Bài giảng: Định vị và dẫn đường hàng hải pdf

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ TÀU BIỂN
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ – VIỄN THÔNG








BÀI GIẢNG
ĐỊNH VỊ & DẪN ĐƯỜNG HÀNG HẢI



TÊN HỌC PHẦN : ĐỊNH VỊ & DẪN ĐƯỜNG HH
MÃ HỌC PHẦN : 13230
TRÌNH ĐỘ ĐÀO TẠO : ĐẠI HỌC CHÍNH QUY
DÙNG CHO SV NGÀNH : ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

HẢI PHÒNG – 2010


YÊU CẦU VÀ NỘI DUNG CHI TIẾT

Tên học phần: Định vị và dẫn đường hàng hải Loại học phần : III
Bộ môn phụ trách giảng dạy: Điện tử viễn thông Khoa phụ trách: Điện - ĐTTB
Mã học phần: 13230 Tổng số TC: 4

TS tiết Lý thuyết Thực hành/ Xemina Tự học Bài tập lớn Đồ án môn học
90 90 có

Điều kiện tiên quyết:
SV phải có cơ sở kiến thức về: vật lý điện từ, lý thuyết truyền tin, cấu kiện điện tử, mạch điện tử, kỹ
thuật siêu cao tần, anten và truyền sóng, .
Mục tiêu của học phần:
Cung cấp kiến thức cơ bản của các hệ thống và thiết bị định vị và dẫn đường hàng hải cho các SV
Điện tử viễn thông.
Nội dung chủ yếu:
Khái niệm về nguyên lý hoạt động, cấu trúc hệ thống, cấu trúc thiết bị và những kiến thức lý thuyết
và chuyên môn của các hệ thống.
Nội dung chi tiết:

PHÂN PHỐI SỐ TIẾT
TÊN CHƯƠNG MỤC
TS LT Xemina BT KT
VÔ TUYẾN ĐỊNH VỊ
Chương 1: Nguyên lý chung của vô tuyến định vị
1.1. Khái niệm chung

1.2. Hệ thống radar phát sóng liên tục
1.3. Radar phat xung
1.4. Phương pháp xác định góc phương vị.
1.5. Tầm quan sát không gian.
1.6. Những thông số khai thác và kỹ thuật.
50
8


8
có
Chương 2: Tầm xa của radar hàng hải
2.1. Tầm xa của radar hàng hải trong không gian tự do.

2.2 Nén xung trong radar hàng hải
2.3 Ảnh hưởng của khí quyển.
2.4 Ảnh hưởng của bề mặt biển (mặt đất).
2.5 Ảnh hưởng của sóng biển.
5 5
Chương 3: Máy phát radar
3.1 Sơ đồ khối.
3.2 Manhetron.
3.3. Mạch điều chế xung.
3.4 Thyristor và một số mạch điều chế xung.
12

12


Chương 4: Anten và các đường truyền năng lượng

4.1 Các đường truyền năng lượng.
4.2 Phối hợp trở kháng trong đường truyền năng lượng
4.3. Chuyển mạch anten.
4.4. Anten và những đặc tính.
8



8


Chương 5: Máy thu radar
5.1. Đặc điểm chung.
5.2 Mạch đổi tần.
5.3. Mạch khuếch đại trung tần.
5.4. Tách sóng và khuếch đại thị tần
5.5. Nhiễu tạp và những phươngbpháp hạn chế.
5.6. Tự động điều chỉnh tần số.
5 5

Chương 6: Cơ cấu chỉ báo radar.
6.1. Chức năng và phân loại.
6.2. Monitor.
6.3. Phương pháp tạo quét “bán kính quay”.
6.4. Phương pháp tạo quét mành.
6.5. Cơ cấu chỉ báo số.
6.6. Phương pháp chỉ báo khoảng cách.
6.7. Chỉ báo góc phương vị.
6.8. Radar chỉ báo chuyển động thực.
12

12
DẪN ĐƯỜNG VỆ TINH
Chương 7: Những khái niệm chung
7.1 Nguyên lý dẫn đường bằng vô tuyến điện.
7.2 Vệ tinh nhân tạo và những đặc tính.
7.3 Hệ tọa độ tham chiếu.
7.4 Cấu hình hệ thống dẫn đường vệ tinh.
25

5



5



Chương 8: Các phương pháp xác định vị trí.
8.1. Nguyên lý chung.
8.2. chuẩn thời gian và thang đo.
8 8
Chương 9: Hệ thống dẫn đường vệ tinh GPS.
9.1 Cấu trúc và nguyên lý hoạt động.
9.2 Khâu vũ trụ.
9.3 Khâumặt đất.
9.4 Khâu thuê bao.
9.5 DGPS – dạng vi sai của GPS.
9.6 Các hệ thống dẫn đường vệ tinh khác.

12

12

Nhiệm vụ của sinh viên: Lên lớp đầy đủ và chấp hành mọi quy định của Nhà trường.
Tài liệu học tập:
1. Vô tuyến định vị tầu biển .A.M. Bajrasevski NXB “Cydostrojenie” L.B.Nga 1993
2.Các hệ thống dẫn đường vệ tinh Hàng hải J. Janusevski, Gdynia 2002.
3.Các tổ hợp dẫn đường vệ tinh hàng hải. NXB “Cydostrojenie”. Moscova 1996.
4. Vô tuyến định vị hàng hải. Bài giảng chi tiết, Trần Đức Inh. ĐHHH Việt nam,199 tr. 2005.
5.Dẫn đường vệ tinh Hàng hải. Bài giảng chi tiết, Trần Đức Inh. ĐHHH Việt nam,189 tr. 2005.
Hình thức và tiêu chuẩn đánh giá sinh viên:
- Thi viết hoặc thi vấn đáp.
- Sinh viên phải bảo đảm các điều kiện theo Quy chế của Nhà trường và của Bộ.
Thang điểm : Thang điểm chữ A,B,C,D,F.
Điểm đánh giá học phần: Z=0,3X+0,7Y.
Bài tập lớn:
I. Tên các bài.
1 - Khái quát chung về radar hàng hải đi sâu phân tích khối thu phát và bức xạ (Scanner Unit) của
radar………………….
2 - Khái quát chung về radar hàng hải đi sâu phân tích cơ cấu chỉ báo số của radar …………. .
3 - Các phương pháp chỉ báo khoảng cách và góc phương vị trong radar, đi sâu phân tích.
4 - Manhetron: cấu tạo, đặc điểm, phân loại và ứng dụng của nó trong các bộ tạo sóng siêu cao của
radar hàng hải.
5 - Thyristor và đường dây dài. Nguyên lý cấu tạo, hoạt động và ứng dụng của chúng trong các
mạch điều chế xung của radar. Minh họa bằng cách phân tích một mạch điều chế xung cụ thể.
6 – Các phương pháp chỉ báo trong radar hàng hải. Đi sâu phan tích cơ cấu chỉ báo quét tròn trong
radar JMA 625.
7 – Những can nhiếu chủ yếu trong radar hàng hải. Phân tíc các phương pháp hạn chế trong các
thiết bị cụ thể.

8 – Những đặc điểm của máy thu radar. Đi sâu phân tích mạch đổi tần và chỉ báo dòng diode của
mạch trộn tần radar JMA 625.

