bộ giáo dục v đo tạo bộ quốc phòng
học viện kỹ thuật quân sự
.........................................
phan trọng đức
nghiên cứu khả năng ứng dụng
linh kiện thế hệ mới cho bộ khuếch
đại cao tần máy thu ra đa
luận văn thạc sỹ Kỹ thuật
H nội năm 2005

bộ giáo dục đo tạo bộ quóc phòng
học viện kỹ thuật quân sự
.........................................
phan trọng đức
nghiên cứu khả năng ứng dụng
linh kiện thế hệ mới cho bộ khuếch
đại cao tần máy thu ra đa
Chuyên ngnh VTĐT v TTLL
Mã số 2.02.03
luận văn thạc sỹ Kỹ thuật
ngời hớng dẫn khoa học
Trịnh Đình Cờng
H nội 2005

bộ giáo dục v đo tạo bộ quốc phòng
học viện kỹ thuật quân sự
.........................................
luận văn thạc sỹ kỹ thuật
tên đề ti :
nghiên cứu khả năng ứng dụng linh kiện thế hệ

Trang
Mở đầu :............................................................................................................1
Chơng 1-Tổng quan về sự ra đời v phát triển của bộ KĐCT
trong máy thu ra đa.............................................4
1.1.lịch sử phát triển của bộ KĐCT trong máy thu :................................... 4
1.2.Vị trí v vai trò của bộ KĐCT trong máy thu ra đa.................................6
1.2.1.Vị trí bộ KĐCT................................................................................. 6
1.2.2.Vai trò bộ KĐCT...............................................................................8
1.2.3.Phân loại bộ KĐCT...........................................................................8
1.3.Các tham số bộ KĐCT...........................................................................9
1.3.1. Hệ số khuếch đại điện áp.................................................................9
1.3.2. Dải thông.......................................................................................10
1.3.3. Dẫn nạp vo...................................................................................11
1.3.4. Dẫn nạp ra......................................................................................11
1.3.5. Hệ số khuếch đại dòng điện...........................................................11
1.3.6. Hệ số khuếch đại công suất........................................................... 11
1.4. Các bộ khuếch đại cao tần...................................................................12
1.4.1. Bộ KĐCT dùng đèn ba cực mắc Katốt chung................................12
1.4.2. Bộ KĐCT dùng đèn 3 cực mắc lới chung....................................14
1.4.3. Bộ KĐCT kiểu mắc Katốt chung - lới chung (cascode)..................15
1.4.4. Bộ KĐCT dùng tranzistor..............................................................18
1.4.5. Bộ KĐCT dùng đèn sóng chạy......................................................22
1.4.6. Các bộ khuếch đại cao tần tạp âm nhỏ...............................................23
Kết luận chơng 1.......................................................................................32

Chơng 2- Khả năng công nghệ của mạch dải, đi ốt , tranzitor trờng
lm nhiệm vụ KĐCT .............................................................. 32
2.1. một số linh kiện thế hệ mới lm nhiệm vụ khuếch đại
ở tần số cao hiện nay........................................................................... 32
2.1.1. Đờng truyền vi dải ( mạch dải )...................................................32

Phụ lục 1- Carrier frequency......................................................................77
Phụ lục 2- RF leven ..................................................................................78
Phụ lục 3- Output control...........................................................................80
Phụ lục 4- Kết qủa kiểm nghiệm đo v vẽ dải thông cho bộ KĐCT..........81
Danh mục các bảng
Bảng 2.1.Các ứng dụng cơ bản của FET.........................................................43
Bảng 2.1.Các tham số điện của tranzistor c3358............................................61
Danh mục hình vẽ , đồ thị
Hình 1.1.Sơ đồ khối máy thu tách sóng trực tiếp.............................................4
Hình 1.2.Dạng đơn giản của máy thu khuếch đại thẳng..................................5
Hình 1.3.Sơ đồ khối máy thu đổi tần...............................................................6
Hình 1.4.Sơ đồ khối máy thu siêu ngoại sai.....................................................7
Hình1.5.Sơ đồ cấu trúc tổng quát của đi ra đa cảnh giới.................7
Hình 1.6.Sơ đồ khối v tơng đơng của bộ KĐCT.........................................9
Hình 1.7. Đặc tuyến biên độ - tần số đã chuẩn hoá của bộ KĐCT................10
Hình 1.8.Bộ KĐCT dùng đèn 3 cực mắc ka tốt chung..................................13
Hình 1.9. Bộ khuếch đại cao tần dùng đèn 3 cực mắc lới chung................14
Hình 1.10.Bộ KĐCT mắc ka tốt chung lới chung.....................................16
Hình 1.11 Sơ đồ KĐCT dùng tranzistor.........................................................18

