ nhiệm đề tài:




PGS. TS. Doãn Minh Chung
Cơ quan chủ trì đề tài:
Viện Công nghệ Vũ trụ

PGS. TS. Phạm Anh Tuấn



Viện Khoa học và Công nghệ Việ
t Nam Bộ Khoa học và Công nghệ









Hà Nội - 2011
1

VIỆN KHOA HỌC VÀ
CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
VIỆN CÔNG NGHỆ VŨ TRỤ

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc


Hà nội, ngày tháng năm 2011

BÁO CÁO THỐNG KÊ
KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

I. THÔNG TIN CHUNG
1. Tên đề tài/dự án: Thiết kế chế tạo hệ phổ kế siêu cao tần băng X(f~10Ghz) kiểu
Dicke và ứng dụng thử nghiệm trong điều tra và nghiên cứu môi trường.
Thuộc:
- Chương trình hợp tác Nghị định thư Việt Nam- Bungari
2. Chủ nhiệm đề tài/dự án:
Họ và tên: Doãn Minh Chung
Ngày, tháng, năm sinh: 9/5/1956
Nam/ Nữ: Nam.
Học hàm, học vị: Phó Giáo sư. Tiến sĩ
Chức danh khoa họ
c: NCVC thuộc Viện Công nghệ Vũ trụ,
Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam
Chức vụ.: Viện trưởng
Điện thoại: Tổ chức: 04.37562942
Nhà riêng: 0437625234 Mobile: 0912354972
Fax: 043 7914622 E-mail:
Tên tổ chức đang công tác: Viện Công nghệ vũ trụ
Địa chỉ tổ chức: 18 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội.
Địa chỉ nhà riêng: Số 19 ngõ 60, phố Linh Lang, Ba Đình, Hà Nội
3. Tổ chức chủ trì đề tài/dự án:
Tên t
ổ chức chủ trì đề tài: Viện Công nghệ Vũ trụ
2
Điện thoại: 043.7914746 Fax: 043 7914622

E-mail:

Website:

Địa chỉ: 18 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội
Họ và tên thủ trưởng tổ chức: PGS. TS. Doãn Minh Chung
Số tài khoản: 301.01.082 Kho bạc nhà nước Cầu Giấy Hà nội
Tên cơ quan chủ quản đề tài: Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam

II. TÌNH HÌNH THỰC HIỆN
1. Thời gian thực hiện đề tài/dự án:
- Theo Hợp đồng đã ký kết: từ tháng 3 năm 2008 đến tháng 3 năm 2010
- Thực tế thực hiệ
n: từ tháng 3 năm 2008 đến tháng 3 năm 2010
2. Kinh phí và sử dụng kinh phí:
a) Tổng số kinh phí thực hiện: 1200 tr.đ, trong đó:
+ Kính phí hỗ trợ từ SNKH: 1200 tr.đ.
+ Kinh phí từ các nguồn khác: 0 tr.đ.
+ Tỷ lệ và kinh phí thu hồi đối với dự án (nếu có): 0
b) Tình hình cấp và sử dụng kinh phí từ nguồn SNKH:
Các đợt kinh phí được cấp
Theo kế hoạch Thực tế đạt được
Số
TT
Thời gian
(Tháng, năm)
Kinh phí
(Tr.đ)
Thời gian
(Tháng, năm)

Kinh phí
(Tr.đ)
Ghi chú
(Số đề nghị
quyết toán)
1 2008 500 2008 500 500
2 2009 700 2009 700 700

c) Kết quả sử dụng kinh phí theo các khoản chi:
Đơn vị tính: Triệu đồng
Theo kế hoạch Thực tế đạt được
Số
TT
Nội dung
các khoản chi
Tổng SNKH Nguồn
khác
Tổng SNKH Nguồn
khác
3
1 Trả công lao động
(khoa học, phổ
thông)
350 350 0 431,735 431,735 0
2 Nguyên, vật liệu,
năng lượng
19 19 0 19 19 0
3 Thiết bị, máy móc
455 455 0 480,88 480,88 0
4 Đoàn ra

181 181 0 117,365 117,365 0
5 Đoàn vào
81.8 81.8 0 38,02 38,02 0
6 Chi khác
113,2 113,2 0 113 113 0

Tổng cộng 1200 1200 0 1200 1200 0
Lý do thay đổi:
Thay đổi Chi phí cho nội dung trả công lao động và thiết bị máy móc tăng lên
là do điều chỉnh kinh phí đoàn vào và đoàn ra năm 2009 (số lượng đoàn vào và đoàn ra
giảm) và chuyển sang mục thuê khoán chuyên môn và thiết bị máy móc.
3. Các văn bản hành chính trong quá trình thực hiện đề tài/dự án:
(Liệt kê các quyết định, văn bản của cơ quan quản lý từ công đoạn xác định nhiệm vụ, xét
chọn, phê duyệt kinh phí, hợp đồ
ng, điều chỉnh (thời gian, nội dung, kinh phí thực hiện nếu
có); văn bản của tổ chức chủ trì đề tài, dự án (đơn, kiến nghị điều chỉnh nếu có)
Số
TT
Số, thời gian ban
hành văn bản
Tên văn bản Ghi chú
1 Số 1943/QĐ-
BKHCN ngày 17
tháng 9 năm 2007
Quyết định Về việc phê duyệt
danh mục các nhiệm vụ hợp tác
quốc tế về khoa học và công
nghệ theo nghị định thư để đưa
ra xem xét thực hiện từ năm
2008.