9 – Hệ thống dẫn đường vệ tinh GPS. Đi sâu phân tích nguyên lý xác định điểm đo bằng phép đo
khoảng cách giả định vệ tinh – thuê bao qua phép đo thời gian lan truyền của sóng.
10 – Hệ thống dẫn đường vệ tinh vi sai. Nguyên lý hoạt động và các phương pháp gửi trị hiệu
chỉnh vi sai tromng các hệ thống hiện hành và tương lai.
II. Mục tiêu và Yêu cầu: Các bài tập lớn là những tiểu luận về một vấn đề đặt ra, giúp SV làm
quen dần với cách giải quyết những vấn đề đặt ra của đề tài, cách viết, cách phân tích, tổng hợp và
cách đưa ra những nhận xét cần thiết. Nhằm củng cố kiến thức và kỹ năng làm đồ án sau này.
III. Nội dung: Ở mỗi bài, SV phải đưa ra được hai nội dung: Phần phân tích lý thuyết và phần
phân
tích các mạch cụ thể.
IV. Hình thức đánh giá: Sinh viên bảo vệ và giáo viên đánh giá đồng thời đọc bài viết của SV.
V. Hình thức trình bày: Bài nộp có thể viết bằng tay hay chế bản vi tính, song phải đảm bảo các
yêu cầuvè kích cỡ, dạng chư dễ đọc và các tiêu chuẩn ấn loát khác. Bìa ngoài cứng theo mẫu mã
quy định


TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM
-o0o-
TS. TRẦN ĐỨC INH







ĐỊNH VỊ & DẪN ĐƯỜNG

HÀNG HẢI



















Hải Phòng, tháng 6 năm 2010
1

MỤC LỤC
NỘI DUNG Trang

PHẦN I: ĐỊNH VỊ HÀNG HẢI 4
Chương 1: NGUYÊN LÝ CHUNG CỦA VÔ TUYẾN ĐỊNH VỊ 4
1.1. KHÁI NIỆM CHUNG 4
1.2 HỆ THỐNG RADAR PHÁT SÓNG LIÊN TỤC 4

1.2.1. RADAR PHÁT SÓNG LIÊN TỤC KHÔNG ĐIỀU CHẾ 4
1.3 RADAR PHÁT XUNG 5
1.4. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TỌA ĐỘ GÓC 6
1.4.1. PHƯƠNG PHÁP BIÊN ĐỘ CỰC ĐẠI 6
1.4.2 PHƯƠNG PHÁP CÂN BẰNG BIÊN ĐỘ 6
1.4.3 PHƯƠNG PHÁP PHA 7
1.5 TẦM QUAN SÁT KHÔNG GIAN 7
1.6. NHỮNG THÔNG SỐ KHAI THÁC VÀ KỸ THUẬT 7
1.6.1 CÁC THÔNG SỐ KHAI THÁC 7
1.6.2 CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT 8
Chương 2: TẦM XA CỦA RADAR HÀNG HẢI 9
2.1 TẦM XA HOẠT ĐỘNG CỦA RADAR HÀNG HẢI TRONG KHÔNG GIAN
TỰ DO 9
2.2 NÉN XUNG TRONG RADAR 9
2.3 ẢNH HƯỞNG CỦA KHÍ QUYỂN 10
2.4 ẢNH HƯỞNG CỦA BỀ MẶT NƯỚC BIỂN (MẶT ĐẤT) 10
2.5 ẢNH HƯỞNG CỦA SÓNG BIỂN 11
Chương 3: MÁY PHÁT RADAR 12
3.1 SƠ ĐỒ KHỐI CỦA MÁY PHÁT RADAR 12
3.2 MANHETRON 12
3.2.1 CẤU TRÚC MANHETRON ĐỒNG BỘ 12
3.2.2. NGUYÊN LÝ TẠO VÀ DUY TRÌ DAO ĐỘNG 13
3.2.3. ĐẶC TÍNH CÔNG TÁC VÀ ĐẶC TÍNH TẢI 13
3.3. MẠCH ĐIỀU CHẾ XUNG 14
3.3.1. KHÁI NIỆM CHUNG 14
3.3.2 MẠCH ĐIỀU CHẾ XUNG DÙNG TỤ 14
3.3.3 MẠCH ĐIỀU CHẾ XUNG DÙNG ĐƯỜNG DÂY DÀI 15
3.4 THYRISTOR VÀ MẠCH ĐIỀU CHẾ XUNG DÙNG ĐƯỜNG DÂY DÀI 15
3.4.1 KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ THYRISTOR. 15
3.4.2 THYRISTOR TRONG MỘT SỐ MẠCH ĐIỀU CHẾ XUNG RADAR 16

Chương 4: ANTEN VÀ ĐƯỜNG TRUYỀN NĂNG LƯỢNG 17
4.1 ĐƯỜNG TRUYỀN NĂNG LƯỢNG 17
4.1.1 CÁP ĐỒNG TRỤC 17
4.1.2 ỐNG DẪN SÓNG 17
4.2 PHỐI HỢP TRỞ KHÁNG TRONG ĐƯỜNG TRUYỀN SÓNG 18
4.3 CHUYỂN MẠCH ANTEN 19
4.3.1 CHUYỂN MẠCH CÔNG TẮC 19
4.3.2 CHUYỂN MẠCH CÂN BẰNG HAY CHUYỂN MẠCH CẦU 19
4.3.3. CHUYỂN MẠCH PHA 20
4.4 ANTEN RADAR VÀ NHỮNG ĐẶC TÍNH 20
4.4.1 ĐẶC TÍNH CHUNG CỦA ANTEN RADAR 20
4.4.2 ANTEN LOA 20
4.4.3 ANTEN KHE 21
Chương 5: MÁY THU RADAR 22
5.1 NHỮNG ĐẶC ĐIỂM 22
5.1.1 YÊU CẦU CHUNG 22
2

5.1.2 ĐỘ NHẠY VÀ ĐẶC TÍNH 22
5.2 MẠCH ĐỔI TẦN 22
5.2.1 MẠCH DAO ĐỘNG NỘI DÙNG DIODE GANN 23
5.3 MẠCH KHUẾCH ĐẠI TRUNG TẦN 23
5.4 TÁCH SÓNG VÀ KHUẾCH ĐẠI THỊ TẦN 24
5.4.1 MẠCH TÁCH SÓNG 24
5.4.2 MẠCH KHUẾCH ĐẠI THỊ TẦN 24
5.5 NHIỄU TẠP VÀ PHƯƠNG PHÁP HẠN CHẾ 25
5.5.1 CÁC MẠCH TỰ ĐIỀU KHUYẾCH (AGC) 25
5.5.2 MẠCH CHỐNG NHIỄU MƯA VÀ SƯƠNG MÙ 26
5.6 TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH TẦN SỐ 26
Chương 6: CƠ CẤU CHỈ BÁO RADAR 27

6.1 CHỨC NĂNG VÀ PHÂN LOẠI 27
6.2 MONITOR 27
6.3 PHƯƠNG PHÁP TẠO QUÉT “BÁN KÍNH QUAY” 27
6.3.1 PHƯƠNG PHÁP “CUỘN QUÉT QUAY” 28
6.4 PHƯƠNG PHÁP QUÉT MÀNH 29
6.5 CƠ CẤU CHỈ BÁO SỐ 30
6.6 PHƯƠNG PHÁP CHỈ BÁO KHOẢNG CÁCH 31
6.7 PHƯƠNG PHÁP CHỈ BÁO GÓC PHƯƠNG 32
6. 8 RADAR CHỈ BÁO CHUYỂN ĐỘNG THỰC 33
PHẦN II: DẪN ĐƯỜNG VỆTINH 35
Chương 7: KHÁI NIỆM CHUNG 35
7.1. NGUYÊN LÝ DẪN ĐƯỜNG VÔ TUYẾN ĐIỆN 35
7.1.1 HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG MẶT ĐẤT 35
7.1.2 HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG VỆ TINH 36
7.2 VỆ TINH VÀ NHỮNG ĐẶC TÍNH 36
7.2.1 VỆ TINH DẪN ĐƯỜNG 36
A. Vận tốc vũ trụ cấp I 36
B. Định luật Kepler 37
7.2.2 QŨY ĐẠO VÀ CÁC THÔNG SỐ QUỸ ĐẠO 37
7.2.3 TẦM NHÌN CỦA VỆ TINH 37
7.3 HỆ TỌA ĐỘ THAM CHIẾU 38
7.3.1 PHÂN LOẠI 38
7.4 CẤU HÌNH HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG VỆ TINH 39
7.4.1 KHÂU VŨ TRỤ 40
7.4.2 KHÂU MẶT ĐẤT 40
7.4.3 KHÂU THUÊ BAO 40
Chương 8: PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ 42
8.1 NGUYÊN LÝ CHUNG 42
8.1.1 PHƯƠNG PHÁP DOPPLER 42
B. Nguyên lý thu tích phân Doppler 42

