Nghiên cứu ứng dụng các kỹ thuật đo lường trong truyền thông vô tuyến và anten thông minh

ĐẠI HỌC QUÓC GIA HÀ NỘI

Nghiên cứu ứng dụng các kỹ thuật
đo lường trong truyền thông vô tuyến
và anten thông minh

Mã số: QC.09.24
Chủ nhiệm đề tài: Trương Vũ Bằng Giang

ĐAI HOC ouoc GIA HÀ NỘI
TRUNG TAỊVỊ iHÕNG riN ĨHƯ VIỆN

Q ũoeooocoey

Hà Nôi - 2010

_______ 1___________


M Ụ C LỤ C

1. Đặt vấn đề
2. Các nội dung nghiên cứu và kết quả
2.1. Đo lường anten
2.1.1. Những khái niệm cơ bản trong việc đo lường anten
2.1.2. Một số mơ hình đo lường anten
2.1.3. Quy trình đo lường anten
2.1.4. Các hình ảnh về hệ đo
2.1.5. Các kết quả đo
2.2. Đo lường và phân tích dạng xung tín hiệu
2.2.1. Định nghĩa

2.2.2. Nguyên lý đo dạng xung tín hiệu
2.2.3. Quy trình đo dạng xung tín hiệu
2.2.4. Các kết quả khi phân tích dạng xung
2.3. Phân tích mẫu mắt
2.3.1. Định nghĩa
2.3.2. Qụy trình đo mẫu mắt
2.3.3. Kết quả phân tích mẫu mắt
2.4. Phân tích vector tín hiệu điều chế số
2.4.1. Cơ bản về điều chế tín hiệu số
2.4.2. Nguyên lý phân tích vector tín hiệuđiều chế
2.4.3. Quy trình phân tích vector tín hiệu điều chế
2.5. Đo lường phân tích phổ tần số
2.5.1. Chuyển đổi giữa miền thời gian và miền tần số
2.5.2. Nguyên lý máy phân tích phổ tín hiệu
2.5.3. Quy trình đo phân tích phổ tín hiệu
2.5.4. Kết quả phân tích phổ

8
8
8
10
15
18
20
22
22
24
27
32
34

34
34
39
46
46
55
58
69
69
72
75
82

3. Thảo luận các kết quả

84

4. Tài liệu tham khảo

86

Báo cáo tóm tắt các kết quả thực hiện đề tài KHCN của ĐHQGHN bằng tiếng
Anh
87
Phụ lục
Các minh chứng về kết qur đào tạo và bài báo/báo cáo khoa học

2

88

Danh sách những người tham gia thực hiện đề tài (học hàm, học vi, cơ quan công tác):
TT
Họ và tên
Hoc vi
Chuyên ngành
Cơ quan rông tác
Kỹ thuật anten
Tông Công ty Viên thông
1 Đăng Trần Chiến
Thạc sĩ
và Siêu cao tần
Quân đội (Viettel)
Trân Thị Thuý Quỳnh
Kỹ thuật anten
Trường
2
Thạc sĩ
Đại học Cồng nghệ
Trợ lý đề tài
và Siêu cao tần
Trường
Kỹ thuật Siêu
3 Vũ Xuân Thắng
Cử nhân
Đại
học
Cơng nghệ
cao tần

Trường
Kỹ thuật anten
4 Nguyễn Tiến Hịa
Thạc sĩ
Đại học Cơng nghệ
và Siêu cao tần
Danh mục các hình:
Hình 1. Một sổ tính chất cơ bản của anten
Hình 2. Đồ thị bức xạ: (a) Hệ tọa độ cực, (b) Hệ tọa độ vng góc
Hình 3. Một số mơ hình đo đồ thị bức xạ cơ bản
Hình 4. Cấu hình một số mơ hình cơ bản
Hình 5. Các thành phần cơ bản trong mơ hình ngẩng
Hình 6. Mơ hình phản xạ đất
Hình 7. Các mơ hình trường gần: (a) phẳng, (b) hình trụ, (c) hình cầu
Hình 8. Sơ đơ hệ thơng đo lường anten
Hình 9. Sơ đồ ghép nối anten với máy phân tích mạng
Hình 10. Quy trình thực hiện một phép đo anten
Hình 11. Bộ định vị anten cần đo
Hình 12, Tồn bộ hệ đo anten
Hình 13. Đồ thị bức xạ (gain) cùa chận từ nừa bước sóng tại 850 MHz
Hình 14. Đô thị bức xạ (gạin) cùa chấn tử 3/2 bước sóng tại 850 MHz
Hình 15. Mặt nạ xung chuẩn tốc độ 2048kbit/s
Hình 16. Phơ cơng suất của một số loại mã đường
Hình 17. Sơ đơ câu tạo máy hiện dao động (osilloscope)
Hình 18. Sơ đơ khơi chức năng máy hiện sóng tín hiệu số
Hình 19. Thiệt bị Puma 4300 của hãng Consultronics
Hình 20. Thiệt bị dao động ký số GAO PS1042M
Hình 21. Thiết bị E20C cùa hãng SunriseTelecom
Hình 22. Qụy trình phân tích dạng xung tín hiệu
Hình 23. Kẹt nối trực tiếp đo dạng xung tín hiẹu