Do Thứ trưởng Bộ
KH&CN Nguyễn
Quốc Thắng ký.
2 Số 3025/QĐ-
BKHCN ngày 13
tháng 12 năm 2007
Quyết định về việc thành lập
Hội đồng KHCN xét duyệt đề
cương nghiên cứu Nhiệm vụ
hợp tác quốc tế về KH&Cn theo
Nghị định thư”Nghiên cưuus
chế tạo hệ phổ kế siêu cao tần
băng X và thử nghiệm ứng dụng
hệ phổ kế trong điều tra và
nghiên cứu môi trường”
Do Thứ trưởng Bộ

KH&CN Lê Đình
Tiến ký.
4
3 Hợp đồng số 06-
37 ngày 09/6/2008
Hợp đồng chế tạo phổ kế siêu
cao tần băng X
Ký với đối tác
Bungari. Công ty
Elco Star Com
4 Số 1328/QD-
KHCNVN
Quyết định về việc giao chỉ tiêu

kinh phí đợt 2 năm 2008
Do Phó Chủ tịch Viện
KHCNVN Nguyễn
Khoa Sơn ký.
5 Số 234/CNVT Công văn xin điều chỉnh kinh
phí đề tài
Có phê duyệt của Ban
KHTC
6 Ngày 07/9/2009 Công văn xin điều chỉnh kinh
phí đề tài
Có phê duyệt của Ban
KHTC
7 Ngày 14/12/2009 Công văn xin điều chỉnh kinh
phí đề tài
Có phê duyệt của Ban
KHTC

4. Tổ chức phối hợp thực hiện đề tài, dự án:

Số
TT
Tên tổ chức
đăng ký theo
Thuyết minh
Tên tổ chức đã
tham gia thực
hiện
Nội dung
tham gia chủ
yếu

Sản phẩm
chủ yếu đạt
được
Ghi
chú*
1 Viện Khoa học
Khí tượng
Thủy văn và
Môi trường
Viện Khoa học
Khí tượng Thủy
văn và Môi
trường
Phối hợp thực
hiện các phép
đo thực địa độ
ẩm đất, sinh
khối thực vật,
Cung cấp
các đặc tính
mùa vụ của
cây lúa,
ngô.

2 Viện Địa lý Viện Địa lý Nghiên cứu thổ
nhưỡng, phân
tích thành phần
đất
Dung trọng
đất, phân

tích các
thành phần
trong đất.

5
3 Viện Địện tử,
Viện HLKH
Bungari
Viện Địện tử,
Viện HLKH
Bungari
-Phối hợp thiết
kế, chế tạo 01
hệ phổ kế siêu
cao tần băng X.
- Chế tạo Anten
băng X cho Phổ
kế.
- Phối hợp
nghiên cứu ứng
dụng hệ phổ kế
tại Việt Nam
Phổ kế Siêu
cao tần băng
X

5 Công ty thiết
bị Điện tử
Viễn thông
Elco Star,

Sofia, Bungari
Công ty thiết bị
Điện tử Viễn
thông Elco Star,
Sofia, Bungari
Cung cấp các
linh kiện, các
module siêu
cao tần
Linh kiện
điện tử

6 Trường Đại
học Kỹ thuật
Varna -
Bungari

Trường Đại học
Kỹ thuật Varna -
Bungari

Thiết kế chế tạo
Anten cho phổ
kế

Thiết kế chế
tạo Anten
cho phổ kế

5. Cá nhân tham gia thực hiện đề tài, dự án:
(Người tham gia thực hiện đề tài thuộc tổ chức chủ trì và cơ quan phối hợp, không quá 10
người kể cả chủ nhiệm)

STT
Tên cá nhân đã tham gia
thực hiện
Nội dung tham gia chính
Số tháng
làm việc
Ghi
chú*
1 TS. Doãn Minh Chung Chủ nhiệm đề tài 24
2
Ths. Võ Thị Lan Anh
Nghiên cứu lý thuyết tính
toán độ ẩm đất
24
3
CN. Vũ Trung Kiên
Lập chương trình tính toán
và điều khiển phổ kế
24
4 KS. Phùng Đức Thưởng Nghiên cứu lý thuyết tính
toán độ mặn nước biển
15
6
5
KSC. Nguyễn Thành Long

Thiết kế hệ thống giá đỡ,
hệ thống cơ khí cho phổ kế
24
6
Phía Bungari
PGS.TS. Boris Vichev
24
7
TS. Kosta G. Kostov
24
8
PGS.TS.M. A . Mikhalev
18
9
TS. Lubomir K. Urshev
12
10
GS. TS. R. G Kirov
Phối hợp thiết kế, chế tạo
01 hệ phổ kế siêu cao tần
băng X.
- Chế tạo Anten băng X
cho Phổ kế.
- Phối hợp nghiên cứu ứng
dụng hệ phổ kế tại Việt
Nam.

12

Ban đầu trong danh sách tham gia đề tài còn có CN. Trần Anh Quang (Viện

Công nghệ Vũ trụ), KS. Trần Thanh Long (Viện Công nghệ Vũ trụ), tuy nhiên các
cộng sự trên đã đề nghị xin không tham gia. Bổ sung vào danh sách là KS. Phùng Đức
Thưởng (Viện Công nghệ Vũ trụ).
6. Tình hình hợp tác quốc tế:

Số
TT
Theo kế hoạch
(Nội dung, thời gian, kinh phí,
địa điểm, tên tổ chức hợp tác,
số đoàn, số lượng người tham
gia )
Thực tế đạt được
(Nội dung, thời gian, kinh phí,
địa điểm, tên tổ chức hợp tác,
số đoàn, số lượng người tham
gia )
Ghi
chú*
1 Đoàn ra
Gồm 2 đoàn CB VN sang Bun
làm việc(mối đoàn 3 người)

01 Đoàn ra(3 nguời)
Điều
chỉnh
2
Đoàn vào
Đón tiếp 2 đoàn Bungari sang
2 đợt trong 2 năm(mối đoàn 3

người)

01 Đoàn vào(3 người)
Điều
chỉnh

Lý do thay đổi:
Do xét thấy số lượng đoàn ra và đoàn vào thực tế như trên là đủ yêu cầu và hàm
lượng khoa học của đề tài.

