Xây dựng hệ sóng mạng cao tần điều chế mã pha làm việc trong chế độ xung, ứng dụng trong thông tin vô tuyến

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ





NGUYỄN VĂN THANH






XÂY DỰNG HỆ SÓNG MANG CAO TẦN ĐIỀU CHẾ
MÃ PHA LÀM VIỆC TRONG CHẾ ĐỘ XUNG, ỨNG
DỤNG TRONG THÔNG TIN VÔ TUYẾN





Ngành : Công nghệ Điện tử - Viễn thông
Chuyên ngành : Kỹ thuật điện tử
Mã số : 60.52.70



LUẬN VĂN THẠC SĨ

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. BẠCH GIA DƯƠNG




HÀ NỘI – 2007



3
MỤC LỤC

Trang
TRANG BÌA PHỤ…………………………………………………

LỜI CẢM ƠN……………………………………………………

MỤC LỤC………………………………………………………….

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT……………….

LỜI MỞ ĐẦU………………………………………………………
1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÁT TÍN HIỆU
CAO TẦN…………………………………………………………

2
1.1. Giới thiệu chung……………………………………………
2
1.2. Sơ đồ khối các loại máy phát…………………………………
3
1.3 Hệ thống định vị vô tuyến……………………………………
5
1.3.1. Khái niệm định vị vô tuyến……………………………
6
1.3.2. Hệ thống tín hiệu dải rộng………………………………
7
CHƯƠNG 2: MÃ PHA TRONG XUNG…………………………
12
2.1. Giới thiệu……………………………………………………
12
2.2. Tín hiệu truyền………………………………………………
12
2.3. Mã pha nhị phân…………………………………………….
13
2.4. Phương pháp định vị vô tuyến sử dụng điều biến pha trong
Xung………………………………………………………
16
2.4.1. Cách xác định khoảng cách…………………………….
16
2.4.2. Nguyên lý xác định thời gian trễ tại máy thu………….
17
2.4.3. Mã Backer 13 phần tử………………………………….
19
CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP TẠO DAO ĐỘNG CAO TẦN
ỔN ĐỊNH………………………………………………………….

26
3.1 Lý thuyết chung về tạo dao động……………………………
26
3.2 Mạch tạo dao động dùng thạch anh…………………………
27
3.2.1 Mạch tạo dao động có tần số cộng hưởng song song….
28
3.2.2 Mạch tạo dao động có tần số cộng hưởng nối tiếp…….
29
3.3 Phương pháp tổ hợp tần số ………………………………
30
3.3.1. Kỹ thuật tổ hợp tần số trực tiếp (DSS)………………
30
3.3.2 Kỹ thuật tổ hợp tần số dùng vòng bám pha……… …
33
3.3.3. Bộ tổ hợp tần số………………………………… ……
40
3.3.4. Kỹ thuật tổ hợp tần số dùng vòng bám pha ghép nối
máy tính………………………………………………
43
3.4 Bộ tổ hợp tần số sử dụng vi mạch ADF 4113……… ……
44
3.4.1. Mô tả chung……………………………………………
44
3.4.2. Mô tả cấu trúc mạch điện
46
CHƯƠNG 4: ĐIỀU CHẾ PHA TRONG XUNG………………
63
4.1. Giới thiệu chung……………………………………………
63

4.2. Mã hoá……………………………………………………….
64
4.3. Điều chế pha …………………………………………… …
67
4.4. Điều chế xung………………………………………………
68
4.4.1. Điều chế biên độ xung (PAM)…………………………
68
4.4.2. Điều chế thời gian xung (PTM)………………………….
70


4
CHƯƠNG 5: NGHIÊN CỨU - THIẾT KẾ - CHẾ TẠO HỆ
SÓNG MANG ĐIỀU CHẾ XUNG CAO TẦN………………….
71
5.1. Nguyên lý thiết kế chế tạo mạch tạo dao động cao tần VCO
71
5.2. Nguyên lý thiết kế chế tạo bộ tạo dao động chuẩn dùng thạch
anh và bộ tổ hợp tần số dùng vi mạch ADF 4113…………

75
5.3. Nguyên lý thiết kế chế tạo bộ điều chế xung cao tần……….
80
KẾT LUẬN………………………………………………………
82
TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………
83

5

BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT


DSS
Direct Digital Syntheris
: Bộ tổ hợp tần số trực tiếp
PLL
Phase Locked Loop
: Vòng bám pha
DAC
Digilal Analog Converter
: Bộ chuyển đổi số - tương
tự
VCO
Voltage Controlled Oscilator
: Bộ dao động điều khiển
bằng điện áp
AGC.
Automatic Gain Control
: Tự động điều chỉnh hệ số
khuếch đại
DSBSC
Double Side band Suppressed Carries

: Điều chế 2 băng cạnh
triệt sóng mang
AM
Amplitued Modulation
: Điều chế biên độ
SSB
Side band Suppressed
: Điều chế đơn biên
FM
Frequency Modulation
: Điều chế tần số
PM
Phase Modulation
: Điều chế pha
PAM
Pulse Amplitude Modulation
: Điều chế độ rộng xung
PWM
Pulse Width Modulation
: Điều chế độ rộng xung
AFC
Automatic Frequency Control
: Tự động điều chỉnh tần
số
PSK
Phase Shift Key
: Khoá dịch pha
S/N
Signal/Noise
: Tỷ số tín hiệu trên tạp âm

SYNC
Synchronous
: Đồng bộ
PFD
Phase Frequency Detector
: Tách sóng pha
CML
Current Mode Logic
: Chế độ dòng logic
KĐ

: Khuếch Đại
LTT

: Lọc Thông Thấp

6
LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật. Kỹ thuật Điện tử -
Viễn thông là một trong những ngành khoa học đóng vai trò quan trọng phát
triển hàng đầu chiếm ưu thế, giữ vai trò tất yếu trong mọi lĩnh vực khoa học và
đời sống, thúc đẩy sự phát triển của kinh tế văn hoá, khoa học kỹ thuật, .Hầu
hết các lĩnh vực thông tin hiện đại như hệ thống thông tin di động, thông tin vệ
tinh, các mạng Viễn thông, truyền hình, Ra đa,… đều sử dụng sóng siêu cao tần
kết hợp các kỹ thuật điều chế để truyền tải thông tin. Trước nhu cầu ngày càng
cao của người sử dụng, đặt ra một yêu cầu quan trọng trong lĩnh vực truyền
thông bằng thông tin vô tuyến. Đó là việc tạo ra các sóng cao tần điều chế có tần
số như mong muốn, có thể thay đổi tần số một cách hiệu quả, chính xác và có
tính bảo mật thông tin cao. Trong Hàng không và Quân sự kỹ thuật định vị vô
tuyến (radar) là một lĩnh vực đặc biệt quan trọng, tác dụng của nó là để phát hiện
các mục tiêu khác nhau, xác định tọa độ của mục tiêu, tính chất chuyển động của
mục tiêu. Có rất nhiều phương pháp định vị vô tuyến khác nhau như: Định vị vô
tuyến bằng xung, định vị vô tuyến sử dụng phương pháp tần số, phương pháp
pha, phương pháp bức xạ liên tụ với sự điều biến tạp âm Nhưng trong đó pháp
định vị vô tuyến sử dụng điều biến pha trong xung là một phương pháp được
ứng dụng phổ biến. Một vấn đề mà phương pháp này gặp phải đó là việc để tăng
cự ly hoạt động của rada thì cần phải tăng độ rộng xung, mặt khác tăng độ rộng
của xung thì độ phân giải của ra đa lại giảm. Một phương pháp hữu ích để giải
quyết vấn đề này đó là sử dụng các tín hiệu xung điều chế mã pha như mã
Frank, mã T, mã P, mã Barker để điều chế tín hiệu dải rộng phát đi ở máy phát,
ở máy thu sẽ có thể nén xung này đến độ rộng mà đảm bảo được độ phân giải
của rada.
Trong luận văn này em tập trung đi sâu vào nghiên cứu sử dụng mã Barker
trong kỹ thuật định vị vô tuyến và xây dựng hệ sóng mang cao tần điều chế mã

