Giáo trình Hệ thống thông tin điện tử - Chương 1: Các khái niệm cơ bản của hệ thống thông tin điện tử

iến áp balun có tỷ số biến đổi lớn. Điều chú ý các vòng dây không đ−ợc gây nên cộng h−ởng ở tần số lμm việc dải rộng. Biến áp balun dải rộng hữu ích cho thiết kế khuếch đại công suất cao tần dải rộng, không cần phải điều chỉnh phức tạp phần công suất cao tần, tuy nhiên lọc hμi bậc cao không đ−ợc tốt. Một giải pháp khắc phục lμ thiết kế phần mức công suất nhỏ dùng mạch điều h−ởng loại hμi bậc cao, tầng công suất ra cao tần, dải rộng. Bộ khuếch đại công suất ra cao tần có thể hoạt động ở chế độ A, B, C vμ D (chế độ đóng mở). +V Trong nhiều tr−ờng hợp, Anten nằm trên cột cao áp cách xa máy phát, máy thu. Ví dụ Anten thu TV, anten máy phát thanh - phát hình, anten viba v.v. Dây truyền sóng nối giữa anten phát với ngõ ra máy phát hoặc ngõ vμo máy thu với anten thu có trở kháng bằng nhau thì có công suất lớn nhất. Có hai loại dây truyền sóng cơ bản: 1:4 RFC RFin 4:1 4:1 16:1 Hình 1.19 Khuếch đại côn RA g suất cao tần chế độ A dải rộng dùng biến áp Balun phối hợp trở kháng. 17 Ch−ơng 2 Máy phát 2.1 Định nghĩa vμ phân loại Một hệ thống thông tin bao gồm: máy phát, máy thu vμ môi tr−ờng truyền sóng nh− hình 2.1. Trong đó máy phát lμ một thiết bị phát ra tín hiệu d−ới dạng sóng điện từ đ−ợc biểu diễn d−ới một hình thức nμo đó. Máyphát Máy thu Môi tr−ờng Truyền sóng Hình 2.1 Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống thiết bị thu phát Sóng điện từ gọi lμ sóng mang hay tải tin lμm nhiệm vụ chuyển tải thông tin cần phát tới điểm thu. Thông tin nμy đ−ợc gắn với tải tin theo một hình thức điều chế thích hợp. Máy phát phải phát đi công suất đủ lớn để cung cấp tỉ số tín hiệu trên nhiễu đủ lớn cho máy thu. Máy phát phải sử dụng sự điều chế chính xác để bảo vệ các thông tin đ−ợc phát đi, không bị biến dạng quá mức. Ngoμi ra, các tần số hoạt động của máy phát đ−ợc chọn căn cứ vμo các kênh vμ vùng phủ sóng theo qui định của hiệp hội thông tin quốc tế, nhóm thông tin vô tuyến (ITU-R). Các tần số trung tâm của máy phát phải có độ ổn định cao. Do đó, chỉ tiêu kỹ thuật của máy phát lμ: Công suất ra, tần số lμm việc, độ ổn định tần số, dải tần số điều chế. Có nhiều cách phân loại máy phát 2.1 .1 Theo công dụng Phát Thông tin Phát Chg trình Phát ứng dụng Máy phát Ra đa Phát hình Đo kh cách Phát thanh Cố định Di động Hình 2.2 Phân loại máy phát theo công dụng 18 2.1.2 Theo tần số + Phát thanh: + 3KHz 30KHz (100Km 10Km): đμi phát sóng cực dμi VLW ữ ữ + 30KHzữ300KHz (10Km ữ1Km): đμi phát sóng dμi LW + 300KHz 3000KHz (1Km ữ ữ100m): đμi phát sóng trung MW + 3MHz 30MHz (100m ữ10m): đμi phát sóng ngắn SW ữ + Phát hình vμ phát thanh FM + 30MHz 300MHz (10m 1m): đμi phát sóng mét (VHF) ữ ữ + 300MHz 3000MHz (1m ữ ữ0,1m): đμi phát sóng dm (UHF) Trong đó dải tần số dùng trong phát thanh FM: 88MHzữ108MHz + Thông tin Vi ba vμ Rađa: + 3GHz 30GHz (0,1m 0,01m): đμi phát sóng cm ữ ữ + 30GHzữ300GHz (0,01m ữ0,001m): đμi phát sóng mm 2.1.3 Theo ph−ơng pháp