Báo cáo thí nghiệm siêu cao tần và anten lab2

Báo cáo thí nghi ệm Siêu cao t ần và
anten lab2

GVHD : Trần Thị Hương
Nhóm : 41B
SVTH : Nguyễn Văn Hiếu
Vũ Thành Trung
Lê Văn Vũ


LAB 2: Basic Transmission Lines in
the Frequency Domain
1.

Gi ới thi ệu
Ở bài lab này, chúng ta sẽ sử dụng
phần mềm SPICE để khảo sát sóng sin
trên đuờng truyền ko suy hao.

.

Mục tiêu của bài Lab là giúp chúng
ta làm quen với sóng phản xạ cơ bản từ
tải và so sánh các mô phỏng với giá trị
tính toán bằng giản đồ Smith

.


2. Basic Transmission Line Model
Chúng ta có mô hình suy hao đường truyền T, cần hai thông số sau:



Z0 là trở kháng đặc tính



TD là thời gian trễ (time delay) , là chiều dài của đường truyền
trên một đơn vị thời gian

Chiều dài L của đường truyền thông qua bộ trễ TD : L = Up . Td
Với Up là vận tốc pha của sóng trên đường truyền


Với L’là độ tự cảm trên một đơn vị chiều dài, và C’dung kháng
trên một đơm vị chiều dài
Thì ta có:

up =

1
L' C '

L'
Z0 =
C'


Đối với cáp đồng trục thông thường RG58, trở kháng đặc tính là Z0 = 50 Ω và 
vận tốc pha Up =2 / 3 c. 
(Lưu ý: c = tốc độ của ánh sáng 3e8  m /

s)


Câu h ỏi 1 : Đối với đường dây truyền tải như
vậy, các điện cảm và điện dung trên mét bằng bao nhiêu?

Vậy L’ = 250.10-9 H/m và C’ = 0,1 nF/m


Câu h ỏi 2 : Đối với một cáp đồng trục khác nhau,
μ = μ0 và ε = 3ε0. Tính b/a nếu Z0 = 50 Ω?
từ công thức tính L’,C’ ta suy ra

Suy ra:

Vì vậy, ta có:


Câu h ỏi 3 : Nếu b = 3 mm trong câu hỏi 2, thì a bằng bao
nhiêu?

Nếu b = 3 mm trong câu hỏi 2, thì

Vậy a = 0.708 mm


3. SPICE model of a transmission line problem .

Điện áp là 1V, trở kháng nguồn là ZG = 50Ω.
Đuờng truyền dạng T, nối với tải ZL = 100Ω.

Trở kháng đặc tính là ZD = 50Ω.
ZG

In p u t

T1

ZL

Load

50
1Vac
0Vdc

100

Z0 = 50
T D = { d e la y }

VG

PARAM ETERS:

0

0

d e la y = 5 n s

0

0


Câu h ỏi 4 : Ở tần số 200 MHz, và với  , bước
sóng trong đường truyền bằng bao nhiêu?

Bước sóng trong đường truyền được tính
bằng công thức:

Vậy bước sóng trong đường truyền là 1(m)


Câu h ỏi 5 : Thời gian trễ kết hợp với λ/16 bằng
bao nhiêu?

Sử dụng công thức:

L
L
TD =
=
up λ ⋅ f

Vậy thời gian trễ kết hợp với λ/16 là 0.3125
ns


Sử dụng SPICE để mô phỏng các trạng thái AC ổn định của

đường dây này cho chiều dài
0, λ/16, 2λ/16, ..., 15λ/16, λ..


Sử dụng Excel,tạo một bảng biên đô điện áp và biên độ dòng
điện ở các node Input và
Load cho mỗi chiều dài.


Câu h ỏi 6 : Sử dụng PSPICE, Excel, hoặc Matlab để vẽ sơ đồ độ lớn của điện
áp tại đầu vào như là một hàm của chiều dài.
 xác định VSWR, và từ VSWR tính |Γ|.

