1
TÀI LIỆU HỌC TẬP THIẾT BỊ THU PHÁT
CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ THIẾT BỊ THU PHÁT VÔ TUYẾN
VÀ PHÂN CHIA DẢI TẦN SỐ VÔ TUYẾN
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Thiết bị thu phát là phần quan trọng, không thể thiếu trong các thiết bị viễn thông. Cấu
trúc của hệ thống thu phát phụ thuộc rất nhiều vào công dụng của chúng. Trong các hệ thống
phát thanh, phát hình một hệ thống phát có thể làm việc với hàng chục vạn, hàng triệu máy thu.
Trong các hệ thống thông tin có thể một máy phát chỉ làm việc với một máy thu. Với các hệ
thống thu phát đặt trên các phương tiện bay (máy bay, vệ tinh) thì cấu trúc của nó lại phụ thuộc
vào yêu cầu giảm nhỏ kích thước và trọng lượng. Ngày nay, do sự phát triển của công nghệ
điện tử, những yêu cầu như nâng cao số lượng, chất lượng tin tức cần truyền, yêu cầu đảm bảo
thông tin ổn định và không tìm kiếm đã được giải quyết và cấu trúc của các thiết bị thu phát rất
phức tạp. Tuy vậy những nguyên tắc cơ bản của chúng cũng không thay đổi.
2. SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HỆ THỐNG THIẾT BỊ THU PHÁT
Trong hệ thống thu phát, thông tin được truyền từ nơi này đến nơi khác bằng thiết bị điện tử
thông qua môi trường truyền. Sơ đồ khối cơ bản của hệ thống được biểu diễn như hình vẽ:
+ Máy phát: Tập hợp các linh kiện và mạch điện tử được thiết kế để biến đổi tin tức thành tín
hiệu phù hợp với môi trường truyền.
+ Môi trường truyền: Phương tiện để truyền thông tin, có thể là dây dẫn (gọi là hữu tuyến như
cáp đồng trục, cáp sợi quang) hoặc là khoảng không gian từ nơi phát đến nơi thu (gọi là vô
tuyến, như trong thông tin vi ba số, thông tin vệ tinh)
+ Máy thu: Tập hợp các linh kiện và mạch điện tử được thiết kế để nhận tín hiệu từ môi trường
truyền, xử lý và khôi phục lại tin tức ban đầu.
Máy phát
Tx
Môi trường
truyền
Máy thu
Rx
Nhiễu
Tín hiệu vào:
âm thanh, dữ
liệu, hình ảnh
Tín hiệu ra
Sơ đồ khối của hệ thống thiết bị thu phát
Nhiễu
Nhiễu
2
+ Nhiễu: là các tín hiệu ngẫu nhiên không mong muốn, xen lẫn vào tín hiệu hữu ích, làm sai
dạng tín hiệu ban đầu. Nhiễu có thể xuất hiện trong cả 3 quá trình phát, truyền dẫn và thu. Do
đó việc giảm ảnh hưởng của nhiễu là một vấn đề quan trọng cần được quan tâm trong hệ thống
thiết bị thu phát nhằm nâng cao chất lượng tín hiệu truyền dẫn.
3. PHÂN CHIA DẢI TẦN SỐ VÔ TUYẾN
TÊN DẢI TẦN SỐ VÔ TUYẾN TẦN SỐ BƯỚC SÓNG
Tần số thấp (Low Frequency - LF)
- Dải Sóng dài
(30 - 300)KHz m
34 1010
Tần số trung bình (Medium Frequency - MF)
- Dải sóng trung
(300 - 3000)KHz m
23 1010
Tần số cao (High Frequency - HF)
- Dải sóng ngắn
(3 - 30)MHz m
12 1010
Tần số rất cao (Very High Frequency - VHF)
- Dải sóng cực ngắn
(30 - 300)MHz m110
Tần số cực cao (Ultra High Frequency -
UHF)
- Dải sóng dm
(300 - 3000)MHz m
1
101
Tần số siêu cao (Super High Frequency -
SHF)
- Dải sóng cm
(3 - 30)GHz m
21 1010
Dải
sóng
siêu
cao
tần
Tần số siêu cực cao (Extremly High
Frequency - EHF)
- Dải sóng mm
(30 - 300)GHz m
32 1010
Dải tần Vi ba (Microwave) có tần số từ 1GHz đến 40GHz được chia làm nhiều dải nhỏ:
L Band : (1 - 2) GHz
S Band : (2 - 4) GHz
C Band : (4 - 8) GHz
X Band : (8 - 12) GHz
Ku Band : (12 - 18) GHz
K Band : (18 - 27) GHz
Ka Band : (27 - 40) GHz
3
CHƯƠNG 1
SƠ ĐỒ KHỐI TỔNG QUÁT VÀ CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT
CHỦ YẾU CỦA MÁY PHÁT VÔ TUYẾN
1.1. SƠ ĐỒ CHỨC NĂNG VÀ CÁC PHẦN CƠ BẢN CỦA MÁY PHÁT
1. Các chức năng của máy phát vô tuyến
Sơ đồ và cấu trúc của thiết bị phát phụ thuộc vào các yếu tố khác nhau: công dụng, dải tần
công tác, công suất; Tuy nhiên dù cấu trúc của thiết bị phát như thế nào, nó cũng phải đảm bảo
thực hiện được các chức năng cơ bản sau:
- Tạo dao động cao tần với công suất và tần số yêu cầu.
- Điều chế dao động cao tần bằng các tin tức cần truyền.