Hình 24. Kệt nội câu (bridge) đo giám sát dạng xung
Hình 25. Kêt nối thiết bị đo với cổng đo điểm đo của hệ thống
Hình 26. Màn hình thiết lập phép đo của máy EST-125-Acterna
Hình 27. Kêt quả phân tích dạng xung tín hiẹu ờ dạng đồ thị va bảng
Hình 28. Dạng xuns tín hiệu tại đẩu thu
Hình 29. Thiết bị AT7000
Hình 30. Thiết bị GPIB
3


Hình 31. Thiết bị WaveExpert
Hình 32, Thiết bị đo mắt truyền dẫn MP1026B hãng Anritsu
Hình 33. Quy trình phân tích mẫu mắt tín hiệu
Hình 34. Kết nối xung đồng hồ cho thiết bị đo
Hình 35. Ket quả của phép phân tích mẫu mắt tín hiệu
Hình 36. Độ rộng mắt truyền dẫn
Hình 37. Kết quả hiển thị độ mở mắt tín hiệu
Hình 38. Mau mắt tín hiệu và các giá trị mức “1”, “0”
Hình 39. Kết quả minh họa rung pha tín hiệu
Hình 40. Sơ đố khối điều chế ASK
Hình 41. Dạng tín hiệu khi điều chế khóa dịch biên độ ASK
Hình 42. Sơ đồ khối giải điệu chế khơng kết họp tín hiệu ASK
Hình 43. Sơ đồ khối giải điều chế kết hợp tín hiệu ASK
Hình 44. Sơ đồ khối điều chế FSK
Hình 45. Sơ đồ khối giải điệu chế FSK
Hình 46. Sơ đồ khối giải điều chế FSK
Hình 47. Giản đồ chịm sao với tín hiệu 2,4, 16 và 256-QAM
Hình 48. Sơ đồ khối chức năng bộ điều chế QAM
Hình 49. Sơ đồ khối chức năng bộ giải điêu chể QAM
Hình 50. Sơ đồ khối nguyên lý hoạt động thiết bị phân tích vector tín hiệu số

Hình 51. Sự chồng phổ các kí hiệu
Hình 52. Sử dụng băng thơng dự trữ để loại bỏ chồng phổ
Hình 53. Thiết bị phân tích vector tín hiệu số Agilent 1680
Hình 54. Thiết bị FSQ-K70 của hãng Rohde-Schwarz
Hình 55. Các bước thực hiện phép phân tích vector tín hiệu điều
chế số
Hình 56. Sơ đồ kết nối thiết bị qua bộ chia
Hình 57. Sơ đồ kết nối trực tiếp
Hình 58. Màn hình thiết lập các tham số phântích vector tín hiệu của FSQ70
Hình 59. Kết quả phân tích vector tín hiệu QPSK
Hình 60. Kết quả phân tích lỗi giải điều chế tín hiệu GSM/EDGE
Hình 61. Ket quả đo vector lỗi
Hình 62. Kết quả đo vùng vector lỗi
Hình 63. Kết quả lỗi pha điều chế
Hình 64. Lỗi dịch gốc I/Q tín hiệu điều chế
Hình 65. Đồ thị biểu diễn hệ số khơng cân bàng
Hình 66. Lồi mất cân bàng cầu phương
Hình 67. Giản đồ vector mất cân bằng cầu phương
Hình 68. Đồ thị méo pha tín hiệu
Hình 69. Giản đồ chịm sao thể hiện tín hiệu nhiễu-tín hiệu
Hình 70. So sánh số phép tính phải thực hiện của DFT, FFT và SDFT
Hình 71. Sơ khối chức năng máy phân tích phổ tín hiệu số
Hình 72. Sơ đơ chức năng khối thích ứng tín hiệu
Hình 73. Dạng xung tín hiệu của tần số tín hiệu, tần số quét và tần EF
4


Hình 74. Sơ đồ khối chức năng máy phân tích quang phổ
Hình 75. Thiết bị MTS-8000, hãng sản xuất JDSU
Hình 76. Thiết bị phân tích phổ tín hiệu GSP-830

Hình 77. Thiết bị phân tích phổ tín hiệu GW Instek GSP-810
Hình 78. Quy trình thực hiện phân tích phổ tín hiệu
Hình 79. Sơ đồ kết nói thực hiện đo
Hình 80. Biểu diễn SNR của tín hiệu

5


TĨM TẮT NHỮNG KÉT QUẢ CHÍNH CỦA ĐÈ TÀI NGHIÊN c ứ u KHOA HỌC
1. Tên đề tài:
“Nghiên cứu ứng dụng các kỹ thuật
đo lường trong truyền thông vô tuyến và anten thơng minh”
Mã số: QC.09.24
2. Chủ trì đề tài: PGS. TS. Trương Vũ Bằng Giang
3. Những kết quả chính:
3.1. K ết q u ã về khoa học (những đóng góp của đề tài, các cơng trình khoa học cơng bố):
-

