THIẾT BỊ THU PHÁT ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG docx

1
Chơng 1
Các khái niệm cơ bản
của hệ thống ĐIệN Tử THÔNG TIN
(thiết bị thu phát)

1.1 Các thnh phần của hệ thống thiết bị thu phát
1.1.1 Sơ đồ khối của hệ thống thiết bị thu phát
Trong hệ thống thu phát, thông tin đợc truyền từ nơi ny đến nơi khác bằng
thiết bị điện tử thông qua môi trờng truyền. Sơ đồ khối cơ bản của hệ thống đợc
biểu diễn nh hình 1.1:







Máy phát
Tx
Môi trờng
truyền
Máy thu
Rx
Nhiễu
Tín hiệu vo:

âm thanh, dữ
liệu, hình ảnh
Tín hiệu ra

Hình 1.1 Sơ đồ khối của hệ thống thiết bị thu phát
Nhiễu
Nhiễu

+ Máy phát: Tập hợp các linh kiện v mạch điện tử đợc thiết kế để biến đổi tin
tức thnh tín hiệu phù hợp với môi trờng truyền.
+ Môi trờng truyền: Phơng tiện để truyền thông tin, có thể l dây dẫn (gọi l
hữu tuyến nh cáp đồng trục, cáp sợi quang) hoặc l khoảng không gian từ nơi
phát đến nơi thu (gọi l vô tuyến, nh trong thông tin vi ba số, thông tin vệ tinh)
+ Máy thu: Tập hợp các linh kiện v mạch điện tử đợc thiết kế để nhận tín hiệu
từ môi trờng truyền, xử lý v khôi phục lại tín hiệu ban đầu.
+ Nhiễu: Tín hiệu ngẫu nhiên không momg muốn, xen lẫn vo tín hiệu hữu ích,
lm sai dạng tín hiệu ban đầu. Nhiễu có thể xuất hiện trong cả 3 quá trình phát,
truyền dẫn v thu. Do đó việc triệt nhiễu l một vấn đề quan trọng cần đợc quan

2
tâm trong hệ thống thiết bị thu phát nhằm nâng cao chất lợng tín hiệu truyền
dẫn.
1.1.2 Sơ đồ khối của máy phát
Máy thu thanh v máy thu hình dân dụng thờng đợc đổi tần 1 lần. Máy thu
thông tin chuyên dụng đợc đổi tần 2 lần nhằm tăng độ chọn lọc v loại bỏ nhiễu
tần số ảnh.
Các tín hiệu ban đầu (nguyên thuỷ) dạng tơng tự hay số cha điều chế đợc
gọi l tín hiệu băng gốc (Base Band Signals). Tín hiệu băng gốc có thể đợc truyền
trực tiếp trong môi trờng truyền nh điện thoại nội bộ (Intercom), giữa các máy
tính trong mạng LAN hoặc truyền gián tiếp bằng kỹ thuật điều chế.
+ Điều chế: l quá trình biến đổi một trong các thông số của sóng mang cao tần
hình sine (biên độ, tần số hoặc pha) tỉ lệ với tín hiệu băng gốc. Có ba loại điều chế
cơ bản: điều biên AM, điều tần FM, điều pha PM v các biến thể của chúng
(dạng tơng tự) nh SSB, DSB, (dạng số) nh FSK, PSK, QPSK, MPSK

Điều ch
ế

Đổi tần
Tổng hợp
tần số
KĐCS
cao tần
Tín hiệu
vo
Điều
khiển số
Hình 1.2 Sơ đồ khối tổng quát của máy phát








+ Đổi tần: (Trộn tần-Mixer) l quá trình dịch chuyển phổ của tín hiệu đã điều chế
lên cao (ở máy phát) hoặc xuống thấp (ở máy thu) m không thay đổi cấu trúc
phổ (dạng tín hiệu) của nó để thuận tiện cho việc xử lý tín hiệu.
+ Tổng hợp tần số: (Frequency Synthesizer) l bộ tạo nhiều tần số chuẩn có độ ổn
định cao từ một hoặc vi tần số chuẩn của dao động thạch anh.


3

+ Khuếch đại công suất cao tần: Khuếch đại tín hiệu đã điều chế ở tần số no đó
đến mức công suất cần thiết, lọc, phối hợp trở kháng với anten phát.
+ Anten phát: l phần tử biến đổi năng lợng điện cao tần thnh sóng điện từ bức
xạ vo không gian.
1.1.3 Sơ đồ khối của máy thu



KĐCS
KĐC
T
Đổi tần
1
KĐT
T
Đổi tần
2
KĐT
T
Giải
điều








+ Anten thu: l phần tử biến đổi năng lợng sóng điện từ thnh tín hiệu cao tần ở

ngõ vo của máy thu, anten có tính thuận nghịch.
+ Bộ khuếch đại cao tần tín hiệu nhỏ: (RFAmp) thờng l bộ khuếch đại nhiễu
thấp LNA (Low Noise Amplifier). Nó khuếch đại tín hiệu thu đợc từ anten đến
mức cần thiết để đổi tần xuống trung tần.
+ Bộ khuếch đại trung tần: IF Amp (Intermediate Frequency Amplifier): Bộ
khuếch đại có độ chọn lọc cao, hệ số khuếch đại lớn để tăng điện áp tín hiệu đến
mức cần thiết cho việc giải điều chế. ở nhiều máy thu hiện đại, nhằm tăng chất
lợng, việc đổi tần đợc thực hiện 2 lần nh hình vẽ.
+ Giải điều chế: (Demodulation) l quá trình khôi phục lại tín hiệu ban đầu (tín
hiệu đa vo điều chế ở máy phát) từ tín hiệu trung tần.
AGC
Tổng
h
ợp
tần
Điều
khiển
Hình 1.3 Sơ đồ khối tổng quát của máy thu

4
+ Mạch điện tử thông tin liên quan đến tần số cao: Bộ tổng hợp tần số, Bộ điều
khiển số, tải chọn lọc tần số không thuần trở, phối hợp trở kháng, anten, mạch xử
lý tín hiệu
Ngy nay, công nghệ hiện đại đã chuẩn hoá vi mạch hầu hết phần cao tần tín
hiệu nhỏ của máy thu v máy phát.