7
7. Tóm tắt các nội dung, công việc chủ yếu:
(Nêu tại mục 15 của thuyết minh, không bao gồm: Hội thảo khoa học, điều tra khảo
sát trong nước và nước ngoài)

Thời gian
(Bắt đầu, kết thúc
- tháng … năm)
Số
TT
Các nội dung, công việc
chủ yếu
(Các mốc đánh giá chủ yếu)
Theo kế
hoạch
Thực tế đạt
được
Người,
cơ quan
thực hiện

1
Nội dung 1: Thiết kế chế tạo
hệ phổ kế siêu cao tần băng X
kiểu Dicke và xây dựng SCT
di động (Mobile Lab)

1.1
- Công việc 1: Nghiên cứu tài
liệu về các hệ phổ kế siêu cao
tần băng X, các khối chức năng
và điều khiển. Nghiên cứu các
phương pháp ứng dụng viễn
thám siêu cao tần thụ động
trong nghiên cứu và giám sát
môi trường
3-5/2008 3-5/2008 -Viện CNVT
- Viện Điện
tử, Viện HL
KH Bungari

1.2
- Công việc 2: Lựa chọn sơ đồ
mạch cho phổ kế băng X sử
dụng các linh kiện siêu cao tần.
3-6/2008 3-6/2008 -Viện CNVT
- Viện Điện
tử, Viện HL
KH Bungari
1.3
Công việc 3:

-Thiết kế, chế tạo và thử
nghiệm các module thành phần
của hệ phổ kế siêu cao tần.
- Thiết kế chế tạo Anten băng X
và thử nghiệm trong trạm đo
- Thiết kế chế tạo nguồn nuôi,
ổn nhiệt, đo đạc cho phổ kế.

- Thiết kế và phát triển phần
4-12/2008 4-12/2008 -Viện CNVT
- Viện Điện
tử, Viện HL
KH Bungari
- Công ty
Elco Star -
Bungari
-Trường ĐH
THVarna,
8
mềm giao diện cho Bộ vi xử lý
để có thể nhập, xử lý và truyền
dữ liệu vào máy vi tính (thông
qua cổng USB).
- Hoàn chỉnh phần lắp ráp, điều
chỉnh và kiểm tra phổ kế siêu
cao tần băng X.
Bungari
-Viện CNVT

2
Nội dung 2: Thử nghiệm hệ
phổ kế siêu cao tần băng X.
Ứng dụng của hệ Phổ kế và
Mobile Lab đo độ ẩm đất,
sinh khối thực vật, độ mặn
nước biển

2.1
Công việc 1
-Thử nghiệm phổ kế siêu cao
tần băng X: hệ số truyền, độ
nhạy của phổ kế, kiểm tra độ ổn
định của phổ kế, kiểm tra ảnh
hưởng của thời gian
- Thử nghiệm các thiết bị đã
được chế tạo đo độ phát xạ của
các đối tượng tự nhiên khác
nhau: bầu trời, đường nhựa,
đất
trống có độ gồ ghề khác nhau,
các loại thảm thực vật .v.v…

1-4/2009

1-4/2009
-Viện CNVT

2.2
Công việc 2
- Phát triển các phương pháp và
phần mềm dùng trong xử lý số
liệu thu được từ phổ kế đối với
các đối tượng tự nhiên.
1- 6/2009 1- 6/2009 -Viện CNVT

2.3
Công việc 3
- Tiến hành các cuộc khảo sát
viễn thám, hợp tác giữa Việt
Nam và Bungari về các đối
4-12/2009 4-12/2009 -Viện CNVT
- Viện Điện
tử, Viện HL
KH Bungari
9
tượng môi trường ở Việt Nam.
- Thảo luận về những kết quả
thu được, đưa ra những kết quả
từ dự án hợp tác Việt Nam –
Bungari. Chuẩn bị cho các công
bố khoa học.


III. SẢN PHẨM KH&CN CỦA ĐỀ TÀI, DỰ ÁN
1. Sản phẩm KH&CN đã tạo ra:
a) Sản phẩm Dạng I:

Số
TT
Tên sản phẩm và chỉ
tiêu chất lượng chủ yếu
Đơn
vị đo
Số
lượng
Theo kế hoạch
Thực tế
đạt được
1 Hệ phổ kế băng X kiểu
Dicke
Với các thông số kỹ
thuật như sau:
- Tần số trung tâm:
(10.95
÷
11.25) GHz
- Dải thông: 30 MHz
- Nhiệt độ đầu vào của
Anten: 5 - 320K
- Độ nhạy: 0.3K
- Thời gian tích phân:
1s
- Độ rộng chùm tia
chính của Anten: 17
o
-Tín hiệu ra: tần số từ
500 - 8000Hz (điện áp

1chiều: 0 - 3V)
- Màn hình tinh thể lỏng
- Thiết bị vi điều khiển
và vi xử lý số (Micro-
controller - µC)
Hệ 01 Hệ phổ kế băng X
kiểu Dicke
Với các thông số
kỹ thuật như sau:
- Tần số trung
tâm: (10.95
÷

11.25) GHz
- Dải thông: 30
MHz
- Nhiệt độ đầu vào
của Anten: 5 -
320K
- Độ nhạy: 0.3K
- Thời gian tích
phân: 1s
- Độ rộng chùm
tia chính của
Anten: 17
o
-Tín hiệu ra: tần
số từ 500 -
8000Hz (điện áp
1chiều: 0 - 3V)

Hệ phổ kế băng X
kiểu Dicke
Với các thông số kỹ
thuật như sau:
- Tần số trung tâm:
(10.95
÷
11.25)
GHz
- Dải thông:30 MHz