Đề tài đã phân tích, đánh giá vai trị và ứng dụng của các kỹ thuật đo lường trong
truyền thông và anten thơng minh.
Xây dựng các qui trình ứng dụng các kỹ thuật đo lường trong truyền thông vô tuyến
và anten thơng minh dùng cho các phịng thí nghiệm và phòng thực hành vê đo lường
Anten và Siêu cao tần, Bộ môn Thông tin Vô tuyến, Khoa Điện tử - Viễn thông,
Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội phục vụ nghiên cứu và đào tạo.
-

Cơng trình khoa học trong khuôn khổ đề tài:

1. T.V.B. Giang, “Input Impedance Charaeteristics of Microstrip Antennas on
Hemispherical Multilayer Structures” in Proc. International Con/erence on

Advanced Technologies fo r Communications (ATC2009), pp. 211-214, Haiphong,
Vietnam. Oct. 2009.
2. T.V.B. Giang, “The Curvature Influence on the Input Impedance o f Microstrỉp
Antennas on Hemispherical Structures”, in Proc. 3rd International Conference on
Communications and Electronics (ICCE 2010), Nha Trang, Vietnam, Aug. 2010
3.2. K ết q u ả phục vụ thực tế (các sản phẩm công nghệ, khả năng áp dụng thực tế):
-

Sản phẩm cơng nghệ: Các qui trình ứng dụng các kỹ thuật đo lường trong truyền
thông vô tuyên và anten thơng minh dùng cho các phịng thí nghiệm và phòng thực
hành về đo lường Anten và Siêu cao tần, Bộ môn Thông tin Vô tuy én, Khoa Điện tử Viễn thông, Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội phục vụ nghiên
cứu và đào tạo.

-

K hả năng ứng dụng thực tế của các kết quả: Hỗ trợ tích cực về phương pháp cho
các nhà khoa học trẻ, học viên và nghiên cứu sinh trong việc triển khai ứng dụng các
kỹ thuật đo lường, phục vụ hiệu quả cho các hoạt động giảng dạy cũng như nghiên
cửu thuộc lĩnh vực Kỹ thuật Viễn thông.
6


3.3. Kết quả đào tạo (số lượng sinh viên, học viên cao học, nghiên cứu sinh làm việc
trong đề tài):
-

01 sinh viên lớp QH-2006-I/CQ-Đ (K51Đ) đã bảo vệ thành công khóa luận tốt nghiệp.
01 học viên cao học lớp K13Đ2 đã bảo vệ thành công luận văn tốt nghiệp và công
nhận học vị thạc sĩ.

3.4. Kết quả nâng cao tiềm lực khoa học (nâng cao trình độ cán bộ và tăng cường trang
thiết bị cho đom vị):
-

-

Kết quả bồi dưỡng cán bộ: Tạo cơ hội cho các cán bộ trẻ tăng cường khả năng
nghiên cứu, tiếp cận với việc ứng dụng các hệ thống đo lường trong truyền thông vô
tuyên và anten thơng minh tại Phịng thí nghiệm.
Đóng góp cho việc tăng cường trang thiết bị: Các qui trình ứng dụng các kỹ thuật
đo lường trong truyên thông vô tuyên và anten thơng minh dùng cho phịng thí
nghiệm thực hành vê đo lường Anten và Siêu cao tần, Bộ môn Thông tin Vô tuyến,
Khoa Điện tử - Viên thông, cũng như tại Phịng thí nghiệm Các hệ tich hợp Thơng
minh, Trường Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội.

7


NỘI DUNG BÁO CÁO
1. Đặt
• vấn đề
Lĩnh vực Thơng tin Vô tuyến tốc độ cao và Anten thông minh (Smart Antenna) đang
được nhiều nhà khoa học trên thế giới tập trung nghiên cửu. Hằng năm có rất nhiều các cơng
trình nghiên cứu và báo cáo khoa học về định hướng này được công bố trên các ấn phẩm của
IEEE. Tại Việt Nam chưa có các phịng thí nghiệm được đầu tư chiều sâu để thực hiện các
nghiên cứu trong lĩnh vực nói trên.
Tại Trường Đại học Cơng nghệ - ĐHQGHN, hàng năm có một số đề tài QC, một số
đề án hợp tác nghiên cứu triển khai ứng dụng sản xuất, phục vụ đời sống và an ninh quốc
phòng và hiện tại có 01 đề tài QG, 01 đề tài KC 2008 về các hệ thống thông tin vô tuyển dải
sóng siêu cao tần đang được triển khai thực hiện. Ngồi ra, trong chương trình liên kết đào

