Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo dao động sóng mang băng tần l điều chế mã nhận biết chủ quyền quốc gia sử dụng cho thiết bị hàng không và hàng hải

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

VŨ TUẤN ANH

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO DAO ĐỘNG
SÓNG MANG BĂNG TẦN L ĐIỀU CHẾ MÃ NHẬN
BIẾT CHỦ QUYỀN QUỐC GIA SỬ DỤNG CHO
THIẾT BỊ HÀNG KHÔNG VÀ HÀNG HẢI

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội – 2008


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

VŨ TUẤN ANH

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO DAO ĐỘNG
SÓNG MANG BĂNG TẦN L ĐIỀU CHẾ MÃ NHẬN
BIẾT CHỦ QUYỀN QUỐC GIA SỬ DỤNG CHO
THIẾT BỊ HÀNG KHÔNG VÀ HÀNG HẢI

Ngành
Chuyên ngành
Mã số

:
:

:

Công nghệ Điện tử - Viễn thông
Kỹ thuật Điện tử
60 52 70

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. BẠCH GIA DƢƠNG

Hà Nội – 2008


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan, đây là công trình nghiên cứu khoa học của riêng tôi. Các số
liệu và kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất
cứ công trình nào.

Hà Nội, ngày 23/11/2008
Tác giả

Vũ Tuấn Anh


LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS. Bạch Gia Dƣơng, người
trực tiếp hướng dẫn em làm khoá luận tốt nghiệp và tạo những điều kiện tốt nhất cho
em trong thời gian học tập và nghiên cứu tại trung tâm nghiên cứu Điện tử - Viễn
thông, trường Đại học Công Nghệ. Em xin cám ơn các thầy, cô giáo giảng dạy tại
trường Đại học Công Nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội đã trang bị cho em những kiến

thức quý báu.
Xin cảm ơn gia đình và bạn bè, những người luôn bên em, động viên và tạo
những điều kiện tốt nhất để em có được điều kiện học tập và nghiên cứu.

Vũ Tuấn Anh


MỤC LỤC
MỤC LỤC CÁC HÌNH VẼ ..................................................................................................... 7
MỤC LỤC CÁC BẢNG BIỂU .............................................................................................. 10
BẢNG CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT .......................................... Error! Bookmark not defined.
MỞ ĐẦU ..................................................................................... Error! Bookmark not defined.
Chƣơng 1 - MẠCH VÒNG BÁM PHA VÀ BỘ TỔ HỢP TẦN SỐ .... Error! Bookmark not
defined.
1.1. Mạch vòng bám pha ............................................................ Error! Bookmark not defined.
1.1.1. Giới thiệu chung ................................................... Error! Bookmark not defined.
1.1.2. Tổng quan về vòng bám pha (PLL) .................... Error! Bookmark not defined.
1.2. Bộ tổ hợp tần số dùng vòng bám pha ................................ Error! Bookmark not defined.
1.2.1. Bộ so pha ............................................................... Error! Bookmark not defined.
1.2.2. Các bộ chia tần ..................................................... Error! Bookmark not defined.
1.2.3. Bộ lọc tần số thấp.................................................. Error! Bookmark not defined.
1.2.4. Bộ dao động điều khiển bằng điện áp (VCO) .... Error! Bookmark not defined.
1.3. Giới thiệu về học IC ADF411x ........................................... Error! Bookmark not defined.
1.3.1. Họ IC ADF411x .................................................... Error! Bookmark not defined.
1.3.2. Mô tả chức năng các chân .................................. Error! Bookmark not defined.
1.3.3. Mô tả chức năng mạch điện................................. Error! Bookmark not defined.
Chƣơng 2 - TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT SIÊU .................. Error! Bookmark not defined.
2.1. Giới thiệu chung .................................................................. Error! Bookmark not defined.
2.2. Lý thuyết đƣờng truyền và giản đồ Smith ........................ Error! Bookmark not defined.
2.2.1. Mô hình tƣơng đƣơng tham số tập trung của đƣờng truyền . Error! Bookmark

not defined.
2.2.2. Biểu đồ Smith ........................................................ Error! Bookmark not defined.
2.3. Mạch dải siêu cao tần .......................................................... Error! Bookmark not defined.
2.3.1 Giới thiệu ................................................................ Error! Bookmark not defined.
2.3.2. Tham số S .............................................................. Error! Bookmark not defined.
2.3.3. Các kỹ thuật phối hợp trở kháng ........................ Error! Bookmark not defined.
2.3.4. Khuếch đại ............................................................ Error! Bookmark not defined.
Chƣơng 3 - MÃ NHẬN BIẾT CHỦ QUYỀN QUỐC GIA ICAO ....... Error! Bookmark not
defined.
3.1. Hệ thống thông tin, dẫn đƣờng, giám sát và quản lý không vận .. Error! Bookmark not
defined.
3.1.1. Giới thiệu ............................................................... Error! Bookmark not defined.
3.1.2. Hệ thống mạng viễn thông hàng không .............. Error! Bookmark not defined.


