Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu thiết kế chế tạo modun khuếch đại công suất dùng trong máy phát Radar dải sóng dm(820900Mhz) (luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu thiết kế chế tạo modun khuếch đại công suất dùng trong máy phát Radar dải sóng dm(820900Mhz) (luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu thiết kế chế tạo modun khuếch đại công suất dùng trong máy phát Radar dải sóng dm(820900Mhz) (luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu thiết kế chế tạo modun khuếch đại công suất dùng trong máy phát Radar dải sóng dm(820900Mhz) (luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu thiết kế chế tạo modun khuếch đại công suất dùng trong máy phát Radar dải sóng dm(820900Mhz) (luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu thiết kế chế tạo modun khuếch đại công suất dùng trong máy phát Radar dải sóng dm(820900Mhz) (luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu thiết kế chế tạo modun khuếch đại công suất dùng trong máy phát Radar dải sóng dm(820900Mhz) (luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu thiết kế chế tạo modun khuếch đại công suất dùng trong máy phát Radar dải sóng dm(820900Mhz) (luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu thiết kế chế tạo modun khuếch đại công suất dùng trong máy phát Radar dải sóng dm(820900Mhz) (luận văn thạc sĩ)
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 TÓM TẮT NỘI DUNG Bảo vệ chủ quyền quốc gia nhiệm vụ đặc biệt quan trọng dân tộc thời chiến lẫn thời bình Việt Nam nước phát triển, có nhiều nguồn lực kinh tế xã hội mặt công nghệ lạc hậu Hơn nữa, sống thời kỳ mở cửa hội nhập với bạn bè quốc tế, hội có nhiều phải đối mặt với thách thức ngày phức tạp Hệ thống đài radar quân góp phần quan trọng công bảo vệ toàn vẹn lãnh thổ thiêng liêng tổ quốc Đài radar hệ thống phức tạp từ việc tìm hiểu nguyên lý hoạt động thiết kế, xây dựng chế tạo Trong hệ thống phần máy phát công suất lớn nhà khoa học nước đặc biệt quan tâm Do việc tìm hiểu nguyên lý hoạt động, bước làm chủ công nghệ chế tạo máy phát công suấ t lớn nhiệm vụ cần thiết nhà khoa học Việt Nam Trong khuôn khổ luận văn này, song song với việc nghiên cứu lý thuyết siêu cao tần hoạt động máy phát công suất lớn cho đài radar dải sóng dm, nghiên cứu, thiết kế chế tạo thành công modul khuyếch đại công suất lối 80W, modun kết hợp với tầng modun kích công suất khác để cấu thành nên máy phát công suất lớn đài radar hoạt động dải sóng dm Do thời gian thực luận văn ngắn, cộng với vốn kiến thức hạn chế nên luận văn chắn nhiều thiếu sót, mong nhận góp ý, bảo thầy cô để hoàn thiện viết Hà nội, ngày 20 tháng 12 năm 2011 Học viên Ngô Văn Thƣởng Mục lục Mục lục DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ LỜI MỞ ĐẦU Chƣơng III Thiết kế chế tạo mạch khuếch đại công suất siêu cao tần 13 CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG RADAR 14 Lịch sử phát triển Radar 14 Phân loại đài radar 18 Sơ đồ khối máy phát radar 20 CHƢƠNG KỸ THUẬT THU PHÁT SIÊU CAO TẦN 29 Giới thiệu chung 29 Thiết kế mạch khuếch đại công suất kỹ thuật siêu cao tần 29 2.1 Mô hình tương đương tham số tập trung đường truyền 30 2.2 Phương trình sóng nghiệm 31 2.3 Truyền sóng đường dây Nghiệm phương trình vi phân 33 2.4 Thiết kế khuếch đại siêu cao tần sử dụng ma trận tán xạ [S] 37 2.5 Các tham số tán xạ mạng hai cổng 39 2.6 Một số phương pháp phối hợp trở kháng 43 2.6.1 Phối hợp trở kháng dùng phần tử tập trung 44 2.6.2 Phối hợp trở kháng dùng dây nhánh 45 2.6.3 Phối hợp trở kháng dùng hai dây nhánh 45 2.6.4 Phối hợp trở kháng doạn dây lamda/4 47 2.6.5 Phối hợp trở kháng đoạn dây có chiều dài 47 2.6.6 Phối hợp trở kháng đoạn