pha làm việc trong chế độ xung, ứng dụng trong thông tin vô tuyến. Đó cũng
chính là nội dung của đề tài luận văn mà em giới thiệu trong khoá luận tôt
nghiệp này.
Nội dung luận văn gồm có 5 chương:
- Chương 1: Giới thiệu tổng quan về hệ thống thu phát tín hiệu cao tần, sơ
đồ khối của các loại máy phát điều biên (AM), máy phát đơn biên (SSB), máy
phat điều tần (FM). Tập trung nhiều vào giới thiệu về hệ thống định vị vô tuyến
và phương pháp tạo mã tích cực
- Chương 2: Giới thiệu về mã pha trong xung, phương pháp định vị vô
tuyến sử dụng điều biến pha trong xung và mã Backer.
- Chương 3: Giới thiệu về phương pháp tạo dao động cao tần ổn định bằng
phương pháp tổ hợp tần số, cấu trúc và chức năng của vi mạch ADF 4113 trong
bộ tổ hợp tần số.
- Chương 4: Giới thiệu về các phương pháp điều chế pha trong xung
- Chương 5: Trên cơ sở lý thuyết các chương trên, nghiên cứu thiết kế xây
dựng hệ thống điều chế xung cao tần gồm: Bộ tạo dao động chuẩn dùng thạch
anh, bộ dao động VCO, bộ tổ hợp tần số dùng IC ADF4113 kết hợp phần mềm
điều khiển, bộ điều chế xung.


7

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÁT TÍN HIỆU CAO TẦN

1.1. Giới thiệu chung
Trong thông tin vô tuyến điện người ta dùng sóng điện từ (sóng cao tần)
truyền lan trong không gian để đưa thông tin (tin tức) cần truyền đạt tin từ nơi
phát đến nơi thu khác nhau. Tin tức này có thể là âm thanh, hình ảnh , quá trình
truyền tín hiệu không cần dây dẫn nên gọi là thông tin vô tuyến điện
Sóng điện từ chỉ là phương tiện để mang tin tức cần liên lạc giữa nơi này và

nơi khác, người ta gọi nó là sóng mang. Tin tức cần chuyển đi có thể là âm
thanh hay hình ảnh hay một mã nào đó. Bản thân tin tức là một đại lượng không
điện, để truyền đi nó phải được biến đổi thành một đại lượng điện. Tín hiệu điện
có chứa tin tức thường có tần số thấp (âm tần) cho nên không trực tiếp truyền đi
xa được mà phải nhờ vào sóng cao tần. Quá trình đưa sóng âm tần có chứa tin
tức vào sóng cao tần gọi là quá trình điều chế (sự điều chế). Nếu cần phải giữ bí
mật tin tức thì ở nơi phát người ta sắp xếp tín hiệu theo một qui luật riêng, gọi là
mã hoá. Còn ở nơi thu phải biết được qui luật đó thì mới đọc được nội dung, đó
là sự giải mã.
Sơ đồ khối tổng quát của quá trình phát và thu vô tuyến điện như hình 1-1.

Ở nơi phát tín hiệu cần truyền đạt được đưa vào máy phát sóng cao tần. Tín
hiệu cần truyền đạt có thể là âm thanh, hình ảnh, tín hiệu mooc .Quá trình đưa
tin tức cần truyền đạt vào sóng cao tần gọi là quá trình điều chế. Tín hiệu được
điều chế được đưa ra anten phát và lan truyền trong không gian. Tại máy thu
anten thu bắt tất cả các sóng điện cao tần trong không gian có ở chỗ anten và
Hình 1-1: Sơ đồ khối hệ thống thu phát thông tin vô tuyến
An ten
thu
Tín hiệu
cần truyền
(tin tức)
Điều
chế
cao tần
An ten
phát
Tạo
dao
động
cao tần
Máy
phát
sóng
Mạch
chọn
lọc
Mạch
Tách
sóng

Thiết bị
nhận
tín hiệu
Tạo dao
động


8
đưa vào thiết bị chọn lọc. Thiết bị này sẽ lọc lựa ra đúng làn sóng cao tần của
đài mà mình muốn thu rồi đưa sang thiết bị tách sóng, tách riêng tin tức ra khỏi
sóng mang. Quá trình tách đó gọi là quá trình giải điều chế, hay gọi là tách sóng,
tách sóng, ở đây tín hiệu cần truyền đạt được tách ra khỏi sóng cao tần và được
đưa vào thiết bị nhận tín hiệu cần truyền đạt. Thiết bị nhận có thể là loa màn
hình băng giấy , giữa những quá trình nêu trên có thể có sự khuếch đại để tăng
độ lớn tín hiệu cần truyền đạt. Quá trình điều chế và giải điều chế là hai quá
trình ngược nhau, đó cũng là hai quá trình quan trọng nhất của hệ thống thông
tin vô tuyến điện.
Hệ thống phát thông tin vô tuyến có nhiều loại:
- Theo công dụng, hệ thống phát gồm: Phát thông tin (cố định, di
động), phát chương trình (phát thanh, phát hình), phát ứng dụng (đo
khoảng cách, rađa).
- Theo phương pháp điều chế, hệ thống phát gồm: Máy phát điều biên
(AM), máy phát đơn biên (SSB), máy phát điều tần (FM) và máy
phát điều xung (PM)
Trong giới hạn cho phép, luận văn chỉ nghiên cứu về hệ thống phát mà cơ bản
trong đó quá trình tạo sóng cao tần ổn định và điều chế pha trong xung.
1.2. Sơ đồ khối các loại máy phát
1.2.1. Máy phát điều biên (AM)
Sơ đồ khối tổng quát của máy phát AM như hình 1-2