3.1.3. Hệ thống dịch vụ không vận ................................ Error! Bookmark not defined.
3.2. Hệ thống radar giám sát không vận .................................. Error! Bookmark not defined.
3.2.1. Tổng quan về hệ thống radar .............................. Error! Bookmark not defined.
3.2.2. Hệ thống radar giám sát sơ cấp (Primary Surveillance Radar – PSR) .... Error!
Bookmark not defined.
3.2.3. Hệ thống radar giám sát thứ cấp (Secondary Surveillance Radar – SSR)
.......................................................................................... Error! Bookmark not defined.
3.2.3. Hệ thống giám sát phụ thuộc tự động (ADS-B) . Error! Bookmark not defined.
Chƣơng 4 – CÁC KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM ...................... Error! Bookmark not defined.
4.1. Chế tạo bộ tổ hợp tần số băng L ........................................ Error! Bookmark not defined.
4.2.1. Chế tạo VCO ......................................................... Error! Bookmark not defined.
4.2.2. Chế tạo bộ tổ hợp tần số ...................................... Error! Bookmark not defined.
4.2. Chế tạo bộ khuếch đại siêu cao tần .................................... Error! Bookmark not defined.
4.3. Chế tạo bộ phát mã ICAO .................................................. Error! Bookmark not defined.
4.3.1. Phát mã ICAO sử dụng DSP56307EVM ............ Error! Bookmark not defined.

4.3.2. Phát mã ICAO sử dụng vi điểu khiển PSOC ..... Error! Bookmark not defined.
KẾT LUẬN ................................................................................. Error! Bookmark not defined.
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................................... 11

PHỤ LỤC


MỤC LỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Sơ đồ chức năng của mạch vòng bám pha ............................................... 10
Hình 1.2. Đặc trưng chuyển tần số - điện áp của PLL ............................................ 12
Hình 1.3. Sự phụ thuộc của tần số VCO vào điện áp.............................................. 12
Hình 1.4. Sơ đồ chức năng bộ tổ hợp tần số dùng mạch vòng bám pha. ................. 13
Hình 1.5. Cấu trúc của 1 bộ so pha số ...................................................................... 14
Hình 1.6. Giản đồ xung lối vào/ra (IN/OUT) khi chưa bắt chập. ............................ 15
Hình 1.7. Giản đồ xung lối vào/ra (IN/OUT) khi tần số 2 lối vào bằng nhau. ........ 15
Hình 1.8. IC ADF411x. ............................................................................................ 16
Hình 1.9. Sơ đồ chức năng của họ IC ADF 411x. ................................................. 17
Hình 1.10. Các thông số về khoảng cách của 2 loại IC 20 chân gầm
và 16 chân rết ......................................................................................... 18
Hình 1.11. Tầng lối vào chuẩn. ................................................................................ 19
Hình 1.12. Tầng lối vào RF. ..................................................................................... 20
Hình 1.13. Bộ chia A và B. ...................................................................................... 20
Hình 1.14. Sơ đồ nguyên lý đã được đơn giản hoá và giản đồ xung của
bộ tách sóng pha/tần số. ......................................................................... 21
Hình 1.15. Giản đồ thời gian của việc chốt dữ liệu. ................................................ 22
Hình 1.16. Mạch MUXOUT .................................................................................... 22
Hình 2.1. Phổ tần số của sóng điện từ. ..................................................................... 23
Hình 2.2. Dây dẫn song song và sơ đồ tương đương. .............................................. 24
Hình 2.3. Họ vòng tròn đẳng điện trở. ..................................................................... 29
Hình 2.4. Họ vòng tròn đẳng điện kháng. ................................................................ 30

