- TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Đề tài:Nghiên cứu thiết kế chế tạo bộ dao động tần số 3GHz cho hệ thống radar П-37 Tác giả luận văn:Nguyễn Thị Tâm Minh Khóa:2009 Người hướng dẫn:TS.Đỗ Trọng Tuấn Nội dung tóm tắt: Xuất phát từ thực tiễn các bộ phận máy thu cũ của đài radar П-37 do Liên Xô sản xuất nói chung trong đó có bộ dao động không có các thiết bị để thay thế, yêu cầu đặt ra là phải phải chế tạo được bộ dao động mới đáp ứng được các chỉ tiêu kỹ thuật để thay thế, em đi sâu vào nghiên cứu để thiết kế và chế tạo một bộ dao động trên mạch vi dải cho đài radar đáp ứng yêu cầu đề ra. - Radar П – 37 có 5 kênh thu phát riêng biệt làm việc ở 5 tần số độc lập trong dải tần số từ khoảng 2,7 GHz đến 3,1 GHz. - Nội dung luận văn trình bày gồm 3 phần: Chương 1 trình bày khái quát về các bộ dao động siêu cao tần và nghiên cứu về mạch dải, đây là một công nghệ cho phép sản xuất mạch có độ chính xác cao, dễ sản xuất hàng loạt (bằng phương pháp tự động), mạch có kích thước bé (cả thể tích và trọng lượng), có khả năng tương thích với quy trình mạch tích hợp. - Trên cơ sở đó đi đến thiết kế bộ dao động bán dẫn VCO trên mạch dải đáp ứng được những chỉ tiêu yêu cầu thiết kế (dải tần làm việc, công suất ra. - Chương 2 nêu ra các nguyên nhân gây mất ổn định bộ dao động siêu cao tần (do ảnh hưởng mất ổn định của nguồn nuôi, do ảnh hưởng của nhiệt độ. - đồng thời đề ra một số phương pháp ổn định bộ dao động, như phương pháp ổn định sử dụng hốc cộng hưởng có hệ số phẩm chất cao, phương pháp ổn định sử dụng kỹ thuật vòng khoá pha… Trên cơ sở lý thuyết chương 1 và 2, chương 3 trình bày thiết kế, chế tạo các bộ VCO trên mạch vi dải sử dụng kỹ thuật vòng khoá pha PLL. - 1 Việc ổn định tần số dao động ở 3 GHz được thực hiện bằng mạch vòng khóa pha PLL (Phase Lock Loop). - Một phần đầu ra của bộ VCO sẽ được đưa đến đầu vào của PLL so sánh với tần số chuẩn và đưa ra điện áp DC điều khiển Varator của mạch dao động để điều hưởng bộ dao động đến khi fVCO = (N/R)*fChuẩn. - Khi chế tạo bộ dao động cho đài rada ta có thể thay thế modul mạch tạo dao động VCO bằng IC ROS-2952+ có sẵn để giảm sự phức tạp trong chế tạo và tích hợp các modul. - Với tần số làm việc của VCO từ 2,7-3,1 GHz chúng ta sử dụng bộ tổ hợp tần số ADF4113 để nâng cao độ ổn định bộ dao động VCO cho các đài rađa. - Dao động chuẩn ta dùng thạch anh loại 4 chân tần số 16.9344 MHz: chân 1 không dùng, chân 2 nối đất, chân 3 nối nguồn 5V và chân 4 đưa ra tần số 16.9344MHz nối với đầu vào tham chiếu REFin của ADF4113. - Để điều khiển đầu ra các tần số mong muốn, ta sử dụng vi điều khiển PIC 12F675 8 chân. - Kết quả đo mạch dao động sau khi chế tạo thoả mãn các yêu cầu đưa ra của đài radar П – 37 (Công suất, tần số. - Khi thay đổi các giá trị nạp cho PIC điều khiển đầu ra ta thu được các tín hiệu dao động ở tần số mong muốn trong khoảng 2,7-3,1GHz với công suất khoảng 10dBm. - Ưu điểm là tần