điều chế + Máy phát điều biên (AM), DSB + Máy phát đơn biên (SSB) + Máy phát điều tần (FM) vμ máy phát điều tần âm thanh nổi (FM Stereo) + Máy phát điều xung (PM) + Máy phát khoá dịch biên độ ASK, QAM, M-QAM + Máy phát khoá dịch pha PSK, QPSK, M-PSK + Máy phát khoá dịch tần FSK... 2.1.4 Theo công suất + Máy phát công suất nhỏ Pra <100W + Máy phát công suất trung bình 100W < Pra < 10KW + Máy phát công suất lớn 10KW < Pra < 1000KW + Máy phát công suất cực lớn Pra > 1000KW Ngμy nay, trong các máy phát công suất nhỏ vμ trung bình ng−ời ta có thể sử dụng hoμn toμn bằng BJT, FET, MOSFET công suất, còn trong các máy phát có công suất lớn vμ cực lớn ng−ời ta th−ờng sử dụng các loại đèn điện tử đặc biệt. 2.2 Sơ đồ khối tổng quát của các loại máy phát 2.2.1 Sơ đồ khối tổng quát của máy phát điều biên (AM) 19 Tiền KĐ âm tần KĐCSÂT Điều chế KĐCSCT Mạch ra TBị an toμn &lμm nguội Khối chủ sóng Tiền KĐ Cao tần Nguồn Cung cấp khuếch đại âm tần: Có nhiệm vụ khuếch đại điện áp tín hiệu vμo đến mức cần thiết để đ−a vμo tầng khuếch đại công suất âm tần (KĐCSÂT). Vì đối với máy phát AM thì biên độ điện áp âm tần yêu cầu lớn để có độ điều chế sâu (m lớn) nên tầng nμy th−ờng có tầng khuếch đại micro vμ khuếch đại điện áp mức cao. + Khuếch đại công suất âm tần (KĐCSÂT): có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu đến mức đủ lớn để tiến hμnh điều chế tín hiệu cao tần. + Khối chủ sóng (Dao động): có nhiệm vụ tạo ra dao động cao tần (sóng mang) có biên độ vμ tần số ổn định, có tầm biến đổi tần số rộng. Muốn vậy, ta có thể dùng mạch dao động LC kết hợp với mạch tự động điều chỉnh tần số (AFC), hoặc dùng dao động thạch anh. + Khối tiền khuếch đại cao tần (TKĐCT): có thể đ−ợc dùng để nhân tần số hoặc khuếch đại dao động cao tần đến mức cần thiết để kích thích cho tần công suất lμm việc. Nó còn có nhiệm vụ đệm, lμm giảm ảnh h−ởng của các tầng sau đến độ ổn định tần số của khối chủ sóng. Vì vậy, nó có thể có nhiều tầng: tầng đệm, tầng nhân tần vμ tầng tiền khuếch đại công suất cao tần (TKĐCSCT) + Khối khuếch đại công suất cao tần (KĐCSCT): có nhiệm vụ tạo ra công suất cần thiết theo yêu cầu công suất ra của máy phát. Công suất ra yêu cầu cμng lớn thì số tầng khuếch đại trong khối KĐCSCT cμng nhiều. + Mạch ra để phối hợp trở kháng giữa tầng KĐCSCT cuối cùng vμ anten để có công suất ra tối −u, đồng thời lọc các hμi bậc cao, không ảnh h−ởng đến các đμi xung quanh. 20 + Anten để bức xạ năng l−ợng cao tần của máy phát thμnh sóng điện từ truyền đi trong không gian. + Nguồn cung cấp điện áp phải có công suất lớn để cung cấp cho Transistor hoặc đèn điện tử công suất. + Ngoμi ra, máy phát phải có thiết bị an toμn vμ thiết bị lμm nguội. 