- Khối tạo dao động chủ có nhiệm vụ tạo ra dao động cao tần (sóng mang) có
biên độ và tần số ổn định, có khả năng biến đổi tần số rộng và được được tự
động điều chỉnh tần số nhờ mạch AFC.
Hình 1-2: Sơ đồ khối máy phát điều biên (AM)
Tín hiệu
cần truyền
(tin tức)
Điều chế AM
và khuếch đại
công suất cao
tần

An ten
phát
Tạo dao
động
chủ

Mạch ra
Tiền
khuếch
đại âm
tần
Tiền
khuếch
đại cao
tần

AFC


9
- Khối tiền khuếch đại cao tần có thể dùng để nhân tần hoặc khuếch đại (KĐ)
dao động cao tần đến mức đủ lớn kích thích cho tầng điều chế và KĐ cao tần
làm việc. Khối tiền KĐ có thể gồm nhiều tầng.
- Bộ điều chế biên độ (AM) dùng để điều khiển dao động cao tần, làm cho
biên độ của dao động cao tần biến đổi theo biên độ của tin tức. Đối với máy
phát AM thì biên độ điện áp của tín hiệu tin tức phải đủ lớn để có độ điều
chế sâu nên tín hiệu tin tức phải đưa qua bộ tiền KĐ âm tần. Sau đó tín hiệu
điều chế được khuếch đại công suất cao tần lên cần thiết theo yêu cầu đưa
tới mạch ra.
- Mạch ra để phối hợp trở kháng giữa tầng KĐ công suất cuối cùng và anten

để có công suất ra tối ưu.
- Anten để bức xạ năng lượng cao tần, biến đổi năng lượng cao tần của máy
phát thành sóng điện từ truyền đi trong không gian.
1.2.2. Máy phát đơn biên (SSB)
Sơ đồ khối tổng quát của máy phát SSB như hình 1-3























Việc xây dựng sơ đồ khối của máy phát đơn biên có một số đặc điểm riêng so
với máy phát điều biên (AM). Các bộ điều biên cân bằng và bộ lọc dải hẹp được

sử dụng để tạo nên tín hiệu đơn biên SSB, nhưng công suất ra bị hạn chế chỉ vài
mW. Nếu sóng mang ở dải tần số cao (sóng trung hoặc sóng ngắn) thì không thể
thực hiện được bộ lọc với các yêu cầu cần thiết, như vậy sẽ có nhiễu xuyên tâm
giữa các kênh và làm giảm tỷ số tín hiệu trên nhiễu (S/N). Do đó với máy phát
đơn biên thì tần số sóng mang cơ bản để tạo tín hiệu đơn biên ở khoảng tần số

Thiết
bị
đầu
vào

Bộ điều
chế đơn
biên

Bộ
đổi
tần

Bộ
lọc
1
Bộ tổng hợp tần số
Suy giảm

KĐ dao
động
điều chế
Hệ
thống

dao
động
tầng ra

Bộ
lọc
2
Thiết bị an toàn
và làm nguội
f
1
f
2
Bộ kích
thích đơn
biên
Anten
phát
Hình 1-3: Sơ đồ khối máy phát đơn biên


10
trung gian. Sơ đồ cấu trúc gồm một bộ tạo tín hiệu đơn biên ở tần số trung gian
(100 ÷ 500)KHz sau đó nhờ một vài bộ đổi tần để chuyển đến phạm vi tần số
làm việc (1 ÷ 30)MHz, rồi qua bộ khuếch đại (KĐ) tuyến tính để khuếch đại đến
một công suất cần thiết.
- Thiết bị đầu vào thường làm nhiệm vụ KĐ tín hiệu âm tần nếu tín hiệu còn
nhỏ, hoặc hạn chế tín hiệu âm tần nếu tín hiệu này quá lớn.
- Bộ điều chế đơn biên trong máy phát công suất lớn thường được xây dựng
theo phương pháp lọc tổng hợp. Bộ tổng hợp tần số của máy phát đơn biên là

một thiết bị chất lượng cao và phức tạp. Nó phải đảm bảo tần số sóng mang
gốc (f
1
) và các tần số khác (f
2
…) có độ bất ổn định tần số rất nhỏ (10
-7
÷10
-9
),
vì vậy phải dùng thạch anh để tạo tần số gốc. Trong sơ đồ bộ tổng hợp tần số
phải tạo ra hai tần số f
1
là tần số sóng mang gốc không đổi, còn f
2
là tần số
làm việc của máy phất (tần số ra).
- Bộ đổi tần thực chất là bộ khuếch đại cộng hưởng để lấy thành phần hài f
2
=
nf
1
, bộ lọc có nhiệm vụ lọc các thành phần của quá trình đổi tần.
- Bộ KĐ dao động điều chế tuỳ thuộc vào công suất ra mà có từ 2÷4 tầng, hệ
thống dao động tầng ra dùng để triệt các bức xạ của các hài và cũng là để
phối hợp trở kháng. Các máy phat đơn biên thường sử dụng tầng KĐ dạng
đẩy kéo.
- Bộ lọc 2 dùng để triệt các thành phần tần số cao tần xuất hiện trong dải tần số
truyền hình, còn gọi là bộ lọc tín hiệu truyền hình.
- Các máy phát đơn biên công suất trung bình và công suất lớn gồm 2 thiết bị

độc lập:
+ Bộ kích thích đơn biên gồm 2 phần: Bộ tổng hợp tần số và bộ điều chế
tín hiệu đơn biên
+ Bộ KĐ tuyến tính gồm bộ KĐ dao động điều chế, hệ thống dao động
tầng ra và bộ lọc 2. Do mức tín hiệu ở đầu ra bộ kích thích đơn biên nhỏ nên bộ
KĐ tuyến tính phải có hệ số KĐ công suất rất lớn để tạo ra công suất cao.
1.2.3. Máy phát tần số (FM)
Sơ đồ khối tổng quát của máy phát FM như hình 1- 4















Hình 1-4: Sơ đồ khối máy phát điều tần (FM)
Tín hiệu
cần truyền
(tin tức)
Khuếch
đại công
suất cao

tần
An ten
phát
Tạo
dao
động
cao tần
chủ

Mạch
ra
Tiền
khuếch
đại cao
tần
Tiền
KĐ
âm
tần
AFC


11
Các khối trong sơ đồ có nhiệm vụ giống như các khối trong sơ đồ hình 1-2
của máy phát điều biên (AM), nhưng đối với máy phát điều tần yêu cầu điện áp
âm tần không lớn lắm nên tín hiệu tin tức vào chỉ cần đưa qua bộ tiền KĐ âm
tần rồi đưa vào bộ tạo dao động chủ sóng thực hiện việc điều chế, làm cho tần số
của bộ dao động chủ thay đổi theo biện độ điện áp của tín hiệu tin tức vào còn
biên độ sóng mang không đổi. Mặt khác do tín hiệu điều tần có tần số làm việc
cao hơn nhiều so với tín hiệu điều biên nên số tầng nhân tần trong bộ tiền KĐ

