Thi Nghiem Vien Thong

TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC TOÂN ÑÖÙC THAÉNG KHOA ÑIEÄN – ÑIEÄN TÖÛ ----------

MOÂN HOÏC

THÍ NGHIEÄM VIEÃN THOÂNG GIAÛNG VIEÂN: ThS. HOAØNG MAÏNH HAØ

TR ƯỜ  NG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨ C THẮNG ƯỜ NG KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ  BỘ MÔN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

TÀI LIỆU HƯỚ NG NG DẪN THÍ NGHIỆM

ỄN THÔNG

VI

Tp.H ồ Chí Minh, tháng 4 - 2010

TR ƯỜ  NG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨ C THẮNG ƯỜ NG KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ  BỘ MÔN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

TÀI LIỆU HƯỚ NG NG DẪN THÍ NGHIỆM

ỄN THÔNG

VI

Tp.H ồ Chí Minh, tháng 4 - 2010

TR ƯỜ  ƯỜ NG NG ĐH TÔN ĐỨ C THẮ THẮNG KHOA ĐIỆN – Đ – ĐIỆN TỬ  TỬ  ---------------------

CỘNG HÒA XÃ HỘ HỘI CHỦ CHỦ NGH NGHĨĨA VIỆ VIỆT NAM Độcc lậ Độ lập - Tự  Tự do do - Hạ Hạnh phúc **************

NỘI QUY PHÒNG THÍ NGHIỆ NGHIỆM ĐIỆN-Đ N-ĐIỆN TỬ  TỬ  ĐIỀU I. TR ƯỚ ƯỚC KHI ĐẾ N PHÒNG THÍ NGHI ỆM SINH VIÊN PH ẢI: 1.  Nắm vững quy định an toàn của phòng thí nghi ệm. 2.  Nắm vững lý thuyết và đọc k ỹ tài liệu hướ ng ng dẫn bài thực nghiệm. ướ c mỗi buổi thí nghiệm. Sinh viên không làm bài chu ẩn bị theo đúng 3. Làm bài chuẩn bị tr ướ  yêu cầu sẽ không đượ c vào làm thí nghi ệm và xem nh ư vắng buổi thí nghiệm đó. 4. Đến phòng thí nghi ệm đúng giờ  quy định và giữ tr ật tự chung. Tr ễ 15 phút không đượ c vào thí nghiệm và xem nh ư vắng buổi thí nghiệm đó. 5. Mang theo th ẻ sinh viên và g ắn bảng tên trên áo. ướ c khi vào phòng thí nghi ệm. 6. Tắt điện thoại di dộng tr ướ  ĐIỀU II. VÀO PHÒNG THÍ NGHI ỆM SINH VIÊN PH ẢI: 1. Cất cặ p, túi xách vào n ơ i quy định, không mang đồ dùng cá nhân vào phòng thí nghi ệm. 2. Không mang th ức ăn, đồ uống vào phòng thí nghi ệm. 3.  Ngồi đúng chỗ quy định của nhóm mình, không đi lại lộn xộn. 4. Không hút thuốc lá, không kh ạc nhổ và vứt rác bừa bãi. 5. Không thảo luận lớ n tiếng trong nhóm. 6. Không tự ý di chuy ển các thiết bị thí nghiệm ĐIỀU III. KHI TIẾ N HÀNH THÍ NGHI ỆM SINH VIÊN PHẢI: 1.  Nghiêm túc tuân theo s ự hướ ng ng dẫn của cán bộ phụ trách. 2. Ký nhận thiết bị, dụng cụ và tài liệu kèm theo để làm bài thí nghiệm. ướ c khi thao tác. 3. Đọc k ỹ nội dung, yêu c ầu của thí nghiệm tr ướ  4. Khi máy có sự cố phải báo ngay cho cán b ộ phụ trách, không tự tiện sửa chữa. 5. Thận tr ọng, chu đáo trong mọi thao tác, có ý th ức trách nhiệm giữ gìn tốt thiết bị. ườ ng 6. Sinh viên làm hư hỏng máy móc, d ụng cụ thí nghiệm thì phải bồi thườ ng ng cho Nhà tr ườ  ng và sẽ bị tr ừ điểm thí nghiệm. 7. Sau khi hoàn thành bài thí nghi ệm phải t ắt máy, cắt điện và lau s ạch bàn máy, s ắ p x ế p thiết ở về vị trí ban đầu và bàn giao cho cán b ộ phụ trách.  bị tr ở  ĐIỀU IV. 1. Mỗi sinh viên ph ải làm báo cáo thí nghi ệm bằng chính s ố liệu của mình thu thậ p đượ c và ướ c thì không đượ c làm nộ p cho cán bộ hướ ng ng d ẫn đúng hạn định, chưa n ộ p báo cáo bài tr ướ   bài k ế tiế p. 2. Sinh viên v ắng quá 01 bu ổi thí nghiệm hoặc vắng không xin phép s ẽ bị cấm thi. 3. Sinh viên ch ưa hoàn thành môn thí nghi ệm thì phải học lại theo quy định của phòng đào tạo. 4. Sinh viên hoàn thành toàn b ộ các bài thí nghi ệm theo quy định sẽ đượ c thi để nhận điểm k ết thúc môn h ọc. ĐIỀU V. 1. Các sinh viên có trách nhi ệm nghiêm chỉnh chấ p hành b ản nội quy này. 2. Sinh viên nào vi ph ạm, cán bộ phụ trách thí nghiệm đượ c quyền cảnh báo, tr ừ điểm thi. ườ ng Tr ườ  ng hợ  p vi phạm lặ p lại hoặc phạm lỗi nghiệm tr ọng, sinh viên s ẽ bị đình chỉ làm thí ườ ng. nghiệm và sẽ bị đưa ra hội đồng k ỷ luật nhà tr ườ  ng. Tp.HCM, Ngày 20 tháng 09 năm 2009

KHOA ĐIỆ N-ĐIỆ N TỬ  (  Đã ký)

 ̀     ̣

ướ 

ẫ 

T 

́ 

    ̣

  ̃

 ̀ BÀI 1

ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ BIÊN ĐỘ (AM) I. MỤC ĐÍCH Khi hoàn thành bài thí nghiệm này, sinh viên có thể mô tả máy phát tín hiệu điều chế biên độ và giải thích tín hiệu tin tức ảnh h ưở ng đến hình dạng của tín hiện AM như thế nào, tính chỉ số điều chế và phần tr ăm điều chế từ các tham số AM, mô tả điều chế 100%, quá điều chế, và hiệu suất truyền. Sinh viên cũng có thể mô tả máy thu AM, giải thích ảnh hưở ng của các tầng RF, IF đến vi ệc phát hiện tín hiệu AM, hiểu đượ c phươ ng pháp giải điều ch ế AM bằng cách tách sóng đườ ng bao.

II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1. Giớ i thiệu

Điều ch ế biên độ (AM) là quá trình k ết h ợ  p tín hiệu tin tức v ớ i tín hiệu sóng mang trong đó  biên độ của tín hiệu sóng mang thay đổi theo tín hiệu tin tức. Như hình 1-1 trình bày, AM t ạo ra một hình bao điều chế mà có dạng sóng tươ ng tự như tín hiệu tin tức. Các sự thay đổi biên độ của tín hiệu tin tức gây ra các sự thay đổi biên độ trong tín hiệu sóng mang tần số cao.

 Hình 1.1.

Khi tín hiệu tin tức (f m) là sóng sine, phổ tần số của tín hiệu sóng mang đượ c điều chế (tín hiệu AM) gồm có ba thành phần tần số: sóng mang (f c), biên trên (USB = f c + f m), và biên dướ i (ISB = f c - f m). Hình 1-2 minh họa các thành phần này. Ví dụ, nếu tín hiệu sóng mang (f c ) là 2000 kHz và tín iệu tin tức (f m ) là 4 kHz, tần số LSB sẽ là 1996 kHz (f c- f m = 2000 - 4), và tần số USB sẽ là 2004 kHz (f c + f m = 2000 + 4) .

 Hình 1.2.

1-1

 ̀     ̣

ướ 

ẫ 

T 

́ 

    ̣

  ̃

 ̀

 Hình 1.3

Chỉ số điều chế (m) là tỉ số của biên độ đỉnh tín hiệu tin tức trên biên độ đỉnh của tín hiệu sóng mang. Phươ ng pháp tính để xác định chỉ số điều ch ế (m) từ tín hiệu AM dựa vào hình 1-3 và công thức dướ i đây: M=

 A − B  A + B

Phần tr ăm điều chế là chỉ số điều chế đượ c biểu diễn theo phần tr ăm (m x 100).

 Hình 1.4

Dạng sóng AM trình bày trong hình 1-4 là điều chế 100% (chỉ số điều chế bằng 1); các điểm tr ũng tiế p xúc vớ i đườ ng chuẩn zero. Công suất và hiệu suất trong truyền AM liên quan tr ực tiế p đến chỉ số điều chế; điều chế 100% là nhằm đạt công suất biên lớ n nhất.

 Hình 1.5.

Khi quá điều ch ế xảy ra (lớ n h ơ n 100%), cả hai biên của hình bao điều ch ế băng qua đườ ng chuẩn zero, như hình 1-5. Trong truyền thông AM, quá điều chế gây ra các tần số biên giả gọi là biên splatter. Splatter này gây ra méo trong máy thu và nhiễu vớ i các tr ạm radio khác. Khi chỉ số điều chế tăng, mức công suất của các biên (PSB) tăng khi công suất sóng mang (PC) giữ không đổi. B ở i vì thông tin có ích đượ c chứa trong tín hiệu t ần s ố radio (RF) nằm trong các biên, do đó có thể đạt cực đại công suất biên bằng cách tăng chỉ số điều chế mong muốn. Tuy nhiên, trong AM, ch ỉ số điều chế phải không đượ c lớ n hơ n 1, nếu không méo và nhiễu sẽ xảy ra. Công suất tổng (PT) trong tín hiệu AM là tổng của công suất sóng mang (PC) và công suất  biên dướ i và biên trên (PSB). PT = PC + PSB 1-2

 ̀     ̣

ướ 

ẫ 

T 

́ 

    ̣

  ̃

 ̀

Hiệu suất truyền (μ) là phân số của công suất tổng màđượ c chứa trong các biên. μ=

 P SB  P T 

Hiệu suất truyền cũng liên quan đến chỉ số điều chế. 2

μ=m

/ (2 + m2 )

2. Máy phát AM

 Hình 1.6.

Có nhiều cách để tạo ra một tín hiệu AM. Như hình 1-7, mạch tích hợ  p bộ điều chế cân bằng (IC), một phần tử phi tuyến, có thể có chức năng điều chế biên độ. Các tín hiệu tin tức và sóng mang là các tín hiệu vào mạch điều chế biên độ.

 Hình 1.7 

Mạch điều ch ế biên độ tr ộn tín hiệu tin tức và sóng mang để dịch t ần s ố của tín hiệu tin tức: nó dịch tín hiệu tin tức đến tần số của tín hiệu sóng mang. Hình bao c ủa tín hiệu sóng mang là  bản copy của tín hiệu tin tức và thay đổi tại các tần số giống vớ i tần số tín hiệu tin tức. Bộ khuếch đại công suất RF là phần cuối cùng tr ướ c khi đến anten phát. Nó cung cấ p sự khuếch đại công suất cần thiết cho anten để bức xạ các tín hiệu RF trên các khoảng cách dài. Hình 1-8 trình bày s ơ  đồ của mạch khuếch đại công suất trong khối mạch AM/SSB TRANSMITTER. Vùng này gồm có RF POWER AMPLIFIER (Q1) và ANTENNA MATCHING NETWORK có chức năng tạo tr ở  kháng ngõ ra Q1 cần thiết để truyền công suất yêu cầu đến anten tr ở kháng thấ p (đượ c mô phỏng bở i R5).

1-3

 ̀     ̣

ướ 

ẫ 

T 

́ 

    ̣

  ̃

 ̀

 Hình 1.8.

Điện dung C1 trong bộ chân đế cách ly điện áp cực nền DC bở i điện tr ở  R1. Các điện tr ở  R2 và R3 làm thành mạch chia áp để cung cấ p điện áp DC không đổi ở cực nền khoảng 4.8V. Bộ khuếch đại công suất RF (Q1) là một bộ khuếch đại E chung. Q1 luôn đượ c phân cực thuận bở i vì điện áp DC ở  cực nền Q1 không đổi. K ết quả là Q1 hoạt động như một bộ khuếch đại lớ  p A.

 Hình 1.9.

Trong bộ khuếch đại l ớ  p A, dòng cực thu dẫn 3600 cho tín hiệu ngõ vào, và tín hiệu ngõ ra không bị méo. Trong bộ khuếch đại l ớ  p B, dòng cực thu dẫn 1800 cho tín hiệu ngõ vào, và tín hiệu ngõ ra bị méo. Trong bộ khuếch đại lớ  p C, dòng cực thu dẫn ít hơ n 1800 cho tín hiệu ngõ vào, và tín hiệu ngõ ra bị méo đáng k ể (xem hình 1-9). Đối v ớ i tr ườ ng h ợ  p phát quảng bá, hiệu su ất là quan tr ọng b ậc nh ất trong các bộ khuếch đại công suất b ở i vì bất k ỳ suy hao công suất đều d ẫn đến ít công suất h ơ n cho quá trình b ức x ạ và tín hiệu không truyền đượ c xa. Các bộ khuếch đại lớ  p C cung cấ p hiệu suất tốt hơ n lớ  p B, và các bộ khuếch đại lớ  p B cung cấ p hiệu suất tốt hơ n lớ  p A. 3. Máy thu AM Hình 1-10 trình bày sơ đồ khối đơ n giản của máy thu AM quảng bá. Tầng RF và bộ dao động nội đượ c điều chỉnh đồng thờ i, tầng RF sẽ khuếch đại tín hiệu AM. Bộ đổi tần chuyển tần số AM thành tần s ố IF (trung tần) 455 kHz, và tầng IF lọc và khuếch đại tín hiệu trung tần IF. Bộ tách sóng khôi phục lại tín hiệu tin tức từ tín hiệu IF, và cuối cùng tầng audio khuếch đại tín hiệu tin tức đến loa.

1-4

 ̀     ̣

ướ 

ẫ 

T 

́ 

    ̣

  ̃

 ̀

 Hình 1.10.

Xem hình 1-11. Tín hiệu AM từ anten máy phát AM k ết nối đến điện tr ở  1MΩ (R8) để giảm công suất của tín hiệu AM đượ c nhận tại máy thu. Tr ở  kháng ngõ vào bộ khuếch đại RF xấ p xỉ 3 k Ω. R8 nối đến một biến áp tự ngẫu L4 có tỉ số vòng là 7.7. Vớ i tỉ số này, tr ở  kháng ngõ vào của bộ lọc RF sẽ xấ p xỉ 50 Ω khi bộ lọc cộng hưở ng ở tần số 1000 kHz. CHÚ Ý: Tại tần số cộng hưở ng của RF FILTER, XL4 = XC7 và mạch có tr ở  kháng là điện tr ở thuần.

 Hình 1.11.

 Như đượ c trình bày trong hình 1-12, mạch RF FILTER gồm một điện cảm và một điện dung cố định m ắc song song. Đó là mạch l ọc thông dải LC song song. Tần s ố cộng h ưở ng(f r)  x ảy ra khi điện kháng và điện dung bằng nhau (XL = XC). Tại f r,  tr ở kháng RF FILTER là điện tr ở  thuần và tín hiệu ngõ ra là lớ n nhất.

 Hình 1.12.

Điều chỉnh RF FILTER cho t ần số cộng h ưở ng là 1000 kHz: điều ch ỉnh cuộn điện c ảm (L4) sao cho tín hiệu ngõ ra RF AMPLIFIER lớ n nhất. RF AMPLIFIER khuếch đại tín hiệu AM 1000 kHz đến RF FILTER và tăng m ức công suất của nó khoảng 72 dB (độ lợ i khoảng 16,000,000). Sinh viên điều ch ỉnh L5 để cho mạch RLC cực thu đượ c cộng h ưở ng ở  1000 kHz để cho độ lợ i c ực đại. Khi mạch RLC cực thu đượ c c ộng h ưở ng ở  1000 kHz, điện dung và điện kháng triệt tiêu, và mạch chỉ còn lại điện tr ở thuần. Các mức công suất vào và ra của RF STAGE và các thành ph ần khác của m ột máy thu AM thườ ng ở  decibel (dB) liên quan đến mức công suất tham chiếu. Thông thườ ng sử dụng ở 

1-5

 ̀     ̣

ướ 

ẫ 

T 

́ 

    ̣

  ̃

 ̀

miliwatt (mW). Biểu thức dướ i đây cho quan hệ giữa công suất tính bằng dBm vớ i công suất (P) tính bằng mW. dBm = 10 x [log10 (P/1 mW)] Một dBm là một lượ ng công suất thật sự, khác vớ i dB đại diện cho tỉ số công suất. Cách dùng của dBm thì thuận lợ i khi xử lý vớ i các mạch nhiều tầng. Hiệu số giữa mức dBm tại ngõ ra và ngõ vào một tầng chính là độ lợ i công suất tính bằng dB của tầng đó (hình 1-13).

 Hình 1.13.

Loại IC đã dùng cho bộ điều ch ế cân bằng c ũng đượ c dùng cho bộ đổi t ần (xem hình 1-14). Bộ đổi tần có hai ngõ vào: M (tin tức) và C (sóng mang). Ngõ vào tín hi ệu RF của bộ đổi tần (M) lấy từ ngõ ra bộ khuếch đại RF. Ngõ vào tín hiệu dao động nội của bộ đổi tần (C) là một tín hiệu 1455 kHz đượ c tạo ra từ khối mạch VCO-HI.

 Hình 1.14.

Bở i vì tín hiệu ngõ vào RF đến bộ đổi tần có ba thành phần t ần số, tín hiệu ngõ ra bộ đổi tần cân bằng sẽ gồm các tần số tổng và hiệu của ba thành phần RF. Các t ần số ngõ vào RF không có biên độ đáng k ể trong ngõ ra. Bộ lọc IF là một bộ lọc sứ có băng thông 20 kHz, nó lo ại bỏ tất cả các tần số dướ i 455 kHz và trên 465 kHz. Để cho bộ đổi tần tạo ra một tín hiệu vớ i tần số hiệu là 455 kHz đến bộ lọc IF, tần số VCO-HI phải đượ c chỉnh chính xác ở 1455 kHz. Bộ tách sóng đườ ng bao (xem hình 1-15 và 1-16): trên nửa chu k ỳ dươ ng của tín hiệu ngõ ra, tụ điện nạ p đến điện áp đỉnh ngõ vào. Vì thế, điện áp qua R12 và C10 sẽ bằng điện áp của tín hiệu ngõ vào (tr ừ sụt áp diode) bở i vì diode (CR1) đượ c phân cực thuận. Khi tín hiệu ngõ ra nhỏ hơ n giá tr ị này, diode (CR1) tắt và tụ điện (C10) bắt đầu x ả từ từ qua điện tr ở  (R12) vớ i tốc độ đượ c xác định bở i thờ i hằng RC.

 Hình 1.15.

1-6

 ̀     ̣

ướ 

ẫ 

T 

́ 

    ̣

  ̃

 ̀

 Hình 1.16.

Trên nửa chu k ỳ dươ ng k ế tiế p của tín hiệu ngõ vào, CR1 dẫn và C10 đượ c nạ p điện đến giá tr ị mớ i đượ c xác định bở i tín hiệu ngõ vào. Quá trình lặ p lại một cách tự động và liên tục. Có một giá tr ị tối ưu cho thờ i hằng xả của RC. Nếu thờ i hằng xả quá lớ n hoặc quá nhỏ, ngõ ra của bộ tách sóng sẽ không cùng dạng vớ i hình bao của tín hiệu AM ở  ngõ vào. Ảnh h ưở ng của thờ i hằng quá lớ n hoặc quá nhỏ đượ c trình bày trong hình 1-17.

 Hình 1.17.

Điều khó khăn chính của bộ tách sóng hình bao là phải có một điện áp xấ p xỉ từ 0.4 V đến 0.6 V r ơi  trên diode khi diode dẫn. Vấn đề tr ở  nên nghiêm tr ọng đối vớ i các tín hiệu nhỏ hay các tín hiệu điều chế 100%. Ảnh hưở ng của sụt áp phân cực thuận của diode đượ c trình bày trong hình 1-18.

 Hình 1.18.

III. YÊU CẦU THIẾT BỊ     

Bộ chân đế. Board mạch ANALOG COMMUNICATIONS  Nguồn cung cấ p 15 Vdc Dao động ký hai kênh Máy phát sóng sine/vuông

IV. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 1-7

 ̀     ̣

ướ 

ẫ 

T 

́ 

    ̣

  ̃

 ̀

1. Máy phát AM Trình tự tiến hành A - Các tín hiệu AM Trong phần TRÌNH TỰ  TIẾ N HÀNH này, bạn s ẽ quan sát tác động c ủa tín hiệu tin tức trên tín hiệu AM. 1. Xác định vị trí các khối mạch AM/SSB TRANSMITTER và VCO-LO và k ết nối mạch như trên hình 1-19. Gắn jumper ở  vị trí1000 kHz trên khối mạch VCO-LO. Đặt các công tắc S1, S2, và S3 ở OFF.

 Hình 1.19.

2. K ết n ối đầu dò dao động ký kênh 1 tớ i ngõ vào tín hiệu tin tức (M) của MODULATOR. Khi quan sát tín hiệu trên kênh 1, điều ch ỉnh máy phát tín hiệu để có một tín hiệu sóng sine 0.2 V pk-pk , 2 kHz tại M. 3. K ết nối đầu dò kênh 2 đến ngõ vào tín hiệu sóng mang (C) của MODULATOR. Khi quan sát tín hiệu trên kênh 2, điều chỉnh VCO-LO cho một tín hiệu 0.2 V pk-pk, 1000 kHz tại C. Điều chỉnh t ần s ố sóng mang vớ i núm NEGATIVE SUPPLY trên b ộ chân đế, và điều chỉnh biên độ sóng mang vớ i núm vặn trên khối mạch VCO-LO. 4. K ết n ối đầu dò kênh 2 đến ngõ ra của MODULATOR. Đặt VERT MODE của dao động ký ở vị trí ALT, và trigger trên kênh 1 (tín hiệu tin tức). 5. Điều chỉnh núm điện th ế MODULATOR  để cho dạng sóng AM trên kênh 2 dao động ký là 2.0 V giữa các đỉnh trên và dướ i, như hình 1-20.

 Hình 1.20.

6. Hình bao tín hiệu AM (kênh 2) có t ần số và dạng giống như tín hiệu tin tức (kênh 1)?  Có  Không 7. Chỉnh tần số tín hiệu sóng mang (f c) b ằng 1000 kHz và tần số tín hiệu tin tức (f m) bằng 2 kHz. Các tần số gì hiện diện trên phổ tần số của tín hiệu AM? ...................................................................................................................................................

1-8

 ̀     ̣

ướ 

ẫ 

T 

́ 

    ̣

  ̃

 ̀

8. Thay đổi chức năng tín hiệu máy phát từ một sóng sine thành một sóng hình vuông. Hình  bao của tín hiệu ngõ ra AM có thay đổi từ một sóng sine thành một sóng vuông? Có  Không 9. Chỉnh lại chức năng máy phát tín hiệu cho một sóng sine. Khi quan sát tín hi ệu ngõ ra AM trên kênh 2, thay đổi núm điều khiển AF FREQUENCY của máy phát tín hiệu để thay đổi tần số tín hiệu tin tức. Tần số của hình bao tín hiệu AM có thay đổi tươ ng ứng vớ i tần số của tín hiệu tin tức?  Có  Không 10. Chỉnh lại tần số tín hiệu tin tức đến 2 kHz. Khi quan sát tín hi ệu ngõ ra AM, thay đổi núm điều khiển AF LEVEL của máy phát tín hiệu để thay đổi biên độ của tín hiệu tin tức. Biên độ của hình bao tín hiệu AM có thay đổi tươ ng ứng vớ i biên độ của tín hiệu tin tức?  Có  Không Trình tự tiến hành B - Chỉ số điều chế và phần tr ăm điều chế Trong phần TRÌNH TỰ  TIẾ N HÀNH này, b ạn sẽ thực hiện các phép đo dao động ký của tín hiệu AM và tính chỉ số điều chế (m) và phần tr ăm điều chế (%Mod.). 

 Hình 1.21.

11. Kiểm tra các công tắc S1, S2, và S3: các công tắc này phải ở vị trí OFF. 12. Trên kênh 1 dao động ký, điều ch ỉnh điện áp đỉnh-đỉnh của tín hiệu tin tức đến 0.2V pk-pk .  Nếu cần, điều chỉnh núm điện thế MODULATOR sao cho dạng sóng AM trình bày trên kênh 2 là 2.0 V giữa các đỉnh trên và dướ i (xem hình 1-20). 2.0 V là số đo A trong hình 1-21. Trên kênh 2 dao động ký, đo độ cao dọc ( ở  volt) giữa các điểm tr ũng trên và dướ i (s ố đo B trong hình 1-21) của dạng sóng đượ c điều chế: B = ____________ V. 13. Tính chỉ số điều chế: m = _________________________. 14. Tính phần tr ăm điều chế %Mod = _____________________.

 Hình 1.22.

1-9

 ̀     ̣

ướ 

ẫ 

T 

́ 

    ̣

  ̃

 ̀

15. Khi quan sát tín hiệu AM trên kênh 2, t ăng biên độ của tín hiệu tin tức cho đến khi dạng sóng đườ ng bao của tín hiệu AM tiế p xúc đườ ng chuẩn zero, như trong hình 1-22. Khoảng cách B trên dạng sóng tín hiệu AM bây giờ là 0.0 V. 16. Trên kênh 2 dao động ký, đo (theo đơ n vị volt) khoảng cách dọc giữa các đỉnh trên và dướ i của dạng sóng đượ c điều chế (số đo A trong hình 1-22): A = _____________ V. 17. Tính chỉ số điều chế: m = _____________ . 18. Tính phần tr ăm điều chế: % Mod = _________.

Trình tự tiến hành C - Điều chế 100%, quá điều chế, và hiệu suất truyền Trong phần TRÌNH TỰ TIẾ N HÀNH này, sinh viên quan sát tr ạng thái điều chế 100%, quan   sát hiện tượ ng quá đ iề u chế , và tính hiệu suấ t truyề n ( μ ). 26. Các công tắc S1, S2, và S3 ở vị trí OFF. Chỉnh dao động ký ở  mode NORMAL. Chỉnh lại dao động ký VOLTS/DIV và TIME/DIV để cho tín hiệu AM trên kênh 2 xuất hiện nh ư trên hình 1-21. 27. Tăng biên độ tín hiệu tin tức trên kênh 1 bằng cách điều chỉnh núm AF LEVEL trên máy  phát tín hiệu cho đến khi tín hiệu AM xuất hiện như hình 1-23. Tín hiệu AM chưa đượ c điều chế hay quá điều chế?  Chưa đượ c điều chế  Quá điều chế

 Hình 1.23.

28. Chỉ số điều chế của tín hiệu AM lớ n hơ n hay nhỏ hơ n 1?  Lớ n hơ n 1  Nhỏ hơ n 1 29. Tín hiệu quá điều chế có đượ c mong muốn trong truyền thông AM? Tại sao? ................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................... 30. Giảm tín hiệu tin tức để cho tín hiệu AM trên kênh 2 đượ c điều ch ế 100% (xem lại hình 1-22). 31. Tính hiệu suất truyền μ = m2/ (2 + m2) = ______________ . 32. Nếu công suất t ổng tín hiệu (P T) là 50 kW, tính công su ất biên (PSB) b ằng cách dùng các giá tr ị tính đượ c của μ PSB = μ x PT = _______________. 2. Máy thu AM Trình tự tiến hành A - Kết nối mạch máy phát AM Trong phần TRÌNH TỰ TIẾ N HÀNH này, b ạn sẽ k ết nối và chỉnh máy phát AM và dùng tín hiệu ngõ ra của máy phát như tín hiệu ngõ vào của máy thu. 1-10

 ̀     ̣

ướ 

ẫ 

T 

́ 

    ̣

  ̃

 ̀

1. K ết nối mạch máy phát AM, như trình bày trong hình 1-24.

 Hình 1.24.

2. Trên khối mạch VCO-LO, nối jumper vào vị trí 1000 kHz. 3. Đặt các công tắt S1 và S2 ở  vị trí OFF, S3 ở  vị trí ON. Khi S3 ở  ON, ANTENNA MATCHING IMPEDANCE s ẽ tự động chỉnh đến 330Ω. 4. K ết n ối đầu dò kênh 1 dao động ký đến ngõ vào tín hiệu sóng mang của MODULATOR  (C). 5. Khi quan sát tín hiệu trên kênh 1, chỉnh biên độ tín hiệu sóng mang đến 0.1V pk-pk  bằng cách điều ch ỉnh núm trên khối mạch VCO-LO và điều ch ỉnh t ần s ố tín hiệu sóng mang đến 1000 kHz bằng cách chỉnh núm NEGATIVE SUPPLY trên b ộ chân đế. 6. K ết nối đầu dò kênh 2 dao động ký đến ngõ vào tín hiệu tin tức MODULATOR (M). 7. Khi quan sát tín hiệu trên kênh 2 dao động ký, chỉnh tín hiệu máy phát tín hiệu để có tín hiệu sóng sine 0.1V pk-pk , 2 kHz tại ngõ vào tin tức của MODULATOR. K ết nối đầu dò kênh 1 dao động ký đến ngõ ra của anten (R5). Đặt sweep đến 0.1 ms/DIV, và trigger trên kênh 2. Điều chỉnh núm MODULATOR để dạng sóng AM đượ c điều chế 100%, như trình bày trong hình 1-22. Trình tự tiến hành B - Bộ lọc RF Trong phần TRÌNH TỰ  TIẾ N HÀNH này, bạn điều ch ỉnh b ộ lọc RF cho tần s ố cộng hưở ng là 1000 kHz, là tần số của tín hiệu đượ c phát. 8. Dùng jumper k ết nối TRANSMITTER  đến điện tr ở  1MΩ (R8) tại ngõ vào khối mạch AM/SSB RECEIVER (hình 1-25). K ết n ối đầu dò kênh 1 dao động ký đến ngõ vào R8. Tín hiệu AM có đượ c phát đến ngõ vào R8?  Có  Không

 Hình 1.25.

16. Bỏ những k ết nối không cần thiết trong các phần RF FILTER và RF AMPLIFIER của mạch máy thu ngoại tr ừ jumper k ết nối mạch TRANSMITTER, hình 1-26 trình bày sơ đồ RF FILTER và RF AMPLIFIER.

1-11

 ̀     ̣

ướ 

ẫ 

T 

́ 

    ̣

  ̃

 ̀

 Hình 1.26.

17. K ết nối đầu dò kênh 1 dao động ký đến ngõ ra RF AMPLIFIER. Điều ch ỉnh L5 ở điểm giữa để cho một tín hiệu xuất hiện trên kênh 1. 18. Điều chỉnh điện c ảm L4 cho tín hiệu đỉnh –  đỉnh cực đại tại ngõ ra RF AMPLIFIER. Tần số cộng hưở ng (f r ) của RF FILTER là bao nhiêu? ____________ kHz. 19. Vớ i tín hiệu sóng mang 1000 kHz và tín hi ệu tin tức 2 kHz, LSB mà b ộ lọc RF phải cho qua là tín hiệu gì? Tần số bao nhiêu? ................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................... 20. Vớ i tín hiệu sóng mang 1000 kHz và tín hi ệu tin tức 2 kHz, băng thông (BW) tối thiểu của RF FILTER cần thiết để cho qua tín hiệu AM thu đượ c? ................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................... Trình tự tiến hành C - Bộ khuếch đại RF: độ lợi công suất cực đại Trong phần TRÌNH TỰ  TIẾ N HÀNH này, sinh viên sẽ điều hưở ng mạch RLC trong mạch khuếch đại cực thu RF sao cho độ lợ i RF AMPLIFIER l ớ n nhất. Sau đó đo tín hiệu ngõ ra để tính công suất ngõ ra rms và độ lợ i công suất của tầng RF. 21. Khi quan sát tín hiệu trên kênh 1, điều chỉnh điện cảm R5 trong mạch cực thu RF AMPLIFIER cho tín hiệu sóng mang đỉnh – đỉnh lớ n nhất tại ngõ ra RF AMPLIFIER. 22. Trên kênh 1, đo điện áp đỉnh –  đỉnh c ủa tín hiệu sóng mang tại ngõ ra RF AMPLIFIER  (VRF(0)). Ghi lại k ết quả: ______________ V. 23. Chuyển đổi giá tr ị VRF(o)pk-pk  đã tính ở  bướ c 22 thành giá tr ị rms (VRF(o)rms = V RF(o)pk-pk  x 0.3535). Dùng k ết quả này thay vào biểu thức dướ i đây để tính công suất rms của tín hiệu sóng mang tại ngõ ra RF AMPLIFIER. Tr ở  kháng ngõ ra RF AMPLIFIER là 2 k Ω. Ghi k ết quả theo đơ n vị microwatt. PRF(o) = VRF (o)2 / 2 k Ω. ................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................... 24. Công suất ngõ vào và ngõ ra c ủa tín hiệu sóng mang đến và đi khỏi tầng RF (RF FILTER  và RF AMPLIFIER) đượ c trình bày. Tính và ghi công suất ngõ vào theo dBm. dBmRF(i) = 10 x [log10 (PRF(i) / 1 mW)] = ______________ dBm. 25. Tính công suất ngõ ra theo dBm. dBmRF(o) = 10 x [log10 (PRF(o) / 1mW)] = ______________ dBm. 26. Từ công suất ngõ vào và ngõ ra theo dBm, tính độ lợ i công suất của tầng RF theo dB.

1-12

 ̀     ̣

ướ 

ẫ 

T 

́ 

    ̣

  ̃

 ̀

APRF = dBmRF(O) – dBmRF(i) = _____________ dB. 27. K ết nối đầu dò kênh 1 dao động ký đến điểm M tại khối MIXER. Chỉnh L5 về điểm giữa để một tín hiệu xuất hiện trên kênh 1. 28. Chỉnh điện cảm L4 cho tín hiệu AM peak-peak lớ n nhất tại ngõ ra RF AMPLIFIER. 29. Chỉnh điện c ảm thay đổi (L5) trong mạch c ực thu RF AMPLIFIER sao cho tín hi ệu AM có biên độ đỉnh -đỉnh lớ n nhất tại ngõ ra RF AMPLIFIER. Tiến trình thực hành D - Bộ đổi tần Trong phần TIẾ  N TRÌNH THỰ C HÀNH này, sinh viên s ẽ khảo sát ảnh hưở ng của bộ MIXER trên tín hiệu AM bằng cách quan sát các tín hiệu ngõ ra và ngõ vào của MIXER. 15. K ết nối ngõ ra của khối mạch VCO-HI 1455 kHz đến ngõ vào dao động nội (C) của MIXER như hình 1-27. Chỉnh núm điện thế VCO-HI xoay một vòng theo chiều kim đồng hồ. K ết nối ngõ ra MIXER đến ngõ vào IF FILTER b ằng một jumper.

 Hình 1.27.

16. K ết nối đầu dò kênh 2 dao động ký đến ngõ ra của MIXER. Vặn núm điều chỉnh của MIXER cho tớ i khi tín hiệu ngõ ra xuất hiện như trong hình 1-28. Sự điều chỉnh này làm triệt đi tần số VCO-LO 1455 kHz trong tín hiệu ngõ ra.

 Hình 1.28.

17. K ết nối đầu dò kênh 2 dao động ký đến ngõ ra của IF FILTER. Khi quan sát ngõ ra IF FILTER, chỉnh tần số VCO-HI 1455 kHz bằng cách điều chỉnh núm POSITIVE SUPPLY trên bộ chân đế sao cho tín hiệu có điện áp đỉnh - đỉnh lớ n nhất. Nếu việc điều chỉnh này không chính xác, tín hiệu AM sẽ không xuất hiện. K ết nối đầu dò kênh 2 dao động ký đến ngõ ra của MIXER, và k ết nối đầu dò kênh 1 đến ngõ vào M của MIXER. 18. Chỉnh điện th ế của MIXER cho tín hiệu ngõ ra có hình dạng rõ. So sánh tín hiệu ngõ ra trên kênh 2 vớ i tín hiệu ngõ vào trên kênh 1 của MIXER. Có một hình bao điều chế khác giống như tín hiệu trình bày trong hình 1-29, trong tín hiệu AM tại ngõ ra MIXER không? 

Có



1-13

Không

 ̀     ̣

ướ 

ẫ 

T 

́ 

    ̣

  ̃

 ̀

 Hình 1.29.

19. Chỉnh sweep dao động ký đến 1μs/DIV và trigger trên kênh 2. Tín hiệu ngõ ra của MIXER sẽ giống vớ i tín hiệu phức tạ p trình bày trên hình 1-30. Đo thờ igian giữa các đỉnh của dạng sóng phức tạ p, là số đo xấ p xỉ của chu k ỳ (T). Mỗi vạch chia ngang là 1 μs. T = _____________ μs

 Hình 1.30.

20. Từ chu k ỳ (T), tính toán tần số của dạng sóng phức tạ p (f =1/T) theo đơ n vị kilohertz. f = __________ kHz 21. Để chứng tỏ các thành phần tần số trong khoảng tần số 2455 kHz có hiện diện, chỉnh sweep dao động ký đến 0.2 μ/DIV. Tín hiệu trên kênh 2 sẽ xuất hiện. Đo và ghi tần số (f). Mỗi vạch chia là 0.2 μs. f = ______________ kHz. Tiến trình thực hành G - Bộ lọc IF Trong phần TI Ế N TRÌNH THỰ C HÀNH này, sinh viên s ẽ quan sát tần số của b ộ dao động nội ảnh h ưở ng đến tín hiệu ngõ ra bằng cách so sánh các tín hi ệu ngõ vào và ngõ ra c ủa b ộ lọc IF . 23. K ết n ối đầu dò kênh một dao động ký đến ngõ ra IF FILTER. Kênh 2 sẽ k ết nối đến ngõ vào IF FILTER. Chỉnh sweep dao động ký đến 0.2 ms/DIV. Trigger trên kênh 2. 24. So sánh ngõ ra IF FILTER trên kênh 1 v ớ i ngõ vào IF FILTER trên kênh 2. Có m ột hình  bao điều chế khác xuất hiện trong tín hiệu tại ngõ ra IF FILTER không ? Có  Không 25. Khi quan sát tín hiệu ngõ ra IF FILTER trên kênh 1, thay đổi một ít tần số của tín hiệu 1455kHz đến bộ MIXER bằng cách điều chỉnh vòng chỉnh tinh của núm POSITIVE SUPPLY trên bộ chân đế. 

1-14

 ̀     ̣

ướ 

ẫ 

T 

́ 

    ̣

  ̃

 ̀

26. Tại sao tín hiệu ngõ ra IF FILTER bi ến mất khi tần số của tín hiệu 1455 kHz đến MIXER   bị tăng hoặc giảm một ít? .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... Tiến trình thực hành H - Bộ tách sóng hình bao Trong phần TIẾ  N TRÌNH THỰ C HÀNH này, sinh viên sẽ quan sát tín hiệu ngõ ra ENVELOPE DETECTOR của máy thu và so sánh nó vớ i tín hiệu tin tức đượ c g ở i đến máy  phát để kiểm tra ngõ ra của máy thu có thật sự là tín hiệu tin tức hay không. 27. K ết nối đầu dò kênh 1 dao động ký đến ngõ vào tín hiệu tin tức MODULATOR trên kh ối mạch AM/SBB TRANSMITTER, và k ết nối đầu dò kênh 2 đến ngõ ra ENVELOPE DETECTOR. 28. Tín hiệu tại ngõ ra ENVELOPE DETECTOR có tần số giống như tín hiệu tin tức không?  Có  Không 29. Tại máy phát tín hiệu, thay đổi tần số của tín hiệu tin tức 2 kHz. Tần số ngõ ra ENVELOPE DETECTOR có thay đổi theo tần số của tín hiệu tin tức?  Có  Không 30. Các đỉnh âm bị xén phẳng do méo của tín hiệu tin tức đượ c gây ra do tín hi ệu điều chế 100% đến ENVELOPE DETECTOR. Giảm chỉ số điều ch ế của tín hiệu AM phát bằng cách xoay từ từ núm điều chỉnh trên khối MODULATOR theo ngượ c chiều kim đồng hồ, đồng thờ i quan sát các đỉnh âm của tín hiệu tin tức đượ c khôi phục tr ở lại bình thườ ng. 31. Tại máy phát tín hiệu, thay đổi biên độ của tín hiệu tin tức 2 kHz. Biên độ ngõ ra ENVELOPE DETECTOR có thay đổi theo biên độ của tín hiệu tin tức? Có  Không Bật công tắc CM 9 (chuyển sang vị trí ON) để thay đổi thờ i hằng xả RC của mạch ENVELOPE DETECTOR. Quan sát tín hiệu tin tức đượ c khôi phục. Sự tăng hay giảm công tắt CM 9 có thay đổi th ờ i h ằng x ả RC? (sinh viên có thể bật công tắc CM 9 đóng và mở để xem sự khác nhau.) 

VI. KẾT LUẬN  ___________________________________________________________________________   ___________________________________________________________________________   ___________________________________________________________________________   ___________________________________________________________________________   ___________________________________________________________________________ 

1-15

 ̀     ̣

ướ 

ẫ 

T 

́ 

    ̣

  ̃

 ̀

2

BÀI 2 

ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ GÓC (FM VÀ PM) I. MỤC ĐÍCH Hoàn thành bài thí nghiệm này, sinh viên có thể mô tả quá trình điều chế và giải điều chế góc  bằng cách dùng các khối mạch VCO-LO, PHASE MODULATOR, và QUADRATURE DETECTOR trên board mạch ANALOG COMMUNICATIONS.

II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1. Điều chế

Quá trình điều chế góc gồm hai dạng: điều chế tần số (FM) và điều chế pha (PM). FM và PM có liên hệ vớ i nhau; khi cái này thay đổi thì cái kia cũng thay đổi theo. Như hình 2-1(a) minh họa, khi biên độ tín hiệu tin tức là zero, không có thay đổi ở  tần s ố sóng mang FM; tín hiệu có tần số ở  tại t ần s ố  trung tâm của nó, tức là tần số sóng mang chưa điều ch ế. Các thay đổi dươ ng hay âm trong tần số sóng mang so v ớ i tần số trung tâm của nó đượ c gọi là độ l ệch t ần  số  hay độ di t ần. Sau đây là ba khái niệm điều chế tần số (FM) mà sinh viên cần nhớ : 1. Tần số tín hiệu sóng mang chỉ thay đổi tỷ lệ vớ i biên độ tín hiệu tin tức. 2. Tần số của tín hiệu tin tức không ảnh h ưở ng đến độ lệch t ần số của tín hiệu sóng mang nhưng ảnh hưở ng đến tốc độ lệch. 3. Bất k ỳ các thay đổi ở  biên độ của sóng mang FM đều không chứa thông tin của tín hiệu tin tức; chỉ các độ lệch về tần số mớ i chứa thông tin.  Như minh họa trong hình 2-1, độ lệch tần số sóng mang (cộng hoặc tr ừ) trong tín hiệu FM là lớ n nhất khi biên độ của tín hiệu tin tức có giá tr ị đỉnh lớ n nhất hay nhỏ nhất. Khi tín hiệu tin tức là zero, độ lệch tần số sóng mang là zero, b ở i vì sóng mang ở tại tần số trung tâm của nó.

 Hình 2.1.

Quan sát hình 2-2. Bở i vì các thay đổi biên độ FM không chứa b ất k ỳ thông tin của tín hiệu tin tức, biên độ của sóng mang FM có th ể đượ c giớ i hạn trong khoảng giá tr ị mong muốn. K ết quả là các gai biên độ nhiễu có thể đượ c giảm bở i các mạch giớ i h ạn. Các bộ khuếch đại lớ  p C hiệu suất cao, chỉ ảnh hưở ng biên độ nhưng không ảnh hưở ng tần số, có thể đượ c dùng trong thiết bị FM. Truyền FM có khả năng loại nhiễu ngẫu nhiên tốt hơ n truyền AM. Bở i vì sự loại nhiễu tốt hơ n ở  máy thu, FM có thể truyền trên khoảng cách lớ n hơ n AM vớ i cùng một tần số và công suất máy phát

2-1

 ̀     ̣

ướ 

ẫ 

T 

́ 

    ̣

  ̃

 ̀

2

 Hình 2.2.

Độ di tần của tín hiệu FM là độ lệch tối đa của tần số tín hiệu FM so v ớ i tần số sóng mang.

 Hình 2.3.

Chỉ  số đ iề u chế  FM (MI) là tỉ số của độ di tần ∆ trên tần số tín hiệu tin tức (f m) β = ∆ / f m

Ví dụ, nếu tín hiệu tin tức 5 kHz (f m) gây ra độ lệch tần số sóng mang là ± 10 kHz (∆), MI sẽ là 2. β = 10/5 = 2

Mod) là tỷ số giữa độ di tần v ớ i tần s ố sóng mang. Tần s ố trung tâm của tín hiệu sóng mang là tần số sóng mang không đượ c điều chế: tần số không có tín hiệu tin tức (biên độ là zero).

 Phần tr ăm đ iề u ch ế  (%

Khi độ lệch sóng mang là ít hơ n ± 75kHz qui định b ở i FCC cho điều chế 100% (hình 2-4),  phần tr ăm điều chế cũng giảm. Ví dụ, độ lệch của 56.25 kHz (3/4 của 75 kHz) là điều chế 75%. Độ lệch của ± 37.5 kHz (1/2 của 75 kHz) là điều chế 50%.

 Hình 2.4.

2-2

 ̀     ̣

ướ 

ẫ 

T 

́ 

    ̣

  ̃

 ̀

2

Giống như AM, các biên tín hiệu sóng mang FM chứa thông tin tín hiệu tin tức (hình 2-5). Phổ của tín hiệu FM gồm một vạch phổ ở  tần số f c ứng vớ i thành phần tần số sóng mang và các cặ p vạch phổ bên ở  các tần số  f c ±  f m ,  f c ± 2 f m , . . . độ lớ n c ủa các v ạch phổ này đượ c tính dựa vào hàm Bessel.

 Hình 2.5.

Băng thông c ủa tín hi ệu FM là dải t ần s ố mà trong đó t ậ p trung 99% công su ất tín hiệu FM. Băng thông này ph ụ thuộc vào hai thông s ố : biên độ và tần số tín hiệu tin t ức. Carsson đã đưa ra công th ức tính g ần đúng băng thông tín hi ệu FM, g ọi là quy t ắc Carsson, nh ư sau: BW ≈ 2(∆ +  f m )

(3)

vớ i  f m là tần số tín hiệu tin tức. Bảng sau đây chỉ ra số lượ ng các vạch phổ (k ể cả vạch phổ trung tâm) n ằm trong b ăng thông tín hiệu FM ứng vớ i giá tr ị cho tr ướ c của chỉ số điều chế: Chỉ số điều chế

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Số vạch phổ

7

9

13

15

17

19

23

25

27

29

 Bảng 2.1.

Trong PM, tín hi ệu sóng mang thay đổi pha c ủa nó (và t ần s ố) theo thay đổi trong biên độ và tần s ố tín hiệu tin tức (hình 2-6). Độ dịch pha tỷ lệ vớ i biên độ tín hiệu tin tức. Khi pha c ủa sóng mang thay đổi, cũng x ảy ra sự lệch tần s ố. Độ lệch t ần s ố (độ di tần) t ỷ lệ vớ i t ốc độ và lượ ng dịch pha. Tốc độ dịch pha tỷ lệ vớ i tần số của tín hiệu tin tức. Vì thế độ lệch tần số trong PM đối xứng tr ực tiế p vớ i biên độ và tần số của tín hiệu tin tức.

 Hình 2.6.

Đối vớ i FM, sự thay đổi t ần s ố tín hiệu tin t ức không gây ra các độ lệch t ần s ố trong tín hi ệu sóng mang. Ch ỉ khi biên độ tín hiệu tin tức thay đổi mớ i gây ra s ự lệch tần số sóng mang (xem hình 2-7).

2-3

 ̀     ̣

ướ 

ẫ 

T 

́ 

    ̣

  ̃

 ̀

2

 Hình 2.7.

Để có t ỉ  số  tín hiệu trên nhiễ u tốt trong điều ch ế pha và tần s ố, ng ườ i ta thườ ng dùng các b ộ khuếch đại lớ  p C hiệu su ất cao b ở i vì méo biên độ không ảnh h ưở ng chất lượ ng tín hiệu. Các nhượ c điểm của phát thanh FM và PM là b ăng thông r ộng và s ự cần thiết phải thiết lậ p đườ ng truyền thẳng (line-of-sight) cho các tín hi ệu FM. 2. Giải điều chế Các bộ giải điều ch ế FM còn g ọi là các bộ tách sóng hay các b ộ tách pha. B ộ tách sóng c ầu  phươ ng là một trong các m ạch giải điều chế FM. Các mạch giải điều chế FM khác gồm b ộ tách sóng Foster-Seeley, b ộ tách sóng t ỉ số, bộ tách sóng đếm xung, và b ộ tách sóng dùng vòng khoá pha. T ất cả các mạch này chuy ển s ự thay đổi tần s ố FM thành biên độ và t ần số của tín hiệu tin tức. Phần đầu của máy thu FM r ất giống v ớ i máy thu AM hay SSB. Nh ư hình 2-8 trình bày, ph ần đầu của máy thu FM g ồm một tầng RF, một bộ đổi tần, bộ dao động nội, và một tầng IF.  Ngoài ra có thể có thêm mạch tự động điều chỉnh độ khuếch đại (AGC). Tần s ố chuẩn cho tầng IF là 10.7 MHz, thay vì 455 kHz nh ư điều chế AM. Tầng RF FM, bộ đổi tần, và t ầng IF của máy thu FM r ất giống vớ i các mạch thu AM t ươ ng ứng. Bở i vì các kh ối này đã đượ c khảo sát trong ph ần AM nên chúng không hi ện diện trong máy thu FM trên board thí nghi ệm (quá trình gi ải điều chế).

 Hình 2.8.

Hình 2-8 trình bày máy thu FM g ồm một mạch hạn biên và m ột bộ tách sóng . Bộ tách sóng là một thiết bị lọc ra tín hiệu tin tức từ các thay đổi tần số hay pha của tín hi ệu sóng mang. Thuật ngữ mạch tách sóng th ườ ng đượ c dùng thay cho thu ật ngữ bộ giải điều chế FM. Bộ tách sóng tạo ra tín hi ệu tin tức có độ lớ n phụ thuộc vào độ lệch tần số sóng mang: t ốc độ thay đổi của tần số sóng mang xác định t ần số của tín hiệu tin tức, và độ lệch tần số không đổi xác định biên độ của tín hiệu tin tức. Mạch deemphasis mang ph ần t ần s ố cao của tín hiệu tin tức tr ả lại thành các t ần s ố thấ p h ơ n vớ i độ chính xác cao. T ầng audio khu ếch đại và điều khiển âm lượ ng cho tín hi ệu tin tức đượ c khôi ph ục. Thuật ngữ cầu phươ ng diễn tả quan hệ về pha gi ữa hai tín hi ệu có tần số bằng nhau và vuông  pha 900. Trên board m ạch thí nghi ệm, khối mạch QUADRATURE DETECTOR thực hiện chức n ăng b ộ tách sóng: gi ớ i h ạn và giải điều ch ế tín hiệu FM. B ộ tách sóng FM chuy ển độ 2-4

 ̀     ̣

ướ 

ẫ 

T 

́ 

    ̣

  ̃

 ̀

2

lệch và tốc độ thay đổi tần số thành biên độ và t ần số của tín hiệu tin t ức. Sơ đồ đơ n gi ản của  bộ tách sóng c ầu phươ ng đượ c trình bày trong hình 2-9.

 Hình 2.9.

Tại ngõ vào c ủa bộ tách sóng c ầu phươ ng, tín hi ệu FM chia thành hai đườ ng. Một tín hiệu FM đi đến b ộ giớ i h ạn / b ộ dịch pha, có tác d ụng chuy ển độ di tần thành độ di pha v ớ i giá tr ị lệch pha kho ảng 900. Các tín hiệu đượ c gọi là cầu ph ươ ng khi chúng có pha l ệch nhau 90 0. Tín hiệu FM ban đầu và tín hi ệu FM dịch pha là hai ngõ vào c ủa bộ tách sóng pha, t ức bộ điều ch ế cân bằng. Bộ tách sóng pha t ạo ra một tín hiệu vớ i tần s ố bằng hai lần tần số FM và một điện áp DC thay đổi theo sự lệch pha gi ữa hai ngõ vào. Bở i vì s ự lệch pha gi ữa các tín hi ệu ngõ vào b ộ tách sóng pha thay đổi theo độ lệch tần số của tín hiệu FM nên điện áp ngõ ra DC c ủa b ộ tách sóng pha thay đổi theo biên độ và t ần s ố của tín hiệu tin t ức FM. Một bộ lọc thông th ấ p tại ngõ ra c ủa bộ tách sóng pha lo ại bỏ tín hiệu tần số cao và cho qua điện áp ngõ ra DC thay đổi, đó chính là tín hi ệu tin tức đượ c khôi ph ục.

III. YÊU CẦU THIẾT BỊ   

Bộ chân đế F.A.C.E.T. Board mạch DIGITAL COMMUNICATIONS 2  Nguồn cung c ấ p 15 Vdc



Dao động ký hai kênh



Máy phát sóng sine



V.O.M

IV. TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM 1. Điều chế FM và PM

Tiến trình thực hành A – Điều chế tần số (FM) Trong ph ần TIẾ  N TRÌNH THỰ C HÀNH này, sinh viên s ẽ điều chế tần số tín hiệu sóng mang, đo các thông s ố của nó, và quan sát các đặc tính của nó. Tín hiệu FM đượ c phát bở i khối m ạch VCO-LO. Trong bài này, sinh viên s ẽ đặt jumper  ở  vị trí 452 kHz. (ch ưa thực hiện lúc này). Núm điều chỉnh trên kh ối mạch VCO-LO dùng để điều chỉnh biên độ ngõ ra. Để điều chỉnh tần số ngõ ra VCO-LO, sinh viên s ẽ điều chỉnh núm  NEGATIVE SUPPLY trên ph ần bên trái c ủa bộ chân đế. Sơ đồ đơ n giản của khối mạch VCO-LO đượ c trình bày trong hình 2-10. T ần số bộ dao động đượ c xác định b ằng cách điều h ưở ng m ạch LC. Sinh viên có th ể điều h ưở ng m ạch LC bằng cách thay đổi giá tr ị điện thế NEGATIVE SUPPLY tại anode của diode varactor CR2. Giá tr ị của điện áp âm tác động đến điện dung c ủa CR2, do đó tác động đến t ần s ố cộng h ưở ng c ủa mạch LC. Khi điện áp NEGATIVE SUPPLY tr ở  nên âm h ơ n thì tần s ố ngõ ra c ủa VCO-LO

2-5

 ̀     ̣

ướ 

ẫ 

T 

́ 

    ̣

  ̃

 ̀

2

tăng. Tại 0V DC, tần số ngõ ra kho ảng 310 kHz. T ại –10 V DC, t ần số ngõ ra kho ảng 510 kHz.

 Hình 2.10.

1. Trên khối mạch VCO- LO, nối jumper  ở vị trí 452 kHz (hình 2-11). Xoay núm ch ỉnh biên độ một vòng theo chi ều kim đồng hồ. 2. K ết nối đầu dò kênh 2 dao động ký đến (FM) OUT trên VCO-LO. Ch ỉnh kênh 2 đến 200 mV/DIV và TIME/DIV đến 0.5 μs/DIV. 3. Chỉnh voltmeter  ở  chế độ đo điện áp DC. K ết nối voltmeter DC đến T trên kh ối mạch VCO-LO. 4. Để thay đổi tần số VCO-LO, chỉnh   NEGATIVE SUPPLY đến giá tr ị –4.0 V DC t ại điểm T. 5. K ết nối đầu dò kênh 1 dao động ký đến T. Chỉnh kênh 1 đến 1.0V/DIV và Vertical Mode đến vị trí DC.

Hình 2-11

6. Chỉnh kênh 1 và kênh 2 dao động ký để các dạng sóng xu ất hiện nh ư trong hình 2-12. Tín hiệu DC ở  kênh 1 (t ại T - ch ỉ thị  –4.0V) sẽ nằm trên vạch chia thứ hai từ đỉnh c ủa màn hình dao động ký.

 Hình 2.12.

7. Đo chính xác chu k ỳ (T) giữa các đỉnh c ủa tín hiệu sóng mang FM không đượ c điều ch ế trên kênh 2. Ghi k ết quả theo đơ n vị ms: T = _________ ms. 8. Từ chu k ỳ (T), tính toán t ần số trung tâm (f) c ủa tín hiệu sóng mang FM không đượ c điều chế. Ghi k ết quả theo đơ n vị kHz: f = 1/T = ___________ Hz. 9. Sinh viên thay đổi điện áp để mô phỏng s ự thay đổi biên độ tín hiệu tin tức (một tín hiệu sine). Quan sát màn hình dao động ký, ch ỉnh núm NEGATIVE SUPPLY theo chi ều kim 2-6

 ̀     ̣

ướ 

ẫ 

T 

́ 

    ̣

  ̃

 ̀

2

đồng hồ và sau đó theo ng ượ c chiều kim đồng hồ để cho điện áp DC trên kênh 1 thay đổi khoảng 1V DC. Trên kênh 2, t ần số sóng mang FM có thay đổi khi các điện áp DC trên kênh 1 thay đổi không?  Có  Không 10. Xác định độ lệch t ần s ố của sóng mang FM khi biên độ tín hiệu tin tức thay đổi 1V DC. Chỉnh núm NEGATIVE SUPPLY theo chi ều kim đồng h ồ để thay đổi điện áp tại T trên kh ối mạch VCO-LO đến –5.0 V DC. 11. Đo chính xác chu k ỳ (T) giữa các đỉnh của tín hiệu sóng mang FM đượ c điều chế trên kênh 2. Ghi k ết quả theo đơ n vị μs: T = _________  μs. 12. Từ T, tính toán t ần số của tín hiệu sóng mang FM đượ c điều chế. Ghi k ết quả bằng kHz. f = ____________ kHz 13. Tính độ lệch tần số FM khi biên độ của tín hiệu tin tức thay đổi 1V. Tần số trung tâm FM là giá tr ị sinh viên tính đượ c trong bướ c 8 và t ần số của tín hiệu tin tức -1 V DC là giá tr ị sinh viên v ừa tính toán trong b ướ c 12: Δ = _________ kHz 14. Để chỉnh tần số sóng mang tr ở  lại giá tr ị tần số  Hình 2-13 trung tâm, ch ỉnh núm NEGATIVE SUPPLY theo chiều kim đồng h ồ để thay đổi điện áp tại T trên khối m ạch VCO-LO từ -5.0 V DC đến -4.0 V DC. 15. Bây giờ sinh viên s ẽ quan sát ảnh hưở ng của tín hiệu tin tức 2 V pk-pk , 5 kHz đối vớ i tần số sóng mang FM. K ết nối SIGNAL GENERATOR  đến (M) trên kh ối mạch VCO-LO, nh ư trong hình 5-15. 16. Chỉnh SIGNAL GENERATOR  để tạo m ột sóng sine 2.0V pk-pk, 5 kHz tại T. Điều ch ỉnh này tươ ng đươ ng vớ i thay đổi điện áp tại T là ± 1V. 17. Chỉnh TIME/DIV đến 0.5 μs/DIV, và trigger trên kênh 2. Quan sát trên kênh 2 để thấy tín hiệu FM. Khi biên độ tín hiệu tin tức là –1V, điện áp tại T giảm đến –5V và t ần số tăng từ tần số trung tâm đến giá tr ị sinh viên tính toán đượ c trong b ướ c 12. Khi biên độ tín hiệu tin tức là 1V, tần số sẽ giảm so v ớ i tần số trung tâm. 18. Tính toán ch ỉ số điều ch ế (MI) cho một tín hiệu FM vớ i độ lệch t ần s ố (f cd) sinh viên xác định ở bướ c 13 và v ớ i một tín hiệu tin tức 5 kHz (f m) (MI = f cd /fm). ......................................................................................................................................... 19. Dùng giá tr ị MI tính toán đượ c ở  bướ c 18, tính s ố vạch phổ có trong b ăng thông tín hi ệu FM (xem b ảng 2-1). N ếu MI không ph ải là số nguyên, dùng MI cao nh ất k ế tiế p để tính số lượ ng các vạch phổ. Số vạch phổ = ________ . 20. Vớ i một tín hiệu tin tức 2.0 V pk-pk , 5 kHz, các c ặ p phổ biên chiếm khoảng 5 kHz trên m ỗi  biên của t ần s ố trung tâm. Tính toán b ăng thông (BW) c ủa tín hiệu tin tức. Ghi k ết qu ả theo đơ n vị kilohertz. (BW = SSB x 5 kHz x2 = _______ kHz)

Tiến trình thực hành B – Sự điều chế pha (PM) Trong phần TIẾ N TRÌNH THỰ C HÀNH này, sinh viên s ẽ thực hiện điều chế pha một tín hiệu sóng mang, đo sự thay đổi pha, và quan sát các đặc tính c ủa nó.

2-7

 ̀     ̣

ướ 

ẫ 

T 

́ 

    ̣

  ̃

 ̀

2

Sinh viên dùng kh ối mạch PHASE MODULATOR, nh ư trong hình 2-14(a), để tạo ra một tín hiệu PM. S ơ đồ đơ n gi ản c ủa kh ối m ạch PHASE MODULATOR  đượ c trình bày trong hình 2-14(b).

 

Hình 2.14(a)

.Hình 2-14(b).

Việc điều hưở ng mạch LC xác định sự dịch pha của tín hi ệu sóng mang. Sinh viên điều hưở ng mạch LC bằng cách thay đổi giá tr ị của điện áp POSITIVE SUPPLY tại cathode c ủa diode varator CR5. Giá tr ị của điện áp POSITIVE SUPPLY xác định điện dung CR5, t ừ đó ảnh hưở ng đến tần số cộng h ưở ng c ủa mạch LC. Sinh viên sẽ chỉnh điện áp POSITIVE SUPPLY để ngõ ra c ủa MODULATOR (ngõ vào LIMITER) là cùng pha v ớ i tín hi ệu sóng mang.

 Hình 2-15

Khi điện áp POSITIVE SUPPLY t ăng, ngõ ra c ủa MODULATOR sớ m pha h ơ n ngõ vào. Khi điện áp POSITIVE SUPPLYgi ảm, ngõ ra c ủa MODULATOR chậm pha h ơ n ngõ vào (hình 2-15). Khi một tín hiệu tin tức sóng sine đượ c đưa đến M, độ lớ n của nó làm cho pha c ủa ngõ ra MODULATOR thay đổi. Vì biên độ của tín hiệu PM không ch ứa b ất k ỳ thông tin gì c ủa tín hiệu tin tức, các gai nh ọn tín hiệu b ị gây ra do nhi ễu có thể bị cắt b ỏ để cải thiện t ỉ số tín hiệu trên nhi ễu của tín hiệu PM. Mạch LIMITTER giữ biên độ của tín hiệu PM trong ph ạm vi mong mu ốn (hình 2-16). Mạch LIMTTER gồm một opamp v ớ i độ lợ i là 1.0 và hai diode Schottky (CR6 và CR7) đượ c nối t ừ ngõ ra đến ngõ vào. Chi ều phân c ực c ủa các diode b ị ngượ c nhau: các anode n ối đến các cathode. Các diode phân c ực ng ượ c gi ớ i h ạn các đỉnh âm và d ươ ng c ủa tín hiệu đến giá tr ị điện áp thu ận của diode. Khi đỉnh tín hi ệu PM tiến đến khoảng 0.2 V, diode v ớ i anode của nó đượ c nối đến ngõ ra d ẫn và duy trì điện áp đỉnh dươ ng PM tại giá tr ị khoảng 0.2 V. T ươ ng tự, diode còn l ại duy trì điện áp đỉnh âm PM tại 0.2 V. Các điện áp không mong mu ốn trên và dướ i ± 0.2 V bị loại bỏ bở i mạch LIMTTER. CHÚ Ý: Diode Shottky có s ụt áp thuận thấ p trong kho ảng từ 0.2 V đến 0.4 V.

 Hình 2.16.

2-8

 ̀     ̣

ướ 

ẫ 

T 

́ 

    ̣

  ̃

 ̀

2

21. Trên khối m ạch VCO-LO, n ối jumper  vào vị trí 452 kHz. 22. K ết nối (FM) OUT trên kh ối mạch VCO-LO đến điểm C của khối MODULATOR trên kh ối mạch PHASE MODULATOR (hình 2-17). 23.Trong ph ần THỰ C HÀNH này, các  Hình 2-17  đầu dò dao động ký nên ch ỉnh đến vị trí X10 vì tín hi ệu bị suy hao nhi ều. K ết nối đầu dò kênh 1 dao động ký đến điểm C trên kh ối mạch PHASE MODULATOR. Ch ỉnh kênh 1 t ớ i 200mV/DIV và TIME/DIV b ằng 1.0 μs/DIV. 24. Vặn núm điều chỉnh trên kh ối mạch VCO-LO để chỉnh biên độ tín hiệu tại C bằng 600mV pk-pk . 25. Chỉnh volmeter  ở  chế độ đo điện áp DC. K ết nối volmeter DC đến điểm T trên kh ối mạch VCO-LO. 26. Chỉnh núm NEGATIVE SUPPLY ở  góc trên  bên trái b ộ chân đế để có điện áp -4.5V DC t ại T, tức là giá tr ị tần số tín hiệu tại C khoảng 475 kHz. 27. K ết n ối đầu dò kênh 2 dao động ký đến điểm giữa MODULATOR và LIMITER. Ch ỉnh kênh 2 đến 200 mV/DIV.

 Hình 2.18

28. Để thay đổi t ần s ố VCO-HI, chỉnh núm POSITIVE SUPPLY ở  góc trên bên ph ải c ủa b ộ chân đế để tín hiệu ngõ ra MODULATOR (kênh 2) cùng pha v ớ i tín hi ệu VCO-LO (kênh 1), như trong hình 2-18. 29. Khi quan sát màn hình dao động ký v ặn t ừ từ núm POSITIVE SUPPLY trên b ộ chân đế theo chiều kim đồng hồ và sau đó theo ng ượ c chiều kim đồng hồ. Thay đổi điện áp POSITIVE SUPPLY tức là thay đổi biên độ tín hiệu tin tức. 30. Khi điện áp POSITIVE SUPPLY thay đổi, quan h ệ pha giữa tín hi ệu ngõ ra MODULATOR trên kênh 2 v ớ i tín hiệu ngõ vào kênh 1 có thay đổi không? 

