Luận án Nghiên cứu một số giải pháp nâng cao chất lượng thu tín hiệu trong đài ra đa
![Luận án Nghiên cứu một số giải pháp nâng cao chất lượng thu tín hiệu trong đài ra đa trang 1 Luận án Nghiên cứu một số giải pháp nâng cao chất lượng thu tín hiệu trong đài ra đa trang 1](https://s1.thuvienluanvan.org/d2fndtiye73ondva/image/2024/03/02/444/luan-an-nghien-cuu-mot-so-giai-phap-nang-cao-chat-luong-thu-trang-1_cXBAMoAovm.jpg)
Trang 1
![Luận án Nghiên cứu một số giải pháp nâng cao chất lượng thu tín hiệu trong đài ra đa trang 2 Luận án Nghiên cứu một số giải pháp nâng cao chất lượng thu tín hiệu trong đài ra đa trang 2](https://s1.thuvienluanvan.org/d2fndtiye73ondva/image/2024/03/02/444/luan-an-nghien-cuu-mot-so-giai-phap-nang-cao-chat-luong-thu-trang-2_t6DE373YyZ.jpg)
Trang 2
![Luận án Nghiên cứu một số giải pháp nâng cao chất lượng thu tín hiệu trong đài ra đa trang 3 Luận án Nghiên cứu một số giải pháp nâng cao chất lượng thu tín hiệu trong đài ra đa trang 3](https://s1.thuvienluanvan.org/d2fndtiye73ondva/image/2024/03/02/444/luan-an-nghien-cuu-mot-so-giai-phap-nang-cao-chat-luong-thu-trang-3_pYnPKknLNS.jpg)
Trang 3
![Luận án Nghiên cứu một số giải pháp nâng cao chất lượng thu tín hiệu trong đài ra đa trang 4 Luận án Nghiên cứu một số giải pháp nâng cao chất lượng thu tín hiệu trong đài ra đa trang 4](https://s1.thuvienluanvan.org/d2fndtiye73ondva/image/2024/03/02/444/luan-an-nghien-cuu-mot-so-giai-phap-nang-cao-chat-luong-thu-trang-4_JDM7eFhPNe.jpg)
Trang 4
![Luận án Nghiên cứu một số giải pháp nâng cao chất lượng thu tín hiệu trong đài ra đa trang 5 Luận án Nghiên cứu một số giải pháp nâng cao chất lượng thu tín hiệu trong đài ra đa trang 5](https://s1.thuvienluanvan.org/d2fndtiye73ondva/image/2024/03/02/444/luan-an-nghien-cuu-mot-so-giai-phap-nang-cao-chat-luong-thu-trang-5_sMIrWjbnSr.jpg)
Trang 5
![Luận án Nghiên cứu một số giải pháp nâng cao chất lượng thu tín hiệu trong đài ra đa trang 6 Luận án Nghiên cứu một số giải pháp nâng cao chất lượng thu tín hiệu trong đài ra đa trang 6](https://s1.thuvienluanvan.org/d2fndtiye73ondva/image/2024/03/02/444/luan-an-nghien-cuu-mot-so-giai-phap-nang-cao-chat-luong-thu-trang-6_VKX50LyRFA.jpg)
Trang 6
![Luận án Nghiên cứu một số giải pháp nâng cao chất lượng thu tín hiệu trong đài ra đa trang 7 Luận án Nghiên cứu một số giải pháp nâng cao chất lượng thu tín hiệu trong đài ra đa trang 7](https://s1.thuvienluanvan.org/d2fndtiye73ondva/image/2024/03/02/444/luan-an-nghien-cuu-mot-so-giai-phap-nang-cao-chat-luong-thu-trang-7_9KFWbywH9x.jpg)
Trang 7
![Luận án Nghiên cứu một số giải pháp nâng cao chất lượng thu tín hiệu trong đài ra đa trang 8 Luận án Nghiên cứu một số giải pháp nâng cao chất lượng thu tín hiệu trong đài ra đa trang 8](https://s1.thuvienluanvan.org/d2fndtiye73ondva/image/2024/03/02/444/luan-an-nghien-cuu-mot-so-giai-phap-nang-cao-chat-luong-thu-trang-8_2MnPYYY4Yi.jpg)
Trang 8
![Luận án Nghiên cứu một số giải pháp nâng cao chất lượng thu tín hiệu trong đài ra đa trang 9 Luận án Nghiên cứu một số giải pháp nâng cao chất lượng thu tín hiệu trong đài ra đa trang 9](https://s1.thuvienluanvan.org/d2fndtiye73ondva/image/2024/03/02/444/luan-an-nghien-cuu-mot-so-giai-phap-nang-cao-chat-luong-thu-trang-9_36Zpfkc76P.jpg)
Trang 9
![Luận án Nghiên cứu một số giải pháp nâng cao chất lượng thu tín hiệu trong đài ra đa trang 10 Luận án Nghiên cứu một số giải pháp nâng cao chất lượng thu tín hiệu trong đài ra đa trang 10](https://s1.thuvienluanvan.org/d2fndtiye73ondva/image/2024/03/02/444/luan-an-nghien-cuu-mot-so-giai-phap-nang-cao-chat-luong-thu-trang-10_3LqmRdDPWy.jpg)
Trang 10
Tải về để xem bản đầy đủ
Bạn đang xem 10 trang mẫu của tài liệu "Luận án Nghiên cứu một số giải pháp nâng cao chất lượng thu tín hiệu trong đài ra đa", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên.