cao tần nhiều hơn, do đó độ ổn định của máy phát điều tần cũng yêu cấu cao hơn
và hệ thống AFC thường cấu tạo phức tạp hơn.
1.3. Hệ thống định vị vô tuyến
1.3.1. Khái niệm định vị vô tuyến
Định vị vô tuyến (radar) là tên gọi của một lĩnh vực vô tuyến, mà lĩnh vực
này sử dụng sự phản xạ, sự bức xạ qua lại, hoặc sự bức xạ riêng của sóng điện từ
để phát hiện các mục tiêu khác nhau, thậm chí còn để đo toạ độ và tham số
chuyển động của các mục tiêu đó. Mục tiêu của định vị vô tuyến là mục tiêu vật
chất bất kỳ mà còn có thể phát hiện được, có thể đo được vị trí chuyển động của
nó bằng các phương pháp định vị vô tuyến.
Tuỳ theo từng phương pháp định vị vô tuyến, người ta phân loại chúng
thành các loại hình sau:
- Loại 1: Định vị vô tuyến chủ động được thực hiện bởi việc chiếu sáng mục tiêu
bằng năng lượng điện từ, mà năng lượng này được bức xạ bằng anten của trạm
phát của radar và sự hấp thụ năng lượng phản xạ từ mục tiêu.
- Loại 2: Định vị vô tuyến chủ động với trả lời chủ động, khác với loại hình thứ
nhất ở chỗ mục tiêu có đặt máy đáp vô tuyến. Đây là thiết bị phát nhận, nó nhận
và trả lời các tín hiệu của radar.
- Loại 3: Định vị vô tuyến bán chủ động, khác với loại hình chủ động ở chỗ mục
tiêu được chiếu sáng bằng một trạm radar (ví dụ radar đặt ở mặt đất) còn sự thu
và phát tín hiệu phản xạ từ mục tiêu được thực hiện ở đối tượng khác (ví dụ ở
tên lửa).
- Loại 4: Định vị vô tuyến thụ động được, thực hiện bằng cách thu năng lượng
được bức xạ bởi mục tiêu.
Vấn đề phát hiện mục tiêu xét theo quan điểm kỹ thuật vô tuyến dẫn đến sự
phát hiện tín hiệu, mà được bức xạ qua lại bởi mục tiêu này trên nền các loại
nhiễu khác nhau.
Mục tiêu bất kỳ được radar chiếu sáng trở thành nguồn sáng thứ cấp. Công
suất của bức xạ thứ cấp phụ thuộc vào hàng loạt các yếu tố như: Cường độ từ
trường mà được tạo bởi máy radar gần mục tiêu, các tham số của mục tiêu, vị trí

của mục tiêu so với radar, sự phân cực của từ trường sơ cấp và độ dài của sóng
vv…
Định vị vô tuyến thụ động hình thành ở hiện tượng bức xạ năng lượng điện
từ bởi các vật thể bất kỳ mà nhiệt độ của nó lớn hơn không độ tuyệt đối đều bức


12
xạ năng lượng điện từ. Tất cả các mục tiêu đều thỏa mãn điều kiện này, vì vậy
có sự phát hiện các mục tiêu mà không cần sự chiếu sáng ban đầu.
Định vị vô tuyến được hình thành ở tính chất sóng vô tuyến lan truyền trong
môi trường đồng nhất với vận tốc không đổi. Tính chất này cho phép xác định
hướng tới mục tiêu và độ dài quỹ đạo truyền sóng của chúng. Người ta chia nhỏ
định vị vô tuyến tương ứng thành sự đo khoảng cách vô tuyến và sự tìm phương
bằng vô tuyến. Đo khoảng cách vô tuyến là xác định khoảng cách tới mục tiêu
bằng cách đo độ dài quỹ đạo lan truyền của sóng vô tuyến tới mục tiêu và ngược
lại. Tìm phương bằng vô tuyến là xác định hướng tới mục tiêu, tức là đo toạ độ
góc của mục tiêu bằng cách xác định hướng đến của sóng vô tuyến phản xạ hoặc
phát ra từ mục tiêu.
1.3.2. Hệ thống tín hiệu dải rộng
a. Ƣu điểm của tín hiệu dải rộng
Đối với các hệ thống rời rạc tín hiệu dải hẹp độ rộng phổ tín hiệu và dải tần
của kênh gần bằng nhau, hệ số cơ bản của tín hiệu v=T*F
1
. Trong đó
fT  /1
(T là thời gian tồn tại của tín hiệu,
f
là độ rộng phổ của tín hiệu), F là
dải tần của kênh hay phổ của tín hiệu cao tần đã được điều chế .
Khi có nhiều hệ thống thông tin dải hẹp cùng làm việc, cần thiết phải có

một quy định chặt chẽ về việc phân bố tần số. Nếu không sẽ gây ra nhiễu lẫn
giữa các hệ thống, điều này làm cho việc khai thác dải tần không được triệt để.
Tóm lại, với các hệ thống tín hiệu dải hẹp ở dải sóng ngắn tồn tại hai vấn đề
chưa được giải quyết về mặt nguyên lý: Một là nhiễu nhân do truyền sóng theo
nhiều đường khác nhau, hai là khai thác một cách hữu hiệu dải tần.
Những vấn đề như vậy sẽ không vấp phải khi sử dụng các dạng tín hiệu dải
rộng trong các hệ thống truyền tin. Hệ số cơ bản của các tín hiệu dải rộng v =
T*F >>1. Thời gian tồn tại của tín hiệu khá lớn T= n*t
x
, với n là số xung trong
dãy, t
x
là độ rộng một xung, vì t
x
bé nên F lớn. Theo định lý Shannon về thông
lượng của kênh có nhiễu, trường hợp lý tưởng là trường hợp tín hiệu có thông số
thống kê của nhiễu trắng. Mặt khác lý thuyết chống nhiễu của Kachencop cũng
cho biết xác suất sai nhầm trong kênh có nhiễu chỉ tuỳ thuộc vào tỷ số năng
lượng tín hiệu trên mật độ phổ nhiễu và không phụ thuộc vào di phổ của tín
hiệu. Khi mở rộng di phổ của tín hiệu, hệ thống chống lại ảnh hưởng của nhiễu
xung (tập trung) và các dạng nhiễu có thông số phổ không chuẩn được sử dụng
rộng rãi. Như vậy phổ của tín hiệu có thể chồng lên nhau cũng như thời gian tồn
tại của chúng cũng có thể xảy ra đồng thời. Điều này cho phép khai thác triệt để
giải tần của kênh.
b. Các phƣơng pháp điều chế tín hiệu dải rộng
Để làm tăng hệ số dải rộng của tín hiệu: v = n.t
x
.F (t
x
: Độ rộng xung, F là

dải tần của kênh). Tín hiệu có v >>1 là tín hiệu dải rộng.
Người ta dùng hai phương pháp điều chế mã xung chính là :
- Mã điều tần tuyến tính