Có



Không

31. Chỉnh điện áp POSITIVE SUPPLY để các tín hiệu trên kênh 1 và kênh 2 cùng pha. 32. Quan sát ảnh hưở ng của một tín hiệu tin tức 3V pk-pk , 5 kHz đối v ớ i t ần s ố sóng mang PM. K ết nối SIGNAL GENERATOR  đến điểm M trên MODULATOR. K ết n ối đầu dò kênh 1 dao động ký đến M, như trong hình 2-19. ch ỉnh kênh 1 đến 1 V/DIV và TIME/DIV b ằng 0.1 ms/DIV. 33. Chỉnh SIGNAL GENERATOR  để tạo một sóng sine 3V pk-pk , 5kHz tại M trên kh ối MODULATOR.

 Hình 2-19

34. K ết n ối đầu dò kênh 1 dao động ký đến C, và k ết n ối đầu dò kênh 2 dao động ký đến điểm gi ữa MODULATOR và DETECTOR. Các đầu

2-9

 ̀     ̣

ướ 

ẫ 

T 

́ 

    ̣

  ̃

 ̀

2

dò nên ở  vị trí X10. Chỉnh kênh 1 và kênh 2 đến 200mV/DIV, và ch ỉnh TIME/DIV đến 1μs/DIV. Trigger trên kênh 1 và ch ỉnh VERT MODE ở vị trí ALT. 35. Kênh 1 hiển thị sóng mang không đượ c điều chế, và kênh 2 hi ển thị tín hiệu điều chế pha. Các tín hiệu này nh ư thế nào? ......................................................................................................................................... 36. K ết nối đầu dò kênh 1 dao động ký đến ngõ ra LIMITER. So sánh các tín hi ệu ngõ vào và ngõ ra c ủa LIMITER. LIMITER có làm gi ảm biên độ của tín hiệu PM không? 

Có



Không

2. Giải điều chế

Tiến trình thực hành A - Bộ dịch pha và mạch hạn biên Trong phần TIẾ N TRÌNH THỰ C HÀNH này, sinh viên s ẽ quan sát b ộ dịch pha làm thay đổi  pha của tín hiệu sóng mang FM nh ư thế nào và m ạch h ạn biên làm gi ảm biên độ của tín hiệu sau khi dịch pha nh ư thế nào. Mạch giớ i hạn/dịch pha g ồm một bộ khuếch đại, một tụ điện, một mạch LC, và một mạch hạn  biên. Tín hiệu FM chia thành hai đườ ng tại ngõ vào c ủa bộ tách sóng c ầu phươ ng. Một tín hiệu FM là ngõ vào đến bộ khuếch đại Opamp đảo vớ i độ lợ i bằng 2. T ụ điện có tác dụng dịch pha tín hi ệu FM đi 900. Bở i vì tần số cộng hưở ng (f r)  của mạch LC bằng tần số trung tâm FM nên ở  tần số trung tâm FM, m ạch LC tr ở  thành điện tr ở  thuần. Do đó sự dịch pha 90 0 của tần số trung tâm không b ị ảnh hưở ng bở i mạch LC. Tuy nhiên, các t ần số lớ n hơ n hay nh ỏ hơ n f r  đều bị dịch pha ít hay nhi ều hơ n 900 một cách tươ ng ứng, so vớ i tín hiệu FM ban đầu. Tín hiệu FM sau khi d ịch pha đượ c đưa đến b ộ giớ i h ạn. Như hình 2-20 trình bày, m ạch h ạn  biên gồm có hai diode đượ c nối từ ngõ ra xu ống đất vớ i các cực của nó đượ c bố trí ngượ c nhau: các anode n ối v ớ i các cathode. Các diode có c ực ng ượ c nhau làm gi ớ i h ạn biên độ ngõ ra và t ối thiểu hoá b ất k ỳ sự điều chế AM nào mà b ộ dịch pha có th ể gây ra.

 Hình 2.20.

 Hình 2.21.

1. Trên khối mạch VCO-LO, nối jumper ở vị trí 452 kHz (hình 2-21).

2-10

 ̀     ̣

ướ 

ẫ 

T 

́ 

    ̣

  ̃

 ̀

2

2. K ết nối (FM) OUT trên kh ối mạch VCO-LO đến ngõ vào FM trên kh ối mạch QUADRATURE DETECTOR. 3. K ết nối đầu dò kênh 1 dao động ký đến ngõ vào FM trên kh ối mạch QUADRATURE DETECTOR. Chỉnh kênh 1 đến 100 mV/DIV và TIME/DIV bằng 1μs/DIV. Vớ i núm điều chỉnh trên VCO-LO, chỉnh tín hiệu sóng mang FM ch ưa điều chế tại ngõ vào FM đến 300 mV pk-pk . 4. Kéo núm v ặn TIME VARIABLE dao động ký ra, và điều chỉnh tín hi ệu kênh 1 để cho một chu k ỳ (3600) chiếm 8 vạch chia ngang, nh ư trong hình 2-22. M ỗi vạch chia ngang dao động ký b ằng 450. 5. K ết nối đầu dò kênh 2 dao động ký đến ngõ ra  Hình 2-22 của PHASE SHIFTER/LIMITER trên kh ối mạch QUADRATURE DETECTOR. Chỉnh kênh 2 đến 200mV/DIV. Ch ỉnh t ần s ố FM bằng cách điều chỉnh núm NEGATIVE SUPPLY ở  góc trên  bên trái của b ộ chân đế cho đến khi tín hi ệu trên kênh 2 có biên độ lớ n nh ất. N ếu c ần thiết, chỉnh lại tín hiệu kênh 1 để cho một chu k ỳ (3600) chiếm 8 vạch chia ngang. 6. Khi biên độ ngõ ra của PHASE SHIFTER/LIMITER là l ớ n nhất, tần số trung tâm FM  bằng vớ i tần số gì: 

Tần số cộng hưở ng mạch LC (fr)



Một nửa tần số của tín hiệu FM gốc?

7. Độ lệch pha gi ữa tín hi ệu sóng mang FM ch ưa điều chế trên kênh 1 và tín hi ệu ngõ ra PHASE SHIFTER/LIMITER trên kênh 2 là bao nhiêu? Δφ = ____________ °

8. Trong mạch PHASE SHIFTER/LIMITER, thành ph ần nào gây ra d ịch pha 90 0 giữa các tín hiệu ngõ vào và ngõ ra: Bộ khuếch đại  Điện dung  Mạch LC  Mạch hạn biên? 9. Chỉnh núm NEGATIVE SUPPLY trên b ộ chân đế một vòng theo chi ều kim đồng h ồ và sau đó theo ngượ c chiều kim đồng hồ để thay đổi tần số FM. Tại sao s ự lệch pha gi ữa các tín hiệu ngõ ra và ngõ vào t ăng và gi ảm trong khi biên độ luôn luôn gi ảm: do mạch LC gây ra dịch pha khi t ần số FM thay đổi hay do độ dịch pha 90 0 gây ra b ở i tụ điện thay đổi? 

.................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... 10. Nếu một tín hiệu tin tức điều ch ế sóng mang FM, ngõ ra PHASE SHIFTER/LIMITER s ẽ thay đổi pha tuỳ theo độ lệch tần số của tín hi ệu FM đượ c điều chế? .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. 11. Tại sao tín hi ệu ngõ ra PHASE SHIFTER/LIMITER trên kênh 2 có các đỉnh và tr ũng  bằng phẳng? 

Mạch hạn biên hạn chế biên độ của tín hi ệu ngõ ra



Tín hiệu ngõ ra không cùng pha v ớ i tín hiệu ngõ vào?

2-11

 ̀     ̣

ướ 

ẫ 

T 

́ 

    ̣

  ̃

 ̀

2

12. Khi quan sát tín hi ệu ngõ ra PHASE SHIFTER/LIMITER (kênh 2), gi ảm biên độ của tín hiệu ngõ vào (kênh 1) đến khoảng 100 mV pk-pk  và sau đó tr ở  lại đến 300 mV pk-pk  bằng cách vặn núm điều ch ỉnh trên khối m ạch VCO-LO theo chi ều kim đồng h ồ và sau đó theo ng ượ c chiều kim đồng hồ. 13. Khi giảm biên độ tín hiệu ngõ vào đến 100 mV pk-pk , tín hi ệu ngõ ra PHASE SHIFTER/LIMITER (kênh 2) có tr ở thành một sóng sine hay b ằng phẳng hơ n không? 

Có



Không

Tiến trình thực hành B – Bộ tách sóng pha và bộ lọc Trong PHẦ N TIẾ N TRÌNH THỰ C HÀNH này, sinh viên s ẽ khảo sát bộ tách sóng pha và b ộ lọc khôi phục tín hiệu tin tức.

 Hình 2.23. 0

Tín hiệu FM ban đầu và tín hi ệu FM dịch pha 90 từ mạch h ạn biên đượ c k ết h ợ  p v ớ i nhau ở   bộ tách sóng pha, đó là một b ộ điều ch ế cân bằng (hình 2-23). B ộ điều ch ế cân bằng này k ết hợ  p các tần số ngõ vào FM để tạo ra các thành ph ần tần số tổng hiệu. Do các tín hi ệu ngõ vào có tần số bằng nhau nên t ần số tổng bằng 2 l ần tần số FM và thành ph ần tần số hiệu tr ở  thành điện áp DC thay đổi theo độ lệch pha so v ớ i giá tr ị trung tâm là 90 0. Tín hiệu tin tức gây ra các độ lệch pha t ần số FM, và đượ c chuy ển thành s ự khác nhau v ề pha, do đó thành ph ần điện áp DC (hi ệu) ở  ngõ ra b ộ tách sóng pha thay đổi tr ực tiế p theo tín hiệu tin tức. Vì thế, ngõ ra của bộ tách sóng pha ch ứa thành ph ần tần số tổng và thành ph ần tín hiệu tin tức. Mạch RL tại ngõ ra c ủa b ộ tách sóng pha là m ột b ộ lọc thông th ấ p có tác d ụng loại b ỏ thành  phần tần số tổng và cho qua thành ph ần tín hi ệu tin tức. 15. K ết nối mạch và các đầu dò dao động ký kênh 1 và kênh 2 nh ư hình 2-24.

 

Hình 2.24.

Hình 2.25

16. Điều chỉnh các tín hi ệu trên dao động ký kênh 1 và kênh 2, nh ư hình 2-25. TÍN HIỆU KÊNH 1: điều chỉnh 300mV pk-pk . Điều chỉnh dao động ký để một chu k ỳ (3600) chiếm 8 vạch chia. 

TÍN HIỆU KÊNH 2: điều ch ỉnh núm NEGATIVE SUPPLY trên b ộ chân đế để cho dạng sóng trên kênh 2 vuông 90 0 so vớ i pha c ủa tín hiệu kênh 1. 

2-12

 ̀     ̣

ướ 

ẫ 

T 

́ 

    ̣

  ̃

 ̀

2

17. K ết nối đầu dò kênh 2 đến ngõ ra PHASE DETECTOR. 18. Tín hiệu ngõ ra c ủa PHASE DETECTOR trên kênh 2 là gì? 

Thành ph ần tần số tổng



Thành ph ần tần số hiệu

19. Thành ph ần tần số hiệu ở ngõ ra của PHASE DETECTOR là gì? Tần số trung tâm FM  Một điện áp DC 20. Yếu tố nào thay đổi điện áp ngõ ra DC c ủa PHASE DETECTOR (thành ph ần hiệu)? 



Các thay đổi tần số



Các thay đổi pha

21. K ết nối đầu dò kênh 2 đến ngõ vào c ủa PHASE DETECTOR. N ếu cần thiết, chỉnh t ần s ố FM b ằng núm v ặn NEGATIVE SUPPLY để cho độ lệch pha gi ữa các tín hiệu ngõ vào trên kênh 1 và 2 là 90 0 (xem bướ c 16). 22. Chỉnh voltmeter  để đo các điện áp DC. K ết nối dây dẫn của voltmeter  đến ngõ ra c ủa PHASE DETECTOR, và k ết nối dây chung đến đất. Vớ i sự khác pha 90 0 giữa các tín hi ệu ngõ vào, đo và ghi điện áp DC t ại ngõ ra c ủa PHASE DETECTOR (V900 = _______ V) 23. Điều chỉnh độ lệch pha gi ữa các tín hiệu trên kênh 1 và 2 b ằng 1350 bằng cách ch ỉnh núm vặn NEGATIVE SUPPLY theo ng ượ c chiều kim đồng hồ (hình 6-31(a)). V ớ i độ lệch  pha1350 giữa các tín hi ệu ngõ vào, đo và ghi điện áp DC t ại ngõ ra c ủa PHASE DETECTOR: V1350 = _________ V

 

Hình 2.26(a).

Hình 2.26(b).

24. Điều ch ỉnh độ lệch pha giữa các tín hi ệu trên kênh 1 và 2 đến 45 0 bằng cách ch ỉnh núm vặn NEGATIVE SUPPLY theo chi ều kim đồng h ồ (xem hình 2-26(b)). V ớ i độ lệch pha 45 0 giữa các tín hi ệu ngõ vào, đo và ghi điện áp DC tại ngõ ra c ủa PHASE DETECTOR: V450 = ______ V 25. Khi độ lệch pha t ăng hay gi ảm từ giá tr ị 900, điện áp ngõ ra DC có thay đổi không?  Có  Không 26. Điều ch ỉnh s ự khác nhau v ề pha giữa các tín hi ệu trên kênh 1 và 2 tr ở  lại 90 0 (hình 6-8)  bằng cách ch ỉnh tần số FM vớ i núm NEGATIVE SUPPLY. 27. Sinh viên sẽ điều chế sóng mang FM b ở i một tín hiệu tin tức 300 mV pk-pk , 3 kHz. K ết n ối SIGNAL GENERATOR đến (M) trên kh ối mạch VCO-LO (hình 2-27).

2-13

 ̀     ̣

ướ 

ẫ 

T 

́ 

    ̣

  ̃

 ̀

2

 Hình 2.27.

28. K ết n ối đầu dò kênh 1 đến T trên VCO-LO. Đẩy núm TIME VARIABLE trên dao động ký vào, và xoay nó m ột vòng theo chi ều kim đồng h ồ. Chỉnh kênh 1 đến 100 mV/DIV, ch ỉnh TIME/DIV đến 0.1 ms/DIV, và trigger trên kênh 1. 29. Chỉnh SIGNAL GENERATOR  để phát một sóng sine 300mV pk-pk , 3 kHz t ại điểm T trên VCO-LO (kênh 1). 30. K ết n ối đầu dò kênh 1 đến ngõ vào FM c ủa QUADRATURE DETECTOR. K ết n ối đầu dò kênh 2 đến ngõ ra PHASE SHIFTER/LIMITER. Ch ỉnh kênh 1 đến 100mV/DIV, và ch ỉnh kênh 2 đến 200mV/DIV. Chỉnh TIME/DIV đến 0.5 μs/DIV. Chỉnh VERT MODE ở  vị trí ALT, và trigger trên kênh 1. 31. So sánh các tín hi ệu tại hai ngõ vào PHASE DETECTOR. Pha c ủa tín hiệu FM trên kênh 2 có đang thay đổi theo tín hi ệu trên kênh 1? 

Có



Không

32. K ết nối đầu dò kênh 2 đến ngõ ra c ủa PHASE DETECTOR  để quan sát tín hi ệu tần số tổng. Trên kênh 2 m ức DC, tức đườ ng chuẩn zero (điểm giữa) của tín hi ệu tần số tổng, có thay đổi? 

Có



Không

33. Chỉnh TIME/DIV c ủa dao động ký đến 0.2 ms/DIV. K ết nối đầu dò kênh 1 đến điểm T tại khối mạch VCO-LO để quan sát tín hi ệu tin tức. Trigger trên kênh 1. Quan sát các thay đổi DC của tín hiệu ngõ ra PHASE DETECTOR trên kênh 2. 34. So sánh tín hi ệu tin tức trên kênh 1 v ớ i các thay đổi DC của ngõ ra PHASE DETECTOR  trên kênh 2. Các thay đổi DC của ngõ ra PHASE DETECTOR có t ần s ố giống như tín hiệu tin tức không? 

Có



Không

35. K ết n ối đầu dò kênh 2 đến ngõ ra c ủa FILTER. Ch ỉnh kênh 2 đến 50mV/DIV. Quan sát tín hiệu tin tức trên kênh 1 và ngõ ra FILTER trên kênh 2. Thay đổi tần số và biên độ tín hiệu tin tức. Tín hiệu tin tức đượ c khôi ph ục trên kênh 2 có thay đổi theo biên độ và tần số tín hiệu tin tức trên kênh 1 không? 

Có



Không

36. FILTER có loại bỏ tần số tổng hay t ần số tín hiệu tin tức không? 

Có



Không

V. KẾT LUẬN  __________________________________________________________________________   __________________________________________________________________________   __________________________________________________________________________  2-14

 ̀     ̣

ướ 

ẫ  T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀

BÀI 3 

MÃ HÓA ĐƯỜ NG NG TRUYỀN (Line Coding) I. MỤC ĐÍCH Khi hòan t ất bài thí nghi ệm này, sinh viên có th ể mô tả đượ c ba k ỹ thuật mã hóa đườ ng ng truyền thông d ụng trong thông tin s ố là NRZ, RZ và Manchester, và gi ải thích đượ c ưu nhượ c ng truy ền b ằng m ột trong ba điểm c ủa t ừng loại. Sinh viên c ũng hiểu đượ c cách mã hóa đườ ng  phươ ng ng pháp trên c ững như cách giải mã và nh ững yêu cầu cần thiết để giải mã ở máy thu.

II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

KÊNH TRUYỀ TRUYỀN

Hình 3-1 Việc truyền dữ liệu giữa hai thi ết bị viễn thông đượ c thực hiện theo một trong hai ph ươ ng ng thức: truy ền tín hiệu dải nền (còn gọi là tín hiệu băng gốc) và truy ền tín hi ệu băng dải (passband). Trong truy ền tín hiệu d ải n ền, tín hiệu tin t ức s ẽ đượ c truyền tr ực ti ế p trên kênh truyền mà không c ần điều chế. Khi truy ền tín hi ệu ở  dải nền thì các đặc tính của tín hi ệu ph ải  phù h ợ   p vớ i kênh truy ền. Các đặc tr ưng của tín hiệu bao gồm: thông tin chuỗi 1 kéo dài và ph ổ tần số của tín hi ệu.

định thờ i,i, sự dịch mức DC do chuỗi 0 hoặc

1. Mã hóa Mã hóa là thay đổi cách thức truyền dữ liệu trên đườ ng ng truy ền. Các k ỹ thuật mã hóa khác nhau đều có một s ự trao đổi gi ữa các y ếu t ố: đáp ứng t ần s ố, băng thông, v ấn đề định thờ i và sự dịch mức DC.

Các k ỹ thuật mã hóa đượ c khảo sát trong bài thí nghi ệm này bao g ồm: NRZ (non-return-to-zero), RZ (return-tozero) và Manchester. a) Mã hóa NRZ: Các mức điện áp nh ị phân của dữ liệu NRZ đượ c giữ nguyên trong su ốt m ột chu k ỳ bit và không tr ở  ở  về 0 trong suốt chu k ỳ bit.  b) Mã hóa RZ: Các mức nhị phân của dữ liệu đượ c biểu diễn bằng mức ng ứng trong n ửa chu k ỳ bit, sau đó tr ở  điện áp tươ ng ở  về 0 trong n ửa chu k ỳ bit k ế tiế p. c) Mã hóa Manchester:

3-1

 ̀     ̣

ướ 

ẫ  T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀

Các bit 1 và bit 0 c ủa dữ liệu đượ c biểu diễn bằng mức điện áp tươ ng ng ứng trong một nửa chu k ỳ bit đầu, và bằng mức điện áp ng ượ c lại ở nửa chu k ỳ bit sau. Cơ  sở để ở  để lựa chọn k ỹ thuật mã hóa thích h ợ  p là dựa vào ba đặc tr ưng c ủa tín hiệu đã nêu ở  trên. Các đặc tr ưng này đượ c chọn sao cho phù h ợ   p vớ i kênh truyền và đảm bảo sự đồng bộ giữa bên phát và  bên thu. Một số phươ ng ng pháp mã hóa có k ết hợ   p thông tin v ề xung clock ngay trong d ữ liệu truyền, một số phươ ng ng pháp khác đòi hỏi phải truyền cả xung clock và d ữ liệu. Khi có s ự chuy ển đổi m ức ở  các chu k ỳ bit thì máy thu có th ể dựa vào đó để khôi ph ục xung clock. N ếu các tín hi ệu dữ liệu truyền đi không có s ự chuyển tr ạng thái trong các chu k ỳ bit thì buộc ph ải truy ền thêm xung clock riêng để đồng b ộ. V ề phươ ng ng diện này, mã Manchester có ưu điểm nhất vì nó đảm bảo ít nh ất m ột lần chuy ển đổi mức trong một chu k ỳ  bit. Về cách biểu diễn các mức logic bằng điện áp, có hai d ạng sóng tín hi ệu đượ c dùng: d ạng đơ n cực (5V và 0V) và d ạng lưỡ ng ng cực (+5V và -5V). Có thể thực hi ện giao tiế p v ớ i các kênh truy ền b ằng hai cách: ghép tr ực tiế p hoặc ghép AC. Trong h ệ thống ghép AC, thành  phần DC b ị chặn và các thành ph ần tần số thấ p bị suy giảm.  Nhiều phươ ng ng tiện truyền có đặc tính tần số giống như một bộ lọc thông d ải, chỉ cho phép truyền tín hi ệu trong một dải tần từ  f C 1 đến  f C 2 .

Hình vẽ dướ i đây thể hiện các thành ph ần năng lượ ng ng của các k ỹ thuật mã hóa nêu trên. Phươ ng ng pháp NRZ l ưỡ ng ng c ực có nhượ c điểm là hầu hết các thành ph ần năng lượ ng ng của nó t ậ  p trung ở  khoảng tần số zero (DC). Trong khi đó, phươ ng ng pháp Manchester dờ i các thành ph ần n ăng l ượ ng ng lên vùng tần số cao hơ n nên có th ể truyền đượ c cả trên các kênh truy ền có đáp ứng bị chặn ở  vùng DC. Tuy nhiên, đổi l ại, phươ ng ng pháp Manchester l ại làm tăng  băng thông c ủa tín hiệu, do đó có thể dẫn đến lỗi khi truy ền trên kênh có b ăng thông gi ớ i hạn.

3-2

 ̀     ̣

ướ 

ẫ  T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀

Vớ i tín hiệu NRZ, chu ỗi bit 1 dài s ẽ làm tăng mức DC của tín hiệu, còn chu ỗi bit 0 dài l ại làm giảm mức DC của tín hi ệu. Trên kênh truy ền ghép AC, đặc tính gi ớ i h ạn t ần s ố cao làm cho dạng xung tín hi ệu bị méo. Các v ấn đề trên dẫn đến tăng sai số khi khôi ph ục dữ liệu.

Thay vì dùng các m ức điện áp cố định cho chu ỗi bit 1 ho ặc bit 0, ph ươ ng ng pháp Macnchester  dùng một chuỗi các chuy ển đổi mức. Điều này làm cho m ức DC của tín hiệu không bi thay đổi và gần bằng 0.

2. Giải mã Dữ liệu mã hóa không th ể đượ c truyền từ máy phát đến máy thu m ột cách đáng tin c ậy mà không có s ự đồng b ộ giữa xung clock c ủa máy phát và máy thu. Trong th ực t ế, các tín hi ệu dữ liệu và tín hi ệu clock có th ể đượ c truyền trên hai đườ ng ng truy ền riêng biệt.

Lưu ý: tín hi ệu mã hóa RZ có th ể là tín hi ệu NRZ và tín hi ệu clock.

đượ c tạo ra b ằng cách sử dụng cổng AND vớ i hai ngõ vào

Để giải mã dữ liệu RZ ở  máy thu tr ở  ở về dạng NRZ, ta dùng m ột Flip-Flop loại D.

3-3

 ̀     ̣

ướ 

ẫ  T  ́ 

    ̣

  ̃

 Nếu ở  ngõ vào của cổng XOR, ta sẽ là tín hiệu mã hóa Manchester.

 ̀

đặt tín hiệu NRZ và tín hi ệu xung clock thì ở  ngõ ra của nó

Để giải mã tín hi ệu mã hóa Manchester v ề dạng NRZ, ta l ại dùng một cổng XOR ở máy thu.

Khi truy ền trên khoảng cách xa, s ự k ết n ối tr ực ti ế p giữa máy phát và máy thu là không kh ả thi. Do đó sẽ không có đườ ng tín hi ệu clock chung. D ữ liệu truyền đi phải đượ c điều chế  bằng các k ỹ thuật như ASKM, FSK, … và sẽ đượ c giải điều chế tại máy thu. Đồng thờ i, ở  máy thu ph ải có một bộ phận đồng bộ xung clock để khôi phục tín hiệu clock t ừ dữ liệu phát.

III. YÊU CẦU THIẾT BỊ 

Bộ chân đế F.A.C.E.T.



Board mạch DIGITAL COMMUNICATIONS 2



 Nguồn cung c ấ p 15 Vdc



Dao động ký hai kênh



Máy phát sóng sine



V.O.M

IV. TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM 1. Mã hóa Trình tự tiến hành A – Mã hóa NRZ 1. Xác định vị trí khối mạch ENCODER. K ết nối đầu dò kênh 1 c ủa dao động ký v ớ i điểm CLK và kênh 2 v ớ i điểm SYNC. 2.  Nối đầu dò EXT v ớ i điểm SYNC để đồng bộ các tín hi ệu quan sát v ớ i nhau. Nối GND của dao động ký v ớ i điểm GND trên board m ạch.

3-4

 ̀     ̣

ướ 

ẫ  T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀

Hình 3-1 3. Điều chỉnh kênh 1 và kênh 2 c ủa dao động ký 0.5ms/DIV. Trigger b ở i cạnh lên của ngõ vào EXT. 4. Chỉnh dao

ở  vị trí 5V/DIV và time base ở  vị trí

động ký để có dạng sóng nh ư hình 3-2.

Hình 3-2

Đo chu k ỳ xung clock trên kênh 1: T = ___________ ms. 6. Có bao nhiêu chu k ỳ xung clock gi ữa các xung đồng bộ? Số chu k ỳ clock = __________. 7. Di chuyển đầu dò kênh 2 đến vị trí NRZ. Không thay đổi các thông số của dao động ký. 5.

Hình 3-3 8. Mỗi chu k ỳ xung clock  ứng vớ i 1 bit d ữ liệu. Hãy xác  phát? Data = _____________.

định chuỗi bit nhị phân (8 bit) đượ c

9. Quan sát d ạng sóng NRZ, tín hi ệu có gi ữ nguyên mức điện áp (cao ho ặc th ấ p) trong suốt chu k ỳ bit?  

Có

Không

10. Thông tin định thờ i là một đặc tr ưng quan tr ọng của các phươ ng pháp mã hóa đườ ng truyền. Một đặc tr ưng khác c ũng r ất quan tr ọng là tốc độ truy ền dữ liệu. Tốc độ baud (tốc độ truyền dữ liệu) đượ c định ngh ĩ a là ngh ịch đảo của khỏang thờ i gian của một  phần tử tín hiệu ngắn nhất. 11. Chu k ỳ xung clock  đã đượ c đo ở  bướ c 5: T = _____ms. V ậy tốc  NRZ quan sát đượ c là bao nhiêu: baud rate = ________ baud.

3-5

Hình 3-4

độ baud của tín hiệu

 ̀     ̣

ướ 

ẫ  T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀

12. Tốc độ truyền dữ liệu cũng đượ c định ngh ĩ a theo s ố bit truy ền đượ c trong 1s, g ọi là tốc độ  bit. Tốc độ bit và tốc độ baud có th ể bằng nhau ho ặc khác nhau, tùy vào ph ươ ng pháp mã hóa và các ph ần tử tín hiệu. 13. Tốc độ bit (tính bằng bps) của tín hiệu NRZ nêu trên là bao nhiêu: R = _______ bps. 14. Tốc độ bit và tốc độ baud của tín hiệu NRZ quan sát

đượ c có bằng nhau không? T ại sao?

 __________________________________________________________________________.

Trình tự tiến hành B – Mã hóa RZ 15. Tháo tất cả các jumper và dây n ối trên board mạch DIGITAL COMMUNICATIONS 2. 16. Nối đầu dò kênh 1 c ủa dao động ký đến vị trí CLK và kênh 2 đến vị trí SYNC, đầu dò EXT cũng nối vớ i vị trí SYNC. 17. Chỉnh kênh 1 và kênh 2 c ủa dao động ký ở 5V/DIV và TIME/DIV = 0.5ms/DIV. Trigger   bở i cạnh lên c ủa EXT.

Hình 3-5 18. Điều chỉnh dao động ký

để quan sát đượ c dạng sóng nh ư hình 3-6.

Hình 3-6 19. Di chuy ển kênh 2 dao

động ký đến vị trí RZ.

Hình 3-7 20. Dựa trên tín hiệu RZ quan sát

đượ c, hãy xác định chuỗi bit nhị phân phát đi? _________. 21. Quan sát tín hi ệu RZ trên kênh 2. Tín hi ệu này mang thông tin v ề xung clock:  một cách đầy đủ  chỉ một phần  không mang thông tin gì 22. Tốc độ baud của tín hiệu RZ trên kênh 2: baud rate = ________ baud.

3-6

 ̀     ̣

ướ 

ẫ  T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀

23. Tốc độ bit của tín hiệu RZ quan sát

đượ c trên kênh 2? R = ________ bps. 24. Tốc độ bit và tốc độ baud của tín hiệu RZ không b ằng nhau? Vì sao?  __________________________________________________________________________.

Trình tự tiến hành C – Mã hóa Manchester  25. Tháo tất cả các jumper và dây n ối trên board m ạch DIGITAL COMMUNICATIONS 2. 26. Nối đầu dò kênh 1 c ủa dao động ký đến vị trí CLK và kênh 2 đến vị trí SYNC, đầu dò EXT cũng nối vớ i vị trí SYNC.

Hình 3-8 27. Chỉnh kênh 1 và kênh 2 c ủa dao  bở i cạnh lên của EXT. 28. Điều chỉnh dao

động ký ở  5V/DIV và TIME/DIV = 0.5ms/DIV. Trigger 

động ký để quan sát đượ c dạng sóng như hình 3-9.

Hình 3-9 29. Di chuyển kênh 2 dao

động ký đến vị trí MAN.

Hình 3-10 30. Tín hiệu trên kênh 2 bi ễu diễn chuỗi bit nhị phân (8 bit) nào? ____________. 31. Quan sát tín hi ệu RZ trên kênh 2. Tín hi ệu này mang thông tin v ề xung clock: 

một cách đầy đủ



chỉ một phần



không mang thông tin gì

32. Tốc độ baud của tín hiệu mã hóa Manchester trên kênh 2: baud rate = ________ baud. 33. Tốc độ bit của tín hiệu mã hóa Manchester quan sát

đượ c trên kênh 2? R = ________ bps.

34. Tốc độ bit và tốc độ baud của tín hiệu RZ không b ằng nhau? Vì sao?  __________________________________________________________________________.

3-7

 ̀     ̣

ướ 

ẫ  T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀

 Lư u ý : một khái niệm liên quan đến baud rate là b ăng thông tín hi ệu. Tín hi ệu có tốc càng cao đòi hỏi băng thông càng r ộng.

độ baud

35. Di chuy ển kênh 1 v ề vị trí NRZ. Quan sát và đo tốc độ baud của tín hi ệu NRZ?  baud rate = ________ baud. 36. Giữa hai tín hi ệu NRZ và Manchester, tín hi ệu nào có b ăng thông l ớ n hơ n? 



NRZ

Manchester 

Trình tự tiến hành D – Tín hiệu đơn cực và lưỡng cực 37. Tháo tất cả các jumper và dây n ối trên board mạch DIGITAL COMMUNICATIONS 2. 38. Nối đầu dò kênh 1 c ủa dao động ký đến vị trí CLK và kênh 2 đến vị trí SYNC, đầu dò EXT cũng nối vớ i vị trí SYNC. 39. Chỉnh kênh 1 và kênh 2 c ủa dao động ký ở  5V/DIV và TIME/DIV = 0.5ms/DIV. Trigger   bở i cạnh lên c ủa EXT. 40. Điều chỉnh dao động ký để quan sát đượ c dạng sóng nh ư hình 3-9. 41. K ết nối jumper ở  khối MODULATORS như hình vẽ 3-11. Di chuy ển đầu dò kênh 1 v ề vị trí NRZ và đầu dò kênh 2 v ề vị trí POLAR (hình 3-11).

Hình 3-11 42. Chỉnh vertical mode v ề GND cho cả hai kênh. Sau đó điều ch ỉnh v ị trí hai kênh như hình 3-12.