tạo Thạc sĩ Thông tin, Hệ thống và Công nghệ với Trung tâm đại học Pháp (PUF) hiện cũng
đang triển khai giảng dạy, nghiên cửu về kỹ thuật siêu cao tẩn. Anten thông minh cũng được
ứng dụng trong các công nghệ mới nhất hiện nay như WiMAX, MIMO. Với những lý đo
như vậy, Khoa Điện tử - Viễn thông, Trường Đại học Công nghệ đã chọn Thông tin Vô
tuyến tốc độ cao và Anten thông minh là hướng nghiên cứu lớn để tập trung ỉực lượng nhằm
phát triển hướng nghiên cửu này.
Khoa Điện tử Viễn thơng và Phịng thí nghiệm Các hệ Tích hợp Thông minh (SIS),
Trường Đại học Công nghệ đã được đầu tư nhiều hệ thống thiết bị đo như: máỵ phân tích
mạng (netvvork analyzer), máy đo tương thích điện từ (EMC), máy phân tích phổ (spectrum
analyzer), máy phân tích tín hiệu số (digital signal analyzer), máy tạo dạng sóng bất kỳ
(arbitrary waveform/function generator)... Để có thể nghiên cứu sâu, nhất là có thể chế tạo
thử nghiệm các sản phẩm siêu cao tần cũng như anten thông minh cần phải sử dụng các thiết
bị hiện đại nói trên thì việc ứng dụng các hệ đo trong truyền thông vô tuyến và anten thông
minh để phục vụ các công tác nghiên cứu và đào tạo trong lĩnh vực này là hết sức cấp thiết
và nhằm đảm bảo hiệu quả đầu tư cho nhà nước. Mặt khác, các hệ thống thiết bị đo nêu trên
cần phải được sử dụng và vận hành một cách khoa học, đúng qui trình mới đem lại hiệu quả
như mong muôn.
Đề tài “Nghiên cứu ứng dụng các kỹ thuật đo lường trong truyền thông vô tuyến và
anten thông minh” nhằm thực hiện mục tiêu trên.
2. Các nội dung nghiên cứu và kết quả
2.1. Đo lường anten
2.1.1. Những khái niệm cơ bản trong việc đo lường anten.
Các anten được thiết kế chủ yếu ìà để tạo ra sự phân bố năng lượng theo một đặc
trưng biết trước trong không gian với độ suy hao và phản xạ là tối thiểu. Sự phân bố đó là
“đặc trưng bức xạ” của anten. Thông thường, phân bố bao gồm một vùng (độ rộng chùm) tập
trung độ chiếu xạ cao vào một mục tiêu hoặc để kết nối đến hệ thống khác với phạm vi lởn
8


nhất. Trong vùng búp sóng chính, 10% lỗi tương đương với 20% lỗi trong cơng suất phát vì

thế việc đo các mức cao phải rất chính xác. Thơng thường, phát xạ theo các hướng khác vói
búp chính cẩn giảm mạnh để tránh ảnh hưởng đán việc chiếu xạ, giao thoa với các hệ thống
khác hoặc bị giao thoa bời các hệ thống khác. Do đó yêu cầu thực hiện đo đạc ở mức rất thấp
ở các cạnh và mặt sau của anten. Mặc dù khơng có tính quyết định về dung lượng như độ
tăng ích, mức búp bên góp phần cấu thành thông số thiết kế dải đo anten nhạy hay không.
Các thông số khác của anten cũng nên quan tâm là độ phân cực, hướng chùm, độ sâu búp
không, hệ số phản xạ hoặc hệ số điện áp sóng đứng (VSWR-Voltage Standing Wave Ratio).
Các thông số được mô tả trong Hình 1.
Boresight angle
Bức xạ vi sai
Độ sâu búp khơng (Null)
Tăng ích

Hệ số điện áp
sóng đứng (VSWR)

Mức búp bên

Độ rộng chùm
Hìn 1 dane chùm
Phân cực chéo

Hình 1. Một số tính chất cơ bản của anten
Ngoại trừ tính chât phàn xạ, dạng dữ liệu anten được chấp nhận một cách rộng rãi là
dạng đồ thị bức xạ. Tùy thuộc vào ứng dụng, thường là một trong số 3 loại. Loại mô tả rõ nét
nhắt là biêu diễn dưới dạng các tọa độ cực (Hình 2(a)j bói góc quay của anten đưạc biêu
diễn mơ, cách trực tiếp. Loai phơ thơng nhất (Hình 2(b)) là đồ thị hình chữ nhật vói góc
phương vị là hoành độ và các mức là tung độ. Mặc dù các đồ thị bức xạ biểu diễn về mặt
biên độ. n h ^ g vói nhiều cách xú lý dù liệu, thịng sơ pha lá rất quan trọng. Tuy nhiên, pha
thường không biểu diễn bàng đồ thị.