2.2.2 Sơ đồ khối tổng quát của máy phát đơn biên (SSB) Thiết bị đầu vμo Bộ điều chếđơn biên Bộ đổi tần KĐại dđộng đchế Bộ lọc 1 HTDD tầng ra Bộ lọc 2 Bộ tổng hợp tần số Suy giảm Nguồn cung cấp TB an toμn & lμm nguội Hình 2.4 Sơ đồ khối tổng quát của máy phát đơn biên Ngoμi các yêu cầu kỹ thuật chung của máy phát, máy phát đơn biên (SSB) còn phải có thêm một số chỉ tiêu kỹ thuật sau đây: - Mức méo phi tuyến - 35 dB - Bề rộng mỗi kênh thoại vμ tổng số kênh thoại - Tần số lμm việc: 1MHz - 30 MHz Việc xây dựng sơ đồ khối của máy phát đơn biên có một số đặc điểm riêng so với máy phát điều biên (AM). ở đây các bộ điều biên cân bằng vμ bộ lọc dải hẹp đ−ợc sử dụng để tạo nên tín hiệu đơn biên, nh−ng công suất bị hạn chế chỉ vμi mW. Nếu sóng mang ở dải tần số cao (sóng trung vμ sóng ngắn) thì không thể thực hiện đ−ợc bộ lọc với các yêu cầu cần thiết (dải thông hẹp, s−ờn dốc đứng..) vì vậy sẽ xuất hiện nhiễu xuyên tâm giữa các kênh, lμm giảm tỷ số tín hiệu trên nhiễu. Vì vậy, đối với máy phát đơn biên thì tần số sóng mang cơ bản để tạo đơn biên ở khoảng tần số trung gian: ( =100KHz-500KHz). Do đó, sơ đồ cấu trúc của máy đơn biên gồm một bộ tạo tín hiệu đơn biên ở tần số trung gian (100-500)KHz sau đó nhờ một vμi 1f Bộ kích thích đơn biên f1 f2 21 bộ đổi tần để chuyển đến phạm vi tần số lμm việc ( =1MHz-30MHz) rồi nhờ bộ khuếch đại tuyến tính để khuếch đại đến một công suất cần thiết. 1f + Thiết bị đầu vμo: th−ờng lμm nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu âm tần nếu tín hiệu nμy còn bé hoặc hạn chế tín hiệu âm tần nếu tín hiệu nμy quá lớn. + Bộ điều chế đơn biên (BĐCĐB): trong các máy phát công suất lớn BĐCĐB th−ờng đ−ợc xây dựng theo ph−ơng pháp lọc tổng hợp. Trong các máy phát công suất nhỏ, yêu cầu kỹ thuật không cao nên đôi khi có thể sử dụng bộ điều chế đơn biên theo ph−ơng pháp lọc - quay pha. Khi đó việc điều chế tín hiệu đơn biên có thể đ−ợc thực hiện ngay ở tần số lμm việc nên không cần có bộ đổi tần vμ bộ lọc 1. + Bộ tổng hợp tần số của máy phát đơn biên: lμ thiết bị chất l−ợng cao vμ phức tạp. Nó phải bảo đảm tần số sóng mang gốc ( ) vμ các tần số khác ( ...) có độ ổn định tần số rất cao ( 1f 2f 97 1010 −− ữ=Δ f f ). Vì vậy, cần dùng thạch anh để tạo các tần số gốc + Bộ đổi tần: thực chất lμ bộ khuếch đại cộng h−ởng để lấy thμnh phần hμi 12 nff = . Chính nhờ bộ đổi tần mμ độ ổn định tần số của máy phát tăng lên. + Bộ lọc 1: có nhiệm vụ lọc các sản phẩm của quá trình đổi tần. + Bộ khuếch đại dao động điều chế (KĐDĐĐC): phụ thuộc vμo công suất ra mμ có số tầng từ 2 đến 4. Để điều chỉnh đơn giản, một, hai tầng đầu lμ khuếch đại dải rộng không điều h−ởng. Còn các tầng sau lμ các bộ khuếch đại cộng h−ởng. + Hệ thống dao động tầng ra dùng để triệt các bức xạ của các hμi vμ cũng để phối hợp trở kháng. Trong các máy phát đơn biên bộ lọc đầu ra th−ờng lμ một hay hai bộ lọc hình ghép với nhau vμ giữa chúng th−ờng có phần tử điều chỉnh độ ghép để nhận đ−ợc tải tốt nhất của máy phát. Tầng KĐDĐĐC đơn sử dụng đơn giản hơn so với tầng đẩy kéo. Song sử dụng tầng đơn thì gặp khó khăn lμ không phối hợp trở kháng với anten sóng ngắn đối xứng. Đối với máy phát công suất ra P Π ra = (20 - 40)Kw ng−ời ta dùng biến áp ra đối xứng có lõi Ferrite. Còn đối với máy phát công suất ra Pra = 100Kw ng−ời ta dùng biến áp đối xứng không có lõi. + Bộ lọc 2: dùng để triệt các thμnh phần cao tần xuất hiện trong dải tần số truyền hình, nên còn gọi lμ bộ lọc tín hiệu truyền hình. Đối với máy thu đơn biên ta phải đổi tín hiệu đơn biên thμnh điều biên để thực hiện tách sóng trung thực. Muốn vậy phải phục hồi sóng mang, điều nμy yêu cầu vòng khoá pha PLL. Do đó, ở máy phát 22 không triệt tiêu hoμn toμn tần số sóng mang mμ giữ lại sóng mang có biên độ bằng (5-20)%. Tần số nμy còn đ−ợc gọi lμ tần số lái, đ−ợc phát cùng tín hiệu đơn biên. Nhờ đó máy thu đơn biên có thể khôi phục tín hiệu một cách chính xác nhờ hệ thống tự động điều chỉnh tần số AFC theo nguyên lý PLL. 2.2.3 Sơ đồ khối của máy phát am đa kênh ghép kênh FDM Hình 2.5. Sơ đồ khối của máy phát đa kênh AM ghép kênh FDM Tầng K. Đại Dđộg sóg mg Điều chế Bộ lọc 1 Tầng K. Đại Dđộg sóg mg Điều chế Bộ lọc 2 Tầng K. Đại Dđộg sóg mg Điều chế Bộ lọc n Mạch ghép tạo tín hiệu tổng hợp Kênh 1 Kênh n Kênh 2 . . . . Điều chế AM KĐCSCT Mạch ra TBị an toμn &lμm nguội DĐ sg mg chính Nguồn Cung cấp 23 2.2.4 Sơ đồ khối tổng quát của máy phát đIều tần Fm Tiền KĐ âm tần TĐKháng + ĐC FM Nhân tần KĐCSCT +mạch ra TBị an toμn &lμm nguội Khối chủ sóg (DĐ) Nguồn Cung cấp Hình 2.6 Sơ đồ khối tổng quát của máy phát điều tần FM Tầng điện kháng: sử dụng các phần tử điện kháng để biến đổi tín hiệu âm tần thμnh điện kháng thay đổi (dung kháng hoặc cảm kháng biến thiên) để thực hiện việc điều chế FM. Phần tử điện kháng có thể lμ Transistor điện kháng, đèn điện kháng hoặc Varicap (điện dung biến đổi theo điện áp đặt vμo Varicap). 2.2.5 Sơ đồ khối tổng quát của máy phát Fm chất l−ợng cao Tiền KĐ âm tần TĐKháng + ĐC FM Nhân tần (x10) KĐCSCT +mạch ra K. đại trug gian Tách sg + KĐ DC Hình 2.7 Sơ đồ khối tổng quát của máy phát điều tần FM chất l−ợng cao Trộn sóng Nhân tần Dao động chuẩn fIF= 10MHz FRF= 100MHz 1MHz 1MHz 100MHz 9,9MHz 99MHz 24 2.3 Các mạch ghép trong máy phát Mạch ghép để ghép giữa các tầng vμ ghép giữa tầng ra của máy phát với anten. Yêu cầu chung đối với mạch ghép: 1. Phối hợp trở kháng Đối với mạch ghép giữa các tầng: yêu cầu lμ trở kháng vμo của tầng kế tiếp phản ảnh về cùng với trở kháng ra của bộ cộng h−ởng tầng tr−ớc đó tạo thμnh trở kháng sóng tối −u, đảm bảo công suất ra vμ hiệu suất của tầng nμy lμ lớn nhất. Đối với mạch công suất: việc phối hợp trở kháng giữa tầng ra của bộ khuếch đại công suất cao tần vμ anten nhằm đạt đ−ợc công suất ra lớn nhất. 2. Đảm bảo BĂNG thông (B) Mạch lọc đầu ra phải đảm bảo sao cho ngoμi biên biên độ không giảm quá 3dB. Mặt khác dải thông tỉ lệ nghịch với hệ số phẩm chất của khung cộng h−ởng ( Q fB o= ). Vì vậy để đảm bảo dải thông vμ hệ số phẩm chất ta phải dùng nhiều bộ lọc ghép với nhau. 3. Đảm bảo hệ số lọc hμi cao Đối với những máy phát có công suất lớn, yêu cầu các thμnh phần hμi rất nhỏ. Do đó, mạch ghép phải bảo đảm độ suy giảm đạt yêu cầu ở những tần số hμi không mong muốn. 4. Điều chỉnh mạch ghép Trong một dải tần rộng vμ thay đổi độ ghép với tải để có tải tối −u. Nói chung không thể đồng