Hình 3-12

đườ ng chuẩn c ủa

Hình 3-13

43. Chỉnh vertical mode tr ở  về DC. Kênh 1 hi ển th ị tín hiệu NRZ dạng hiển thị tín hiệu NRZ l ưỡ ng cực (hình 3-13).

đơ n c ực còn kênh 2

44. Quan sát tín hiệu đơ n cực. Mức nhị phân 1 đượ c biểu diễn bằng điện áp d ươ ng còn mức 0 đượ c biểu diễn bằng điện áp zero. D ạng sóng tín hi ệu n ằm phía trên đườ ng chuẩn. Đo mức điện áp d ươ ng biểu diễn bit 1: V1 = _______ V. 45. Quan sát tín hiệu lưỡ ng cực. Mức 1 biểu diễn bằng điện áp d ươ ng và mức 0 bi ểu diễn  băng m ức điện áp ngượ c l ại. D ạng sóng tín hi ệu n ằm v ề hai phía của đườ ng chuẩn. Đo m ức điện áp âm bi ểu diễn bit 0: V0 = _______ V.

3-8

 ̀     ̣

ướ 

ẫ  T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀

46. Tháo kênh 2 c ủa dao động ký ra kh ỏi mạch và chuy ển kênh 1 đến vị trí POLAR trên kh ối MODULATORS (hình 3-14). Kênh 1 s ẽ hiển thị chuỗi bit 10110100 d ạng NRZ lưỡ ng cực .

Hình 3-14 47. Dùng đồng hồ đo DC để đo thành ph ần DC của tín hiệu NRZ l ưỡ ng cực nói trên. DC = ___________ mVDC 48. Hiệu ch ỉnh m ạch để chuy ển dữ liệu nh ị phân thành 01000100. Dùng đo lại thành phần DC của tín hiệu NRZ lưỡ ng cực mớ i.

đồng h ồ đo DC để

DC = __________ VDC 49. Tháo jumper kh ỏi vị trí NRZ trên kh ối MODULATORS. Dùng dây d ẫn nối từ vị trí MAN trên khối ENCODER sang kh ối MODULATORS như hình 3-15.

Hình 3-15 50. Dùng đồng hồ đo DC để đo thành ph ần DC của tín hiệu Manchester lưỡ ng cực nói trên. DC = ___________ mVDC 51. Hiệu ch ỉnh m ạch để chuy ển dữ liệu nh ị phân thành 01000100. Dùng đo lại thành phần DC của tín hiệu Manchester lưỡ ng cực mớ i.

đồng h ồ đo DC để

DC = __________ mVDC 52. Từ k ết quả đo, cho bi ết phươ ng pháp mã hóa nào có thành ph ần DC nh ỏ nhất (không quan tâm đến data), mã NRZ hay Manchester?

1. Giải mã Trình tự tiến hành A – Giải mã tín hiệu RZ 1. Xác định vị trí khối mạch ENCODER và n ối đầu dò kênh 1 c ủa dao động ký đến vị trí CLK, kênh 2 đến vị trí SYNC, đầu dò EXT c ũng nối vớ i vị trí SYNC. 2. Chỉnh kênh 1 và kênh 2 c ủa dao  bở i cạnh lên của EXT.

động ký ở  5V/DIV và TIME/DIV = 0.5ms/DIV. Trigger 

3-9

 ̀     ̣

ướ 

ẫ  T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀

Điều chỉnh dao động ký để quan sát đượ c dạng sóng nh ư hình 3-9. 4. Trên khối ENCODING, gắn jumper n ối giữa RZ và ngõ vào c ủa khối D Flip-Flop. Di chuyển kênh 2 đến vị trí RZ (xem hình 3-16). 3.

Hình 3-16 5. Quan sát d ữ liệu RZ (kênh 2) clock phải:

ở ngõ vào D Flip-Flop. Khi gi ải mã RZ thành NRZ, tín hi ệu

đượ c khôi phục từ dữ liệu RZ 6. Di chuy ển kênh 2 đến ngõ ra D Flip-Flop và kênh 1 đến vị trí NRZ trên kh ối ENCODER. 

truyền trên đườ ng truyền riêng



Hình 3-17 7. So sánh d ữ liệu mã hóa NRZ (CH1) và d ữ liệu NRZ sau khi gi ải mã (CH2). Tín hi ệu giải mã bị tr ễ so vớ i tín hi ệu mã hóa: 

một chu k ỳ xung clock 



nửa chu k ỳ xung clock 

8. Di chuyển đầu dò kênh 1 sang v ị trí RZ (ngõ vào D). S ự chuyển tr ạng thái t ừ thấ p lên cao lần đầu tiên của xung clock làm ngõ ra Q c ủa bộ giải mã chuy ển sang: 

mức cao



mức thấ p

9. Dữ liệu gi ải mã NRZ ph ụ thuộc m ức d ữ liệu RZ t ại m ỗi c ạnh lên của xung clock. k ỳ bit thứ 5, dữ liệu NRZ ở ngõ ra là bit 1 hay 0? _________.

Ở chu

Trình tự tiến hành B – Giải mã tín hiệu mã hóa Manchester  10. Xác định vị trí khối mạch ENCODER và n ối đầu dò kênh 1 c ủa dao động ký đến vị trí CLK, kênh 2 đến vị trí SYNC, đầu dò EXT c ũng nối vớ i vị trí SYNC. 11. Chỉnh kênh 1 và kênh 2 c ủa dao động ký ở  5V/DIV và TIME/DIV = 0.5ms/DIV. Trigger   bở i cạnh lên c ủa EXT. 12. Điều chỉnh dao động ký để quan sát đượ c dạng sóng nh ư hình 3-9. 13. Trên khối ENCODING, gắn jumper n ối giữa RZ và ngõ vào c ủa khối D Flip-Flop. Di chuyển kênh 2 đến vị trí RZ (xem hình 3-18).

3-10

 ̀     ̣

ướ 

ẫ  T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀

Hình 3-18 14. Cổng XOR dùng để giải mã tín hi ệu mã hóa Manchester v ề dạng NRZ. Quan sát các tín hiệu ở  ngõ vào c ổng XOR. Khi gi ải mã tín hi ệu Manchester, tín hi ệu clock  ở  ngõ vào c ổng XOR:

đượ c trích t ừ tín hiệu mã hóa Manchester   phải đến từ một đườ ng truy ền riêng 15. Di chuyển kênh 2 đến ngõ ra c ổng XOR và kênh 1 đến vị trí MAN trên kh ối ENCODER. 

Hình 3-19

Hình 3-20

16. So sánh các d ạng sóng CLOCK và MAN. 17. Ngõ ra cổng XOR bằng 1 khi hai ngõ vào bù nhau. Các xung gai xu ất hiện ở  kênh 2 là do thờ i gian trì hõan khi chuy ển tr ạng thái c ủa các tín hi ệu ngõ vào. Điều này có th ể gây ra l ỗi trong quá trình gi ải mã. 18. Di chuyển kênh 1 v ề vị trí tín hi ệu mã hóa NRZ . Quan sát các d ạng sóng. Trong m ạch giải mã Manchester b ằng c ổng XOR, tín hi ệu NRZ sau khi gi ải mã cùng pha hay ng ượ c pha vớ i tín hiệu mã hóa NRZ ban đầu? ______________________________________________.

Hình 3-21

Hình 3-22

Trình tự tiến hành C – Đồng bộ xung clock Trong ph ần này, sinh viên s ẽ sử dụng mạch đồng bộ  bằng PLL (Phase Locked Loop) để phục hồi xung clock từ dữ liệu mã hóa Manchester. S ơ đồ khối của PLL đượ c trình bày ở hình 3-23. 19. Xác định vị trí khối mạch ENCODER và n ối đầu dò kênh 1 c ủa dao động ký đến vị trí CLK, kênh 2 đến v ị trí SYNC, đầu dò EXT c ũng n ối vớ i

3-11

Hình 3- 23

 ̀     ̣

ướ 

ẫ  T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀

vị trí SYNC. 20. Chỉnh kênh 1 và kênh 2 c ủa dao  bở i cạnh lên c ủa EXT.

động ký ở  5V/DIV và TIME/DIV = 0.5ms/DIV. Trigger 

21. Điều chỉnh dao động ký

để quan sát đượ c dạng sóng nh ư hình 3-9. 22. Trên khối ENCODING, gắn jumper nối giữa MAN và ngõ vào c ủa khối MAN SYNC DECODER Flip-Flop. V ặn núm điểu chỉnh LOCK h ết cỡ  theo chiều kim đồng hồ. Chuy ển đầu dò kênh 2 sang v ị trí RCLK trên kh ối MAN SYNC DECODER (xem hình 3-24).

Hình 3-24 23. Trong khi quan sát các d ạng sóng, v ặn t ừ từ núm LOCK theo ng ượ c chiều kim đồng h ồ cho đến khi tín hi ệu RCLK (kênh 2) gi ống vớ i tín hiệu CLK (kênh 1). Lúc này, m ạch đồng bộ đã bám theo tín hi ệu mã hóa Manchester  ở  ngõ vào. Các thành ph ần của mạch đồng b ộ bao gồm: mạch phát hiện cạnh (EDGE DET), c ổng AND (AND), vòng khóa pha (PLL) và b ộ dịch pha (φ SHIFT) (xem hình 3-25).

Hình 3-25 24. Di chuy ển kênh 1 t ớ i vị trí MAN và kênh 2 t ớ i vị trí EDGE DET. Tín hi ệu MAN là tín hiệu vào EDGE DET m ạch phát hiện cạnh. Ở ngõ ra c ủa EDGE DET là m ột chuỗi xung h ẹ p. Mạch EDGE DET đượ c tạo từ cổng AND và c ổng XOR (hình 3-26).

Hình 3-26 25. Quan sát các d ạng sóng. M ạch phát hiện cạnh tạo ra một xung h ẹ p khi nào?  _______________________________________________________________________. 26. Di chuy ển kênh 2

đến vị trí φ SHIFT và kênh 1 đến vị trí EDGE DET.

3-12

 ̀     ̣

ướ 

ẫ  T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀

27. Quan sát các d ạng sóng. Tín hi ệu ra c ổng AND ở các vị trí xung th ứ 4 và th ứ 9 của EDGE DET sẽ ở  mức cao hay th ấ p? ________________. 28. Di chuy ển kênh 2 đến v ị trí AND OUT. Tín hi ệu ngõ ra c ổng AND giống v ớ i tín hiệu  bộ EDGE DET tr ừ các xung ở vị trí: 

đầu chu k ỳ bit



ở 

giữa chu k ỳ bit

29. Các xung ngõ ra c ổng AND đượ c đưa tớ i ngõ vào c ủa mạch vòng khoá pha (PLL). Di chuyển đầu dò kênh 2 t ớ i vị trí VCO OUT và đầu dò kênh 1 đến vị trí AND OUT. 30. So sánh các tín hi ệu. Tần số của tín hiệu sóng vuông c ủa PLL (kênh 2) b ằng vớ i: 

tần số ngõ ra c ổng AND



hai lần tần số ngõ ra c ổng AND

31. Di chuy ển kênh 2 c ủa dao động ký đến v ị trí RCLK. So sánh các d ạng sóng. T ần số tín hiệu ra khỏi b ộ chia (kênh 2) có b ằng v ớ i tín hiệu ở đầu ra c ổng AND (kênh 1)? L ưu ý r ằng các xung định thờ i ở vị trí AND OUT đồng bộ vớ i xung clock c ủa máy phát. 



Có

Không

32. Di chuy ển kênh 1 đến vị trí φ SHIFT. So sánh các d ạng sóng. Tín hi ệu trên kênh 2 là m ột sóng vuông gi ống vớ i tín hiệu RCLK nh ưng bị lệch pha một góc b ằng bao nhiêu? ________. 33. Di chuy ển kênh 1 đến vị trí NRZ trên kh ối ENCODING. Di chuy ển kênh 2  NRZ OUT trên kh ối MAN SYNC DECODER.

đến vị trí

34. So sánh tín hi ệu mã hoá NRZ (kênh 1) và tín hi ệu NRZ sau khi gi ải mã. Dữ liệu sau khi giải mã bị tr ễ so vớ i dữ liệu mã hoá: 

1 chu k ỳ xung clock   ¼ chu k ỳ xung clock 



½ chu k ỳ xung clock 

V. CÂU HỎI 1. Các phươ ng pháp mã hoá NRZ, RZ, Manchester. 2. Thông tin định thờ i đượ c chứa trong d ữ liệu mã hoá Manchester b ằng cách nào? 3. Phân biệt tín hi ệu đơ n cực và lưỡ ng cực. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

Ư u và nhượ c điểm của mã hoá Manchester so v ớ i mã hoá NRZ và RZ ? Định ngh ĩ a tốc độ baud. Mã hoá NRZ và RZ, ph ươ ng pháp nào t ốt hơ n xét ở khía cạnh thông tin v ề xung clock ? Phươ ng pháp gi ải mã tín hi ệu Manchester thành d ữ liệu NRZ ? Phươ ng pháp gi ải mã tín hi ệu RZ thành d ữ liệu NRZ ? Hoạt động của mạch đồng bộ xung clock ?

3-13

 ̀     ̣

ướ 

ẫ 

T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀

4

BÀI 4 

ĐIỀU CHẾ FSK  I. MỤC ĐÍCH Khi hoàn tất bài thí nghi ệm sinh viên có th ể: Mô tả đượ c sự liên hệ giữa tín hiệu điều chế FSK vớ i tín hiệu số điều chế (baseband). Mô tả đượ c việc điều chế FSK sử dụng analog multilexer. Mô tả đượ c phổ tần của tín hiệu FSK  • • •

II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Đa số kênh truyền tươ ng tự không phù h ợ  p để tải tín hiệu số baseband.

Hình 4-1 Băng thông gi ớ i hạn của kênh truy ền làm méo d ạng tín hi ệu vì tín hi ệu số có các thành ph ần  phổ nằm ngoài b ăng thông c ủa kênh truy ền. Khi đó, cần phải phải có sự điều chế tín hiệu, và để tái tạo lại tín hiệu cần phải có sự giải điều chế. Tín hiệu đượ c điều chế bở i sóng mang n ằm trong băng thông c ủa kênh truy ền do đó không có s ự suy hao tín hi ệu.

Hình 4-2 FSK là một dạng của điều tần (FM), trong đó tín hi ệu điều chế (baseband) điều khiển tần số sóng mang. Khác v ớ i FM , tín hi ệu điều chế trong FSK là tín hi ệu số. Tần số sóng mang đượ c chuyển đổi giữa hai tần số, việc chuyển đổi này dựa trên tín hi ệu điều chế. Có hai loại giải điều chế FSK: đồng bộ và bất đồng bộ. Việc giải điều chế bất đồng bộ sử dụng phươ ng pháp l ọc để đưa về dạng ASK và s ử dụng bộ tách sóng đườ ng bao để tái tạo tín

4-1

 ̀     ̣

ướ 

ẫ 

T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀

4

hiệu số baseband. Việc giải điều chế đồng bộ cần phải có một tín hiệu tham chi ếu và t ừ đó sẽ  phát hi ện đượ c sự thay đổi của tần số sóng mang để từ đó tái tạo lại tín hiệu baseband.

Hình 4-3 1. Điều chế FSK 

Hình 4-4 Việc điều chế FSK sử dụng hai chuy ển mạch (switch) t ươ ng tự đượ c thiết lậ  p như bộ dồn kênh tươ ng tự (analog multiplexer). Chuy ển mạch sẽ đóng khi áp điều khiển ở  mức 5V, chuyển mạch ngắt (hở ) khi áp điều khiển ở  mức -5V. Điện áp điều khiển POLAR và POLAR  INV thì đượ c tạo ra từ sự thay đổi mức logic của tín hiệu điều chế. Tín hi ệu sóng mang ở  ngõ ra là tín hi ệu tươ ng ứng vớ i switch đượ c đóng. 2. Giải điều chế FSK bất đồng bộ

Hình 4-5 Bộ giải điều chế FSK phục hồi tín hi ệu số baseband bằng cách phát hi ện sự thay đổi tần số trong tín hi ệu FSK. Một tín hiệu FSK bao g ồm 2 tín hi ệu on-off keying (OOK). Hai thành ph ần OOK có c ủng  biên độ.

4-2

 ̀     ̣

ướ 

ẫ 

T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀

4

Hình 4-6

Hình 4-7 Phổ tần của tín hiệu FSK là k ết hợ   p của các thành ph ần tần số đượ c sinh ra t ừ 2 thành ph ần tín hiệu OOK.

Hình 4-8 Một bộ lọc thông d ải đượ c sử dụng để cho qua một thành ph ần tín hi ệu OOK trong khi làm suy giảm một thành ph ần OOK còn l ại.  Ngõ ra c ủa bộ lọc biên độ tín hiệu sẽ thay đổi khi tín hi ệu FSK thay đổi tần số. Bộ tách sóng bất đồng bộ sẽ phục hồi tín hi ệu NRZ bằng cách phát hi ện biên độ tín hiệu sau  bộ lọc. Bộ lọc thông d ải và bộ tách sóng b ất đồng bộ k ết hợ   p vớ i nhau để có đượ c chức năng  phát hi ện sự thay đổi của sóng mang. Bộ tách sóng bất đồng bộ có 3 khối để thực hiện chức năng phục hồi tín hiệu số baseband từ tín hiệu có biên độ thay đổi (sau bộ lọc thông d ải): bộ chỉnh lưu toàn k ỳ chuy ển đổi tín hiệu có biên độ thay đổi thành tín hi ệu có mức DC tươ ng ứng vớ i các mức biên độ đó, bộ lọc thông thấ p làm tr ơn   lại dạng tín hiệu sau khi ch ỉnh lưu và một bộ so sánh để phục hồi mức điện áp chuẩn thành các mức điện áp logic.

4-3

 ̀     ̣

ướ 

ẫ 

T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀

4

Hình 4-9 3. Giải điều chế FSK đồng bộ Bộ giải điều chế đồng bộ sẽ phục hồi tr ạng thái của tín hiện baseband NRZ t ừ tần số của tín hiệu FSK. Bộ giải điều chế đồng bộ sử dụng bộ biến đổi tần số thành điện áp, nó s ử dụng đặc tính thay đổi tần số của tín hiệu FSK để tạo ra mức điện áp thay đổi.

Hình 4-10 Bộ chuyển đổi t ần s ố thành điện áp bao g ồm m ột vòng khoá pha đượ c c ấu hình để phát hiện sự thay đổi tần số của tín hi ệu FSK. M ột bộ lọc thông th ấ p và một bộ so sánh điện áp sẽ phục hồi tín hiệu về mức logic 5V. PLL giữ cho tín hiệu tham chi ếu và tín hi ệu FSK đồng bộ vớ i nhau bằng cách hi ệu chỉnh tần số bộ VCO.

Hình 4-11 Mức điện áp ngõ vào b ộ VCO điều khi ển tần số của tín hiệu tham chi ếu. Khi tín hi ệu tham chiếu và tín hi ệu FSK có tần số giống nhau, mức điện áp trung bình ở ngõ vào VCO bám theo tần số tín hiệu. Một bộ lọc thông thấ p VCO. Mức điện áp này sau bộ so sánh.

đượ c sử dụng để tách đượ c mức trung bình c ủa điện áp đưa vào bộ đại diện cho tr ạng thái tín hiệu số baseband. Mức logic đượ c phục hồi

Tín hiệu ngõ vào b ộ VCO đượ c sinh ra từ bộ so pha và m ột b ộ lọc thông thấ p. Bộ so pha so sánh tín hiệu ra t ừ bộ VCO vớ i tín hiệu FSK. Bộ lọc thông th ấ p giúp ổn định tín hi ệu tr ướ c khi vào b ộ VCO. Bộ VCO, bộ so pha và b ộ lọc thông th ấ p k ết h ợ   p v ớ i nhau t ạo thành vòng khoá pha (PLL).

III. YÊU CẦU THIẾT BỊ 

Bộ chân đế F.A.C.E.T.



Board mạch DIGITAL COMMUNICATIONS 2

4-4

 ̀     ̣ 

ướ 

ẫ 

T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀

4

 Nguồn cung c ấ p 15 Vdc



Dao động ký hai kênh



Máy phát sóng sine



V.O.M

IV. TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM 1. Điều chế FSK 

1. K ết nối probe v ớ i ngõ vào EXT trên oscilloscope, n ối probe này v ớ i điểm SYNC trên kh ối ENCODER . Trigger theo c ạnh lên của EXT. Phươ ng pháp trigger này s ẽ xuyên suốt tiến trình thí nghi ệm này.

Hình 4-12 2. K ết nối kênh 1 của oscilloscope vớ i ngõ ra NRZ c ủa khối ENCODER và ch ỉnh oscilloscope hiển thị ít nhất 2 bit c ủa tín hiệu baseband NRZ. 3. Xác định tốc độ baud của tín hiệu hiển thị trên kênh 1: NRZ = ______baud

Hình 4-13 4. K ết nối tín hiệu NRZ đến bộ điều chế FSK (sử dụng jump). K ết nối kênh 2 đến ngõ ra c ủa  bộ điều chế FSK, hiệu chỉnh oscilloscope để hiển thị cả 2 tín hi ệu NRZ và FSK.

Đo tốc độ baud trên kênh 2: FSK = _________baud 6. Cả 2 tín hi ệu có cùng t ốc độ baud?  Đúng 5.



Sai

7.

Đo biên độ tín hiệu FSK (kênh 2) khi tín hi ệu NRZ ở mức cao:

8.

Đo biên độ tín hiệu FSK (kênh 2) khi tín hiệu NRZ ở mức thấ p:

High _______(

 p − p

)V  

= _______( Low

 p − p

V )  

=

9. Quan hệ giữa 2 điện áp này? 



High > Low

High < Low



High = Low

10. Quan sát oscilloscope, xác định pha c ủa sóng mang tr ướ c khi có s ự thay canh lên và xu ống của tín hiệu NRZ. 11. Xác thấ p:

đổi tần số tại

định góc pha c ủa tín hiệu FSK ngay tr ướ c khi tín hiệu NRZ chuy ển từ cao xuống

4-5

 ̀     ̣ 

ướ 

ẫ 

T  ́ 

0

    ̣

  ̃



0

 ̀ 0



90

180

0



270

4

0

12. Xác định góc pha c ủa tín hiệu FSK ngay tr ướ c khi tín hi ệu NRZ chuy ển từ thấ p lên cao: 

0



0

13. Pha của tín hiệu FSK thay

0



90

180

0



270

0

đổi tại thờ i điểm tín hiệu NRZ thay đổi?

Đúng  Sai 14. Xác định tần số của tín hiệu FSK khi tín hi ệu NRZ ở  mức cao: F-High = ________Hz. 15. Xác định tần số của tín hiệu FSK khi tín hi ệu NRZ ở  mức thấ p: F-Low = ________Hz. 16. Tín hiệu FSK thay đổi như thế nào theo tín hi ệu NRZ? 0 a. Biên độ giảm ứng vớ i mức cao b. Pha bị dịch 180 ứng vớ i mức thấ p c. Tần số tăng ứng khi lên m ức cao d. Tốc độ baud giảm ứng vớ i mức thấ p 

Hình 4-14 17. K ết nối kênh 2 v ớ i điểm POLAR trong kh ối điều chế FSK. 18. Tín hiệu POLAR so vớ i tín hiệu NRZ khác nhau nh ư thế nào? a. Mức điện áp ở mức thấ p bị thay đổi

b. Mức điện áp ở mức cao b ị thay đổi

c. Hai tín hi ệu ngượ c (đảo) nhau

d. Tốc độ baud thay

đổi

19. K ết n ối kênh 1 vớ i điểm POLAR INV. Hai tín hi ệu hi ển th ị trên oscilloscope khác nhau như thế nào? a. Mức điện áp ở mức thấ p thay

đổi

b. Mức điện áp ở  mức thấ p thay

đổi c. Tín hi ệu này là đảo của tín hiệu kia d. Các tín hi ệu biểu diễn các d ữ liệu khác nhau 20. Chuy ển kênh 1 đến ngõ ra c ủa khối FSK. Xác định t ần số tín hiệu FSK khi tín hi ệu số vào ở  mức cao: ________ Hz. 21. Tín hiệu FSK có tần số bao nhiêu khi tín hi ệu POLAR ở mức cao? High = ________Hz 22. Chuy ển kênh 2 đến điểm HIGH TONE. Xác định tần số của tín hiệu HIGH TONE. HIGH TONE = _________ Hz. 23. Chuy ển kênh 2

đến điểm LOW TONE. Xác định tần số của tín hiệu LOW TONE

LOW TONE = _________ Hz. 24. Tín hiệu đượ c đưa ra ngõ ra c ủa khối FSK là tín hi ệu nào? 

HIGH TONE

Một tín hiệu FSK có thể khác nhau.





LOW TONE

POLAR INV



Baseband

đượ c xem như tổng của 2 tín hi ệu on-off keying (OOK) v ớ i 2 t ần số

4-6

 ̀     ̣

ướ 

ẫ 

T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀

4

25.  Nối kênh 1

đến HIGH TONE, kênh 2 đến LOW TONE. Đóng, mở khóa CM 12. 26. Điều gì xảy ra hi thay đổi tr ạng thái khoá CM 12? a. LOW TONE b ị loại bỏ b. HIGH TONE b ị loại bỏ c. LOW TONE và HIGH TONE đều bị loại bỏ. d. Không có gì x ảy ra 27. Chuy ển kênh 2 t ớ i ngõ ra FSK. Đóng mở  khoá CM 12. Lo ại điều chế nào xuất hiện ở  ngõ ra FSK khi khóa CM 12 đóng? 



On-Off Keying

Frequency-shift keying

28. Tại tần số nào trong ph ổ tần của tín hiệu FSK có biên 

DC và 600Hz





600Hz và 1200Hz



Phase-shift keying

độ đỉnh?

1200Hz và 2400Hz



2025Hz và 2225Hz

29. K ết nối kênh 1

đến điểm POLAR. Đóng mở khoá CM 6 và quan sát tín hi ệu FSK. 30. Khoá CM 6 gây ra s ự thay đổi đột ngột trong tín hi ệu FSK?  Đúng  Sai Sự gián đoạn làm gia t ăng độ r ộng b ăng t ần c ủa tín hiệu FSK. Các b ộ điều ch ế đượ c thiết k ế để tiết kiệm băng thông b ằng cách gi ảm sự gián đoạn. Có thể quan sát thấy pha tín hi ệu FSK  ở tr ạng thái 180 0 khi thay đổi tần số. 31. Góc pha của tín hiệu sóng mang FSK 2400Hz t ại ngay tr ướ c th ờ i điểm tín hiệu POLAR  chuyển từ cao xuống thấ p? 

0

0



45

0



0

90



180

0

Hình 4-15 32. Chuy ển kênh 2 t ớ i điểm HIGH TONE, đóng ngắt khoá CM 6. Khoá CM 6 t ạo ra s ự gián đoạn như thế nào?

đổi tần số của tín hiệu HIGH TONE.  b. Khóa CM 6 thay đổi biên độ của tín hiệu HIGH TONE. c. Khóa CM 6 thay đổi pha của tín hiệu HIGH TONE. d. Khóa CM 6 thay đổi pha của tín hiệu POLAR. 2. Giải điều chế FSK bất đồng bộ 1. K ết nối probe v ớ i ngõ vào EXT trên oscilloscope , n ối probe này v ớ i điểm SYNC trên khối ENCODER . Trigger theo c ạnh lên của EXT. a. Khóa CM 6 thay

4-7

 ̀     ̣

ướ 

ẫ 

T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀

4

Hình 4-16 2. K ết nối kênh 1 c ủa oscilloscope vớ i ngõ ra NRZ c ủa khối ENCODE và ch ỉnh oscilloscope hiển thị ít nhất 2 bit c ủa tín hiệu baseband NRZ. 3. Sử dụng jump để nối tín hiệu NRZ FSK đến ngõ vào kh ối CHANNEL.

đến bộ điều chế FSK và dùng dây n ối nối tín hiệu

Hình 4-17 4. Đặt mức nhiễu ở  mức cao nhất. Nối kênh 2 đến ngõ ra c ủa khối CHANNEL và điều chỉnh oscilloscope để quan sát c ả 2 tín hi ệu NRZ và FSK. Khối CHANNEL mô ph ỏng một đườ ng truyền truyền tín hiệu FSK sau bộ điều chế.

Hình 4-18 5. Chuy ển kênh 2 BANDPASS. 6.

đến ngõ ra b ộ lọc Bandpass. N ối ngõ ra kênh truy ền và ngõ vào b ộ lọc

Đo biên độ tín hiệu ngõ ra b ộ lọc BANDPASS khi tín hi ệu NRZ ở mức cao:  NRZ high = _________V p-p

7.

Đo biên độ tín hiệu ngõ ra b ộ lọc BANDPASS khi tín hi ệu NRZ ở mức thấ p:  NRZ low = _________V p-p

4-8

 ̀     ̣

ướ 

ẫ 

T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀

4

Hình 4-19 Bộ tách sóng đườ ng bao khôi ph ục tín hiệu NRZ từ sự thay đổi biên độ tín hiệu đượ c tạo từ  bộ lọc BANDPASS.

Hình 4-20

đến ngõ ra c ủa bộ chỉnh lưu toàn k ỳ (Full-Wave Rectifier-FWR). 9.  Nối ngõ ra b ộ lọc thông d ải vớ i ngõ vào b ộ chỉnh lưu tàn k ỳ. Bộ chỉnh l ưu toàn k ỳ tạo ra tín hi ệu ở  ngõ ra c ủa nó thông qua 2 t ầng: tầng đầu là bộ chỉnh lưu chính xác toàn k ỳ có đảo, tầng 2 là t ầng cộng (có đảo) k ết hợ   p tín hiệu đã đượ c chỉnh lưu vớ i tín hiệu ban đầu tạo ra tín hi ệu đượ c chỉnh lưu toàn k ỳ ở ngõ ra. 8.

Di chuyển kênh 2

Hình 4-21 10. Chuy ển kênh 2 đến ngõ ra b ộ lọc thông th ấ p. B ộ lọc thông th ấ p cho tín hi ệu baseband t ần số thấ p qua và làm suy gi ảm sóng mang t ần số cao. Nó làm ph ẳng tín hi ệu v ừa đượ c chỉnh lưu về mức DC và có d ạng gần giống vớ i tín hiệu baseband ban đầu. 11. Chuỗi bit hiển thị trên kênh 2? _______________ . 12. Mức điện áp sau b ộ lọc thông th ấ p (kênh 2) có cùng m ức điện áp v ớ i tín hiệu NRZ (kênh 1) không? 



Có

Không

13. Chuy ển kênh 2 đến ngõ ra kh ối so sánh điện áp. Hi ệu chỉnh POSITIVE SUPPLY ở  mức cao nhất. T ừ từ chỉnh POSITIVE SUPPLY xu ống thấ p cho đến khi ngõ ra b ộ so sánh gi ống vớ i tín hiệu NRZ ở kênh 1. 14. Chuy ển kênh 1 đến ngõ ra b ộ lọc thông th ấ p. Bộ so sánh có khôi ph ục m ức 5V logic từ tín hiệu tại ngõ ra b ộ lọc thông th ấ p? 



Có

4-9

Không

 ̀     ̣

ướ 

ẫ 

T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀

4

 Ngõ ra b ộ so sánh ở mức 5V khi ngõ ra b ộ lọc thông th ấ p cao h ơ n mức ngưỡ ng đượ c tạo ra từ POSITIVE SUPPLY. Mức 0V tươ ng ứng khi áp ngõ ra b ộ lọc thông th ấ p thấ p hơ n mức ngưỡ ng. 15. Khóa CM 7 thay đổi CHANNEL. còn chính xác không khi CM7 đóng? 

Đóng mở  khoá CM 7. Tín hi ệu NRZ khôi ph ục đượ c 

Có

Không

Hình 4-22 16. Chuy ển kênh 1 tớ i b ộ lọc thông d ải. Xác định l ại biên độ tín hiệu ngõ ra ứng v ớ i t ần s ố thấ p và tần s ố cao. Đóng ngắt khoá CM7. Khoá CM7 ảnh h ưở ng như thế nào đến ngõ ra b ộ lọc thông d ải? a. Độ chênh lệch biên độ tăng lên  b. Biên độ mức thấ p giảm nhiều hơ n mức cao c. Biên độ mức cao gi ảm nhiều hơ n mức thấ p d. Cả hai mức biên độ giảm vớ i lượ ng bằng nhau 17. Chuy ển kênh 2 thay đổi khoá CM7.

đến ngõ ra kh ối CHANNEL. Quan sát tín hi ệu ngõ ra CHANNEL khi

18. Giải thích s ự ảnh hưở ng của CM7 đến sự thay đổi của tín hiệu ở ngõ ra b ộ lọc bandpass?  ___________________________________________________________________________   ___________________________________________________________________________   ___________________________________________________________________________  19. Chuy ển kênh 1 CM7.

đến ngõ vào kh ối CHANNEL. Quan sát oscilloscope khi đóng mở  khoá

20. CM7 ảnh hưở ng đến CHANNEL nh ư thế nào?

đổi băng thông  Thay đổi độ lợ i  Thay đổi tín hi ệu ngõ vào  Tất cả các phát bi ểu trên 21. Chúng ta có th ể thay đổi mạch như thế nào để bù cho s ự giảm băng thông c ủa kênh truyền? a. truyền HIGH TONE v ớ i biên độ tăng lên hơ n so v ớ i LOW TONE.  b. giảm băng thông c ủa bộ lọc bandpass ở bộ thu c. sử dụng tần số sóng mang trong kho ảng băng thông của kênh truy ền d. tất cả các giải pháp trên 3. Giải điều chế FSK đồng bộ 1. K ết nối probe v ớ i ngõ vào EXT trên oscilloscope , n ối probe này v ớ i điểm SYNC trên khối ENCODER . Trigger c ủa oscilloscope đượ c đặt theo cạnh lên của EXT. 