1.2 Phổ tần số
Việc phân loại phổ tần số ra nhiều dải tần để nâng cao hiệu quả sử dụng ở
máy thu:

Tên dải tần Tần số Bớc sóng
Tần số cực thấp (ELF)
Extremly Low Frequency
(30 - 300) Hz
m
67
1010 ữ

Tần số tiếng (VF)
Voice Frequency
(300 - 3000) Hz
m
56
1010 ữ

Tần số rất thấp (VLF)
Very Low Frequency
(3 - 30)KHz
m
45
1010 ữ

Tần số thấp (LF)
Low Frequency
(30 - 300)KHz
m
34
1010 ữ

Tần số trung bình (MF)

Medium Frequency
(300 - 3000)KHz
m
23
1010 ữ

Tần số cao (HF)
High Frequency
(3 - 30)MHz
m
12
1010 ữ

Tần số rất cao (VHF)
Very High Frequency
(30 - 300)MHz
m110ữ

Tần số cực cao (UHF)
Ultra High Frequency
(300 - 3000)MHz
m
1
101

ữ



5

Tần số siêu cao (SHF)
Super High Frequency
(3 - 30)GHz
m
21
1010

ữ

Tần số siêu cực cao (EHF)
Extremly High Frequency
(30 - 300)GHz
m
32
1010

ữ

Vùng ánh sáng Hồng ngoại
(IR)
Infrared

m

107,0 ữ

Vùng ánh sáng thấy đợc
The Visible Spectrum (Light)

m

8,04,0 ữ

Dải tần Vi ba (Microwave) có tần số từ 1GHz đến 40GHz đợc chia lm nhiều dải
nhỏ:
L Band : (1 - 2) GHz
S Band : (2 - 4) GHz
C Band : (4 - 8) GHz
X Band : (8 - 12) GHz
Ku Band : (12 - 18) GHz
K Band : (18 - 27) GHz
Ka Band : (27 - 40) GHz
1.3 Băng thông
Băng thông l hiệu giữa tần số lớn nhất v tần số nhỏ nhất của tín hiệu. Đó l
khoảng tần số m phổ tín hiệu chiếm giữ hoặc l khoảng tần số tín hiệu đợc
truyền từ máy phát đến máy thu. Khi tín hiệu ban đầu đợc điều chế lên sóng
mang cao tần, phổ của tín hiệu cao tần đã điều chế chiếm giữ một băng thông
quanh tần số sóng mang. Tuỳ theo kiểu điều chế m băng thông cao tần có độ
rộng khác nhau. Các kỹ thuật viễn thông hớng đến việc giảm băng thông tín
hiệu truyền, giảm nhiễu, tiết kiệm phổ tần số.
1.4 Các ứng dụng kỹ thuật thông tin điện tử

1.4.1 Thông tin một chiều (Simplex)

6
- Phát thanh quảng bá AM, FM
- Truyền hình quảng bá
- Truyền hình cáp
- Nhắn tin
- Đo xa, điều khiển xa

- Định vị ton cầu GPS
1.4.2 Thông tin hai chiều (Duplex)
- Điện thoại công cộng
- Điện thoại vô tuyến di động hoặc cố định
- Điện thoại di động tế bo
- Thông tin của các trạm mặt đất thông qua vệ tinh
- Thông tin hng không, thông tin vi ba số
- Thông tin số liệu giữa các máy vi tính
1.5 Một số khái niệm cơ bản về cao tần
1.5.1 Bán dẫn công suất cao tần
Để có đợc công suất lớn ở tần số cao, BJT công suất cao tần đợc chế tạo
bằng công nghệ đặc biệt, nhiều tiếp giáp Emitter nhằm tăng chu vi dẫn dòng điện
cao tần, giảm điện trở cực Base v các điện dung kí sinh.
C
E
B
Base
Emitter
Điện trở
cân bằn
g

Hình 1.4 Cấu trúc BJT công suất cao
tầ
n

Số tiếp giáp Emitter có thể vi chục, vi trăm hoặc hơn nữa.


