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

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.


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


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

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


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



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


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

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

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

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

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

-

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


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


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)



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)


-

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