Tóm tắt nội dung tài liệu: Luận án Nghiên cứu một số giải pháp nâng cao chất lượng thu tín hiệu trong đài ra đa
![Luận án Nghiên cứu một số giải pháp nâng cao chất lượng thu tín hiệu trong đài ra đa Luận án Nghiên cứu một số giải pháp nâng cao chất lượng thu tín hiệu trong đài ra đa](https://s1.thuvienluanvan.org/d2fndtiye73ondva/thumb/2024/03/02/luan-an-nghien-cuu-mot-so-giai-phap-nang-cao-chat-luong-thu_28s9aHvQvV.jpg)
ính toán thiết kế các bộ lọc dải thông dạng cài răng lược, cần phải tiến hành theo các bước sau [42]: - Tính toán các tham số điện: Các điện dung nội Ci phân bố trên từng đơn vị độ dài của bề mặt dải dẫn cộng hưởng với tần số và các điện dung tương hỗ, Ci, i + 1. Khi 50 tính toán người ta đưa ra khái niệm tính toán trên các điện dung bản thân và điện dung tương hỗ chuẩn hoá Ci/ε và Ci, i + 1/ε. Ở đây ε là hằng số điện môi tuyệt đối của môi trường truyền lan sóng điện từ. - Từ tham số điện tính toán được, xác định tham số hình học của bộ lọc cài răng lược. Xuất phát từ chỉ tiêu kỹ thuật cần thiết kế của bộ lọc là: + Tần số cắt ω1, ω2: (2,7 ÷ 3,1) GHz; + Tổn hao tối đa trong dải thông Lar: 1 dB; + Tổn hao tối thiểu ngoài dải La: 20 dB; + Trở kháng vào Zv và ra Zr: 50 Ω. Tính toán các tham số của bộ lọc mẫu thông thấp tương ứng bằng cách thay thế biến số: 0 ' 1 0 ' 2 w ω ωω ω ω ⎛ ⎞ − = ⎜ ⎟⎝ ⎠ Dải thông tương đối: w = ω ω ω 2 1 0 − ω0 là tần số trung tâm của bộ lọc: ω0 = ω ω1 2 2 + Đối với bộ lọc mẫu thông thấp có đặc trưng dạng Chebyshev mà tải thuần ở lối ra và vào có g0 = 1; ω 1' và mức gợn sóng L a' [dB], có thể xác định được giá trị các tham số ω 1' , n, g0,... gn + 1. Dẫn nạp nghịch đảo Ji, i + 1 được tính theo các công thức sau [42]: J Y g gA 0 1 0 1 1 1, ' = ω ; , 1 ' 1 1 1i i A i i J Y g gω + + = với i = 1 đến (n - 1). , 1 ' 1 1 1n n A n n J Y g g ω + + = Tính toán các tham số bổ trợ [42]: 2 2 , 1 1 , 1 4 i i i i A J tgN Y θ+ + ⎛ ⎞ = +⎜ ⎟⎝ ⎠ (2.9) (2.7) (2.8) (2.10b) (2.11) (2.10a) 51 Trong đó θ1 = 12 2 wπ ⎛ ⎞ −⎜ ⎟⎝ ⎠ = 1 02 ωπ ω ⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠ M1 = YA J Y h A 0 1 1, + ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ , Mn = YA , 1 1n n B J h Y +⎛ ⎞+⎜ ⎟⎝ ⎠ Thông thường dẫn nạp vào và ra chọn bằng nhau YA = YB nên trong các công thức tính toán chỉ đưa ra dẫn nạp YA. h là tham số cân đối dẫn nạp của các hốc cộng hưởng. Điện dung riêng chuẩn hoá Ci/ε phân bố trên từng đơn vị độ dài được xác định theo công thức sau [42]: 0 376,7 r C ε ε = [2YA - M1] 2 0,1 1,21 1 1 1,2 376,7 2A A A Ar J JC tgY M hY N Y Y θ ε ε ⎧ ⎫⎡ ⎤⎛ ⎞⎪ ⎪⎢ ⎥= − + + + −⎨ ⎬⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎪ ⎪⎣ ⎦⎩ ⎭ C hY N N J Y J Y i r A i i i i i i A i i Aε ε = + − − ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟− + − +376 7 1 1 1 1, , , , , ⎪⎭ ⎪⎬ ⎫ ⎪⎩ ⎪⎨ ⎧ ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ −+⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ++−= − − + A nn nn A nn AnA r n Y J N Y JtghYMYC ,1,1 2 1,1 2 7,376 θ εε Cn r + = 1 376 7 ε ε , [2YA - Mn] với i = 2 đến (n – 1); ε = ε0 + εr ; ε0 = 8,85.10-12F/m. Điện dung tương hỗ chuẩn hoá Ci, i + 1/ε phân bố trên mỗi đơn vị độ dài được xác định theo công thức sau [42]: C r 0 1 376 7, , ε ε = [ M1 - YA ] , 1 , 1376,7i i i i A Ar C J hY Yε ε + +⎛ ⎞ = ⎜ ⎟⎝ ⎠ , 1 376,7n n r C ε ε + = [ Mn - YA ] với i = 1 đến (n - 1). Tham số h được lựa chọn sao cho thoả mãn phương trình sau [42]: 4,5 22 1,,1 =++ +− εεε kkkkk CCC (2.12) (2.15) (2.13a) (2.13b) (2.13c) (2.13d) (2.13e) (2.14a) (2.14b) (2.14c) 52 với: k = n/2 trong trường hợp n chẵn; k = (n + 1)/2 trong trường hợp n lẻ. Như vậy từ tham số h, sẽ xác định được các tham số điện dung tương hỗ chuẩn hoá. Từ tham số điện tính toán được, có thể xác định tham số hình học của bộ lọc cài răng lược. Các tham số hình học của bộ lọc cài răng lược sau khi tính toán thiết kế trên mạch dải RT Duroid 5880 [84] (có hằng số điện môi εr = 2,2, độ dày tấm điện môi h = 1,57 mm, tổn hao tangent = 9e-4, độ dày lớp dẫn t = 36 μm) như sau (xem hình A trong Phụ lục): + Chiều dài bộ lọc: 16,017 mm; + Độ rộng thanh 1: 3,145 mm; Khe hở giữa thanh 1 và thanh 2: 0,0666 mm; + Độ rộng thanh 2: 4,131 mm; Khe hở giữa thanh 2 và thanh 3: 0,396 mm; + Độ rộng thanh 3: 4,231 mm; Khe hở giữa thanh 3 và thanh 4: 0,0667 mm; + Độ rộng thanh 4: 3,148 mm. Bộ hạn chế công suất được thiết kế trên mạch dải RT Duroid 5880. Các sơ đồ mạch điện và ảnh chụp bộ hạn chế công suất được trình bày trong Phụ lục. Các kết quả nghiên cứu thực nghiệm về bộ hạn chế công suất trong ra đa đã được NCS công bố trong bài báo "Một phương pháp thiết kế bộ hạn chế công suất bảo vệ máy thu đài ra đa Π-37" đăng trong Kỷ yếu Hội thảo khoa học Quốc gia lần thứ tư về Nghiên cứu, phát triển và ứng dụng công nghệ thông tin và truyền thông ICT.rda’08 - 08/2008. 2.2. NÂNG CAO ĐỘ ỔN ĐỊNH TẦN SỐ VÀ GIẢM MỨC TẠP PHA CỦA BỘ DAO ĐỘNG TẠI CHỖ Sự không ổn định tổng hợp của ra đa: Nguồn đầu tiên gây mất ổn định ra đa thường là tạp pha của máy thu, bộ kích thích và máy phát. Nếu phổ của 3 hệ thống trên đã có, hoặc thông qua đo lường hoặc thông qua dự báo dựa trên các thiết bị, sự tích chập của tạp pha máy thu - bộ kích thích bị thay đổi bởi hiệu ứng phụ thuộc khoảng cách giữa các hệ thống con, bảo đảm đánh giá phổ của phản xạ nhiễu ổn định, sau đó được biến đổi bởi các bộ lọc thu và tích hợp để nhận được công suất dư do phản xạ nhiễu gây ra. Quá trình này được sử dụng để dự báo nguồn gốc mất ổn 53 định của ra đa hiện có hoặc dự báo chất lượng của ra đa trong giai đoạn thiết kế và cho phép đề ra yêu cầu ổn định đối với các hệ thống con trong ra đa. Có thể thực hiện đo lường độ không ổn định tổng cộng của ra đa. Trong ra đa sử dụng bức xạ tín hiệu mã hóa pha và thu nén xung, lượng nhiễu dư là đáng kể trong khu