13
- Mã điều chế pha
Trong giới hạn đề tài của luận văn này tôi chỉ xin giới thiệu về mã điều chế pha.
Tín hiệu xung điều chế mã pha có độ rộng t
x
là dãy n các xung hẹp được
liên kết chặt với nhau có biên độ không đổi U, có độ rộng thành phần t , tần số
sóng mang
0

và hai dấu pha ban đầu
21
,

ngược nhau 180.
Thứ tự thay đổi pha các xung đơn thành phần được xác định bởi mã sử
dụng. Trong rada có tín hiệu mã pha người ta thường sử dụng mã Barker với 5,
7, 9, 11, 13… phần tử, mã P, mã Frank,
Độ rộng phổ của tín hiệu xung mã pha được xác định bởi độ dài của một
xung thành phần


= 2P/t, vì t
x
= n*t nên



= 2P*n/t
x
. Do số lượng các
xung thành phần có thể tăng cao (100 ÷ 1000) xung, vì vậy tín hiệu mã pha dạng
này được gọi là tín hiệu dải rộng.
Ứng dụng kỹ thuật thu nén xung, ở đầu ra máy thu ta nhận được một búp
trung tâm có độ rộng bằng độ rộng của một xung thành phần và các xung bên
cạnh có biên độ nhỏ hơn xung trung tâm nhiều lần (như hình 1-5)









Hình 1-5

Hệ số nén của tín hiệu mã pha khi xử lý nén xung bằng số lượng các xung đơn
thành phần n. Giống như mã thông thường, mã pha có thể tạo ra bằng hai
phương pháp: Tích cực và thụ động.
c. Phƣơng pháp tạo mã pha tích cực
Có ba cách thực hiện khác nhau: Trong các bộ khuếch đại, trong máy phát tự
dao động, trong tuyến truyền sóng.
c.1. Mã pha trong các tầng khuếch đại.
Phương án thực hiện mã pha trong các tầng khuếch đại công suất được mô tả
như hình 1- 6.


nÐn
=


14










H×nh 1-6

Mạch bao gồm một bộ dao động chuẩn, mạch đảo pha có thể bằng biến thế
đảo pha, các mạch khuếch đại làm việc với chế độ khoá và mạch tạo mã xung.
Bộ dao động chuẩn thường là dao động thạch anh có tấn số ổn định được nhân
tần đảm bảo tần số yêu cầu. Mạch quay pha có thể là các đoạn ống dẫn sóng,
đoạn cáp đồng trục hoặc các dây giữ chậm. Các bộ khuếch đại khoá thường là
các bộ khuếch đại cộng hưởng có chung khung cộng hưởng dao động ở Anốt và
tín hiệu cao tần ngược pha được đưa tới các mạch lưới điều khiển.
Kết quả là trong khung dao động Anốt sẽ có tín hiệu điều chế pha theo mã của
bộ tạo xung mã điều khiển, pha ban đầu của các thành phần được xác định vào
thời điểm mở đèn.

Ưu điểm của phương pháp :
- Có thể đạt được độ sâu điều chế pha từ 0 ÷ 180º.
- Có độ ổn định tần số cao.
- Tốc độ chuyển mạch nhanh cho phép tạo các xung thành phần

hẹp.
Nhược điểm: Tín hiệu điều chế pha ở mức công suất thấp và tần số thấp khi
khuyếch đại và nhân lên tần số cao sẽ dẫn đến méo và sai lệch.
c.2. Mã pha trong máy phát dao động.
Mã pha trong máy phát dao động được xây dựng trên nguyên tắc sử dụng hệ
tự dao động điều chế pha
4

A
.
Sơ đồ cấu trúc của bộ mã pha này được mô ta ở hình 1-7



Mạch điều khiển mã
Dao động
chuẩn
Bộ đảo pha
Khuếch đại 1
Khuếch đại 2
Tải chung


15

Hình 1-7

Trong sơ đồ có hai bộ tách sóng pha ngược nhau nhờ bộ quay pha 180º. Các
bộ khuyếch đại dòng một chiều dưới tác động của các xung thị tần được đưa tới
bộ tạo xung mã, được mở lần lượt và nối máy phát dao động có điều khiển tới
các kênh đo khác nhau, bởi vì pha ban đầu dao động của máy phát có điều khiển
được xác lập tương ứng với 1 trong 2 trạng thái của bộ khuếch đại YPT. Bộ nào
được mở tại thời điểm đó.
Ưu điểm phương pháp:
- Có thể thực hiện được điều chế pha ngay trên tần số sóng mang với mức
công suất ra lớn (tại các đèn phát đầu cuối).
- Đảm bảo độ ổn định tần số cao.
Nhược điểm phương pháp: Không đạt chính xác được độ điều chế mã pha với


= 0° và


= 180° vì các sai số về pha. Tốc độ chuyển mạch chậm hơn một

bậc so với phương pháp trước và khó khăn trong việc nối kết tương can xử lý
triệt để nhiễu địa vật ở máy thu radar.
c.3. Mã pha trong tuyến truyền sóng
Mã pha trong tuyến truyền sóng được thực hiện bằng cách trao đổi độ dài
đường truyền với các linh kiện bán dẫn chuyển mạch nhanh, chịu công suất lớn.
- Ưu điểm : Tạo mã pha ngay từ các dao động siêu cao tần, với tần số chuyển
mạch lớn vì thời gian đóng mở điot nhanh (<10 micro giây). Cấu trúc gọn và
đơn giản.
- Nhược điểm : Công suất cho phép không cao, khó khăn trong việc xử lý tín
hiệu tương can đưa tới máy thu để nâng cao khả năng triệt nhiễu địa vật.
YPT
Tải
Máy phát
thạch anh
Bộ quay pha
Tách xung mã
điều chế
Tách sóng
pha 1(PD1)
Máy phát
dao động
YPT
Tách sóng
pha 2 (PD2)
Out


16
c.4. Phƣơng pháp mã pha thụ động .
Thiết bị dùng để tạo tín hiệu mã pha theo phương pháp thụ động. Bao gồm

bộ lọc dải với độ rộng dải thông

/2
, dây giữ chậm với thời gian t =(N-
1)*

, với N đầu ra, các bộ quay pha và bộ cộng tín hiệu .
Sơ đồ cấu trúc của bộ mã pha thụ động như hình 1-8 sau :








Hình 1-8: Sơ đồ cấu trúc của bộ mã pha thụ động

Xung tín hiệu trên đầu ra của bộ lọc dải được đưa tới đầu vào dây giữ chậm.
Trên các đầu ra xung được giữ chậm bằng độ rộng của một xung thành phần t
đưa tới các bộ quay pha. Các bộ quay pha được đặt sẵn theo cốt mã pha và cân
bằng biên độ các xung trước đưa vào bộ tổng.
Trên đầu ra của bộ cộng tổng tín hiệu ta sẽ được xung tín hiệu mã pha gồm
N xung thành phần có pha ban đầu theo luật mã pha được chọn.
- Ưu điểm của phương pháp: Đơn giản cho khâu thực hiện sử dụng và đặc
biệt là độ chính xác khi thực hiện quá trình biến đổi ngược khi thu, giải mã tín
hiệu, phương pháp này được sử dụng trong rađa 55x6.
- Nhược điểm: Công suất tín hiệu nhỏ, độ ổn định tần số của dây giữ chậm
phụ thuộc vào nhiệt độ, có độ suy giảm lớn trên dây giữ chậm, không thực hiện
được trên tần số mang cao tần. Tuy có những nhược điểm trên nhưng trong thực

tế phương pháp mã pha thụ động được sử dụng rộng rãi trong các rađa hiện đại.