8.1.2 PHÉP ĐO KHOẢNG THỜI GIAN 43
8.1.3 ĐÁNH GIÁ ĐỘ CHÍNH XÁC VỊ TRÍ 43
8.2 CHUẨN THỜI GIAN VÀ THANG ĐO 45
8.2.1 MẪU CHUẨN THỜI GIAN VÀ TẦN SỐ 45
8.2.2 ĐỊNH NGHĨA ĐƠN VỊ THỜI GIAN 45
8.2.3 THANG ĐO THỜI GIAN 45
Chương 9: HỆ THỐNG GPS – NAVSTAR 47
9.1 CẤU TRÚC VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 47
9.1.1 GIỚI THIỆU CHUNG 47
9.1.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 47
9.2 KHÂU VŨ TRỤ 47
9.2.1 THÔNG SỐ QUỸ ĐẠO, SỐ LƯỢNG VÀ CÁCH BỐ TRÍ 47
3

9.2.3 TẦN SỐ SÓNG MANG 48
9.2.4 PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ 48
Phổ tần của các tín hiệu phát đi từ vệ tinh trên các tần số L
1
, L
2
, trong hệ thống GPS được minh họa
trên hình 9.4 49
9.2.5 MÃ ĐIỀU CHẾ 49
9.2.6 THÔNG BÁO VŨ TRỤ 50
9.2.7 NHIỄU VÀ GÂY NHIỄU CỐ Ý 50
9.3 KHÂU MẶT ĐẤT 50
9.3.1 TRẠM DÕI THEO 51
9.3.2 TRẠM CHÍNH 51
9.3.3 TRẠM HIỆU CHỈNH 51
9.4 KHÂU THUÊ BAO 51

9.4.1 PHÉP ĐO KHOẢNG THỜI GIAN VÀ MỨC CHÍNH XÁC 52
9.4.2 MÁY THU DẪN ĐƯỜNG VỆ TINH 52
A. Nguyên lý hoạt động của máy thu hiện đại 52
B. Anten của máy thu 52
9.5 DGPS - DẠNG VI SAI CỦA HỆ THỐNG GPS 55
9.5.1 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 55
9.5.2 DẪN ĐƯỜNG VI SAI TRONG HÀNG HẢI 55
9.5.4 MÁY THU DẪN ĐƯỜNG DGPS 56
9.5.5 PHIÊN BẢN MẠNG CỦA DGPS 57
9.5.6. ƯU, NHƯỢC ĐIỂM CỦA DGPS 57
9.6. CÁC HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG VỆ TINH KHÁC 57
9.6.1. HỆ THỐNG GLONASS 57
9.6.2 HỆ THỐNG ĐƯỜNG TOÀN CẦU GNSS 57
9.6.3 HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG VỆ TINH HỖ TRỢ 58
9.6.4 CÁC HỆ THỐNG VỆ TINH CHÂU ÂU 58

4

PHẦN I: ĐỊNH VỊ HÀNG HẢI
Chương 1: NGUYÊN LÝ CHUNG CỦA VÔ TUYẾN ĐỊNH VỊ
1.1. KHÁI NIỆM CHUNG

Các định nghĩa:
-Vô tuyến định vị là gì?
-Mục tiêu của định vì là gi?.
- Trạm vô tuyến định vị (trạm radar) là gì?
Phân loại theo nguyên lý hoạt động chúng ta có:
- Vô tuyến định vị thụ động,
-Vô tuyến định vị tích cực,
- Tích cực với trả lời thụ động,
- Tích cực với trả lời tích cực.
Phụ thuộc vào dạng của các sóng thăm dò
- Phát sóng liên tục: trong đó có điều chế hoặc không bị điều chế.
- phát xung.
Hình 1.1 mô tả sơ đồ khối của các hệ thống radar nói chung.

1.2 HỆ THỐNG RADAR PHÁT SÓNG LIÊN TỤC
1.2.1. RADAR PHÁT SÓNG LIÊN TỤC KHÔNG ĐIỀU CHẾ

Nguyên lý hoạt động của hệ thống này dựa trên hiện tượng Doppler. Hệ thống radar này được mô
tả trong hình 1.2.

Hình 1.2 Hệ thống radar phát sóng liên tục không điều chế.
f
1
f
1
± Δf
Máy phát
Chỉ báo

Máy thu

Hình 1.1
Các hệ thống định vị:
thụ động (a), tích cực (b)
a)

Ch
ỉ báo

Máy thu

Máy phát
Chỉ báo

Máy thu

b)

Nếu vận tốc được tính
bằng Km/h, tần số bằng Hz,
bước sóng bằng cm. Chúng ta có:


1
55,6
r
D
v
F


(1.1)
Vận tốc hướng trạm của
mục tiêu
r
v
, được tính trên cơ sở

Hình 1.3 Vận tốc hướng trạm



r
v

m
v

hình 1.3:
1
55,6 cos
m
D
v
F





1
55,6cos
m D
v F


 (1.2)
Để xác định khoảng cách tới mục tiêu, cần sử dụng hệ
thống song song (Doppler) như hình 1.4. Khi đó:
5

/ 4
D M
D F c f F
 
(1.3)













Thông thường dụng cụ đo tần số Doppler
D
F

trong biểu thức (1.3) là bộ đếm xung, có
chu kỳ đếm
1/
D D
T F

, N.


1.3 RADAR PHÁT XUNG
Đây là hệ thống được sử dụng rất rộng rãi và duy nhất trong radar hàng hải. Radar phát xung, phát
đi các chùm sóng siêu cao tần có tính chu kỳ, được gọi là các chùm xung “thăm dò”, có độ rộng rất nhỏ
so với độ rỗng lớn. Trong khoảng thời gian giữa 2 chùm xung ấy, máy thu của trạm thu nhận các chùm
xung phản xạ từ mục tiêu trở về. Mỗi một chùm xung đơn lẻ phản xạ từ mục tiêu trở về máy thu có độ trễ
tỷ lệ thuận với khoảng cách của mục
tiêu nơi sóng phản xạ trở về:
2 /
D c


. Bằng phương pháp hiển thị điện tử, tạo quét tương ứng, chúng ta
có thể tái tạo được hình ảnh không gian quan sát của trạm và các thông số (khoảng cách và góc mạn) của
mục tiêu như được mô tả trên hình 1.6.

Hình 1.5
Điều chế theo quy luật
tuyến tính: Tần số phát (nét
liền), phản xạ (nét đứt )-(a);Tần
số Doppler (b).

t

b)

D
F

T
m

t
f
1


t

f
ax
M

f

D
F

Min
f

a)
f


Hình 1.4 Hệ thống radar Doppler.
Máy thu 2

Máy phát 1

Máy
thu 1

Máy phát 2





4
c
D
f



 


 

 
(1.3)

1.2.2. RADAR PHÁT SÓNG LIÊN

TỤC CÓ ĐIỀU CHẾ

Hệ thống phát sóng điều chế tần
số, có thể theo quy luật hàm sin hay quy
luật tuyến tính như trên hình 1.5.
Khoảng cách đến mục tiêu trong
hệ thống được xác định:

6

1.4. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TỌA ĐỘ GÓC

Tọa độ góc của các mục tiêu được xác định dựa trên tính định hướng của anten. Có hai phương
pháp xác định: biên độ hay phương pháp pha.