số ra bộ dao động có thể được điều khiển chính xác và ổn định bằng thay đổi các tham số nạp cho PIC điều khiển. - Nhược điểm là công suất ra bộ dao động chưa đạt mức trên 10 dBm do bị suy hao lớn trên đường truyền vi dải. - 2 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN BẢNG CÁC TỪ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU Chương 1: Các lý thuyết cơ sở để thiết kế bộ dao động bán dẫn siêu cao tần ....8 1.1.Các loại mạch dao động Điều kiện dao động . - Mạch dao động tần số thấp . - Mạch dao động tần số cao . - Dao động thạch anh . - Dao động bán dẫn siêu cao tần (SMO . - Phân loại các bộ dao động bán dẫn siêu cao tần . - Các bộ dao động diode điện trở âm . - Các bộ dao dộng transistor. - Các bộ dao động khác Chương 2: Độ ổn định của các bộ dao động bán dẫn siêu cao tần và một số giải pháp nâng cao tính ổn định . - Các yếu tố ảnh hưởng đến độ ổn định của các bộ dao động bán dẫn siêu cao tần . - Một số giải pháp nâng cao tính ổn định của các bộ dao động bán dẫn siêu cao tần . - Phương pháp ổn định sử dụng hốc cộng hưởng có hệ số phẩm chất cao.36 2.2.2. - Phương pháp ổn định bơm khoá pha (Injection phase locking . - Ảnh hưởng của sự không ổn định nguồn nuôi và các giải pháp ổn định . - Ảnh hưởng thay đổi nhiệt độ và các phương pháp ổn định. - Giải pháp sử dụng vòng khóa pha để nâng cao độ ổn định của VCO.....41 Chương 3: Thiết kế chế tạo bộ dao động bán dẫn siêu cao tần số 3GHz cho đài radar Π . - Bộ dao động radar Π Giới thiệu chung về đài radar П . - Bộ dao động hiện đang sử dụng của đài radar П . - Thiết kế bộ dao động cho đài radar П . - Phương pháp thiết kế bộ dao động . - Thiết kế bộ dao động VCO và mạch khuếch đại trên ADS . - Chế tạo bộ dao động cho đài rada . - Mạch dao động siêu cao tần được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như trong truyền tin, truyền hình, điều khiển tính toán, điều hành giao thông, hàng hải, nông nghiệp, y học hiện đại.v.v. - Tuỳ theo yêu cầu và chức năng của từng thiết bị mà bộ dao động siêu cao tần có thể được thiết kế với đèn điện tử như klistron, magnetron, có thể dùng bán dẫn như transsitor lưỡng cực (bipolar), transistor trường (FET), hoặc các loại điốt có trở kháng âm như điốt TUNNEL, điốt IMPATT (Impact Avalanche and Transit Time), điốt TRAPATT (Trapped-Plasma Avalanche Transit Time), điốt BARITT (Barrier Injection Transit Time), điốt GUNN. - Ngày nay các bộ dao động bán dẫn siêu cao tần (viết tắt là SMO: solid-state microwave oscillator) với ưu điểm nhỏ nhẹ, dùng nguồn thấp, tuổi thọ cao, chế độ làm việc ổn định, tạp thấp đã và đang được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, ví dụ trong các mạch định thời gian, trong kỹ thuật số và trong các mạch trộn tín hiệu. - Nó còn được dùng trong chức năng quan trọng khác đó là các bộ dao động tại chỗ trong các máy thu phát thay thế cho các bộ dao động dùng đèn điện tử cồng kềnh, tuổi thọ và chất lượng làm việc