Đại học quốc gia hà nội
Tr-ờng đại học công nghệ


Bạch hoàng giang nghiên cứu chế tạo máy phát
radar tầm thấp dải sóng dm
theo nguyên lý cộng công
suất trong máy

luận văn thạc sĩ hà nội, 2011

Đại học quốc gia hà nội
Tr-ờng đại học công nghệ

1.5.3 Phối hợp dùng 2 dây nhánh……………………………… 14
1.5.4 Phối hợp bằng đoạn dây lamda/4………………………………… 16
1.5.5 Phối hợp trở kháng bằng đoạn dây có chiều dài bất kỳ……………16
1.5.6 Phối hợp trở kháng bằng hai đoạn dây mắc nối tiếp…… 17
Chƣơng 2 - THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY PHÁT RADA SÓNG DM……… 18
2.1 Mạch vòng bám pha và bộ tổ hợp tần số……………………………….18
2.1.1 Giới thiệu chung………………………………………………… 18
2.1.2 Tổng quan về vòng bám pha (PLL)……………………………… 18
2.1.2.1. Bắt chập và giữ chập………………………………………21
2.1.2.2. Đặc trưng chuyển tần số sang điện áp…………………….21
2.2 Bộ tổ hợp tần số dùng vòng bám pha………………………………… 23
2.2.1 Bộ so pha………………………………………………… 24
2.2.2 Các bộ chia tần…………………………………………………….26
2.2.3 Bộ lọc tần số thấp………………………………………………….26
2.2.4 Bộ dao động điều khiển bằng điện áp (VCO)…………… 27
2.2.5 Mã Backer………………………………………………… 27
2.2.5.1. Định nghĩa……………………………………………………… 27
2.2.5.2. Các phương phá p tạ o mã backer………………………………….27
Chƣơng 3 - NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO CÁC BỘ CỘNG
CÔNG SUẤT……………………………………………… 30
3.1 Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo các bộ cộng công suất………………… 30
3.1.1 Các bộ chia/cộng công suất……………………………………… 30
3.1.1.1. Bộ chia cộng công suất Wilkinson……………………………….30
3.2 Thiết kế và mô phỏng……………………………………………………35
3.2.1 Bộ chia/cộng 1:2………………………………………………… 35
3.2.2 Bộ chia/cộng 1:4………………………………………………… 37
3.2.3 Bộ chia/cộng 1:8………………………………………………… 39
Chƣơng 4. KẾ T QUẢ THƢ̣ C NGHIỆ M……………………………… 42
4.1 Chế tạo bộ tổ hợp tần số …………………………………………….42
4.2 Chế tạ o bộ VCO…………………………………………………… 44

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1:
Phân loại radar theo chất lượng và kỹ thuật
Hình 1.2:
Phổ tần số của sóng điện từ
Hình 1.3:
Dây dẫn song song và Mô hình tương đương
Hình 1.4:
Dây dẫn với trở kháng đặc trưng Z
0
, hệ số truyền  và được
giới hạn bởi trở kháng tải Z
t

Hình 1.5:
Giản đồ Smith
Hình 1.6:
Biểu diễn điểm bụng và điểm nút của sóng đứng trên biểu đồ

Hình 2.8:
Sơ đồ cấ u trú c củ a bộ tạ o tí n hiệ u chuẩ n
Hình 2.9:
Sơ đồ cấ u trú c củ a bộ lc nn phương pháp tch cực
Hình 3.1:
Sơ đồ bộ chia/cộng công suất
Hình 3.2:
Bộ chia đôi Wilkinson
Hình 3.3:
Sơ đồ bộ chia Wilkinson dưới dạng đối xứng và chuẩn hóa
Hình 3.4:
(a) Chế độ chẵn (b) Chế độ lẻ
Hình 3.5:
Sơ đồ phân tch bộ chia Wilkinson để tìm s11
Hình 3.6:
Bộ chia cộng Wilkinson không đều
Hình 3.7:
Sơ đồ bộ chia Wilkinson N đường
Hình 3.8:
Sơ đồ mô phỏng bộ chia/cộng Wilkinson 1:2
Hình 3.9:
Kết quả mô phỏng của bộ chia/cộng Wilkinson 1:2
Hình 3.10:
Thiết kế layout của bộ chia/cộng Wilkinson 1:2
Hình 3.11:
Sơ đồ mô phỏng bộ chia/cộng Wilkinson 1:4
Hình 3.12:
Kết quả mô phỏng của bộ chia/cộng Wilkinson 1:4
Hình 3.13:
Thiết kế layout của bộ chia/cộng Wilkinson 1:4

Hình 4.13:
Mạch in bộ chia 4 sau khi phay
Hình 4.14:
Lắp đặt mạch in bộ chia 4 vào hộp nhôm
Hình 4.15:
Bộ chia 4 hoàn chỉnh
Hình 4.16:
Mạch in bộ chia 8 sau khi phay
Hình 4.17:
Bộ chia 8 hoàn chỉnh
Hình 4.18:
Mô hình thử nghiệm bộ chia/cộng 1:2
Hình 4.19:
Kết quả đo bộ chia/cộng 1:2 tại tần số 800 ÷ 900MHz
Hình 4.20:
Mô hình thử nghiệm bộ chia/cộng 1:4
Hình 4.21:
Kết quả đo bộ chia/cộng 1:4 tại tần số 800 ÷ 900MHz
Hình 4.22:
Mô hình thử nghiệm bộ chia/cộng 1:8
Hình 4.23:
Kết quả đo bộ chia/cộng 1:8 tại tần số 800 ÷ 900MHz 1

MỞ ĐẦ U

Radar ra đờ i từ nhữ ng năm chiế n tranh thế giớ i thứ 2 đượ c nhiề u nướ c trên
thế giớ i nghiên cứ u và chế tạ o để phụ c vụ cho chiế n tranh . Sau chiến tranh, các

Chương 1 Lý thuyết kỹ thuật siêu cao tần

1.1 Tổ ng quan về kỹ thuật radar
Hnh 1.1 Phân loại radar theo cht lượng và kỹ thuật

Tùy thuộc theo thông tin yêu cầu, các hệ thống radar có chất lưng và k thuật
khác nhau. Theo hình 1.1 ta có thể thấy đưc một sự phân loại theo tiêu ch này.
Radar ghi hình ảnh / Radar không ghi hình ảnh:
Radar ghi hình ảnh sẽ tạo ra một bức ảnh của đối tưng hay khu vực quan sát.
Loại radar này đã và đang dùng để chụp ảnh Trái đất, các hành tinh, thiên thạch,
các vật thể khác trong vũ trụ, và dùng để phân loại mục tiêu cho các hệ thống
quân sự.
Ứng dụng của radar không ghi hình ảnh điển hình là đo tốc độ (speed gauses) và
máy đo độ cao bằng radar (radar altimeters - RA). Chúng cũng đưc gọi là máy
đo tán xạ (scatterometers) vì chúng đo lường các đặc điểm tán xạ của đối tưng
hay khu vực quan sát.
Radar sơ cấp: Radar sơ cấp phát đi các tn hiệu cao tần và thu về xử l
các tn hiệu phản xạ từ mục tiêu.
3
Radar thứ cấp: Trong các hệ radar này, máy bay có hệ thống đáp phát
(transponder - transmitting responder). Khối đáp phát này sẽ tự động trả lời sự
d hỏi bằng cách phát đi mã trả lời.
Radar xung: phát đi tn hiệu xung năng lưng cao. Sau mỗi tn hiệu xung
sẽ có một khoảng thời gian nghỉ dài để nhận tn hiệu phản xạ, trước khi có xung

K hiệu
Tần số (GHz)
HF
0,003 - 0,03
VHF
0,03 - 0,3
UHF
0,3 – 1,0
Băng L
1,0 – 2,0
Băng S
2,0 – 4,0
Băng C
4,0 – 8,0
Băng X
8,0 - 12,5
Băng Ku
12,5 - 18,0
Băng K
18,0 - 26,5
Băng Ka
26,5 - 40,0
MMW
> 34,0

Cấu trúc đưa ra để xây dựng máy phát bao gồm việc chế tạo các modul
khuếch đại công suất lớn và t hp công suất từ các modul này để tạo ra công
suất lối ra tng cộng. Lý thuyết siêu cao tần là lý thuyết nền tảng để giải quyết
các vấn đề trên.


tần của "viba" cũng có thể cn thay đi. Hình 1.2 minh hoạ ph tần số của sóng
điện từ & phạm vi dải tần của k thuật viba.

Hình 1. 2 Phổ tần số của sóng điện từ
Trong ứng dụng thực tế, dải tần của vi ba cn đưc chia thành các băng tần
nhỏ hơn như
- UHF (Ultra High Frequency): f = 300 MHz ÷ 3 GHz
- SHF (Super High Frequency): f = 3 ÷ 30 GHz
- EHF (Extremely High Frequency): f = 30 ÷ 300 GHz
Ưu việt của dải tần viba và ứng dụng của k thuật viba trong thực tiễn
6
K thuật viba có liên quan đến các phần tử và mạch điện làm việc với các
dao động có bước sóng rất nhỏ. Điều này, một mặt khó khăn cho việc phân tch
thiết kế và chế tạo, nhưng mặt khác cũng là li thế khi ứng dụng k thuật viba vì
các lý do sau đây:
- Như đã biết, độ tăng ch của một Ăngten là hàm tỷ lệ thuận với kch thước
tương đối của Ăngten so với bước sóng. Do vậy, tăng ch của Ăngten viba dễ đạt
đưc giá trị cao.
- Dải tần thực tế trong thông tin viba dễ dàng đạt đưc giá trị lớn ứng với
dải tần tương đối
f
f
có giá trị nhất định. (Thật vậy, 1% của 30 GHz là 300
MHz, trong khi đó 1% của 300 MHz chỉ là 3 MHz).
- Sóng viba truyền theo đường thẳng, không bị phản xạ trên tầng điện ly
nên có thể khai thác thông tin vệ tinh và thông tin viba mặt đất trên cùng dải
sóng mà không ảnh hưởng đến nhau, có thể sử dụng lại tần số trên những cự ly

Một dng điện dọc theo chiều dài dây dẫn sẽ tạo ra một dng điện trong
dây dẫn theo chiều ngưc lại, đó là thành phần cảm ứng. cũng sẽ có một điện trở
hữu hạn nối tiếp trong các dây dẫn.
- Điện cảm nối tiếp tnh theo chiều dài đơn vị [ H/m]
- Điện trở nối tiếp tnh theo chiều dài đơn vị [ /m]
Một đoạn ngắn ∆z của đường truyền đưc biểu diễn trên sơ đồ tương
đương như hình 1.3. Điện áp và dng điện là các hàm của thời gian.
Phương trình truyền sóng trên đường dây đưc xác định như sau:
8
 
   
ztjzztjz
eeUeeUtzU



21
, 
   
ztjzztjz
eeIeeItzI





hay

CjG
LjRLjR
Z









0

Nếu đường truyền không tn hao thì ta có

C
L
Z 
0

- Vận tốc pha






do đó

LC
v
LC
v
g
1
;
1
1




















0
ZZ
ZZ
L
L
L




Hệ số phản xạ trên đường truyền tại điểm vị tr z = -l :

   
lj
lj
f
lj
b
e
eU
eU
l



2
0




3. Các đường đẳng r là họ các vng trn có tâm nằm trên trục hoành của
biểu đồ và luôn đi qua điểm có 
r
=1. Giá trị r của mỗi vng trn đẳng r đưc ghi
dọc theo trục hoành, từ 0 (điểm bên trái ứng với giá trị r = 0, điểm bên phải
ứng với giá trị r = ).
11
4. Các đường đẳng x là họ các vng trn có tâm nằm trên trục vuông góc với
trục hoành tại 
r
=1. Có hai nhóm đường trn đẳng x:
- Nhóm các đường đẳng x với x > 0 (cảm kháng) là các đường nằm ở
pha trên của trục hoành. Giá trị x tăng dần từ 0 đến  và đưc ghi trên mỗi
đường.
- Nhóm các đường đẳng x với x < 0 (dung kháng) là các đường nằm
ở pha dưới của trục hoành. Giá trị x giảm dần từ 0 đến -  và đưc ghi
trên mỗi đường
5. Các đường đẳng r và các đường đẳng x là họ các đường trn trực giao với
nhau. Giao điểm của một đường đẳng r và một đường đẳng x bất kỳ sẽ biểu thị
cho một trở kháng z = r+ix, đồng thời cũng biểu thị cho hệ số phản xạ tại điểm
có trở kháng z.
6. Tâm điểm của biểu đồ Smith là giao điểm của đường đẳng r = 1 và đường
đẳng x = 0 (nằm trên trục hoành), do đó điểm này đại biểu cho trở kháng thuần
trở z = 1 (nghĩa là Z = R
0
). Đây là điểm tưng trưng cho điện trở chuẩn R
0


2


Biểu đồ Smith cho phép thực hiện phép tnh này khi quay vectơ  trên đồ
thị một góc quay ứng với một độ dịch chuyển bằng 2l, trong đó



2

.
12
Góc quay này có thể xác định theo độ (từ -180
0
đến 180
0
), hoặc theo số
bước sóng (từ 0 đến 0,5

cho mỗi vng quay).
Theo quy định của biểu đồ Smith:
- Chiều quay từ tải hướng về nguồn là thuận chiều kim đồng hồ.
- Chiều quay từ nguồn hướng về tải là ngưc chiều kim đồng hồ.
Trên mỗi chiều quay, có một vng đánh số theo độ và một vng đánh số
theo số bước sóng để tiện sử dụng.
10. Khi vẽ đường trn đẳng S trên biểu đồ Smith thì đường trn này sẽ cắt


của đường truyền.

Hình 1. 7 Sơ đồ phối hợp trở khng cơ bn
Mạch phối hp trở kháng là phần quan trọng của một mạch siêu cao tần vì
những lý do sau:
- Khi nguồn và tải đưc phối hp trở kháng với đường truyền, năng lưng
tối đa từ nguồn sẽ đưc truyền đến tải cn năng lưng tn hao trên đường
truyền là nhỏ nhất.
- Phối hp trở kháng sẽ giúp cải thiện tỷ số tn hiệu/tạp nhiễu của hệ thống
khác trong hệ thống sử dụng các phần tử nhạy cảm như anten, bộ khuếch
đại tạp âm thấp v.v.
- Đối với mạng phân phối công suất siêu cao tần (v dụ mạng tiếp điện cho
dàn anten gồm nhiều phân tử), phối hp trở kháng sẽ làm giảm sai số về
biên độ và pha khi phân chia công suất.
Sau đây chúng ta đề cập đến các phương pháp phối hp trở kháng cơ bản:

1.5.1 Phối hợp trở kháng dùng các phần tử tập trung:
Đây là mạch phối hp đơn giản nhất gồm hai phần tử điện kháng mắc
thành hình chữ L đưc gọi là mạch hình L, có sơ đồ như vẽ ở hình 1.8. Giả thiết
đường truyền dẫn không tn hao (hay tn hao thấp), có nghĩa Z
0
là đại lưng
thuần trở.
14

Hình 1. 8 Sơ đồ phối hợp trở khng dùng phần tử tập trung

A
A
d
Z
0
Z
0
l
Y
0
l

(a) (b)
Hình 1. 9 Phối hợp trở khng bằng cc đoạn dây nhnh

1.5.3 Phối hợp dùng 2 dây nhánh:
Phương pháp phối hp trở kháng bằng một dây nhánh có ưu điểm là đơn
giản và có thể sử dụng để phối hp cho mọi trường hp trở kháng đặc trưng của
tải có phần thực khác 0. Tuy nhiên nhưc điểm của nó là sử dụng một đoạn
đường truyền có độ dài biến đi đặt giữa tải và dây nhánh. Trong một số trường
15
hp chúng ta sử dụng phương pháp phối hp trở kháng dùng 2 dây nhánh nằm
cách nhau một đoạn cố định. Tuy nhiên phương pháp này không thể sử dụng cho
mọi trường hp của trở kháng tải.
Sơ đồ phối hp trở kháng dùng 2 đây nhánh đưc mô tả ở Hình 1.10a,
trong đó tải có thể nằm cách dây nhánh đầu tiên một khoảng bất kì. Tuy nhiên,
trong thực tế chúng ta thường sử dụng sơ đồ 1.10b, với tải đặt ngay sát dây

Đây là trường hp tng quát hơn của phương pháp phối hp bằng đoạn
dây λ/4. Trong phương pháp này chúng ta dùng một dây truyền sóng có độ dài l
bất kỳ mắc nối tiếp để phối hp một trở kháng phức Z
L
với một đường truyền
sóng có trở kháng đặc tnh Z
0
(Hình 1.12).
Z
L
Z
a
Z
0
l
A
A

Hình 1. 12 Phối hợp trở khng bằng đoạn dây có chiều dài bt kỳ
Ở đây chúng ta cần xác định Z
a
và l dể có thể phối hp Z
L
với Z
0
.

Trích đoạn Thiết kế và mụ phỏng Bộ chia/cộng 1:8 Chế tạo modul bụ̣ chia/cụ̣ng Wilkinson Bộ chia/cộng 4

---