Hình 1.12.Bộ KĐCT dùng tranúetor mắc bazơ chung...................................20
Hình 1.13.Bộ KĐCT dùng tranzistor mắc kiểu cascode................................21
Hình 1.14.Cấu tạo đèn sóng chạy kiểu" O."...................................................22
Hình 1.15.Sơ đồ vị trí của mạng hai cực khuếch đại......................................24
Hình 1.16.Sơ đồ tơng đơng mạng 2 cực khuếch đại...................................25
Hình 1.17.(a.b).Sơ đồ tơng đơng của bộ khuếch đại dùng mạng 2 cực..........25
Hình 1.18.Đặc tuyến V-A của Điốt tunen......................................................26
Hình 1.19.Phân bố của hạt khi có kích thích..................................................30
Hình 2.1. Ví dụ về cấu trúc mạch đờng truyền vi dải...................................32
Hình 2.2.Đờng truyền vi dải hở....................................................................33

Hình 3.11.Đặc tuyến C =f(U
m
) của Varicap
VR-101.............................................65
Hình 3.12.Sơ đồ thiết bị khảo sát bộ KĐCT sóng mét...................................70

1
Mở đầu
Ta biết rằng rađa l một trong những ngnh kỹ thuật điện tử hiện đại
lm chức năng: quan sát, cảnh giới, dẫn đờng, đạo hng, khí tợng, thời tiết,
ngắm bắn, điều khiển,..v..v.Rađa l lực lợng nòng cốt đảm bảo trinh sát trên
không trên biển , cảnh báo phòng tránh, cứu nạn, cứu hộ..v..v
Rađa trong quân đội ta hiện nay trang bị cho Phòng không, Không
quân, Hải quân, Pháo binh, Biên phòng, Tăng thiết giáp...Trong đó hầu hết
thuộc thế hệ cũ,linh kiện điện tử, kỹ thuật analog, qua nhiều năm sử dụng,giờ
tích lũy cao, đã xuống cấp nghiêm trọng, giảm tham số kỹ thuật, do dó lm
giảm đáng kể tính năng chiến thuật, đặc biệt l cự ly phát hiện của đi ,một số
đi Rađa mới nhập tuy có nhiều u việt nh đã sử dụng tín hiệu gia công có
cấu trúc phức tạp , điều chế trong độ rộng xung, thu nén xung , xử lý tối u,
bám tự động v bán tự động, đảm bảo tốt cự ly phát hiện...nhng lại có số
lợng không nhiều-do kinh phí hạn hẹp-nên không bao quát hết không phận
của chúng ta. Nhiều vùng trời, vùng biển còn bỏ trống. Bi toán chống bất ngờ
v đánh địch trong điều kiện chiến tranh có sử dụng vũ khí công nghệ cao
cng đòi hỏi chúng ta phải tự thiết kế , chế tạo thay thế tơng đơng bằng linh
kiện thế hệ mới (bán dẫn, vi mạch, vi xử lý v linh kiện tổ hợp..v.v ) nhằm kéo
di thời gian sử dụng, duy trì sức chiến đấu của vũ khí, trang bị, khí ti.
Nhằm góp phần duy trì v nâng cao cự ly phát hiện cho đi ra đa hiện
nay, tôi xin đề xuất đề ti Nghiên cứu khả năng ứng dụng linh kiện thế hệ
mới cho bộ khuếch đại cao tần trong máy thu ra đa
Bộ khuếch đại cao tần (KĐCT) có thể coi nh l tầng đầu tiên của máy

P
x
- Công xuất xung phát (Kw).
W
x
- Độ rộng xung phát (às)
G - Hệ số khuếch đại của an ten.
V
- Diện tích phản xạ hiệu dụng của mục tiêu (m
2
).
f - Tần số công tác của máy thu(MHz).
T
o
= 290
O
K - Nhiệt độ tiêu chuẩn (độ Ken-vanh) .
N
MT
- Hệ số tạp âm của máy thu.
C
b
- Hệ số liện hệ giữa dải thông của máy thu(B) v độ rộng
xung phát ( B = C
b
/
W
x
.)
L - Hệ số tổn hao (L >1).