thấp, tạp lớn, tốn nhiều nguồn, khó điều chỉnh. - 5 Các bộ tạo dao động bán dẫn siêu cao tần đã được các nước trên thế giới phát triển từ những năm 1970. - Có thể chia các bộ dao động bán dẫn siêu cao tần làm hai loại chính: Các bộ dao động điốt trở kháng âm (như GUNN và IMPATT) thực hiện trong hốc cộng hưởng cùng với điốt Varactor tạo thành bộ VCO. - Bộ dao động VCO được thiết kế trên mạch dải sử dụng bán dẫn trường hoặc bán dẫn Bipolar và điốt Varactor. - Các bộ dao động bán dẫn siêu cao tần có ưu điểm là kích thước bé, có độ ổn định cao, tạp nhỏ và cấp nguồn rất đơn giản, các bộ dao động này có thể sử dụng làm máy phát (có sử dụng kỹ thuật cộng công suất). - Các bộ dao động bán dẫn siêu cao tần được sử dụng làm dao động ngoại sai trong các đài rađa thường được thực hiện dưới dạng VCO (Voltage Controlled Oscillator: bộ dao động điều chỉnh điện áp), các bộ VCO này có thể điều chỉnh tần số dao động một cách dễ dàng bằng cách thay đổi điện áp cấp cho Varactor. - Mục đích của đề tài là nghiên cứu thiết kế và chế tạo bộ dao động trên mạch vi dải để thay thế bộ dao động cũ sử dụng đèn 3 cực của radar П-37. - Hiện nay các bộ phận máy thu cũ của đài radar này nói chung trong đó có bộ dao động không có các thiết bị để thay thế. - Yêu cầu đặt ra là phải chế tạo được bộ dao động mới đáp ứng được các chỉ tiêu kỹ thuật để thay thế cho bộ dao động cũ của đài radar. - Xuất phát từ thực tiễn đó em đi sâu vào nghiên cứu để thiết kế và chế tạo một bộ dao động trên mạch vi dải cho đài radar đáp ứng yêu cầu đề ra. - Nội dung luận văn trình bày gồm 3 chương: Chương 1: Các lý thuyết cơ sở để thiết kế bộ dao động bán dẫn siêu cao tần: trình bày khái quát về các bộ dao động siêu cao, các lý thuyết cơ sở để thiết kế bộ dao động bán dẫn siêu cao tần 6 Chương 2: Độ ổn định của các bộ dao động bán dẫn siêu cao tần và một số giải pháp nâng cao tính ổn định: đưa ra các nguyên nhân gây mất ổn định bộ dao động bán dẫn siêu cao tần (do ảnh hưởng mất ổn định của nguồn nuôi, do ảnh hưởng của nhiệt độ. - đồng thời đề ra một số phương pháp ổn định bộ dao động, như phương pháp ổn định sử dụng hốc cộng hưởng có hệ số phẩm chất cao, phương pháp ổn định sử dụng kỹ thuật vòng khoá pha… Chương 3: Thiết kế chế tạo bộ dao động bán dẫn siêu cao tần số 3GHz cho đài radar Π-37: Trên cơ sở lý thuyết chương 1 và 2, trình bày thiết kế, chế tạo các bộ VCO 3GHz trên mạch vi dải sử dụng kỹ thuật vòng khoá pha PLL. - Trong qúa trình làm luận văn, được sự hướng dẫn rất tận tình của các cán bộ phòng thí nghiệm phòng Thí nghiệm Radar - Viện Radar - Viện KHKT Quân sự, và thầy giáo hướng dẫn, đồng thời qua quá trình nghiên cứu tài liệu, thiết kế em đã được tìm hiểu về các bộ dao động, thiết kế sử dụng phần mềm thiết kế mạch ADS và chế tạo các bộ VCO 3GHz. - 7 Chương 1: Các lý thuyết cơ sở để thiết kế bộ dao động bán dẫn siêu cao tần 1.1.Các loại mạch dao động 1.1.1.