nghiên cứu nguyên lý hoạt động của máy đo đa năng gmdss test box_có bản vẽ chi tiết

. LỜI NÓI ĐẦU
Thông tin liên lạc đóng một vai trò vô cùng quan trọng trong mọi lĩnh vực của
cuộc sống. Nó có mặt trong mọi hoạt động của cuộc sống hàng ngày.
Thông tin liên lạc có trong mọi ngành như: Ngành hàng không , ngành hàng
hải,ngành kinh tế…Cũng như trong mọi lĩnh vực khác thông tin liên lạc hàng hải
cũng đặt ra những yêu cầu khắt khe như chính xác,nhanh chóng, kịp thời và các
trang thiết bị cũng phải phù hợp với chi phí kinh tế.
Các tổ chức viên thong quốc tế đã có những qui định và điều khoản cụ thể trong
thong tin liên lạc hàng hải:Các tàu,các đài bờ…trang bị hệ thống thông tin liên lạc
hàng hải phải trang bị các thiết bị tối thiểu để đảm bảo thông tin liên lạc. Vì thế các
thiết bị thu phát phải có các thông số kỹ thuật như : công suất , độ nhạy…có độ
chính xác cao. Chính vì thế việc đo đạc và cho được kết quả tương đối chính xác về
một số chỉ tiêu kỹ thuật là hết sức quan trọng và cần thiết. Xuất phát từ lí do đó mà
em đã mạnh dạn nhận đề tài “Nghiên cứu nguyên lý hoạt động của máy đo đa
năng GMDSS TEST BOX”.
Đề tài của em được chia làm 3 chương như sau:
Chương I: Những qui định về trang thiết bị thông tin trên tàu trong hệ thống
GMDSS.
Chương II: Cơ sở lý thuyết đo lường
Chương III: Đi sâu nghiên cứu nguyên lý hoạt động của thiết bị đo
GMDSS TEST BOX.
Tuy nhiên,trong quá trình làm đề tài do thời gian và vốn kiến thức bản thân có
hạn nên đề tài của em không tránh khỏi những hạn chế, thiếu sót nhất định. Em rất
mong được thầy cô và các bạn đóng góp ý kiến để đề tài của em được hoàn thiện
hơn nữa.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với các thầy cô giáo trong khoa Điện-
Điện tử tàu biển về sự quan tâm và những kiến thức quí báu mà em đã tiếp thu được
trong suốt những năm qua.
Trong thời gian làm đề tài em xin trân trọng cảm ơn các thầy cô giáo trong tổ bộ
môn Điện tử viễn thông , đặc biệt là thầy giáo Th.S Nguyễn Ngọc Sơn, người đã
tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện giúp đỡ cho em hoàn thành đồ án tốt

nghiệp
Hải phòng: ngày 14 tháng 02 năm 2010
Sinh viên:Nguyễn Viết Công
1
MỤC LỤC
Chương I:Những qui định về trang thiết bị thông tin trên tàu trong hệ thống
GMDSS.
1.1.Các trang thiếtt bị thông tin VTĐ trong hệ thống GMDSS trang bị cho
các tàu biển
1.2.Các thiết bị kiểm tra chuyên dụng trong thông tin hàng hải.
Chương II: Cơ sở lý thuyết đo lường và nguyên lí hoạt động của thiết bị thu phát.
2.1. Cơ sở lý thuyết đo lường.
2.1.1. Phương pháp đo công suất.
2.1.2. Phưong pháp đo tần số.
2.1.3. Phương pháp đo độ lệch pha
2.2. Đo tín hiệu điều chế và phân tích phổ tín hiệu.
ChươngIII: Đi sâu nghiên cứu nguyên lý hoạt động của thiết bị đo GMDSS
TEST BOX.
3.1. Thu và phát trên kênh DISTRESS.
3.2.Đo độ lệch trên kênh 6.
3.3.Đo công suất VHF.
3.4.Đo tần số từ 0,4 ÷ 475Mhz.
3.5.Đo tần số,dữ liệu và mức tín hiệu của EPIRB.
3.6.Phát bức điện của Navtex.
3.7.Chức năng test AIS.
Chương I : Những qui định về trang thiết bị thông tin trên tàu trong hệ
thống GMDSS.
2
1.1. Các trang thiết bị thông tin VTĐ trong hệ thống GMDSS trang bị cho các tàu
biển

-Năm 1988 thì hệ thống an toàn và cưu nạn hàng hải toàn cầu đã được
thong qua,gọi tắt là GMDSS.
- GMDSS : Global Maritime Distress and Safety System.
- Hệ thống GMDSS do IMO đè xướng và phát triển.
-Có sự hợp tác của nhiều tổ chức quốc tế khác,như :
ITU,INMARSAT,COMPAS-SARSAT…
-GMDSS bắt đầu có hiệu lực (từng phần) 1/2/1992
-GMDSS bắt đầu có hiệu lực (đầy đủ) 1/2/1999
a/ Qui định chung cho tất cả các tàu hoạt động trên biển (không phụ thuộc
vào vùng biển mà tàu hoạt động).
- Mỗi một tàu hoạt động trên biển bắt buộc phải được trang bị các that bị sau
đây trong hệ thống GMDSS mà không phụ thuộc vào vùng biển mà tầu hoạt
động:
+ Máy thu phát VHF :
- Có khả năng thu phát và trực canh liên tục bằng DSC trên kênh 70.
- Có các tần số của kênh thoại156.8Mhz kênh 16).
Thiếthu phát D phát VHF SC trên kênh 70 có thể là độc lập hoặc kết hợp
với that bị thu thoại.
+ Thiết bị phản xạ Radar –Radar transponder hoạt động trên tần số 9GHz
phục vụ cho tìm kiếm và cứu nạn – SART.
+ Thiết bị thu nhận thông tin an toàn hàng hải MSI : Máy thu NAVTEX
nếu tàu hoạt động trong vùng biển có dịch vụ NAVTEX quốc tế.Nếu tàu
hoạt động ở các vùng biển không có dịch vụ NAVTEX quốc tế, thì phải
được trang bị them một máy thu gọi nhóm tăng cường EGC.
+ Phao định vị vô tuyến qua vệ tinh :Có khả năng phát báo động cấp cứu
qua vệ tinh quĩ dạo cực hoạt động trên tần số 406Mhz. Hoặc nếu tàu chỉ
hoạt động ở vùng bao phủ của vệ tinh INMARSAT, thì EPIRB vệ tinh
phải có khả năg phát báo cấp cứu qua vệ tinh địa tĩnh INMARSAT hoạt
động ở băng L.Phao định vị vô tuyến này phải được đặt ở vị trí dễ dàng,
thuận tiện, có khả năng hoạt động bằng tay,tự nổi khi tàu chìm đắm và tự

