Báo cáo thực hành thí nghiệm anten và siêu cao tần

Báo cáo thí nghiệm siêu cao tần và anten
BÁO CÁO THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM ANTEN VÀ SIÊU
CAO TẦN
MỤC LỤC
LAB 1: PHÂN TÍCH THỜI GIAN VÀ TẦN SỐ ĐƠN GIẢN
Phần 1: Đường truyền cơ bản trong miền tần số Trang 2
2.1 Các loại đường truyền cơ bản. Trang 2
2.2 Các mô hình SPICE của đường truyền Trang 3
2.3 Ngắn mạch và các trường hợp trở kháng tải Trang 9
SVTH: Mai Xuân Hoàng – Lab 1 – 10DTLT Trang: 1
Báo cáo thí nghiệm siêu cao tần và anten
LAB 1: PHÂN TÍCH THỜI GIAN VÀ TẦN SỐ ĐƠN GIẢN
Phần 1: Đường truyền cơ bản trong miền tần số
2.1 Các loại đường truyền cơ bản:
Đường truyền không tổn hao tiêu chuẩn còn gọi là đường truyền T, nó được xác nhận
bởi các thông số sau:
- Zo: trở kháng đặc trưng.
- TD: thời gian trễ, là độ dài của đường truyền theo đơn vị thời gian.
Độ dài của đường truyền L được tính theo công thức sau:
Dp
TuL
=
(2.1)
Trong đó,
p
u
là vận tốc pha của sóng truyền trên đường truyền.
Vận tốc pha và trở kháng đặc trưng được suy ra từ các “phần tử tập trung” của đường
truyền. Với L’ là độ tự cảm nối tiếp trên một đơn vị chiều dài và C’ là điện dung song
song trên một đơn vị chiều dài, chúng ta có:
''

1
CL
u
p
=
(2.2)
'
'
0
C
L
Z
=
(2.3)
2.1.1 Các đồng trục tiêu chuẩn:
Cho một cáp đồng trục RG-58 quen thuộc, trở kháng đặc trưng Z
0
=50Ω và vận tốc pha
u
p
=2/3c. Với
s
m
c
8
10.3
=
là vận tốc ánh sáng.
Câu hỏi 1: Đối với đường truyền trên, tính các thông số độ tự cảm nối tiếp và điện
dung song song trên một đơn vị chiều dài?

SVTH: Mai Xuân Hoàng – Lab 1 – 10DTLT Trang: 2
Báo cáo thí nghiệm siêu cao tần và anten
Trả lời:
)(10.210.3.
3
2
3
2
88
s
m
cu
p
===







====
==
⇔








=
=
⇔







=
=
−
−
m
nF
m
F
C
m
pH
m
H
L
C
L
CL
C
L

CL
1,0)(10
10.100
1
10.4.2500
1
'
5,2)(10.2500'.
2500
'
'
10.4
1
''.
50
'
'
10.2
''.
1
10
816
10
16
8
Đối với cáp đồng trục không tổn hao, các công thức tiếp theo mô tả quan hệ khác của độ
tự cảm nối tiếp L’ và điện dung song song C’ đối với bán kính của dây dẫn bên trong a
và dây dẫn bên ngoài b.







=
a
b
L ln
2
'
π
µ
(2.4)






=
a
b
C
ln
2
'
πε
(2.5)
Câu hỏi 2: Cho cáp đồng trục khác, μ = μ
0

và ε = 3ε
0
. Tính b/a nếu Z
0
= 50 Ω?
SVTH: Mai Xuân Hoàng – Lab 1 – 10DTLT Trang: 3
Báo cáo thí nghiệm siêu cao tần và anten
Trả lời:
22,4
44,1
6
35
1200
50
36
10
.3.4
10.4
50
3.4
50
4
ln
4
ln.
'
'
44,1
9
2