Điều kiện dao động Hình 1.1 là sơ đồ khối một mạch dao động có hồi tiếp. - Sơ đồ khối mạch dao động có hồi tiếp Nếu pha của Vf lệch 180º so với Vin ta có hồi tiếp âm. - Vin = 0 Nghĩa là khi không có tín hiệu nguồn Vin mà vẫn có tín hiệu ra Vout tức mạch tự tạo ra tín hiệu và được gọi là mạch dao động. - Điều kiện để mạch dao động là: (1.2) 8 Nếu βAv. - Còn nếu βAv < 1 thì mạch không dao động được. - Mạch dao động tần số thấp Dao động dịch pha RC Hình 1.2 là sơ đồ mạch dao động dịch pha RC. - Mạch dao động dịch pha RC Mạch có thể dùng BJT, FET hoặc khuếch đại thuật toán. - Tần số dao động: (1.3) │β. - 1/29, Dao động cầu Wien 9 Mạch dao động cầu Wien cũng là một dạng dao động dịch pha. - Mạch dao động cầu Wien căn bản như hình 1.3. - Tần số và hệ số hồi tiếp được xác định bằng công thức: (1.4) Hình 1.3. - Mạch dao động cầu Wien Như vậy để thay đổi tần số dao động, ta có thể thay đổi một trong các thành phần trên. - Tuy nhiên, lưu ý là khi có hồi tiếp hệ số β thay đổi và độ lợi vòng cũng thay đổi theo, điều này có thể làm cho mạch mất dao động hoặc tín hiệu dao động bị biến dạng. - Mạch dao động tần số cao Dao động dịch pha không dùng được ở tần số cao vì lúc đó tụ điện phải có điện dung rất nhỏ. - Ðể tạo sóng tần số cao người ta thường đưa vào hệ thống hồi tiếp các mạch cộng hưởng LC (song song hoặc nối tiếp). - Dạng tổng quát của mạch dao động tần số cao như hình 1.4. - Tại tần số cộng hưởng ta có: Z1 + Z2 + Z3 = 0. - β 1 nên Av(oc) Tùy theo Z1 , Z2 , Z3 là cuộn cảm hay tụ điện và tích chất mạch khuếch đại ta có các loại mạch dao động Hartley, Colpitts hay Clapp. - Mạch dao động LC Mạch dao động Colpitts 11 Hình 1.5. - Mạch dao động Colpitts dùng JFET So sánh với mạch tổng quát: Z1 = C1. - L2: cuộn chặn cao tần (Radio-frequency choke) có nội trở không đáng kể nhưng có cảm kháng rất lớn ở tần số dao động, dùng cách ly tín hiệu dao động với nguồn cấp điện. - Tại tần số cộng hưởng: Z1 + Z2 + Z Nếu gọi ta có Av(oc) (1.7) Kết quả trên cho thấy mạch khuếch đại phải là mạch đảo và độ lợi vòng hở phải có trị tuyệt đối lớn hơn C2 /C1. - -gm(rd //XL2) Do XL2 rất lớn tại tần số cộng hưởng, nên: Av(oc. - Mạch dao động Colpitts dùng BJT Mạch dao động Clapp Dao động clapp thật ra là một dạng thay đổi của mạch dao động colpitts. - Cuộn cảm trong mạch dao động colpitts đổi thành mạch LC nối tiếp. - Tại tần số cộng hưởng, tổng trở của mạch này có tính cảm kháng. - Hình 1.7 là sơ đồ mạch dao động Clapp dùng FET Tại tần số cộng hưởng: Z1 + Z2 + Z3 = 0. - Nếu gọi (1.8) Av(oc) Ðể ý là do mạch L1C3 phải có tính cảm kháng ở tần số dao động nên C3 phải có trị số nhỏ, thường là nhỏ nhất trong C1, C2, C3 và f0 gần như chỉ tùy thuộc vào L1C3 mắc nối tiếp. - Mạch dao động Clapp dùng FET Mạch dao động Hertley Mạch dao động Hertley được vẽ ở hình 1.8. - Mạch này cũng giống như dao động colpitts nhưng vị trí của cuộn dây và tụ hoán đổi nhau.Z1 = L1
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt