Nghiên cứu thiết kế chế tạo modun khuếch đại công suất dùng trong máy phát Radar dải sóng dm(820900Mhz) (luận văn thạc sĩ)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
----------

NGÔ VĂN THƢỞNG

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO
MODUN KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT DÙNG
TRONG MÁY PHÁT RADAR DẢI SÓNG
DM(820-900MHZ)

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2011

1


TÓM TẮT NỘI DUNG
Bảo vệ chủ quyền quốc gia là một nhiệm vụ đặc biệt quan trọng đối
với mỗi dân tộc cả trong thời chiến lẫn thời bình. Việt Nam là một nước
đang phát triển, tuy đã có nhiều nguồn lực về kinh tế và xã hội nhưng về mặt
công nghệ vẫn còn lạc hậu. Hơn nữa, chúng ta đang sống trong thời kỳ mở
cửa và hội nhập với bạn bè quốc tế, cơ hội có nhiều nhưng vẫn đang phải đối
mặt với những thách thức ngày càng phức tạp. Hệ thống các đài radar quân
sự đã và đang góp phần quan trọng trong công cuộc bảo vệ toàn vẹn lãnh thổ
thiêng liêng của tổ quốc. Đài radar là một hệ thống rất phức tạp từ việc tìm
hiểu nguyên lý hoạt động cho đến thiết kế, xây dựng và chế tạo. Trong hệ
thống này thì phần máy phát công suất lớn đã và đang được các nhà khoa
học trong và ngoài nước đặc biệt quan tâm. Do vậy việc tìm hiểu nguyên lý
hoạt động, từng bước làm chủ công nghệ chế tạo máy phát công suấ t lớn

đang là một trong những nhiệm vụ cần thiết của các nhà khoa học Việt Nam.
Trong khuôn khổ luận văn này, song song với việc nghiên cứu lý
thuyết siêu cao tần và hoạt động của máy phát công suất lớn cho đài radar ở
dải sóng dm, tôi đã nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thành công được modul
khuyếch đại công suất lối ra 80W, đây là một trong những modun cơ bản
kết hợp với các tầng modun kích công suất khác để cấu thành nên máy phát
công suất lớn ở các đài radar hoạt động trong dải sóng dm.
Do thời gian thực hiện luận văn ngắn, cộng với vốn kiến thức còn rất
hạn chế nên luận văn chắc chắn còn nhiều thiếu sót, tôi rất mong nhận được
sự góp ý, chỉ bảo của các thầy cô để hoàn thiện bài viết của mình hơn.
Hà nội, ngày 20 tháng 12 năm 2011
Học viên

Ngô Văn Thƣởng

2


Mục lục
Mục lục
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
LỜI MỞ ĐẦU ........................................................................................ 1
Chƣơng III. Thiết kế chế tạo mạch khuếch đại công suất siêu cao
tần ........................................................................................................ 13
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG RADAR ....................... 14
1.

Lịch sử phát triển của Radar ................................................................ 14

2.

Phân loại các đài radar ........................................................................ 18

3.

Sơ đồ khối máy phát radar ................................................................... 20

CHƢƠNG 2. KỸ THUẬT THU PHÁT SIÊU CAO TẦN .................... 29
1. Giới thiệu chung .................................................................................... 29
2.

Thiết kế mạch khuếch đại công suất trong kỹ thuật siêu cao tần ........... 29
2.1.

Mô hình tương đương tham số tập trung của đường truyền ............................ 30

2.2.

Phương trình sóng và nghiệm ......................................................................... 31

2.3.

Truyền sóng trên đường dây. Nghiệm của phương trình vi phân ...................... 33

2.4.

Thiết kế bộ khuếch đại siêu cao tần sử dụng ma trận tán xạ [S] ....................... 37

2.5.

Các tham số tán xạ của mạng hai cổng ............................................................ 39

2.6. Một số phương pháp phối hợp trở kháng cơ bản .................................. 43
2.6.1. Phối hợp trở kháng dùng các phần tử tập trung .............................................. 44
2.6.2. Phối hợp trở kháng dùng một dây nhánh ......................................................... 45
2.6.3. Phối hợp trở kháng dùng hai dây nhánh .......................................................... 45

3


2.6.4. Phối hợp trở kháng bằng doạn dây lamda/4 .................................................... 47
2.6.5. Phối hợp trở kháng bằng đoạn dây có chiều dài bất kỳ .................................... 47
2.6.6. Phối hợp trở kháng bằng đoạn dây mắc nối tiếp .............................................. 48

CHƢƠNG 3. THIẾT KẾ CHẾ TẠO MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÔNG
SUẤT SIÊU CAO TẦN ........................................................................ 49
1. Thiết kế, mô phỏng, chế tạo bộ khuếch đại công suất dùng
Transistor PTF082001E. .......................................................................... 50
2.