thời thoả mãn các yêu cầu trên mμ tuỳ từng tr−ờng hợp cụ thể để xét yêu cầu nμo lμ quan trọng, yêu cầu nμo nμo lμ thứ yếu. Ví dụ + Đối với tầng tiền khuếch đại, yêu cầu phối hợp trở kháng lμ chính, không yêu cầu độ chọn lọc cao, không cần hiệu suất cao nên chỉ cần dùng mạch cộng h−ởng đơn. + Đối với tầng ra, yêu cầu hiệu suất cao, độ lọc hμi cao nên dùng mạch cộng h−ởng phức tạp. 2.3.1 tinh chỉnh anten Đối với tầng tr−ớc cuối thì điện trở tải chính lμ điện trở vμo của tầng kế tiếp sau. Còn đối với tầng cuối thì điện trở tải chính lμ điện trở của phiđơ. Thực chất phiđơ có thể lμ thuần trở , dung kháng Ar AA jXr − , hoặc cảm kháng AA jXr + . 25 Nh−ng chỉ khi anten thuần trở thì công suất ra anten mới lớn nhất. Muốn vậy, phải chỉnh anten cộng h−ởng ở tần số lμm việc bằng bộ phận tinh chỉnh. Nếu lμ thì chỉnh vμ nếu lμ AA jXr − cL AA jXr + thì chỉnh bằng nh− hình 2.8. Hình minh họa tinh chỉnh của anten CC Hình 2.8 Sử dụng cuộn cảm vμ tụ để tinh chỉnh anten 2.3.2 Ghép biến áp (ghép hỗ cảm) Mạch ghép biến áp lμ một trong những mạch ghép đ−ợc sử dụng phổ biến trong máy phát Hình 2.9 Mạch ghép tải ra bằng biến áp Từ mạch ghép biến áp ở trên, ta đ−a về sơ đồ t−ơng đ−ơng bên sơ cấp nh− hình 2.10: 26 Hình 2.10 Sơ đồ t−ơng t−ơng của mạch đ−ợc qui về bên sơ cấp C L1 r rfa Trong đó, điện trở phản ảnh đ−ợc xác định nh− biểu thức: L gh L fa R X R Mr 22)( == ω (2.1) Với: RL lμ điện trở tải + M : Hỗ cảm 21LLkM = (2.2) + L1, L2 : Trị số điện cảm của cuộn sơ cấp vμ thứ cấp. + k : Hệ số ghép phụ thuộc kết cấu của cuộn dây: - Nếu Sóng ngắn : k = 0,01ữ0,1 (ghép rất lỏng). Sóng trung : k = 0,5ữ0,9 (cuộn dây có lõi từ tính, ghép rất chặt). * Điện trở cộng h−ởng riêng của mạch sơ cấp: rrC LRK 2 1 ρ== với C L1=ρ (2.3) * Điện trở cộng h−ởng của mạch khi có tải: fa td rr R += 2ρ (2.4) * Hiệu suất của mạch ghép biến áp đ−ợc biểu diễn bởi biểu thức: 1P PL BA =η (2.5) Trong đó : PL : lμ công suất hữu ích trên tải. P1 : Công suất trên cuộn sơ cấp. 27 fafa fa faK faK L BA rr r rr rrr rrI rI P P +−=+ −+= + == 1 )( 2 1 2 1 2 2 1 η (2.6) Từ biểu thức (2.6) ta nhận thấy để hiệu suất biến áp cao )95,09,0( ữ=BAη thì . Mμ muốn lớn thì từ (2.1) ta thấy Rrrfa )2010( −= far L phải nhỏ vμ biến áp phải ghép chặt để có hỗ cảm M lớn. Th−ờng điện trở tải cho tr−ớc vμ không đổi, nên để tăng ta phải tăng M. Biểu thức (2.6) có thể đ−ợc viết lại d−ới dạng: far K td td KL BA R R R R P P −=−== 1 / /1 2 2 1 ρ ρη (2.7) Với : RK, Rtđ lμ điện trở t−ơng đ−ơng của mạch cộng h−ởng khi vμ ∞=LR 0R L ≠ Nh− vậy; để hiệu suất biến áp cao thì RK phải lớn, mμ: ρoK QR = ; Với Qo: hệ số phẩm chất của riêng khung cộng h−ởng , nên Qo phải lớn (Qo = 50 - 200). Mặc khác ta thay đổi độ ghép hỗ cảm M sao cho Rtđ = Rtđtớihạn để có hiệu suất cao nhất. 2.3.3 Các b−ớc thiết kế một mạch ghép biến áp Khi thiết kế ta th−ờng đ−ợc biết tr−ớc các điều kiện: PL , RL, tần số góc ω vμ chọn Q1 tùy theo tần số. Ta sẽ tiến hμnh một số b−ớc tính toán nh− sau: 1. Biết PL, chọn )98,07,0( ữ=BAη tùy theo công suất yêu cầu theo bảng d−ới đây: Công suất ra Hiệu suất PL < 1W 0,7 ữ 0,8 1W ≤ PL < 10W 0,75 ữ 0,85 10W ≤ PL < 100W 0,84 ữ 0,93 100W ≤ PL < 1KW 0,92 ữ 0,96 1KW ≤ PL < 10KW 0,95 ữ 0,98 PL ≥ 10KW 0,97 28 2. Xác định BA LPP η=1 3. Chọn Vcm = (0,8 - 0,9) Vcc 4. Điện trở cộng h−ởng khi có tải 1 2 2P VR cmtd = 5. Chọn hệ số phẩm chất của khung cộng h−ởng sơ cấp khi đã có tải: Q1 = (10 ữ50) 6. Tính trở kháng đặc tính của mạch sơ cấp 1Q R Q R td o K ==ρ 7. Xác định L1, C: ω ρ=1L vμ ωρ 1' =+= CECCC Với CCE lμ điện dung lớp tiếp giáp CE của BJT nếu C≥10 CCE thì C' ≈ C. Vậy: ωρ 1C = 8. Hệ số phẩm chất riêng của khung cộng h−ởng sơ cấp: ρ K o RQ = trong đó: BA td K RR η−= 1 9. Tính điện trở tổn hao của cuộn sơ cấp khi không vμ có tải: oQ r ρ= vμ 1Q rr fa ρ=+ suy ra hoặc K 2 R r ρ= vμ td 2 fa R rr ρ=+ 10. Tính hỗ cảm : Lfa RrM . 1 ω= 11. Tính giá trị cuộn cảm bên thứ cấp : 1 2 2 2 Lk ML = 29 Ch−ơng 3 Máy thu 3.1 Định nghĩa vμ đặc điểm của máy thu 3.1.1 Định nghĩa Máy thu lμ thiết bị đầu cuối trong hệ thống thông tin vô tuyến điện. Máy thu có nhiệm vụ tiếp nhận vμ lặp lại tin tức chứa trong tín hiệu chuyển đi từ máy phát d−ới dạng sóng điện từ tr−ờng. Máy thu phải loại bỏ đ−ợc các loại nhiễu không mong muốn, khuếch đại tín hiệu vμ sau đó giải điều chế nó để nhận đ−ợc thông tin ban đầu. Máy thu có rất nhiều tham số, nh−ng chúng ta chủ yếu chỉ xét các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản của máy thu nh− sau: 3.1.2 Đặc điểm máy thu 3.1.2.1 Độ nhạy Biểu thị khả năng thu tín hiệu yếu của máy thu, đ−ợc xác định bằng sức điện động cảm ứng tối thiểu, hoặc công suất tối thiểu của tín hiệu tại anten để bảo đảm cho máy thu lμm việc bình th−ờng, nghĩa lμ: + Đối với máy thu t−ơng tự thì nó phải bảo đảm tỉ số tín hiệu trên nhiễu (S/N) yêu cầu tại đầu vμo máy thu + Đối với máy thu số thì nó phải bảo đảm đạt đ−ợc tỉ lệ lỗi bit BER cho tr−ớc, ứng với một tốc độ bít nhất định. Độ nhạy th−ờng đ−ợc đo bằng microvolt, microwatt, picowatt... Muốn nâng cao độ nhạy của máy thu thì hệ số khuếch đại của nó phải lớn vμ mức tạp âm nội bộ của nó phải thấp (giảm tạp âm của tầng đầu). ở tần số cao (f>30MHz) độ nhạy của máy thu th−ờng đ−ợc xác định bằng công suất chứ không phải bằng sức điện động cảm ứng trên anten. 3.1.2.2 Độ chọn lọc lμ khả năng chèn ép các dạng nhiễu không phải lμ tín hiệu cần thu. Nghĩa lμ độ chọn lọc lμ khả năng lựa chọn tín hiệu ra khỏi các loại nhiễu tồn tại ở đầu vμo máy thu. Độ chọn lọc đ−ợc ký hiệu: 10 ≥= f e A AS 30 + Ao: lμ hệ số khuếch đại tại tần số f0 + Af: lμ hệ số khuếch đại tại tần số f Độ chọn lọc th−ờng đ−ợc tính bằng đơn vị dB eedB Slog20S = Đặc tuyến chọn lọc lý t−ởng của máy thu có dạng chữ nhật, nghĩa lμ trong dải thông B biên độ tín hiệu không đổi. 3.1.2.3 Chất l−ợng lặp lại tin tức Đ−ợc đánh giá bằng độ méo của tín hiệu (méo phi tuyến, méo tần số, méo pha), chủ yếu lμ xét độ méo ở tầng khuếch đại công suất âm tần để cho tín hiệu ra loa không bị biến dạng so với tín hiệu đ−a tới bộ điều chế của máy phát. Ngoμi ra ta