1.4.1. PHƯƠNG PHÁP BIÊN ĐỘ CỰC ĐẠI

Nguyên lý hoạt đông được mô tả trong hình 1.8a, dựa vào đặc tính định hướng cao của anten -
( )
U

. Độ nhạy của phương pháp được đánh giá:



V
dU

S
d




,
0
 

(1.4)
Sai số của phép đo:

/
V
U S


  
(1.5)
Độ định hướng của anten được định nghĩa là góc giữa điểm (0,7) giá trị cực đại đối
với đặc tính biên độ và điểm (0,5) giá trị cực đại đối với đặc tính công suất như như được mô tả trên
hình 1.8b.

1.4.2 PHƯƠNG PHÁP CÂN BẰNG BIÊN ĐỘ

Bằng cáh sử dụng hai anten có đặc tính định hướng giống hệt nhau và bị dịch đi một
góc

như hình 1.9a, có thể xác định chính xác góc phượng vị của mục tiêu.



Hình 1.8
Xác đ
ịnh góc
m
ạn

b
ằng
phương phápbiên độ cực đại (a) và
góc mở của búp sóng anten (b).
x

( )
U


y


0



a)
0


0,7
0,5
b)
Hình 1.6


N
guyên lý
ch
ỉ báo



của radar phát xung
t

(3)
t

(1)
t

(2)
(4)

t

(5)
1
D

2
D

3
D

Sơ đồ khối của trạm radar hàng hải
được mô tả như trong hình 1.7.

Hình 1.7 Sơ đồ khối của radar phát xung.
Điều chế
Chỉ báo
Đồng bộ và nguồn
Tạo sóng
Máy thu
Chuyển mạch
Đi anten
Bao gồm các khối chức năng sau: Khối
đồng bộ và nguồn nuôi, Mạch điều chế xung,
Mạch tạo dao động siêu cao tần, Cơ cấu
chuyển mạch anten, Hệ thống Anten – Phiđơ,
Máy thu và Cơ cấu chỉ báo, hiển thị điện tử.
7

1.4.3 PHƯƠNG PHÁP PHA

Để xác định tọa độ góc bằng phương pháp pha, cần dùng hai anten có độ định hướng cao đặt
cách nhau một khoảng d như trong hình 1.9b. Với góc

đủ nhỏ
sin
 
:
chúng ta có:

2 /
d


 

(1.6)
Thông qua việc đo sự lệch pha


của tín hiệu thu được từ hai anten ta có thể xác định được góc
phương vị của mục tiêu (so với phương thẳng đứng – phương chuẩn).

1.5 TẦM QUAN SÁT KHÔNG GIAN










1.6. NHỮNG THÔNG SỐ KHAI THÁC VÀ KỸ THUẬT

1.6.1 CÁC THÔNG SỐ KHAI THÁC

Đây là các thông số liên quan và xác định các chức năng bảo đảm nhiệm vụ dẫn dắt tàu thuyền tốt
của các sỹ quan hàng hải. Có thể liệt kê những thông số khai thác cơ bản sau:
1. Tầm xa cực đại: (được xác định tronbg chương 3)
2. Tầm xa cực tiểu:



min1
. / 2
x x
D c
 


(1.8)
Tầm xa cực tiểu còn bị giới hạn bởi “vùng chết” do điểm đặt của anten của radar gây nên.
3. Khả năng phân giải của trạm:
3a. Khả năng phân giải theo khoảng cách:
Để có thể phân biệt được hai mục tiêu khác nhau trong cơ cấu chỉ báo, điều kiện cần
và đủ là:

. / 2 . / 2
x
c c
 
 
, (1.9)
3b. Khả năng phân giải theo phương vị: Đó là góc phương vị nhỏ nhất giữa hai vật thể
kề cận khác nhau mà trạm có thể phân biệt được. Khả năng phân biệt tiềm năng theo phương vị phụ thuộc
hoàn toàn vào độ rộng và dạng của đặc tính định hướng anten trong mặt phẳng chân trời.
4. Độ chính xác của phép đo khoảng cách: Đặc trưng bởi sai số nhận được kết quả xác định khoảng
cách bằng radar.Sai số phép đo khoảng cách, cũng như tất cả các sai số của các phép đo khác có thể phân
ra theo dấu hiệu quy luật xuất hiện thành sai số ngẫu nhiên và sai số hệ thống.
Hình
1.1
0
Quan sát nối tiếp
tuyến tính quanh tâm của radar.
Trong radar hàng hải người ta sử dụng dạng quan sát
liên tiếp và đây là quan sát tuyến tính quanh tâm (vòng)
như trên hình 1.10. Thời gian “rọi” mục tiêu phụ thuộc
vào độ định hướng
H


và vận tốc góc quay Ω của anten:

0
H
d
t



min
.
X
N T

(1.7)
Nếu đề cập tới các quan hệ giữa các thông số: (
6
n
 
),

a)

d
A
2
d/2

D

1

B
2
D
2



A
1
b)
8

4a. Sai số ngẫu nhiên: Khi chế độ công tác của trạm radar thay đổi bởi các nhân tố khác nhau
không thể tiên đoán hay đề cập trước được.
6. Tính chống nhiễu của trạm. Khả năng đảm bảo được các thông số cơ bản của trạm trong phạm vi
xác định khi có tác dụng của nhiễu. Về số lượng, tính chống nhiễu của trạm radar được đánh giá bởi tầm
xa hoạt động của trạm khi có tác động của nhiễu.

1.6.2. CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT

Các thông số kỹ thuật của một trạm radar có thể kể ra như sau:
1. Độ dài bước sóng. Bước sóng thường dùng nhất trong các trạm radar hàng hải thuộc dải sóng cm và
mm là: 8mm; 3,2mm và 10cm.
2. Tần số lặp lại của xung thăm dò Tần số lặp lại này được chọn xuất phát từ yêu cầu xác định đơn trị
khoảng cách và sao cho chu kỳ lặp lại của các xung thăm dò lớn hơn thời gian quét thuận và quét ngược
của chùm tia ở cơ cấu chỉ báo hiển thị. Trong thực tế tần số xung lặp lại
x
F

được chọn trong điều kiện:
,min , ax
x x x m
F F F 
và nằm trong phạm vi
400 3200

xung /s.
3. Công suất của máy phát Đây là thông số gây ảnh hưởng tới tầm xa hoạt động của trạm. Có hai dạng
công suất khác nhau đó là công suất đỉnh (xung) và công suất trung bình, quan hệ giữa chúng được biểu
diễn bằng biểu thức:

0
. .
x x x
P P T





0
.( / ) . .
x x x x x x
P P T P F
 
 
(1.10)
4. Độ nhạy và dải thông của máy thu Độ nhạy máy thu đặc trưng bởi khả năng thu được
các tín hiệu yếu khi tác động của tạp nhiễu và được xác định:

. min 0
. . . .
R
P N m K T f
 
(1.12)
5. Hệ số định hướng của anten Mỗi anten đặc trưng bởi tỷ số bức xạ cực đại A
max
và bức xạ trung
bình:
ax tr.b
/ A
m
G A =
4 / .
H V
  
(1.13)