Thay

4-10

 ̀     ̣

ướ 

ẫ 

T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀

4

2. K ết nối kênh 1 c ủa oscilloscope vớ i ngõ ra NRZ c ủa khối ENCODER và ch ỉnh oscilloscope hiển thị ít nhất 2 bit c ủa tín hiệu baseband NRZ.

Hình 4-23 3. Sử dụng jumper  để nối tín hiệu NRZ FSK đến ngõ vào kh ối CHANNEL.

đến b ộ điều ch ế FSK và dùng dây n ối n ối tín hiệu

4. Đặt mức nhiễu ở  mức cao nhất. Nối kênh 2 oscilloscope hiển thị cả 2 tín hi ệu NRZ và FSK. 5.

Giá tr ị nhị phân của 2 bit đầu tiên hi ển thị trên oscilloscope? Data bit = _________.

6. Sử dụng jumper  để nối ngõ ra kênh truy ền vớ i ngõ ra kênh truy ền. 7.

đến ngõ ra CHANNEL và hi ệu chỉnh

đến b ộ SYS DETECTOR và PLL (REF IN)

Loại bỏ tất cả các k ết nối bên trong kh ối PLL. Nối kênh 1

đến ngõ ra VCO.

Hình 4-24 8.  Ngõ ra VCO có 

đồng bộ vớ i tín hiệu FSK? 

Có

9.  Nối giữa A/F và ngõ vào b ộ so pha (CIN).  phép b ộ so pha khép kín vòng khoá pha. 10.  Nối kênh 2

Không

Đườ ng h ồi tiế p t ừ VCO qua D flip flop cho

đến ngõ vào b ộ VCO (VCIN) và kênh 1 đến ngõ ra kênh truy ền. Để có thể quan sát ngõ ra b ộ so pha (PC) b ộ lọc thông th ấ p RC không đượ c k ết n ối vào. B ộ so pha t ạo ra điện áp cho ngõ vào b ộ VCO (VCIN) bằng cách so sánh 2 ngõ vào c ủa nó b ằng  bộ XOR. 11. Khi nào ngõ ra b ộ so pha ở  mức cao?  Khi các ngõ vào gi ống nhau  Khi các ngõ vào khác nhau  Khi cả 2 ngõ vào ở  mức cao

4-11

 ̀     ̣

ướ 

ẫ 

T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀

4

12. Dịch chuyển vị trí của tín hiệu FSK theo chiều ngang để thờ i điểm chuyển đổi tần số của tín hiệu FSK nằm tại đườ ng dọc trung tâm. Quan sát VCD và FSK. 13. Tr ạng thái c ủa VCIN như thế nào khi tín hi ệu FSK thấ p hơ n 0 và ngõ vào VCD b ộ so  pha ở  mức cao? 

Thấ p



Cao

Hình 4-25 14.  Nối kênh 1 v ớ i VCD và kênh 2 v ớ i VCIN. Đóng khóa CM10. VCIN bây gi ờ đượ c cho qua bộ lọc thông th ấ p. Bộ lọc thông th ấ p làm cho điện áp ngõ ra b ộ so pha thay đổi qua l ại không quá đột ngột tạo cự ổn định hơ n cho ngõ vào b ộ VCO. 15. Điện áp trung bình ngõ vào VCO thay thay đổi tần số của tín hiệu VCD? 

đổi trong mỗi khoảng thờ i gian bit gi ống như sự 

Có

Không

16. Chuy ển kênh 2 đến ngõ ra VCO. T ần số của tín hiệu ngõ ra VCO khi tín hi ệu VCD ở tần số cao? VCO = _________ Hz. Bộ so pha của vòng khoá pha hi ệu ch ỉnh điện áp ngõ vào b ộ VCO (VCIN) duy trì pha thích hợ   p giữa tín hiệu VCD và FSK. 17.  Nối kênh 2 t ớ i tín hiệu FSK. Đo tần số tín hiệu VCD khi tín hi ệu FSK là 2400Hz. High frequency = _________ Hz 18.

Đo tần số tín hiệu VCD khi tín hi ệu FSK là 1200Hz. Low frequency = _________ Hz

19. Tín hiệu VCD có đồng bộ vớ i tín hiệu FSK. 

20. Chuy ển kênh 1 t ớ i VCIN. FSK thay đổi? 



Có

Không

Điện áp trung bình ở ngõ vào VCO thay đổi khi tần số tín hiệu 

Có

Không

21. K ết ngõ ra vòng khoá pha PLL đến ngõ vào b ộ lọc thông th ấ p. Nối kênh 2 lọc thông th ấ p. Đặt kênh 2 ở  mức 500mV/Div.

4-12

đến ngõ ra b ộ

 ̀     ̣

ướ 

ẫ 

T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀

4

Hình 4-26

Hình 4-27

Độ tr ễ ở bộ thu khoảng 400us. 22. 2 bit đầu tiên ph ục hồi ở bộ thu là gì? 2 bit đầu = __________binary 23.  Nối kênh 1 v ớ i tín hiệu NRZ nguyên th ủy. Tín hi ệu NRZ và tín hi ệu ph ục h ồi có giống nhau về mức điện áp? 



Có

Không

Bộ so sánh điện áp ph ục h ồi m ức 5V logic bằng cách so sánh tín hi ệu sau b ộ lọc thông th ấ p vớ i một ngưỡ ng điện áp có th ể điều chỉnh đượ c. Ngưỡ ng này đượ c điều chỉnh bằng núm  NEGATIVE SUPPLY. 24.  Nối kênh 2 t ớ i ngõ ra b ộ so sánh. Hiệu chỉnh NEGATIVE SUPPLY là tín hiệu cùng d ạng vớ i NRZ nhưng bị tr ễ.

để ngõ ra bộ so sánh

25. Tín hiệu khôi ph ục có cùng m ức logic v ớ i tín hiệu NRZ. 



Có

26. Chuy ển kênh 1 đến ngõ ra CHANNEL và kênh 2 DETECTOR. Đặt kênh 1 ở  mức 2V/Div, kênh 2 1ms/DIV. 27.

Không

đến ngõ ra LP FILTER c ủa khối SYNC ở  mức 500mV/DIV và th ờ i gian quét

Đo điện áp DC c ực đại ở tr ạng thái mức logic thấ p tại ngõ ra b ộ lọc thông thấ p (kênh 2). Maximal low = _________mV DC

Hình 4-28

4-13

 ̀     ̣ 28.

ướ 

ẫ 

T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀

4

Đo điện áp dc c ực tiểu ở tr ạng thái mức logic cao t ại ngõ ra b ộ lọc hong thấ p (kênh 2). Minimal high = _________mV DC

Hình 4-29 29. Bật CM7 để giảm b ăng thông kênh truy ền, điều này d ẫn đến biên độ tín hiệu FSK cũng  bị thay đổi theo tần số ở bộ thu. Xác định lại mức điện áp ra ở bộ lọc thông th ấ p. maximal low = _________mV DC minimal high = _________mV DC 30. Sự thay đổi biên độ tín hiệu FSK có ảnh hưở ng đến việc tách sóng tín hi ệu NRZ? 



Có

Không

31. Bật CM10 để tạo s ự không liên t ục c ủa pha tín hi ệu FSK. Xác  bộ lọc thông th ấ p.

định l ại m ức điện áp ra ở 

maximal low = _________mV DC minimal high = _________mV DC 32.  Nhiễu pha có làm thay 

đổi tín hiệu ngõ ra c ủa bộ lọc thông thấ p? 

Có

Không

V. KẾT LUẬN  __________________________________________________________________________   __________________________________________________________________________   __________________________________________________________________________   __________________________________________________________________________   __________________________________________________________________________   __________________________________________________________________________ 

4-14

 ̀     ̣

ướ 

ẫ 

T 

́ 

    ̣

  ̃

 ̀

5 

BÀI 5 

ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ PSK  I. MỤC ĐÍCH Sau bài thí nghi ệm, sinh viên có th ể giải thích mang, và tách sóng đồng bộ.

đượ c cách tạo ra tín hi ệu PSK, đồng b ộ sóng

II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 5-1 PSK là một d ạng điều ch ế pha, tín hi ệu sóng mang b ị dịch (shift) pha mỗi khi tín hi ệu số (tín hiệu điều chế) thay đổi tr ạng thái. Hình trên minh h ọa t ại th ờ i điểm ngay khi tín hi ệu NRZ chuy ển t ừ cao xuống thấ p, tín hiệu 0 PSK chuyển về tr ạng thái pha = 0 , cùng pha v ớ i tín hiệu song mang. So sánh vớ i sóng mang, pha c ủa tín hiệu PSK dịch 0 0 khi tín hi ệu NRZ 0 180 khi tín hiệu NRZ ở tr ạng thái cao.

ở  tr ạng thái thấ p, và

Hình 5-2 Hình 5-2 minh h ọa kh ối điều ch ế PSK trên board mạch. Tín hiệu s ố có các mức logic 0V và +5V. Một bộ dịch mức chuyển tín hiệu này thành mức -5V và +5V. Tín hi ệu này sau đó đượ c nhân vớ i tín hiệu sóng mang b ằng bộ điều chế cân bằng để tạo ra tín hi ệu PSK.

Hình 5-3

5-1

 ̀     ̣

ướ 

ẫ 

T 

́ 

    ̣

  ̃

 ̀

5 

Điều chế PSK cũng có thể đượ c sử dụng vớ i các tín hi ệu mã hóa khác. Hình 5-3 bi ểu diễn một tín hiệu lưỡ ng cực RZ, tín hi ệu sóng mang và tín hi ệu PSK sinh ra t ừ việc nhân 2 tín hi ệu đó vớ i nhau b ằng bộ điều chế cân bằng. Khi giải điều chế PSK, việc tái tạo lại tín hiệu sóng mang t ại phía bộ thu là c ần thiết. Điều này đượ c thực hiện bằng việc đồng bộ sóng mang ở  phía bộ thu thông qua các kh ối: nhân đôi 0 tần số, PLL , bộ chia 2, và m ạch dịch pha 90 .

Hình 5-4 Tín hiệu đượ c sinh ra sau đó đượ c k ết hợ   p vớ i tín hiệu PSK  ở bộ Product Detector (tách sóng nhân). Tín hi ệu sau bộ Product Detector  đượ c qua bộ lọc thông th ấ p, và k ết quả là chuỗi xung đượ c sửa dạng bằng bộ so sánh điện áp để tái tạo lại tín hiệu số ban đầu.

III. YÊU CẦU THIẾT BỊ 

Bộ chân đế F.A.C.E.T.



Board mạch DIGITAL COMMUNICATIONS 2

 

 Nguồn cung c ấ p 15 Vdc Dao động ký hai kênh

IV. TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM 1. Điều chế PSK 

Trình tự tiến hành A – Tạo tín hiệu PSK Trong tiến trình thí nghi ệm này, sinh viên t ạo tín hiệu PSK từ tín hiệu mã hóa RZ, NRZ, Manchester và ki ểm tra k ết quả bằng oscilloscope. 1. K ết nối kênh 1 osciloscope đến vị trí SYNC trong kh ối ENCODING. Hiệu chỉnh oscilloscope để hiển thị một chu k ỳ của tín hiệu SYNC trong kho ảng độ r ộng của màn hình. 2. Loại bỏ k ết nối kênh 1 v ớ i SYNC . Nối SYNC vớ i ngõ vào EXT trigger c ủa osciloscope.

Hình 5-5 3. Trong khối điều chế (MODULATOR) , k ết nối NRZ vớ i đến ngõ vào kh ối ASK/PSK   bằng một jump nối. Dùng 1 jumper  để chọn kiểu điều chế PSK (hình 5-5). 4. Chỉnh núm OFFSET toàn thang, và núm BAL (cân b ằng) ở giữa thang. 5. K ết nối kênh 1

đến NRZ và kênh 2 đến điểm kiển tra tín hi ệu trên kh ối ASK/PSK.

5-2

 ̀     ̣

ướ 

ẫ 

T 

́ 

    ̣

  ̃

 ̀

5 

Tín hiệu số lưỡ ng cực sau đó đượ c nhân v ớ i tín hiệu sóng mang hình sin b ằng bộ điều chế cân bằng.

Hình 5-6

Điều này đượ c giải thích thông qua s ơ đồ mạch của khối ASK/PSK như hình 5-6. M ột ngõ vào bộ điều chế cân bằng là tín hi ệu sóng mang (CARRIER), m ức DC của nó đượ c điều chỉnh b ổi bi ến tr ở  BAL. Ngõ vào th ứ 2 đượ c ch ọn thông qua c ầu n ối t ươ ng ứng v ớ i điểm A (ASK), P (PSK). Khi điểm P đượ c k ết nối v ớ i ngõ vào b ộ điều chế cân bằng, tín hi ệu số phải đi qua một bộ dịch mức tr ướ c đó. 6. Loại mã hóa có th ể có của tín hiệu số đưa vào?  Chỉ là NRZ  NRZ, RZ ho ặc Manchester  Khi điểm A đượ c chọn, một điện áp offset DC điều khiển bở i biến tr ở  OFFSET đượ c cộng vớ i tín hiệu s ố tr ướ c khi đi vào bộ điều ch ế cân bằng. Ngõ ra c ủa bộ điều ch ế sẽ đượ c đưa ra điểm ki ểm tra vớ i một ngõ ra đảo và một ngõ ra không đảo. Ngõ ra ‘+’ đượ c đệm để có thể lái các khối mạch khác. 7. Khi jumper  ở  vị trí nào thì tín hi ệu đượ c qua bộ dịch m ức tr ướ c khi vào b ộ điều ch ế cân  bằng? 



A

P

8. So sánh tín hiệu NRZ (kênh 1) và tín hi ệu vào b ộ điều chế cân bằng (kênh 2) trên osciloscope. Tín hi ệu vào b ộ điều chế cân bằng khác vớ i tín hiệu NRZ nh ư thế nào?  Tín hiệu tín hi ệu vào b ộ điều chế cân bằng bị đảo  Mức logic của tín hiệu vào bộ điều chế cân bằng bị dịch về dạng lưỡ ng cực.  Cả hai ý trên

9. Quan sát osciloscope khi l ần l ượ t di chuyển kênh 2 đến ngõ ra ‘+’ và ‘-‘. Ngõ ra nào ngay sau th ờ i điểm tín hiệu NRZ chuy ển sang mức thấ p? 



‘+’

ở  00

‘-‘

10. Chuy ển kênh 2 đến ngõ ra c ủa khối ASK/PSK. Quan sát tín hiệu trên osciloscope khi điều chỉnh núm BAL ở  vị trí cực đại và cực tiểu. Thông s ố nào của tín hiệu PSK thay đổi khi chỉnh núm BAL?

Độ dịch offset 11. Biến tr ở  BAL bù cho s ự bất cân b ằng c ủa m ạch. Để có k ết qu ả tốt nh ất, hãy chỉnh BAL cho đến khi đỉnh của tất cả các chu k ỳ sóng sin nằm trên một đườ ng thẳng. 

Tần số



5-3

Pha



 ̀     ̣

ướ 

ẫ 

T 

́ 

    ̣

  ̃

 ̀

5 

Hình 5-7 12. Tháo jumper n ối NRZ đến ngõ vào c ủa khối ASK/PSK. Nối tín hiệu RZ từ khối ENCODER  đến ngõ vào kh ối ASK/PSK. Chuyển kênh 1 đến ngõ vào b ộ điều ch ế cân bằng. Điều chỉnh osciloscope để hiển thị dạng sóng như hình 5-8.

Hình 5-8 13. Quan sát sự dịch pha x ảy ra t ại mỗi thờ i điểm chuyển giao c ủa tín hi ệu xung. Có bao nhiêu góc pha khác nhau x ảy ra t ại những thờ i điểm chuy ển giao? 

5





3

2

14. Chuy ển đườ ng n ối tín hiệu c ấ p cho bộ điều ch ế đến v ị trí MAN. Hiệu ch ỉnh osciloscope để quan sát. Có th ể thấy r ằng s ự dịch pha chỉ xảy ra tại thờ i điểm chuyển tr ạng thái c ủa tín hiệu số.

Hình 5-9 15. Chỉnh osciloscope v ớ i tốc như hình 5-10.

độ quét thờ i gian ở  mức 50us/DIV và quan sát d ạng tín hi ệu

5-4

 ̀     ̣

ướ 

ẫ 

T 

́ 

    ̣

  ̃

 ̀

5 

Hình 5-10 16. Có th ể thấy tín hi ệu PSK có pha là 180 0 ngay sau khi tín hi ệu xu ống m ức th ấ p. Hoàn tất 0 một chu k ỳ pha tín hiệu tr ở  về 180 ngay tr ướ c khi tín hiệu lên mức cao, pha t ức th ờ i c ủa tín hiệu PSK là bao nhiêu sau chuy ển đổi này? 

0

0



90

0

0



180

0

0

Board mạch này sử dụng pha 0 và 180 cho tín hi ệu sin tại thờ i điểm chuyển đổi tín hiệu số.  Những giá tr ị pha này đượ c ch ọn để vẫn gi ữ tính liên tục c ủa d ạng sóng điều ch ế làm giảm nhiễu tối đa. 17. Bật khóa CM6 để dịch pha c ủa tín hiệu sóng mang, điều này cũng thay đổi pha c ủa tín hiệu PSK tại thờ i điểm tín hiệu số thay đổi. Có k ết luận gì v ề sự thay đổi dạng tín hi ệu PSK? 

Dạng sóng không liên t ục  Góc pha không



Cả 2 ý trên

đổi tại thờ i điểm chuyển tr ạng thái

18. Tháo tất cả các k ết nối trên board. 2. Giải điều chế PSK 

Trình tự tiến hành B – Tách sóng đồng bộ Trong tiến trình này sinh viên s ẽ sử dụng b ộ tách sóng đồng b ộ để có đượ c tín hiệu baseband từ tín hiệu PSK thu đượ c. K ết quả đượ c kiểm tra bằng osciloscope.

Hình 5-11 1. Trong khối m ạch điều ch ế MODULATORS, sử dụng 2 jumper  để chọn NRZ làm tín hi ệu vào và lo ại điều chế là PSK. 2. K ết nối ngõ ra PSK  đến ngõ vào kh ối CHANNEL, và n ối ngõ ra kh ối CHANNEL tớ i khối SYSC DETECTOR bằng jumper. 3. Sử dụng 3 jumper n ối để k ết nối các phần trong kh ối SYSC DETECTOR nh ư hình 5-11.

5-5

 ̀     ̣

ướ 

ẫ 

T 

́ 

    ̣

  ̃

 ̀

5 

4. K ết nối đầu dò EXT c ủa osciloscope đến điểm SYNC và đầu dò kênh 1 đến điềm NRZ của kh ối ENCODING. Ch ỉnh osciloscope để hiển th ị 2 bit đầu trong chu ỗi d ữ liệu NRZ trên tòan bộ chiều r ộng màn hình. 5.  Nối kênh 2 t ớ i điểm kiểm tra sóng mang (CARRIER) c ủa khối điều chế (MODULATORS). Có bao nhiêu chu k ỳ sóng mang trong m ột chu k ỳ bit?  __________________  __________________ chu k ỳ. 6. Chuy ển kênh 1 đến điểm CARRIER và kênh 2 vặn NOISE v ề mức cực tiểu.

đến ngõ ra kh ối CHANNEL. Ch ỉnh núm

7. Chỉnh núm BAL trong kh ối MODULATORS để có đượ c tín hi ệu PSK như hình 5-12. Chú ý : tín hi ệu NRZ biểu diễn ờ đ ờ đây không xu ất hiện trên osciloscope.

Hình 5-12 8. Chuy ển kênh 1 đến điểm ngõ ra RECT c ủa b ộ DOUBLER (nhân đôi t ần s ố). So sánh tín hiệu PSK và tín hiệu ngõ ra b ộ chỉnh lưu. K ết quả của việc chỉnh lưu tín hi ệu PSK là: 

Cực tính c ủa tất cả đỉnh của tín hi ệu PSK bị đảo

ng bị đảo thành đỉnh âm. Đỉnh dươ ng ng.  Đỉnh âm bị đảo thành đỉnh dươ ng. 9. Việc chỉnh lưu loại khỏi tín hiệu PSK:  Thông tin d ịch pha 



Tin tức



Cả hai yếu tố trên

Hình 5-13  Như vậy mục đích của vi ệc tách sóng mang đồng b ộ là việc tái tạo ch ỉ sóng mang và thông tin dịch pha không đượ c yêu cầu trong quá trình này. 10. Chuy ển kênh 1 đến CARRIER và kênh 2 đến ngõ ra b ộ DOUBLER. Thông s ố nào của sóng mang đượ c nhân đôi sau khi qua b ộ DOUBLER? 

Tần số



5-6

Chu k ỳ

 ̀     ̣

ướ 

ẫ 

T 

́ 

    ̣

  ̃

 ̀

5 

Hình 5-14 11. Di chuyển kênh 2 đến vị trí VCO trong kh ối PLL. Ngõ ra VCO có cùng t ần số vớ i: i: 

Sóng mang



Tín hiệu ngõ ra b ộ nhân đôi (DOUBLER)

12. Chuy ển kênh 2 đến VCD (VCO Divided). So sánh sóng mang và d ạng sóng VCD.

Hình 5-15 13. VCD là tín hi ệu từ ngõ ra VCO đã đượ c chia đội tần số. Quan sát th ấy r ắng 2 tín hi ệu có cùng t ần s ố nhưng l ệch pha. Pha sai l ệch giữa sóng mang và chu ỗi xung vuông VCD là bao nhiêu? 

0

0



90

0



180

Việc tái tạo sóng mang ch ỉ còn vi ệc dịch pha tín hi ệu VCD 90 mang.

0

0

để khớ  p vớ i tín hiệu sóng

0

14. Di chuyển kênh 2 đến v ị trí 90 của b ộ dịch pha (PHASE SHIFTER). Có th ể k ết lu ận t ừ 0 việc so sánh tín hi ệu sóng mang v ớ i tín hiệu sau b ộ dịch pha 90 ? 

Tin tức đã bị loại khỏi tín hiệu PSK.



Tín hiệu sóng mang đã đượ c phục hồi từ tín hiệu PSK.



Cả 2 ý trên.

15. Di chuyển kênh 2 đến ngõ ra b ộ dịch pha và suy gi ảm, điểm này c ũng chính là m ột trong hai ngõ vào c ủa bộ tr ộn (MIXER). Tín hi ệu còn lại đi vào bộ MIXER là gì? 

Sóng mang



Tín hiệu PSK 



VCD

16. Tăng độ nhạy kênh 2 đến 50mV/DIV để quan sát tín hi ệu ngõ ra b ộ dịch pha (PHASE SHIFTER). D ịch tín hiệu kênh 2 ch ồng lên tín hi ệu sóng mang ở  kênh 1 (dùng núm POSITION trên osciloscope). Ki ểm tra lại sự cùng tần s ố và pha c ủa 2 tín hi ệu. Tín hi ệu ngõ ra bộ dịch pha là: 

Tín hiệu lưỡ ng ng cực (polar)



Tín hiệu đơ n cực (unipolar)

17. Chuy ển kênh 1 k ến tín hi ệu PSK tại ngõ vào b ộ MIXER.

5-7

 ̀     ̣

ướ 

ẫ 

T 

́ 

    ̣

  ̃

 ̀

5 

Hình 5-16 minh h ọa tín hi ệu ngõ vào b ộ MIXER. Bộ MIXER là b ộ điều chế cân b ằng. ngõ ra của nó là tích c ủa hai tín hi ệu ngõ vào. Ngõ ra b ộ dịch pha là tín hi ệu l ưỡ ng ng c ực. Do đó, b ộ MIXER nhân tín hi ện PSK vớ i số dươ ng ng cho xung d ịch pha ở  mức cao, và nhân v ớ i số âm cho xung d ịch pha m ức thấ p.

Hình 5-16 Ví dụ, đỉnh âm tín hi ệu PSK  đượ c nhân v ớ i số âm (xung d ịch pha <0), k ết qu ả này tạo m ột ng t ại ngõ ra MIXER. Đỉnh d ươ ng ng đầu tiên của tín hiệu PSK  đượ c nhân v ớ i m ột s ố đỉnh d ươ ng dươ ng ng (xung d ịch pha >0), k ết quả tạo ra một đỉnh dươ ng ng tại ngõ ra MIXER. 18. Dạng sóng nào là đúng tại ngõ ra b ộ MIXER theo hình minh h ọa dướ i đây? 

A





B

C



D

Hình 5-17 19. Chuy ển kênh 2 đến ngõ ra b ộ MIXER. Hi ệu chỉnh osciloscope và núm BAL trên kh ối MIXER để có đượ c dạng sóng nh ư hình 5-18.

Hình 5-18

5-8

 ̀     ̣

ướ 

ẫ 

T 

́ 

    ̣

  ̃

20. Tín hiệu ra bộ MIXER gồm vài của các đỉnh thay đổi?

 ̀

đỉnh dươ ng và k ế đó là vài đỉnh âm. Khi nào c ực tính



Mỗi lấn tín hi ệu PSK qua điểm zero



Mỗi lần đỉnh của tín hiệu PSK thay đổi cực tính.



Khi tín hiệu PSK dịch pha.

21. Chuy ển kênh 1 đến ngõ ra b ộ lọc thông th ấ p (LP FILTER) và hi ệu ch ỉnh dao mức 0,5V/DIV. Có th ể k ết luận từ dạng sóng ở kênh 1 (b ộ lọc thông th ấ p)? 

5 

Làm suy giảm tần số sóng mang.



động ký ở 

Cho tần số sóng mang qua.

22. Chuy ển kênh 2 đến ngõ ra b ộ so sánh. Ch ỉnh núm NEGATVE SUPPLY đến vị trí toàn thang. Ch ỉnh t ừ từ núm NEGATIVE SUPPLY theo chi ều ng ượ c l ại để có đượ c tín hiệu trên kênh 2 nh ư bên dướ i (lưu ý núm NEGATIVE SUPPLY đặt mức ngưỡ ng điện áp so sánh).

Hình 5-19 23. Chức năng của bộ so sánh? 

Chỉnh dạng xung



Lọc thông th ấ p



Bộ phát hiện tích (product detector).

24. Di chuy ển kênh 1 t ớ i vị trí NRZ. Hiệu chình osciloscope 5-20.

để có đượ c dạng sóng nh ư hình

Hình 5-20 Chú ý: N ếu cần thiết, chuyển và thay th ế jumper tại ngõ ra CHANNEL hiệu đúng trên kênh 2.

để có đượ c tín

25. Dạng sóng hi ển thị trên osciloscope này cho th ấy bộ tách sóng đồng bộ có thể: 

Giải mã một tín hiệu NRZ



Giải điều chế một tín hiệu PSK 



Cả hai.

26. Loại bỏ jumper ở  ngõ ra CHANNEL. S ử dụng dây n ối để k ết nối ngõ ra CHANNEL ngõ vào kh ối tách sóng b ất đồng bộ (ASYNC DETECTOR).

5-9

đến

 ̀     ̣

ướ 

ẫ 

T 

́ 

    ̣

  ̃

 ̀

5 

Hình 5-21 27. Di chuyển kênh 2 đến ngõ ra b ộ so sánh của khối tách sóng b ất đồng bộ. Quan sát và điều chỉnh núm POSITIVE SUPPLY. Có th ể k ết luận gì qua các b ướ c trên? 

Một tín hiệu PSK chỉ có thể giải điều chế bở i bộ tách sóng đồng bộ.



Một tín hiệu PSK chỉ có thể giải điều chế bở i bộ tách sóng đồng bộ hoặc bất đồng bộ.

28. Tháo bỏ tất cả các k ết nối trên board m ạch.

V. KẾT LUẬN  ___________________________________________________________________________   ___________________________________________________________________________   ___________________________________________________________________________   ___________________________________________________________________________   ___________________________________________________________________________   ___________________________________________________________________________   ___________________________________________________________________________   ___________________________________________________________________________   ___________________________________________________________________________ 

5-10

 ̀     ̣

ướ 

ẫ 

T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀

6 

BÀI 6 

ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ ASK  I. MỤC ĐÍCH

Khi hoàn tất bài thí nghiệm này, sinh viên có thể mô tả đượ c các nguyên tắc cơ  bản cũng như các khối mạch cụ thể để thực hiện điều chế và giải điều chế số theo phươ ng pháp ASK. II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 6-1 Hầu hết các kênh truyền tươ ng tự đều có băng thông giớ i hạn và không khớ  p vớ i băng thông của tín hiệu số băng g ốc. Để truyền tín hiệu s ố trên kênh truyền analog, tr ướ c tiên cần thực hiện đìều chế bằng một phươ ng pháp nào đó. Điều chế là tr ộn băng tần gốc của tin tức vớ i tần số sóng mang để chuyển vào băng tần trùng khớ  p vớ i băng thông của kênh truyền. Bộ điều ch ế biên độ (ASK) tạo ra những thay đổi trong biên độ sóng mang tỷ lệ vớ i tín hiệu tin tức.

Hình 6-2 Phươ ng pháp điều chế PSK có thể minh họa bở i hình ảnh một công tắc điện tử đượ c điều khiển bằng dữ liệu tin tức. Khi dữ liệu bằng 1 thì sóng mang biên độ lớ n đượ c nối đến ngõ ra, còn khi dữ liệu bằng 0 thì sóng mang biên độ nhỏ đượ c nối đến ngõ ra.

Hình 6-3 Một tr ườ ng hợ  p điều ch ế ASK  đơ n gi ản h ơ n đượ c minh họa b ở i công tắc điện t ử SPST. Khi data bằng 1, khóa đóng, sóng mang đượ c nối đến ngõ ra, khi data bằng 0, khóa mở  và sóng mang không đượ c nối đến ngõ ra. Dạng này đượ c gọi là khóa on-off (OOK - On-Off Keying).

6-1

 ̀     ̣

ướ 

ẫ 

T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀

6 

Sự thay đổi đột ngột từ tín hiệu sóng mang (khi data b ằng 1) tr ở về 0 (khi data bằng 0) đòi hỏi  phải tang them băng thong cho tín hiệu sau điều chế.

Hình 6-4 1. Điều chế ASK 

 Như đã trình bày, biên độ sóng mang sẽ thay đổi giữa hai mức tùy theo giá tr ị của dữ liệu tin tức nhị phân.

Hình 6-5 Theo phươ ng pháp điều chế ASK trên board mạch thí nghiệm, đầu tiên dữ liệu tin tức sẽ đượ c dịch mức bằng cách cộng thêm một điện áp DC dươ ng vào dữ liệu NRZ. Sau đó, tín hiệu đượ c đưa đến bộ điều chế cân bằng để nhân vớ i sóng mang. Khi data ở mức 1, độ lợ i của  bộ điều chế cân bằng sẽ đượ c điều chỉnh cố định.

Hình 6-6 Hình 6-7 thể hiện sơ đồ mạch đơ n giản của bộ điều chế ASK.

Hình 6-7 Khi điện áp offset của mạch dịch mức đượ c chỉnh về 0 thì mức 0 tươ ng ứng vớ i tr ạng thái không có sóng mang tại ngõ ra, còn mức 1 ứng vớ i dạng sóng mang đầy đủ. Đây là dạng đơ n giản của ASK, gọi là OOK – On-Off Keying.

6-2

 ̀     ̣

ướ 

ẫ 

T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀

6 

Hình 6-8 Điều chế ASK cũng đượ c thực hiện theo cách tươ ng tự như trên đối vớ i dữ liệu mã hóa RZ và Manchester. 2. Giải điều chế ASK 

Giải điều chế ASK, hay còn gọi là tách sóng ASK, là quá trình khôi ph ục dữ liệu tin tức phát đi từ tín hiệu đã điều chế. Tín hiệu ASK có th ể đượ c giải điều chế bằng một trong hai phươ ng  pháp: đồng bộ hay bất đồng bộ. Trong phươ ng pháp đồng bộ (hình 6-10), sóng mang đượ c khôi phục t ừ tín hiệu ASK, ngượ c l ại trong phươ ng pháp bất đồng b ộ (hình 6-9), không cần khôi phục sóng mang.

Hình 6-9

Hình 6-10 Mạch tách sóng bất đồng bộ bao gồm: Mạch chỉnh lưu toàn sóng để chỉnh lưu tín hiệu ASK. Mạch lọc thông thấ p để lọc phẳng tín hiệu sau khi chỉnh lưu. Mạch so sánh điện áp để khôi phục tín hiệu NRZ ở  ngõ ra bộ lọc thông thấ p thành các mức logic thích hợ  p. Mạch tách sóng đồng b ộ sử dụng m ột tín hiệu sóng mang tham chiếu có tần s ố và pha đồng  bộ chính xác vớ i sóng mang ban đầu tr ướ c khi điều chế. Khối đồng bộ sóng mang (SYNCHRONIZER) có nhiệm v ụ phục hồi chính xác sóng mang từ tín hiệu ASK. Tín hiệu sóng mang tham chiếu và tín hiệu ASK đượ c đưa vào bộ MIXER. Những thay đổi về biên độ của tín hiệu ASK sẽ đượ c phát hiện bằng mạch tách sóng bất đồng bộ để tái tạo tín hiệu NRZ  ban đầu. Các khối LP FILTER (lọc thông thấ p) và VOLT COMP (so sánh điện áp) có chức năng giống như trong mạch tách sóng bất đồng bộ.