còn phải xét đến các chỉ tiêu khác của máy thu nh− công suất ra, dải tần số công tác, tính ổn định của biên độ vμ tần số. Các máy thu đ−ợc phân loại t−ơng tự nh− đối với máy phát. 3.2 Sơ đồ khối tổng quát của máy thu 3.2.1 Máy thu khuếch đại trực tiếp Lọc băng thông Kh Đại Cao Tần Từ anten Giải điều chế KĐCS Âm tần Thiết bị cuối Hình 3.2 Sơ đồ khối đơn giản của máy thu khuếch đại trực tiếp Việc nâng cao độ nhạy vμ độ chọn lọc của máy thu nμy bị hạn chế bởi những lý do sau đây: + Số tầng khuếch đại không thể tăng lên một cách tuỳ ý vì khi số tầng cμng tăng thì tính ổn định của bộ khuếch đại cao tần cμng giảm (tụ ký sinh Cbc có thể gây ra dao động tự kích). Ngoμi ra, khi số tầng cμng tăng thì số mạch cộng h−ởng cũng tăng lμm hệ thống điều chỉnh cộng h−ởng phức tạp, cồng kềnh vμ đắt tiền. + Tần số cao khó đạt đ−ợc hệ số khuếch đại lớn. + Tần số cμng cao thì dải thông cμng rộng (B=fo/Q), lμm giảm độ chọn lọc của máy thu. Muốn dải thông hẹp phải dùng mạch cộng h−ởng có hệ số phẩm chất cao, có khi v−ợt quá khả năng chế tạo. + Do không dùng đ−ợc các hệ thống cộng h−ởng phức tạp nên không có khả năng đạt đặc tuyến tần số có dạng chữ nhật lý t−ởng. 31 Để khắc phục những nh−ợc điểm trên, ng−ời ta chế tạo ra các máy thu đổi tần có sơ đồ khối nh− sau: 3.2.2 Máy thu đổi tần Máy thu đổi tần đ−ợc biểu diễn nh− hình 3.3. Tín hiệu cao tần đã đ−ợc điều chế (AM, FM, PM) nhận đ−ợc từ anten, qua mạch vμo (bộ lọc băng thông) để lọc lấy kênh tín hiệu muốn thu vμ hạn chế nhiễu, qua bộ khuếch đại cao tần RF đ−ợc đ−a vμo bộ đổi tần để biến thμnh tín hiệu trung tần, với qui luật điều chế không đổi. Tần số trung tần đ−ợc giữ không đổi. Trộn tần Mạch vμo Dđộng nội Thiết bị cuối KĐCS âm tần Tách sóng KĐTTKĐ CT Khối đổi kênh Hình 3.3 Sơ đồ khối tổng quát của máy thu đổi tần Thực chất của bộ đổi tần lμ thực hiện phép nhân tần số. Nó bao gồm bộ dao động nội tạo tần số cao tần hình sine vμ bộ trộn tần. Bộ trộn lμ một phần tử phi tuyến hay một phần tử tuyến tính có tham số thay đổi tuần hoμn. Quá trình trộn tần sẽ tạo ra tổ hợp các tần số khác nhau, khi m, n cμng lớn thì biên độ tín hiệu cμng nhỏ, trong thực tế ta chỉ sử dụng tín hiệu t−ơng ứng với m, n nhỏ ( m=n=1), tách chúng ra bằng mạch cộng h−ởng. So với máy thu khuếch đại trực tiếp thì máy thu đổi tần có những −u điểm sau đây: + Có khả năng lựa chọn kênh thu tuỳ ý bằng cách thay đổi tần số dao động nội. + Tần số tín hiệu đ−ợc hạ thấp thμnh tần số trung tần nên có thể dùng nhiều mạch khuếch đại trung tần để đạt hệ số khuếch đại toμn máy cao, mμ vẫn bảo đảm tính ổn định cho máy thu. Số tầng trung gian không bị hạn chế (8-10). + Do trung tần không đổi nên mạch cộng h−ởng có kết cấu đơn giản, gọn, giá thμnh rẽ vμ không bị hạn chế trong máy thu. Nó th−ờng lμ những mạch cộng h−ởng đôi để tăng hệ số phẩm chất vμ tăng dải thông. 