vực búp sóng phụ theo cự ly cũng như trong xung nén, do điều chế pha trong xung dò dài chứ không chỉ từ xung đến xung. Đo lường sự ổn định của hệ thống ra đa như vậy phải sử dụng rất lớn số lượng các điểm dữ liệu để có được một câu trả lời tin cậy đối với phản xạ nhiễu phân bố theo cự ly. Thêm vào với tạp biên độ và pha của máy thu - bộ kích thích và của máy phát, các anten quét cơ khí cũng tạo ra điều biên chế áp. Hiệu ứng kết hợp là tổng các công suất nhiễu dư do mỗi nguyên nhân riêng tạo ra. Tác động của các tham số đầu vào đến chất lượng thu: Chất lượng thu ra đa xung không tương can bị ảnh hưởng bởi 3 yếu tố. Tạp ở đầu vào làm tăng tạp nhiệt, giảm độ nhạy và giới hạn khả năng phát hiện cực đại các mục tiêu có thể phát hiện. Sự bão hòa tín hiệu lớn giới hạn khả năng phát hiện cực tiểu của ra đa. Chất lượng thu ra đa tương can bị ảnh hưởng nhiều hơn bởi đặc tính trộn ký sinh. Độ chính xác đo cự ly và tốc độ bị giảm trong ra đa xung Doppler, mục tiêu cố định được loại bỏ trong ra đa chỉ thị mục tiêu di động và các búp phụ theo cự ly tăng lên trong hệ thống nén xung có độ phân giải cao. Độ ổn định thu tín hiệu: Độ ổn định thu tín hiệu của đài ra đa phụ thuộc nhiều vào chất lượng bộ dao động ngoại sai vì các hài của nó là nguyên nhân chính gây ra can nhiễu giả. Mức tạp đến từ bộ dao động ngoại sai (LO) rất quan trọng, vì nó được biến đổi xuống trung tần (IF) và gây ra tạp lớn ở tầng thứ 2, từ đó gây ra méo phi tuyến. Vì vậy, để nâng cao độ ổn định thu tín hiệu của đài ra đa phải nâng cao độ ổn định tần số và giảm mức tạp pha của các bộ dao động bán dẫn sử dụng làm ngoại sai trong máy thu của đài ra đa. Có 2 giải pháp thiết kế chế tạo bộ VCO: sử dụng điốt Gunn (hoặc Impatt) và sử dụng transistor. Vấn đề nghiên cứu, khảo sát tạp và giải pháp nâng cao tính ổn định của các bộ dao động điốt bán dẫn SCT đã được trình bày chi tiết trong [14]. 54 2.2.1. Độ ổn định tần số của các bộ dao động VCO Độ ổn định tần số là vấn đề chủ yếu khi thiết kế các bộ dao động VCO dùng transistor. Độ ổn định tần số của bộ dao động là hàm của nhiều yếu tố như: nhiệt độ, chất lượng nguồn cung cấp, trở kháng tải, lắc cơ học, sức hút trái đất, lão hoá và tạp của bản thân linh kiện [50]. Các nhà thiết kế phải có khả năng đo và lấy đặc trưng các tác động này. Độ không ổn định tần số của VCO ảnh hưởng đến các tham số đặc trưng của các thành phần khác trong hệ thống và thậm chí còn làm ảnh hưởng cả hệ thống đầu vào. Việc khảo sát tạp của các bộ dao động là nhiệm vụ khó, trong quá trình thực hiện cần phải lưu ý đến tính chất vật lý của linh kiện. Ảnh hưởng của tạp pha bộ VCO trong máy thu làm giảm cả SNR và độ nhạy máy thu [41]. Khi khảo sát độ ổn định tần số, trước tiên phải tính đến ảnh hưởng khi thay đổi nhiệt độ. Điều này chủ yếu do sự phụ thuộc vào nhiệt độ của dẫn nạp và dung kháng linh kiện bán dẫn và một phần nhỏ hơn do