9


(a)

Độ

Độ

(b)

Hình 2. Đồ thị bức xạ: (a) Hệ tọa độ cực, (b) Hệ tọa độ vng góc
Với mỗi loại đồ thị, biên độ có thể coi là điện thế tý đối, hoặc công suất tỷ đối, hoặc là
dB. Điện áp và công suất rất hiếm khi được sử dụng, trừ trường hợp trong các biểu đồ cực,
bởi chúng cho ta rất ít thơng tin chi tiết tại các mức thấp.
2.1.2. Một sổ mơ hình đo lường anten
Tiêu chí xun suốt q trình xây dựng mơ hình là pha vàbiên độ phải đồng nhất
trong khoảng khẩu độ cần đo. Một số mơ hình được xây

dựng bởi các phương thức khác

nhau như minh họa trong Hình 3. Mơ hình ngẩng và mơ hình mặt đất là các mơ hình đo đạc
trường xa và phụ thuộc vào từng anten cụ thể để tạo ra mặt phẳng pha. Các mơ hình nhỏ
(compact ranges) mơ phịng mơ hình kích thước vơ hạn bằng các bộ phàn xạ, thấu kính, loa
hoặc dãy để có thể tạo ra mặt phẳng pha từ nguồn. Các mơ hình trường gần tận dụng ưu
điểm về khả năng tính tốn của các mơ hình hiện đại để tính tốn đồ thị bức xạ từ dữ liệu
khảo sát thu được từ khẩu độ anten.

(c)

Hình 3. Một số mơ hình đo đồ thị bức xạ cơ bán:
(a) Mơ hình ngẩng, (b) Mơ hình phản xạ đât,
(c) Mơ hình nhỏ (Compact range-Hệ đo trong nhà)

Mơ hình ngấng tránh được hiện tượng phản xạ do mặt đẩt nàm ngồi búp sóng chính
của nguồn hoặc anten đo. Các mơ hình phản xạ đất thì ngược lại, nguồn được đặt phía trên
một bề mặt phẳng vì thế tất cả tia phàn xạ đều đến từ một điểm ảnh. Các mơ hình nhỏ và
trường gần thườnẹ sử dụng trong môi trường trong nhà, và cần sử dụng số lượng lớn vật liệu
hấp thụ nhằm hạn chế sự phản- xạ.
Một số trường hợp riêng phát sinh khi các phương pháp cơ bàn khơng phù hợp. Một
số anten thì q lớn và mong (có lẽ phù hợp trong vũ trụ) do đó chúng khơng thể quay được.
Trong trườna hợp đó. việc di chun nguỏn (Hình 4(a)) là thích hợp. Có thế lẳp đật các anten


khác tại vị trí mà nguồn sóng trời phù hợp cho việc đo kiểm đơn giản nhất (Hình 4(b)).
Trong trường hợp radar, dữ liệu bức xạ quan trọng có thể đạt được bằng cách quan sát sự di
r

*

chuyên của các mục tiêu giơng như sự quay anten.

(a)

(b)

.........&
(c)

Hình 4. Cẩu hình một số mơ hình cơ bản:
(a) nguồn di chuyển, (b) máy bay và vệ tình, (c) mặt trịi và sao
Mơ hình ngẩng.
Hình 5 minh họa một mơ hình ngẩng điển hình. Anten cần đo thường hoạt động như
một máy thu. Máy phát thường đặt tại anten nguồn, mặc dù các mơ hình cự ly ngắn có thể có
các tuyến truyền dẫn sóng RF giừa các tháp đo. Tần số phát thường được lựa chọn tại vị trí
thu vói các đường điện thoại hoặc các đường tương đương để truyền lệnh tới máy phát. Điều
chinh độ phân cực truyền dẫn từ xa có thể được thực hiện. Tại nơi thu, một anten so sánh
được dùng để thu mẫu của tín hiệu phát để điều chỉnh máy thu theo cách thủ công hoặc tự
động. Anten so sánh cũng có thể cho phép chuẩn pha.
Anten cần đo (AUT-Antenna Ưnder Test) được gá trên một bệ có một hoặc nhiều trục
quay. Lối ra anten điều khiển một máy thu (thường khá nhạy), dải hẹp để triệt nhiễu và có độ

12


tuyến tính cao. Lối ra máy thu có thể là dạng tưong tự hoặc số đề điều khiển một máy ghi và
thường là máy tính đê lưu dữ liệu.
Mơ hình ngẩng phụ thuộc vào chiều cao tháp đo sao cho phản xạ đất nằm ngồi búp
chính cua anten nguồn và anten cần đo. Các góc này phụ

th u ộ c v à o

chiều dài của mơ hình.

Thơng thường, chiều dài tối thiêu của mơ hình cho mặt pha phàng là 2D IX uong đó D ụ
kích thước lớn nhất của anten. Hạn chế gây ra chú yếu là do các trục quay. Von cac anten cơ
lịn, 2D2IX có thề hàng ngàn feet gây khó khăn trong việc tháp đo làm sao đù cao đê có góc
rộng.