Mô phỏng kết quả tính toán phối hợp trở kháng .............................. 52

3.

Kết quả đo ......................................................................................... 55

Sau khi tiến hành đấu nối thiết bị với mạch khuếch đại, tôi tiến hành đo
kiểm tra kết quả thu được tại các tần số như sau: ........................................ 60
4. KẾT LUẬN: ......................................................................................... 65

TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................... 66

4


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
ADS

Dependent Giám sát phụ thuộc tự

Automatic

động

Surveillance

Hệ thống giám sát tự

ADS-B

động quảng bá
AIDC

Air

Service Thông tin dữ liệu giữa

Traffic

Data các hệ thống dịch vụ

Inter-facility

không lưu

Communication
AMHS

Air

Service Hệ thống trao đổi văn

Traffic

Handing dịch vụ không lưu

Massage
Systtôi
ATM

Air Traffic Managtôient

Hệ thống quản lý không
lưu

ATN

Air Traffic Network

Mạng viễn thông không
vận

ATS

Air Traffic Service

Hệ thống cung cấp dịch
vụ không vận
Quản lý ngữ cảnh

CM

Context Managtôient

C–N–S

Communication

– Thông tin – Dẫn đường

Navigation

– – Giám sát

Serveillance
CPDLC

Controller Pilot Datalink Thông tin liên kết dữ
Communications

5

liệu giữa kiểm soát viên


không lưu và phi công
DSB

Double Sidebands

ICAO

International

Dải biên kép
Civil Tổ chức hàng không dân

Aviation Organization
EHF

Extrtôiely

dụng quốc tế

High

Frequecy
LNA

Low Noise Amplifier

Bộ khuyếch đại tạp âm
thấp

LVA

Large Vertival Aperture

Anten thăm dò có độ mở
đứng lớn

LSB

Lower Sidebands

PSR

Primary

Dải biên thấp

Surveillance Hệ thống ra đa giám sát

Radarr

sơ cấp

PR

Primary Radarr

Radar sơ cấp

RF

Radio Frequency

Tần số vô tuyến

SHF

Super High Frequency

Tần số siêu cao

SR

Secondary Radarr

Radar thứ cấp

SSR

Secondary

SSB

Surveillance Hệ thống radar giám sát

Radarr

thứ cấp

Single Sidebands

Dải biên đơn

6


UHF

Ultra High Frequency

Tần số cực cao

USB

Upper Sidebands

Dải biên cao

VCO

Voltage

Controlled Bộ dao động điều khiển
bằng điện áp

Oscillator

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.0

Cách săn bắt mồi của loài dơi

Hình 1.1

Sơ đồ phân loại các đài radar

Hình 1.2

Sơ đồ khối hệ thống radar

Hình 1.3

Sơ đồ kết nối anten

Hình 1.4

Mô hình hoạt động bộ trộn tần

Hình 2.1

Dây dẫn song song và sơ đồ tương đương

Hình 2.2

Sơ đồ tương đương mạng một cổng

Hình 2.3

Sơ đồ tương đương mạng hai cổng

Hình 2.4

Sơ đồ phối hợp trở kháng cơ bản

Hình 2.5

Sơ đồ phối hợp trở kháng dùng phần tử tập trung

Hình 2.6

Phối hợp trở kháng bằng các đoạn dây nhánh

Hình 2.7

Sơ đồ phối hợp trở kháng sử dụng 2 dây nhánh song
song

7


Hình 2.8

Sơ đồ sử dụng đoạn dây λ/4

Hình 2.9

Phối hợp trở kháng bằng đoạn dây có chiều dài bất kỳ

Hình 2.10

Phối hợp trở kháng bằng hai đoạn dây mắc nối tiếp

Hình 3.1

Bộ tổ hợp công suất trong đề tài luận văn

Hình 3.2

Sơ đồ cơ bản của mạch phối hợp trở kháng

Hình 3.3

Mô phỏng bộ phối hợp trở kháng đầu vào

Hình 3.4

Mạch phối hợp đầu ra

Hình 3.5

Kết quả mô phỏng phối hợp trở kháng đầu vào

Hình 3.6

Kết quả mô phỏng phối hợp trở kháng đầu ra

Hình 3.7

Mạch chế tạo

Hình 3.8

Đo công suất đầu ra bằng oát kế

Hình 3.9

oát kế khi chưa đưa tín hiệu đầu vào

Hình 3.10

Công suất tín hiệu đầu vào tăng dần, oát kế chỉ 20W

Hình 3.11

oát kế chỉ 40W

Hình 3.12

oát kế chỉ 70W khi tín hiệu đầu vào là 7dbm

Hình 3.13

oát kế chỉ 80W khi tín hiệu đầu vào 7,5dbm

Hình 3.14

Phổ tần số 820Mhz

Hình 3.15

Phổ tần số 830Mhz

Hình 3.16

Phổ tần số 850Mhz

8


Hình 3.17

Phổ tần số 860Mhz

Hình 3.18

Phổ tần số 870Mhz

Hinh 3.19

Phổ tần số 890Mhz

Hình 3.20

Giản đồ dải thông của bộ khuếch đại công suấ

9


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, tôi xin bảy tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy Bạch Gia
Dương, người đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực
hiện luận văn.
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới các thầy cô Bộ môn Vô
tuyến và Điện tử cùng các thầy cô trong Khoa Vật lý Trường Đại học Khoa
học Tự nhiên Hà Nội, những người đã luôn nhiệt tình trong giảng dạy và chỉ
bảo chúng tôi trong suốt hai năm học qua.
Và tôi cũng xin cảm ơn các thầy cô và cán bộ trung tâm nghiên cứu
Điện tử Viễn thông Trường Đại học Công nghệ đã tạo điều kiện tốt nhất cho
tôi nghiên cứu trong thời gian làm luận văn của mình.
Cuối cùng xin cảm ơn gia đình và các bạn học viên cao học khóa
2009- 2011, những người đã luôn bên cạnh động viên, giúp đỡ tôi trong quá
trình học tập.
Hà Nội ngày 20 tháng 12 năm 2011
Học viên

Ngô Văn Thƣởng

10


LỜI CAM ĐOAN
Trong quá trình làm luận văn thạc sỹ, tôi đã đọc và t ham khảo rất
nhiều loại tài liệu khác nhau từ sách giáo trình, sách chuyên ngành cho đến
các bài báo đã được đăng tải trong và ngoài nước. Tôi xin cam đoan những
gì tôi viết dưới đây là hoàn toàn chính thống không bịa đặt, những kết quả

đo đạc thực nghiệm đã đạt được trong luận văn không sao chép từ bất cứ tài
liệu nào dưới mọi hình thức. Những kết quả đó là những gì tôi đã nghiên
cứu, đạt được trong suốt thời gian làm luận văn.
Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm nếu có dấu hiệu sao chép kết quả
từ các tài liệu khác.

Hà nội, ngày 20 tháng 12 năm 2011
Học viên

Ngô Văn Thƣởng

11


LỜI MỞ ĐẦU
Trong thiên nhiên, tạo hóa đã ban cho một số loài vật có khả năng kì
diệu như những máy radar. Những con dơi hoặc những con cá heo phát ra
những sóng siêu âm trên nhứng “anten” của chúng để tìm kiếm định vị con
mồi. Từ cách thức săn mồi của loài dơi và một số loài khác đã thúc đẩy các
nhà khoa học nghiên cứu và phát minh ra cách định vị mục tiêu bằng sóng
siêu âm. Hay còn gọi là kỹ thuật radar(“Radio Detecting And Ranging,”
nghĩa là dò tìm và xác định khoảng cách bằng sóng vô tuyến. Trong chiến
tranh, hàng loạt các đài radar được cho ra đời với nhiều chiến thuật khác
nhau, nâng cao khả năng chiến đấu cho quân đội. Sau chiến tranh, các nhà
khoa học tập trung cải tiến, chế tạo các đài radar mới không những phục vụ
trong quân sự mà còn trong lĩnh vực thiên văn và đời sống xã hội phục vụ
cho lợi ích loài người.
Radar là một thiết bị kết hợp rất nhiều khối điện tử phức tạp cả về công
nghệ và khoa học, chính vì vậy trong khuôn khổ luận văn tốt nghiệp, với
mục tiêu nghiên cứu và chế tạo khối khuếch đại c ông suất sử dụng trong máy

phát Radar tầm thấp, tôi xin giới thiệu luận văn tốt nghiệp thạc sỹ: “ Nghiên
cứu thiết kế chế tạo modun khuếch đại công suất dùng trong máy phát
Radar dải sóng dm(820-900Mhz) ”. Bằng lý thuyết và thực nghiệm, luận
văn đã thực hiện những nội dung sau:
-

Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của các đài radar hoạt động ở
dải sóng dm.