động hoạt động khi nổi.
3
b/ Trang thiết bị vô tuyến điện cho tàu chạy vùng biển A1.
- Tất cả các tàu khi hoạt động trong vùng biển A1, ngoài các trang that bị
qui định chung, còn phải bắt buộc trang bị một trong các that bị sau.
+ VHF DSC>
+ EPIRB vệ tinh hoạt động trên tần số 406Mhz, hoặc that bị thu phát MF
gọi chọn số DSC
+ That bị thu phát HF gọi chọn số DSC
+ EPIRB INMARSAT hoạt động trên băng L
- Với các thiết bị VHF cũng phải có khẳ năng phát và thu bằng thoại
nhưng thông tin thông thường.
c/ Trang thiết bị vô tuyến điện cho tàu chạy vùng biển A1,A2:
- Tất cả các tàu khi hoạt động ngoài vùng biển A1 nhưng trong vùng
biển A2,phải trang bị thêm :
+ Thiết bị MF, có thể thu phát tín hiệu cấp cứu bằng DSC trên tần số
2187.5Khz và trên tần số 2182 Khz bằng thông tin vô tuyến điện thoại.
+ Máy thu trực canh DSC có khả năng duy trì liên tục việc trực canh
trên tần số 2187.5Khz.
+ Một tín hiệu phát báo động cấp cứu chiều từ tàu đến bờ (ngoài thiết bị
MF), có thể là EPIRB -406Mhz hoặc thiết bị HF/DSC, hoặc 1 trạm
INMARSAT , hoặc EPIRB vệ tinh INMARSAT băng L.
d/ Trang thiết bị vô tuyến điện cho tàu chạy vùng biển A1,A2 và A3
- Tất cả các tàu hoạt động trong ở vùng biển A1 và A2, nhưng trong
vùng biển A3, sẽ phải trang bị thêm một trong hai cách lựa chọn sau:
+ Lựa chọn 1:
Tram INMARSAT có khă năng:
- Phát và thu những thông tin cấp cứu và an toàn bằng truyền chữ trực
tiếp băng hẹp.
- Nhận những cuộc gọi ưu tiên cấp cứu.

- Duy trì việc trực canh đối với những báo động cấp cứu chiều từ bờ tới
tàu.
- Phát và thu những thông tin thông thường bằng vô tuyến điện thoại,
hoặc truyền chữ trực tiếp băng hẹp.
4
- Một thiết bị MF có khẳ năng thu phát cấp cứu và an toàn trên tần
số2187.5Khz băng DSC và tần số 2182Khz bằng vô tuyến điiện thoại.
- Một máy thu trực canh có khă năng duy trì việc trực canh liên tục bằng
DSC trên tần số 2187.5Khz.
- Một thiết bị phát tín hiệu cấp cứu chiều từ tàu – bờ.Ngoài các that bị
kể trên, có thể là EPIRB trên tần số 406Mhz, hoặc thiết bị HF/DSC. Hoặc
một trạm INMARSAT dự phòng, hoặc một EPIRB vệ tinh INMARSAT.
+ Lựa chọn 2:
- Một thiết bị thu phát MF/HF cho mục đích thông tin cấp cứu và an
toàn trên tất cả các tần số cấp cứu và an toàn trong dải tần từ 1605Khz –
4000Khz và 4000Khz – 27500Khz băng các phương thức thông tin DSC,
thoại, và truyền chữ trực tiếp băng hẹp.
- Một thiết bị có khă năng duy trì việc trực canh bằng DSC trên tần số
2187.5Khz và 8414.5Khz và ít nhất một trong số các tần số cấp cứu và an
toàn DSC sau: 4207.5Khz,61312Khz,12577Khz hoặc 16804.5Khz.
- Thiết bị phát tín hiệu cấp cứu chiều tàu –bờ. Ngoài thiết bị thu phát
MF/HF, có thể là EPIRB trên tần số 406Mhz , hoặc qua 1 trạm
INMARSAT hoặc một EPIRB vệ tinh INMARSAT.
- Thiết bị thu phát MF/HF có dải tần 1605Khz – 4000Khz và 4000khz-
27500khz , phục vụ cho các dịch vụ thông tin thông thường bằng phương
thức thông tin thoại hoặc truyền chữ trực tiếp băng hẹp.
e/ Trang thiết bị vô tuyến điện cho tàu chạy vùng biển A1,A2,A3 và A4
- Tất cả các tàu hoạt động trên tất cả các vùng biển, sẽ phải trang bị
thêm các thiết bị sau:
+ Thiết bị thu phát MF/HF sử dụng cho mục đích an toàn và cứu nạn,

có các phương thức thông tin gọi chọn số DSC, thoại, và truyền chữ trực
tiếp băng hẹp, làm việc trong dải tần 1605khz – 4000khz và 4000khz –
27500khz.
+ Máy thu trực canh DSC trên tần số 2187.5khz, 8414.5khz và ít nhất
một trong các tần số sau : 4207.5khz,6312khz ,12577khz và 16804.5khz.
+ Thiết bị EPIRB/406Mhz , thu phát tín hiệu cấp cứu chiều tàu-bờ.
5
+ Thiết bị thu phát thông tin thông thường , có dịch vụ thông tin vô
tuyến điện thoại và truyền chữ trực tiếp băng hẹp, thường là thiết bị thu
phát MF/HF.
1.2. Các thiết bị kiểm tra chuyên dụng trong thông tin hàng hải.
- Công việc kĩ thuật đòi hỏi sự chính xác cao.Trong lĩnh vực hàng hải
thông tin liên lạc phải dưược thông suốt.Việc xác định tình trạng kĩ
thuật của thiết bị rất quan trọng.Chính vì vậy mà các nhà cung cấp dịch
vụ đưa ra nhiều thiết bị cũng như phần mền test các trang thiết bị trong
hệ thống GMDSS như BECON TESTER , AIS TEST,GMDSS TEST
BOX…….
a/Thiết bị đo HP -8920A.
- Thiết bị được thiết kế để kiểm tra các that bị thông tin liên lạc . Thời gian
đo được rút ngắn bằng phương pháp đo tiêu chuẩn và có thể cung cấp
những yêu cầu về đo lường như những dụng cụ đo đơn lẻ khác.Mỗi quá
trình đo, kết quả được hiển thị ra màn hình đo dưới dạng đồ thị hoặc dạng
số.
- Các chức năng chính của thiết bị đo.
+ Đo các thông số của thiết bị AM radio.
+ Đo các thông số của thiết bị FM radio.
+ Đo các thông số của thiết bị SSB radio.
+ Có chức năng như máy phân tích phổ.
- Đối tượng kiểm tra của thiết bị.
+ Máy FM thu phát.