VẤN ĐỀ VÀ CÂU HỎI

Câu 2.1: Có những hệ thống định vị nào? Trình bày nguyên lý hoạt động của hệ thống định vị
phát sóng liên tục không điều chế?
Câu 2.2: Có những hệ thống định vị nào? Trình bày nguyên lý hoạt động của hệ thống định vị
phát sóng liên tục có điều chế?
Câu 2.3: Có những hệ thống định vị nào? Trình bày nguyên lý hoạt động của hệ thống định vị
phát xung?
Câu 2.4: Liệt kê các thông số khai thác và kỹ thuật của hệ thống Radar hàng hải và nhận xét?
9

Chương 2: TẦM XA CỦA RADAR HÀNG HẢI

2.1 TẦM XA HOẠT ĐỘNG CỦA RADAR HÀNG HẢI TRONG KHÔNG GIAN TỰ DO

Tầm xa cực đại của radar trong không gian tự do được gọi tắt là tầm xa của radar, nếu bỏ qua các
ảnh hưởng của môi trường, bề mặt của biển và trái đất, được xác định:

2 2
4
1 2
ax
3
o
)
N.m.kT (4 )
x x a e
m
P G S
D
   

 (2.1)
trong đó,
x
P
,
a
G
-

a
S

,

,
1

,
2

,
1/
x
f

 
là các thông số kỹ thuật của radar.
2.2 NÉN XUNG TRONG RADAR

Để tăng tầm xa cực đại của radar, người ta sử dụng phương pháp phương pháp “dãn – nén” xung
được mô tả tron các sơ đồ và hình vẽ sau: .

Nguyên lý “dãn - nén” xung được mô tả bằng các đồ thị thời gian như trên hình. 2.2.









Tỉ số độ rộng của xung đầu ra và xung đầu vào là:

1 2
/
nen X X
K
 
 
1
.
M X
f


(2.2)
Mạch nén thường hình thành từ các đoạn ống dẫn sóng hay các mạch trễ siêu âm hay các dải dẫn
bằng vật liệu dẫn siêu âm với sơ đồ được giới thiệu trên hình 2.3.

f

2
f

1
f

1
X


t

b)
a)

t

t

c)
f

2
f

1
f

2
X


t

d)

Hình
2
.2
Phương pháp dãn
- nén xung trong radar: Xung
thăm dò (a);Quy luật biến đổi
tần số phát (b); Xung phản xạ
sau khi nén (c); Quy luật biến
đổi tần số của mạch nén (d).
3

Dây trễ
Đầu vào
Cửa ra

Biến đổi điện bằng piezo

Khuếch đại sửa sai
Hình
2
.3.
Sơ đồ

dây trễ siêu âm
phương sai
1
X


2
X


Hình
2
.1
H
ệ thống radar

“ nén – dãn” xung
Manhetron
Chuyển đổi
anten

Trộn tần

Trung t
ần

Tách sóng
Chỉ báo

Mạch lọc nén
Dao động nội
Điều chế tần số

Khuếch đại
10

2.3 ẢNH HƯỞNG CỦA KHÍ QUYỂN

Ảnh hưởng đến tầm xa hoạt động của radar còn phải kể đến suy hao năng lượng của sóng điện từ,
trong điều kiện hơi nước, độ mặn, các điều kiện khí tượng thủy văn khác… , được minh họa trên h. 2.4.

.






Cũng cần phải nhận ra rằng, suy hao do tuyết rơi và mưa đá cũng nhỏ hơn suy hao do mưa gây
nên. Khi đó, tầm xa cực đại của trạm radar được tính bằng [1]:

*
0 ax
0,46*
ax ax
.
m
D
m m
D D e


 (2.3)
Biểu thức trên là biểu thức siêu việt có thể giải bằng phương pháp đồ thị hoặc gần đúng. Hình 2.5
minh họa mối quan hệ giữa tỷ số /
max max
D D


với tích
3
.
max
D

[4].











2.4 ẢNH HƯỞNG CỦA BỀ MẶT NƯỚC BIỂN (MẶT ĐẤT)

Nếu độ dài của bước sóng phát của trạm nhỏ hơn rất nhiều so với độ cao của anten
1
h
và vật phản
xạ
2
h
, các xung phản xạ trở về bằng các đường khác nhau như trên hình 2.6.

Kết quả là, năng lượng sóng phát tới mục tiêu và năng lượng của sóng phản xạ từ mục tiêu về
trạm có thể là tổng của hai năng lượng từ hai đường khác nhau đó:

0 1 2 1 1
j
E E E E E e



    (2.4)

Hình
2
.
6
Sự phản xạ năng lượng
từ bề mặt nước
1
h

2
h

D

,
1
E

1
d

2
d
,
2
E

Radar

Mục tiêu

Hình
2.5

Ả
nh

hư
ởng của khí

quyển tới tầm xa cực đại
của radar
1 2 3 10 20 100 200 1000
1,0

0,4
0,3
0,2

0,1



0,02

0,01
max
max
D
D


3
.
max
D



Hình
2
.4

Đ
ồ thị sự suy hao năng l
ư
ợng

đi
ện từ trong khí quyển mặn (
a
1
)
;

Trong hơi

nước( a2) và quan hệ giữa suy hao do mưa rơi (đường liền),mây mù (đứt quãng) (b)
[cm]


3
( )
 

/
dB Km

0.3 1 2 3 4 10
10

5

1


0.5



0,1

0,05

1
2
a)
b)
3
( )
 
/
dB Km

[cm]


0.3 1 2 3 4 10
10

5

1


0,5




0.,

0,05


11

Nếu coi công suất hấp thụ được tại anten thu của trạm radar tương ứng với độ nhạy của máy thu:
0. ,
R R min
p p
, biểu thức xác định tầm xa cực đại của trạm radar:

**
3 ax
2
0,058**
1 2 1 2
8
2
.

. . . . 4 ( . )
.
m
D
x a e
max
R min
P G S h h
D e
P

  


 (2.5)
Ngoài sự phản xạ năng lượng của sóng từ bề mặt nước, bề mặt cong của trái đất cũng rất ảnh
hưởng đến tầm xa hoạt động của radar và được minh họa trên hình 2.7.








Với khí quyển chuẩn, bán kính hiệu dụng của trái đất
. 8460
eo e
R k R 
km:

0 1 2
4,12( )
D h h
  (2.6)

2.5 ẢNH HƯỞNG CỦA SÓNG BIỂN

Sử dụng phương trình cơ bản của vô tuyến định vị (2.1), đề cập tới hiện tượng giao thoa giữa
sóng trực tiếp và sóng phản xạ từ bề mặt biển có gợn sóng, công suất trung bình của tín hiệu phản xạ từ
bề mặt gợn sóng của biển:

R
P
=
2 4
1 2 1 2
7 2
.4 . . .( ) . . .
2
x a r x
PG h h C
D
    

.
.
e i
S
(2.9)

Ảnh hưởng của mặt biển không bằng phẳng khi có sóng gió đối phản xạ sóng điện từ và với tầm
xa hoạt động cực đại của radar có thể minh họa bằng đường cong
0
( )
D f D
 trên hình 2.8 được đưa ra
từ công trình [5].








.

VẤN ĐỀ VÀ CÂU HỎI

Câu 2.1: Viết công thức xác định tầm xa cực đại của radar trong không gian tự do và nhận xét
những nhân tố ảnh hưởng đến tầm xa này.

Radar

2
h


1
h

e
R




Hình
2
.
7

Ảnh h
ư
ởng của đ
ư
ờng cong

trái đất tới tầm hoạt động của radar.
Hình
2
.
8
Ảnh hưởng của
phản xạ từ bề mặt gợn
sóng của biển tới tầm

xa cực đại của radar:
1– cấp 0-2; 2- cấp 2-4;

cấp 5-8
0 5 10 15 20 25
15


10


5

,
D Km

a)
1
2
3
0
[Km]
D
0 5 10 15 20 25
15


10


5

,

D Km

b)
1
2
3
0
[Km]
D
12

Chương 3: MÁY PHÁT RADAR
3.1 SƠ ĐỒ KHỐI CỦA MÁY PHÁT RADAR
Máy phát của radar tàu biển bao gồm các phần tử cơ bản như trong hình 3.1.