7
r
b
C
bc
C
be
r
be
= R
ip
E
B
Hình 1.5 M
ạ
ch tơn
g
đơn
g
n
g
õ vo BJT côn
g

suất cao tần









Bản chất BJT l luôn luôn tồn tại các điện dung mối nối ( ) ảnh
hởng đến hệ số khuếch đại ở tần số cao, lm giới hạn tần số hoạt động của BJT.
ce
cbeb
CCC ,,
,,
Thông thờng, kiểu khuếch đại cao tần mắc E chung cho công suất ra lớn. Tuy
nhiên ở tần số cao, hồi tiếp âm điện áp qua tăng, lm giảm hệ số khuếch đại.
Tụ ny tác động nh tụ Miller tơng đơng có giá trị lớn ở ngõ vo:
trong đó A
cb
C
,
)1(
,
V
cb
Miller
ACC +=
V

l hệ số khuếch đại điện áp của mạch. Từ đó, tạo
ra tụ tơng đơng ở ngõ vo của BJT công suất cao tần nh hình 1.6, có giá trị

eb
Millerin
CCC
,
+=

Hình 1.6 T
ụ
tơn
g
đơn
g
n
g
õ vo BJT côn
g
suất cao tần
C
Miller
C
be
E
B
C
C
in

8
Do đó, trở kháng vo của BJT (Z
iQ
), A
v
, hệ số khuếch đại dòng A
i
, hệ số
khuếch đại công suất A
p
,

đều giảm khi tần số tăng. BJT thể hiện quán tính, đáp
ứng vo - ra không tức thời. Giữa dòng I
c
v I
b
có sự dịch pha, biên độ dòng ra I
c

giảm.
Mắc B chung l giải pháp tối u của khuếch đại công suất cao tần, tuy hệ số
khuếch đại công suất của nó nhỏ hơn so với sơ đồ mắc E chung nhng phạm vi
tần số hoạt động cao hơn, băng thông đều v rộng hơn.
JFET v MOSFET có cấu trúc bán dẫn khác BJT, chúng có trở kháng vo
lớn, điện dung tiếp giáp Cgs nhỏ, hoạt động tốt ở tần số cao với công suất lớn ổn
định hơn BJT. JFET v MOSFET công suất cao tần đang đợc dùng rất nhiều
trong các hệ thống thông tin hiện đại nh trạm gốc BTS của điện thoại di động tế
bo, phát thanh, truyền hình, vi ba, SSPA ( Solid State Power Amp), thông tin vệ
tinh


1.5.2 Truyền công suất lớn nhất








R
S
R
L
X
S
X

Z

S
V
RL
a)

X
L
= - X
S
X
L
= X
S
= 1


1
2,2
E = 1V
R
S
= 1


P
RL
R
L
/
R

S
b)

Hình 1.7 a/ Nguồn cung cấp công suất cho tải Z
L
b/ S
ự

p
h
ụ
thu
ộ
c côn
g
suất tải P
RL
theo R
L
E






9
Công suất trên tải:
LRLRL
RIIVP

2
==

L
SLS
RL
R
XXRR
E
P
2
22
)()(
.








+++
=


22
2
)()(
.

XXRR
RE
P
SLS
L
RL
+++
=
X
S
, X l phần kháng của nội trở nguồn v tải.
Khi X
S
=-X thì công suất trên tải l
2
2
)(
.
LS
L
RL
RR
RE
P
+
=

Khảo sát sự biến thiên P
RL
theo R

L
bằng cách lấy đạo hm, cho bằng zero.

0
)(
]2).[(
2
2
'
=
+
+
=
LS
LLS
RL
RR
RRRE
P
Suy ra R
S
=R
L
. Khi đó công suất trên tải l cực đại:

SL
RL
R
E
R

E
P
44
22
max
==
Đồ thị biến thiên P
RL
theo R
L
cho ở hình 1.7b.
Vậy trở kháng nguồn bằng trở kháng tải R
S
+ jX
S
= R
L
- jX hay R
S
= R
L
v X
S
=-X Ta nói có sự truyền công suất lớn nhất ra tải.
Nếu yêu cầu truyền công suất lớn nhất trong cả một dải tần số thì giá trị
thích hợp cho phối hợp trở kháng không phản xạ l Z
L
= Z
S
hay R

S
+ jX
S
= R
L
+ jX.
Tuy nhiên hiệu suất sẽ nhỏ hơn so với một tần số. Vấn đề ny liên qua đến sự
lựa chọn truyền tín hiệu trên dây truyền sóng.
1.5.3 Mạch điều hởng song song v nối tiếp (Parallel and
Serial Tuned Circuit)
Mạch điều hởng song song:
Cho mạch L, C song song, trong đó r - điện trở tổn hao của cuộn dây. Trở
kháng tơng đơng của mạch điều hởng:


10

)(
))((
CL
CL
eq
XXjr
jXjXr
Z
+

+
=

X
L
=

L : Cảm kháng cuộn dây.
C
X
c

1
=
: dung kháng của tụ điện.

C

L
r
Hình 1.8 Mạch điều
hởn
g
son
g
son
g

0
Z
eq

2

0
3
0
R
eq
(

0
)
Hình 1.9 Đáp tuyến Zeq(

)









Thông thờng r << X
L
nên:

)(
CL
CL
mch

XXjr
XX
eq
Z
+
=
.
Tại tần số cộng hởng

=

0
=
LC
1
có



=====
C
L
C
LXX
CL
0
0
1

- trở kháng đặc tính. Thay thế vo biểu thức tính trở kháng:

)(
0
2
)(
o
o
CL
omch
eqR
C
Q
LQQ
rr
XX
eq
Z





======

CL
mch
X
q
X

q
r
Q
)(Re)(Re
00



===
.
Q l hệ số phẩm chất của mạch cộng hởng song song.
Băng thông
Q
fo
B =
;

0
=2

fo.