Dây dữ chậm
0
0
0
0
0
0
0
Bộ cộng tín hiệu
N - 1
Bộ lọc dải


17

CHƢƠNG 2: MÃ PHA TRONG XUNG
2.1. Giới thiệu
Điều chế tần số tín hiệu CW tự tạo giống như 1 trong số các dạng sóng LPI
phổ biến, dạng sóng PSK CW gần đây trở thành chủ đề nghiên cứu vì đặc tính
độ rộng băng.

Với rada LPI (và radar xung), điều quan trọng là độ nhấp nhô thấp để tránh
nhấp nhô, sự lựa chọn dạng sóng PSK ảnh hưởng hoạt động rada. Về dạng sóng
PSK, người thiết kế sẽ chọn độ rộng băng tần đầu tiên để được độ phân giải như
ý muốn. Mặt khác một tín hiệu để truyền giải rộng có thể được chọn chia mục
tiêu thành những ô có độ phân giải, và đó là kỹ thuật tốt để nhận biết mục tiêu,
tính thương mại ở đây là radar đòi hỏi cần năng lượng truyền lớn. Để có một
mục tiêu có mặt cắt nhỏ, làm giảm khả năng duy trì yên tĩnh.
Mã dịch pha nhị phân (ví dụ, 0 hoặc 180) là phổ biến, nhưng lại thấp và
dung sai doppler. Mã hữu ích nhất cho các nhà thiết kế radar là mã nhiều pha mà
giá trị dịch pha trong cùng mã con có thể thực hiện được nhiều giá trị (không chỉ
có 2 giá trị ) và độ dài mã T có thể là cực dài. Loại mã này có độ nhấp nhô cạnh
và dung sai doppler tốt hơn mã nhị phân. Kỹ thuật dịch pha có thể đạt được dạng
sóng có độ phân giải cao, và cũng tạo ra độ khuếch đại SNR lớn cho rada. Năng
lượng trung bình cho việc truyền tín hiệu CW thực hiện mở rộng dãy dò cực đại
khi đang nâng cao khả năng dò mục tiêu (khi được so sánh với tín hiệu xung của
năng lượng lớn nhất tương đương). Kỹ thuật PSK cũng tương thích với thiết bị
tạo tín hiệu số mới và hàng loạt những biện pháp chống lồi cạnh được ứng dụng
. Tính tuơng thích với các thiết bị thu ở trạng thái rắn cho phép sử dụng các kỹ
thuật điều khiển năng lượng để giảm năng lượng trung bình cần thiết cho việc
truyền tín hiệu CW. Việc giám sát năng lượng giúp radar giữ hằng số SNR của
mục tiêu trong bộ thu.
2.2 Tín hiệu truyền
Trong radar PSK, cơ chế dịch pha được thực hiện tại bộ truyền cùng với
thông tin về thời gian do bộ thu phát ra. Tín hiệu truyền được viết dưới dạng
sau:
)
2(
)(
kc
tfj

Aets




Trong đó, 
k
là chức năng điều chế pha thay đổi theo thời gian qua loại mã
PSK được sử dụng, f
c
là tần số góc sóng mang.
Hệ số I đồng pha và hệ số Q từ bộ truyền tín hiệu sau:
)2cos(
kc
tfAI



)2sin(
kc
tfAQ





18
Trong chu kỳ mã đơn, tín hiệu CW được chuyển pha N
c
lần. Góc lệch pha là

k

trong
b
t
giây theo một dãy mã hóa riêng, trong đó
b
t
là chu kỳ nhỏ của mỗi
mã hóa. Chu kỳ mã pha được tính như sau:

stNT
bc


và tốc độ mã :
1
/1

 stNR
bcc


Tín hiệu truyền được tính như sau:
])1([
1
b
Nc
k
k

tktu 



với
Tt 0
và đạt 0 tại điểm nào đó thì độ phân giải của radar tín hiệu CW mã
hóa pha là:
2/
b
ctR 

Độ phân giải thực là:

2/2/
bcu
tcNcTR 

Nếu C
PP
là số chu kỳ của tần số sóng mang trên một mã con thì độ rộng băng
tần tín hiệu truyền được tính:
B= f
c
/C
PP
=
Hzt
b
/1

Dạng sóng thu được từ mục tiêu được số hóa và liên kết lại với nhau sử
dụng bộ lọc nhiễu nặng hoặc có chứa 1 dãy hệ số N của hệ số tham chiếu N
c
.
Các kết quả đưa ra được kết hợp lại để tập chung năng lượng biên, tạo ra xung
nén có độ phân giải thời gian bằng khoảng thời gian mã hóa con
b
t
và độ cao N
c
.
Vì lý do này mà số lượng các yếu tố mã hóa N
C
cũng được gọi là tỷ số nén .
2.3. Mã pha nhị phân
Vào năm 1953 R.H barker đã giới thiệu dãy nhị phân đồng bộ trong viễn
thông. Dãy nhi phân Barker là dãy có độ phức tạp về thời gian riêng , có độ dài
giới hạn với độ lớn không đổi và hệ số pha là:
0
k


hoặc


k

Kết quả dãy nhị phân có các thành phần
i

a
thuộc { -1; +1 }
Với độ dài N
c
= 2,3,4,5,6,7,11 và 13. chín dãy nhị phân Backer có trong bảng 1
sau với các thông số PSL (DB) và ISL (DB).