Trong dải sóng centimet và milimet người ta dùng một đèn điện tử chân không hai cực đặc biệt
gọi là manhetron.
3.2 MANHETRON
3.2.1 CẤU TRÚC MANHETRON ĐỒNG BỘ
Sơ đồ cấu trúc của đèn được mô tả như trong hình 3.2, theo các mặt cắt dọc B-B và mặt cắt ngang
A-A [6].

và năng lượng dao động được dẫn ra như trên hình 3.3A và B.










Đi
ề
u ch
ế

xung

T
ạo sóng

siêu cao

Nguồn nuôi
Hình 3.1 Sơ đồ khối của máy phát radar

Đi anten

Hình
3
.2


C
ấu trúc
c
ủa
ma
nhetron
đ
ồng

b
ộ
: m
ặt cắt dọc B
-
B

Và mặt cắt ngang A-A: 1- khối anode, 2- các hốc cộng hưởng,
3-móc ghép cửa ra, 4- đường đồng trục,5 –katode, 6 -giá đỡ
katode và dẫn điện sợi đốt , 7- mạch chặn trên katode, 8- vỏ
bọc thủy tinh kín chân không cho katode,9 -đáy đèn, 10 –vỏ bọc

thủy tinh kín chân không cho mạch ghép cửa ra, 11- vùng
tương tác, 12- đáy katode, 13- vòng khuyên cân bằng, 14- mấu
chỉnh dung kháng, 15- màng đàn hồi kín chân không, 16 – cơ
cấu chỉnh dung kháng.

Các hốc cộng hưởng của đèn, được ghép với nhau




Hình
3
.3
Ghép từ tính giữa các hốc cộng hưởng (a) và sơ đồ tương đương (b)-(A); Cấu trúc
đường dẫn năng lượng siêu cao: Biến áp đồng trục (a); Biến áp khe (b)- (B).

A)

Lối ra

Lối ra
B)
13

3.2.2. NGUYÊN LÝ TẠO VÀ DUY TRÌ DAO ĐỘNG

Nguyên lý tạo dao động và duy trì dao động trong đèn được minh họa bằng sự hình thành các đám
mây điện tử hình sao biển và sơ đồ mạch điện tương đương như trên hình 3.4.

Từ điều kiện pha giữa các hốc
n

:
2
n
N n
 
 , n = 1,2,3,4, , có thể tính pha của hốc thứ
n
:


n
= 2 n/N
 
(3.1)
Mỗi giá trị lệch pha
n

tương ứng với một tần số xác định của hệ thống:

A,K
0 n
n
C
/ (1 2 os )[1+ ]
2c.(1-cos )
n
M
c
L
  

  (3.2)
trong đó:
0
1/
LC

 . Với hệ thống đối xứng lý tưởng có
N
hốc, ta có
/ 2
N tần số cộng hưởng khác
nhau, khi đó sự lệch pha của do động
n
=
 
.
3.2.3. ĐẶC TÍNH CÔNG TÁC VÀ ĐẶC TÍNH TẢI

Đặc tính công tác của đèn là mối quan hệ giữa công suất hữu ích
P
, hiệu suất η, dòng anode
a
I

và tần số dao động với sự thay đổi của điện áp nuôi
a
E

và độ cảm ứng từ
B
khi đèn được phối hợp tải và
được minh họa trên hình 3.6a. Đặc tuyến tải của manhetron là quan hệ giữa công suất ra, tần số dao động
với tải không được phối hợp khi điện áp nuôi là cố định được xác định và được vẽ trên hệ trục tọa độ cực
( , )
p

, như trong hình 3.6b.

Hì
nh
3
.
4

C
huy
ển động của điệ
n t
ử trong đ
èn manhetron (a); Đ
ám mây đi
ện tử h
ình

sao biển trong đèn (b); Sơ đồ tương đương điện của manhetron (c).
a)

Katode

Anode

Không gian

tương tác

Tia và chùm

tia điện tử

K
Ï
Ï
1
2

b)
K
A


M

L

C


,
A K
C

Lối ra
K
c)

Hình
3
.
6

Đ
ặc tính công tác(a) v
à đ
ặc tính


tải (b) của đèn manhetron đồng bộ.
1
P

2
P

3
P

1
B

2
B

3
B

4
B

1



2


3


a
E


a
I


a
I

a
E

a)
0

0.2

0.4

0.6


0.8

0
0

0
90

0
180

0
270

+15MHZ

+10MH
+5MHz

0MHz

-
5MHz

-10MHz
-15MHz

p

34kw
42kw



b)
14

3.3. MẠCH ĐIỀU CHẾ XUNG
3.3.1. KHÁI NIỆM CHUNG
Mạch điều chế xung trong các máy phát radar có nhiệm vụ cung cấp các xung điện áp
hình vuông cho anode đèn manhetron . Dạng thực tế của các xung, bằng các xung điều chế có dạng thực
tế như trên hình 3.7.









Các thông số của xung điều chế phải thỏa mãn các điều kiện như:
f
t

= (0,1- 0,2)


x
,

x
-là độ rộng
của xung,
b
t

= (0,2-0,3)

x
, độ bằng phẳng đỉnh xung:
ax
/
m
U U

 
1 2%
 
.
Hình 3.8 minh họa sơ đồ khối của các mạch điếu chế xung trong radar hàng hải.

3.3.2 MẠCH ĐIỀU CHẾ XUNG DÙNG TỤ

Sơ đồ nguyên lí của mạch điều chế xung dùng tụ được mô tả trên hình 3.10a.















Từ nguyên lý hoạt động của mạch, có thể xác định giá trị của điện dung C:

/ .
x m
C R
 
 (3.3)
Sau khi nhân cả tử lẫn mẫu vế phải của (3.9) với công suất xung phát:

2

. / .
x x m
C P U
 
 (3.4)
Trong thực tế giá trị của C được chọn trong khoảng từ một vài phần trăm đến một vài phần mười
của micro phrát (
(0, 0,00 )
N N F


.


Hình
3
.
8
Sơ đồ khối
mạch điều chế xung.

Nguồn

cao áp

Ph
ần tử


h

ạn chế


P
h
ần tử


tích năng

Phần

t
ử
S
un


K

Bộ tạo

sóng

, ax
a m
I


m

E

C
U

1
U

2
U

,
a a
U I

, ax
a m
U

a
U

a
I

x


x
T

b)
t

t

t

Hình
3
.
10
Mạch điều chế xung dùng tụ:
Sơ đồ (a); dạng điện áp và dòng(b).

R0
Rg
C0
C

K

a
E

a)
Hình 3.7 Dạng xung điều chế
U


ax
0,9
m
U

ax
m
U

f
t

b
t

t

x
U

o

0,1.
max
U

x


15

3.3.3 MẠCH ĐIỀU CHẾ XUNG DÙNG ĐƯỜNG DÂY DÀI
Sơ đồ nguyên lý của mạch điều chế xung dùng đường dây dài về nguyên tắc được mô tả trong
hình 3.11.










Để thay đổi độ rộng của xung điều chế
x

người ta có thể dùng các đoạn ống đơn, kép hai hay
kép ba, song rất cồng kềnh. Trong trường hợp đường dây dài nhân tạo, để thay đổi độ rộng của xung phát,
người ta sử thay đổi số lượng mắt xích LC trong mạch như trong hình 3.12.