KĐCT đã v đang đợc sử dụng hiện nay.
Chơng hai :
Khả năng công nghệ của mạch dải, đi ốt, tranzistor trờng lm nhiệm KĐCT.
Chơng ny đề cập khả năng sử dụng các vật liệu linh kiện thế hệ mới nh
mạch dải , đi ốt, tranzistor vo việc thiết kế bộ KĐCT sử dụng trong các máy
thu ra đa.
Chơng ba :
Thiết kế v khảo sát bộ kđct trong các máy thu ra đa sóng mét.
Mục đích của chơng ny l nhằm phân tích nhiệm vụ của bộ KĐCT trong
máy thu ra đa sóng mét hiện nay , đồng thời tính toán kiểm nghiệm bộ KĐCT
theo những chỉ tiêu đặt ra . Ngoi ra việc khảo sát bộ KĐCT lm việc ở dải
tần từ 150MHz đến 170MHz bằng máy tính cũng l mục đích của chơng ny.
Mặt khác sau mỗi chơng đều có kết luận.ở phần cuối cùng của luận
văn , ngoi kết luận của chơng ba còn có kết luận chung của luận văn , trong
đó sẽ trình by những kết quả đạt đợc của luận văn v nhng hớng nghiên
cứu tiếp theo .
Luận văn đơc hon thnh với sự giúp đỡ của tập thể các PGS,GVC,GV
bộ môn ra đa HVKTQS..Đặc biệt, tôi xin trân thnh cảm ơn sự giúp đỡ v chỉ
bảo tận tình trực tiếp của giáo viên hớng dẫn : Tiến sĩ Trịnh Đình Cờng.

4
CHƯƠNG 1
Tổng quan về sự ra đời v phát triển của bộ kđct
trong máy thu ra đa
1.1.lịch sử phát triển của bộ KĐCT trong máy thu .
Sau chiến tranh thế giới lần thứ nhất,ngời ta sử dụng các thiết bị vô
tuyến của nh bác học Nga A.C.
OOBA
(1895).Thnh phần máy thu đầu tiên
rất đơn giản (hình 1.1).Thờng bao gồm :anten , mạch tách sóng v thiết bị

trung tâm ( gần 1000 Hz) (hình1.2)
f
c
F
fr
Mạch
vo
Tách
sóng
KĐCT
Dao
động
chuẩn
Thiết bị
cuối
An
ten
Hình1.2.Dạng đơn giản của máy thu khuếch đại thẳng.
Năm 1922 Ap
M
c
T
po
HA
)
sử dụng máy thu hiện đại hơn,nó có đặc
điểm:
- Đã có thêm bộ trộn tần (P
).
- Có thêm các bộ khuếch đại trung tần (

Hình 1.3 .Sơ đồ khối máy thu đổi tần.
Trong đó :
1- An ten. 6- Khuếch đại trung tần.
2- Mạch vo. 7- Tách sóng
3- KĐCT. 8- Khuếch dại thấp tần.
4- Trộn tần. 9- Thiết bị cuối.
5- Dao động chuẩn.
1.2.Vị trí v vai trò của bộ KĐCT trong máy thu ra đa
.
1.2.1.Vị trí
Để thấy đợc vị trí v vai trò của bộ KĐCT , ta xét sơ đồ khối tổng quát
của thiết bị thu siêu ngoại sai nói chung (hình 1.4) v sơ đồ chức năng tổng
quát của đi ra đa cảnh giới (hình 1.5)

7
An ten
Biến tần
Mạch vo KĐCT
Trộn
tần
Ngoại
sai
KĐ
T.tần
Tách
sóng
KĐ thấp
tần
T.bị
cuối

hiện,đo
toạ độ
v các
tham số
chuyển
động
của mục
tiêu
Nơi
dùn
g
tin
Hình 1.5.Sơ đồ cấu trúc tổng quát của đi ra đa cảnh giới.
Nh vậy bộ khuếch đại cao tần đặt sát ngay sau mạch vo của máy thu,
đứng trớc bộ biến tần đối với máy thu siêu ngoại sai nói chung.