19
Bảng 1
Code length
Code elements
PSL(DB)
ISL
2
 ,

-6.0
-3.0
3


-9.5
-6.5
4


-12.0
-6.0
4



-12.0
-6.0
5


-14.0
-8.0
7


-16.9
-9.1
11


-20.8
-10.8
13


-22.3
-11.5

Mã dài nhất có độ dài N
c
= 13, chín dãy nhị phân này được viết: a+ thay cho
a+1 và a- thay cho a-1 .
Người ta cho biết dãy nhị phân Barker có độ dài lớn hơn 13 với N

c
là số lẻ
thì không tồn tại. Cũng như vậy người ta đã chứng minh rằng dãy nhị phân
Barker với 14< N
c
< 198,884 và N
C
chẵn không tồn tại.
Mã barker là một dạng đặc biệt của mã ghi ngẫu nhiên, nên nó có đầy đủ
các tính chất của mã ghi ngẫu nhiên. Nó chỉ khác là nếu mã ghi ngẫu nhiên cho
một dãy xung liên tục mỗi xung 15 nhịp còn mã barker cũng cho một dãy xung
nhưng các xung này không liên tục mà cách đều nhau. Mỗi xung có thể gồm 5,
7, 9, 13 nhịp .
Ta biết rằng tín hiệu ngẫu nhiên thì không thể xác định được, sự biến đổi
tiếp theo của nó chỉ có thể mô tả bằng thống kê. Tuy nhiên tín hiệu ghi ngẫu
nhiên thì không hoàn toàn ngẫu nhiên, nó là tín hiệu có chu kỳ xác định và có
thể dự đoán trước được c ở phía thu và phía phát. Do đó người ta sử dụng nó để
truyền dẫn thông tin một cách có hiệu quả.
Mã hóa Barker kết hợp (mã hóa barker trong cùng 1 mã barker) được tạo ra
để có hệ số truyền nén lớn. Trong hình dưới là ví dụ của mã hóa kết hợp barker
được tạo thành từ dãy nhị phân Barker có độ dài N
c
= 4.






20



+
+
-



+
+
+
-
+
+
+
-
+
+
+
-
-
-
-
+

Hình 2-1 : Compound 4 barker code
Mặc dù hệ số truyền nén đạt giá trị lớn hơn nhưng búp nhánh đỉnh không
giảm tỷ lệ thuận với nó.
Mã kết hợp Barker có N

c
= 169 thường được sử dụng và nó gồm một mã
Barker 13 nằm trong 1 mã Barker 13.
Mã Barker là mã được sử dụng nhiều nhất vì mã này tạo ra tính bất định
theo mức độ búp nhánh. Tại độ dịch chuyển doppler đạt giá trị 0, không cao hơn
1/N
C
tương đương với búp nhánh chính của mức độ 1. Thực tế, do tính chất này
mà mã hóa Barker được gọi là mã hóa hoàn hảo. Hình 2-2 cho biết ACF của pha
tín hiệu CW đã được mã hóa bằng dãy nhị phân Barker với N =13bit và cấu trúc
búp nhánh của mã:








Hình 2-2








Hình 2-3
Hinh 2-2 và 2-3 : ACF và PACF của tín hiệu PSK nhị phân barker 13 bit

(với PSL =-22db)
- 20
- 60
20
10
/t
b
90
/t
b

0
10 20 30 40 50 60 70 80

-60


21

Đối với tín hiệu này,
KHzf
c
1
.
Và tần số cho trước
KHzf
s
7
.
Chú ý: Các đặc tính búp nhánh cho thấy đặc tính hoàn hảo của mã hóa barker.

Cho:
13
c
N
bit mã hóa thì

dBNfSP
c
3,22)(log10
10

.
Số chu kỳ trên 1 pha:
1
pp
C
.
Hình 2-3 cho thấy PACF và chỉ rõ rằng tuy mã hóa Backer có các đặc tính
búp nhánh PACF tốt (Búp nhánh 0), nhưng chúng lại có mức độ búp nhánh thấp
nhất bằng với PSL được chỉ ở trên cho ACF (22 dB).
Phần tiếp theo chúng ta sẽ tìm hiểu mã Barker trong rada sử dụng điều biến
pha trong xung.
2.4. Phƣơng pháp định vị vô tuyến sử dụng điều biến pha trong xung
2.4.1. Cách xác định khoảng cách
Khi xác định khoảng cách đến mục tiêu (D), người ta đo thời gian trễ của
tín hiệu phản xạ tới xung thăm dò. Xung thăm dò (tín hiệu) là xung có tần số
cao, công suất lớn, xung này được hình thành bởi máy phát và bức xạ vào không
gian bằng anten. Thời điểm bức xạ của xung thăm dò được đưa vào bộ đếm thời
gian sóng vô tuyến lan truyền.
Tín hiệu phản xạ từ mục tiêu được thu trực tiếp bởi máy thu. Khoảng thời

gian giữa thời điểm bức xạ của xung thăm dò và thời điểm thu xung phản xạ gọi
là thời gian trễ của tín hiệu phản xạ ( t
z
).
Ta có:

c
D
t
z
2

(1.1)
Do đó:
2
z
ct
D 
(1.2)
Trong đó: D là khoảng cách giữa máy radar và mục tiêu.
, c là vận tốc truyền sóng vô tuyến.
Môi trường thực không phải là môi trường đồng nhất hoàn toàn. Bởi vậy
quỹ đạo truyền sóng trên thực tế sẽ không phải hoàn toàn là một đường thẳng,
còn vận tốc truyền sóng vô tuyến không phải hoàn toàn không đổi ở tất cả các
đường truyền. Tuy nhiên tỷ số dẫn ra ở trên sẽ đúng đối với môi trường thực nếu
c là vận tốc truyền sóng trung bình ở khoảng cách D (
8
10c
m/s).

22
2.4.2. Nguyên lý xác định thời gian trễ tại máy thu
Máy phát của máy đo khoảng cách vô tuyến bức xạ dao động tần số siêu
cao ở dạng xung (độ rông xung) thăm dò lặp lại theo chu kỳ T ( hình 2-4),
khoảng thời gian giữa các xung thăm dò diễn ra sự thu xung phản xạ ( hình 2-5)






















Từ lối ra của máy thu, xung đã thu được đi vào thiết bị chỉ báo, thiết bị này

cho phép đo khoảng thời gian giữa lúc bắt đầu bức xạ xung thăm dò và lúc bắt
đầu thu xung phản xạ. Vì vậy ta xác định được khoảng cách đến mục tiêu theo
công thức (1.2).
Ta thấy rằng cự ly hoạt động của rada sẽ tỷ lệ với công suất phát của máy
phát. Mặt khác công xuất phát tỉ lệ với tỉ số
Tt
u
/
, vậy để tăng cự ly hoạt động
rada ta phải độ rộng xung
u
t
(với T không đổi ). Do vậy trong kỹ thuật rada xung
người ta luôn tìm cách đạt được độ dài cực đại của xung mã mà vẫn đảm bảo
được độ phân giải của rada, vì tăng độ rộng của xung sẽ làm giảm sự phân giải
của máy radar. Nhưng nếu sử dụng điều biến xung bức xạ đặc biệt thì ở máy thu
có thể nén xung này đến độ rộng mà đảm bảo khả năng phân giải cho phép .
Thiết bị truyền hình thành xung thăm dò (hình 2-6 ) có tần số không đổi và
độ rộng là
u
t
. Xung này được phân chia thành những đoạn bằng nhau, khoảng
mã
b
t
. Trong phạm vi của mỗi khoảng mã có pha ban đầu về dao động tần số
cao. Độ rộng của mỗi khoảng mã được xác định bởi độ phân giải của máy.
Hình 2-5: Sự thu xung phản xạ
t
z