Độ dài của các xung hình thành từ các mạch này được xác định:

2
x

n LC


, (3.5)
ở đây,
n
- số lượng các mắt xích,
LC
- cảm kháng và dung kháng của các mắt lọc.
Trở kháng sóng của các đường dây dài được xác định:

/
DL
L C


(3.6)
Đây chính là các mắt lọc dải dưới thông với tần số giới hạn trên:

ax
1/ 2
m
f LC


(3.7)
Và

/2 .
x m

C n R

 . (3.8)
Để cải thiện dạng xung điều chế người ta sử dụng các đường dây dài nhân tạo mắc phối hợp mắc
nối tiếp và song song như trong hình 3.12b.
3.4 THYRISTOR VÀ MẠCH ĐIỀU CHẾ XUNG DÙNG ĐƯỜNG DÂY DÀI
3.4.1 KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ THYRISTOR.

Thyristor là một linh kiện bán dẫn có hai trạng thái ổn định, cấu tạo từ ba hoặcnhiều hơn ba tiếp
giáp bán dẫn P-N, dụng cụ có thể chuyển từ trạng thái đóng sang mở và ngược lại [7]. Cấu trúc và ký
hiệu của thyristor được mô tả trên hình 3.14. Có hai dạng thyristor là : dinistor (h. 3.14a) và thyristor có
điều khiển (h. 3.145b).












Hình
3
.
14
Sơ đồ cấu trúc của:Dinistor (a);
Thyristor (b); Sơ đồ tương đương (c)

và ký hiệu của thyristor (d).
A
KG
SCR

d)
c)
A
K
G
T1
T2

a)

E

+
_

1
p

2
p

1
n

2

n

1
J

2
J

3
J

1
p

2
p

2
p
1
n
1
n

2
n

E

+

_
b)

+
_
1
p

2
p

1
n

2
n

E

E

+
_
1
J

2
J

3

J

Hình
3.11
M
ạch điều chế xung
dùng đường dây dài
DL

E

1
Tr


L1
D2
D1
R2

Hình
3
.
12
Cấu trúc
đường dây dài nhân tạo
tập trung (a) và phối hợp
(b).
C3C2
L3L2L1

L0
C1
C0

b)
L
C
L
C
L
C
L
C

a)
16

Nguyên lý hoạt động của dinistor và thyristor có thể tìm hiểu kỹ trong tài liệu [4] . Đặc tuyến von-
ampe của dinistor và thyristor được minh họa như hình 3.15.

3.4.2 THYRISTOR TRONG MỘT SỐ MẠCH ĐIỀU CHẾ XUNG RADAR

Trong các mạch điều chế xung dùng đường dây dài thực tiễn [8] để có được các xung điều chế có
dạng cũng như các thông số phù hợp với các thang đo khác nhau của trạm radar, người ta dùng các đường
dây dài nhân tạo có số lượng các mắt xích có thể thay đổi được như trên hình 3.16, với các thyristor nối
tiếp.















VẤN ĐỀ VÀ CÂU HỎI

Câu 3.1: Vẽ và giải thích sơ đồ khối của máy phát radar hàng hải? Nguyên lý tạo dao động siêu
cao bằng đèn Manhetron và các đặc tính cơ bản của nó?.
Câu 3.2: Vẽ và giải thích nguyên lý hoạt động của mạch điều chế xung dùng tụ, những đặc tính
của mạch này?
Câu 3.3: Vẽ và giải thích sơ đồ khối của mạch điều chế xung dùng đường dây dài? Nguyên lý
hoạt động và những đặc tính của mạch này?

Tr
Hình 3.16 Sơ đồ mạch điều chế xung dùng đường dây dài ứng
với nhiều thang đo khác nhau, dùng hai thyristor mắc nối tiếp

SCR2
SCR1
D0
D2
D1
C0
CC
CC
LL
L
L0
R
Rg
R4
R3
R2
R1
R0


Hình
3
.
15
Đ

ặc tuyến Vôn
-
Ampe

của: Dinistor (a); Thyristor (b)
a
I

a
U

)
a

mo
U

d
U

ngat
I

A
B
a
U

,0
m

U

,1
m
U

,2
m
U

0
a
I

1
a
U

, ax
a m
P

a
I

, ax , ax
( , )
a m a m
I U
)

b

1
a
I

A

1
G
I

2
G
I
>
3
G
I
>
B
17

Chương 4: ANTEN VÀ ĐƯỜNG TRUYỀN NĂNG LƯỢNG
4.1 ĐƯỜNG TRUYỀN NĂNG LƯỢNG

Trong các trạm radar tàu thủy, để truyền năng lượng siêu cao tần (truyền sóng) từ máy phát tới
anten và từ anten tới máy thu người ta sử dụng cả các ống dẫn sóng lẫn các loại cáp đồng trục như các
đường truyền năng lượng.
4.1.1 CÁP ĐỒNG TRỤC

Với điều kiện các kích thước của cáp thoả mãn điều kiện:
( ) / 2 /
D d
 
 
, các loại cáp đồng
trục này có thể truyền được sóng ngang TEM, như hình 4.1,.










2 2
ax ax
2 . ln( / )
m m
P E d D d

(4.3)

4.1.2 ỐNG DẪN SÓNG

Trong các dải sóng cm và mm, các đường truyền năng lượng siêu cao cơ bản là các ống dẫn
sóng. Trên thực tế, các ống dẫn sóng thiết diện hình chữ nhật được sử dụng rộng rãi nhất, với các loại

sóng đơn giản như
10
TE
hay
10
H
như trên hình 4.2.








. .
g h
 
 nên tối ưu nhất là chọn
. .
/ 3
g h
 
 . Trong điều kiện không khí và khai thác bình
thường :

0,62 . .( / )
B
b a P
 

 (4.4)
- Bước sóng của sóng thực tế truyền trong ống dẫn sóng thường ngắn hơn so với sóng truyền
trong không gian tự do và được xác định:

2
. .
/ 1 ( / )
B g h
   
 
(4.5)
- Suy hao trong đường truyền sóng sẽ phụ thuộc vào độ dài bước sóng, kích thước ống
dẫn sóng và vật liệu của thành ống

2
2
{1 [2 .( / 2 ) / 2 ]}
1 ( / 2 )
s
c
R b a a
b a


 



(4.6)
- Trở kháng sóng: của không khí

0
120
 

, còn của ống dẫn sóng:

B

=
0
( / )
B
  
=
120 / 1 ( / )
B
  
 (4.7)
Các ống dẫn sóng hình trụ, tuy thua kém các ống dẫn sóng hình chữ nhật ở nhiều phương diện:
kích cỡ, suy hao, độ ổn định truyền sóng, đơn giản tạo ra các phần tử đơn lẻ, nhưng hình dạng đồng trục
Hình
4
.2


M
ặt cắt

ngang

c
ủa ống

d
ẫn
sóng hình

ch
ữ nhật

được kích thích sóng
10
TE
và
10
H
.

Do bước sóng tới hạn
. .
2
g h
a


, nên có thể chọn
a
sao cho các sóng bậc cao hơn không được kích thích
trong ống. Vì bước sóng công tác của đường truyền
b

a

y

x


D


d


Hình 4
.1

Mặt cắt ngang của
đường truyền đồng trục
Cũng như tất cả các đường truyền hai dây khác,
cáp đồng trục đặc trưng bởi các thông số cơ bản như:


w
138lg( / )[ ]
D d

 
(4.1)

- Suy hao của đường truyền đồng trục:

1 ( / )
0,172
2 log( / )
D d
D D d



 (4.2)
-Công suất truyền cực đại:
18

đối xứng lại rất thuận lợi cho việc chế tạo các phần tử quay tròn trong các cơ cấu ghép nối như trong
hình 4.3.








vuông, như trên hình 4.4.