- Nhiệt độ đầu vào
của Anten: 5 - 320K

- Độ nhạy: 0.3K
- Thời gian tích
phân: 1s
- Độ rộng chùm tia
chính của Anten:
17
o
-Tín hiệu ra: tần số
từ 500 - 8000Hz
(điện áp 1chiều: 0 -
3V)
10
- Màn hình tinh
thể lỏng
- Thiết bị vi điều
khiển và vi xử lý

số (Micro-
controller - µC)
- Màn hình tinh thể
lỏng
- Thiết bị vi điều
khiển và vi xử lý số
(Micro-controller -
µC)
2
Trạm đo siêu cao tần di
động đa tần số (băng L,
C, X) bao gồm:
- 3 hệ phổ kế băng
L,C,X
- Hệ thống Anten
- 02 máy PC Laptop
- Hệ cơ khí gá lắp chính
xác
- 01 máy phát điện
850W,
01
Trạm đo siêu cao
tần di động đa tần
số (băng L, C, X)
bao gồm:
- 3 hệ phổ kế băng
L,C,X
- Hệ thống Anten
- 02 máy PC
Laptop

- Hệ cơ khí gá lắp
chính xác
- 01 máy phát
đi
ện 850W,
Trạm đo siêu cao
tần di động đa tần
số (băng L, C, X)
bao gồm:
- 3 hệ phổ kế băng
L,C,X
- Hệ thống Anten
- 02 máy PC Laptop
- Hệ cơ khí gá lắp
chính xác
- 01 máy phát điện
850W,

b) Sản phẩm Dạng II: Phần mềm điều khiển hệ phổ kế trên PC
Yêu cầu khoa học cần đạt
Số
TT
Tên sản phẩm
Theo kế hoạch
Thực tế đạt
được
Ghi chú,
Tự nhận
xét
1 Phần mềm XDP thu nhận và

xử lý số liệu cho Phổ kế
băng X, hiển thị phổ tín hiệu
on-line, tính toán độ ẩm đất,
độ ẩm sinh khối lớp thực vật
có thân, lá nhỏ, tính toán độ
mặn nước biển SSS
- Phần mềm có
tính chính xác
cao, được ghép
nối với phổ kế
qua chuẩn USB
- Giao diện đẹp,
thân thiện và dễ
sử dụng đối với
người dùng
- Phần mềm
có tính chính
xác cao, được
ghép nối với
phổ kế qua
chuẩn USB
- Giao diện
đẹp, thân thiện
và dễ sử dụng
đối với người
dùng
Hoàn thành
tốt viết
chương
trình điều

khiển phổ
kế
Radiometer
phiên bản
5.0
11
c) Sản phẩm Dạng III: Bài báo, báo cáo đề tài

Yêu cầu khoa học cần đạt
Số
TT
Tên sản phẩm
Theo kế
hoạch
Thực tế đạt được
Ghi chú,
Tự nhận
xét
1
Báo cáo KH tại các hội
nghị trong và ngoài
nước

- 01 báo cáo in tại NXB
Khoa học tự nhiên và Công
nghệ
- 01 Low-cost-X-Band
microwave Dicke-type
radiometer using
components for satellite TV

receivers
- Microwave Remote
Sensing

2 Bài báo khoa học
Bulgarian Academy of
Sciences – Monthly
Information Bulletin about
Science and Technology

3 Báo cáo tổng hợp
Kết quả KHCN đề tài
Viết báo
cáo tổng
hợp
Hoàn thành báo cáo tổng
hợp

4 Báo cáo tổng kết
Nội dung thực hiện các
nhiệm vụ và kết quả
KHCN của đề tài
Viết báo
cáo tổng
kết đề tài
Hoàn thành báo cáo tổng kết

d) Kết quả đào tạo
Số lượng
STT Cấp đào tạo, Chuyên ngành đào tạo

Theo kế
hoạch
Thực tế đạt
được
Ghi chú
(thời gian
kết thúc)
1 Thạc sỹ: Ngành Viễn thám siêu cao tần1 0


2 Tiến sỹ: Ngành Viễn thám siêu cao tần 0 1



12
Lý do thay đổi:
- Ths. Ngô Tuấn Ngọc, công tác tại tổ Vật lý kĩ thuật, khoa Vật lý, ĐHSP Thái Nguyên
đã đặt vấn đề làm luận án Tiến sỹ ngành Viễn thám siêu cao tần với chủ nhiệm đề tài
năm 2010. Đầu năm 2011, Ths. Ngô Tuấn Ngọc đã đăng kí nghiên cứu về vấn đề:
“Ứng dụng phổ kế siêu cao tần trong nghiên cứu và giám sát môi trường” do PGS. TS
Doãn Minh Chung hướng dẫn.
2. Đánh giá về hiệu qu
ả do đề tài, dự án mang lại:
a) Hiệu quả về khoa học và công nghệ:
(Nêu rõ danh mục công nghệ và mức độ nắm vững, làm chủ, so sánh với trình độ công
nghệ so với khu vực và thế giới…)
Hệ Phổ kế, Trạm đo siêu cao tần di động và phương pháp viễn thám siêu cao
tần thụ động - sản phẩm của đề tài - sẽ được sử dụng phục vụ nghiên cứu độ ẩm
đất,
sinh khối thực vật, độ mặn mặt biển, phân bố độ mặn nước biển trong nước và trao đổi