Hình 2 - 4
t
u
T



23
Người ta sử dụng ví dụ mã Barker, mà ở đó pha ban đầu của các khoảng mã lân
cận bằng 0 hoặc bằng

, còn số khoảng mã ở xung có thể là 3, 4, 5, 7, 11, …










Hình 2-6

Hình 2-7 chỉ ra kỹ thuật mã pha nhị phân và kiến trúc máy thu sử dụng mã
Backer N = 13bit. Trong hình này, nhờ vào sự thu nhận tín hiệu phản xạ từ mục
tiêu, máy nhận sử dụng bộ tách sóng để phát ra a+ hoặc a– cho mỗi mã con .
Trong hình này, lối ra của máy thu sử dụng một dải đường trễ bộ lọc so sánh để
nén dạng sóng đã truyền .
Trong trường hợp chiều dài mã đạt tới giới hạn, mã Barker rất nhạy với độ

dịch Doppler. Độ dịch doppler của sóng phản xạ (do sự chuyển động của mục
tiêu) có thể làm sai bộ lọc so sánh. Đặc tính này ngăn cản nhiều ứng dụng của
mã Barker, tín hiệu dịch pha nhị phân có thể tạo ra dễ dàng bằng cách dùng
LPIT. Có ba loại mã dịch pha nhị phân của chuỗi Barker CW ứng với N
c
=7, 11,
và 13. Cũng có thể chọn lựa tần số sóng mang f
c
,tần số lấy mẫu f
s
,chu kỳ mã
phát ra, chu kỳ trên mã con C
pp
, và SNR.










t
b

t
u
T

24


+
+
+
+
+
-
-
+
+
-
+
-
+

b
t




trtr

Hinh 2-7: Kỹ thuật mã pha nhị phân và kiến trúc máy thu sử dụng mã Backer
N= 13bit (Binary phase coding techniques and receiver architecture using a 13
barker code, N
c
=13)

2.4.3. Mã Barker 13 phần tử
a. Khái niệm
Mã Barker là chuỗi xung gồm 13 xung , mỗi xung tuơng ướng với một bit,
xung có biên độ bằng 1 tương ứng với bit "1", xung có biên độ bằng 0 tương
ứng với bit "0". Độ rộng mỗi xung là

s

3,3
, tổng cộng chuỗi xung có độ rộng là
s

43
. Hình 2-8 dưới thể hiện mã Barker 13 phần tử .

+
-
+
-
+
+
-
-
+
+
+
+
+
CW
source
phase
modulator
transmistter
receiver


Tapped delay line
13
Amplitude
1
t
b
0 t
b
t


25







Hình 2-8: Mã Barker 13 phần tử
Ưu điểm của việc sử dụng mã Barker trong kỹ thuật rada đó là:
- Phát tín hiệu phức tạp (di động) theo luật mã barker 13 phần tử tăng được độ
rộng xung lên 43 ms, dẫn đến tăng được công suất trung bình máy phát, vẫn đảm
bảo được khả năng phân biệt và độ chính xác theo cự ly xấp xỉ 500m.
- Chọn mã barker đảm bảo sự đơn giản trong khi tạo tín hiệu và thu nén xung,
đồng thời hệ số nén đạt hiệu quả cao (13 lần) .
- Sử dụng mã backer 13 phần tử là phương án khá tối ưu. Bởi vì mã barker là
mã nhị phân duy nhất cho phép nhận được độ bằng phẳng của các bướu cạnh
của tín hiệu và có biên độ nhỏ hơn N lần tín hiệu được nén và do vậy loại được
vấn đề đa trị khi xử lý nén xung, đơn giản các bước xử lý ở máy thu so với khi

sử dụng các loại mã khác.
b. Hệ thống thu phát định vị vô tuyến phát hiện mục tiêu di động sử
dụng mã Barker 13 phần tử
Sơ đồ cấu trúc của hệ thống như hình 2-9 sau:














1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0
1
t
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
U(t)
Mã Barker
Điều chế
Trộn tần
Dao động ngoại sai
LO: 820 - 880 MHz
Hệ tạo
ngưỡng

Máy tính
hiển thị
Trộn tần
Khuếch đại
trung tần tách
sóng
Nén xung
30MHz
Xung
mã
30MHz
30MHz
850 MHz
Tăng S/N
850- 910
MHz


lên 13 lần
Tín
hiệu
phản
xạ
Phát
đi
Hình 2-9


26
c. Tạo và nén mã xung Barker 13 phần tử

Để tạo dãy xung ngang mã Barker 13 xung, mỗi xung có độ rộng 3,3 μs ta đưa
xung 3,3 μs vào bộ giữ chậm (các Triger D) có mạch cộng nối tiếp Modun 2
(xem sơ đồ nguyên lý hình 2-10).














Hình 2-10: Sơ đồ chức năng bộ tạo mã Barker 13 phần tử

Hoạt động của sơ đồ nguyên lý như sau: Tần số mã 30MHz được ráp trên dao
động thạch anh có độ ổn định cao. Để tạo các xung thành phần 3,3 μs, tần số mã
30MHz được đưa qua các bộ chia có hệ số chia 1:100.

Như vậy :
s
f
t
tp

3,3

10010.30
11
6


Để tạo dãy xung mã Backer 13 phần tử ta sử dụng bộ giữ chậm gồm 12 phần
tử giữ chậm ráp trên các Triger từ D1 đến D12 (74HC74) với trạng thái thiết lập
ban đầu được xác định bởi trạng thái mạch đầu ra của mạch điều khiển trạng thái
mã (74HC374). Mạch điều khiển trạng thái mã có thể điều khiển đặt trạng thái
ban đầu của các Triger D1 ÷ D12 theo luật mã bất kỳ hoặc có thể điều khiển
trạng thái ra ngẫu nhiên, khi đó ta nhận được mã pha ngẫu nhiên. Mạch điều
khiển trạng thái mã là bộ khoá gồm 12 công tắc, một đầu nối với nguồn 5V, một
đầu nối đất (0V). Khi bật công tắc khoá K đóng, điện áp ứng với mức 5V tương
ứng với bít 1. Khi tắt công tắc, khoá K mở điện áp ở mức 0V tướng ứng với bít
0. Khi bật nguồn các xung thành phần được đồng thời đưa đến các cổng Clock
của các Triger D qua vi mạch IC4050 của khối tạo mã. IC4050 là IC khuếch đại
đệm giúp cho 74LS32 không bị quá tải khi phải tải đồng thời các xung Clock

Tạo xung
Cộng
modun 2
(2)
Cộng
modun 2
(3)
Cộng
modun 2
(11)
Giữ chậm
Triger D1

Giữ chậm
Triger D2
Giữ chậm
Triger D3
Giữ chậm
Triger D12
Cộng
modun 2
(1)

Điều chế
xung
Bộ tạo
xung
mạch
Mạch điều
khiển trạng
thái mã