-

Tìm hiểu về kỹ thuật thu phát siêu cao tần

-

Tìm hiểu sâu về kỹ thuật phối hợp trở kháng và chế tạo
thành công một modun khuyếch đại công suất 80W, hoạt
động ở dải tần 820Mhz – 900Mhz, hệ số khuyếch đại là
17dB.

12


-

Đánh giá kết quả đã đạt được trong luận văn và hướng
nghiên cứu phát triển tiếp từ luận văn.

Nội dung của luận văn được chia làm 3 chương:
Chương 1. Tổng quan về hệ thống Radar

Chương 2. Kỹ thuật thu phát siêu cao tần
Chương 3. Thiết kế chế tạo mạch khuếch đại công suất siêu cao
tần

13


NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO MODUN KHUẾCH ĐẠI
CÔNG SUẤT DÙNG TRONG MÁY PHÁT RADAR DẢI SÓNG
DM(820-900MHZ)
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG RADAR
1. Lịch sử phát triển của Radar
Từ xa xưa, trong thiên nhiên hoang dã, tạo hóa đã ban cho chúng ta
những cỗ máy “radar” kì diệu. Chú dơi phát ra sóng siêu âm từ mũi, nhận
tiếng vọng tại hai “ăng-ten” ở hai tai, qua đó phân tích để tìm kiếm và định
vị mồi.

Hình 1.0: Cách săn bắt mồi của loài dơi
 Những ngày đầu tiên thí nghiệm và khám phá của con ngƣời
Năm 1887, nhà vật lý Đức Heinrich Hertz lần đầu tiên đã tạo ra sóng
vô tuyến trong phòng thí nghiệm. Các sóng này có thể truyền qua hoặc phản
xạ bởi các loại vật liệu khác nhau. Với cống hiến tuyệt vời này, Hertz được
nhân loại tôn vinh và lấy tên ông làm đơn vị tần số sóng vô tuyến.

14


Ngày 7/5/1895, nhà bác học Nga A.S. Pô-pôp phát minh ra một dụng
cụ có thể thu và ghi lại hiện tượng sét ở cách xa 30 km. Tháng 3/1896, Pô pôp đã truyền đi được một bức vô tuyến điện tín đầu tiên trong lịch sử với
nội dung “Heinrich Hertz”, đánh dấu một trong những phát minh to lớn nhất

của nhân loại: phát minh ra vô tuyến điện. Một trong những ứng dụng quan
trọng của vô tuyến điện là phát hiện và định vị, còn gọi là radar (RAdio
Detection And Ranging - RADAR). Tên “radar” do hải quân Mỹ đặt trong
đại chiến thế giới lần thứ hai, nay đã trở nên thông dụng.
Cống hiến của Pô-pôp không dừng lại ở đó. Năm 1897, trong thí
nghiệm về cự ly thông tin vô tuyến điện, ông gặp một hiện tượng bất ngờ khi
liên lạc vô tuyến giữa hai tàu bị cắt đứt lúc có một tuần dương hạm chạy
ngang qua. Lí do được giải thích là do sóng vô tuyến bị phản xạ khi gặp
chướng ngại vật. Ông đã nghĩ ngay ra việc lợi dụng hiện tượng này đ ể kiểm
tra, xác định vị trí và dẫn đường cho tàu thuyền. Đây được coi là thời điểm
khởi đầu của các hệ thống radar.
Năm 1904, Christian Hülsmeyer đã nhận được bằng sáng chế của Đức
cho thiết bị gọi là Teltôiobiloskop, thiết bị quan sát vật thể từ xa.
Năm 1922, Guglielmo Marconi đã có một bài diễn thuyết trình bày về
ý tưởng là có thể phát hiện được những vật thể từ xa sử dụng sóng vô tuyến.
Nhưng mãi đến năm 1933, ông mới đưa ra được thiết bị đầu tiên như vậy.
Trong năm 1925/26, hai nhà vật lý Mỹ Breit và Tuve, cũng như hai
nhà nghiên cứu Anh Appleton và Barnett đã trình diễn một số phép đo bầu
khí quyển Trái đất, sử dụng một bộ phát xung vô tuyến và được coi như một
radar.
Năm 1933 Viện German Kriegsmarine (Navy) bắt đầu nghiên cứu cái
gọi là Funkmesstecknik hay công nghệ đo đạc từ xa.