Hình 5. Các thành phần cơ bản trong mơ hình ngẩng
Mơ hình phản xạ đất.
Xét một mơ hình phán xạ đất ở đó bề mặt giữa các tháp đo là phẳng như minh họa trên Hình
6. Anten nguồn được đặt trên một bề mặt và bề mặt này hoạt động giống như mặt gương. Tia
phán xạ xem như đến từ một nguồn ảnh và tín hiệu kết hợp có tâm biểu kiến gẩn mật đất
phía dưới anten nguồn. Phan xạ đất ơ vị trí khác sẽ khơng đi tới anten cân đo. Trong mơ hình


này tháp đo cao và anten cao là không cần thiết, nhưng anten nguồn và anten cần đo phải có
chiều cao sao cho nguồn và ảnh của nó tạo thành một chùm có đình tại vị trí anten đo.

Hình 6. Mơ hình phản xạ đất
Các mơ hình trường gần.
Các mơ hình trường gần đã được phát triển nhanh chóng thay thế cho các mơ hình đo
ngồi trời và tạo nên một sự thay đổi rõ rệt trong việc thiết kế các mơ hình đo đó là đưa máy
tính vào xử lý số liệu, số liệu được thu thập từ một trong số các hệ tọa độ như minh họa trên
Hình 7 đã chi ra. Đồ thị bức xạ trường xa có thể tính tốn từ dữ liệu trường gần.

(c)

Hình 7. Các mơ hình trưởng gần: (a) phẳng, (b) hình trụ, (c) hình cầu
Với hệ tọa độ cầu, để quay anten đo như trong mơ hình trường xa là hợp lý và khá
thuận tiện. Tuy nhiên, việc tính tốn đồ thị bức xạ từ dữ liệu trường gần trên bề mặt cầu là
khá dài. Với hệ tọa độ trụ, cả đầu đo và anten đo đều di chuyển và việc tính toán đơn giản
hơn. Trong hệ phẳng anten đo là cố định, ngoại trừ trường hợp khẩu độ lớn. Việc tính tốn là
đơn giản và có thể thực hiện một cách nhanh chóng.

14

Tất cả các kỹ thuật đo trường gần yêu cầu việc kiểm sốt lỗi một cách nghiêm ngặt để
có thể cho kết quả như mong đợi. sổ lượng các phép đo lớn và tốn thời gian.
2.1.3. Quy trình đo lường anten
Tại Phịng thí nghiệm Anten, Khoa Điện tử - Viễn thông, Trường Đại học Công nghệ,
hệ thống đo lường anten được xây dựng sử đụng máy phân tích mạng. Mơ hình hệ thống đáp
ứng được các u cầu địi hịi của phép đo trường xa của các anten có tần số cơng tác nằm
trong dải tần máy phân tích mạng.
Biên độ hàm truyền cùa hệ thống anten có thể thu được bàng cách đo tham số S21
trên hai cổng cùa máy phân tích mạng. Hệ thống đo lường sẽ hoạt động như sau:
Trước hết, tham số băng tần hoạt động, trở kháng vào của AUT sẽ được xác định
băng cách đo tôn hao phản xạ tại đầu vào của anten. Trên cơ sở băng tần hoạt động của anten,
ta sẽ chọn tẩn số mà tại đó ta thực hiện đo giản đồ hướng của anten. Tiếp đến, AƯT và anten
phát sẽ được gan vào hai cổng của máy phân tích mạng. Cơng suất phát có thể thay đổi từ lOdBm cho tới +10dBm. Giá trị S12 (với anten phát gắn vào cổng 2) của ma trận tán xạ
được ghi lại ứng với mồi góc quay cùa AƯT trong các mặt phẳng E và H, từ đó cho phép
hiển thị giản đồ bức xạ cùa anten đó. Việc điều khiển góc quay của AƯT được thực hiện nhờ
một motor bước.
Đê đàm bảo tính chính xác trong mơ hình đo đạc, trước khi thực hiện các phép đo cần
phai thực hiẹn hiẹu chinh cac thông sô của cáp nôi cũng như các conector dùng để gắn các
anten với các cổng máy phân tích mạng. Các khâu kiểm tra giá trị hiệu chinh cũng như
chuyển đổi qua lại giữa các chế độ đo đạc (S ll và S I2) được thực hiện một cách tự động
trên phân mềm điều khiển hệ thống.