11
T¹i tÇn sè céng h−ëng
ω
=
ω
o, trë kh¸ng cña m¹ch céng h−ëng song song coi
nh− thuÇn trë cã Req(

ω
o
) lín. T¹i tÇn sè lÖch céng h−ëng
ω
=n
ω
o
(n = 2,3, ), trë
kh¸ng Zeq(n
ω
o
) coi nh− thuÇn kh¸ng rÊt nhá Zeq(n
ω
o
)=-j
ρ
n/(n
2
+1)<< Req(
ω
o
).
§¸p tuyÕn cña Req(
ω
o
) cã d¹ng nh− h×nh 1.9
VÝ dô: ë h×nh 1.8 cã C = 10pF; Q = 200; fo = 10MHz. TÝnh Req(
ω
o) vμ r.
Gi¶i:

Ω===
−
k
C
Q
eqR
o
o
318
10.10.10.14.3.2
200
127
)(
ω
ω


Ω=== 96,7
200
10.318
)(Re
2
3
2
0
Q
q
r
ω

1. GhÐp mét phÇn ®iÖn c¶m m¹ch céng h−ëng:

L
L
2
L
1
C
R
eq
Z
e
a
b
H×nh 1.10 GhÐp mét phÇn ®iÖn c¶m




()()
2
1
2
0
2
10
.
⎟
⎠
⎞

⎜
⎝
⎛
==
L
L
r
L
r
L
Z
e
ωω
; ; )(Re)(Re.0
00
2
ωω
qqPZ
e
≤=≤
P = L
1
/L : hÖ sè ghÐp vμo khung céng h−ëng.
L = L
1
+L
2
2. GhÐp mét phÇn ®iÖn dung m¹ch céng h−ëng:
)(Re
11

0
2
2
1
2
0
2
10
ω
ωω
qP
C
C
r
C
r
C
Z
e
=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
⎟
⎟

⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=
C
2
C
1
L
a
b
Req
Ze
H×nh 1.11 GhÐp mét phÇn ®iÖn dung
121
21
;
.

C
C
P
CC
CC
C =
+
=
: hÖ sè ghÐp.
)(Re0
0
ω
qZe ≤≤

C¸c biÕn thÓ c¸ch ghÐp m¹ch ®iÒu h−ëng:


CB
2
B
CB
1
B
L
a
ZeB
2
ZeB
1
LB

2
B
LB
1
B
c
LB
2
LB
3
B
C
a
c
L
ZeB
1

12







Mạch điều hởng điện tử: thay thế tụ C trong mạch điều hởng song bởi varicap.

V
C

V
L
C
1
C
V
R+V
T
a)

b)

c)

Hình 1.13 a/ Kí hiệu Varicap. b/ Đặc tuyến Varicap.
c/ M
ạ
ch điều hởn
g
đi
ệ
n t
ử

Mạch điều hởng song song v các biến thể dùng lm mạch tiền chọn lọc ngỏ vo
máy thu, tải chọn lọc cao tần, bộ chọn lọc trung tần, dao động, phối hợp trở kháng
v.v
Mạch điều hởng nối tiếp:
Trở kháng tơng đơng Z
eq
= r+jx = r+j(

L-1/

C)
Tổng trở:
22
xrZ
eq
+=

Góc pha:

(Z
eq
) = arctg(x/r)
Tại tần số cộng hởng nối tiếp
0
có

0
L = 1/(

0

C) nên Z
eq
(

0
)

= r. Mạch điều
hởng nối tiếp thờng đợc dùng lm mạch lọc.
1.5.4. Mạch phối hợp trở kháng
Xét mạch phối hợp trở kháng coa tần hình 1.14

~
E

ZB
i
ZB
L
B = ZB
i
B
~
Mạch phối
hợp trở
E

ZB
i
ZB

L
B

Z
Z

13









Một trong những vấn đề quan trọng của máy phát, máy thu l phối hợp trở
kháng có chọn lọc tần số giữa các tầng, đặc biệt giữa tầng công suất ra cao tần với
anten phát hay giữa anten thu với ngõ vo máy thu để truyền công suất tín hiệu
lớn nhất v loại nhiễu. Các mạch phối hợp trở kháng có dạng LC, biến áp hay tổ
hợp giữa chúng.
Với trờng hợp a, Z
i
= Z
L
có công suất trên tải cực đại.
ở tần số cao (RF) ít khi Z
i
v Z
L

l thuần trở m bao giờ cũng có phần kháng no
đó. ở trờng hợp tổng quát Z
i
Z
L
hình b/ cần có mạch phối hợp trở kháng để
truyền công suất tín hiệu lớn nhất ra tải. Ví dụ nh cần truyền công suất máy
phát cao tần ra tải l anten phát. Dạng phối hợp trở kháng đơn giản nhất hình
gồm có cuộn cảm L v tụ điện C với các cấu hình khác nhau:









~
E

Z
i
C
Nguồn RF
Z
L
L
~
E

Z
i
C
Nguồn RF
Z
L
L
a)

b)

~
E
ZB
i
B=RB
i
C
RB
L
L
~
C
E
L
RB
L
ZB
i

B=RB
i

14








Biến áp l một trong những thnh phần phối hợp trở kháng thích hợp nhất. Biến
áp lõi sắt dùng ở tần số thấp, dễ dng biến đổi trở kháng theo yêu cầu tuỳ vo tỉ
số vòng dây cuộn sơ cấp v thứ cấp.

2








=
s
p
L
i

n
n
Z
Z
hay
L
i
s
p
Z
Z
n
n
=
; n
p
, n
s
số vòng cuận dây sơ cấp v thứ cấp.
Biến áp lõi không khí dùng ở tần số cao có hiệu suất thấp hơn biến áp lõi sắt
tần số thấp. Một lõi sắt từ đặc biệt hình xuyến đợc chế tạo lm biến áp phối hợp
trở kháng ở tần số cao. Kiểu biến áp tự ngẫu lõi xuyến cũng đợc dùng để phối
hợp trở kháng giữa các tầng.