15


Nghiên cứu ở Nga bắt đầu từ những năm 1934. Các đài mẫu đầu tiên
công tác trên sóng dm và sóng m dựa vào hiện tượng phách giữa sóng tới
liên tục và tín hiệu phản xạ từ mục tiêu.
Năm 1937, Sir Robert Watson-Watt thành công trong việc tạo ra một

hệ thống cho phép phát hiện máy bay ném bom từ khoảng cách lớn hơn 150
km. Và ông được coi là người phát minh ra hệ thống radar hoàn chỉnh.
 Trong chiến tranh thế giới lần thứ 2
Trong những năm ác liệt của chiến tranh, Liên-xô đã cho ra đời hàng
loạt các đài radar với nhiều chiến thuật khác nhau, nâng cao khả năng chiến
đấu cho quân đội và đã góp phần vào thắng lợi chung của Hồng quân Liên xô. Cùng lúc, các nước như Anh, Mỹ, Đức, Pháp, Nhật cũng để nhiều sức
lực vào việc phát triển kỹ thuật radar. Năm 1936, Anh xây dựng một hàng
rào radar để bảo vệ toàn bộ bờ biển, tầm xa 250 km. Về sau, Anh cải tiến và
chế tạo được các đài radar sóng 10 cm và 3 cm, giúp ích nhiều cho không
quân trong việc oanh tạc các tàu ngầm của Đức.
Năm 1939, Mỹ có các đài radar ngắm bắn cao xạ dùng sóng dài 1,5 m,
tầm xa 150 km. Nhưng các đài này lại không phân biệt được máy bay ta và
máy bay địch. Cho nên, ngày 7/12/1941, Mỹ đã chịu thất bại nặng nề trong
trận tấn công Trân Châu Cảng của Nhật vào căn cứ hải quân Mỹ. Sa u thất
bại này, Mỹ cũng đã cố gắng nghiên cứu thêm về radar sóng cm.
Năm 1939, Đức đã trang bị 6000 đài radar sóng 50 cm giúp cho pháo
cao xạ hạ được từ 10 đến 12% máy bay phóng pháo của Đồng minh. Nhưng
sau đó, khi thu được chiến lợi phẩm một số đài 3-4 cm của Anh, người Đức
thấy xấu hơn nên đã chủ quan và ngừng nghiên cứu các đài sóng cm. Vì thế,
các hạm đội Đức đã bị thiệt hại nặng nề khi máy bay ném bom của Đồng
minh có trang bị radar sóng 3 cm.

16


Với tính cạnh tranh sống còn như vậy, vào cuối cuộc chiến kinh thiên
động địa, hầu hết các công nghệ radar hiện đại mà nay đang sử dụng đã xuất
hiện.
 Thời bình
Sau chiến tranh, các nhà khoa học lại tập trung nghiên cứu cải thiện

các dải sóng cm, sóng mm để áp dụng trong quân sự, thiên văn và đời sống
xã hội. Năm 1946, Liên-xô, Mỹ và Hung-ga-ri đã dùng radar phóng sóng
điện từ lên mặt trăng và thu được tiếng vọng trở về sau khoảng 2,5 giây, từ
đó đưa ra phương pháp xác định khoảng cách đến các thiên thể.
Không còn là công cụ độc quyền của quân đội, radar đã thâm nhập vào
cuộc sống vì radar thế hệ mới nhỏ hơn, rẻ hơn, dễ sản xuất hơn và mạnh hơn
nhiều.
Từ trên vệ tinh đang quay theo quỹ đạo trái đất, radar hiện đại có thể
dò tìm bên dưới sa mạc của Ai Cập và nhìn thấy những lòng sông cổ cũng
như phế tích.
Hãng xe Toyota và nhiều hãng xe hơi trên thế giới đang lắp đặt một hệ
thống rađa cảnh báo va chạm cho loại xe sang trọng hoặc trang bị nho những
xe không người lái. Một giây sau khi radar trên xe dò thấy một vụ va chạm
sắp tới gần, ô-tô sẽ tự thắt chặt dây an toàn quanh hành khách và bắt đầu
giảm tốc độ. Các vụ va chạm ở sườn xe xảy ra do lái xe không nhìn thấy một
xe khác trong ''điểm mù'' của họ khi chuyển làn đường. Chúng chiếm hơn
413.000 vụ tai nạn ô-tô mỗi năm và làm bị thương hơn 160.000 người. Ngoài
ra, radar tầm xa có thể được sử dụng để xác định tốc độ của những chiếc xe
đang tới gần trong những tình huống như hoà vào dòng xe cộ trên xa lộ hoặc
đánh giá liệu quẹo xe có an toàn hay không.
Hiện radar bắt đầu được sử dụng để giám sát giao thông trên xa lộ,
giúp các nhà hoạch định biết được số xe, tình trạng tắc nghẽn, tốc độ trung
bình và thậm chí là kích cỡ xe trên đường. Độ tin cậy và khả nă ng ''nhìn''