+ Máy AM thu phát.
+ Máy SSB thu phát.
b/ Thiết bị Test EPIRB .
- EPIRB: Phao vô tuyến chỉ báo vị trí bị nạn, sử dụng hai tần số là 121.5 Mhz
(VHF EIPRB) và 406.025 Mhz (UHF EIPRB).
- Tín hiệu EPIRB mang các thông tin nhận dạng Beacon, thông tin về tai nạn
như: vị trí, tính chất bị nạn… được phát dưới 2 dạng bức điện: điện ngắn có độ dài
112 bits và bức điện dài có độ dài 144 bits.
- Thời gian phát điện là 440ms với bức điện ngắn và 520ms với bức điện dài.
- Chu kì lặp lại thay đổi ngẫu nhiên trong khoảng 47,5s đến 52,5s nhằm giảm
sự xung đột khi có nhiếu beacon cùng được kích hoạt.
6
- BECON TESTER giúp cho các nhà dịch vụ, các nhà thầu phụ có thể nhanh
chóng có thông tin về tình trạng EPIRB . Trên cơ sở đó cấp giấy chứng nhận test
EPIRB hàng năm theo qui định của đăng kiểm.
- Chức năng của becon tester đưa ra được thông số của tàu đã được cài đặt
trong EPIRB, MMSI ,công suất phát của hai tần số 406Mhz ,121.5Mhz….
c/Thiết bị GMDSS Test Box.
- Thiết bị GMDSS test box được tích hợp bởi nhiều tính năng . Nó được thiết
kế để phục vụ việc kiểm tra thông tin liên lạc hàng hải . Thời gian kiểm tra được
rút ngắn bằng những phương pháp đo tiêu chuẩn và có thể cung cấp những yêu
cầu về đo lường như những dụng cụ đo đơn lẻ khác . Mỗi một quá trình đo, kết
quả đều được hiển thị trên màn hình của thiết bị dưới dạng số hoặc đồ thị.
- Cấu tạo của thiết bị như sau :
+ Màn hình chỉ báo Screen : Dùng để biểu diễn cho ta kết quả của phép đo
tương ứng thông báo cho người dùng và hiển thị các Menu .
+ Panel điều khiển :
Mặt trước Panel : Gồm các núm, nút điều khiển,các giắc cắm.
Mặt sau Panel : Gồm các giắc cắm.
- TEST BOX có các chức năng chính :

+ Thu và nhận trên kênh DISTRESS.
+ Đo độ lệch trên kênh 6.
+ Đo công suất VHF.
+ Đo tần số từ 0,4 ÷ 475Mhz.
+ Đo tần số, dữ liệu và mức tín hiệu của EPIRB.
+ Phát bức điện của Navtex.
- Đối tượng đo chính của thiết bị :


7
CHƯƠNG II : Cơ sở lý thuyết đo lường.
2.1.Cơ sở lý thuyết đo lường.
2.1.1. Phương pháp đo công suất.
A /Khái niện : Công suất là một đại lượng năng lượng điện tiêu thụ trên tải
trong một đơn vị thời gian . Thiết bị để đo công suất gọi là wattmet.
- Đối với dòng điện 1 chiều : P = U.I.
+ U là điiện áp đặt trên tải.
+ I là dòng điện chạyqua tải.
- Đối với dòng điện xoay chiều công suất tức thời cũng được xác định bằng
tích số : P=u.i.
+ u : điện áp tức thời trên tải.
+ i : dòng điện tức thời chảy qua tải.
- Đối với dạng dòng điện điều hòa thì có:
+ Công suất tác dụng : P=1/T
0
.
t
u idt
∫
= U.I cosφ.

+ Công suất phản tác dụng Q = U.I sinφ
U, I là giá trị hiệu dụng của điện áp và dòng điện.
φ là góc lệch pha giữa điện và điện áp.
+ Quan hệ cosφ =
2 2
R
R X+
- R :thành phần thuần trở
- thành phần thuần kháng
- Đối với dạng xung ta có:
+ Công suất đỉnh xung : P
x
= 1/τ
x
0
.
T
u idt
∫
τ
x :
độ rộng xung
T: chu kỳ lặp lại của xung.
+ Công suất trung bình : P
x
=

1/T
0
T

uidt
∫
- Quan hệ giữa P
x
và P
tb
: P
tb
= P
x.
*τ/T
- Đơn vị : Đơn vị tính công suất được tính bằng
watt(W),milliwatt(mW),Kilowatt(Kw),hay microwatt.Giải công suất đo trong
kĩ thuật VTĐ khá rộng : từ công suất ra của máy phát đến công suất đầu vào
của máy thu (từ 10
7
w ÷10
-6
w).
8
- Ngoài ra công suất có thể được tính bằng dẽiben watt(dBW) hay dẽiben
miliwatt (dBmW) với mối quan hệ như sau:
P
(dBw)
= 10lgP (P tính bằng W) , P
(dBmw)
=10lgP (P tính bằng mW)
- Độ chính xác của phép đo công suất thường thấp.Nếu Wattmet có độ
chính xác cao khi sai số ≤ 5% và trung bình khi sai số ≥ 25%.
B/ Phương phát nhân điện tử.

a) Nguyên lí chung :
- Dùng đặc tính phi tuyến ( bậc 2) của linh kiện bán dẫn để thực hiện phép
nhân :
X
1
.x
2
= ¼[(x
1
+ x
2
)
2 _
(x
1
- x)
2
]
b) : Sơ đồ khối của Sơ đồ khối phương pháp nhân điện tử.