Dùng PSPICE vẽ độ lớn của điện áp tại đầu vào theo biến
chiều dài:


Ta có Vinmin = 333.333mV
Vinmax = 666.667mV
Suy ra:

Vmax 666.667 mV
VSWR =
=
=2
Vmin 333.333mV

VSWR − 1 2 − 1 1
| Γ |=
=

= ≈ 0.3333
VSWR + 1 2 + 1 3
Vậy VSWR = 2 và |Γ| = 0.3333


Câu h ỏi7 : Sử dụng PSPICE vẽ sơ đồ độ lớn của dòng điện vào
theo chiều dài. Từ các giá trị trên biểu đồ, xác định VSWR,
và từ VSWR tính|Γ|


Ta có

Iinmin = 6.6667mA
Iinmax = 13.3333mA

I max 13.3333mA
VSWR =
=
=2
I min
6.6667mA

VSWR −1 2 −1 1
| Γ |=
=
= ≈ 0.3333
VSWR + 1 2 + 1 3


Câu h ỏi 8 : Vẽ độ lớn của trở kháng theo chiều dài dùng PSPICE.

Biểu diễn phần thực và phần ảo của trở kháng bằng PSPICE.

Phần thực của trở kháng 


Phần ảo của trở kháng 


Câu h ỏi 9 : Tính toán trực tiếp  Γ và VSWR  sử dụng phương
trình (2.6) và (2.7) . So sánh lại kết quả đo ở các câu 6, 7 và 8?

Z L − Z0
Γ=
(2.7)
Z L + Z0

1+ Γ
(2.6)
VSWR =
1− Γ
Tính toán trực tiếp:

Z L − Z 0 100 Ω − 50 Ω 1
Γ=
=
= ≈ 0.3333
Z L + Z 0 100 Ω + 50 Ω 3
1
1+ Γ
3 =2

VSWR =
=
1
1− Γ
1−
3
1+

kết quả khi tính theo công thức và ở câu 6, 7, 8 là giống nhau


Câu h ỏi 11 : Nếu ta có 1 mét cáp đồng trục như ở trong
câu hỏi 4, thì tần số của nó ở λ/2, 2.5λ là bao nhiêu
(không thay đổi chiều dài vật lý của đường truyền)

Trả lời : Cáp đồng trục trong câu hỏi 4 có tần số f = 200MHz
Vì vậy, nó có chiều dài
Và nó có chiều dài

tại

1
λ
2
tại

2.5λ

1
1

f = .200 MHz = 100 MH
2
2

2.5 f = 2.5 X 200 MHz = 500 Mhz


Câu h ỏi 12: Vẽ dạng sóng biên độ của điện áp vào ứng với các chiều dài (Lengths)
khác nhau (có thể điều chỉnh thay đổi tần số)? VSWR bằng bao nhiêu?

Vmax 666.667 mV
VSWR =
=
=2
Vmin 333.333mV


Thay th ế t ải 25  Ω   cho t ải 100  Ω .
Câu h ỏi 13: Vẽ dạng sóng biên độ của điện áp vào, và so sánh với tr ường hợp tr ước ở
tải 100 Ω. Tính VSWR?

Vmax 666.667 mV
VSWR =
=
=2
Vmin 333.333mV
Ta thấy trong hai trường hợp 100Ω và 25Ω , thì VSWR là bằng nhau.


Ngắn mạch tải ZL = 0,001 Ω

Câu h ỏi 14: Vẽ dạng sóng biên độ của điện áp vào. Từ biểu đồ dạng sóng, Tính
VSWR. Từ các phương trình (2.6) và (2.7) Tính VSWR. So sánh hai kết quả?

Đồ thị dạng sóng biên độ của điện áp tại đầu vào:


Tính VSWR t ừ hai cách:
T ừ đ ồ th ị:
Vmax = 1V
Vmin = 0V

Vmax 1V
VSWR =
=
=∞
Vmin 0V

T ừ công th ức (2.6) and (2.7):

Z L − Z 0 0.01Ω − 50Ω
Γ=
=
≈ −1
Z L + Z 0 0.01Ω + 50Ω
1+ Γ

1+ | 1 |
VSWR =
=
=∞

1 − Γ 1− | 1 |

Ta thấy hai kết quả tính được như nhau


Cho hở mạch tải, ZL= 1 MΩ.
Câu h ỏi 15: Vẽ dạng sóng biên độ của điện áp vào. Từ biểu đồ dạng sóng, Tính
VSWR. Từ các phương trình (2.6) và (2.7) Tính VSWR. So sánh hai kết quả?