sự phụ thuộc vào nhiệt độ của hốc cộng hưởng. Ổn định tần số có mấy phương pháp chính sau [16], [35], [54], [76]: • Sử dụng mạch cộng hưởng có hệ số phẩm chất cao và ít phụ thuộc vào nhiệt độ; • Áp dụng bình giữ nhiệt để giảm sự thay đổi nhiệt độ; • Bằng cách chọn phần tử điều hưởng phụ thuộc nhiệt độ phù hợp để bù khử sự phụ thuộc nhiệt độ của dẫn nạp điốt. Khi thiết kế mắc một tụ điện làm bằng gốm có hằng số điện môi lớn và có hệ số nhiệt độ âm song song với điốt điện trở âm, có thể giảm rất nhiều độ lệch nhiệt độ của bộ tạo dao động; • Áp dụng điều khiển điện bằng cách sử dụng tín hiệu tham chiếu ổn định chuẩn (ví dụ tín hiệu đã được nhân lên của dao động thạch anh). Giải pháp thực hiện có thể là mạch tự động điều chỉnh tần số hoặc trong các giải pháp hiện đại là mạch PLL. Ngoài các phương pháp ổn định tần số ở trên còn có một số phương pháp khác cần phải đặc biệt lưu ý khi thiết kế chế tạo các bộ dao động VCO. Ví dụ như nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước giá đỡ điốt lên tần số và độ ổn định tần số của các bộ dao động VCO dùng điốt trở kháng âm, có thể chọn kích thước giá đỡ điốt 55 tối ưu để tạo được bộ dao động VCO có độ ổn định cao [72]. Hoặc khi thiết kế bộ dao động VCO ta chọn phương án giảm chiều cao thành hẹp ống sóng để nâng cao độ ổn định tần số và đưa vào vít điều chỉnh để chặn các hài bậc cao [45]. 2.2.2. Sự phát sinh tạp trong bộ dao động Các hiệu ứng vật lý biến động ngẫu nhiên xảy ra trong các mạch điện khác nhau của bộ dao động tùy thuộc vào vị trí phổ của chúng đối với sóng mang: + Các thành phần tạp ở độ lệch tần số thấp dẫn đến điều chế tần số sóng mang do trung bình bình phương biến thiên tần số tỷ lệ với công suất tạp có trong mạch; + Các thành phần tạp ở độ lệch tần số cao dẫn đến điều chế pha sóng mang do trung bình bình phương biến thiên pha tỷ lệ với công suất tạp có trong mạch. 2.2.3. Khảo sát tạp điều biên (AM) và điều pha (PM) ở đầu ra bộ dao động dùng transistor. Hai mô hình tạp tuyến tính quan trọng để hiểu được tạp đơn biên SSB: Mô hình tạp pha Leeson [33] và mô hình tạp của Lee và Hajimiri [17]. Lý thuyết tạp có thể được chia thành: tạp do điều chế và tạp do chuyển đổi. Tất cả nội dung này sẽ được giải thích chi tiết ở phần sau. 2.2.3.1. Tạp do chuyển đổi và điều chế trong các bộ dao động. Mức độ mà một bộ dao động tạo ra tần số không đổi trong một khoảng thời gian xác định gọi là độ ổn định tần số của bộ dao động. Nguyên nhân không ổn định tần số là do sự hiện diện của tạp trong mạch dao động, gây ra điều chế tín hiệu, tạo ra sự thay đổi trong phổ tần số và được gọi là tạp pha. Tín hiệu sóng mang không điều chế được biểu diễn như sau: )( 2 1 2 )2cos()( 0 0 dt df tf tfAtf c c c θ π θπθ θπ = += += Trường hợp của một tín hiệu không điều chế, fc là hằng số, biểu diễn bởi đạo hàm theo thời gian của pha (góc θ), nhưng thông thường, đạo hàm này