Sơ đồ khối của phương pháp nhân điện tử để đo công suất
-Theo sơ đồ khối ta có :
+ Sau bộ tổng 1 có: x
1
+ x
2
+ Sau bộ đảo pha 1 có : - x
2
+ Sau bộ tổng 2 có : x
1

– x
2
+ Sau bộ bình phương 1 có : (x
1
– x
2
)
2
+ Sau bộ tổng 3 có: (x
1
+ x
2
)
2
- (x
1
- x
2
)
2
= 4x
1
x
c) Nguyên lí đo công suất .
- Ta có tín hiệu sau bộ tổng 3 là: (x
1
+ x
2
)
2

- (x
1
- x
2
)
2
= 4 x
1
.x
2
Nếu ta cho x
1
= Ucosωt và x
2
= Icos(ωt + φ) thì: (x
1
+ x
2
)
2
- (x
1
- x
2
)
2
= 4
x
1
.x

2
= 2.2UIcosωtcos(ωt + φ) = 2[UIcosφ + 2UIcos (2ωt + φ)]
cho nên ta có:4x
1
.x
2
= 2[UIcosφ + UIcos(2ωt + φ)]
- Dùng bộ lọc điện dung loại bỏ thành phần cao tần UIcos(2ωt + φ) ta có
thành chính là công phần 1 chiều UIcosφ suất cần đo.
9
- Nhược điểm của phương pháp là độ chính xác phụ thuộc nhiều vào đặc tính
của linh kiện và điện áp nguồn cung cấp. Để tăng độ chính xác có thể sử dụng
hồi tiếp âm dòng điện.
- Sai số của phương pháp nhân điện tử thường vào khoảng 5 ÷ 10%.
C/Các phương pháp đo công suất.
1. Đo công suất bằng hiệu ứng Hall.
- Hiệu ứng Hall xuất hiện trên các chất bán dẫn đơn tinh thể . Gồm một chất
bán dẫn mỏng có hai cặp điện cực là DD và HH.
Hiệu ứng Hall
- Cặp dòng điện (DD) được cung cấp 1 dòng điện i
D
(AC hoặc DC).
- Cặp điện áp Hall (HH) lấy điện áp hiệu ứng Hall e
H
.
- Khi trên bản cực có tác dụng của từ trường (H) đồng thời với tác dụng của
dòng điện chảy trong cặp cực DD là i
D
thì giữa cặp điện áp Hall xuất hiện
một suất điện động cảm ứng Hall là : e

H
= k.B.i
D
trong đó.
+ k : là hệ số tỉ lệ phụ thuộc vào loại,kích thước và nhiệt độ của chất bán dẫn.
+ B : Cảm ứng từ tác động lên bề mặt của phiến bán dẫn.
+ i
D
: Dòng điện chảy trong cặp dòng DD.
- Từ trường H có thể được tạo bởi một dòng điện chảy qua cuộn cảm L. Cấu
tạo của cuộn dây L sao cho mối quan hệ giữa B và điện áp đặt lên nó u
L
là
quan hệ bậc nhất: B = k
u
.u
L
do đó ta có:
e
H
= k. k
u
.u
L
.i
D
= k’.u
L
.i
D

(k’ là hằng số)
2. Đo công suất bằng hiệu ứng Hall.
Như vậy, nếu i
D
là dòng điện chảy qua tải và u
L
là điện áp trên tải thì bằng
cách đo điện áp cảm ứng Hall có thể chuẩn trực tiếp để đo công suất. Watmet
hiệu ứng Hall có thể đo được cả công suất dòng điện 1 chiều và xoay chiều.
10
• Đối với đo công suất 1 chiều: dòng i
D
là dòng tải còn điện áp đặt trên cuộn
dây là điện áp tải hoặc ngược lại thì ta có số chỉ của cơ cấu từ điện sẽ được
chuẩn đọc giá trị công suất: e
H
= k.U.I
• Đối với đo công suất xoay chiều điều hoà: nếu dòng điện và điện áp trên tải
là u và i thì u = u
L
= U
m
cosωt, i = i
D
= I
m
cos(ωt + ϕ) lúc đó:
e
H
= kU

m
cosωt.I
m
cos(ωt + ϕ) = k
*
.UI cosϕ + k
*
.UI cos (2ωt + ϕ)
Suất điện động e
H
được đo bằng cơ cấu từ điện nên thành phần trung bình
cos(2ωt + ϕ) = 0 và như vậy có thể chuẩn thang đo để trực tiếp đọc giá trị
công suất hiệu dụng P = UI cosϕ.
Nhược điểm: + Cuộn dây L nối tiếp với tải làm giảm công suất thực.
+ Chỉ đo được công suất có tần số thấp.
Để đo công suất có tần số cao hơn người ta sử dụng mạch bù tần số bao gồm:
R
1
, L
2
và R
2
như hình vẽ. Mạch này cũng chỉ có thể đo được công suất âm tần.

- Ở tần số cao có thể đo công suất bằng mạch đo có bù tần số.
Mạch R
1
, C
1
, L

1
là mạch chia điện áp tải, biến đổi U
t
về U
L
có bù tần số cho
nên từ cảm B ít phụ thuộc vào sự thay đổi của tần số: Khi tần số tăng thì X
L1
tăng, tuy nhiên X
c1
lại giảm để bù lại sự hao hụt trên L
1
.
Mạch R
2
, C
2
, L
2
là mạch bù tần số ở phía chỉ báo : Khi tần số tăng thì X
L2
tăng,
đồng thời X
c2
giảm cho nên điện áp trên cơ cấu chỉ báo tăng lên bù lại sự suy
giảm giá trị ở tần số cao.
Các nguyên nhân gây sai số của Wattmet hiệu ứng Hall là:
11
- Cấu tạo mạch đo.
- Sự biến đổi của nhiệt độ môi trường làm thay đổi hằng số k.