hợp tác với quốc tế về lĩnh vực này. Đây là lĩnh vực nghiên cứu rất quan trọng của
viễn thám được nhiều nước tiên tiến quan tâm, nhưng còn chưa phát triển mạnh ở Việt
Nam. Phương pháp này có thể được ứng dụng trong quan sát các đối tượng vào ban
đêm phụ
c vụ an ninh quốc phòng (do đặc điểm của phổ kế siêu cao tần thu được năng
lượng phát xạ của các đối tượng không phụ thuộc ngày/đêm), tuy nhiên trong phạm vi
Nhiệm vụ này vấn đề trên chưa được đặt ra.
b) Hiệu quả về kinh tế xã hội:
(Nêu rõ hiệu quả làm lợi tính bằng tiền dự kiến do đề tài, dự án tạo ra so với các sản
phẩm cùng loại trên thị
trường…)
Là phương pháp nghiên cứu mới, ứng dụng khoa học viễn thám và công nghệ
vũ trụ trong nhiều nghành kinh tế xã hội (nông nghiệp, khí tượng, thuỷ văn, thuỷ hải
sản, vv v.)
3. Tình hình thực hiện chế độ báo cáo, kiểm tra của đề tài, dự án:
Số
TT
Nội dung
Thời gian
thực hiện
Ghi chú
(Tóm tắt kết quả, kết luận
chính, người chủ trì…)
I Báo cáo định kỳ
Lần 1 Tháng 3/2010 Có báo cáo kèm theo
II Kiểm tra định kỳ
Lần 1 Tháng 6/2010 Có biên bản kèm theo

13
IV. KẾT LUẬN

Đề tài đã được hoàn thành sau thời gian 2 năm với các kết quả nghiên cứu bằng
3 phương pháp khác nhau đã được so sánh và khá phù hợp với nhau, khẳng định tính
khoa học đúng đắn của phương pháp nghiên cứu, cũng như chất lượng của sản phẩm
đề tài là hệ phổ kế siêu cao tần băng X.
Đề tài xin ghi nhận sự đóng góp lớn lao với trình độ khoa học công nghệ cao,
sự tậ
n tụy với công việc, sự ủng hộ nhiệt thành với truyền thống hữu nghị tốt đẹp của
Bộ Khoa học và Giáo dục Bungari, Viện Điện tử - Viện Hàn lâm Khoa học Bungari,
các cán bộ khoa học tham gia đề tài, đặc biệt là GS.Boris Vichev và GS. Kosta Kostov
thuộc Viện Điện tử, Viện Hàn lâm Khoa học Bungari.
Trong thời gian thực hiện đề tài, đề tài luôn nhận được sự động viên, ủng hộ và
giúp đỡ
quý báu của Lãnh đạo và các Vụ chức năng của Bộ Khoa học & Công nghệ,
Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Viện Vật lý, Viện Công nghệ vũ trụ, sự hợp
tác hiệu quả của các cán bộ khoa học Viện Địa lý, Viện Nghiên cứu Tài nguyên và
Môi trường biển thuộc Viện KH & CNVN, Viện KHCN Khí tượng Thuỷ văn và Môi
trường thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trường, cũng như sự cố gắng hết s
ức của các cán
bộ Viện Công nghệ vũ trụ tham gia đề tài.
Chúng tôi xin bày tỏ sự cảm ơn chân thành đến các Cơ quan trên và mong muốn sẽ
tiếp tục nhận được sự hợp tác, giúp đỡ trong nghiên cứu khoa học và triển khai ứng
dụng, góp phần vào việc xây dựng và phát triển ngành khoa học công nghệ vũ trụ của
đất nước./.





Chủ nhiệm đề tài
(Họ tên, chữ ký)

Hà n
ội, ngày tháng năm 2011

Thủ trưởng tổ chức chủ trì
(Họ tên, chữ ký và đóng dấu)



2
MỤC LỤC

CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 3

CHƯƠNG I. GIỚI THIỆU CHUNG 4
CHƯƠNG II. THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ PHỔ KẾ SIÊU CAO TẦN BĂNG X 8
2.1. Phân loại các phổ kế siêu cao tần (RDM) 8
2.1.1. Phổ kế siêu cao tần kiểu công suất toàn phần 8
2.1.2. Phổ kế siêu cao tần kiểu Dicke 9
2.1.3. Phổ kế siêu cao tần kiểu bù tạp âm 10
2.2. Thiết kế chế tạo hệ phổ kế siêu cao tần băng X kiểu Dicke 12
2.3. Mô tả hoạt động của phổ kế 25
2.3.1. Phương thức hoạt động 25
2.3.2. Chuẩn hóa phổ kế 29
2.3.3. Kiểm tra hiệu suất 31
2.3.4. Bảo trì 31
2.3.5. Xử lý sự cố 32
2.3.6. Các thông báo về lỗi làm việc của thiết bị 32
2.4. Chỉ tiêu kỹ thuật của phổ kế SCT băng X 33
CHƯƠNG III. THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ VÀ PHẦN MỀM ĐIỀU

KHIỂN TỰ ĐỘNG ĐO CỦA HỆ PHỔ KẾ SIÊU CAO TẦN 35

3.1. Thiết kế chế tạo bộ điều khiển tự động Anten 35
3.1.1. Gia công hệ cơ khí điều khiển anten. 35
3.1.2. Mô-tơ điều khiển góc phương vị 36
3.1.3. Mô-tơ điều chỉnh góc ngẩng (Elevator). 36
3.1.4. Thiết bị điều khiển tự động các góc quay của anten 37
3.1.5. Thiết bị giao tiếp và tự động điều khiển anten 39
3.1.6. Chương trình phần mềm giao tiếp và tự động điều khiển anten 42
CHƯƠNG IV. ỨNG DỤNG PHỔ KẾ SIÊU CAO TẦN BĂNG X TRONG ĐIỀU
TRA NGHIÊN CỨU MÔI TRƯỜNG 48