~
n
p

n
s

R
L
Z
i

~
n
p
n
s

R
L

Z
i
a/ giảm trở kháng a/ nâng trở kháng
Hình 1.16 Phối hợp trở kháng dùng biến áp tự ngẫu





Tơng tự nh biến áp lõi không khí, biến áp lõi Ferrite buộc từ trờng tạo
bởi cuộn sơ cấp tập trung vo lõi, nhờ đó có một số u điểm quan trọng sau:
Thứ nhất l lõi Ferrite không bức xạ năng lợng cao tần do đó không cần bọc
giáp, trong khi ở lõi không khí thì ngợc lại vì không tập trung đợc từ trờng.

15
Phần mạch máy thu, máy phát dùng lõi không khí phải bọc kim tránh giao thoa
tín hiệu với phần mạch khác.
Thứ hai l hầu hết từ trờng tạo bởi cuộn sơ cấp đều cắt qua cuộn thứ cấp
nên tỷ số vòng dây cuộn sơ cấp - thứ cấp, tỷ số điện áp vo - ra hay tỷ số trở kháng
tơng tự nh ở biến áp tần số thấp.
Trong nhiều thiết kế mạch tạo cao tần mới, biến áp lõi xuyến đợc dùng phối
hợp trở kháng giữa các tầng. Đôi khi cuộn sơ v thứ cấp của loại biến áp ny đợc
dùng lm điện cảm của mạch điều hởng.
Cuộn cảm lõi xuyến dùng ở RF có u điểm hơn lõi không khí vì độ từ thẩm
cao của lỗi dẫn đến điện cảm lớn, đặc biệt khi đa thêm lõi sắt vo thì điện cảm
tăng lọt.
Với ứng dụng trong cao tần, điều đó có nghĩa l giá trị điện cảm sẽ tăng nếu
thêm một số ít vòng dây m kích thớc cuộn cảm vẫn nhỏ. Vi vòng dây có điện
trở nhỏ tức l hệ số phẩm chất Q của cuộn dây lớn hơn so với lõi không khí.
Cuộn dây lõi xuyến từ thực sự thay thế cuộn dây lõi không khí trong các máy
phát hiện đại. ứng dụng nhiều nhất của nó l giảm thiểu số vòng dây m vẫn có
giá trị điện cảm lớn. Biến áp lõi xuyến từ có thể đấu nối cho phép phối hợp trở
kháng dải rộng ở cao tần.
Dấu chấm chỉ pha của vòng dây, tỷ số vòng dây biến áp 1:1 cũng l tỷ số
phối hợp trở kháng.

1:
~
Z
i

Z
L
= R
L
1:1
~
Z
L
= R
L
Hình 1.17 Biến áp Balun kết nối đối xứng hay
a/ Nguồn đối xứng, tải bất đối b/ Nguồn bất đối xứng, tải đối
bất đối xứng tải với nguồn cao tần.

16






Nhiều biến áp balun khác có tỷ số biến đổi trở kháng 9:1; 16:1 có đợc bằng
cách mắc nối tiếp biến áp balun có tỷ số biến đổi lớn. Điều chú ý các vòng dây
không đợc gây nên cộng hởng ở tần số lm việc dải rộng.
Biến áp balun dải rộng hữu ích cho thiết kế khuếch đại công suất cao tần dải

rộng, không cần phải điều chỉnh phức tạp phần công suất cao tần, tuy nhiên lọc
hi bậc cao không đợc tốt. Một giải pháp khắc phục l thiết kế phần mức công
suất nhỏ dùng mạch điều hởng loại hi bậc cao, tầng công suất ra cao tần, dải
rộng. Bộ khuếch đại công suất ra cao tần có thể hoạt động ở chế độ A, B, C v D
(chế độ đóng mở).









Trong nhiều trờng hợp, Anten nằm trên cột cao áp cách xa máy phát, máy
thu. Ví dụ Anten thu TV, anten máy phát thanh - phát hình, anten viba v.v. Dây
truyền sóng
nối giữa anten phát với ngõ ra máy phát hoặc ngõ vo máy thu với anten thu có
trở kháng bằng nhau có công suất lớn nhất. Có hai loại dây truyền sóng cơ bản:
+
V
1:4
R
A
RFC
RFin
4:1 4:1
16:1
Hình 1.19 Khuếch đại công suất cao tần chế độ A dải rộng
dùng biến áp Balun phối hợp trở kháng.

1:1
~
Z
L
= 4Z
i

ZB
i
B
1:1
~
b/ Giảm trở kháng từ Z
i
sang Z
L
=
Hình 1.18 Biến áp Balun phối hợp tăng v giảm trở kháng
a/ Tăng trở kháng từ Z
i
sang Z
L
=
ZB
L
B = ZB
i
B/4
Z
B

i
B

17

1. Dây cân bằng (balanced line) gồm 2 dây dẫn song song cách điện v
cách nhau một khoảng xác định còn gọi l dây song hnh. Dòng cao tần
chảy trên mỗi dây nh nhau so với đất nhng ngợc chiều nhau, không
dây no nối đất.
2. Dây bất cân bằng (unbalanced line) gồm 1 dây dẫn tín hiệu cách điện
với 1 dây bọc nối đất, còn gọi l cable đồng trục.
Ví dụ: dây song hnh TV có trở kháng 300, đợc nối với anten thu có trở
kháng 300. Cáp đồng trục 50 nối giữa ngỏ ra máy phát với anten phát bất đối
xứng có trở kháng 50.
Thông số cáp đồng trục:

Suy hao dB/100m
Cable Trở
kháng

100MHz 200MH
z
400MH
z
600MH
z
800MHz 1GHz
3CV2 75 19,5
5C2V 75 12,5
RG58V 50 12,3 17,8 26,1 30,1 34,7 43,3

RG58CV 50 15,8 23,5 34,8 38,7 44,6 57,7
RG59V 75 10,4 15,6 23,4 25,4 29,4 38,2
RG59B/
V
75 10,7 16 23,6 26,2 30,2 38,6
PN150A 75 4,2 6,2 8,8 10,8 12,4 13,9




17

Chơng 2
Máy phát
2.1 Định nghĩa v phân loại
Một hệ thống thông tin bao gồm: máy phát, máy thu v môi trờng
truyền sóng nh hình 2.1. Trong đó máy phát l một thiết bị phát ra tín hiệu
dới dạng sóng điện từ đợc biểu diễn dới một hình thức no đó.

Máyphá
t
Máy thu
Môi trờng
Truyền sóng
Hình 2.1 Sơ đồ khối tổn
g

q
uát của h
ệ

thốn
g
thiết b
ị
thu





Sóng điện từ gọi l sóng mang hay tải tin lm nhiệm vụ chuyển tải thông
tin cần phát tới điểm thu. Thông tin ny đợc gắn với tải tin theo một hình
thức điều chế thích hợp. Máy phát phải phát đi công suất đủ lớn để cung cấp tỉ
số tín hiệu trên nhiễu đủ lớn cho máy thu. Máy phát phải sử dụng sự điều chế
chính xác để bảo vệ các thông tin đợc phát đi, không bị biến dạng quá mức.
Ngoi ra, các tần số hoạt động của máy phát đợc chọn căn cứ vo các kênh v
vùng phủ sóng theo qui định của hiệp hội thông tin quốc tế (ITV). Các tần số
trung tâm của máy phát phải có độ ổn định cao. Do đó, chỉ tiêu kỹ thuật của
máy phát l: Công suất ra, tần số lm việc, độ ổn định tần số, dải tần số điều
chế. Có nhiều cách phân loại máy phát
2.1 .1 Theo công dụng
Máy

phát


Phát
Thôn
Phát
Ch

Phát
ứn

g

g

g
d
ụ
n
g



Cố
đ
Di
đ
Phát
thanh
Phát
hình
Đo kh
cách
Ra
đa
ị
nh
ộ

n
g

Hình 2.2 Phân loại máy phát theo công dụng

18



2.1.2 Theo tÇn sè
+ Ph¸t thanh:
+ 3KHz 30KHz (100Km 10Km): ®μi ph¸t sãng cùc dμi VLW
÷ ÷
+ 30KHz
÷300KHz (10Km
÷
1Km): ®μi ph¸t sãng dμi LW
+ 300KHz 3000KHz (1Km
÷
÷
100m): ®μi ph¸t sãng trung MW
+ 3MHz 30MHz (100m 10m): ®μi ph¸t sãng ng¾n SW
÷ ÷
+ Ph¸t h×nh:
+ 30MHz
÷300MHz (10m ÷1m): ®μi ph¸t sãng mÐt
+ 300MHz 3000MHz (1m
÷
÷
0,1m): ®μi ph¸t sãng dm

+ Th«ng tin Vi ba vμ Ra®a:
+ 3GHz 30GHz (0,1m 0,01m): ®μi ph¸t sãng cm
÷ ÷
+ 30GHz
÷300GHz (0,01m
÷
0,001m): ®μi ph¸t sãng mm
2.1.3 Theo ph−¬ng ph¸p ®iÒu chÕ
+ M¸y ph¸t ®iÒu biªn (AM)
+ M¸y ph¸t ®¬n biªn (SSB)
+ M¸y ph¸t ®iÒu tÇn (FM) vμ m¸y ph¸t ®iÒu tÇn ©m thanh næi (FM Stereo)
+ M¸y ph¸t ®iÒu xung (PM)
+ M¸y ph¸t kho¸ dÞch biªn ®é ASK, QAM
+ M¸y ph¸t kho¸ dÞch pha PSK, QPSK
+ M¸y ph¸t kho¸ dÞch tÇn FSK
2.1.4 Theo c«ng suÊt
+ M¸y ph¸t c«ng suÊt nhá Pra <100W
+ M¸y ph¸t c«ng suÊt trung b×nh 100W < Pra < 10KW
+ M¸y ph¸t c«ng suÊt lín 10KW < Pra < 1000KW
+ M¸y ph¸t c«ng suÊt cùc lín Pra > 1000KW
Ngμy nay, trong c¸c m¸y ph¸t c«ng suÊt nhá vμ trung b×nh ng−êi ta cã thÓ
sö dông hoμn toμn b»ng BJT, FET, MOSFET c«ng suÊt, cßn trong c¸c m¸y

19

phát có công suất lớn v cực lớn ngời ta thờng sử dụng các loại đèn điện tử
đặc biệt.

