hệ thống thu heterodyne

Hệ thống thu heterodyne
Thực hiện : Trần Thu Hường_dt3


Hệ thống thu heterodyne
 1.Giới thiệu.
 2.Sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động.
 3. Chi tiết các khối
 4. Ưu, nhược điểm và ứng dụng.


Giới thiệu
 Phát minh 1918 bởi Edwin Howard Armstrong.
 K/n máy thu: chuyển tín hiệu điều chế cao tần thu từ anten,
hạ tần và lọc, đưa vào bộ giải điều chế.
 Heterodyne: Phách tần.


Sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động
*Sơ đồ khối:


Sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động
*Nguyên lý hoạt động:
+ Sử dụng quá trình chuyển dịch tần số
RF
IF
BF.
+ Tín hiệu qua BPF, khuyếch đại LNA, qua bộ lọc loại bỏ
tần số ảnh và Mixer(tín hiệu ra IF), BPF, qua bộ trộn (BF),
giải điều chế I/Q,LPF, ADC(được các mẫu rời rạc), DSP.

Chi tiết các khối
 Khối BPF: Lọc dải băng thông mong muốn( dải rộng).
 Khối LNA: Khối khuyếch đại phi tuyến.
+ Khuyếch đại công suất tín hiệu thu từ anten
+ Tạp âm thấp không ảnh hưởng tín hiệu thu được.
+Thường dùng mạch khuyếch đại cascod.


Chi tiết các khối
 BPF:
Loại bỏ tần số ảnh:

 Thực tế: Dùng bộ lọc sóng âm bề mặt SAW.


Đổi tần
 Trong đó:
Fif = /Flo – Frf/.
ωIF

ωIF

f

f
ωIM

ωLO

ωRF

-ωIF

RF, IM

IF
LO

0

ωIF


Bộ trộn
 Mô tả toán học:

vin (t ) = Re( g in (t )).e jωc t

vl (t ) = [ K .(1 + m.s (t )).e jωc t ]. cos ω 0 t

[

]

K
*
vl (t ) =
g in (t ).e iωc t + g in (t ).e − jωt .(e jω0t + e − jω0t )

4
K
K
vl (t ) = . Re g in (t ).e i (ωc +ω0 ).t } + . Re g in (t ).e j ( ωc −ω0 )
2
2

{

{

}


Chi tiết các khối
 BPF:
+ Chọn lọc kênh có tần số IF(là cố định).
+Tăng tính chọn lọc.
 Dao động nội và cầu phương.
Flo2 = Fif.
Được nghiên cứu kỹ hơn ở phần sau.


Ưu, nhược điểm, ứng dụng
 Ưu điểm
++Về mặt kỹ thuật: có thể tích hợp trên module IPADs
 Nhược điểm:
-- Loại bỏ tần số ảnh
-- Giá thành đắt.
 Ứng dụng: Trong hầu hết các máy thu thanh ,thu hình…

Bộ thu homodyne
 1.Giới thiệu
 2.Sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động
 3. Ưu điểm
 4.Những vấn đề gặp phải, khắc phục.


Giới thiệu
 Do sự phát triển thông tin di động, không dây hướng tới
ứng dụng của máy thu đổi trực tiếp
 Để kiến trúc bộ thu gọn nhẹ


Sơ đồ khối homodyne
ADC

LPF

Amp.
LO

BPF

DSP

90°

LNA

Amp.

LPF

ADC

flo = frf
0 Hz

Hình 5.4.13: Sơ đồ khối chức năng của máy thu Homodyne

f


Nguyên lý hoạt động
 Homodyne = zero – IF, tín hiệu RF chuyển thẳng xuống BF.
 T.h điều chế đưa qua BPF, LNA, đưa qua bộ giải điều chế
kiểu cầu phương, lọc thông thấp LPF để khôi phục tín hiệu
IQ….


Ưu điểm bộ thu homodyne
 Không cần bộ lọc loại bỏ tần số ảnh
 Mức tích hợp cao, gọn nhẹ
 Tiêu thụ năng lượng ít


Nhược điểm
 Thành phần 1 chiều đằng sau bộ giải điều chế cầu

phương( DC-offset).
 Méo hài bậc chẵn ( even-oder distortion).
 Mất cân bằng giữa 2 nhánh I&Q ( IQ mismatch).
 Tính chọn lọc, độ nhạy không cao…
 LO pulling, flicker noise…


DC-offset
 Nguyên nhân:
Low-pass
filter

Band select
filter

DC

LNA

L
O

+ Tín hiệu rò từ LO, phản xạ trở lại do gặp vật cản
trở,trộn với chính nó.
+ Có nhiễu ký sinh( nó được kiểm soát để không
gây nhiễu cho các hệ thống #)


DC-offset
 Biểu hiện:

+ Bão hoà các tầng khuyếch đại sau, ADC.
+ Ở chính giữa phổ baseband.
+ Lệch lược đồ chòm sao giải điều chế(tăng tỉ lệ lỗi
bit).


DC-offset
Q

dc-Q
I

dc-I
Hình : Sự lệch “lược đồ chùm sao” gây ra bởi thành phần điện áp một chiều trong trường hợp tín hiệu điều chế
QPSK


Khắc phục DC-offset
 Tạo tụ điện ký sinh nối tiếp bộ I/Q.
 Ước lượng giá trị trung bình Udc, lấy tín hiệu đầu ra trừ đi.
 Tăng cách ly bộ LO và bộ trộn.
 Hạ tần gần về 0 đảm bảo kênh lân cận không trùng với tần
số ảnh tín hiệu.
 Sử dụng bộ thu hoàn toàn bằng số.


Even-oder distortion
 Mô tả:

Mixer

f adj

f0
BPF

LPF

LNA

LO

:nhiễu công suất
lớn của kênh lân cận.
Hình 5.4.17: Vấn đề méo do mode bậc chẵn (Even-order distorsion)

f adj


Even-oder distortion
 Nguyên nhân:
Sự cách ly không tốt giữa LO và RF gây ra sự rò tín
hiệu công suất lớn kênh lân cận qua bộ dao động nội,
LNA.
 Biểu hiện:
Nhiễu các kênh lân cận ảnh hưởng đến tín hiệu cơ
bản tại đầu ra của bộ I/Q.


Méo phi tuyến

 Sau bộ LNA:
∞
Vr(t) =
K n v vn
∑
n =0
 Nhiễu kênh lân cận gây
ra IM2 & IM3:
xuất hiện các thành phần tần số: 2.fadj - f0 ; 2.f0 - fadj sẽ rơi
vào bên trong dải tần kênh.
 Qua bộ trộn có thành phần tần số cơ bản

2
2
sdist . (t ) = K [ I adj
(t ) + Qadj
(t )]


I/Q mismatch
 Nguyên nhân:
Sự sai khác về biên độ và về pha trên 2 kênh I,Q do
yêu cầu di pha.
 Biểu hiện:
Lệch lược đồ chòm sao, tăng tỉ số lỗi bit.