VÔ TUYẾN ĐIỆN ĐẠI CƯƠNG - iop.vast.ac.vnnvthanh/cours/votuyendien/CH1 Tong quan.pdf · Tần số sóng cao hơn rất nhiều, ví dụ sóng dài có tần số = 30-300

VÔ TUYẾN ĐIỆN

ĐẠI CƯƠNG

TS. Ngô Văn Thanh

Viện Vật Lý

Hà Nội - 2016

Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 2

Tài liệu tham khảo

[1] David B. Rutledge, The Electronics of Radio (Cambridge University Press 1999).

[2] Dennis L. Eggleston, Basic Electronics for Scientists and Engineers (Cambridge University Press 2011).

[3] Jon B. Hagen, Radio-Frequency Electronics: Circuits and Applications (Cambridge University Press 2009).

[4] Nguyễn Thúc Huy (1998), Vô tuyến điện tử, NXB KHKT

[5] Đỗ Xuân Thụ, Nguyễn Đức Nhuận (1990), Kỹ thuật điện tử, NXB KHKT

[6] Phạm Văn Đương (2004), Cơ sỡ kỹ thuật khuếch đại, NXB KHKT

Website : http://iop.vast.ac.vn/~nvthanh/cours/votuyendien/

Email : [email protected]


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VÔ TUYẾN ĐIỆN

1. Định luật Kirchhoff

2. Tần số

3. Điều biến

4. Khuếch đại

5. Decibel

6. Bộ trộn

7. Bộ lọc

8. Máy thu biến đổi trực tiếp

9. Máy thu biến tần


1. Định luật Kirchhoff

Định luật Kirchhoff

Định luật Kirchhoff điện áp : được áp dụng cho các mạch.

Định luật Kirchhoff dòng điện : áp dụng cho các nút.

Điện áp

Đơn vị đo

Dòng điện (ampere – A)

Định luật bảo toàn điện tích

Công suất (watts – W)

V1

V2

+ -

+ -

+ -

+ -

+

V1

V4

+

--

I1 I2

I2

I1

I3

I4


2. Tần số

Điện áp và dòng điện

Các hàm cosine biến thiên theo thời gian

• f : tần số, đơn vị đo : hertz (Hz)

Công suất

• Công suất trung bình

• Đối với mạch cộng hưởng (có cuộn cảm và tụ điện lệch pha nhau)

Tần số của sóng radio :

• c : tốc độ ánh sáng

• Bước sóng : đơn vị (m)


2. Tần số

Các dải tần số thường dùng

Ký hiệu Loại sóng Tần số

VLF Tần số rất thấp

Sóng dài

Sóng trung

3-30 kHz, hoặc bước sóng 100-10 km

30-300 kHz, hoặc 10-1 km

300 kHz-3 MHz, hoặc 1 km-100

AM Sóng radio 500-1600 kHz

HF Tần số cao hay sóng ngắn 3 MHz-30 MHz, hoặc 100-10

VHF Tần số rất cao

TV kênh 2-6

TV kênh 7-13

FM radio

30 MHz-300 MHz, hoặc 10-1 m

54-88 MHz

174-216 MHz

88-108 MHz

UHF Tần số cực cao

TV kênh 14-69

Sóng điện thoại di động

300 MHz-1 GHz, hoặc 1 m-30 cm

470-806 MHz

824-894 MHz

microwaves Vi sóng

GPS

Truyền hình vệ tinh C-band

Truyền hình vệ tinh Kuband

1-30 GHz, hoặc 30-1 cm

1.575 GHz

3.7-4.2 GHz

10.7-12.75 GHz


3. Điều biến

Các loại điều biến

Điều biên (độ) : Thường ứng dụng cho sóng radio AM

• Biên độ sóng a(t) phụ thuộc vào thời gian được điều biến bởi sóng âm thanh.

• Trên thực tế: có thêm thành phần sóng mang

Điều tần (số) : Thường ứng dụng cho sóng FM


3. Điều biến

Tín hiệu số (digital)

Dựa trên nguyên lý của tín hiệu Morse (xung dài và xung ngắn)

Sử dụng mã nhị phân 1 và 0

FSK (frequency-shift keying) khoá đảo tần số

• Mã 1 :

• Mã 0 :

PSK (phase-shift keying) khoá đảo pha

• Mã 1 :

• Mã 0 :


4. Khuếch đại

Công suất sóng thu được từ antenna : cỡ picowatt

Thiết bị thu sóng cần phải khuếch đại tín hiệu lên hàng triệu lần

Thiết bị cổ điển : sử dụng bóng điện tử chân không

Thiết bị hiện nay : sử dụng linh kiện bán dẫn, vi mạch…

Hệ số khuếch đại (gain)


5. Decibel

Hệ thống vô tuyến

Công suất đài phát quốc tế : cỡ megawatt = 106 watt

Tín hiệu thu được tại thiết bị thu sóng : cỡ femtowatt = 10−15 watt

Hệ số chênh lệch công suất rất lớn : sử dụng thang đo logarit (cơ số 10)

Độ khuếch đại : đo bằng đơn vị decibel (dB)

• Ví dụ:

Chú ý: G là đại lượng không thứ nguyên

Công suất tuyệt đối : dBs

Ký hiệu hệ số khuếch đại theo đơn vị đo của công suất tín hiệu vào Pi

Watt = dBw; milliwatt = dBm …

dB 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

P/Pi 1 1.3 1.6 2.0 2.5 3.2 4.0 5.0 6.3 8 10


6. Bộ trộn (mixer)

Tần số

Tần số có thể nghe được : cỡ vài kilohertz (kHz)

Tần số sóng cao hơn rất nhiều, ví dụ sóng dài có tần số = 30-300 kHz.