15


AUT

Ị

điều khiển
rnotor

2/

Tới
R37Ố5CG

cổng
song song

Bộ địnli vị
GPIB

^

TớiA U T
Tới antea pliảt

Hình 8. Sơ đồ hệ thống đo lường anten

s

Anvantest R37Ổ5CG

AUT

o

123

-5 «
7í 9

Ẽ
s o u r c e a n te r ư ia

9

Hình 9. Sơ đồ ghép nối anten với máy phấn tích mạng

16


Hình 10. Quy trình thực hiện một phép đo anten
17


2.1.4. Các hình ảnh về hệ đo

Hình 11. Bộ định vị aníen cần đo

ĐAI HOC QUOC GIA HA NỌl
TRUNG ĩẤlVl ỈHO n G vin ih ư v iệ n

)OObOŨGGOỈ(ỉ
18


Hình 12. Tồn bộ hệ đo anten
19

2.1.5. Các kết quả đo
Phép đo thử nghiệm hệ thống được thực hiện trong phịng thí nghiệm Bộ mơn Thơng
tin Vô tuyến. AƯT trong hai trường hợp đo lần lượt là một chấn tử nửa bước sóng và chấn tử
3/2 bước sóng. Dải tần đo được chọn từ 850 MHz đến 950 MHz. Phép đo là dạng chiếu xạ
trực tiếp, có nghĩa là đáp ứng đầu tiên đến hệ đo là đáp ứng mong muốn từ AUT (với đường
đi ngắn nhất). Phép đo được thực hiện trong phòng do vậy đường đi dài nhất của tín hiệu đa
đường có thể là đường phản xạ từ bức tường phía sau AƯT (trong phép đo này bức tường
phía sau cách AƯT một khoảng 1.5 m nên đường đi dài nhất là khoảng 3 m t ừ tường trờ lại
AƯT).
Sau khi hiệu chuẩn máy phân tích mạng, AUT được nối với một cổng của nó. Bằng
cách đo tham số SI 1, ta có thể xác định được dải tần công tác của AƯT. Trong trường hợp
này băng tần của AUT là khoảng 132 MHz tương ứng với suy hao phản hồi (retum loss) nhỏ
hơn -lOdB. Bảy điểm đo lần lượt là: 850, 860, 870, 880, 890, 900, 910, 920, 930, 940, 950
(MHz).
Anten phát chuẩn được nối với cổng thứ hai của máy phân tích mạng. Phần mềm hệ
đo sẽ điều khiển sự định vị của AUT và số liệu đo sẽ được lưu vào một file số liệu, số liệu
sau đó được xử lý bằng cách sử dụng FFT, IFFT, các bộ lọc và các hàm xử lý tín hiệu.
Chẩn tử nửa bước sóng.
Đồ thị bức xạ cùa chấn tử nửa bước sóng (trước khi lọc) ở tần số 850 MHz được vẽ
trên Hình 13 (đường nét đút). Từ đồ thị này, ta có thể nhận ra ràng tín hiệu đa đường đã ảnh
hưởng nhiều đến kết quả đo (đồ thị bị méo ờ điểm xung quanh 90° và có điểm bất thường tại
khoảng 160°).

20

ỉ

Góc phương vị (Độ)
Hình 13. Đồ thị bức xạ (gain) của chẩn tử nửa bước sóng tại 850 MHz
Sừ dụng các hàm lọc với các đặc trưng khác nhau để lọc số liệu miền thời gian sẽ loại
bò được các tín hiệu đa đường. Đồ thị bức xạ cùa chấn tử sau khi lọc được vẽ trên Hình 13
(đường nét liền). Các điểm bất thường (trên đồ thị trước khi lọc) đã bị loại bỏ sau khi lọc và
dạng đồ thị phù hợp với lý thuyết.

21


Chẩn tử 3/2 bước sóng.
Tại tần số 850 MHz, giản đồ hướng đo được xuất hiện một loạt các điểm dị thường so
với lý thuyết, Theo lý thuyết, giản đồ hướng của chấn tử 3/2 bước sóng có 4 búp sóng chính
và 2 bước sóng phụ (Hình 14).

Hình 14. Đồ thị bức xạ (gain) của chẩn tử 3/2 bước sóng tại 850 MHz
Giản đồ bức xạ đo được (trước khi lọc) xuất hiện những điểm dị thường tại các góc
quay: 37.5, 223.5 và 270 độ. Thêm vào đó, tăng ích tại các điểm null cũng có sự thay đổi lớn.
Do vậy, có thể nói rằng tín hiệu đa đường đã làm biến dạng búp sóng của chấn tử 3/2 bước
sóng so với lý thuyết. Sau khi số liệu đo được xử lý nhờ bộ lọc phần mềm, một số điểm dị
thường đã bị loại bỏ (thuật toán lọc đã được điều chỉnh với đặc trưng hàm lọc tối ưu nhất đề
lọc bỏ tất cả các tín hiệu đa đường).
2.2. Đo lường và phân tích dạng xung tín hiệu
2.2.1. Định nghĩa
Trong truyền thơng, tín hiệu phải đi qua nhiều phần tử truyền dẫn, qua nhiều môi trường.
Một tiêu chuẩn được đưa ra để đàm bảo tính tin cậy của thơng tin nhận được đó là hình dạng
22


của xung tín hiệu thu được phải đảm bảo nàm ưong một khoảng giơ! hạn xac đ|

ạt nạ
xung là tiêu chuẩn xác định khoảng dung sai về định thòi (timing) và bien đọ cua xung u
được sau quá trình truyền dẫn. Mặt nạ xung cho biêt các giới hạn tham so vạt ly như sượn
xung, độ rộng xung, biên độ, điểm quá hạn (overshoot), điềm dươi ngưcmg (undershoot) cua
một xung tín hiệu Hình 15 thể hiẹn mặt nạ xung của tín hiệu tốc độ 2048 kbps với các
ngưỡng được khuyến nghị trong tiêu chuẩn G.703 của ITƯ-T.