dây mắc nối tiếp 48 CHƢƠNG THIẾT KẾ CHẾ TẠO MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT SIÊU CAO TẦN 49 Thiết kế, mô phỏng, chế tạo khuếch đại công suất dùng Transistor PTF082001E 50 Mô kết tính toán phối hợp trở kháng 52 Kết đo 55 Sau tiến hành đấu nối thiết bị với mạch khuếch đại, tiến hành đo kiểm tra kết thu tần số sau: 60 KẾT LUẬN: 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 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 liệu Traffic Data hệ thống dịch vụ Inter-facility không lưu Communication AMHS Air Service Hệ thống trao đổi văn Traffic Handing dịch vụ không lưu Massage Systtôi ATM Air Traffic Managtôient Hệ thống quản lý không lưu ATN Air Traffic Network 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 Communications liệu kiểm soát viên không lưu phi công DSB Double Sidebands ICAO International Dải biên kép Civil Tổ chức hàng không dân Aviation Organization EHF Extrtôiely dụng quốc tế High Frequecy LNA 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 đa giám sát Radarr sơ cấp PR Primary Radarr Radar sơ cấp RF Radio Frequency Tần số vô tuyến SHF Super High Frequency Tần số siêu cao SR Secondary Radarr Radar thứ cấp SSR Secondary SSB Surveillance Hệ thống radar giám sát Radarr thứ cấp Single Sidebands Dải biên đơn UHF Ultra High Frequency Tần số cực cao USB Upper Sidebands Dải biên cao VCO Voltage Controlled Bộ dao động điều khiển điện áp Oscillator DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.0 Cách săn bắt mồi loài dơi Hình 1.1 Sơ đồ phân loại đài radar Hình 1.2 Sơ đồ khối hệ thống radar Hình 1.3 Sơ đồ kết nối anten Hình 1.4 Mô hình hoạt động trộn tần Hình 2.1 Dây dẫn song song sơ đồ tương đương Hình 2.2 Sơ đồ tương đương mạng cổng Hình 2.3 Sơ đồ tương đương mạng hai cổng Hình 2.4 Sơ đồ phối hợp trở kháng Hình 2.5 Sơ đồ phối hợp trở kháng dùng phần tử tập trung Hình 2.6 Phối hợp trở kháng đoạn dây nhánh Hình 2.7 Sơ đồ phối hợp trở kháng sử dụng dây nhánh song song Hình 2.8 Sơ đồ sử dụng đoạn dây λ/4 Hình 2.9 Phối hợp trở kháng đoạn dây có chiều dài Hình 2.10 Phối hợp trở kháng hai đoạn dây mắc nối tiếp Hình 3.1 Bộ tổ hợp công suất đề tài luận văn Hình 3.2 Sơ đồ mạch phối hợp trở kháng Hình 3.3 Mô phối hợp trở kháng đầu vào Hình 3.4 Mạch phối hợp đầu Hình 3.5 Kết mô phối hợp trở kháng đầu vào Hình 3.6 Kết mô phối hợp trở kháng đầu Hình 3.7 Mạch chế tạo Hình 3.8 Đo công suất đầu oát kế Hình 3.9 oát kế chưa đưa tín hiệu đầu vào Hình 3.10 Công suất tín hiệu đầu vào tăng dần, oát kế 20W Hình 3.11 oát kế 40W Hình 3.12 oát kế 70W tín hiệu đầu vào 7dbm Hình 3.13 oát kế 80W tín hiệu đầu vào 7,5dbm Hình 3.14 Phổ tần số 820Mhz Hình 3.15 Phổ tần số 830Mhz Hình 3.16 Phổ tần số 850Mhz Hình 3.17 Phổ tần số 860Mhz Hình 3.18 Phổ tần số 870Mhz Hinh 3.19 Phổ tần số 890Mhz Hình 3.20 Giản đồ dải thông khuếch đại công suấ LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, xin bảy tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy Bạch Gia Dương, người tận tình hướng dẫn, giúp đỡ suốt thời gian thực luận văn Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy cô Bộ môn Vô tuyến Điện tử thầy cô Khoa Vật lý Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội, người nhiệt tình giảng dạy bảo suốt hai năm học qua Và xin cảm ơn thầy cô cán trung tâm nghiên cứu Điện tử Viễn thông Trường Đại học Công nghệ tạo điều kiện tốt cho nghiên cứu thời gian làm luận văn Cuối xin cảm ơn gia đình bạn học viên cao học khóa 2009- 2011, người bên cạnh động viên, giúp đỡ trình học tập Hà Nội ngày 20 tháng 12 năm 2011 Học viên Ngô Văn Thƣởng 10 Hình 3.4 Mạch phối hợp đầu Hình 3.5: Kết mô phối hợp trở kháng đầu vào 53 Hình 3.6: Kết mô phối hợp trở kháng đầu Hình 3.7 Mạch