- Làm suy giảm các hài và dao động phụ mà tần số của chúng nằm ngoài dải tần bức xạ
cần thiết và có thể gây nhiễu cho các hệ thống thông tin khác.
- Bức xạ dao động cao tần thành sóng điện từ vào không gian.
2. Sơ đồ khối tổng quát của máy phát vô tuyến
a. Máy phát có sơ đồ đơn giản
Máy phát có sơ đồ đơn giản có ưu điểm là đơn giản, có thể làm việc ở một dải tần số
liên tục nào đó không quá rộng. Tuy nhiên có nhược điểm là độ ổn định tần số không cao, dải
tần làm việc hẹp, công suất phát nhỏ.
b. Máy phát có sơ đồ phức tạp
Máy phát có sơ đồ phức tạp có thể làm việc trong dải tần công tác rộng, độ ổn định tần
số cao, công suất ra lớn, độ lọc sóng hài cao.
4
3. Các phần tử cơ bản của máy phát vô tuyến
- Bộ tạo dao động chuẩn: là bộ tạo dao động thạch anh để tạo được dao động cao tần với
độ ổn định tần số cao. Độ ổn định tần số của bộ tạo dao động chuẩn quyết định độ ổn định tần
số của máy phát.
- Bộ tổ hợp tần số: để tạo ra dao động cao tần với dải tần số công tác cần thiết cho máy
phát và đảm bảo độ ổn định tần số cao như của dao động thạch anh.
- Tầng tiền khuếch đại: có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu cao tần đến mức đủ lớn để kích
thích cho tầng khuếch đại công suất làm việc. Nhờ vậy, các bộ tạo dao động chuẩn, bộ tổ hợp
tần số không cần công suất lớn. Điều này đảm bảo cho các bộ tạo dao động chuẩn và tổ hợp tần
số đạt được yêu cầu cao về độ ổn định tần số và các yêu cầu khác. Ngoài ra tầng tiền khuếch
đại còn có chức năng ngăn cách ảnh hưởng của các tầng khuếch đại công suất và các thiết bị
điều chỉnh trong tầng ra tới các mạch tổ hợp tần số, tạo dao động chuẩn.
- Tầng Khuếch đại công suất: có nhiệm vụ khuếch đại công suất dao động cao tần để
công suất ra đạt đến mức xác định theo yêu cầu của hệ thống.
- Mạch ra: dùng để truyền dao động cao tần đã được khuếch đại ra anten, thực hiện phối
hợp trở kháng giữa đầu ra của tầng khuếch đại công suất với anten, nghĩa là đảm bảo truyền
công suất tín hiệu ra anten với hiệu suất cao nhất. ngoài ra mạch ra còn làm nhiệm vụ lọc bỏ
các hài bậc cao của dao động cao tần.
- Anten: làm nhiệm vụ biến đổi dao động cao tần đưa đến thành sóng điện từ bức xạ vào
không gian.
- Bộ điều chế: dùng để điều chế dao động cao tần máy phát bằng các tín hiệu tin tức cần
truyền (tín hiệu điều chế). Tùy theo các loại máy phát mà điều chế dao động cao tần có thể
được thực hiện ở các tầng khác nhau trong máy phát.
5
1.2. CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT CỦA MÁY PHÁT
1. Dải tần công tác maxmin ff
Dải tần công tác của máy phát (hay hệ thống thu-phát) phụ thuộc vào mục đích sử dụng
của chúng. Dải tần công tác sẽ quyết định hệ thống cộng hưởng, dạng linh kiện sử dụng trong
tuyến tần số cao của máy phát, máy thu.
Các thiết bị thu phát có thể làm việc trên một vài tần số cố định hay trong một dải tần số
nào đó. Các máy phát thanh, phát hình thường làm việc trên một vài tần số (kênh). Các hệ
thống thông tin di động làm việc trong một dải tần số phù hợp. Còn các hệ thống thông tin
thường căn cứ vào yêu cầu sử dụng sẽ làm việc trong các dải tần số khác nhau. Hiện nay có
những thiết bị thông tin dải tần làm việc từ vài chục KHz đến vài GHz.
Độ rộng của dải tần công tác được đánh giá thông qua hệ số bao tần:
min
max
f
f
kb
Với máy phát có hệ số bao tần rộng 2
b
k, người ta chia dải tần công tác thành các băng
tần con. Việc phân chia này được dựa trên nguyên tắc đảm bảo khả năng thực hiện của phần tử
điều chỉnh tần số và giữ chỉ tiêu chất lượng đồng đều trong dải tần nói chung và băng tần con
nói riêng.
2. Số lượng tần số công tác N ( 1N): là số lượng tần số công tác trong dải tần số công tác.
3. Bước tần công tác: là khoảng cách giữa hai tần số công tác lân cận
1
minmax
0
N
ff
f với 2N
4. Độ ổn định tần số công tác
Độ ổn định tần số công tác được đánh giá thông qua sai số tương đối giữa tần số thực tế
với tần số danh định cần tạo ra.
dđ
dđ
dđ f
ff
f
f
Trong đó f là tần số trong thực tế, dđ
f là tần số danh định cần tạo ra.
Trong hệ thống thông tin hiện nay, độ ổn định tần số cao là một yêu cầu rất quan trọng để
đảm bảo thông tin không tìm kiếm và điều chỉnh trong quá trình làm việc. Đồng thời chỉ tiêu
này cũng quyết định đến số lượng đường thông tin và chất lượng truyền tin trong từng đường.
5. Công suất ra của máy phát Pra: là công suất cực đại của dao động cao tần đưa tới anten khi
không điều chế và bức xạ liên tục (khi phát sóng mang liên tục).