8
.
1.2.2./Vai trò bộ KĐCT.
Bộ khuếch đại cao tần có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu nhận đợc ở tần
số mang cao tần m vẫn giữ nguyên hình dạng của tín hiệu,các thnh phần
phổ v hm số điều chế của nó. Nh vậy bộ khuếch đại cao tần phải dùng một
nguồn năng lợng v nhờ tín hiệu nhận đợc để điều khiển quá trình bổ xung
năng lợng cho tín hiệu . Muốn điều khiển đợc quá trình ny thì bộ khuếch
đại cao tần phải có một dụng cụ khuếch đại v dụng cụ ny phải lm việc ở
chế độ tuyến tính .
Mặt khác, ta thấy độ nhạy của máy thu do tạp âm nội bộ của máy thu
quyết định m tạp âm của máy thu chủ yếu do các tầng đầu tiên của máy thu
quyết định . Có nghĩa l muốn tạp âm của máy thu nhỏ thì tầng khuếch đại
cao tần phải có tạp âm nhỏ v hệ số khuếch đại công suất lớn . Đây l điểm

vμo
. Bé khch ®¹i
®ỵc biĨu diƠn trªn s¬ ®å t¬ng ®¬ng nh mét ngn dßng I víi dÉn n¹p
trong Y
ra
. T¶i ®Çu ra cđa bé khch ®¹i ®ỵc ®Ỉc trng bëi Y
t¶i
.
a/
Tải
b/
H×nh 1.6.S¬ ®å khèi vμ t¬ng ®¬ng cđa bé K§CT.
Tõ s¬ ®å t¬ng ®¬ng ta x¸c ®Þnh ®ỵc tham sè cđa bé khch ®¹i cao tÇn.
1.3.1. HƯ sè khch ®¹i ®iƯn ¸p: K
u
Lμ tØ sè gi÷a ®iƯn ¸p ë ®Çu ra bé khch ®¹i U
ra
trªn ®iƯn ¸p ®Çu vμo
cđa nã U
v
.
U
Y
Y
t
I
I
I
I
Y

M
chính l đặc tuyến biên độ tần số v pha tần số của bộ
khuếch đại.
Để đánh giá tính chất khuếch đại ngời ta thờng dùng môđun của hệ
số khuếch đại ở tần số cộng hởng K (f
0
). Khi so sánh độ chọn lọc của bộ
khuếch đại thì dùng đặc tuyến biên độ tần số đã chuẩn hoá (hình 1.7) với
y (f) =
)(
)(
0
fK
fK
D
ffff
0.7
1
y(t)
Hình 1.7. Đặc tuyến biên độ - tần số đã chuẩn hoá của bộ KĐCT.
.
1.3.2. Dải thông:
Từ đặc tuyến biên độ tần số, chúng ta có thể xác định đợc dải thông
của tầng khuếch đại theo một mức no đó, thờng lấy ở mức 1/
2
. Trong dải
thông đặc tuyến pha tần số có thể coi nh tuyến tính.

11
y (f) =

f
0
2
'
(1.3)
1.3.3. Dẫn nạp vo: Y
v
L tỷ số của dòng điện trên điện áp đầu vo của nó
Y
v
=
v
v
v
U
i
Z

1
(1.4)
1.3.4. Dẫn nạp ra: Y
ra
Đợc xác định bằng tỷ số dòng điện trên điện áp đầu ra của tầng
khuếch đại.
Y
ra
=
ra
ra
ra

M
(f) cũng tơng tự nh ý nghĩa của K
u
(f) v
)( f
M
nhng dùng cho dòng điện.
1.3.6. Hệ số khuếch đại công suất: K
p
L tỷ số giữa công suất đa ra tải trên công suất từ nguồn tín hiệu đầu vo
K
p
=
..
.
iu
v
ra
KK
P
P

(1.7)

12
Nh vậy K
p
đặc trng cho cả bộ khuếch đại v tải. Công suất ra của bộ
khuếch đại đợc tính theo công thức:
P

.
.
.
.
v
t
u
v
v
t
ra
G
G
K
GU
GU

(1.9)
Tại tần số cộng hởng thì K
u
=
RS
gg
S
U
U
trav
ra
.


S
..4
2
(1.12)
1.4. Các bộ khuếch đại cao tần
1.4.1. Bộ khuếch đại cao tần dùng đèn ba cực mắc Katốt chung.
ở dải sóng mét ngời ta thờng dùng bộ khuếch đại cao tần trên đèn ba
cực mắc Katốt chung. Sơ đồ nguyên lý nh hình vẽ (1.8).
Đặc điểm sơ đồ: tầng khuếch đại cao tần gồm có đèn khuếch đại Đ
1
,
khung cộng hởng( L
2
C
2
) l tải của bộ khuếch đại. Điện áp Anốt đợc đa từ
nguồn E
a
qua điện trở R
a
, giá trị của R
a
đảm bảo dải thông cần thiết cho bộ
khuếch đại. Điện cảm L
ag
có tác dụng trung ho điện dung kí sinh C
ag
của đèn

13

C
4
l các điện dung nối tầng ngăn thnh phần một chiều.
Bộ khuếch đại cao tần dùng đèn ba cực mắc Katốt chung có những u
nhợc điểm sau:
- Mức tạp âm tơng đối nhỏ
- Hệ số khuếch đại công suất danh định đủ lớn
- Điện trở vo lớn hơn so với tầng mắc lới chung

14
- Tính ổn định kém, dễ bị tự kích , tính ổn định của bộ khuếch đại kém
vì tồn tại điện dung kí sinh C
ag
gây nên sự phản hồi tín hiệu nên dễ bị tự kích .
Ngời ta đã chứng minh đợc muốn tránh đợc tự kích của bộ khuếch đại thì
hệ số khuếch đại điện áp phải nhỏ hơn K
ổn
.
K
ổn
= (o,24
y
0,57)
ag
C
S
.
Y
(1.13)
S : hỗ dẫn của đèn khuếch đại

Hình 1.9. . Bộ khuếch đại cao tần dùng đèn 3 cực mắc lới chung

15
Trong sơ đồ ny lới của đèn đợc nối đất có tác dụng nh một mn
chắn giữa Katốt v Anốt nên điện dung kí sinh C
ak
giảm đi rất nhiều. Do vậy
khả năng tự kích giảm đi rõ rệt, hệ số khuếch đại điện áp của mạch có thể
nâng lên đáng kể.
Để tạo thiên áp điểm lm việc cho đèn chọn cách cho dòng Anốt qua
khung cộng hởng đầu vo, thiên áp sẽ tạo ra trên R
k
, C
k.
.
Về nguyên tắc lm việc không khác gì sơ đồ mắc Katốt chung, chỉ khác
l ở chỗ điện áp đầu ra lấy trên khung cộng hởng giữa Anốt v lới( L
2
, C
2)
,
( L
1
, C
1
) l khung cộng hởng mạch vo.
Cung cấp nguồn Anốt cho đèn có thể dùng cuộn chặn L
ch
hoặc dùng
điện trở R


16
Tầng đầu tiên của bộ khuếch đại cao tần dùng đèn 3 cực mắc Katốt
chung sẽ duy trì đợc tạp âm nhỏ. Vì điện trở đầu vo tầng hai dùng hai đèn 3
cực mắc lới chung khá nhỏ nên nó phân mạch với tải cộng hởng của tầng 1
do đó hệ số khuếch đại điện áp sẽ nhỏ vì vậy tầng 1 khá ổn định.
fide
Tang
sau
+E
C
L
R
C

C
LL
R
C
C
L
L
C
L
L
Hình 1.10.Bộ KĐCT mắc ka tốt chung lới chung.
Nhng điện dẫn vo tầng 1 nhỏ, điện dẫn ra lớn (vì bị đầu vo tầng sau
phân mạch), trong khi hệ số khuếch đại điện áp nhỏ, nó lại phải đảm bảo hệ số
khuếch đại công suất danh định khá lớn, nên hệ số tạp âm tổng cộng của cả bộ
khuếch đại hầu nh xấp xỉ hệ số tạp âm của tầng đầu. Vì điện dẫn tải tầng đầu