Ở chế độ quay tròn của anten radar rất cần có các cơ cấu dẫn năng lượng quay tròn, như hình
4.4. Khi cần phối hợp các ống dẫn sóng có kích thước khác nhau, người ta có thể sử dụng các đoạn phối
hợp kiểu bậc thang như trong hình 4.5 .








4.2 PHỐI HỢP TRỞ KHÁNG TRONG ĐƯỜNG TRUYỀN SÓNG

Để phối hợp tải người ta có hai phương pháp: phương pháp biến áp và phương pháp bù.
Phương pháp biến áp: Nhờ các cơ cấu biến áp thành phần tích cực của tổng trở tải đường truyền
sóng được biến đổi bằng trở kháng sóng của đường truyền bằng, nhờ một đoạn
đường truyền 1/4 bước sóng như hình 4.5a, khi đó

2
0
/
vao B
Z Z


(4.9)
Phương pháp bù: là đưa vào đường truyền một thành phần điện kháng cùng độ lớn nhưng trái dấu.

Phần tử này có thể mắc song song hoặc nối tiếp với tải và đường truyền, trở kháng vào được xác định bởi
biểu thức:

2 /
vao L
Z j tg l
  
 , (4.10)









Phụ thuộc vào độ dài
l
mà trở kháng (4.10) có thể là thuần trở, cảm kháng hay dung kháng.Vì
vậy để điều chỉnh tính chất của tổng trở (4.10) người ta có thể thay đổi kích thước của đoạn ống phối
/ 4


/ 4


a

a/2

b


Hình 4.4
Các cách khích thích
sóng trong ống dẫn sóng hình
chữ nhật
/ 4


0 0
,
b


1 1
,
b


2 2
,
b


)
a

1



0


2


)
b

Hình
4
.
5
Phối hợp trở kháng
trong đường truyền năng

lượng: kiểu bậc thang (a)
và kiểu hình côn (kiểu cái

nêm) (b).
a

d


L

a)

b

d


C

b)

C
L

h

c)
Hình
4
.
6
Các phần tử
phối hợp trở kháng:

Cảm kháng (a);
Dung kháng (b); Cả
dung kháng lẫn cảm
kháng (c) .
d

Bước sóng giới hạn trong các ống dẫn sóng loại này được
xác định:

. .
1.31
g h
d


(4.8)
Trong thực tế người ta thường sử dụng mối liên kết điện,
thông qua dây dẫn trong của đường truyền đồng trục như
một dipole trên thành tường rộng của ống dẫn sóng hình
Hình 4.3 Ống dẫn sóng hình trụ.
19

hợp như độ dài
l
, các cạnh a, b của đoạn ống hay thậm chí các đinh vít kim loại nhúng sâu vào đoạn
ống phối hợp như trên hình 4.6.
4.3 CHUYỂN MẠCH ANTEN

4.3.1 CHUYỂN MẠCH CÔNG TẮC

Chuyển mạch cống tắc có thể là nối tiếp hoặc song song. Sơ đồ cấu trúc và sơ đồ điện tương
đương được mô tả trên hình 4.7.

Nguyên lý hoạt động của chuyển mạch dựa trên sự thay đổi trở kháng đầu vào của đoạn ống ngắn,
hở mạch đầu cuối được ghép nối vào điểm cần phối hợp trên đường truyền.

4.3.2 CHUYỂN MẠCH CÂN BẰNG HAY CHUYỂN MẠCH CẦU

Gồm hai mạch phân nhánh cầu giống hệt nhau
1
L
và
2
L
, các ống phóng
1
P
ở cửa
1

B
và
2
P
ở cửa
1
D

cách vòng xuyến một đoạn
/ 4

, như được mô tả trong hình 4.8. Máy phát được nối với cửa
1
A
, máy
thu được nối với cửa
2
B
. Tại cửa
2
D
có đặt một tải giả và ngắn mạch đầu cuối. Tuy nhiên khi phóng
điện, trở kháng của các ống phóng không hoàn toàn bằng không toàn nên có một phần năng lượng bị rò rỉ
sang mạch vòng
2
L
và suy hao tại A
2
.

Hình 4.8
Sơ đ
ồ chuuyển mạch cân bằng

(chuyển mạch cầu)
1
A

1
D

1
P

2
A

2
D

2
B

2
C

Máy thu
Đi anten

Máy phát
2
P

1
B

1
C

TG

1
L

2
L

/ 4


/ 2


Máy phát

Máy thu
/ 2
B


/ 2
B


(2 1) / 4
B
n


A

B

P
1
P
2

Tới ống phóng
Tới máy thu
Đi anten
a)
Hình 4.7 Chuyển mạch nối tiếp (a), song song (b) P
1,2
ống phóng chân không
Máy phát
Máy thu
P
1
(2 1) / 4
B
n



A

B

/ 4
B


/ 4
B


P

2
A

B

Đi máy thu
Từ máy phát
/ 4
B


b)
20

4.3.3. CHUYỂN MẠCH PHA

Trong các chuyển mạch anten loại này người ta sử dụng các phần tử làm lệch pha
0
90

hoặc không đảo pha tùy theo hướng lan truyền của sóng khi đi qua phần tử đó, đây là các feryt. Chuyển
mạch pha anten được mô tả trên hình 4.9.

4.4 ANTEN RADAR VÀ NHỮNG ĐẶC TÍNH

4.4.1 ĐẶC TÍNH CHUNG CỦA ANTEN RADAR

Do những đặc điểm công tác riêng của các trạm radar hàng hải, anten radar phải thỏa mãn những
yêu cầu riêng như sau :
- Có khả năng thu phát sóng theo góc phương vị là 360
0
.
- Độ định hướng cao và có đặc tính định hướng theo yêu cầu cả trong mặt phẳng
ngang cũng như mặt phẳng đứng.
- Dải thông tần đủ rộng.
- Các búp phụ là tối thiểu cả về biên độ lẫn số lượng.
- Độ bền vững cơ điện đảm bảo, kích thước trọng lượng và hướng cản gió là tối thiểu.
Yêu cầu quay tròn là cần thiết để quan sát trạng thái xung quanh trong vùng hoạt động
của radar. Độ định hướng của anten radar được minh họa trên hình 4.10 [13].

4.4.2 ANTEN LOA

Nếu một ống dẫn sóng hở một đầu thì năng lượng của sóng truyền trong ống sẽ bức xạ ra xung
quanh và có một phần phản xạ ngược trở lại ống. Tỷ lệ sóng bức xạ và phản xạ phụ thuộc vào việc phối
hợp trở kháng sóng của ống và của môi trường xung quanh tại điểm hở đó. Do trở kháng sóng của ống
dẫn sóng hình chữ nhật được xác định là:
120 /
B B
  

, nên để phối hợp trở kháng tốt,
c

=
B

thì
/ 1
B
 

hay a


và đầu cuối của đường truyền có dạng loa như hình 4.11.

Anten
Hình 4.9 Chuyển mạch pha hay feryt
N

S

1

2

3

4

5

6

7

8

1


2


TG

1
M

2
M

D


,
E P








0,7
0,5

0


( )
E


( )
P





Hình
4
.1
0


Đ
ồ h
ình
đ
ịnh h
ư
ớng

chuẩn của anten trong các hệ
trục tọa độ khác nhau:Tọa độ
vuông góc (a);Tọa độ cực (b).
Nét mảnh ứng với
( )
P

và nét
đậm ứng với (

( )
E

.






0,7
0,5
( )
P


( )
E





1


R


b

d


y


x


a


b

Hình 4.11 Anten loa