Hình 2.5. Vòng tròn đẳng điện kháng phía trên trục hoành. .................................... 30
Hình 2.6. Vòng tròn đẳng điện kháng phía dưới trục hoành .................................... 31
Hình 2.7. Vòng tròn đẳng điện trở và điện kháng trên cùng một đồ thị. ................. 31
Hình 2.8. Họ vòng tròn đẳng ||. .............................................................................. 32
Hình 2.9. Giản đồ Smith chuẩn . .............................................................................. 34
Hình 2.10. Biểu diễn điểm bụng và điểm nút của sóng đứng trên giản đồ Smith ... 36
Hình 2.11. Các loại mạch vi dải. .............................................................................. 37
Hình 2.12: Các dạng đường truyền sóng .................................................................. 38
Hình 2.13. Sơ đồ mạch tương đương. ...................................................................... 39


Hình 2.14. Đường truyền vi dải. .............................................................................. 42
Hình 2.15. Sơ đồ đo................... .............................................................................. 43
Hình 2.16. Sơ đồ xác định Sij ... .............................................................................. 44
Hình 2.17. Sơ đồ xác định S ii ... .............................................................................. 44
Hình 3.1. Mô hình hệ thống CNS/ATM .................................................................. 51
Hình 3.2. Mạng ATN ................ .............................................................................. 52
Hình 3.3. Cấu trúc trường của gói thông tin ATS. ................................................... 55
Hình 3.4. Gói thông tin lỗi truyền thông. ................................................................. 66
Hình 3.5. Gói thông tin kế hoạch bay ...................................................................... 67
Hình 3.6. Sơ đồ hệ thống giám sát thứ cấp. ............................................................. 70
Hình 3.7. Anten có độ mở lớn (LVA) ...................................................................... 70
Hình 3.8. Tín hiệu SSR ............. .............................................................................. 71
Hình 3.9. Định dạng tín hiệu trả lời trong chế độ A/C ............................................ 72
Hình 3.10. Định dạng tín hiệu thăm dò chế độ 3/A, C, S. ....................................... 75
Hình 3.11. Tín hiệu thăm dò chế độ S...................................................................... 75
Hình 3.12. Định dạng trả lời chế độ S ...................................................................... 76
Hình 3.13. Hệ thống định vị GPS ............................................................................. 77
Hình 4.1. Sự phụ thuộc của VCO 500-1100 MHz vào điện áp. ............................... 80
Hình 4.2. VCO dải tần 500MHz-1.1GHz. ................................................................ 80

Hình 4.3. Sơ đồ khối bộ tổ hợp tần số băng L .......................................................... 81
Hình 4.4. Sơ đồ nguyên lý bộ tổ hợp tần số băng L .................................................. 82
Hình 4.5. Sơ đồ chức năng hệ thống AFC ............................................................... 83
Hình 4.6. Bộ tổ hợp tần số dải tần 1020MHz-1100MHz .......................................... 83
Hình 4.7. Kết quả trên máy phân tích phổ - tần số 1020MHz .................................. 84
Hình 4.8. Kết quả trên máy phân tích phổ - tần số 1030MHz .................................. 84
Hình 4.9. Kết quả trên máy phân tích phổ - tần số 1040MHz .................................. 85
Hình 4.10. Kết quả trên máy phân tích phổ - tần số 1050MHz ................................ 85
Hình 4.11. Kết quả trên máy phân tích phổ - tần số 1060MHz ................................ 86
Hình 4.12. Kết quả trên máy phân tích phổ - tần số 1070MHz ................................ 86
Hình 4.13. Kết quả trên máy phân tích phổ - tần số 1080MHz ................................ 87
Hình 4.14. Kết quả trên máy phân tích phổ - tần số 1090MHz ................................ 87
Hình 4.15. Kết quả trên máy phân tích phổ - tần số 1100MHz ................................ 88
Hình 4.16. Sơ đồ khối bộ khuếch đại siêu cao tần công suất 45W ........................... 89
Hình 4.17. Sơ đồ nguyên lý nhánh 1 của bộ khuếch đại công suất 45W .................. 89
Hình 4.18. Kết quả mô phỏng tham số S11, S21 của nhánh 1 .................................... 90
Hình 4.19. Kết quả mô phỏng tỉ số sóng đứng vswr(s11) của nhánh 1...................... 90
Hình 4.20. Kết quả mô phỏng tham số S22 của nhánh 1 ........................................... 91
Hình 4.21. Kết quả mô phỏng tỉ số sóng đứng vswr(s22) của nhánh 1...................... 91
Hình 4.22. Sơ đồ nguyên lý nhánh 2 ......................................................................... 92
Hình 4.23. Kết quả mô phỏng tham số S22, S21 của nhánh 2 .................................... 93