7
0
2
0
2
0
2
2
0
==⇒
======






⇒













==
−
−
e
a
b
Z
a
b
a
b
C
L
Z
π
π
π
επ
µ
επ
µ
επ
µ
Câu hỏi 3: Nếu b=3mm, trong câu hỏi 2 tính a?
Trả lời:
71,0
22,4
3
22,4
===

b
a
2.2 Các mô hình Spice của đường truyền:
0 0
L o a d
0
Z G
5 0
I n p u t
P A R A M E T E R S :
d e l a y = 5 n s
Z L
1 0 0
0
V G
1 V a c
0 V d c
T 1
T D = { d e l a y }
Z 0 = 5 0
Fig 1: Sơ đồ mạch của phần 2.2
Sử dụng phần mềm SPICE, tạo nguồn nguồn VAC Thevenin có biên độ 1 V và trở
kháng nguồn 50Ω, dọc theo đường truyền loại T, kết cuối tải 100Ω. Tùy chỉnh đường
truyền để có trở kháng đặc trưng 50Ω. Tạo nhãn Input và Load ở 2 đầu đường truyền
để có thể đo điện áp một cách thuận tiện.
Những gì chúng ta sẽ làm là để điều chỉnh chiều dài của đường truyền và kiểm tra mô
hình sóng đứng ở ngõ vào qua một bước sóng cực đại ở tần số 200MHz.
Câu hỏi 4: Ở tần số 200MHz và với u
p
=2/3c, tính bước sóng trên đường truyền?

Trả lời:
)(1
10.200.3
10.3.2
.3
2
6
8
m
f
c
f
u
p
====
λ
Câu hỏi 5: Tính độ trễ ứng với λ/16? (Gợi ý: nhớ rằng
f
L
u
L
T
p
D
⋅
==
λ
)
Trả lời:
)(5,312)(10.5,312

10.200.16
1
16
1
.16
12
6
pss
ff
L
u
L
TL
p
D
======⇒=
−
λ
λ
SVTH: Mai Xuân Hoàng – Lab 1 – 10DTLT Trang: 4
Báo cáo thí nghiệm siêu cao tần và anten
Sử dụng SPICE để mô phỏng từng bước trạng thái AC ứng với đường truyền này có độ
dài lần lượt 0, λ/16, 2λ/16, …, 15λ/16, λ. Canh giữa vùng quét trên tần số mong muốn
và quét tuyến tính.
Hình 2: Mô tả đoạn đường truyền thay đổi trong mục 2.2
Hướng dẫn: Sử dụng Parameter đối với TD. Vẽ PARAM từ thư viện special.olb. Double
click vào nó và chọn New Column… Đặt tên delay với giá trị 5ns. Gán {delay} (có cặp
dấu ngoặc nhọn) cho TD lên đường truyền. Khi tạo profile mô phỏng, chọn tùy chọn
quét theo tham số. Chọn Global Parameter với tham số delay. Đặt vùng quét và khoảng
tăng dựa trên các tính toán ở trên.

Dưới “General Settings” chỉnh vùng quét (Sweep Range) từ tần số bắt đầu 200Meg đến
tần số kết thúc 200Meg và khoảng tăng. Total Points là 1.
SVTH: Mai Xuân Hoàng – Lab 1 – 10DTLT Trang: 5
Báo cáo thí nghiệm siêu cao tần và anten
Sử dụng Excel, lập bảng biên độ điện áp và biên độ dòng ở các cực Input và Load đối
với mỗi đoạn đường truyền.
L/λ
TD
(ns)
|Vinput|
(mV)
|IZG|
(mA)
|Vload|
(mV)
|IZL|
(mA)
0 0 666.667 6.6667 666.667 6.6667
1/16 0.3125 628.99 8.117 666.667 6.6667
1/8 0.625 527.046 10.541 666.667 6.6667
3/16 0.9375 399.908 12.595 666.667 6.6667
1/4 1.25 334.855 13.333 666.667 6.6667
5/16 1.5625 399.782 12.584 666.667 6.6667
3/8 1.875 527.046 10.541 666.667 6.6667
7/16 2.1875 626.854 8.0029 666.667 6.6667
1/2 2.5 666.667 6.6667 666.667 6.6667
9/16 2.8125 626.854 7.9982 666.667 6.6667
5/8 3.125 527.435 10.579 666.667 6.6667
11/16 3.4375 399.908 12.58 666.667 6.6667
3/4 3.75 333.333 13.316 666.667 6.6667

13/16 4.0625 399.908 12.58 666.667 6.6667
7/8 4.375 528.988 10.549 666.667 6.6667
15/16 4.6875 628.408 7.9982 666.667 6.6667
1 5 666.667 6.6667 666.667 6.6667
Câu hỏi 6: Sử dụng PSPICE, Excel, hoặc Matlab để vẽ biểu đồ biên độ của điện áp ngõ
vào phụ thuộc độ dài đường truyền T
D (delay)
. Từ các giá trị điện áp trên biểu đồ và mối
SVTH: Mai Xuân Hoàng – Lab 1 – 10DTLT Trang: 6