Phần không aian nằm 2 Ĩừa hai đường biên trong và ngoài là phần giới hạn tin cậy của tín
hiệu tại phía đầu thu. Khi tín hiệu thu được có dạng xung nàm trọn trong khoảng giới hạn
cùa hai biên thì tín hiệu đó mới đảm bào cho các bộ quyết định biết được bit đó là “0” hay
“ 1”. Mặt khác, dạng xung còn là cãn cứ để đánh giá chất lượng của một mạng truyền dẫn.
Căn cứ vào việc đôi chiếu các tham số khi phân tích dạng xung với mặt nạ xung tiêu chn
người ta có thê đánh giá đạt/khơng đạt (pass/fail) cho một mạng truyền dẫn. Mỗi tốc độ bit,
mồi loại mã đường truyèn sẽ có một dạng xung đặc trưng riêng. Do đó, khi đánh giá chât
lượng cùa mạna truyền dần cần phải chọn mặt nạ xung tiêu chuẩn phù hợp.

23


1

<
\
*.<' 0.5 "

P„B. -10

V

f, l'i *5

1

f.:n aj

p*»* ‘ lc ■

Í*/Laiạnk.-NRZ

t / í i ,:J

H\<0 '?J'

P.:H)

-5

J OM

/fĩ/iA /ố. Phổ cơng suất của một sổ loại mã đường
2.2.2. Nguyên lý đo dạng xung tín hiệu
Nguyên lý đo dạng xung dựa trên nguyên lý của dao động ký. Khi tín hiệu đi qua bộ
phân tích, nhiều chu kỳ tín hiệu sẽ được chập lại để cho ra một dạng sóng đứng của tín hiệu,
đó chính là hình dạng của xung.
Đe đo dạng xung của tín hiệu, thơng thường ta sử dụng thiết bị hiện sóng (oscilloscope).
Máy hiện sóng tín hiệu về cơ bản là một thiết bị hiển thị đồ thị được sử dụng để vẽ ra đồ thị
của một tín hiệu. Trong hầu hết các ứng dụng, đồ thị chỉ ra tín hiệu thay đối thế nào theo
thời gian: trục dọc (Y) biểu diễn điện áp và trục ngang (X) biểu diễn thời gian. Cường độ
hay độ sáng của sự hiển thị đôi khi được gọi là trục (Z).
Cấu tạo của một oscilloscope giống như một màn hình ti vi. Một oscilloscope cũng gồm

một đèn điện tử (Cathode Ray Tube), mặc dù kích thước và hình dạng khác nhau nhưng
ngun lí hoạt động thì giống nhau. Bên trong ống là chân khơng. Chùm điện từ được phát
ra từ cathode được làm nóng ở phía sau ống chân khơng được gia tốc và làm cho hội tụ bởi
một hay nhiều anodes đập vào phía trước ống làm một điểm trên màn hình phủ photpho của
ống phát sáng.
24


Chùm điện tử được bẻ cong, được làm lệch nhờ điện áp đặt vào các bản cực cố đình
trong ống chân không. Các bản cực lái theo chiều ngang hay các bản cực X tạo ra chuyên
động của chùm điện tứ theo phương ngang. Như sơ mô tả trong sơ đồ chức năng, chúng
được liên kết với một khối hệ thống gọi là “chu kì cơ sở”. Khối này tạo ra một sóng dạng
răng cưa nhìn thấy được trên màn hình oscillocope. Trong khi tăng pha của xung răng cưa,
điểm sáng được điều khiển ở cùng tốc độ từ ừái tới phải ra phía trước của màn hình. Trong
suốt q trình giảm pha, chùm điện tử quay lại nhanh chóng từ trái qua phải và điêm trên
màn hình được đề trắng để khơng hiển thị lên màn hình. Theo cách này, “chu kì cơ sở” tạo
ra trục X của đồ thị tín hiệu trên màn hình của oscilloscope.
Độ dốc cùa sự sai pha thay đổi theo tần số của xung răng cưa và được điều
chinh sù dụng núm điêu khiển TTME/DIV để thay đổi thang đo của trục X. Việc màn hình
chia thành các ơ vng cho phép thang đo trục ngang có thể được biểu diễn theo giây, mili
giây hay micro giây trên mơt phép chia (đơn vị chia).
TIME/DỈK

x-r

•P *

Hình 17. Sơ đồ cấu tạo máy hiện dao động (osỉlloscope)
Tín hiệu được hiển thị được kết nối với đầu vào. Chuyển mạch DC/AC thường được giữ
ở vị trí DC để có sự kết nối trực tiếp với bộ khuếch đại Y.

Ớ vị trí AC chuyên mạch mở một tụ điện được đặt ở đường dẫn tín hiệu ngăn cản tín
hiệu một chiều qua nó nhưng lại cho phép tín hiệu xoay chiều đi qua
Bộ khuếch đại Y được nối vào các bản cực Y để mà tạo ra trục Y trên đồ thị của tín hiệu
hiến thị trên màn hình cùa oscilloscope. Bộ khuếch đại Y có thế được điều chinh thông qua
25