6-3

 ̀     ̣

ướ 

ẫ 

T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀

6 

III. YÊU CẦU THIẾT BỊ



Bộ chân đế F.A.C.E.T. Board mạch DIGITAL COMMUNICATIONS 2 Dao động ký hai kênh Máy phát sóng sine



V.O.M

  

IV. TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM 1. Điều chế ASK 

Trong phần này, sinh viên sẽ tiến hành tạo tín hiệu điều chế ASK từ dữ liệu mã hóa NRZ và kiểm tra k ết quả bằng dao động ký. 1. Trên khối mạch ENCODER, k ết nối đầu dò kênh 1 c ủa dao động ký vớ i điểm CLK, kênh 2 vớ i điểm SYNC và đầu dò EXT cũng ở vị trí SYNC.

Hình 6-11 2. Điều chỉnh kênh 1 và kênh 2 c ủa oscilloscope ở  mức 5V/DIV và time base ở  mức 0.5ms/DIV. Điều ch ỉnh oscilloscope sao cho các xung đồng b ộ cách nhau 8 ô trên màn hình (hình 6-11). 3. Điều chỉnh kênh 1 và kênh 2 của dao động ký ở  vị trí 5V/DIV và time base ở  vị trí 0.5ms/DIV. Trigger bở i cạnh lên của ngõ vào EXT. 4. Tháo đầu dò kênh 1 và 2 nh ưng v ẫn giữ nguyên vị trí đầu dó EXT cho đến cuối bài thí nghiệm.

Hình 6-12 5. Trong khối mạch ASK/PSK, dùng jumper  để chọn chức năng điều chế ASK. Dùng một  jumper khác để nối dữ liệu NRZ vào khối mạch ASK/PSK. Điều chỉnh núm vặn OFFSET theo ngượ c chiều kim đồng hồ đến hết mức và chỉnh núm vặn BAL ở vị trí trung tâm. Sơ đồ khối đơ n giản của mạch điều chế ASK đượ c trình bày ở hình 6-13. Mạch gồm các khối sau: mạch khuếch đại tổng, mạch điều chế cân bằng và mạch khuếch đại đệm ở ngõ ra.

6-4

 ̀     ̣

ướ 

ẫ 

T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀

6 

Hình 6-13 6.  Nối đầu dò kênh 1 đến v ị trí ngõ vào NRZ và kênh 2 đến v ị trí ASK/PSK. Chỉnh đườ ng chuẩn cho cả hai kênh và đặt cả hai kênh ở chế độ DC vớ i VOLT/DIV = 2V/DIV. 7. Mạch khuếch đại tổng là mạch khuếch đại không đảo v ớ i điện áp offset vào có th ể điều chỉnh đượ c. Tín hiệu ngõ ra bô khuếch đại tổng đượ c dịch:  Lên phía trên đườ ng chuẩn  Xuống phía dướ i đườ ng chuẩn

Hình 6-14 8. Vặn từ từ núm điều chỉnh OFFSET theo chiều kim đồng h ồ đến hết mức r ồi vặn ngượ c chiều kim đồng hồ đến hết mức. Mức logic 0 của tín hiệu rat hay đổi thế nào? Trên và dướ i đườ ng chuẩn 0V  Luôn ở phía trên đườ ng chuẩn  Luôn ở phía dướ i đườ ng chuẩn 9. Di chuyển đầu dò kênh 1 đến vị trí CARRIER và chỉnh kênh 1 ở  chế độ AC ở  mức 1V/DIV. Đây là một trong hai ngõ vào của mạch điều chế cân bằng, mức DC của nó đượ c điều ch ỉnh b ở i núm vặn BAL. Ngõ vào còn l ại c ủa b ộ điều ch ế cân bằng chính là tín hiệu ra khỏi bộ khuếch đại dịch mức. 

10. Đo biên độ tín hiệu sóng mang trên kênh 1: V C  =________ V   pk− pk . Bộ điều chế cân bằng đóng vai trò điều chế ASK vớ i hai ngõ ra âm (-) và dươ ng (+). Hình 615 trình bày sơ đồ đơ n giản của một mạch tích hợ  p (IC) điều ch ế cân bằng k ết hợ  p v ớ i các điện tr ở ở  mạch ngoài. Ngõ ra của bộ điều chế cân bằng là tích của tín hiệu sóng mang (kênh 1) vớ i các mức logic NRZ (kênh 2). M ạch gồm các phần như sau:  Hai mạch khuếch đại vi sai phía trên có thể hoạt động ở  chế độ tuyến tính hoặc bão hòa.  Một mạch khuếch đại vi sai tuyến tính.  Hai nguồn dòng hằng. Các cực collector ngõ ra của mạch đượ c ghép chéo vớ i nhau bảo đảm phép nhân hoàn toàn đối xứng. Vớ i tín hiệu NRZ lớ n hơ n hay bằng 0.4V, độ lợ i của cả hai ngõ ra + và – sẽ đượ c cố định.

6-5

 ̀     ̣

ướ 

ẫ 

T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀

6 

Hình 6-15 11. Điện áp mức logic 0 của tín hiệu vào bộ điều chế cân bằng (kênh 2) có lớ n hơ n 0.4V?  Có  Không 12. Di chuyển đầu dò kênh 1 đến ngõ ra – và điều ch ỉnh kênh 1 ở  chế độ AC, 2V/DIV. Tín hiệu ngõ ra – là tín hiệu gì?  Tín hiệu ASK   Tín hiệu sóng mang biên độ không đổi Khi tín hiệu NRZ ở  mức nh ỏ hơ n 0.4V, độ lợ i c ủa c ả hai ngõ ra + và – là một hàm của tích các tín hiệu ngõ vào. 13. Vặn từ từ núm điều chỉnh OFFSET theo chiều kim đồng h ồ cho đến khi dạng sóng như hình 6-16 xuất hiện trên kênh 1.

Hình 6-16 14. Điện áp mức logic 0 của tín hiệu vào bộ điều chế cân bằng (kênh 2) có nhỏ hơ n 0.4V?  Có  Không 15. Tín hiệu ngõ ra (trên kênh 1) là tín hiệu gì? Vớ i mức logic 1 của tín hiệu NRZ, bộ điều chế cân bằng nhân tín hiệu sóng mang ở  ngõ vào vớ i 3. 16. Quan sát tín hiệu tin tức NRZ trên kênh 2 và tín hi ệu ASK  ở  ngõ ra trên kênh 1. Trong quá trình điều chế, mức logic 1 đượ c biểu diễn bở i:  Sóng mang biên độ lớ n hơ n  Sóng mang biên độ nhỏ hơ  Khi dữ liệu tin tức NRZ ở  mức 0, bộ điều ch ế cân bằng (chế độ tuyến tính) sẽ tạo ra một tín hiệu là hàm của biên độ tín hiệu sóng mang ngõ vào và tín hiệu NRZ. 17. Quan sát để thấy tín hiệu NRZ có mức logic 0 xấ p xỉ bằng 0.2V. K ết quả là phần tín hiệu ASK có biên độ nhỏ hơ n sẽ biểu diễn mức logic 0.

6-6

 ̀     ̣

ướ 

ẫ 

T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀

6 

18. Nếu mức offset của logic 0 của tín hiệu NRZ đượ c giảm về 0V thì logic 0 đượ c biểu diễn trong tín hiệu ngõ ra như thế nào? Tín hiệu sóng mang biên độ cực đại  Tín hiệu sóng mang biên độ cực tiểu  Tín hiệu sóng mang biên độ bằng 0 

Hình 6-17 19. Ta thấy r ằng lúc này mức logic 0 của tín hiệu NRZ (kênh 2) bằng 0V. Mức 0 đượ c bi ểu thị bằng một đườ ng thẳng (biên độ sóng mang bằng 0) trong tín hiệu ngõ ra. Nh ư vậy, tín hiệu sóng mang đượ c mở  khi ứng v ớ i mức logic 1 và bị khóa vớ i mức logic 0. Phươ ng pháp này gọi là OOK (On-Off Keying). 20. Di chuyển đầu dò kênh 2 đến ngõ ra, kênh 1 đến v ị trí + và điều ch ỉnh c ả hai kênh ở  chế độ AC và ở  mức 2V/DIV. Vẫn giữ núm điều chỉnh OFFSET để điều chế OOK, chỉnh núm BAL ở  vị trí trung tâm. Tín hiệu điều chế ASK  đượ c ghép AC từ ngõ ra + của bộ điều chế cân bằng đến ngõ vào của bộ khuếch đại đệm (hình 6-18).

Hình 6-18 21. Quan sát các tín hiệu ngõ vào (kênh 1) và ngõ ra (kênh 2) c ủa bộ khuếch đại đệm. Hãy chọn phát biểu ĐÚNG:  Độ lợ i xấ p xỉ bằng 10  Tín hiệu biểu diễn mức logic 0 bị thay đổi ở ngõ ra bộ đệm  Độ dịch pha bằng 0 2. Giải điều chế ASK 

Trong phần tiế p theo, sinh viên sẽ sử dụng mạch tách sóng bất đồng bộ để giải điều chế ASK  và kiểm tra k ết quả bằng oscilloscope. 1. Trên khối mạch ENCODER, k ết nối đầu dò kênh 1 của dao động ký vớ i điểm CLK, kênh 2 vớ i điểm SYNC và đầu dò EXT cũng ở vị trí SYNC (hình 6-19). 2. Điều chỉnh kênh 1 và kênh 2 của oscilloscope ở  mức 5V/DIV và time base ở  mức 0.5ms/DIV. Điều chỉnh oscilloscope sao cho các xung đồng bộ cách nhau 8 ô trên màn hình.

6-7

 ̀     ̣

ướ 

ẫ 

T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀

6 

Hình 6-19 3. Điều chỉnh kênh 1 và kênh 2 của dao động ký ở  vị trí 5V/DIV và time base ở  vị trí 0.5ms/DIV. Trigger bở i cạnh lên của ngõ vào EXT. 4. Tháo đầu dò kênh 1 và 2 nh ưng v ẫn giữ nguyên vị trí đầu dó EXT cho đến cuối bài thí nghiệm. 5. Trong khối mạch ASK/PSK, dùng jumper  để chọn chức năng điều chế ASK. Dùng một  jumper khác để nối dữ liệu NRZ vào khối mạch ASK/PSK. Điều chỉnh núm vặn OFFSET theo ngượ c chiều kim đồng hồ đến hết mức và chỉnh núm vặn BAL ở vị trí trung tâm.. 6. Dùng dây dẫn nối ngõ ra của khối ASK/PSK vớ i ngõ vào của khối mạch tách sóng bất đồng b ộ (ASYNC DETECTOR) (hình 6-20). K ết n ối đầu dò kênh 1 đến ngõ vào khối mạch ASYNC DETECTOR. Điều chỉnh dao động ký ở mức 2V/DIV.

Hình 6-20 7. Vặn từ từ núm điều chỉnh OFFSET theo chiều kim đồng hồ để đượ c dạng sóng ASK  ở  ngõ ra vớ i ASKLOW= 1 Vpknh     ư hình 6-21.

Hình 6-21 Hình 6-22 trình bày s ơ đồ mạch đơ n giản của khối mạch ASYNC DETECTOR.

Hình 6-22 6-8

 ̀     ̣

ướ 

ẫ 

T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀

6 

8. K ết nối đầu dò kênh 2 của dao động ký vớ i vị trí D của mạch chỉnh lưu tòan sóng (FWR). Điều chỉnh cả hai kênh dao động ký ở chế độ DC và VOLT/DIV ở mức 2V/DIV. 9. Mạch chỉnh lưu tòan sóng cấu tạo bở i 2 OPAMP. So sánh d ạng sóng ngõ vào (kênh 1) và ngõ ra (kênh 2) của OPAMP thứ nhất. OPAMP này ho ạt động như một mạch:  Chỉnh lưu toàn k ỳ  Chỉnh lưu bán k ỳ OPAMP thứ hai đóng vai trò mạch cộng cho phép thay đổi thang độ hai ngõ vào tr ướ c khi cộng nên đượ c gọi là mạch cộng tỷ lệ. Tín hiệu ra của OPAMP thứ nhất đượ c đưa tớ i một trong hai ngõ vào của OPAMP thứ hai (kênh 2). Ngõ vào thứ hai của bộ cộng này là tín hiệu điều chế ASK (kênh 1). Biểu thức tín hiệu ngõ ra bộ cộng tỷ lệ là:

⎛ V  D + V  ASK  ⎞ ⎟ ⎝ 20k Ω 12k Ω ⎠

Vout  = −8, 2k Ω. ⎜

Hình 6-23 10. Chỉnh time base dao động ký ở  mức 0,1ms/DIV. Đo biên độ đỉnh âm cao nhất của tín hiệu V  D (kênh 2): V  D = __________  V  pk  . 11. Đo biên độ đỉnh dươ ng cao nhất của tín hiệu V  ASK  (kênh 1): V  ASK  = __________  V  pk  . 12. Sử dụng các giá tr ị V  D và V  ASK  đo đượ c để tính điện áp ngõ ra bộ cộng tỷ lệ. V out  = ___________  V  pk 

13. Di chuyển kênh 1 đến ngõ ra của bộ cộng tỷ lệ. Điều chỉnh núm vặn BAL để cân bằng các đỉnh c ủa tín hiệu. Trong khoảng thờ i gian ứng v ớ i đỉnh âm cao hơ n c ủa tín hiệu V  D , tín hiệu ra có bằng vớ i giá tr ị tính ở bướ c 12 không?  Có  Không

Hình 6-24 14. Di chuyển đầu dò kênh 2 của dao động ký đến ngõ vào của khối FWR và chỉnh dao động ký ở  0,5ms/DIV. Quan sát các dạng sóng ngõ vào và ngõ ra. Tín hiệu ra của mạch chỉnh lưu FWR:  Tạo ra các đỉnh dươ ng vớ i tàn số sóng mang gấ p đôi tần số tín hiệu ngõ vào. 6-9

 ̀     ̣

ướ 

ẫ 

T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀

6 

Tạo ra các đỉnh dươ ng vớ i tàn số sóng mang bằng tần số tín hiệu ngõ vào.  Tạo ra các đỉnh âm vớ i tàn số gấ p đôi tần số ngõ vào. Tín hiệu ra khỏi b ộ chỉnh l ưu FWR  đượ c đưa đến ngõ vào bộ lọc thông thấ p (LPF). Bộ lọc thông thấ p làm phẳng các đỉnh DC ở  mức điện áp tươ ng ứng vớ i dữ liệu mã hóa NRZ ban đầu. Bộ lọc thông thấ p trên board mạch là một mạch tích hợ  p. Đó là mạch lọc thông thấ p dùng tụ chuyển mạch, độ lợ i bằng 1. K ỹ thuật tụ chuyển mạch loại bớ t các linh kiện ngòai và cho phép điều chỉnh tần số cắt bằng xung clock. Khác vớ i bộ lọc thông thấ p tích cực chuẩn, ở  đây phần t ử điện tr ở đượ c thay thế bằng một t ụ điện đóng ngắt ở  tần s ố xung clock. Tần số cắt  f C  bằng tần số xung clock   f CLK  chia cho 50. 

Hình 6-25 15. Xác định tần số cắt  f C  khi tần số xung clock bằng 76,8kHz.  f C  =

 f CLK 

= ________ kHz. 50 Hình 6-26 cho thấy vớ i tần số cắt 1,5kHz, thành phần tần số cao (5kHz) của tín hiệu chỉnh lưu sẽ bị loại bỏ trong khi thành phần đườ ng bao tín hiệu (600Hz) sẽ đượ c đưa đến ngõ ra bộ lọc.

Hình 6-26 16. K ết nối kênh 1 dao động ký vớ i ngõ ra bộ lọc thông thấ p và bật công tắc CM3. Trong khi quan sát dạng sóng ngõ ra (kênh 1), t ắt công tắc CM3 để thay đổi tần số xung clock  điều khiển cấ p cho bộ lọc dùng tụ chuyển mạch. Khi công tắc CM3 bật, tần số cắt của bô lọc:  Tăng  Giảm 17. Nối đầu dò kênh 2 của dao động ký vớ i tín hiệu NRZ ban đầu ở  khối mạch MODULATORS.

Hình 3-26 18. Tín hiệu NRZ ban đầu (kênh 2) và tín hiệu NRZ khôi phục đượ c (kênh 1) có cùng mức điện áp? 6-10

 ̀     ̣

ướ 

ẫ 

T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀

6 

Có  Không Tín hiệu ra bộ lọc th ấ p đượ c đưa vào mạch so sánh điện áp (VOLT COMP) để phục h ồi tín hiệu mã hóa NRZ về mức logic 5V. Sơ đồ mạch đơ n giản của khối VOLT COMP đượ c minh họa trên hình 6-27. Một mức điện áp tham chiếu đượ c điều chỉnh bở i núm vặn POSITIVE SUPPLY và đượ c đưa vào ngõ vào – của b ộ so sánh. Tín hiệu ra khỏi b ộ lọc th ấ p đượ c đưa vào ngõ + của mạch so sánh. Mạch so sánh tr ả về mức logic 0V ở  ngõ ra nếu tín hiệu ngõ ra  bộ LPF thấ p hơ n điện áp tham chiếu, và tr ả về mức logic 5V nếu tín hiệu ra khỏi LPF lớ n hơ n điện áp tham chiếu. 

Hình 6-27 19. Transistor dẫn hay tắt khi ngõ ra bộ so sánh điện áp ở  mức logic cao?  Dẫn  Tắt 20. Di chuyển kênh 1 của oscilloscope đến ngõ ra khối mạch VOLT COMP. Chỉnh núm vặn POSITIVE SUPPLY theo ng ượ c chiều kim đồng hồ cho đến khi tín hiệu kênh 1 giống vớ i tín hiệu NRZ hiển thị trên kênh 2. 21. Di chuyển kênh 2 đến ngõ vào khối VOLT COMP. Mạch so sánh có khôi ph ục mức logic 5V từ tín hiệu ngõ ra bộ lọc thông thấ p?  Có  Không Trong phần thí nghiệm tiế p theo, sinh viên sẽ dùng mạch tách sóng đồng bộ để giải điều ch ế tín hiệu ASK. K ết quả đượ c kiểm tra bằng oscilloscope.

Hình 6-28 22. Trên khối mạch ENCODER, k ết nối đầu dò kênh 1 của dao động ký vớ i điểm CLK, kênh 2 vớ i điểm SYNC và đầu dò EXT cũng ở vị trí SYNC (hình 6-29). 23. Điều chỉnh kênh 1 và kênh 2 của dao động ký ở  vị trí 5V/DIV và time base ở  vị trí 0.5ms/DIV. Trigger bở i cạnh lên của ngõ vào EXT. 24. Điều chỉnh TIME/DIV của dao động ký sao cho chu k ỳ xung đồng bộ chiếm 8 ô trên màn hình.

6-11

 ̀     ̣

ướ 

ẫ 

T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀

6 

Hình 6-29 25. Tháo đầu dò kênh 1 và 2 nh ưng v ẫn giữ nguyên vị trí đầu dó EXT cho đến cuối bài thí nghiệm. 26. Trong khối mạch ASK/PSK, dùng jumper  để chọn chức năng điều chế ASK. Dùng một  jumper khác để nối dữ liệu NRZ vào khối mạch ASK/PSK. Điều chỉnh núm vặn OFFSET theo ngượ c chiều kim đồng hồ đến hết mức và chỉnh núm vặn BAL ở vị trí trung tâm.. 27. Dùng dây dẫn n ối ngõ ra của khối ASK/PSK vớ i ngõ vào của kh ối mạch tách sóng đồng  bộ (SYNC DETECTOR). Gắn thêm 3 jumper trên khối mạch SYNC DETECTOR như hình 6-30.

Hình 6-30 28. K ết nối đầu dò kênh 1 đến ngõ vào khối mạch SYNC DETECTOR. 29. Trên khối mạch ASK/PSK, điều chỉnh núm vặn OFFSET và BAL sao cho biên độ tín hiệu ASK nhỏ hơ n (ứng vớ i mức logic 0) xấ p xỉ bằng 0,5 V pk − pk  . 30. Di chuyển kênh 1 đến vị trí NRZ và kênh 2 đến vị trí A/P. 31. Điều chỉnh núm vặn BAL trên khối mạch MIXER để có dạng sóng như hình 6-31. Hình 6-31 32. Di chuyển kênh 2 đến v ị trí ngõ ra mạch so sánh điện áp trên khối SYNC DETECTOR. Điều chỉnh núm vặn NEGATIVE SUPPLY trên bộ chân đế để khôi phục tín hiệu NRZ ở  ngõ ra khối mạch tách sóng đồng bộ. Như vậy, lúc này bộ tách sóng đồng bộ đã bám theo tín hiệu ASK đến. Sơ đồ khối mạch tách sóng đồng bộ đượ c minh họa ở  hình 6-28. Mạch bao gồm các thành  phần chính là: mạch đồng bộ sóng mang, bộ đổi tần (mixer), bộ lọc thông thấ p và bộ so sánh điện áp. K ỹ thuật tách sóng đồng bộ đòi h ỏi máy thu phải khôi phục một phiên bản c ủa tín hiệu sóng mang chưa điều chế. Mạch đồng bộ sóng mang sử dụng một vòng khóa pha (PLL) và một mạch dịch pha (phase shifter) để tái tạo sóng mang.

6-12

 ̀     ̣

ướ 

ẫ 

T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀

6 

33. Di chuyển kênh 1 đến ngõ vào khối SYNC DETECTOR để quan sát tín hiệu ASK vào, và di chuyển kênh 2 đến vị trí VCO. Sơ  đồ mạch đồng bộ sóng mang đượ c mô tả trên hình 6-32. Ở tr ạng thái khóa, mạch phát hiện sóng mang tạo ra tần số VCO đồng bộ vớ i tín hiệu ASK ngõ vào.

Hình 6-32 34. So sánh tần s ố VCO (kênh 2) vớ i t ần s ố sóng mang của tín hiệu ASK ngõ vào (kênh 1). Tần số VCO như thế nào so vớ i tần số sóng mang ASK?  Bằng tần số sóng mang  Gấ p đôi tần số sóng mang Tín hiệu ASK ngõ vào đượ c đưa qua mạch khuếch đại phân cực (BIAS AMP) r ồi đến một trong hai ngõ vào của mạch tách sóng pha (PHASE DET) dùng cổng XOR. Mạch khuếch đại  phân cực chuyển các dao động của tín hiệu ASK về các mức logic chuẩn 5V. 35. Ngõ vào thứ hai của bộ tách sóng pha là:  Tín hiệu VCO  Tín hiệu VCD  Tín hiệu VCD36. Di chuyển đầu dò kênh 2 đến v ị trí VCD. Trong điều ki ện khóa, hai ngõ vào c ủa b ộ tách sóng pha XOR:  Bằng nhau về tần số và pha  Không bằng nhau về tần số và pha  Bằng nhau về tần số nhưng lệch pha 37. Nối volt k ế (chế độ DC) vớ i ngõ vào khối VCO (VCIN). Điện áp trung bình ở  ngõ vào VCO chính là độ lệch pha giữa hai ngõ vào mạch tách sóng pha. Hãy đo điện áp trung bình ở  ngõ vào VCO: VCIN = _________ V(DC). Hình 6-32 là đồ thị điện áp trung bình ở  ngõ vào VCO theo độ lệch pha giữa hai ngõ vào mạch tách sóng pha.

Hình 6-32 38. Giá tr ị VCIN đo đượ c biểu diễn gần đúng độ lệch pha bao nhiêu? 6-13

 ̀     ̣

ướ 

ẫ 

T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀

6 

0°  90°  180° 39. Giá tr ị VCIN đo đượ c có thay đổi nếu tần số sóng mang của tín hiệu ASK tăng hoặc giảm nhẹ?  Có  Không Ở tr ạng thái khóa, mạch PLL tái tạo tín hiệu VCD có tần số bằng tần số sóng mang ASK  nhưng lệch pha 90°.Mạch dịch pha (φ SHIFTER) XOR loại bỏ sự lệch pha này để tái tạo một  bản sao của sóng mang ASK. 40. Tháo volt k ế ra khỏi mạch. Di chuyển kênh 1 đến v ị trí VCO và kênh 2 đến v ị trí VCD-. Quan sát và so sánh hai tín hiệu này (các tín hiệu vào của bộ φ SHIFTER). 

41. Dựa vào hoạt động của cổng XOR, tần số tín hiệu ngõ ra sẽ bằng vớ i tần số tín hiệu:  VCD VCO 42. Di chuyển đầu dò kênh 1 đến v ị trí 90° và so sánh các dạng sóng. Chú ý r ằng d ạng sóng ngõ ra (kênh 1) bị dịch pha 90° so vớ i dạng sóng VCD- (kênh 2). 43. Di chuyển đầu dò kênh 2 đến vị trí tín hiệu vào ASK. Tín hiệu ra khỏi bộ dịch pha có cùng tần số và:  Cùng pha vớ i sóng mang ASK   Lệch pha so vớ i sóng mang ASK  44. Di chuyển đầu dò kênh 2 đến ngõ ra của mạch đồng bộ sóng mang. Chỉnh kênh 2 ở  100mV/DIV. 45. Mạch dịch mức (LEVEL SHIFTER) có làm đảo pha tín hiệu? Có  Không Tín hiệu sóng mang tái tạo và tín hiệu sóng mang bị điều chế ASK cùng đượ c đưa đến các ngõ vào bộ mixer. 46. Di chuyển kênh 1 đến v ị trí ngõ vào ASK. Kênh 2 đượ c n ối đến ngõ vào còn lại c ủa bộ MIXER. Chỉnh time base ở mức 0,2ms/DIV. Hình 6-33 là sơ đồ mạch đơ n gi ản c ủa kh ối MIXER. Tín hiệu ra khỏi b ộ điều chế cân bằng (BALANCE MODULATOR) đượ c khuếch đại vi sai bở i mạch khuếch đại thuật toán để tăng độ lợ i của mạch. 

Hình 6-33 47. Các tần số nào sẽ xuất hiện ở ngõ ra bộ điều chế cân bằng?  hiệu tần số các tín hiệu vào  tổng tần số các tín hiệu vào  tổng và hiệu tần số các tín hiệu vào 48. Biên độ dạng sóng ngõ ra s ẽ là: 6-14

 ̀     ̣

ướ 

ẫ 

T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀

6 

Một hằng số  Phụ thuộc tín hiệu ASK  49. Di chuyển kênh 2 đến ngõ ra khối mạch MIXER. Chỉnh kênh 2 ở  2V/DIV và 0,2ms/DIV. Dạng sóng ngõ ra gi ống vớ i:  Tín hiệu chỉnh lưu bán k ỳ  Tín hiệu chỉnh lưu toàn k ỳ Tín hiệu ra khỏi bộ MIXER lại đượ c đưa đến mạch lọc thông thấ p (LP FILTER). 50. Di chuyển kênh 1 đến v ị trí NRZ và kênh 2 đến ngõ ra bộ lọc thấ p (LP FILTER). Chỉnh kênh 2 ở mức 200mV/DIV. 51. Có phải mạch lọc thông thấ p làm phẳng các đỉnh DC của tín hiệu ra mạch MIXER thành các mức điện áp biểu diễn tín hiệu mã hóa NRZ ban đầu?  Có  Không 52. Tín hiệu ra khỏi LP FILTER đượ c đưa vào mạch so sánh điện áp (VOLT COMP). B ộ so sánh điện áp khôi phục dữ liệu mã hóa NRZ từ ngõ ra LP FILTER thành:  Các tín hiệu lưỡ ng cực  Các tín hiệu đơ n cực 

V. KẾT LUẬN

 ___________________________________________________________________________   ___________________________________________________________________________   ___________________________________________________________________________   ___________________________________________________________________________   ___________________________________________________________________________   ___________________________________________________________________________   ___________________________________________________________________________   ___________________________________________________________________________   ___________________________________________________________________________ 

6-15

 ̀     ̣

ướ 

ẫ  T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀ 7  BÀI 7 

KÊNH TRUYỀN VÀ NHIỄU I. MỤC ĐÍCH Khi hòan tất bài thí nghi ệm này, sinh viên có th ể giải thích và mô ph ỏng đượ c ảnh hưở ng của nhiễu lên các tín hi ệu điều chế số.

II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 7-1

  là những nguồn năng lượ ng điện ngẫu nhiên, không mong mu ốn có thể xen lẫn vào  Nhi ễu thông điệ p truy ền đi làm giảm chất lượ ng tin t ức trong các h ệ thống thông tin.   ngoài bao gồm các ngu ồn nhiễu nhân t ạo hoặc tư nhiên xâm nh ậ p vào hệ thống từ môi  Nhi ễu tr ườ ng truyền.   nội đượ c tạo ra từ chính các máy phát ho ặc máy thu.  Nhi ễu Có nhiều nguồn tạo ra nhi ễu ngoài: nh ững biến động trong b ầu khí quy ển (chẳng hạn hiện tượ ng sét), ho ặc nh ững b ức x ạ từ Mặt Tr ờ i ho ặc các hành tinh khác, ... Ngoài ra, còn có các nguồn nhiễu do con ng ườ i tạo ra nh ư: các đườ ng dây điện, các hệ thống đánh lửa tự động, các motor điện, đèn huỳnh quang, ... Hầu h ết các linh ki ện và thiết bị điện tử đều tạo ra nhi ễu nội do chuy ển động nhiệt của các nguyên t ử. Nhiễu này đượ c g ọi là nhiễu nhi ệt. Nhiễu nhiệt là một d ạng nhiễu tr ắng, ngh ĩ a là loại nhiễu có ph ổ công suất bằng phẳng và tr ải dài vô h ạn. Một lo ại nhiễu nội ph ổ biến khác là nhi ễu shot, đây là lo ại nhiễu ng ẫu nhiên phát sinh khi có dòng điện ch ạy qua một ti ế p xúc bán dẫn. M ức nhiễu t ỷ lệ vớ i c ườ ng độ dòng điện phân c ực cho tiế p xúc nói trên. Trong thông tin t ươ ng t ự, các tín hi ệu truyền đi ch ủ yếu là thoại và nh ạc, có thể thấy rõ ảnh hưở ng của nhiễu qua các ti ếng ồn trong âm thanh. Trong thông tin s ố, nhiễu có thể làm thay tr ở thành không h ợ   p lệ hoặc bị hiểu sai.

đổi giá tr ị của các bit d ữ liệu, làm cho d ữ liệu thu

Hình 7-2

7-1

 ̀     ̣

ướ 

ẫ  T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀ 7 

Trên hình v ẽ 7-2b, ta th ấy nếu mức nhiễu đủ lớ n, nó có th ể làm thay đổi mức logic từ 0 thành 1 hoặc từ 1 thành 0. Vì lý do này, chúng ta quan tâm đến tỷ số tín hiệu trên nhi ễu SNR  (Signal to Noise Ratio). Đó là tỷ số giữa biên độ tín hiệu h ữu ích v ớ i biên độ tín hiệu nhiễu, thườ ng dùng giá tr ị hiệu dụng: SNR =

Vrms ( signal ) Vrms ( noise)

Hoặc theo đơ n vị decibel:

⎡Vrms ( signal ) ⎤ ⎥ ⎣ Vrms (noise) ⎦

SNR(dB ) = 20 log ⎢

 Nhiễu có th ể ảnh hưở ng đến cả biên độ lẫn pha c ủa tín hiệu. Nhiễu pha xu ất hiện do tính ch ất tr ễ trong các mạch điện và các linh ki ện. Nhiễu biên độ có thể đo đạc thông qua t ỷ lệ bit lỗi (BER – Bit Error Rate).

1. Phuơ ng pháp mô phỏng kênh truyền Trong bài thí nghi ệm, m ột m ạch phát nhi ễu s ẽ tạo ra một l ượ ng nhiễu bi ến đổi đượ c và cộng vào tín hiệu ngõ vào, ksau đó quan sát k ết qu ả ở  máy thu. Hình 7-3 trình bày s ơ đồ khối đơ n giản của mạch mô phỏng kênh truy ền:

Hình 7-3 Mạch tạo xung nhi ễu phát các xung nhi ễu ng ẫu nhiên, sau đó các xung này đượ c cộng vào tín hiệu vào b ở i b ộ cộng dùng OPAMP. Sau đó, tín hi ệu đượ c đưa qua bộ lọc thông d ải có băng thông t ừ 160Hz đến 70kHz, r ồi đượ c khuếch đại để đưa đến mạch giải điều chế. Khối mạch tính BER bao g ồm một cổng XOR  để cộng (modulo 2) chu ỗi dữ liệu phát và chuỗi thu đượ c sau khi gi ải điều chế, mạch điều khiển nh ận data từ cổng XOR, đếm số bit lỗi và hiển th ị ra các LED chỉ thị. M ỗi khi nhấn nút reset, mạch điều khiển th ực hi ện reset đồng  bộ và kích kh ở i một chuỗi xung 106ms ( ứng vớ i 128 bit d ữ liệu).