chế tạo 54 Kết đo Để đo đánh giá kết modun khuếch đại, sử dụng tín hiệu đầu vào lấy từ máy phát công suất SIGNAL GENARATOR SG 8550 có công suất tín hiệu lối tối đa +9dbm Hình 3.8 Đo công suất đầu mạch oát kế 55 Hình 3.9 oát kế chưa đưa tín hiệu đầu vào 56 Hình 3.10 Công suất tín hiệu đầu vào tăng dần, oát kế 20W 57 Hình 3.11 oát kế 40W 58 Hình 3.12 oát kế 70W tín hiệu đầu vào 7,5dbm 59 Hình 3.13.oát kế 80W tín hiệu đầu vào 9dbm Qua kết đo công suất đầu oát kế có gắn sensor 100W, điều chỉnh tăng công suất tín hiệu đầu vào từ máy phát công suất, kim oát kế tăng dần theo chiều kim đồng hồ Khi tín hiệu đầu vào tăng đến +9dbm oát kế 80W Đây kết đạt đáp ứng yêu cầu luận văn Để đánh giá độ ổn định khuếch đại, tiến hành khảo sát dải thông từ 802Mhz-900Mhz Kết thu sau: 60 Hình 3.14 Phổ tần số 820Mhz Hình 3.15 Phổ tần số 830Mhz 61 Hình 3.16 Phổ tần số 850Mhz Hình 3.17 Phổ tần số 860Mhz 62 Hình 3.18 Phổ tần số 870Mhz Hình 3.19 Phổ tần số 890Mhz 63 Bảng 2: Khảo sát dải thông Tần số (Mhz) Công suất vào(dBm) Công suất ra(dBm) Hệ số khuyếch đại(dB) 800 -30 -17.54 12.46 810 -30 -16.04 13.96 820 -30 -16.25 13.75 830 -30 -15.05 14.95 840 -30 -14.42 15.58 850 -30 -15.10 16.9 860 -30 -14.45 15.55 870 -30 -15.48 14.52 880 -30 -15.68 14.32 890 -30 -16.06 13.94 900 -30 -16.12 13.88 910 -30 -17.96 12.04 18 16 14 dbm 12 10 Series1 780 800 820 840 860 880 900 920 Mhz Hình 3.20 Giản đồ dải thông khuếch đại công suất 64 Nhận xét: Như khuyếch đại công suất chế tạo có hệ số khuếch đại 16,9 dB, hoạt động ổn định dải thông từ 820 Mhz – 900 Mhz Công suất lối thu 80W Đây kết đáng khích lệ, kỹ thuật thu phát siêu cao tần, khối phát công suất lớn thường làm khó, lợi hệ số khuếch đại độ ổn định lại không cao ngược lại, độ ổn định cao hệ số khuếch đại lại thấp KẾT LUẬN Luận văn tìm hiểu cách tổng quan hoạt động máy phát radar hệ hoạt động dải sóng dm Từ cở sở lý thuyết kỹ thuật siêu cao tần, kết hợp với mô tính toán Kết qủa luận văn chế tạo modul khuếch đại công suất đầu 80W hoạt động dải tần từ 820Mhz – 900Mhz với độ ổn định cao Tuy đạt kết khiêm tốn bước đầu quan trọng để có thêm tự tin tìm hiểu nghiên cứu ứng dụng lĩnh vực siêu cao tần Tiếp tục nghiên cứu giải pháp thiết kế nâng cao công suất cho modul khuếch đại có công suất lối lớn 100W Việc thực luận văn giúp nắm vững kiến thức kỹ thuật siêu cao tần, sử dụng, tiếp cận phần mềm, máy móc đo đạc đánh giá kết Đặc biệt hơn, kết thu từ luận văn làm tảng cho tiếp tục học hỏi nghiên cứu để nâng cao trình độ lĩnh vực điện tử 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: [1] GS.TSKH Phan Anh(2009) Giáo trình lý thuyết kỹ thuật siêu cao tần, Bộ môn Thông tin vô tuyến, Khoa Điện tử - Viễn thông, Trường Đại Học Công Nghệ [2] GS.TSKH Phan Anh(2009) Trường điện từ truyền sóng, NXB Đại Học Quốc Gia Hà Nội, Hà Nội [3] Ths Vũ Tuấn Anh(2009) Luận văn cao học, Trung tâm nghiên cứu Điện tử - Viễn thông, Trường Đại Học Công Nghệ [4] Giáo trình công nghệ thông tin vệ tinh(2004), Tập đoàn bưu viễn thông [5] PGS.TS Hoàng Thọ Tu(2002), Cơ sở xây dựng đài radar cảnh giới, NXB quân đội nhân dân [6] Phạm Minh Việt(2004) Kỹ thuật siêu cao tần, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Tiếng Anh: [7] David M.Pozar, Microwave engineering, John Wiley & Sons, Inc [8] Guillermo Gonzalez, Microwave transistor amplifiers, Prentice Hall [9] W Alan Davis, Radio Frequency Circuit Design, John Wiley & Sons, Inc [10] Kai chang, Encyclopedia of RF and Microwave Enginneering, John Wiley & Sons, Inc Và số tài liệu, báo , tạp chí khác mạng internet 66 67 [...]... 