- Tần số của nguồn tín hiệu đo.
- Nếu đo ở tần số công nghiệp 50/60Hz ở nhiệt độ 10 - 50
0
C thì sai số ≤ 0,5%.
- Các Wattmet loại này ngày nay có thể đo được công suất lên tới 4Ghz.
3. Đo công suất hấp thụ.
a/ Phương pháp đo vonmet –ammet.
Các vôn mét và ammet là cơ sở cấu tạo các watmet kiểu chỉnh lưu có thể trực
tiếp đo công suất ở tần số lên tới 1 GHz.
Khi có phối hợp trở kháng giữa mạch đo với đường dây thì giá trị điện trở hấp
thụ R
t
là trở kháng tải, đúng bằng trở kháng đặc tính của đường dây thì :
P = UI =
t
m
R
U
2
2
do U =
2
m
U

- Điện trở hấp thụ có cấu tạo đặc biệt dưới dạng linh kiện siêu cao tần để
đảm bảo không gây méo trường điện từ truyền lan trong đường truyền. Nó có
tác dụng làm cho tải mang tính thuần trở để phối hợp với trở kháng sóng của
đường truyền. Để giảm bớt sai số do ghép ký sinh và mở rộng thang đo công
suất thì vonmet chỉ mắc đo 1 phần của tải và dây nối cũng cần phải ngắn nhất.

Vonmet kiểu điện tử tách sóng đỉnh - khuếch đại vì R
t
đã biết nên thang chia
của Vonmet được chuẩn đọc giá trị công suất.
b/ Phương pháp biến đổi điện quang.
- Còn được gọi là phương pháp quang kế.
- Tải hấp thụ là đèn có độ sáng phụ thuộc vào công suất hấp thụ cần đo. Trở
tải của đèn bằng trở kháng sóng (W) của đường truyền. Cường độ ánh sáng
được đo bằng 1 tế bào quang điện và chỉ bảo bằng 1 cơ cấu từ điện (µA).
- Thang đo được chuẩn bằng công suất một chiều cấp cho bóng đèn. Phương
pháp này có thể đo được công suất từ mW đến vài chục W ở tần số siêu cao
và có sai số từ 10 - 12%.
12
4. Đo công suất truyền dẫn.
- Trong thực tế cần phải đo những công suất của những nguồn đang ở chế độ
tải thực, có thể phối hợp trở kháng hoặc chưa hoàn toàn phối hợp trở kháng.
Phép đo công suất này được thực hiện bởi việc ghép một phần nhỏ của công
suất truyền từ nguồn đến tải và việc đo công suất được thực hiện bởi phương
pháp hấp thụ hoặc hiệu ứng Hall thông qua bộ ghép định hướng hoặc đo áp
suất sóng điện từ.
- Phương pháp đo áp suất sóng điện từ : Khi sóng điện từ truyền lan trong
đường truyền sẽ gây ra một áp suất cơ học.
- Cường độ áp suất này tỷ lệ với công suất của sóng và có trị số rất nhỏ.
Khoảng 10
-9
đến 10
-12
N/cm
2
, do vậy không thể đo trực tiếp được áp suất mà

phải thông qua các bộ biến đổi khác như hiệu ứng áp điện, tụ điện vi chỉnh,
đồng hồ đo áp suất cơ học Với phương pháp đo này được sử dụng trên các
đoạn ống dẫn sóng. Về nguyên lý tham khảo thêm kỹ thuật siêu cao tần.
2.1.2 Đo độ lệch pha.
1. Khái niệm:
- Khái niệm góc pha được gắn liền với dao động điều hoà:
u
(t)
= U
m
sin(ωt + ϕ);
trong đó ϕ là góc lệch pha ban đầu, ωt là góc pha tức thời.
- Góc pha ban đầu ϕ không có ý nghĩa thực tế khi chỉ có một tín hiệu. Nó xác
định điểm khởi đầu ( t= 0) của dao động trên trục thời gian.
- Với 2 dao động cùng tần số và khác góc pha ban đầu: u
1
= U
1m
sin (ωt + ϕ
1
)

;
u
2
= U
2m
sin (ωt + ϕ
2
), thì trị số ϕ

1
- ϕ
2
được gọi là góc lệch pha giữa 2 tín hiệu
và là một hằng số không phụ thuộc thời gian, có ký hiệu là ∆ϕ. Thông số này có
mối quan hệ với độ lệch thời gian ΔT như sau: ∆ϕ =
0
360
T
T∆

13
- Nếu với các dạng tín hiệu không sin thì độ lệch pha được xác định với thành
phần hài cơ bản (bậc nhất) của các tín hiệu đó.
- Nghiên cứu độ lệch pha là một khâu quan trọng trong việc nghiên cứu đặc
tính của mạch điện, thiết bị điện tử
2. Các phương pháp đo:
- Độ lệch pha được đo bằng 1 phamet có giá trị từ 0
0
÷ 360
0
. Phép đo độ lệch
pha có thể được thay thế bằng phép đo độ lệch thời gian ∆T.
- Các phương pháp đo lệch pha thông dụng là:
+ Phương pháp dùng dao động ký.
+ Phương pháp biến đổi.
+ Phương pháp bù.
3. Phương pháp dùng dao động ký.
+ Với chế độ quét tuyến tính.
Sử dụng một dao động ký 2 tia sẽ quan sát được dạng đồng thời của cả 2 dao

động đồ.
+ Tiến hành đo các khoảng cách L và ∆L.
- ∆L tương ứng với độ lệch thời gian ∆T

Hình ảnh tín hiệu trên DĐK
- L tương ứng với chu kỳ của tín hiệu T.