không phải là hằng số, biểu diễn như một tần số tức thời thay đổi theo thời gian và được biểu thị là fi = (2.16) (2.17) (2.18) 56 (1/2π)(dθi/dt) và pha tương ứng được xác định là θi(t) = i2 f dtπ∫ . Đối với sóng mang chưa điều chế θi(t) = (2πfct + θ0), với θ0 = θi(t)|t = 0. Pha của sóng mang thay đổi tuyến tính bằng cách điều chế tín hiệu m(t), kết quả điều chế pha θi(t) là: )(2)( tmktft pci += πθ Trong đó kp là độ nhạy pha (có thứ nguyên là radian trên mỗi đơn vị của tín hiệu điều chế) và tần số ωi tức thời của sóng mang được điều chỉnh bởi việc điều chế với tín hiệu điều chế như sau: dt dmk dt d pci i i +=⇒= ωω θ ω Tín hiệu đã điều chế pha có thể biểu thị trong miền thời gian như sau: )](2cos[)( tmktfAts pcc += π 2.2.3.2. Điều chế bởi một tín hiệu tạp Tín hiệu tạp n(t) = rn(t) cos[2πfct + θ + Φn(t)] đưa vào một mạch dao động ngẫu nhiên, tín hiệu đầu ra bộ dao động cần có được biểu thị bởi biểu thức f(t)= Acos[2πfct+θ]. Giả thiết rn(t) là hệ số của tín hiệu tạp có phân bố Rayleigh và là các hàm của tín hiệu tạp. Pha Φn(t) có phân bố tuyến tính và là một hàm phân bố của tín hiệu tạp. Đầu ra của mạch dao động được xem như là tổng của tín hiệu kết hợp: { } [ ] )](cos[ )(sin)(cos ]2sin[()](sin[)()](cos[)()]2cos[( ]2sin[()](sin[)(]2cos[()](cos[)()]2cos[( )](2cos[()]2cos[( )()()( 2 2 2 1 2 2 2 1 2 2 2 2 1 12 2 2 1 tCC t CC Ct CC CCC tfttrttrAtf tfttrtfttrtfA ttfrtfA tntftg e ee cnnnnc cnncnnc ncnc Φ+Ψ+= ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ Φ + −Φ + += +Φ−Φ++= +Φ−++Φ++= Φ++++= += θπθπ θπθπθπ θπθπ với: 2 2 2 1 2)](sin[ CC Cte + =Φ 2 2 2 1 1)](cos[ CC Cte + =Φ (2.19) (2.20) (2.21) (2.22) (2.23) (2.24) 57 2 2 2 1)( CCtR += Ψ−Ψ= sincos)( 21 CCtg )](cos[)(1 ttrAC nn Φ+= 2 ( )sin[ ( )]n nC r t t= Φ θπ +=Ψ tfc2 Số hạng pha Φe(t) là hàm biến thiên theo thời gian và có thể biểu thị: ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ Φ+ Φ ==Φ −− )](cos[)( )](sin[)(tan][tan)( 1 1 21 ttrA ttr C Ct nn nn e Đối với tỷ số tín/tạp lớn, Φe(t) có thể xấp xỉ như sau: ( )( ) sin[ ( )]ne n r tt t A Φ = Φ và tín hiệu đầu ra bộ dao động được biểu diễn thành: )()()( tntftg += ( ) ( ) cos[(2 ( )]c eg t R t f t tπ θ⇒ = + + Φ [ ] [ ]2 22 21 2( ) ( ) cos ( ) ( )sin ( )n n n nR t C C A r t t r t t⎡ ⎤ ⎡ ⎤= + = + Φ + Φ⎣ ⎦ ⎣ ⎦ Đó là pha được điều chế bởi tín hiệu tạp n(t), kết quả là tín hiệu đầu ra bộ dao động bao gồm dải biên điều chế bởi tạp có trong mạch điện, được gọi là tạp pha. Biên độ của dải biên điều chế pha được cho bởi tích của biên độ sóng mang và một hàm Bessel bậc một và có thể được biểu diễn như sau: [ ] 1)(2 1 = = nncSSB JAA β [ ])( 2 1 1 βJA A c SSB = c SSB c SSB P P A A = ( ) 10log 10log[ ]SSBm n c Pf B P ζ ⎡ ⎤ = −⎢ ⎥⎣ ⎦ Trong đó ( )mfζ là tạp pha do điều chế tạp, ASSB là biên độ biên của điều chế pha ở Δf từ sóng mang và Bn [Hz] là dải thông tạp. 2.2.3.3. Các mô hình tạp của bộ dao động Hiện