17


của radar trong mọi diều kiện thời tiết làm cho nó trở thành một công cụ
thay thế hấp dẫn hơn đối với camera.
Tầm quan trọng của radar hay những thiết bị hoạt động theo nguyên

tắc giống như vậy ngày nay là rất lớn. Vì vậy việc không ngừng nghiên cứu
ứng dụng của radar trong cuộc sống luôn luôn là vấn đề cấp thiết.
2. Phân loại các đài radar
Mục đích của việc phân loại là chia tập hợp các đài radar thành từng
nhóm có những dấu hiệu chung, không phụ thuộc vào tính đa dạng của các
giải pháp kỹ thuật và kết cấu từng đài radar riêng lẻ để tiện cho việc phân
tích các đặc điểm cấu trúc đài radar theo quan điểm kỹ thuật hệ thống.

Hình 1.1. Sơ đồ phân loại các đài radar
Do vậy thường phân các đài radar theo các dấu hiệu chiến thuật và các
dấu hiệu kỹ thuật.
Các dấu hiệu chiến thuật thường gồm: công dụng của đài radar, số
lượng tọa độ đo được, mức độ cơ động của đài, …
Các dấu hiệu kỹ thuật gồm: Dải sóng làm việc của đài, phương pháp
radar, phương pháp đo cự ly, …

18


 Theo công dụng có thể chia các đài radar thành các loại sau :
-

Phát hiện xa các mục tiêu trên không ( radar cảnh giới)

-

Phát hiện các mục tiêu trên không và dẫn đường cho máy
bay tiêm kích đến các mục tiêu đó ( radar cảnh giới và dẫn
đường)

-

Phát hiện các mục tiêu bay thấp

-

Chỉ thị mục tiêu cho tổ hợp tên lửa phòng không

Radar cảnh giới: để trinh sát các mục tiêu trên không ở cự ly xa. Loại
đài radar này thường đo 2 tọa độ: cự ly và phương vị của mục tiêu với độ
chính xác vừa phải. Độ cao của mục tiêu có thể được xác định rất sơ lược,
công suất phát của đài lớn.
Radar cảnh giới và dẫn đường: là khâu cung cấp thông tin chủ yếu
trong hệ thống dẫn đường máy bay tiêm kích bay đến các mục tiêu trên
không. Để đảm bảo dẫn đường cần thông tin về vị trí không gian của các
mục tiêu và các máy bay tiêm kích, radar cần đo được cả ba tọa độ: cự ly,
phương vị và độ cao với độ chính xác đủ đảm bảo dẫn đường thành công.
Radar phát hiện mục tiêu bay thấp: để trinh sát các mục tiêu bay thấp.
Radar loại này có búp sóng rà thấp sát mặt đất, làm việc ở dải sóng cm hoặc
dm, có thiết bị chế áp nhiễu tiêu cực phản xạ từ mặt đất, công suất phát nhỏ,
gọn nhẹ, cơ động.
Radar chỉ thị mục tiêu cho tên lửa phòng không: cần có cự ly tác dụng
đủ xa sao cho sau khi nhận được chỉ thị mục tiêu từ nó, các phương tiện hỏa
lực phòng không đủ thời gian chuẩn bị để tiêu diệt mục tiêu ở tầm xa nhất.
Thông tin radar ( về cả 3 tọa độ ) cần đủ chính xác đảm bảo cho các đài điều
khiển tên lửa bám sát ngay được mục tiêu mà không cần sục sạo.


Theo các dấu hiệu kỹ thuậ t

19


Có thể chia radar theo dải sóng, theo phương pháp radar, theo phương
pháp đo cự ly và theo số lượng kênh radar độc lập.
-

Tần số làm việc của radar có thể thuộc các dải tần như bảng bên dưới.
Radar dải HF lợi dụng sự phản xạ sóng ở tần đối lưu và tầng đi ện ly để
phát hiện mục tiêu. Radar dải VHF và UHF để phát hiện các mục tiêu
ngoài đường chân trời. Các radar cảnh giới thông thường làm việc ở dải
sóng m (10 ÷1 m), dm (10 ÷ 1 dm) và cm (10÷ 1 cm)

-

Theo phương pháp radar có thể chia thành các radar chủ động ( có trả lời
thụ động hoặc chủ động) và thụ động như đã trình bày ở mục trước.