- Ưu điểm của chế độ quét tuyến tính là vừa đo được độ lệch pha vừa quan
sát được cả dạng của tín hiệu, tuy nhiên nó có nhược điểm là đo gián tiếp nên
độ chính xác không cao.
+ Với chế độ quét hình sin :
- Sử dụng một dao động ký 1 tia, đưa 2 điện áp hình sin cần đo vào 2 đầu vào
KĐ kênh x và y. Điều chỉnh hệ số KĐ có độ lệch tia đều nhau, lúc đó trên màn
hình sẽ xuất hiện 1 đường elíp
14
đo độ dài l
A
và l
B
, ta có:
sinϕ =
A
B
l
l
do đó góc lệch pha được xác định: ϕ = arsin
A
B
l
l

- Nhược điểm của phương pháp đo pha sử dụng chế độ quét hình sin là độ
chính xác không cao, ở các góc ϕ và -ϕ thì hình dạng xuất hiện là như nhau và
không phân biệt được. Để phân biệt phải sử dụng một bộ quay pha mắc thêm
vào một trong hai tín hiệu cần đo theo 2 cách sau :
Sử dụng bộ quay pha đo góc lệch pha
- Sử dụng 1 bộ quay pha 90
0
: Nhược điểm của phương pháp đo pha sử dụng
chế độ quét hình sin là độ chính xác không cao, ở các góc ϕ và -ϕ thì hình dạng
xuất hiện là như nhau và không phân biệt được. Để phân biệt phải sử dụng một
bộ quay pha mắc thêm vào một trong hai tín hiệu cần đo theo 2 cách sau
Ví dụ góc lệch pha giữa 2 tín hiệu là ±90
0
thì hình ảnh sẽ là hình tròn: nếu
dịch pha u
1
đi 90
0
mà hình ảnh là một vạch chéo ở góc phần tư 1&3 thì góc lệch
pha là ∆ϕ = -90
0
, có nghĩa là

ϕ
1
= 0
0
và ϕ
2
= 90

0
, còn hình ảnh là một vạch chéo
ở góc phần tư 2&4 thì góc lệch pha là ∆
ϕ

= +90
0
, tức là ϕ
1
= 90
0
và ϕ
2
= 0
0
.
- Sử dụng 1 bộ quay pha chuẩn . Khi đưa 1 bộ quay pha chuẩn vào để làm
quay pha 1 trong 2 tín hiệu trước khi đưa vào KĐ kênh X hoặc Y như trên. Điều
chỉnh bộ quay pha sao cho hình ảnh xuất hiện trên màn hình là 1 vạch chéo ở
góc phần tư 1&3, lúc đó ϕ
A’
= ϕ
B
và độ lệch pha giữa 2 tín hiệu được đọc trên bộ
quay pha chuẩn là ϕ
0
:
- Nếu vạch chéo nằm ở góc phần tư I & III thì ∆ϕ

= ϕ

0
.
- Nếu vạch chéo nằm ở góc phần tư II & IV thì ∆ϕ = 180
0
- ϕ
0
.
15
- Độ chính xác của phép đo phụ thuộc vào độ chính xác của bộ quay pha. Giải
tần số của phép đo lệch pha phụ thuộc vào giải tần của dao động kí và bộ quay
pha .
4. Phương pháp biến đổi.
a/ Phương pháp biến đổi lệch pha – xung.
- Độ lệch pha giữa 2 điện áp sẽ được biến đổi thành 1 dãy xung có độ rộng τ
tương ứng với ∆T và cùng chu kỳ T. Nếu dùng một cơ cấu từ điện để đo thì sẽ
chỉ giá trị trung bình: I
tb
= I
m
.
T
T
I
T
m
∆
= .
τ
. Như vậy thang chia có thể trực tiếp
chuẩn góc pha 0

0
đến 360
0
. Sơ đồ khối của phương pháp và nguyên lý biến đổi
theo đồ thị thời gian.
Sơ đồ khối của phương phàp biến đổi độ lệch pha – xung
Trong đó : u
1
là điện áp ở cửa vào 1; u
2
là điện áp ở cửa vào 2
U’
1
, U’
2
dạng điện áp sau các bộ định dạng xung
U
1
”, U
2
” dạng điện áp sau các bộ vi phân
Trigiơ có thể là loại RS:
Đầu ra của kênh 1 sẽ đưa vào cửa S
Đầu ra của kênh 2 đưa vào cửa R
16
Đồ thị thời gian của phương pháp biến đổi độ lệch pha – xung
- Ta sẽ có dạng xung dòng chảy qua cơ cấu từ điện là i có biên độ là I
m
và độ
rộng là ΔT; cơ cấu từ điện chỉ thị giá trị dòng trung bình:

I
tb
= I
m
T
T
I
T
x
m
x
∆
=
τ
Do đó có thể chuẩn trực tiếp đọc giá trị góc lệch pha.
Phamet loại này đọc giá trị trực tiếp 0
0
- 360
0

có thể đo lệch pha trong giải tần
từ 20Hz đến 1MHz với sai số trong khoảng 0,5 ÷ 2,5%
Để tăng độ nhạy cho phamet loại này có thể thay Trigiơ bằng mạch dao động
đa hài chờ được đồng bộ bởi tín hiệu cần đo
b/ Phương pháp tổng - hiệu điện áp.
- Nếu u
1
= U
1
sin ωt và u

2
= U
2
sin (ωt + ϕ), ta có thể biểu diễn đồ thị véc tơ
của 2 điện áp cần so pha.
Thì ta có: (u
1
+ u
2
)
2
=

)tsin()tsin(UU2)t(sinU)t(sinU
21
22
2
22
1
ϕ+ωω+ϕ+ω+ω

Biến đổi lượng giác ta có:
17
21
2
2
2
1
2
Σ

21
2
2
2
1
2
Σ
U2U
UUU
arcoscosU2UUUU
−−
=ϕ→ϕ++=
- Hoặc đơn giản hơn ta chọn U
1
= U
2
= U. Lúc đó:

2
cosU4)cos1(U2U
2222
ϕ
=ϕ+=
, do đó ta có:

2U
U
2arcos
Σ
=ϕ

- Hoặc nếu ta lấy hiệu 2 điện áp thì cũng tương tự như trên ta có:
(u
1
- u
2
)
2
= (U
Δ
)
2

= U
1
2
+ U
2
2
- 2 U
1
U
2
cosϕ, và nếu chọn U
1
= U
2
= U thì:
U
Δ
2

= 2U
2
- 2U
2
cosϕ = 2U
2
(1 - cosϕ) = 4U
2
sin
2

2
ϕ
,do đó ta có: ϕ = 2 arcsin
U
U
A
2
- Sai số của phương pháp này từ 1% đến 15%. Có thể thực hiện phương pháp
bằng mạch tách sóng cân bằng pha dùng điôt.
Mạch tách song cân bằng thực hiện đo góc lệch pha
18
Chọn R
11
=R
12
để cho:
U’
1
= U”