Hình 7-4

2. Ảnh hưở ng của nhiễu đến tín hiệu ASK/PSK 

7-2

 ̀     ̣

ướ 

ẫ  T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀ 7 

(a)

(b) Hình 7-5

Hình 7-5 minh ho ạ ảnh hưở ng của nhiễu đến tín hiệu ASK. Ở tr ườ ng hợ    p a, nhiễu có tác động l ớ n vì mức điện áp tr ạng thái 0 còn khá cao. Ở tr ườ ng h ợ  p b, mức điện áp tr ạng thái 0  bằng 0 do đó h ạn ch ế đượ c ảnh h ưở ng của nhiễu. Tr ườ ng h ợ   p này gọi là điều chế OOK (OnOff Keying).

Hình 7-6 Hình 7-6 minh ho ạ ảnh h ưở ng của nhiễu lên tín hiệu PSK. Do tín hi ệu PSK có biên độ không đổi, nó không nh ạy vớ i các nhiễu biên độ. Vì vậy, dữ liệu số khôi phục t ừ tín hiệu PSK sẽ có ít lỗi hơ n so v ớ i dữ liệu khôi ph ục từ tín hiệu ASK.

Hình 7-7 Ta có thể loại bỏ một phần nhi ễu trong các h ệ thống thông tin b ằng cách dùng b ộ lọc. Mức độ khử nhiễu phụ thuộc vào t ần số tín hiệu nhiễu và vào c ấu trúc mạch phát hiện. Trên board

7-3

 ̀     ̣

ướ 

ẫ  T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀ 7 

mạch thí nghi ệm, nhiễu có tần số 75-600Hz. S ơ  đồ khối mạch phát hiện bất đồng bộ trên  board mạch đượ c trình bày ở  hình 7-7. Trong s ơ đồ này, bộ lọc thông d ải có tác dụng cho tín hiệu đi qua và làm gi ảm biên độ nhiễu. Hình 7-8 th ể hiện sơ đồ khối máy thu đồng b ộ. Bộ mixer nhận hai tín hi ệu vào là tín hi ệu thu đượ c (sóng mang g ốc) và sóng mang tái t ạo có cùng t ần s ố, và tạo ra hai thành ph ần t ần s ố tổng (hai lần t ần s ố sóng mang g ốc) và hi ệu (thành ph ần DC). Đồng thờ i, b ộ mixer cũng t ạo ra tín hi ệu có các thành ph ần tần số tổng và hiệu của các tần số tín hiệu nhiễu và sóng mang.

Hình 7-8

Ảnh h ưở ng của nhiễu đến tín hiệu FSK  đượ c minh ho ạ trên hình 7-9. Tín hi ệu nhiễu có thể làm thay đổi biên độ tín hiệu FSK, từ đó làm thay đổi đườ ng bao của tín hiệu, dẫn đến các lỗi trong dữ liệu sau khi ph ục hồi.

Hình 7-9

Hình 7-10

Tín hiệu FSK có th ể đượ c phát hi ện bằng hai cách: đồng b ộ hay bất đồng bộ. Ph ươ ng pháp đồng b ộ chống nhiễu t ốt hơ n vì mạch hoạt động trên nguyên t ắc so pha, không b ị ảnh h ưở ng  bở i nhiễu biên độ. Đối vớ i phươ ng pháp b ất đồng bộ, nhiễu chỉ đượ c hạn chế nhờ  bộ lọc thông dải.

III. YÊU CẦU THIẾT BỊ 

Bộ chân đế F.A.C.E.T.



Board mạch DIGITAL COMMUNICATIONS 2



 Nguồn cung c ấ p 15 VDC



Dao động ký hai kênh



Máy phát sóng sine



V.O.M

7-4

 ̀     ̣

ướ 

ẫ  T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀ 7 

IV. TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM

1. Mô phỏng kênh truyền 1. K ết nối đầu dò kênh 1 c ủa dao động ký đến vị trí SYNC trên kh ối mạch ENCODING. Điều chỉnh dao động ký sao cho m ột chu k ỳ của tín hi ệu SYNC chi ếm đúng 8 ô trên tr ục ngang dao động ký. Nh ư vậy, mỗi ô tươ ng ứng vớ i một chu k ỳ bit của tín hiệu NRZ. 2. Tháo đầu dò kênh 1 ra kh ỏi vị trí SYNC và k ết nối đầu dò EXT c ủa dao SYNC. Chỉnh dao động ký để trigger ở sườ n lên của EXT.

động ký v ớ i

Hình 7-11 3. Vặn núm điều chỉnh NOISE hết mức theo ngượ c chiều kim đồng hồ. 4. Dùng dây d ẫn nối từ vị trí HIGH TONE trong kh ối MODULATORS khối CHANNEL (hình 7-12).

đến vị trí IN c ủa

Hình 7-12 5.  Nối kênh 1 đến ngõ vào kênh truy ền và kênh 2 ở  mức 2V/DIV và time base ở  mức 50μs/DIV.

đến ngõ ra kênh truy ền. Chỉnh cả hai kênh

6. Quan sát dạng sóng trên hai kênh c ủa dao động ký. Tín hi ệu ra bị méo dạng hay v ẫn giống như tín hiệu ngõ vào? ___________________________________________________. 7. Bật công tắc CM7. T ần số cắt cao của kênh truy ền s ẽ thay đổi từ 70kHz thành 1500Hz. Quan sát dao động ký. D ạng sóng ngõ ra kênh truy ền thay đổi như thế nào? 

biên độ giảm



có sự dịch pha



vừa giảm biên độ vừa dịch pha

8. Tắt công t ắc CM7. Đo biên độ tín hiệu HIGH TONE. V  HIGH TONE  = _________  V   pk− pk . V

= 4,50V 

IN

V rms

=

pk − pk  

V   pk− pk  .0,707 2

9. Chuy ển k ết quả đo sang tr ị hiệu dụng? V  HIGHTONE  = __________  V rms . 10. Di chuyển kênh 1 dao

động ký đế vị trí NOISE.

11. vặn núm điều chỉnh NOISE theo chi ều kim

đồng hồ để có tín hiệu 1 V   pk− pk  trên kênh 1. (Lưu ý: có th ể ta không đồng bộ đượ c tín hiệu trên kênh 1 do b ản chất nhiễu của tín hiệu này. Tuy nhiên, v ấn đề này không ảnh h ưở ng đến k ết quả đo biên độ). Tín hi ệu 1 V   pk− pk , nếu đượ c đo bằng volt k ế tr ị hiệu dụng thực sẽ có giá tr ị khoảng 0,5 V rms .

7-5

 ̀     ̣

ướ 

ẫ  T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀ 7 

V (rmsIN) = 1,59V   V

(rms ) 0, 5V   NOISE =

rms rms

SNR (dB ) = 20 log(V IN/ V  NOISE)  

12. Tính tỷ số SNR theo đơ n vị decibel: SNR (dB) = __________ dB. 13. Quan sát tín hi ệu ra kh ỏi kênh truy ền trên kênh 2 trong khi v ặn từ từ núm điều chỉnh  NOISE theo chi ều kim đồng hồ? Lượ ng nhiễu trong tín hi ệu ngõ ra thay đổi như thế nào? 

Tăng



Giảm



Không đổi

14. Bật công t ắc CM15. Khi CM15 ở  vị trí ON, phổ tần số của tín hiệu nhiễu thay đổi từ khoảng 75-600Hz thành 4800-38400Hz. Quan sát ảnh h ưở ng của nhiễu t ần số cao và so sánh vớ i ảnh hưở ng nhiễu tần số thấ p khi CM15 ở vị trí OFF.  __________________________________________________________________________   __________________________________________________________________________. 15. Dùng dây d ẫn nối cả hai ngõ vào T DATA và R DATA v ớ i NRZ COUNTER.

ở  khối BER 

16. Nhấn và nh ả nút RESET. Giá tr ị hiển thị trên dãy LED là bao nhiêu? ____________.

Hình 7-13 17. Tháo dây n ối từ R DATA đến NRZ và k ết nối R DATA vớ i điểm GND gần nhất. 18. Nhấn và nh ả nút RESET, trên các LED hi ển thị giá tr ị bao nhiêu?_________________. 19. Mỗi l ần nh ấn nút RESET, m ạch t ạo ra một chuỗi 128 bit, trong đó m ột n ửa là bit 1. V ớ i cách nối như trên, số lỗi sẽ là 64. Hãy tính BER trong tr ườ ng hợ   p này theo công th ức:

 BER =

soá loãi soá loãi = toångsoá bit  128

K ết quả: BER = ________.

2. Ảnh hưở ng của nhiễu đến tín hiệu ASK/PSK  1. K ết nối kênh 1 v ớ i SYNC. Chỉnh dao động ký sao cho m ột chu k ỳ của tín hiệu SYNC chiếm đúng 8 ô trên tr ục ngang. Nh ư vậy, mỗi ô tươ ng ứng vớ i một chu k ỳ bit. 2. Tháo kênh 1 kh ỏi vị trí SYNC và nối EXT.

đầu dò EXT v ớ i SYNC. Trigger b ở i cạnh lên c ủa

3. Dùng jumper n ối NRZ vào khối ASK/PSK.

7-6

 ̀     ̣

ướ 

ẫ  T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀ 7 

Hình 7-14 4. Dùng một jumper khác

để chọn chế độ ASK. 5. K ết nối kênh 1 đến ngõ ra c ủa khối mạch ASK/PSK. 6. Điều chỉnh các núm OFFSET và BALANCE để biên độ tín hiệu ASK mức thấ  p vào khoảng 0.5 V   pk− pk . 7. Trong khối mạch CHANNEL SIMULATOR, dùng 1 jumper k ết nối NRZ v ớ i ngõ vào BER COUNTER và 1 jumper khác k ết nối ngõ ra CHANNEL v ớ i ngõ vào SYNC DETECTOR. 8. Dùng ba jumper khác k ết nối trên khối SYNC DETECTOR theo hình v ẽ 7-15.

Hình 7-15 9. Vặn núm điều chỉnh NOISE theo ng ượ c chiều kim đồng hồ đến hết mức. 10. Dùng dây dẫn n ối ngõ ra ASK v ớ i ngõ vào CHANNEL. K ết n ối đầu dò kênh 1  NRZ. K ết nối kênh 2 đến ngõ ra kh ối SYNC DETECTOR (hình 7-16).

đến v ị trí

Hình 7-16 11. Điều chỉnh núm v ặn BAL trên kh ối MIXER và núm v ặn NEGATIVE SUPPLY trên b ộ chân đế FACET để khôi phục tín hiệu NRZ ở ngõ ra kh ối SYNC DETECTOR. 12. Dùng dây dẫn nối ngõ ra kh ối SYNC DETECTOR v ớ i ngõ vào R DATA c ủa khối BER  COUNTER.

7-7

 ̀     ̣

ướ 

ẫ  T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀ 7 

13. Quan sát dao động ký khi v ặn t ừ từ núm điều ch ỉnh NOISE theo chi ều kim đồng h ồ cho đến khi xuất hiện các xung nhi ễu cộng vào một trong các tín hi ệu quan sát. Tín hi ệu nào b ị nhiễu? 

Kênh 1 (tín hi ệu NRZ ban

đầu)



Kênh 2 (tín hi ệu NRZ khôi ph ục)  Cả hai

Trong các b ướ c sau, sinh viên s ẽ ghi nhận s ố bit lỗi ba lần. N ếu s ố lỗi b ằng 0, nh ấn reset lần nữa. N ếu s ố lỗi b ằng 0 nhi ều l ần liên tiế p, vặn núm điều ch ỉnh NOISE theo chi ều kim đồng hồ thêm một ít r ồi lặ p lại. 14. Nhấn và nh ả nút RESET. Ghi nh ận số bit lỗi lần 1. S ố bit lỗi lần 1 = ________________. 15. Nhấn và nh ả nút RESET. Ghi nh ận số bit lỗi lần 2. S ố bit lỗi lần 2 = ________________. 16. Nhấn và nh ả nút RESET. Ghi nh ận số bit lỗi lần 3. S ố bit lỗi lần 3 = ________________. 17. Di chuy ển kênh 1

đến ngõ vào CHANNEL (tín hi ệu ASK). 18. Điều chỉnh OFFSET để tạo ra tín hi ệu OOK. 19. Nhấn nút RESET 3 l ần và so sánh s ố lỗi bit của ph ươ ng pháp OOK so v ớ i ph ươ ng pháp ASK. Từ đó k ết luận: vớ i cùng mức nhiễu thì:  biên độ tín hiệu tr ạng thái 0 càng l ớ n càng ch ống nhiễu tốt.  biên độ tín hiệu tr ạng thái 0 càng nh ỏ càng chống nhi ễu tốt.  biên độ tín hiệu tr ạng thái 0 không ảnh hưở ng đến khả năng chống nhiễu. 20. Vặn núm điều ch ỉnh NOISE theo ng ượ c chiều kim đồng h ồ tr ở  về vị trí lúc đầu. Tháo b ỏ k ết nối giữa R DATA và ngõ ra kh ối SYNC DETECTOR. 21. Điều chỉnh OFFSET sao cho biên

độ tín hiệu ASK mức thấ p khoảng 0.5 V   pk− pk .

22. Dùng dây d ẫn k ết nối các ngõ vào SYNC và ASYNC v ớ i nhau nh ư hình vẽ 7-17. Di chuyển kênh 1 và kênh 2 c ủa dao động ký l ần lượ t đến các ngõ ra SYNC và ASYNC.

Hình 7-17 Sơ đồ khối của mạch thí nghi ệm như sau:

Hình 7-18

7-8

 ̀     ̣

ướ 

ẫ  T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀ 7 

23. Điều chỉnh núm POSITIVE SUPPLY trên b ộ chân đế để khôi phục tín hiệu NRZ trên kênh 2. Tín hi ệu ở hai ngõ ra SYNC và ASYNC là gi ống nhau, ch ỉ có sự lệch pha đôi chút. 24. Quan sát dao động ký trong khi v ặn từ từ núm điều chỉnh NOISE theo chi ều kim đồng h ồ cho đến khi xu ất hi ện các xung nhi ễu c ộng vào m ột trong các tín hi ệu. Tín hi ệu nào có ch ất lượ ng tốt hơ n khi có nhi ễu tác động?

đồng bộ  bất đồng bộ  cả hai như nhau Mỗi b ộ phát hiện đều có một b ộ lọc thông th ấ p v ớ i t ần số cắt 1500Hz. Tín hiệu nhiễu có các thành phần t ần s ố từ 75-600Hz. Trong tr ườ ng h ợ   p dùng bộ phát hiện b ất đồng b ộ, các tần s ố nhiễu đượ c nhân 2 bở i bộ chỉnh lưu toàn sóng và chi ếm các thành ph ần tần số từ 150 đến 1200Hz. Các t ần số này đều nằm trong d ải thông c ủa bộ lọc nên đượ c khuếch đại cùng v ớ i tín hiệu (hình 7-19a). Trong tr ườ ng hợ   p phát hi ện đồng bộ, các t ần số nhiễu đượ c cộng và tr ừ vớ i sóng mang 2400Hz ở  bộ mixer và chuy ển thành dải tần 1800-3000Hz. D ải này nằm ngoài d ải thông của bộ lọc nên sẽ bị loại bỏ (hình 7-19b). 

a)

b) Hình 7-19

25. Di chuy ển kênh 1 đến ngõ vào b ộ MIXER  để quan sát tín hi ệu sóng mang đượ c tái t ạo. Tín hiệu này có b ị nhiễu hay không? ____________________________________________. 26. Di chuyển kênh 1 tr ở  về ngõ ra SYNC. B ật công t ắc CM3 để thay đổi tần s ố cắt c ủa b ộ lọc thấ p xuống còn 600Hz. Điều gì x ảy ra vớ i các tín hi ệu quan sát đượ c? 

Cả hai đều bị nhiễu



Cả hai đều không b ị nhiễu

27. Chuy ển CM3 về vị trí OFF. Nhiễu sẽ xuất hiện trên kênh 2. N ối ngõ vào b ộ mixer vớ i ngõ vào bộ lọc BANDPASS. Nối ngõ ra b ộ lọc BANDPASS vớ i ngõ vào kh ối ASYNC DETECTOR bằng 1 jumper.

Hình 7-20 28. Bộ lọc BANDPASS có ảnh hưở ng như thế nào đến nhiễu trên tín hi ệu NRZ khôi ph ục bở i khối ASYNC DETECTOR? 

nhiễu tăng lên



nhiễu giảm đi



không ảnh hưở ng

Giải thích: _______________________________________________________________   __________________________________________________________________________.

7-9

 ̀     ̣

ướ 

ẫ  T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀ 7 

Hình 7-21 mô t ả đặc tuyến tần số của tín hiệu nhiễu và c ủa bộ lọc thông d ải.

Hình 7-21 29. Chuy ển jumper trên kh ối ASK/PSK sang vị trí PSK và di chuy ển kênh 1 khối này.

đến ngõ ra c ủa

30. Điều chỉnh núm vặn BAL để các đỉnh của các chu k ỳ sóng sin là ch ẵn.

Hình 7-22 31. Cấu hình lại bộ SYNC DETECTOR  để hoạt động ở  chế độ PSK bằng cách điều chỉnh hai  jumper đượ c tô đen trên hình 7-22. 32. Di chuyển kênh 1 và kênh 2 c ủa dao động ký l ần lượ t đến các vị trí NRZ và ngõ ra SYNC DETECTOR. 33. Chỉnh núm v ặn NOISE hết mức theo ngượ c chiều kim đồng hồ. 34. Điều chỉnh núm v ặn BAL trên kh ối MIXER và núm v ặn NEGATIVE SUPPLY trên b ộ chân đế FACET để khôi phục tín hiệu NRZ ở ngõ ra khối SYNC DETECTOR. 35. Quan sát tín hiệu NRZ khôi ph ục đượ c khi vặn từ từ núm vặn NOISE theo chi ều kim đồng hồ. Các xung nhi ễu có xuất hiện trên tín hi ệu này không? 



Có

Không

36. Tại sao phươ ng pháp điều ch ế PSK lại ít nhạy v ớ i nhiễu h ơ n so vớ i ph ươ ng pháp ASK?  __________________________________________________________________________   __________________________________________________________________________   __________________________________________________________________________. 37. Tháo tất cả các jumper và dây n ối ra kh ỏi mạch.

3. Ảnh hưở ng của nhiễu đến tín hiệu FSK  1. K ết nối kênh 1 vớ i SYNC. Chỉnh dao động ký sao cho m ột chu k ỳ của tín hiệu SYNC chiếm đúng 8 ô trên tr ục ngang. Nh ư vậy, mỗi ô tươ ng ứng vớ i một chu k ỳ bit. 2. Tháo kênh 1 kh ỏi vị trí SYNC và n ối EXT.

đầu dò EXT vớ i SYNC. Trigger b ở i cạnh lên của

3. Dùng jumper n ối NRZ vào kh ối FSK và nối ngõ ra CHANNEL v ớ i ngõ vào SYNC DETECTOR.

7-10

 ̀     ̣

ướ 

ẫ  T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀ 7 

Hình 7-23 4. Dùng 3 jumper  để cấu hình bộ SYNC DETECTOR ho ạt 24).

động ở  chế độ FSK (xem hình 7-

5. Vặn núm điều chỉnh NOISE h ết mức theo ngượ c chiều kim đồng hồ. 6. Dùng dây n ối ngõ ra kh ối FSK vớ i ngõ vào CHANNEL. N ối kênh 1 v ớ i NRZ và kênh 2 vớ i ngõ ra SYNC DETECTOR. Điều chỉnh oscilloscope n ếu cần.

Hình 7-24 7. Điều ch ỉnh núm v ặn NEGATIVE SUPPLY trên b ộ chân ngõ ra kh ối mạch SYNC DETECTOR.

đế để khôi phục tín hiệu NRZ ở 

8. Di chuyển đầu dò kênh 1 c ủa oscilloscope đến vị trí NOISE. Ch ỉnh núm v ặn NOISE để có  biên độ tín hiệu 0.2 V  p − p . 9. Mức nhiễu này có ảnh h ưở ng đến các xung nhi ễu ở ngõ ra khối SYNC DETECTOR (kênh 2) không? 



Có

Không

10. Di chuy ển đầu dò kênh 1 đến vị trí PLL REF IN và kênh 2 đến vị trí VCO. Ta đang quan sát các ngõ vào kh ối so sánh pha (Phase Comparator) trong s ơ đồ khối hình 7-25.

Hình 7-25 11.  Nhiễu xuất hiện ở tín hiệu nào? 

Sóng mang FSK (kênh 1)



Tín hiệu tham chi ếu FSK 



Cả hai

12. Di chuy ển kênh 2 đến ngõ ra b ộ lọc thông th ấ p (LF FILTER). Có th ể thấy r ằng tín hi ệu ngõ vào kh ối VCO ít b ị nhiễu. Đó là do b ộ so sánh pha ứng v ớ i s ự khác biệt v ề pha của các tín hiệu chứ không ph ải về biên độ.

7-11

 ̀     ̣

ướ 

ẫ  T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀ 7 

13. Di chuy ển đầu dò kênh 1 đến v ị trí NRZ và đầu dò kênh 2 đến v ị trí ngõ ra LP FILTER. Tín hiệu ở  ngõ ra bộ lọc thông th ấ  p có mang cùng một dữ liệu vớ i tín hiệu NRZ lúc đầu không? 



Có

Không

14. Di chuy ển đầu dò kênh 1 đến ngõ ra b ộ so sánh điện áp (VOLT COMP). V ặn núm chỉnh  NOISE theo chi ều kim đồng hồ đến mức nhiễu cực đại. Ngõ ra nào b ị ảnh hưở ng bở i nhiễu? 

LP FILTER 





VOLT COMP

Cả hai

Trong ph ần tiế p theo, chúng ta sẽ khảo sát ảnh hưở ng của nhiễu hiện theo kiểu bất đồng bộ.

đối vớ i tín hiệu FSK phát

15. Vặn núm điều chỉnh NOISE ngượ c chiều kim đồng hồ để giảm nhiễu về 0. 16. Thay đổi vị trí jumper  ở  ngõ ra kh ối CHANNEL để nối ngõ ra kh ối này vớ i ngõ vào BANDPASS. Sử dụng một jumper khác để nối ngõ ra kh ối BANDPASS vớ i ngõ vào kh ối ASYNC DETECTOR (hình 7-26).

Hình 7-26 17. K ết nối kênh 1 v ớ i vị trí NRZ và kênh 2 v ớ i vị trí VOLT COMP trong kh ối ASYNC DETECTOR. 18. Điều chỉnh núm v ặn POSITIVE SUPPLY trên bộ chân ngõ ra VOLT COMP. 19. Vặn núm điều chỉnh NOISE theo chi ều kim hiệu NRZ khôi ph ục (kênh 2).

đồng hô cho đến khi nhi ễu xuất hiện trên tín

20. Di chuyển đầu dò kênh 1 đến ngõ vào và kênh 2 hiệu nào b ị ảnh hưở ng bở i nhiễu nhiều hơ n? 

đế để khôi phục tín hiệu NRZ tại

đến ngõ ra c ủa kh ối BANDPASS. Tín 

Ngõ vào

Ngõ ra

Hình 7-27 gi ải thích tại sao bộ lọc thông dải có thể làm giảm nhiễu. B ăng thông c ủa bộ lọc là từ 1200-4600Hz. Nhi ễu chiếm khoảng tần số từ 75 đến 600Hz. 21. Di chuyển kênh 2 c ủa oscilloscope đến ngõ ra FWR r ồi sau đó Tín hiệu nào hoàn toàn không b ị ảnh hưở ng bở i nhiễu? 

Ngõ ra FWR 



Ngõ ra LP FILTER 



đến ngõ ra LP FILTER.

Không tín hi ệu nào

Trong ph ần tiế  p theo, chúng ta sẽ so sánh ảnh hưở ng của nhiễu đến hai khối SYNC DETECTOR và ASYNC DETECTOR khi đưa vào cùng m ột tín hiệu FSK. 22. Di chuyển jumper  ở  ngõ ra kh ối CHANNEL đến ngõ vào kh ối SYNC DETECTOR. Dùng dây dẫn nối ngõ vào kh ối SYNC DETECTOR vớ i ngõ vào kh ối BANDPASS (xem hình 7-27). 23. Kiểm tra chắc chắn r ằng ngõ ra kh ối BANDPASS đã đượ c nối vớ i ngõ vào kh ối ASYNC DETECTOR và kh ối SYNC DETECTOR đã đượ c cấu hình ở chế độ giải điều chế FSK.

7-12

 ̀     ̣

ướ 

ẫ  T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀ 7 

24. Vặn núm điều chỉnh NOISE tối đa theo ng ượ c chiều kim đồng h ồ. Di chuyển kênh 1 c ủa oscilloscope đến vị trí NRZ và kênh 2 đến vị trí ngõ ra SYNC DETECTOR.

Hình 7-27 25. Điều ch ỉnh núm vặn NEGATIVE SUPPLY trên bộ chân ngõ ra c ủa khối SYNC DETECTOR.

đế để phục h ồi tín hiệu NRZ ở 

26. Di chuyển kênh 2 đến ngõ ra c ủa khối ASYNC DETECTOR. 27. Điều ch ỉnh núm vặn NEGATIVE SUPPLY trên bộ chân ngõ ra c ủa khối ASYNC DETECTOR.

đế để phục h ồi tín hiệu NRZ ở 

28. Di chuyển kênh 1 đến ngõ ra của khối SYNC DETECTOR. Quan sát dao động ký khi vặn t ừ từ núm chỉnh NOISE theo chi ều kim đồng h ồ cho đến khi các xung nhi ễu vừa b ắt đầu xuất hiện trên một trong các tín hi ệu. 29. Xung nhiễu xuất hiện trên tín hi ệu nào tr ướ c? 



SYNC DETECTOR 

30. Vặn núm điều chỉnh NOISE hết mức theo chiều kim xuất hiện các xung nhi ễu? 



SYNC DETECTOR 

ASYNC DETECTOR 

đồng hồ. Trên tín hiệu nào có s ự

ASYNC DETECTOR 



Cả hai

31. Qua k ết quả thí nghiệm trên, ta th ấy cả hai bộ phát hi ện đồng b ộ và bất đồng bộ đều chịu ảnh hưở ng của nhiễu, nhưng bộ phát hiện đồng bộ có tính chống nhiễu tốt hơ n. Đó là do: 

Bộ lọc thông thấ p



Bộ so sánh pha



Bộ lọc thông d ải

Hình 7-28 32. Tháo tất cả các jumper và dây n ối ra khỏi mạch.

V. KẾT LUẬN  ___________________________________________________________________________   ___________________________________________________________________________   ___________________________________________________________________________   ___________________________________________________________________________ 

7-13

 ̀     ̣

ướ 

ẫ  T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀ 8

BÀI 8 

ANTENNA DIPOLE CƠ BẢN I. MỤC ĐÍCH Khi hoàn thành bài thí nghiệm, sinh viên có thể: 1. Mô tả hoạt động cơ bản của antenna dipole ngang. 2. Miêu tả các đặc tr ưng của antenna dipole thẳng đứng. 3. Phươ ng pháp xác định bướ c sóng trong không gian t ự do và trên đườ ng truyền Lecher.

II. THẢO LUẬN 1. Giớ i thiệu

Antenna là một bộ chuyển đổi dòng điện di chuyển ở  tần số cao thành sóng điện từ, hoặc ngượ c lại chuyển sóng điện từ thành dòng điện xoay chiều. Antenna có thể đượ c dùng để bức xạ năng lượ ng ra không gian, hoặc nhận năng lượ ng từ không gian. Antenna và đườ ng dây dẫn (feeder) đóng vai trò thiết bị ghép giữa các mạch điện tử và không khí. Các antenna tiế p xúc tr ực ti ế p v ớ i không gian bên ngoài còn feeder là b ộ phận giao tiế p giữa antenna vớ i mạch điện tử. Ngõ vào của feeder phải phối hợ  p tr ở  kháng vớ i máy phát, còn antenna phát nhận năng lượ ng từ máy phát qua feeder và bức xạ ra không gian.  Năng lượ ng truyền trong không gian vớ i vận tốc ánh sáng (3 x108m/s). Sự bức xạ năng lượ ng đượ c đặc tr ưng bở i t ần số hoạt động hoặc bướ c sóng của nó. Công thức sau biểu diễn sự liên hệ giữa tần số và bướ c sóng: λ  =

trong đó:

c  f 

λ : bướ c sóng có đơ n vị là m

f : tần số có đơ n vị là Hz c: tốc độ ánh sáng (300 x 106 m/s). 2. Truyền sóng vô tuyến Các nguyên tắc của b ức x ạ điện t ừ trong không gian đượ c b ắt nguồn t ừ lý thuết v ề tính cảm ứng của tr ườ ng điện từ. Tr ướ c tiên, tr ườ ng t ừ biến thiên tạo ra tr ườ ng điện biến thiên; và sau đó, tr ườ ng từ biến thiên này lại tạo ra dòng điện biến thiên. Quá trình cứ thế lặ p lại tạo thành sóng điện từ bao gồm hai phần: tr ườ ng điện (E) và tr ườ ng từ (H), chúng phụ thuộc lẫn nhau. Các tr ườ ng E và H luôn vuông góc vớ i nhau và vuống góc vớ i hướ ng truyền của sóng điện từ ra không gian. Hình 8-1 miêu t ả mối liên hệ giữa các tr ườ ng E và H v ớ i chiều c ủa sóng điện từ, đồng thờ i minh hoạ qui tắc bàn tay trái để xác định chiều của các sóng trong không gian.

8-1

 ̀     ̣

ướ 

ẫ  T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀ 8

 Hình 8.1. Tr ườ ng đ iện t ừ ,  qui t ắ c bàn tay trái

 Hình 8.2. S ự truyề n các sóng tr ực  giao E và H 

Các thành phần E và H của sóng RF cùng pha thờ i gian, nhưng lệch 900 về không gian. Chiều của E xác định tính phân cực của sóng. Hình 8-2 minh ho ạ sóng phân cực dọc. Nếu các thành  phần E và H đượ c xoay đi 90 0, ta nói sóng đượ c phân cực ngang. Cườ ng độ sóng đượ c xác định bằng cách đo cườ ng độ tr ườ ng điện E. 3. Sóng mặt đất và sóng không gian Dipole có thể đượ c định h ướ ng sau cho hai thanh song song v ớ i b ề mặt của trái đất, tr ườ ng hợ  p này gọi là dipole ngang, hoặc còn gọi là antenna Hertz. Hình 8-3 A là đồ thị bức x ạ của dipole vớ i công suất tậ p trung ở  mặt ph ẳng ngang và không có bức xạ theo hướ ng song song vớ i dipole. Hình 8-3 B là đồ thị bức xạ 3 chiều của dipole nói trên. Chiều dài thật sự của antenna nhỏ hơ n không đáng k ể so vớ i độ dài tín toán. Độ dài vật lý của antenna xấ p xỉ bằng 95% của độ dài lý thuyết. 8-2

 ̀     ̣

ướ 

ẫ  T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀ 8

 Hình 8.3. Hình ảnh hai chi ề u và ba chi ề u của dipole

Sự phân phối điện áp và dòng điện qua antenna đượ c minh hoạ trong hình 8-4. Chú ý r ằng tại tâm của dipole, dòng điện c ực đại (có ngh ĩ a điện tr ở  là nhỏ nhất) và tại đầu cu ối dipole điện áp là lớ n nhất (khi đó điện tr ở là lớ n nhất).

 Hình 8.4. S ự  phân bố  dòng và áp,λ  /2

4.

Điện trở  antenna

Điện tr ở  tại điểm cấ p điện (đượ c gọi là điện tr ở  bức xạ) của dipole vào khoảng 73Ω. Điện tr ở   bức x ạ của antenna là một đại lượ ng lý thuyết. Điện tr ở  bức xạ của antenna đượ c tính bằng công thức sau:  Rr  =

 P   I 2

Trong đó: P: là công suất của tr ườ ng điện từ (công suất bức xạ). I : Dòng antenna (giá tr ị hiệu dụng). R r  : Điện tr ở antenna. Điện tr ở  vào của antenna còn đượ c gọi là tr ở  kháng (Zi) antenna. Tr ở  kháng ngõ vào của antenna phụ thuộc vào nhiều yếu tố, như là độ cao antenna, vị trí điểm cấ p điện, và loại antenna. Antenna hoạt động giống như mạch cộng hưở ng mà tr ở  kháng ngõ vào tại tần số cộng hưở ng là điện tr ở  thuần. Trên tần số cộng hưở ng, antenna có tính cảm. Dướ i tần số cộng hưở ng, antenna có tính dung. Tr ở  kháng ngõ vào của antenna (Zi) ph ụ thuộc vào tần s ố hoạt động và độ dài antenna. Do đó, tr ở  kháng ngõ vào không thể biết chính xác, tr ở  kháng trung  bình của dipole vào khoảng 73-80Ω, phụ thuộc vào tần số hoạt động. 5. Tính thuận nghịch của antenna 8-3

 ̀     ̣

ướ 

ẫ  T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀ 8

Các antenna có tính thuận nghịch. Có ngh ĩ a là đồ thị bức xạ của antenna phát giống vớ i đồ thị độ nhạy của antenna đó khi đượ c dùng để thu sóng điện từ . 6. Đườ ng truyền Lecher

Đườ ng truyền Lecher là dây dẫn song song có thể đo đượ c bướ c sóng truyền trên đó, từ đó xác định t ần s ố bộ dao động c ủa máy phát. Đườ ng truyền Lecher là một đườ ng truyền sóng đượ c quy chuẩn. Độ dài của nó đượ c chọn để có sóng dừng (sẽ đượ c miêu tả chi tiết hơ n trong các bài thí nghiệm sau) và sử dụng để tiến hành đo bướ c sóng, thườ ng độ dài này khoảng từ 1/4 đến vài bướ c sóng. Khi dòng RF đi qua đườ ng truyền Lecher, dòng và áp s ẽ tạo thành sóng trên đườ ng dây, và khoảng cách giữa hai cực đại hoặc cực tiểu liên tiế p của sóng sẽ xác định b ướ c sóng của b ộ dao động. Hình 8-5A ch ỉ sóng dừng trên đườ ng dây khi đầu cuối của nó bị ngắn mạch: R = 0. Khi đó tại cuối đườ ng truyền, dòng điện là lớ n nhất và điện áp là nhỏ nhất. Trong hình 8-5B, điện áp ở  hai đầu điện tr ở  lớ n vô cùng là lớ n nhất và dòng là nhỏ nhất. Lý thuyết áp và dòng cực đại có thể dùng để đo bướ c sóng.