2.2 Sơ đồ khối tổng quát của các loại máy phát
2.2.1 Sơ đồ khối tổng quát của máy phát điều biên (AM)
Tiền KĐ
âm tần
KĐCSÂ
T
KĐCSC
T
Mạch ra
TBị an
ton
&l
Khối chủ
són
g
Tiền KĐ
Cao tần
Nguồn
Cun
g

Hình 2.3 Sơ đồ khối tổn
g

q
uát của má
y

p
hát điều biên

+ Tiền khuếch đại âm tần: Có nhiệm vụ khuếch đại điện áp tín hiệu vo đến
mức cần thiết để đa vo tầng khuếch đại công suất âm tần (KĐCSÂT). Vì đối
với máy phát AM thì biên độ điện áp âm tần yêu cầu lớn để có độ điều chế sâu
(m lớn) nên tầng ny thờng có tầng khuếch đại micro v khuếch đại điện áp
mức cao.
+ Khuếch đại công suất âm tần (KĐCSÂT): có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu
đến mức đủ lớn để tiến hnh điều chế tín hiệu cao tần.
+ Khối chủ sóng (Dao động): có nhiệm vụ tạo ra dao động cao tần (sóng mang)
có biên độ v tần số ổn định, có tầm biến đổi tần số rộng. Muốn vậy, ta có thể
dùng mạch dao động LC kết hợp với mạch tự động điều chỉnh tần số (AFC)
+ Khối tiền khuếch đại cao tần (TKĐCT): có thể đợc dùng để nhân tần số
hoặc khuếch đại dao động cao tần đến mức cần thiết để kích thích cho tần công
suất lm việc. Nó còn có nhiệm vụ đệm, lm giảm ảnh hởng của các tầng sau

20

đến độ ổn định tần số của khối chủ sóng. Vì vậy, nó có thể có nhiều tầng: tầng
đệm, tầng nhân tần v tầng tiền khuếch đại công suất cao tần (TKĐCSCT)
+ Khối khuếch đại công suất cao tần (KĐCSCT): có nhiệm vụ tạo ra công suất
cần thiết theo yêu cầu công suất ra của máy phát. Công suất ra yêu cầu cng

lớn thì số tầng khuếch đại trong khối KĐCSCT cng nhiều.
+ Mạch ra để phối hợp trở kháng giữa tầng KĐCSCT cuối cùng v anten để có
công suất ra tối u.
+ Anten để bức xạ năng lợng cao tần của máy phát thnh sóng điện từ truyền
đi trong không gian.
+ Nguồn cung cấp điện áp phải có công suất lớn để cung cấp cho Transistor
hoặc đèn điện tử công suẩt.
+ Ngoi ra, máy phát phải có thiết bị an ton v thiết bị lm nguội.
2.2.2 Sơ đồ khối tổng quát của máy phát đơn biên (SSB)










Thiết
bị đầu
vo
Bộ
điều
chếđơn
Bộ
đổi
tần
KĐại
dđộng

đchế
Bộ
lọc
1
HTDD
tầng ra
Bộ
lọc
2
Bộ tổng hợp
tần s
ố
Suy
g
iảm
Nguồn
cun
g
cấ
p
TB an ton
& lm
Hình 2.4 Sơ đồ khối tổng quát của máy phát đơn
biên
Bộ kích
thích đơn
biên
f1 f2
Ngoi các yêu cầu kỹ thuật chung của máy phát, máy phát đơn biên (SSB)
còn phải có thêm một số chỉ tiêu kỹ thuật sau đây:

- Mức méo phi tuyến - 35 dB
- Bề rộng mỗi kênh thoại v tổng số kênh thoại
- Tần số lm việc: 1MHz - 30 MHz
Việc xây dựng sơ đồ khối của máy phát đơn biên có một số đặc điểm riêng
so với máy phát điều biên (AM). ở đây các bộ điều biên cân bằng v bộ lọc dải

21

hẹp đợc sử dụng để tạo nên tín hiệu đơn biên, nhng công suất bị hạn chế chỉ
vi mW. Nếu sóng mang ở dải tần số cao (sóng trung v sóng ngắn) thì không
thể thực hiện đợc bộ lọc với các yêu cầu cần thiết (dải thông hẹp, sờn dốc
đứng ) vì vậy sẽ xuất hiện nhiễu xuyên tâm giữa các kênh, lm giảm tỷ số tín
hiệu trên nhiễu. Vì vậy, đối với máy phát đơn biên thì tần số sóng mang cơ bản
để tạo đơn biên ở khoảng tần số trung gian: ( =100KHz-500KHz). Do đó, sơ
đồ cấu trúc của máy đơn biên gồm một bộ tạo tín hiệu đơn biên ở tần số trung
gian (100-500)KHz sau đó nhờ một vi bộ đổi tần để chuyển đến phạm vi tần
số lm việc ( =1MHz-30MHz) rồi nhờ bộ khuếch đại tuyến tính để khuếch đại
đến một công suất cần thiết.
1
f
1
f
+ Thiết bị đầu vo: thờng lm nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu âm tần nếu tín
hiệu ny còn bé hoặc hạn chế tín hiệu âm tần nếu tín hiệu ny quá lớn.
+ Bộ điều chế đơn biên (BĐCĐB): trong các máy phát công suất lớn BĐCĐB
thờng đợc xây dựng theo phơng pháp lọc tổng hợp. Trong các máy phát
công suất nhỏ, yêu cầu kỹ thuật không cao nên đôi khi có thể sử dụng bộ điều
chế đơn biên theo phơng pháp lọc - quay pha. Khi đó việc điều chế tín hiệu
đơn biên có thể đợc thực hiện ngay ở tần số lm việc nên không cần có bộ đổi
tần v bộ lọc 1.