tại, có hai mô hình khác nhau nhưng liên quan chặt chẽ với nhau về tạp của bộ dao động. Mô hình thứ nhất do Leeson đề xuất, gọi là mô hình của Leeson (2.30) (2.31) (2.32) (2.33) (2.34) (2.35) (2.36) (2.37) (2.25) (2.26) (2.29) (2.27) (2.28) 58 và dự đoán tạp khi sử dụng mô hình của Leeson được dựa trên tính chất bất biến theo thời gian của bộ dao động chẳng hạn như hệ số phẩm chất của bộ cộng hưởng Q, hệ số khuếch đại phản hồi, công suất ra và hệ số tạp. a. Mô hình bộ dao động của Leeson Khi xem bộ dao động như bộ khuếch đại với mạch phản hồi [33], trong đó tạp pha được cộng vào bộ khuếch đại như là hệ số tạp: in out out out in SNR N NF SNR N G GkTB = = = Trong đó: Nout = FGkTB Nin = kTB. Nin là tổng công suất tạp đầu vào của bộ khuếch đại tạp tự do. Tạp pha đầu vào trong dải thông 1 Hz ở bất kỳ tần số f0 + fm từ sóng mang khi thay đổi pha (hình 2.14) là: Δθđỉnh 1nRMS avsRMS avs V FkT V P = = avs RMS P FkT 2 1 1 =Δθ Trong đó Pavs : công suất trung bình đầu ra bộ dao động. Khi quan hệ pha ngẫu nhiên tương quan tồn tại ở tần số f0 - fm , thay đổi pha tổng cộng trở thành: ΔθRMS tổng avs FkT P = Mật độ phổ của tạp pha là: avs RMSm P FkTBfS =Δ= 2)( θθ Khi B =1 (dải thông 1 Hz). Sử dụng: kT0B = -174 dBm/Hz (B =1) cho phép tính toán mật độ phổ tạp pha ở xa sóng mang (ví dụ ở giá trị fm lớn). Tạp pha này là nền tạp của bộ khuếch đại. Ví dụ bộ khuếch đại với mức công suất đầu vào +10 dBm, hệ số tạp 6 dB, cho ta: Sθ (fm > fc) = -174 dBm + 6 dB -10 dBm = -178 dB. Với điều chế tần số gần sóng mang, Sθ(fm) chỉ thị tạp nhấp nháy (flicker) hoặc thành phần 1/f mô tả ở tần số góc fc. Tạp pha có thể mô hình hóa bằng bộ khuếch đại tạp tự do và (2.38) (2.39) (2.40) (2.41) (2.42) (2.43) (2.44) 59 điều chế pha ở đầu vào như hình 2.15. Sự trong sạch của tín hiệu bị giảm đi do tạp nhấp nháy ở các tần số gần sóng mang. R PV avsavsRMS = R FkTVnRMS =1 Hz1 mff +00f avsP avsRMSV 1nRMSV mff +00f 2nRMSV mff −0 0ω θΔ 2avsRMSV mω 21nRMSV Hình 2.14: Tạp pha cộng vào sóng mang. )(0 mfS mf cf avsP FkTB 0S Hình 2.15: Mô hình hóa tạp bằng bộ khuếch đại tạp tự do và điều chế pha. Phổ tạp pha có thể mô tả bằng: )1()1()( =+= B f f P FkTBfS m c avs mθ (2.45) 60 Bộ dao động có thể mô hình hóa như là bộ khuếch đại với mạch phản hồi như hình 2.16. Tạp pha ở đầu vào bộ khuếch đại bị ảnh hưởng bởi dải thông của mạch cộng hưởng. Mạch lưu trữ hoặc mạch cộng hưởng dải thông có hàm truyền thông thấp là: )/2(1 1)( 0ωω ω mL m Qj L + = Trong đó: 22 0 B QL = ω là nửa dải thông của mạch cộng hưởng. Các công thức này mô tả đáp tuyến biên độ của mạch cộng hưởng thông dải; tạp pha được truyền không suy giảm qua mạch cộng hưởng đến nửa dải thông. Đáp ứng vòng kín của mạch vòng phản hồi pha là: )() 2 1()( 0 min mL mout fQj f θ ω ω θ Δ+=Δ θΔ ( )in mS fθ ( ), ( )out m mS f fθ ζ inθΔ outθΔ )/2(1 1)( oloadm m Qj L ωω ω + = Hình 2.16: Mô hình mạch phản hồi tương