4.1. Ứng dụng hệ phổ kế siêu cao tần đo độ ẩm đất và sinh khối thực vật 48
4.1.1. Thí nghiệm đợt 1 tại Hoài Đức 51
4.1.2. Thí nghiệm đợt 2 hỗn hợp Việt Nam – Bungari 53
4.1.3. Xử lý số liệu đo 54
4.2. Ứng dụng hệ phổ kế siêu cao tần đo độ mặn nước biển 66
4.2.1. Mô tả thực nghiệm 66
4.2.2. Xứ lý số liệu và kết quả 71
4.2.3. So sánh với kết quả đo của vệ tinh AQUA-MODIS 85
CHƯƠNG V. KẾT LUẬN 88
TÀI LIỆU THAM KHẢO 89

3
CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
A – Anten
BPF – Bộ lọc thông dải
BCDf – Các phím chuyển đổi theo mã nhị phân để điều chỉnh tần số làm
việc
BUT – Nút điều khiển

CF – Tần số trung tâm
F
Ri
– Giá trị tức thời của tần số đầu ra
HB – Hệ thống sưởi nhiệt ở đáy thiết bị
HT – Hệ thống sưởi nhiệt ở trên nắp thiết bị
INT – Bộ tích phân
K
a
– Hiệu suất gten
K
rm
– Hệ số truyền tải siêu cao tần
LFA – Bộ khuếch đại tạp âm thấp
LNB – Bộ biến đổi tần số tạp âm thấp
LCD – Màn hình hiển thị
MC – Thiết bị điều khiển siêu cao tần
PSA – Nguồn nuôi cho phần A
PSB – Nguồn nuôi cho phần B
SQD – Bộ tách sóng bình phương
SD – Bộ tách sóng đồng bộ
SCT Siêu cao tần
T
a
– Nhiệt độ Anten
T
b
– Nhiệt độ phát xạ
T
ml

– Nhiệt độ của tải phối hợp
T
n
– Nhiệt độ tạp âm của khối chuyển đổi tạp âm thấp
T
BM
– Nhiệt độ phát xạ của đối tượng quan trắc tương ứng với búp sóng
chính ở Anten
T
BM
α

– Nhiệt độ phát xạ của bầu trời
T
BM
µ
– Nhiệt độ phát xạ của vật đen
T
BS
– Nhiệt độ phát xạ tương ứng với búp sóng phụ ở Anten
T
OA
– Nhiệt độ vật lý của Anten
TC
S
Hệ số truyền của hệ thống phổ kế siêu cao tần
TUN – Bộ điều hướng thu nhận tín hiệu vệ tinh
Uf – Điện áp trung tần
Var (F
R

) – Độ lệch tần số đầu ra
VFC – Bộ biến đổi điện áp - tần số
β – Hệ số tán xạ toàn phần của Anten
ηA – Hiệu suất bức xạ Anten
XRM Phổ kế siêu cao tần băng X

4
CHƯƠNG I. GIỚI THIỆU CHUNG

Trong 10 năm hợp tác khoa học công nghệ với Viện Điện tử, Viện HLKH
Bungari, Phòng Kỹ thuật viễn thám thuộc Viện Vật Lý, nay chuyển thành Phòng
Nghiên cứu và Chế tạo thiết bị - Viện Công nghệ vũ trụ, là đơn vị đầu tiên ở Việt
Nam đã và đang tiến hành các nghiên cứu chuyên sâu về thiết kế chế tạo các hệ phổ
kế siêu cao tần và triển khai ứng dụng của vi
ễn thám siêu cao tần thụ động trong điều
tra và nghiên cứu môi trường. Các nghiên cứu tương tự đã được thực hiện từ đầu thập
kỷ 80 của thế kỷ trước tại nhiều nước trên thế giới (Nga, Mỹ, Nhật Bản, Ấn Độ, v.v.)
và đang tiếp tục phát triển, mở ra các ứng dụng mới nhằm nghiên cứu môi trường, đặc
biệt là sự biến độ
ng của môi trường do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu toàn cầu.
Khác với nguyên lý ứng dụng của viễn thám tích cực (active) – nghiên cứu
hiện trạng bề mặt Trái đất dựa trên việc xử lý tín hiệu phản xạ từ bề mặt Trái đất dưới
tác động của chùm tia phát ra từ vệ tinh, nguyên lý ứng dụng của viễn thám thụ động
(passive) dựa trên sự phân tích phổ năng lượng tự phát x
ạ từ bản thân các đối tượng
tự nhiên do sự biến đổi năng lượng bên trong đối tượng, phụ thuộc vào thành phần,
cấu trúc vật chất của đối tượng và sự tác động của môi trường xung quanh dưới bức
xạ nhiệt của Mặt trời. Vì vậy, trong một số nghiên cứu, viễn thám thụ động cho kết
quả chính xác hơn, phù hợp với các nghiên cứu cơ bản về
vật chất và môi trường.

Trong viễn thám siêu cao tần thụ động, cường độ bức xạ tự nhiên của các đối
tượng phụ thuộc vào các thông số như nhiệt độ vật lý, hằng số điện môi, thành phần
tạp chất, hàm lượng nước, cấu trúc vật chất, v.v. Do làm việc ở dải tần số siêu cao
(microwave), bức xạ này không phụ thuộc vào ánh sáng quang học (ngày/đêm), ít bị
hấp thụ
bởi các lớp mây, vì vậy mở rộng được khả năng ứng dụng.
Trong thời gian 2000-2002, Viện Vật lý thuộc Viện Khoa học và Công nghệ
Việt Nam đã được Bộ Khoa học và Công nghệ giao thực hiện nhiệm vụ hợp tác Nghị
định thư với Viện Điện tử, Viện HLKH Bungari “Nghiên cứu ứng dụng viễn thám
siêu cao tần thụ động trong điều tra điều ki
ện 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,
với việc thiết kế chế tạo và ứng dụng hệ phổ kế siêu cao tần băng L (f=1.4GHz)
nghiên cứu 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,
đồ
i chè, v.v. Các số liệu đo đã được xử lý theo phương pháp viễn thám siêu cao tần
thụ động và thu được kết quả phù hợp với các phương pháp kinh điển [12].
Để mở rộng khả năng nghiên cứu viễn thám đối với thảm thực vật, trong thời
gian 2005-2006, Bộ Khoa học và Công nghệ đã giao cho Viện Vật Lý tiếp tục thực