+ Bộ tổng hợp tần số của máy phát đơn biên: l thiết bị chất lợng cao v phức
tạp. Nó phải bảo đảm tần số sóng mang gốc ( ) v các tần số khác ( ) có độ
ổn định tần số rất cao (
1
f
2
f
97
1010

ữ=

f
f
). Vì vậy, cần dùng thạch anh để tạo các
tần số gốc
+ Bộ đổi tần: thực chất l bộ khuếch đại cộng hởng để lấy thnh phần hi
. Chính nhờ bộ đổi tần m độ ổn định tần số của máy phát tăng lên.
12
nff =
+ Bộ lọc 1: có nhiệm vụ lọc các sản phẩm của quá trình đổi tần.
+ Bộ khuếch đại dao động điều chế (KĐDĐĐC): phụ thuộc vo công suất ra
m có số tầng từ 2 đến 4. Để điều chỉnh đơn giản, một, hai tầng đầu l khuếch
đại dải rộng không điều hởng. Còn các tầng sau l các bộ khuếch đại cộng
hởng.

22

+ Hệ thống dao động tầng ra dùng để triệt các bức xạ của các hi v cũng để
phối hợp trở kháng. Trong các máy phát đơn biên bộ lọc đầu ra thờng l một

hay hai bộ lọc hình ghép với nhau v giữa chúng thờng có phần tử điều
chỉnh độ ghép để nhận đợc tải tốt nhất của máy phát. Tầng KĐDĐĐC đơn sử
dụng đơn giản hơn so với tầng đẩy kéo. Song sử dụng tầng đơn thì gặp khó
khăn l không phối hợp trở kháng với anten sóng ngắn đối xứng. Đối với máy
phát công suất ra P

ra
= (20 - 40)Kw ngời ta dùng biến áp ra đối xứng có lõi
Ferrite. Còn đối với máy phát công suất ra P
ra
= 100Kw ngời ta dùng biến áp
đối xứng không có lõi.
+ Bộ lọc 2: dùng để triệt các thnh phần cao tần xuất hiện trong dải tần số
truyền hình, nên còn gọi l bộ lọc tín hiệu truyền hình. Đối với máy thu đơn
biên ta phải đổi tín hiệu đơn biên thnh điều biên để thực hiện tách sóng trung
thực. Muốn vậy phải phục hồi sóng mang, điều ny yêu cầu vòng khoá pha
PLL. Do đó, ở máy phát không triệt tiêu hon ton tần số sóng mang m giữ lại
sóng mang có biên độ bằng (5-20)%. Tần số ny còn đợc gọi l tần số lái,
đợc phát cùng tín hiệu đơn biên. Nhờ đó máy thu đơn biên có thể khôi phục
tín hiệu một cách chính xác nhờ hệ thống tự động điều chỉnh tần số AFC
2.2.3 Sơ đồ khối của máy phát am đa kênh ghép kênh FDM



Dđộg
sóg mg

Tầng K.
Đ
ạ
i
Điều
ch
ế
Bộ lọc 1
Tầng K.
Đ
ạ
i
Dđộg
sóg mg
Điều
ch
ế
Bộ lọc 2
Dđộg
sóg mg

Mạch
ghép
tạo tín
hiệu
tổng
hợp
Kênh 1
Kênh 2
.
.
.
.

23

2.2.4 Sơ đồ khối tổng quát của máy phát đIều tần Fm

Tiền KĐ
âm tần
TĐKhán
g
+ ĐC
Nhân tần
KĐCSC
T
TBị an
ton
&l
Khối chủ
só
g

(
DĐ
)
Nguồn
Cun
g

Hình 2.6 Sơ đồ khối tổn

g

q
uát của má
y

p
hát điều tần








Tầng điện kháng: sử dụng các phần tử điện kháng để biến đổi tín hiệu âm
tần thnh điện kháng thay đổi (dung kháng hoặc cảm kháng biến thiên) để
thực hiện việc điều chế FM. Phần tử điện kháng có thể l Transistor điện
kháng, đèn điện kháng hoặc Varicap (điện dung biến đổi theo điện áp đặt vo
Varicap).

24


2.2.5 Sơ đồ khối tổng quát của máy phát Fm chất lợng
cao

Tiền KĐ
âm tần

TĐKhán
g
+ ĐC
Nhân tần
(
x10
)
KĐCSC
T
K. đại
tru
g

g
ian
Tách sg
+ KĐ DC
Hình 2.7 Sơ đồ khối tổn
g

q
uát của má
y

p
hát điều tần FM chất lợn
g

Trộn
són

g
Nhân tần
Dao
đ
ộ
n
g

f
IF
= 10MHz F
RF
= 100MHz
1MHz
1MHz
100MHz
9,9MHz
99MHz

2.3 Các mạch ghép trong máy phát
Mạch ghép để ghép giữa các tầng v ghép giữa tầng ra của máy phát với
anten. Yêu cầu chung đối với mạch ghép:
1. Phối hợp trở kháng
Đối với mạch ghép giữa các tầng: yêu cầu l trở kháng vo của tầng kế
tiếp phản ảnh về cùng với trở kháng ra của bộ cộng hởng tầng trớc đó tạo
thnh trở kháng sóng tối u, đảm bảo công suất ra v hiệu suất của tầng ny l
lớn nhất.
Đối với mạch công suất: việc phối hợp trở kháng giữa tầng ra của bộ
khuếch đại công suất cao tần v anten nhằm đạt đợc công suất ra lớn nhất.
2. Đảm bảo BĂNG thông (B)