Tại máy thu : biến đổi tín hiệu ở tần số radio sang tần số âm thanh

Bộ trộn

Tại máy phát: sử dụng bộ trộn để dịch chuyển tần số = tích của 2 tần số

Tạo phách : tạo ra tín hiệu bao gồm tổng và hiệu của 2 tần số

Xét trường hợp tín hiệu tương ứng với 2 tần số khác nhau, ta có điện áp

Tại máy thu, 2 tần số tương ứng là :

• Tần số của tín hiệu từ antena (f1)

• Tần số tạo ra bởi mạch dao động (f2)

f+ dùng để nâng cao tần số

f- dùng để giảm tần số


7. Bộ lọc (filter)

Filter

Loại bỏ tần số được thêm vào bởi bộ trộn

Bộ lọc âm tần : giữ lại tần số thấp

Tín hiệu bị chặn lại khi

Pm : công suất cực đại

là tần số ngưỡng (cut-off) = 3 dB

Hệ số suy hao

Hệ số khử tại 1 tần số trong vùng trượt:

Bộ lọc băng tần

Tín hiệu bị chặn ở cả vùng tần số thấp

và tần số cao

Độ rộng băng tần

Dải

tần bị

chặn

Dải tần

cho qua

Band-pass filter

Dải tần bị

chặn

Vùng trượt

Dải tần

cho qua

Low-pass filter


8. Máy thu biến đổi trực tiếp

Direct-conversion receiver

Biến đổi tần số sóng Radio sang tần số âm thanh (nghe được)

Chỉ có một bộ trộn

Tín hiệu vào với tần số Radio (RF)

Bộ tạo dao động (LO – local oscillator)

Tín hiệu ra từ bộ trộn có tần số

bằng tổng và hiệu của 2 tần số.

Tần số của LO được chọn sao cho hiệu

của 2 tần số tương ứng với

tần số âm thanh nghe được (600 Hz).

Các hệ thức

fi là tần số ảo (image) và cần phải loại bỏ nhờ bộ lọc.

fA là tần số âm thanh (Audio)

Sử dụng bộ lọc băng tần để loại bỏ tần số ảo

Khuếch đại

antenna

Bộ trộn

Bộ dao động

Loa

RF

LO Audio

Bộ lọc

RF



Superheterodyne : Thường được ứng dụng trong TV và radio FM

Các thuật ngữ

• RF (Radio frequency) : tần số radio

• VFO (Variable-frequency oscillator) : bộ biến tần

• Image : ảo (sẽ bị chặn lại ở các bộ lọc)

• IF (Intermediate frequency) : tần số trung gian

• BFO (beat-frequency oscillator) : bộ dao động phách

• Audio : âm thanh nghe được

• Sum : tổng (tổng của 2 tần số)

• Product detector : tách sóng

antenna

Bộ trộn RF

Bộ dao động

phách

Loa

RF

BFO Audio

Bộ trộn Khuếch đại

Bộ dao động

biến tần

VFO

Bộ lọc RF Bộ lọc IF

IF RF

VFO Ảo Tổng

IF

BFO Ảo



Tần số Radio :

Tần số ảo VFO :

Tần số IF :

Tần số ảo BFO :

antenna

Bộ trộn RF

Bộ dao động

phách

Loa

RF

BFO Audio

Bộ trộn Khuếch đại

Bộ dao động

biến tần

VFO

Bộ lọc RF Bộ lọc IF

IF RF

VFO Ảo Tổng

IF

BFO Ảo

Tín hiệu

thu

được từ

antenna

Chỉ giữ

lại tần số

Radio

Trộn tín

hiệu

Giữ lại

tín hiệu

trung tần

Trộn tín

hiệu để

có Audio

Khuếch

đại âm

thanh



Sơ đồ dải tần số

Tần số USB (upper sideband): là tần số để tạo ra tín hiệu có tần số ảo BFO

• Sử dụng công thức

• Suy ra

Tần số LSB (lower sideband): Giống như tần số RF

VÔ TUYẾN ĐIỆN ĐẠI CƯƠNG - iop.vast.ac.vnnvthanh/cours/votuyendien/CH1 Tong quan.pdf · Tần số sóng cao hơn rất nhiều, ví dụ sóng dài có tần số = 30-300

Documents