Hình 4.24. Kết quả mô phỏng tỉ số sóng đứng vswr(s22) của nhánh 2...................... 93
Hình 4.25. Kết quả mô phỏng tham số S11 của nhánh 2 ........................................... 94
Hình 4.26. Kết quả mô phỏng tỉ số sóng đứng vswr(s11) của nhánh 2...................... 94
Hình 4.27. Hình ảnh thực tế của bộ khuếch đại công suất 45W ............................... 95
Hình 4.28. Kết quả đo tham số S trên máy phân tích mạng ...................................... 95
Hình 4.29. DSP56307EVM. ...................................................................................... 96
Hình 4.30. Giao diện phần mềm Debug-56k ............................................................ 97

Hình 4.31. Một đoạn mã ICAO chế độ S được tạo bởi kít DSP56307EVM ............ 98
Hình 4.32. Các mô trong trên vi điều khiển PSOC ................................................... 98
Hình 4.33. Sơ đồ khối của vi điều khiển PSOC. ....................................................... 99
Hình 4.34. Bộ phát mã ICAO sử dụng vi điều khiển PSOC CY8C27443................ 99
Hình 4.35. Kết nối các mô đun trong vi điều khiển PSOC CY8C27443 .................. 100
Hình 4.36. Bảng các thông số cấu hình cho vi điều khiển PSOC CY8C27443. ....... 100
Hình 4.37. Nạp chương trình cho vi điều khiển PSOC bằng phần mềm
CYP qua cổng LPT. ................................................................................. 101
Hình 4.38. Một đoạn mã ICAO chế độ S được tạo bởi vi điều khiển PSOC
CY8C27443. ........................................................................................... 101


MỤC LỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Bít điều khiển lựa chọn chốt dữ liệu ......................................................... 21
Bảng 3.1. Các dịch vụ cảnh báo và thông tin chuyến bay chuẩn .............................. 54
Bảng 3.2. Các trường chuẩn trong gói thông tin dịch vụ cảnh báo không vận ......... 55
Bảng 3.3. Chức năng các chế độ sử dụng trong tín hiệu thăm dò chế độ A/C.......... 71
Bảng 3.4. Vị trí các xung trong tín hiệu trả lời chế độ A/C ...................................... 72
Bảng 3.5. Thứ tự các nhóm xung .............................................................................. 73
Bảng 4.1. Sự phụ thuộc tần số vào điện áp của VCO. .............................................. 79


TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt:
1. Nguyễn Kim Giao (2006), “Kỹ thuật điện tử số”, Nhà xuất bản Đại học Quốc Gia
Hà Nội.
2. Kiều Khắc Lâu (2006), “Cơ sở kỹ thuật siêu cao tần”, Nhà xuất bản Giáo dục.
3. Nguyễn Thị Xuân Mỹ (2007), “Hệ thống thông tin, dẫn đường, giám sát phục vụ
quản lý không lưu CNS/ATM”, Tạp Chí Bưu Chính Viễn thông, 27/07/2007
4. Phạm Minh Việt (2002), “Kỹ thuật siêu cao tần”, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ

thuật.
Tiếng Anh:
rd

5. David M. Pozar (1994), “Microwave Engineering” 3 Edition.
6. Danny Abramovitch (2002), “Phase-Looked loops: A control centric tutorial”,
Agilent Labs
th
7. Dean Banerjee (2006), “PLL performance, Simulation and Design Handbook”, 4
Edition.
8. Duberly Mazuelos, “DSP56300 HI08 Host Port Programming”.
9. ICAO (1996)- Rules of the Air and Air Trafic Services, 13 Eddition.
10. ICAO (1996)- Aeronautical Telecommunication – 15th Edition.
11. ICAO (2001)- Air Trairfic Control Services, Flight Information Service and
Alerting Services, 13 Edittion.
12. Laxxuss (2005), “CMOS PLL Synthesizers – Analysis and Design”, Springer
13. Motorola, “DSP56307EVM User’s Manual”.
14. Motorola, “DSP56307 - 24 Bit Digital Processor User’s Manual”.
15. Richard J.Higgins (1983), “Electronic with Digital and Analog Integrated Circuit”,
Prentice-Hall, INC., Englewood Cliffs N.J.07632.
Websites:
16. />17.
18.