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 Chương 2 Kỹ thuật thu phát siêu cao tần Chương 3 Thiết kế chế tạo mạch khuếch đại công suất siêu cao tần 13 NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO MODUN KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT DÙNG TRONG MÁY PHÁT RADAR DẢI SÓNG DM(820-900MHZ)... 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. .. khuếch đại trung tần Khuếch đại trung tần hoạt động ở tần số thấp nên dễ khuếch đại và hệ số khuếch đại đạt được rất lớn, tính ổn định cao và cũng rất gọn nhẹ, dễ chế tạo Đối với máy pháy radar thì khối khuếch đại công suất được sử dụng để khuếch đại tín hiệu cao tần trước khi phát Trong lịch sử có nhiều kiểu bộ khuếch đại được sử dụng trong radar, chẳng hạn như ống khuếch đại có điều khiển lưới, khuếch. .. vụ trong quân sự mà còn trong lĩnh vực thiên văn và đời sống xã hội phục vụ cho lợi ích loài người Radar là một thiết bị kết hợp rất nhiều khối điện tử phức tạp cả về công nghệ và khoa học, chính vì vậy trong khuôn khổ luận văn tốt nghiệp, với mục tiêu nghiên cứu và chế tạo khối khuếch đại c ông suất sử dụng trong máy phát Radar tầm thấp, tôi xin giới thiệu luận văn tốt nghiệp thạc sỹ: “ Nghiên cứu thiết. .. 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 - Theo tính chất các đại lượng vật lý lấy ra: khuếch đại. .. khiển Mạch khuếch đại được chia thành nhiều loại khác nhau: - Theo dạng tín hiệu cần khuếch đại: khuếch đại tín hiệu liên tục( khuếch đại micro, âm thanh…) và khuếch đại tín hiệu xung( radarr, máy thu hình, các thiết bị tính toán, điều khiển…) - 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... 900Mhz của đài radar tầm thấp được xây dựng dựa trên phương pháp tổ hợp công suất trong máy Khối công suất là tổ hợp của nhiều modul công suất nhỏ để tạo ra khối có công suất lối ra lớn Do vậy lý thuyết siêu cao tần là nền tảng để giải quyết vấn đề trên 2 Thiết kế mạch khuếch đại công suất trong kỹ thuật siêu cao tần Khi nghiên cứu đường truyền đối với các tín hiệu tần thấp, ta thường coi các đường... lưới, khuếch đại từ trường chéo(CFAs), ống truyền sóng( TWTs),… Đối với bộ khuếch đại công suất lớn, các tham số quan trọng là hệ số khuếch đại và độ ổn định trong dải tần làm việc Hệ số khuếch đại lớn mà vẫn đảm bào được sự ổn định trong dải tần làm việc Khối khuếch đại tạp âm thấp(Low Noise Amplifier) 26 Tín hiệu thu được thường có biên độ rất nhỏ và có lẫn tạp Mục đí ch của bộ khuếch đại tạp âm thấp(LNA)... 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) Khi chỉ có một anten sử dụng cả việc truyền và nhận tín hiệu, thì trong hầu hết các hệ thống radar đều sử dụng Duplexer Chuyển mạch Duplexer sẽ chuyển hệ thống radar từ chế độ phát sang chế độ thu Trong trạng thái phát, chuyển mạch... chuyển mạch song công Duplexer Trong quá trình phát sóng đi, năng lượng của sóng bức xạ được truyền vào không gian, trong quá trình nhận, năng lượng của tín hiệu phản hồi được đưa về bộ phận nhận Trong radar có hai công thức toán học biểu thị hệ số khuếch đại khi truyền và hệ số hữu ích của anten: Công suất tín hiệu tại đầu vào máy thu: 21 Pp G. G .2 Pt S2 A 2)2 4 (4r (1.1) Trong đó A là diện ... phát siêu cao tần Chương Thiết kế chế tạo mạch khuếch đại công suất siêu cao tần 13 NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO MODUN KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT DÙNG TRONG MÁY PHÁT RADAR DẢI SÓNG DM(820-900MHZ) CHƢƠNG... giới thiệu luận văn tốt nghiệp thạc sỹ: “ Nghiên cứu thiết kế chế tạo modun khuếch đại công suất dùng máy phát Radar dải sóng dm(820-900Mhz) ” Bằng lý thuyết thực nghiệm, luận văn thực nội dung... Việt Nam Trong khuôn khổ luận văn này, song song với việc nghiên cứu lý thuyết siêu cao tần hoạt động máy phát công suất lớn cho đài radar dải sóng dm, nghiên cứu, thiết kế chế tạo thành công modul