32 + Do tần số trung tần không đổi nên có thể sử dụng những hệ thống cộng h−ởng phức tạp (nh− bộ lọc tập trung) để đạt đ−ợc đặc tuyến tần số lý t−ởng. 3.3 Sơ đồ khối tổng quát của máy thu đổi tần AM Để giữ cho biên độ điện áp ra gần nh− không đổi d−ới tác dụng của hiện t−ợng pha đinh vμ nhiều nguyên nhân khác nhau, ta sử dụng mạch tự động điều chỉnh độ khuếch đại AGC. Khi máy thu AM yêu cầu chất l−ợng cao, ta sử dụng mạch tự động điều chỉnh tần số AFC. Trộn tần Mạch vμo Dđộng nội Thiết bị cuối KĐCS âm tần TSóng AM KĐTTKĐCT Khối đổi kênh AGC Hình 3.4 Sơ đồ khối tổng quát của máy thu đổi tần AM 3.4 Sơ đồ khối tổng quát của máy thu đơn biên SSB Máy thu đơn biên khác với các máy thu khác ở chỗ có nhiều bộ đổi tần để đ−a phổ của tín hiệu tần số cao về miền tần số thấp. Nó gồm có 5 khối chính sau đây: + Khối tuyến tính bao gồm: mạch vμo (MV), khuếch đại cao tần (KĐCT1), đổi tần 1 (ĐT1), khuếch đại trung gian 1 (KTG1), vμ đổi tần 2 (ĐT2). Trong khối nμy, tín hiệu đ−ợc đổi tần 2 lần nhờ trộn với tín hiệu dao động từ bộ dao động1 vμ 2. + Khối tách sóng bao gồm: Lọc thông dải (LTD), khuếch đại trung gian 2 (KTG2), đổi tần 3 (ĐT3) vμ tách sóng biên độ (TSBĐ). + Khối tự động điều chỉnh độ khuếch đại (AVC) bao gồm: mạch lọc dải hẹp (LDH), khuếch đại trung gian 3 (KTG3) vμ AVC. + Khối tự động điều chỉnh tần số (AFC) bao gồm: Dao động 4 (DĐ4), đổi tần 4 (ĐT4), đổi tần 5 (ĐT5), hạn chế biên độ (HCBĐ), tách sóng tần số (TSTS), vμ bộ điều khiển (ĐK). 33 + Khối khuếch đại công suất âm tần (KĐCSÂT). *Hoạt động của mạch: Tín hiệu cao tần từ anten vμo mạch vμo, đ−ợc khuếch đại nhờ mạch KĐCT, qua đổi tần 1 để đổi xuống tần số trung gian nhờ phối hợp với dao động 1, đ−ợc khuếch đại nhờ khuếch đại trung gian 1, qua đổi tần 2 vμ đến mạch lọc thông dải hạn chế nhiễu vμ lọc lấy tín hiệu hữu ích. Sau đó tín hiệu đ−ợc nâng biên độ nhờ bộ khuếch đại trung gian 2 vμ đ−ợc đ−a vμo bộ đổi tần 3 để trộn với tín hiệu hình sine từ bộ dao động 3, có tần số sóng mang phụ fm=38KHz . Tín hiệu ra đ−ợc đ−a vμo bộ tách sóng biên độ (đơn giản chỉ gồm Điode vμ R,C) để tạo lại tín hiệu âm tần. Sau đó, tín hiệu âm tần để đ−a vμo tầng khuếch đại âm tần để đ−a ra loa. M V K Đ CT Đ T3 K T G2 LT D Đ T2 K T G1 Đ T 1 TS B Đ D Đ 1 D Đ 2 L D H K T G3 D Đ 3 A VC Đ K D Đ 4 Đ T 4 TS TS Đ T 5 H CB Đ K Đ Â T Khối tuyến tính Khối tách sóng Khối KĐCSÂT Khối tự động điều chỉnh độ khuếch đại Khối tự động điều chỉnh tần số AFC fm=38KHz fp fp- f4 fm f4 fp –f4- fm Hình 3.5 Sơ đồ khối tổng quát của máy thu đơn biên f1 VDK Đối với máy phát có phát một phần tần số sóng mang phụ 38KHz thì máy thu có thêm bộ phận khôi phục tần số sóng mang phụ vμ mạch tự động điều chỉnh tần số 34 AFC. Khi đó, tín hiệu trung tần tại điểm A đồng thời đ−ợc đ−a vμo bộ lọc dải hẹp, lọc lấy tần số sóng báo fp=38KHz, khuếch đại nhờ KTG3, rồi đ−a vμo bộ đổi tần 4 để trộn với tần số ổn định f4 từ bộ dao động 4 (dao động thạch anh). Tín hiệu hiệu fp-f4 lại đ−ợc đ−a vμo bộ đổi tần 4 để trộn với tần số sóng mang phụ fm (từ bộ dao động 3). ở đầu ra ta nhận đ−ợc tín hiệu (fp-f4-fm). Tín hiệu nμy qua bộ hạn chế biên độ, vμo tách sóng tần số, rồi đ−a đến bộ điều khiển của hệ thống tự động điều chỉnh tần số