-

Theo phương pháp đo cự ly có thể chia thành 2 nhóm lớn: radar bức xạ
xung và radar bức xạ liên tục. Radar bức xạ xung có ưu điểm chính là :
đơn giản việc đo cự ly, về mặt kỹ thuật cho phép dễ dàng sử dụng chung
một anten cho cả phát và thu. Nhược điểm của nó là cần phải dùng máy
phát công suất xung lớn, khá phức tạp việc đo tốc độ mục tiêu. Radar bức
xạ liên tục cho phép tách mục tiêu theo tốc độ và đo đơn trị tốc độ trong
dải tốc độ khá rộng, công suất phát không cần lớn. Nhược điểm của loại
này là việc khử ghép giữa tuyến thu và phát rất phức tạp, thiết bị đầu cuối
cũng rất phức tạp khi cần quan sát nhiều mục tiêu theo nhiều tham số.
3. Sơ đồ khối máy phát radar

Radar là hệ thống rất hoàn thiện và phức tạp về mặt điện và từ.

Thường chúng là những cỗ máy hoàn chỉnh. Hệ thống radar là sự sắp xếp
những khối nhỏ khác nhau, bản thân những khối này lại được sắp xếp với
những mục đích khác nhau. Sự đa dạng của các khối tùy thuộc vào mục đích
của từng radar, nhưng sự hoạt động cơ bản và các khối chính là tương tự
nhau. Trong sơ đồ khối, tôi chỉ đề cập đến các khối quan trọng mà không thể
thiếu trong các hệ thống radar.

20


Power
Amplifier
Waveform
Generator

Upconversion

Control &
Power

Dislay

Duplexer

Clocks & Local
Osillators

Signal & data

processing

Antena
Possitioning
System

Dowconversion
Low noise
Amplifier

Hình 1.2. Sơ đồ khối hệ thống radar
 Anten
Anten radar hoạt động như bộ giao tiếp giữa hệ thống radar và vật tự
do bay trong không gian bằng sóng radio được truyền đi và nhận về. Nhiệm
vụ của anten radar là lan truyền sóng ra không gian được định hướng trong
quá trình phát và nhận tín hiệu trong quá trình thu. Khi phát sóng thì anten
chỉ được nối với bộ phận truyền, còn khi thu thì anten chỉ được kết nối với
bộ phận thu. Việc này được thực hiện bởi khối chuyển mạch song công
Duplexer.
Trong quá

trình phát sóng đi, năng lượng của sóng bức xạ được

truyền vào không gian, trong quá trình nhận, năng lượng của tín hiệu phản
hồi được đưa về bộ phận nhận. Trong radar có hai công thức toán học biểu
thị hệ số khuếch đại khi truyền và hệ số hữu ích của anten:
Công suất tín hiệu tại đầu vào máy thu:

21

Pp .G. G .2
Pt  S2 .A 
.
2)2
4
(4r

(1.1)

Trong đó A là diện tích hữu dụng của anten thu
G là hệ số khuếch đại của anten thu
P p là công suất phát của đài radar
Thông thường anten thu và anten phát chung nên G=G’, và khi tính
đến hệ số tổn hao của tuyến anten phía thu và phát ta có:

Pt 

Pp .G 2 ..2 ..
(4) 3 .r 4

(1.2)

, ’ là hiệu suất truyền năng lượng từ máy phát đến anten và từ anten
đến máy thu.
Một trong những anten được sử dụng trong sóng siêu cao tần là anten
Parabol phản xạ. Tính chất hình học của Parabol rất hữu ích trong việc tập
trung năng lượng trong quá trình tiếp nhận, và tạo ra các búp sóng phát ra
trong quá trình truyền.
 Khối chuyển mạch song công (Duplexer)

Khi chỉ có một anten sử dụng cả việc truyền và nhận tín hiệu, thì trong
hầu hết các hệ thống radar đều sử dụng Duplexer. Chuyển mạch Duplexer sẽ
chuyển hệ thống radar từ chế độ phát sang chế độ thu. Trong trạng thái phát,
chuyển mạch sẽ nối anten với bộ phận phát và không kết nối với bộ phận
thu. Bộ thu sẽ được cách lý với xung truyền có công suất cao để bảo vệ bộ
thu tránh bị hỏng những bộ phận có độ nhạy cao. Ngay sau quá trình phát,
chuyển mạch sẽ ngắt kết nối với bộ phận truyền và kết nối bộ thu với anten.

22


Hình 1.3. Sơ đồ kết nối anten
 Khối tạo sóng Waveform Generator
Bộ phận phát tín hiệu số được xây dựng bởi sự liên kết với nguồn tín
hiệu số với bộ chuyển đổi D/A. Trong quá trình hoạt động thì bộ nhớ số
được sử dụng dể lưu giữ tín hiệu dạng số. Bộ nhớ sẽ đọc ra các đặc trưng
của dạng sóng yêu cầu. Ở đó tạo ra các dạng xung một cách rất linh hoạt và
mềm dẻo.
 Khối dao động Local Osillators
Khối dao động là bộ phận không thể thiếu trong kỹ thuật siêu cao tần
như radar. Bản chất của khối dao động là một thiết bị hoạt động và truyền
tần số vào bộ phận viễn thông. Bộ dao động điều chỉnh được thường sử dụng
tụ biến dung để điều chỉnh tần số dao động. Khối dao động điều chỉnh điện
áp(VCO) là khối dao động mà yếu tố biến đổi cơ bản là diode biến dung.
VCO được điều chỉnh trên băng tần của nó bởi điện áp một chiều DC sạch áp
vào diode biến dung. Mạch vòng bám pha sẽ được sử dụng để điều khiển tần
số của VCO.
 Khối trộn tần(Mixer)

23

Trộn tần là quá trình tác động lên hai tín hiệu sao cho trên đầu ra
bộ trộn tần nhận được các thành phần tần số tổng hoặc hiệu của hai tín
hiệu đó.
Bộ trộn tần có nhiệm vụ cho ra một tín hiệu phụ thuộc vào hiệu pha
hoặc hiệu tần số của hai tín hiệu vào. Giả sử tín hiệu điều khiển và tín hiệu
ra có điện thế được viết bởi công thức sau:

u1 (t )  U1 sin(1t  1 )
u2 (t )  U 2 rect (2t   2 )

(1.3)

Khi đó tín hiệu ra của bộ tách sóng pha sẽ là:
u  U1U 2 [sin(1t  1 )sin(2t  2 )]
u
u

U1U 2
[cos(1t  1  2t   2 )  cos(1t  1  2t   2 )]
2

U1U 2
[cos 2 ( f1  f 2  1   2 )  cos 2 ( f1  f 2  1   2 )]
2

(1.4)
(1.5)

(1.6)

Từ công thức trên ta thấy tín hiệu ra của bộ tách sóng pha bao gồm cả
tổng và hiệu tần số của hai tín hiệu vào. Tuy nhiên mạch lọc thông thấp
không cho phép tín hiệu tổng đi qua mà chỉ cho phép tín hiệ u vi sai đi qua.
Mixer được sử dụng để truyền tín hiệu trong một dải phổ này tới một
dải phổ khác. Trong truyền dẫn radar, Mixer được sử dụng để truyền trực
tiếp tần số của tín hiệu (IF) được tạo ra bởi bộ tạo dao động sang tín hiệu
cao tần RF. Khối thực hiện điều đó được gọi là bộ biến đổi tăng tần số lên.
Trong radar nhận tín hiệu thì Mixer lại làm nhiệm vụ ngược lại là giảm tần
số thu được xuống từ tần số RF về trung tần IF.

24


Hình 1.4. Mô hình hoạt động bộ trộn tần
 Khối khuếch đại công suất (Power Amplifier)
Khối khuếch đại là một thiết bị biến đổi tín hiệu có biên độ nhỏ ở đầu
vào thành một tín hiệu có biên độ lớn ở đầu ra mà dạng tín hiệu không thay
đổi.
Thực chất khuếch đại là quá trình biến đổi năng lượng có điều khiển,
ở đó năng lượng của nguồn cung cấp một chiều được biến đổi thành năng
lượng xoay chiều có quy luật giống như quy luật của tín hiệu điều khiển.
Mạch khuếch đại được chia thành nhiều loại khác nhau:
-

Theo dạng tín hiệu cần khuếch đại: khuếch đại tín hiệu liên tục(

khuếch đại micro, âm thanh…) và khuếch đại tín hiệu xung( radarr, máy thu
hình, các thiết bị tính toán, điều khiển…).

-

Theo dải tần số tín hiệu cần khuếch đại: mạch khuếch đại một

chiều (f= 0 và tần số thấp), mạch khuếch đại tần thấp( f= 16Hz đến 20KHz),
khuếch đại trung tần và cao tần( f > 20KHz)
-

Theo đặc tuyến tần số: mạch khuếch đại cộng hưởng( hệ số

khuếch đại K đạt giá trị lớn nhất tại tần số cộng hưởng), khuếch đại dải hẹp(
K không thay đổi trong một dải hẹp tần số và suy giảm rõ rệt ngoài vùng
này), khuếch đại dải rộng( dải tần làm việc cỡ vài chục MHz).
-

Theo trở tải: khuếch đại điện trở, khuếch đại biến thế, khuếch

đại cộng hưởng, khuếch đại điện cảm…

25