đương của tạp pha bộ dao động. Công suất truyền trở thành mật độ phân bố pha: 20 2 1( ) 1 ( ) ( ) 2out m in mm L fS f S f f Qθ θ ⎡ ⎤ = +⎢ ⎥⎣ ⎦ Trong đó Sθin cho bởi công thức (2.45). Tóm lại: (2.46) (2.47) (2.48) (2.49) 61 )() 2 (11 2 1)( 202 min Lm m fSQ f f f θζ ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ += Công thức (2.50) mô tả tạp pha ở đầu ra bộ khuếch đại. Sự thay đổi pha Sθin ở đầu vào tăng bởi mạch phản hồi pha tích cực trong phạm vi nửa dải thông của mạch cộng hưởng, f0/2QL. Tuỳ thuộc vào quan hệ giữa fc và f0/2QL, có 2 trường hợp cần quan tâm được chỉ ra trong hình 2.17. Sθ cf 1− mf avsP FkT Sθ cf 1− mf avsP FkT )( mfζ cf 3− mf avsP FkT 2 1− mf 0 mf Q f 2 0 cf 3− mf 1− mf 0 mf Q f 2 0 )( mfζ Hình 2.17: Tạp pha của bộ dao động có Q cao và thấp. Trong trường hợp hệ số phẩm chất Q thấp, phổ tạp pha không bị ảnh hưởng bởi Q của mạch cộng hưởng, nhưng mật độ phổ £(fm) sẽ biểu diễn 1/f3 và 1/f2 tùy thuộc vào khoảng cách với sóng mang. Trong trường hợp hệ số phẩm chất Q cao, miền 1/f3 và 1/f rất gần với sóng mang. Thay thế (2.45) vào (2.50) ta có tạp tổng cộng của mô hình Leeson được giới thiệu gần giống với cách tính toán tạp pha của bộ dao động: ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ +++=+⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ += 1) 2 (1 4 1 2 )1() 2 (11 2 1)( 2022 2 0 3 20 2 m c LmL c mavsm c avsLm m f f Q f fQ ff fP FkT f f P FkT Q f f fζ Tạp pha của bộ VCO lúc này được biểu diễn là: (2.50) (2.51) 62 2 2 0 0 2 2 0 2( ) 10log 1 (1 ) (2 ) 2 (1 / ) c m m L m avs L m f f kTRKFkTf f Q f P Q Q f ζ ⎧ ⎫⎡ ⎤⎪ ⎪ = + + +⎨ ⎬⎢ ⎥ −⎪ ⎪⎣ ⎦⎩ ⎭ Trong đó: ζ(fm): tỷ số của công suất trong dải thông 1 Hz và tổng công suất (mật độ phổ), [dB]; fm : độ lệch tần số, [Hz]; f0 : tần số trung tâm, [Hz]; fc : tần số nhấp nháy, [Hz]; QL : hệ số phẩm chất tải của mạch điều hưởng; Q0 : hệ số phẩm chất không tải của mạch điều hưởng: Q0 > QL; F : hệ số tạp; kT = 4,1.10-21 tại nhiệt độ 300ºK (nhiệt độ trong phòng); Pavs : công suất trung bình đầu ra bộ dao động; R : điện trở tạp tương đương của điốt điều hưởng (khoảng từ 200 Ω ÷ 10 kΩ); K0 : hệ số khuếch đại điện áp dao động. Số hạng cuối cùng của phương trình tạp pha của Leeson chính là tạp điều chế. Những nhược điểm của phương trình tạp Leeson đã điều chỉnh: + Hệ số tạp F là giá trị do kinh nghiệm và khó tính toán do tính chất thay đổi tuyến tính theo thời gian của tạp; + Tạp pha trong vùng 1/f3 là một biểu thức thực nghiệm với các thông số phù hợp. Khi có thêm mạch phân cách khuếch đại, tạp của mạch dao động LC được biểu diễn là: [ ] [ ]2 24 30 0 0 0 0 3 2 2 0 /(2 ) (2 / ) /(2 ) 2 2( ) [ ]R E L L R L Em m m m m a f
File đính kèm:
luan_an_nghien_cuu_mot_so_giai_phap_nang_cao_chat_luong_thu.pdf
ThongTin KetLuanMoi LuanAn NCS NguyenVanHanh.doc
TomTat LuanAn NCS NguyenVanHanh_English.pdf
TomTat LuanAn NCS NguyenVanHanh_TiengViet.pdf