1
=U
1
= U=U
2
= U.
- Theo mạch chỉnh lưu trên thì giữa 2 điểm 0 - 1 có điện áp đại diện cho
U
∑
/2U

và giữa hai điểm 0 - 2 có điện áp đại diện cho U
∆
/2U. Đồng hồ từ điện
chỉ thị hiệu 2 điện áp này (U
12
) là loại đồng hồ có điểm “0” ở giữa.
- Mối quan hệ của các điện áp với góc lệch pha giữa 2 điện áp U
1
& U
2
(ϕ)
được biểu diễn :
Khi góc lệch pha ϕ = 90
0
thì U
12
= 0;
- Khi ϕ < 90
0

thì U
12
> 0;
- Khi ϕ = 0 thì U
12
= 2U (max);
- Khi ϕ > 90
0
thì U
12
< 0;
- Khi ϕ = 180
0
thì U
12
= - 2U(min)
Như vậy có thể chuẩn đồng hồ để đọc giá trị góc lệch pha từ 0 ÷ 180
0
. Sai số
của phương pháp này khoảng 2: 3% với giải tần số đo lên tới vài trăm MH
Z
.
2.1.3 Đo tần số
1. Khái niệm:
- Tần số là số chu kỳ dao động trong một đơn vị thời gian, có ký hiệu là f, đơn
vị là Hetz, KHz, MHz, GHz. Mối quan hệ giữa chu kỳ và tần số: T =
f
1
2. Các phương pháp đo tần số:
- Phương pháp tải hấp thụ hay còn gọi là phương pháp cộng hưởng.

- Phương pháp so sánh.
- Phương pháp phóng nạp tụ điện.
- Phương pháp đếm xung hiển thị số.
19
2. Phương pháp hấp thụ.
- Phương pháp này được sử dụng để đo tần số trong giải HF, VHF và UHF.
Nó dựa trên nguyên lý chọn lọc tần số của các mạch cộng hưởng.
- Một tần số mét kiểu hấp thụ có sơ đồ khối.
Sơ đồ khối của tần số met kiểu hấp thụ
Bao gồm:
- Mạch ghép là các tải hấp thụ.
- Mạch điều hưởng chính xác.
- Cơ cấu điều chuẩn cộng hưởng đã chuẩn mặt số.
- Bộ chỉ thị cộng hưởng
- Để thực hiện đo tần số người ta ghép tần số mét với nguồn tần số cần đo,
điều chỉnh cộng hưởng rồi đọc kết quả trên mặt số hoặc trên đồ thị cộng
hưởng của mạch điều hưởng.
- Phương pháp đơn giản, cho độ chính xác khá cao có thể đạt tới 0,01% phụ
thuộc vào: Độ chính xác của mạch điều hưởng (tức là hệ số phẩm chất Q của
khung LC); người đọc kết quả; giải tần số đo và phương pháp ghép giữa thiết
bị đo với nguồn tần số cần đo.
Đặc tính cộng hưởng
- Nếu hệ số phẩm chất Q lớn thì dễ đọc kết quả song khó điều hưởng
- Nếu hệ số phẩm chất Q nhỏ thì sẽ tồn tại 2 giá trị tần số đọc được là
như nhau và kết quả là giá trị trung bình.
20
f
x
=
2

21
ff +
Mạch điều hưởng được ghép với nguồn và bộ chỉ thị điều hưởng, việc ghép
này phải là ghép lỏng để không làm ảnh hưởng đến hệ số phẩm chất của mạch
điều hưởng.
Các mạch điều hưởng trong các tần số mét hấp thụ có thể khác nhau về cấu
trúc và phụ thuộc tần số:
- Ở giải tần thấp 50 - 20.000KHz sử dụng loại mạch thông số tập trung
(L&C).
- Ở giải tần số cao hơn dùng mạch có thông số rải.
b/ Tần số mét điều hưởng tập trung.
- Cấu trúc mạch điện.
Tần số mét điều hướng tập trung
- Mạch điều hưởng sử dụng các cuộn dây có khả năng chuyển đổi và một tụ
điện biến đổi được khắc độ để đọc giá trị tần số.
Với sự sắp xếp này, ứng với mỗi cuộn dây chỉ đo được một giải tần số hẹp (
1
f
f
min
max
≈
),đồng thời các cuộn dây và tụ điện phải có chất lượng cao để cho tiêu
hao ở trên mạch điều hưởng là nhỏ nhất.
- Bộ chỉ thị điều hưởng thông thường là một vonmet chỉnh lưu được ghép
lỏng với mạch điều hưởng.
- Sai số của phương pháp khoảng từ 0,1% đến 3% và có thể đo được tần số
lên tới 500MHz.
c/ Tần số mét cộng hưởng tham số rải.
- Ở giải số siêu cao thì mạch điều hưởng được thay bằng các đoạn dây cáp

đồng trục hoặc hộp cộng hưởng.
- Đối với cáp đồng trục việc điều hưởng được thực hiện bằng cách thay chiều
dài đoạn cáp ngắn mạch đầu cuối.
21
- Đối với hộp cộng hưởng việc điều hưởng được thực hiện bằng cách thay đổi
thể tích của hộp.
- Mỗi tần số mét được kết hợp với các biểu đồ chuẩn mà từ đó có thể xác định
được tần số cần đo. Một số tần số met loại này được chuẩn để trực tiếp đọc giá
trị tần số.
- Việc ghép giữa nguồn tần số cần đo với tần số met loại này có 3 phương
pháp
- Ghép bởi anten.
- Ghép bởi cáp đồng trục.
- Ghép bởi ống dẫn sóng.
+ Tần số mét cộng hưởng ½ bước sóng:
Tần số mét cộng hưởng ½ bước song
- Tải điều hướng là đoạn cáp đồng trục ngắn mạch 2 đầu cuối, có chiều dài l, có
thể điều chỉnh được bởi piston P
- Cộng hưởng xảy ra trong mạch khi chiều dài
l = n
2
λ
( λ là bước sóng của tần số cần đo , n là một số nguyên dương – tham
khảo kỹ thuật siêu cao tần). Như vậy có thể chuẩn trực tiếp đọc tần số theo đơn
vị chiều dài.
- Đặc điểm:
+ Đo tần số ở giải tần 2,5 GHz ÷ 10 GHz
(nếu ở tần số nhỏ hơn thì kích thước l phải dài).
+ Hệ số phẩm chất Q đạt được từ 1000 ÷ 3000.
+ Sai số 0,05 ÷ 0,5%.

+ Ít sử dụng vì khó điều chỉnh piston cho cáp đồng trục.
+ Tần số mét cộng hưởng có tải diện dung.
22
- Một nhược điểm của 2 loại tần số mét đã nêu là chỉ làm việc trong một giải
tần công tác hẹp (
5,1
f
f
min
max
<
). Để mở rộng giải tần, người ta hình thành thêm
một điện dung C giữa 2 đầu dây dẫn trong và ngoài kết hợp với điện cảm phân
bố của đoạn cáp có chiều dài l
tđ
hình thành một mạch cộng hưởng .
Tần số mét cộng hưởng có tải điện dung
- Khi điều hưởng thì thay đổi cả chiều dài l và điện dung C. Bằng cách đó có
thể mở rộng được giải tần công tác của tần số mét
min
max
F
F
có thể đạt được 4.
Chỉ cần 2 tần số mét loại này có thể đo được giải tần từ 150MHz tới 1500MHz.
min
max
F
F
= 10. Việc đọc kết quả được xác định từ 1 biểu đồ chuẩn với việc xác

định chiều dài l (µm).
+ Tần số mét hốc cộng hưởng.
- Hốc cộng hưởng được cấu tạo từ một đoạn ống dẫn sóng. Việc điều chỉnh
cộng hưởng được thực hiện bởi 1 piston P để thay đổi thể tích (chiều dài) của
đoạn ống dẫn sóng. Hai dạng hốc cộng hưởng thường được sử dụng để lầm tần
số mét cộng hưởng với đặc tính tần số.
Hai loại tần số mét hốc cộng hưởng và đặc trưng tần số
- Kết quả đo được đọc từ chiều dài dịch chuyển của piston (µm) kết hợp với 1
biểu đồ chuẩn ứng với loại sóng truyền lan trong ống.
Đặc điểm:
23
- Có hệ số phẩm chất rất cao tới 30.000;
- Dải tần số đo trong khoảng từ 2 GHz tới 50GHz.
- Sai số khoảng từ 0,01% đến 0,05%.
3. Phương pháp so sánh.
a/ Phương pháp so sánh dùng dao động kí
+ Với chế độ quét tuyến tính.
- Sử dụng chế độ đồng bộ ngoài. Tín hiệu nghiên cứu được đưa vào đầu vào
kênh Y, tín hiệu có tần số chuẩn được đưa vào làm tín hiệu đồng bộ ngoài. Điều
chỉnh tần số chuẩn (f
ch
) sao cho thoả mãn điều kiện đồng bộ (T
q
= nT
th
), tức là
hình ảnh đứng yên. Đếm số chu kỳ tín hiệu (n) ta sẽ xác định được tần số cần đo
f
x
= nf

ch
.
+ Với chế độ quét tròn.
- Tín hiệu có tần số chuẩn (f
ch
) được đưa vào các đầu vào khuếch đại kênh X
và Y thông qua 1 mạch di pha 90
0
. Tín hiệu có tần số cần đo được đưa vào đầu
kênh điều chỉnh độ sáng (Z). Điều chỉnh hệ số khuếch đại kênh Y để hình ảnh
xuất hiện trên màn ảnh là một vòng tròn.
Điều chỉnh tần số chuẩn (f
ch
) để hình ảnh rõ nét với các cạnh sáng, tối xen kẽ
nhau, tức là đã thoả mãn điều kiện đồng bộ. Đếm số lượng vạch sáng (hoặc số
lượng vạch tối) là n. Từ điều kiện đồng bộ ta cũng có được tần số cần đo: f
x
=
nf
ch
.
Trong trường hợp f
ch
> f
x
thì ta đổi lại vị trí của 2 tín hiệu, lúc đó tín hiệu có f
ch
được đưa vào đầu vào kênh Z còn tín hiệu cần đo tần số được đưa vào đầu còn
lại. Việc điều chỉnh tần số chuẩn cũng nhằm đảm bảo điều kiện đồng bộ và
cũng bởi việc đếm số lượng vạch sáng/tối ta xác định được tần số cần đo: f

x
=
n
F
ch
+ Với chế độ quét hình sin .
- Điện áp hình sin có tần số chuẩn (f
ch
) được đưa vào đầu vào KĐ kênh X, tín
hiệu hình sin có tần số cần đo (f
x
) được đưa vào đầu kênh Y. Điều chỉnh tần số
chuẩn để thoả mãn điều kiện đồng bộ cho hình ảnh Lissajour xuất hiện ổn định.
Trong đó :- Cắt theo trục ngang tại vị trí có số điểm cắt lớn nhất là m
y
24

- Cắt theo trục dọc tại vị trí có số điểm cắt lớn nhất là m
x

- Khi đó xác định được tần số cần đo:
y
x
chx
m
m
fF =
- Với ví dụ trên hình vẽ ta có f
x
= ½f

ch
4. Phương pháp phóng nạp tụ điện.
- Nguyên lý của phương pháp này là dùng tín hiệu có tần số cần đo điều khiển
quá trình phóng và nạp của một tụ điện C.
Nguyên lí tụ điện phóng nạp
Khi chuyển mạch ở vị trí 1: Tụ C được nạp nhanh để có được lượng điện tích
trên tụ là: q = CE.
Khi chuyển mạch chuyên sang vị trí 2 thì tụ C phóng điện qua cơ cấu từ điện,
tạo dòng điện i qua cơ cấu.
Với tần số chuyển mạch là f
x
ta có: f
x
.q = f
x
.C.E
→
CE.f
T
q
x
x
=
,
Theo định nghĩa dòng điện i là lượng điện tích q dịch chuyển trong một đơn
vị thời gian T
x
, do đó ta có:

E.C

i
fCE.fi
T
q
xx
x
=⇒==
Như vậy nếu E = const thì có thể khắc độ chuẩn cơ cấu từ điện để trực tiếp
đọc giá trị tần số. Độ chính xác của phương pháp có thể đạt tới 2.5%.
Hình vẽ một ví dụ thực tế của một tần số mét hoạt động theo phương pháp tụ
điện phóng nạp:
25