5
hiện đề tài hợp tác Nghị định thư với Viện Điện tử, 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”.
Đề tài đã được nghiệm thu xuất sắc, phổ kế siêu cao tầ
n băng C đã được đưa vào ứng
dụng kết hợp với phổ kế băng L trong nghiên cứu độ ẩm đất, sinh khối thảm thực vật
và nhiệt độ mặt nước biển [13], đặc biệt các tác giả đã ứng dụng thành công các phổ
kế băng L & C trong thí nghiệm viễn thám hàng không xây dựng bản đồ độ ẩm đất

vùng đồng bằng trung du Bắc bộ [14].
Để nghiên cứu
độ mặn mặt nước biển (SSS), các tác giả đã nhận thấy, sự nhấp
nhô của mặt nước biển là một tham số ảnh hưởng lớn đến độ chính xác của phép đo.
Mặc dù các chuyên gia Bungari đã đưa ra một số mô hình để hiệu chỉnh sai số, nhưng
kết quả thu được vẫn còn hạn chế. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, để thu được kết quả
chính xác hơ
n đối với độ mặn mặt nước biển, cần thiết phải có thêm 1 hệ phổ kế ở
băng X, có bước sóng λ ≈ 2.7cm.
Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, do đặc tính sóng điện từ chỉ tương tác mạnh với
các phần tử của môi trường có kích thước cỡ chiều dài bước sóng của nó, hệ phổ kế
đa tần (băng L, C, X) có thể được mở rộ
ng ứng dụng để nghiên cứu nhiều loại đối
tượng tự nhiên khác nhau, hoặc khi nghiên cứu một loại đối tượng tự nhiên nào đó, sẽ
cho kết quả chính xác hơn. Vì vậy, trong giai đoạn 2008-2009, Bộ Khoa học và Công
nghệ đã giao cho Viện Công nghệ vũ trụ chủ trì thực hiện đề tài hợp tác Nghị định thư
với Viện Điện tử, Viện HLKH Bungari “Thiết kế
chế tạo hệ phổ kế siêu cao tần
băng X kiểu Dicke và ứng dụng thử nghiệm trong điều tra và nghiên cứu môi
trường”.
Để thực hiện đề tài, nhóm tác giả đã tiến hành nghiên cứu sơ đồ chức năng của
Phổ kế siêu cao tần kiểu Dicke, chọn các linh kiện phù hợp, xây dựng sơ đồ nguyên
lý của từng cụm thiết bị (module), lắp ráp, điều chỉnh các module, tích h
ợp thiết bị,
thử nghiệm và kiểm tra các thông số kỹ thuật. Sau đó, hệ phổ kế đã được thử nghiệm
ứng dụng đo đạc các thông số của môi trường.
Ngay từ khi Bộ Khoa học và Công nghệ chưa ký Hợp đồng giao nhiệm vụ,
nhóm cán bộ thực hiện đề tài đã tiến hành thảo luận với các đồng nghiệp Bungari
nghiên cứu thiết kế Phổ kế
SCT băng X, đặt mua linh kiện, thử nghiệm các module

điện tử chức năng, lắp ráp và thử nghiệm toàn bộ thiết bị theo tiêu chuẩn quốc tế.
Để thực hiện nhiệm vụ hợp tác, đề tài đã hoàn thành 3 chuyến công tác trao đổi
khoa học (2 đoàn ra và 1 đoàn vào).


6
Theo Kế hoạch đã được ký kết giữa 2 bên: Viện Công nghệ vũ trụ, Viện
KHCNVN và Viện Điện tử, Viện HLKH Bungari, tiến độ thực hiện Nhiệm vụ được
tóm tắt như sau:
 Tháng 12/2007 – 2/2008: Trao đổi thiết kế XRM giữa 2 bên
 Tháng 2/2008 – 10/2008: Lắp ráp, thử nghiệm trong phòng thí nghiệm hệ
phổ kế XRM (tại Bungari)
 Tháng 6/2008: Chuyến thăm đầu tiên của đoàn Việt Nam đến Bungari, v
ới
mục đích:
o Thống nhất kế hoạch thực hiện Nhiệm vụ hợp tác NĐT trong 2 năm
2008-2009
o Tham gia thử nghiệm các khối chức năng (module) của hệ phổ kế
o Thảo luận nội dung và tiến độ công việc thực hiện trong 2 năm
o Thống nhất kế hoạch các chuyến thăm vào tháng 10/2008 của đoàn Việt
Nam và tháng 11/2009 của đoàn Bungari, theo
đó:
• Tháng 10/2008: đoàn Việt Nam sẽ sang Bungari để thử nghiệm
hệ phổ kế trong phòng thí nghiệm và ngoài hiện trường, thực
hiện một số phép đo thử nghiệm, đưa hệ thiết bị về Việt Nam
• Tháng 11/2009: đoàn Bungari sang Việt Nam để tiến hành các
phép đo phối hợp, ứng dụng hệ phổ kế XRM đo các thông số
môi trường, bao gồm: độ ẩm đất, sinh khố
i thực vật và độ mặn
nước biển (SSS)

o Trong khoảng thời gian từ 11/2008 – 11/2009: Nhóm cán bộ Việt Nam
đã hoàn thành các công việc như sau:
• Thiết kế chế tạo hệ cơ khí thông minh cho phổ kế;
• Chế tạo thiết bị ghép nối XRM-PC tự động thu thập và xử lý số
liệu đo của phổ kế, hiển thị phổ “on-line”;
• Viết chương trình phần m
ềm điều khiển Anten và tự động thu
thập, xử lý số liệu, cài đặt vào PC.
• Tiến hành đo thử nghiệm độ ẩm đất, sinh khối thực vật bằng phổ
kế XRM, tính toán số liệu để chuẩn bị làm việc với chuyên gia
Bungari
• Chuẩn bị khu vực thí nghiệm, thiết bị để tiến hành đợt đo phối
hợp với chuyên gia Bungari vào cuối nă
m 2009
o Tháng 11/2009: Đoàn Bungari sang thăm Việt Nam, đã tiến hành các
công việc như sau:

7
• Seminar về thiết kế chế tạo và ứng dụng hệ phổ kế XRM
• Thực hiện 2 chuyến đo phối hợp sử dụng XRM:
 Đo độ ẩm đất, sinh khối thực vật tại Trung tâm Khí tượng
nông nghiệp đồng bằng Bắc Bộ, Hoài Đức, Hà Nội
 Đo độ mặn nước biển tại vùng biển Đồ Sơn, Hải phòng
•
Xử lý sơ lược số liệu đo của 2 đợt thực nghiệm
o Từ tháng 12/2009 – 8/2010: Nhóm cán bộ Việt Nam thực hiện các công
việc như sau:
• Xử lý và tổng hợp các số liệu thực nghiệm của 2 năm 2008-2009
• Viết báo cáo nghiệm thu Nhiệm vụ
• Nghiệm thu Nhiệm vụ cấp cơ sở.

Trong quá trình thực hiện Nhiệm vụ, theo đề nghị củ
a các chuyên gia Bungari,
cần kéo dài thêm thời gian 4 tháng để xử lý số liệu độ mặn nước biển, hiệu chỉnh độ
nhấp nhô do sóng biển khá lớn, và so sánh với kết quả thu được từ ảnh MODIS từ
Trạm thu của Viện Vật Lý, Viện KH&CNVN trong cùng thời gian đo với thực
nghiệm tại biển Đồ Sơn, Hải Phòng.
Đề tài đã hoàn thành và đạt được các kết quả như đăng ký, qua đó đã ti
ếp thu
được nhiều sản phẩm công nghệ cao, quy trình đo và giám sát các tham số của môi
trường, học hỏi được nhiều kiến thức quý báu của các chuyên gia Bungari, tiếp tục
khai thác các thiết bị đã có trong nghiên cứu ứng dụng viễn thám siêu cao tần các đối
tượng tự nhiên và môi trường.




8
CHƯƠNG II. THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ PHỔ KẾ SIÊU CAO TẦN BĂNG X
2.1. 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 k
ế đơn tần (single
beam RDM) có Anten có thể quay ở các góc tới khác nhau. Phổ kế quay bao
gồm Anten, Máy thu, Bộ chỉ thị, được mô tả như trong hình 2.1.
Máy thu Bộ chỉ thị
Anten

B, G P=k.B.G




Hình 2.1. Sơ đồ khối tổng quát Phổ kế siêu cao tần



Trong hình 2.1, 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
(2.1)
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 :
2.1.1. 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 2.2.

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




9
Phổ kế kiểu công suất toàn phần (Total Power Radiometer– TPR) hoạt động
theo nguyên lý sau: Anten (được thiết kế chỉ nhạy với tần số f ± ∆f) thu năng lượng
phát xạ 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 T
A
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 T
A
và hạ 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
[1].
Điện áp ra được tính bằng công thức sau :
V
ra
= c. (T
A
+ T
N
). G (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
+
=∆ (2.3)
trong đó, B - dải thông của KĐ trung tần, τ - hằng số tích phân của bộ tích phân.
2.1.2. 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), 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 có độ
ổn định rất cao, gọi là phổ kế kiểu Dicke [1]. Nguyên lý của phổ kế kiểu Dicke là
không đo trực tiếp nhiệt độ anten T
A
, mà đo độ 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 2.3.

10

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 2.3
. 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 Ts, 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
) (2.4)
Do T
s
<< τ, nên trong chu kỳ Ts, 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 (2.5)
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
[13]:

τ
.
.2
B

TT
T
NA
+
=∆
(2.6)
2.1.3. Phổ kế siêu cao tần kiểu bù tạp âm
Đây là kiểu phổ kế có sai số tuyệt đối nhỏ nhất trong các loại phổ kế quay, vì
tín hiệu ra không phụ thuộc vào hệ số khuếch đại của máy và nhiệt độ tạp âm [12].
Theo công thức (2.5) đối với Phổ kế kiểu Dicke :
V
ra
= c.(T
A
– T
R
).G

11
nhận thấy V
ra
sẽ không phụ thuộc vào G và T
N
nếu thoả mãn điều kiện sau :
T
A
– T
R
= 0 (2.7)
Phổ kế siêu cao tần kiểu bù tạp âm là loại phổ kế đặc biệt thực hiện điều kiện

(2.7) một cách liên tục bằng mạch hồi tiếp kiểu Servo (Hình 2.4).


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 2.4

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


Từ sơ đồ khối Hình 2.4, 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 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 (2.8)
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 (2.8), ta có:
T
A

= T
R
– T
i
(2.9)
Từ biểu thức (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 (2.9), 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.
Nhóm cán bộ tham gia đề tài đã hợp tác với các chuyên gia Bungari thiết kế
chế t
ạo phổ kế SCT kiểu bù tạp âm (băng L, năm 2000), kiểu công suất toàn phần
(băng C, năm 2006), và kiểu Dicke (băng X, năm 2008 trong đề tài này).