 Hình 8.5. Sóng d ừ ng trên đườ ng truyề n

Trên panel thí nghiệm có hai đườ ng dẫn song song nằm ở  mặt sau. Một thanh tr ượ t đượ c gắn vớ i mạch phát hiện và nối vớ i đồng hồ chỉ thị trên panel cho phép sinh viên xác định các điểm cực đại và cực tiểu dòng điện. Đườ ng truyền Lecher nối tớ i máy phát bằng cáp đồng tr ục. 2. Độ định hướ ng và độ lợ i antenna Antenna đẳng hướ ng đượ c sử dụng như một chuẩn để xác định độ lợ i của các loại antenna khác. Antenna đẳng h ướ ng không có tính định h ướ ng, các điểm trên bề mặt hình cầu đều có mức bức xạ bằng nhau. Vì antenna đẳng hướ ng bức xạ vớ i mật độ bằng nhau theo mọi hướ ng, do đó ngườ i ta định ngh ĩ a độ định hướ ng của antenna này có giá tr ị là 1, tức 0 dB. Phần lớ n các antenna đượ c thiết k ế để định hướ ng, hội tụ, hay tậ p trung công suất ở  một hướ ng xác định. Các antenna thực tế này có độ định hướ ng (D) lớ n hơ n 1. Ví dụ, dipole ngang chỉ tậ p trung năng lượ ng của nó trên hai hướ ng và do đó nó chứa mức năng lượ ng cao hơ n ở hai hướ ng này thay vì bức xạ vớ i cùng năng lượ ng bức xạ trên toàn bộ mặt cầu.

8-4

 ̀     ̣

ướ 

ẫ  T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀ 8

 Nếu antenna đẳng h ướ ng ng đượ c hi ệu ch c hỉnh sao cho nó b ức x ạ vớ i cùng một lượ ng ng công suất nhưng chỉ trên một ph ần mặt cầu (diện tích S) thay vì toàn b ộ hình cầu, khi đó do diện tích giảm nên mật độ công suất sẽ lớ n hơ n so vớ i antenna đẳng hướ ng. ng. Mật độ công suất (D) trong tr ườ  ng hợ  p này là: ườ ng Pdn =

Pt S

ng của antenna: Độ định hướ ng D=

Pdn Pdi

hoặc D = 10 lg

Pdi (dB) Pdn

Tóm lại, độ định h ướ ng ng c ủa một antenna đượ c định ngh ĩ a là tỷ số của m ật độ công suất b ức xạ của nó so vớ i mật độ công suất bức xạ của một antanna đẳng hướ ng ng có cùng công su ất  phát. Độ định hướ ng ng của antenna là thướ c đo cườ ng ng độ tr ườ  ng E. ườ ng Các antenna thườ ng ng có hiệu su ất nh ỏ hơ n 100%. Hiệu su ất c ủa antenna là tỷ số của toàn bộ công suất bức xạ bở i antenna so vớ i tổng công suất mà antenna nhận đượ c từ máy phát. Hiệu suất của antenna biến thiên từ 50% tớ i gần 100%. Các nhà k ỹ thuật đưa ra khái niệm độ lợ i của antenna giống như độ lợ i của mạch khuếch đại. Tuy nhiên, độ lợ i antenna chỉ sự tậ p trung năng lượ ng ng chứ không phải là khuếch đại năng lượ ng, ng, như trong tr ườ  ng hợ  p các bộ khuếch đại dùng transistor. Dướ i đây là công thức tính ườ ng độ lợ i tổng quát cho các antenna: g= trong đó:

4πA eff  λ2

A eff  : diện tích hiệu dụng của antenna λ

g

: bướ c sóng : độ lợ i antenna

g dB = 10 log10 g Cần nhắc lại r ằng antenna không làm t ăng công su ất bức xạ, nó chỉ tậ p trung công su ất, ngh ĩ a là làm t ăng m ật độ công suất phát. S ự tậ p trung tín hiệu này làm ta có c ảm t ưở ng ng có s ự tăng công suất trong máy phát.  Nếu antenna đượ c dùng để thu tín hi ệu thì công su ất ngõ vào máy thu b ằng mật độ công suất  bức xạ của tr ườ  ng nhân v ớ i diện tích mặt cắt của antenna thu. ườ ng

Độ rộng búp sóng chính - Đồ thị bứ c xạ Khái niệm độ r ộng b ức x ạ đượ c đề cậ p đối v ớ i các antenna t ậ p trung công su ất c ủa nó trong một búp sóng chính. Búp sóng đượ c xác định bằng kho ảng cách v ề góc giữa các điểm nửa công suất (3 dB). Trong hình 8-6, điểm nửa công suất n ằm ở  góc + 90. Do đó độ r ộng b ức x ạ là 180. 3.

8-5

 ̀     ̣

ướ 

ẫ  T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀ 8

 Hình 8.6.

Độ lợ i c ủa antenna có liên h ệ tr ực ti ế p v ớ i độ r ộng b ức x ạ của nó. Độ r ộng b ức x ạ càng hẹ p, công suất định hướ ng ng trong búp sóng chính càng l ớ n. n. Độ r ộng bức xạ phụ thuộc nhiều vào ứng d ụng thực t ế của antenna. M ột s ố các antenna, ch ẳng h ạn các antenna s ử dụng trong vô tuyến và truy ền hình, có th ể truyền năng lượ ng ng trong toàn b ộ 3600 trong khi antenna radar có ng là đĩ a độ r ộng chùm b ức xạ từ 1 tớ i 30. Kiểu bức xạ này cho phép antenna radar (th ườ ng  parabolic) h ướ ng ng tớ i điểm mục tiêu trong không gian. Đồ thị bức xạ thườ ng ng đượ c vẽ trên biểu đồ cực như hình 8-6. 4. Các antenna th ẳng đứ ng ng vớ i mặt phẳng đất Phần trên đã giớ i thiệu antenna dipole phân c ực ngang. Trong ph ần này ta l ại khảo sát các antenna phân c ực dọc (thẳng đứng). Bảng 8-1 so sánh các ưu điểm của hai lo ại antenna này. Ư u điểm của phân cự c thẳng đứ ng ng

Ư u điểm của phân cự c ngang

1. Đồ thị bức xạ đa hướ ng, ng, có th ể phủ 3600

1. Đồ thị bức xạ lưỡ ng ng hướ ng ng

2. Khi độ cao antenna đượ c giớ i hạn nhỏ 2. Ít bị ảnh hưở ng ng bở i can nhiễu do con hơ n 3m, ví d ụ hệ thống thông tin di động, ngườ i gây ra có thể thu các tín hi ệu m ạnh t ớ i t ần s ố trên 50MHz. 3. Các tín hi ệu làm việc tốt hơ n ở  độ cao 3. Hoạt động t ốt h ơ n ở  vùng r ừng r ậm, đặc trên 12m trên m ặt nướ c biển và ở các tần số  biệt là ở tần số trên 100 MHz nhỏ hơ n 100 MHz. 4. Các tín hi ệu ít bị ảnh h ưở ng ng b ở i s ự phản 4. Thay đổi nhỏ vị trí antenna không ảnh xạ từ máy bay hưở ng ng đáng k ể đến đồ thị bức xạ khi antenna ở  giữa r ừng cây hay g ần các tòa nhà cao t ầng 5.Giao thoa ít, các h ệ thống VHF, UHF, 5. Loại antenna này thích h ợ  p v ớ i các dạng TV, FM, ph ần lớ n đều sử dụng phân c ực điều chế phức tạ p ngang.

8-6

 ̀     ̣

ướ 

ẫ  T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀ 8 6. Đườ ng ng truy ền thườ ng ng thẳng đứng. Khi antenna ở  góc thích h ợ  p vớ i đườ ng ng truy ền, nhiễu xuất hiện bở i đườ ng ng truy ền nằm trong phạm vi tr ườ  ng của antenna. ườ ng

 Bảng 8-1

Hình 8-7 minh ho ạ dipole thẳng đứng vớ i mặt phẳng đất. Có thể thấy dipole phát b ức xạ theo dạng hình tròn, thích h ợ  p v ớ i thông tin di động, nhưng có r ất ít hoặc không có b ức x ạ ở  phía trên dipole .

 Hình 8.7.

Hình 8-8 minh ho ạ một dipole th ẳng đứng v ớ i n ăng l ượ ng ng b ức x ạ tr ực ti ế p t ừ dipole và n ăng lượ ng ng phản x ạ từ mặt ph ẳng đất. Chú ý r ằng n ăng l ượ ng ng phản x ạ có thể xem như là k ết qu ả  bức xạ của ảnh của dipole 1/4 b ướ c sóngqua m ặt phẳng đất. Nếu antenna đượ c dùng để truyền AM quảng bá, khi đó 1/4 b ướ c sóng trên m ặt đất k ết h ợ  p v ớ i ảnh của nó, tức là dipole ¼ b ướ c sóng d ướ i m ặt đất, t ạo thành 1/2 hay 5/8 chi ều dài bướ c sóng. S ự bức x ạ từ antenna loại này r ất mạnh trong vùng sóng m ặt đất xung quanh dipole.V ớ i antenna này, dòng điện đạt cực đại g ần m ặt ph ẳng đất. Rõ ràng, tr ở  ở  kháng fider c ủa ki ểu antenna này ph ải nh ỏ hơ n c ủa dipole ngang (kho ảng 73Ω).

 Hình 8.8. Dipole th ẳ ng ng và mặt phẳ ng  ng đấ t  t 

8-7

 ̀     ̣

ướ 

ẫ  T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀ 8

Antenna dipole th ẳng đứng còn gọi là antenna Marconi, trong antenna phân c ực ngang đượ c gọi là antenna Hertz. Thanh phản xạ và cột kim loại đượ c gắn chặt vớ i nhau và sóng ch ỉ phản xạ trên thanh này. Cột và các v ật thể kim loại khác nằm dướ i mặt phẳng mặt đất đượ c đặt cách xa antenna. Ph ần tử antenna lái có chi ều dài 1/4 bướ c sóng và thanh ph ản xạ dài hơ n 5% so v ớ i phần tử antenna lái. M ột đườ ng truy ền 50Ω có vỏ bọc đượ c dùng để truyền năng lượ ng RF. Chiều dài thanh antenna trung tâm c ũng có th ể có các giá tr ị khác ngoài giá tr ị 1/4 bướ c sóng. Hình 8-9 mô t ả các đồ thị bức x ạ ứng v ớ i các chi ều dài khác nhau c ủa antenna. Chú ý r ằng antenna có chi ều dài 1/2 b ướ c sóng sẽ có một búp sóng trung tâm m ạnh và các búp sóng  phụ hai bên. Antenna này thích h ợ  p cho các máy bay t ầm thấ p. Các antenna th ẳng thườ ng s ử dụng trong thông tin di động. Mặt ph ẳng đất có thể là m ặt đất, hay bề mặt phươ ng tiện truyền tải, hay mặt phẳng đất nhân tạo làm từ các thanh kim lo ại. Trên panel thí nghi ệm, m ặt phẳng đất làm từ bảng mạch in. Đồ thị bức xạ của antenna mặt  phẳng đất có dạng tròn, đượ c phân cực thẳng đứng, và có độ nhạy thấ p ở  hướ ng phía trên antenna.

 Hình 8.9. Dipole th ẳ ng đứ ng vớ i các độ cao khác nhau so v ớ i mặt đấ t, có k ể đế n sự  phản xạ t ừ  mặt đấ t 

8-8

 ̀     ̣

ướ 

ẫ  T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀ 8

Điện tr ở  bức x ạ của antenna th ẳng chiều dài λ/4 bằng một nửa điện tr ở  bức xạ của antenna   bán sóng, xấ p xỉ bằng 36.5 Ω. Dipole dọc thườ ng đượ c cấ  p tín hiệu bở i cáp đồng tr ục tr ở  kháng 50Ω.

III. YÊU CẦU THIẾT BỊ Chân đế cấ p ngu ồn

S300PSB

Panel antenna

SIP360A

Cột antenna Antenna dipole ngang

SIP360 – 1 SIP360 – 2

Thanh ph ản xạ antenna

SIP360 – 5

Đồng hồ đo cườ ng độ tr ườ ng Cáp, RG – 58 (30cm), BNC/BNC Đồ thị cột chia cực Tape Measure Cáp, phích c ấm nhỏ 10” tớ i các phích c ấm banana

SIP360 – 6 SIP360 – 7 SIP360 – 9 SIP360 – 10 SIP360 – 11

IV. TIẾN TRÌNH THÍ NGHIỆM Trong các đo đạc sau, antenna phát s ẽ đượ c đặt trên bảng cách xa các thi ết bị gây  phản x ạ sóng vô tuy ến. Ví dụ, dao động ký s ẽ đượ c đặt cách antenna ít nh ất là 1,2m. B ất k ỳ vật thể kim loại nào đặt gần antenna s ẽ làm thay đổi hình d ạng bức xạ. Chú ý:

Hai đầu cắm song song có s ẵn trên đồng hồ đo cườ ng độ tr ườ ng. Một đượ c nối tớ i DMM (vạn năng k ế số). 1.  Nối cột antenna t ớ i panel antenna. G ắn antenna dipole ngang lên đỉnh c ột. G ắn panel vào  bộ chân đế và thiết lậ p điện áp điêù khiển âm –10 VDC (có th ể thay đổi giữa –5 và -16 V DC). 2. Ở khoảng cách 1-2m so v ớ i antenna phát, gi ữ antenna đo c ườ ng độ tr ườ ng (antenna thu) sao cho dipole c ủa nó song song v ớ i antenna phát. Di chuy ển antenna thu đến gần hoặc xa antenna phát để kim chỉ thị nằm ở khoảng giữa tầm. Chỉnh độ nhạy đồng hồ nếu cần. Đo phân cực 3. Trong khi antenna đo c ườ ng độ tr ườ ng song song v ớ i antenna phát và đồng h ồ đo đượ c đặt gi ữa t ầm, kiểm tra tính phân c ực c ủa antenna phát b ằng cách xoay dipole đo tr ườ ng b ức xạ để cho nó th ẳng g ốc v ớ i sàn nhà. Lúc này, v ớ i antenna phát song song v ớ i sàn và antenna đo cườ ng độ tr ườ ng thẳng g ốc vớ i sàn, đồng hồ đo cườ ng độ tr ườ ng sẽ chỉ thị 0. Đặt đồng h ồ đo cườ ng độ tr ườ ng về vị trí song song nh ư cũ và cố gắng di chuy ển nó g ần hơ n về phía antenna phát. Chú ý r ằng khi đồng hồ đo cườ ng độ tr ườ ng song song v ớ i antenna phát, tín hiệu nhận đượ c sẽ mạnh hơ n. Tiến hành đo cả hai mặt tr ướ c và sau c ủa antenna phát, quan sát hiện tượ ng xảy ra. 4. Kiểm tra tính phân c ực bằng cách b ằng cách xoay antenna đo cườ ng độ tr ườ ng sao cho nó thẳng g ốc v ớ i antenna phát. Đầu antenna thu h ướ ng đến điểm gi ữa của dipole phát. Quan sát số chỉ trên đồng hồ. 5. Sự phân cực c ủa antenna phát đượ c xác định theo hướ ng c ủa tr ườ ng E, trong tr ườ ng h ợ  p này tr ườ ng E là . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . so v ớ i sàn.

8-9

 ̀     ̣

ướ 

ẫ  T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀ 8

6. Từ sự quan sát của bạn, ghi l ại sự phân cực của antenna phát. Nó đượ c phân cực ngang . . . . . . . . . . . . . . hay phân c ực dọc. . . . . . . . . . . ?

Đo đồ thị bức xạ 7. Đặt antenna phát sao cho b ức xạ theo hướ ng 0. Gắn đĩ a tròn có v ạch chia độ lên đỉnh antenna. Đặt đồng h ồ đo c ườ ng độ tr ườ ng cách 150 cm và n ối đồng h ồ vạn n ăng s ố tớ i đồng hồ (dùng cáp 10” ch ứa phích c ắm nhỏ và 2 phích c ắm banana). Đặt volt-k ế số ở  tầm DC mV. Đặt điện áp điều khiển trên bộ chân đế cấ p nguồn xấ p xỉ ở  –5 VDC. Điều này cho phép đồng hồ đo cườ ng độ tr ườ ng di chuy ển gần tớ i antenna phát. 8. Dướ i dipole phát là m ột bộ phận đượ c gọi là balun. B ộ phận này có th ể di chuy ển lên xuống c ột, và đượ c dùng để khử bức x ạ ra ngoài cột do đườ ng truyền b ất đối x ứng đượ c n ối tớ i antenna đối xứng. Để giảm thiểu bức xạ ngoài này, đẩy balun lên đỉnh cột và cố định bằng ốc. Không nên si ết quá chặt. 9. Đặt đồng h ồ đo c ườ ng độ tr ườ ng và đồng h ồ vạn n ăng để đồng h ồ vạn n ăng chỉ 100 mV khi đồng hồ đo cườ ng độ tr ườ ng song song v ớ i antenna phát. Nên chú ý r ằng antenna trên đồng h ồ đo cườ ng độ tr ườ ng đượ c tách đôi ở  giữa. Thanh th ứ hai là một bộ phản xạ, nó giảm sự phản xạ từ cơ thể ngườ i làm thí nghi ệm. 10. Bắt đầu vớ i antenna phát đặt ở  hướ ng 0 độ và volt-k ế số chỉ thị 100 mV. Xoay antenna  phát theo t ừng bướ c 100 (xem bảng 8-2). Trong quá trình thí nghi ệm sinh viên có th ể quan sát thay đổi lớ n nhất xuất hiện khi antenna phát xoay kho ảng 300 đến 400 đầu tiên. Điền vào b ảng 8-2 các giá tr ị đọc đượ c. Chú ý: ng ườ i làm thí nghi ệm phải đứng cách antenna phát ít nh ất 1,2m- 1,5m. B ất cứ bộ phận c ơ  thể nào ở  gần anrenna c ũng sẽ làm thay đổi cườ ng độ và hình dáng bức xạ. Khi ngườ i thí nghiệm đứng thẳng góc vớ i đầu cuối antenna phát thí s ự ảnh hưở ng này sẽ là nhỏ nhất. Lần lượ t xoay antenna đủ 3600 và hoàn t ất bảng 8.2. Chú ý r ằng các búp sóng không đối xứng hoàn toàn vì antenna có th ể không cân b ằng hoàn toàn v ớ i đườ ng truyền hoặc do sự phản xạ. Độ

Độ

DMM

0

360

10

350

20

340

30

330

40

320

50

310

60

300

75

285

90

270

105

255

130

240

140

230

150

220

160

210

170

200

180

190

8-10

DMM

 ̀     ̣

ướ 

ẫ  T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀ 8

 Bảng 8.2. Dữ  li ệu dipole antenna

11. Dùng dữ liệu đo đượ c tích luỹ trong bảng 8-2, v ẽ dữ liệu lên biểu đồ cực (có mẫu ở  phần  phụ lục). Đầu tiên vẽ đồ thị bằng bút chì ( để dễ thay đổi khi cần thiết). Khi đồ thị hoàn thành, vẽ lại bằng bút màu. Trên cùng b ản đồ này, ta sẽ vẽ hai đồ thị bức xạ. Do đó nên v ẽ bằng các màu mực khác nhau. 12. Hình dạng của đồ thị bức xạ như thế nào? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Tần số và bước sóng 13. Trong tiến trình sau, sinh viên s ẽ quan sát kho ảng cách gi ữa hai điểm cực đại liên tiế p hay giữa hai c ực ti ểu liên tiế p trong không gian. T ại các điểm này, cườ ng độ bức x ạ tr ườ ng t ăng tớ i điểm cực đại hay giảm tớ i giá tr ị cực tiểu. Khoảng cách gi ữa hai điểm bằng 1/2 bướ c sóng tại tần số hoạt động.

 Hình 8.10. Các antenna và b ộ dao động để đ o sóng d ừ ng 

14. Xác định b ướ c sóng của sóng bức xạ bằng cách đặt dipole thu đối mặt v ớ i antenna phát như trong hình 8-10. Đồng hồ đo cườ ng độ tr ườ ng chỉ thị 10mA. Điều này cho th ấy một phần năng lượ ng từ antenna phát đượ c dipole đo cườ ng độ tr ườ ng thu nhận. 15. Giữ thanh phản xạ ở cùng mặt phẳng vớ i antenna phát và dipole c ủa đồng hồ đo cườ ng độ tr ườ ng. Thanh ph ản xạ đượ c đặt ở điểm giữa của đườ ng nối giữa antenna phát và thu. Khi thanh ph ản xạ đượ c di chuy ển về gần hay ra xa 2 hai antenna, đồng hồ dòng s ẽ tăng hay gi ảm tươ ng ứng. Cố gắng giữ cơ  thể bạn không di chuy ển trong su ốt các phép đo này, do các b ộ  phận cơ  thể có thể tạo ra sự phản xạ sóng một cách không mong mu ốn làm thay đổi số chỉ đồng hồ. Điều chỉnh góc c ủa bộ phản xạ để tr ị số dòng đọc đượ c là lớ n nhất. 16. Quan sát đồng hồ đo cườ ng độ tr ườ ng khi thanh ph ản xạ đượ c di chuy ển gần hoặc xa máy  phát. Di chuyển nhanh thanh ph ản xạ từ sau ra tr ướ c, kim đồng hồ dòng s ẽ di chuyển lên xuống. Bắt đầu từ khoảng cách x ấ p xỉ 1m, di chuy ển thanh ph ản xạ về phía 2 antenna cho t ớ i khi giá tr ị quan sát đượ c là l ớ n nh ất. Một sinh viên khác đặt tay mình ở  vị trí giá tr ị đọc đượ c lớ n nhất. Tiế p tục di chuy ển thanh ph ản x ạ cho tớ i khi đạt tớ i v ị trí cực đại thứ hai, và m ột sinh viên khác đặt tay th ứ hai của mình ở vị trí ứng vớ i giá tr ị đọc thứ hai này.

8-11

 ̀     ̣

ướ 

ẫ  T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀ 8

Theo lý thuy ết khoảng cách gi ữa hai giá tr ị đọc (khoảng cách gi ữa hai tay) s ẽ là độ dài của dipole thu c ủa đồng hồ đo cườ ng độ tr ườ ng. Đặt dipole gi ữa hai tay và quan sát xem các khoảng cách có b ằng nhau hay không. 17. Giá tr ị đọc đượ c có th ể xem như đượ c đo trong không gian t ự do, mặc dù trong th ực tế điều này không đúng do s ự phản xạtừ mặt bàn, các vùng xung quanh, các b ức tườ ng thẳng đứng, các thi ết b ị kim loại, và từ cơ  thể của ngườ i ti ến hành thí nghi ệm. Không xét đến các yếu tố này, hãy xác định giá tr ị 1/2 bướ c sóng và toàn b ướ c sóng của các sóng đứng t ừ 2 giá tr ị đọc đượ c.  Nửa bướ c sóng = . . . . . . . . . . . . . . Toàn bướ c sóng = . . . . . . . . . . . . . .  Nên lặ p lại phép đo 2 hoặc 3 lần để giá tr ị đọc chính xác h ơ n. 18. Từ công thức (1-1), tính t ần số máy phát theo MHz: . . . . . . . . . . . . . MHz.

Bước sóng trên đường truyền Lecher  19. Tháo cột antenna và dipole ngang, và n ối cáp đồng tr ục BNC giữa máy phát và đầu c ắm trên mặt của panel. Đièu chỉnh con ch ạy trên panel đượ c đồng thờ i quan sát đồng hồ trên  panel và chỉnh núm v ặn để kim chỉ thị toàn tầm đo. Di chuy ển con chạy t ớ i lui sao cho kim đồng hồ ở vạch lớ n nh ất tại các đỉnh hoặc ở các vị trí null. Không đượ c để kim vượ t quá vạch cực đại khi đo. Điều chỉnh núm chi ết áp nếu cần trong khi di chuy ển bộ phát hiện trên đườ ng truyền Lecher. 20. Sóng dừng trên đườ ng truyền Lecher đang đượ c đo bằng cách di chuy ển vòng antenna (có  bộ chỉnh l ưu) d ọc theo đườ ng truyền . Giữa giá tr ị 0 và giá tr ị toàn tầm s ẽ xuất hi ện hai cực tiểu. Bắt đầu từ vị trí toàn tầm và di chuy ển về phía zero cho t ớ i khi đượ c giá tr ị nhỏ nhất. Ghi lại vị trí hai v ị trí cực tiểu liền nhau: . . . . . . . . . cm, . . . . . . . . . . . cm. Trong quá trình d ịch chuyển này thì ta c ũng quan sát đượ c các vị trí đỉnh. 21. Khoảng cách gi ữa hai vị trí null chính là 1/2 b ướ c sóng trên đườ ng truyền Lecher, ghi l ại khoảng cách gi ữa hai vị trí null: . . . . . . . . . . cm. 22. 1/2 bướ c sóng đo trên đườ ng truy ền Lecher dài h ơ n hay ngắn hơ n nửa bướ c sóng đo trong không gian t ự do? . . . . . . . . . . Chú ý: năng l ượ ng điện tr ườ ng thay đổi v ận t ốc c ủa nó khi đi qua các môi tr ườ ng khác nhau trong không gian c ũng như trên các đườ ng truy ền. V ấn đề này sẽ đượ c kh ảo sát trong bài thí nghiệm 9: “Các đườ ng truyề n sóng”. 23. Hệ số truyền, còn g ọi là hệ số vận tốc, của năng lượ ng có th ể đượ c tính toán b ằng cách tính tỷ số của độ dài sóng dừng trên đườ ng truy ền Lecher và ½ b ướ c sóng trong không gian tự do. Tiến hành tính toán và ghi l ại hệ số truyền. . . . . . . . . . . . . Chú ý: Ví dụ, nếu hệ số vận tốc là 0.85, v ận tốc truyền năng lượ ng gi ảm xuống còn 255 x 10 6 m/s (0.85 x 300 x 10 6). 24. Nếu giá tr ị đo trên đườ ng truy ền Lecher  đượ c sử dụng để tính toán b ướ c sóng và t ần s ố của máy phát thì giá tr ị tần số tính đượ c có gi ống hoàn toàn v ớ i tần số máy phát ? . . . . . . . . . Antenna dipole thẳng đứng với mặt phẳng đất Một antenna thẳng đứng có tính phân c ực dọc và cườ ng độ bức xạ bằng nhau theo các h ướ ng chung quanh (0-360 0). Ngượ c lại, công su ất bức xạ theo hướ ng thẳng đứng (hướ ng của antenna) là nh ỏ nhất.

8-12

 ̀     ̣

ướ 

ẫ  T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀ 8

25. Kiểm chứng l ại các phát bi ểu trên. Đặt antenna và bi ểu đồ phân cực lên đỉnh cột. Chỉ gắn antenna mà không g ắn bộ phản xạ. 26. Điều chỉnh đồng hồ đo cườ ng độ tr ườ ng sao cho dipole thu song song v ớ i dipole thẳng đứng. Bắt đầu tại 00 và duy trì dòng đồng hồ đo cườ ng độ tr ườ ng ở  khoảng 50% thang đo trong khi di chuy ển đồng h ồ đo c ườ ng độ tr ườ ng 300 xung quanh antenna. C ườ ng độ tr ườ ng có thay đổi khi di chuy ển đồng hồ đo trên một vòng tròn xung quanh antenna phát? 27. Di chuyển đồng h ồ đo c ườ ng độ tr ườ ng lên phía trên antenna phát sao cho đầu cu ối của dipole cườ ng độ tr ườ ng n ằm trên đườ ng thẳng chứa dipole b ức x ạ (hai dipole cùng n ằm trên một đườ ng thẳng). Th ử điều chỉnh sao cho kim đồng h ồ nằm ở  giữa tầm. Dòng điện tr ườ ng ở  vị trí này mạnh hơ n hay y ếu hơ n so vớ i xung quanh antenna ? 28. So sánh dipole th ẳng đứng vớ i dipole ngang và xác định antenna nào có độ lợ i lớ n hơ n.  _________________________________________________________________________. 29. Tại vị trí 00, đo khoảng cách gi ữa antenna d ọc và đồng h ồ đo cườ ng độ tr ườ ng khi kim đồng hồ ở giữa thang. Ghi l ại khoảng cách này: ________________ cm. 30. Tháo dipole th ẳng và thay b ằng dipole ngang. Gi ữ đồng hồ đo cườ ng độ tr ườ ng để dipole của nó song song v ớ i antenna phát và ch ỉnh kho ảng cách gi ữa hai antenna sao cho kim đồng hồ ở giữa tầm. Ghi lại khoảng cách gi ữa hai phần tử này: ___________________ cm. 31. Từ các phép đo trên dipole d ọc và ngang, cho bi ết antenna nào có độ lợ i lớ n hơ n?  ________________________________________________________________________  32. Tỷ số của hai kho ảng cách đo đượ c? __________________________. 33. Tính độ lợ i theo dB c ủa dipole ngang so v ớ i dipole dọc? __________________ dB. 34. Sự tăng độ lợ i thêm ________ dB t ươ ng đươ ng vớ i việc t ăng g ấ p đôi công su ất ngõ ra máy phát.

Antenna dipole dọc và bộ phản xạ Trong ph ần thí nghi ệm này sinh viên s ẽ khảo sát antenna d ọc có gắn thêm bộ phản xạ (tức mặt phẳng đất). Vớ i bộ phản xạ, độ lợ i antenna sẽ tăng lên ở một hướ ng xác định. 35. Tr ướ c khi thêm vào thanh ph ản x ạ, đặt đồng h ồ đo tr ườ ng (xấ p x ỉ 75 cm t ừ máy phát) và  phân cực dọc cho nó. Ch ỉnh dòng điện tớ i giá tr ị 25μA. Đây là điểm bắt đầu. Ghi l ại vị trí bắt đầu của đồng hồ: _______________ cm. 36. Gắn thanh ph ản xạ vào antenna và đặt thanh ph ản xạ sao cho nó ở đối diện 1800 vớ i đồng hồ đo c ườ ng độ tr ườ ng. Antenna s ẽ tậ p trung công su ất của nó theo h ướ ng đến đồng h ồ. C ẩn thận b ở i vì cườ ng độ tr ườ ng l ớ n có thể làm hỏng đồng h ồ. Di chuy ển đồng h ồ ra xa cho t ớ i khi tr ị số đồng hồ đọc đượ c lại là 25 μA. Ghi lại khoảng cách mớ i: _________________ cm. 37. Tính sự tăng độ lợ i công suất định hướ ng từ tỷ số của hai độ dài: ________________dB. 38. Tính độ lợ i công su ất antenna b ằng cách so sánh t ỷ số công suất ở  các hướ ng thuận và nghịch (vẫn duy trì dòng điện ở  25μA). Sử dụng khoảng cách đo đượ c ở  bướ c 12 để đặc tr ưng cho công su ất ở  hướ ng thuận. Sau đó xoay antenna sau cho b ộ phản x ạ nằm cùng phía vớ i đồng hồ đo cườ ng độ tr ườ ng. Di chuy ển đồng hồ đến gần bộ phản xạ cho tớ i khi kim đồng hồ lại chỉ 25μA. Ghi lại khoảng cách này ( ứng vớ i công suất theo hướ ng nghịch), và tính độ lợ i antenna t ừ tỷ số khoảng cách thu ận – ngh ịch: _________________ cm. AG = _____________.

8-13

 ̀     ̣

ướ 

ẫ  T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀ 8

39. Lúc đầu antenna dipole d ọc có đồ thị bức x ạ hình tròn, còn bây gi ờ đồ thị bức x ạ của nó đã có tính định h ướ ng. Xác định độ r ộng c ủa búp sóng chính ( độ r ộng b ức x ạ). Đặt đồng h ồ đo như trong bướ c 12, vớ i dòng điện là 25 μA. Di chuy ển đồng hồ đến gần antenna cho t ớ i khi dòng t ăng gấ p đôi (3 dB). Sau đó di chuy ển đồng hồ sang phải cho tớ i khi dòng r ớt  xuống còn 25μA, ghi lại góc lệch: _______________  độ.

Đưa đồng h ồ tr ở  lại vị trí trung tâm và sau đó di chuy ển sang trái cho t ớ i khi đạt đượ c tr ị số 25μA lần nữa. Ghi lại góc lệch cho tr ườ ng hợ  p này và t ừ đó suy ra độ r ộng bức xạ. Góc lệch = ________________  Độ r ộng bức xạ = ___________  40. Bộ phản x ạ và hai thanh ph ản x ạ tạo nên sự định h ướ ng tia tớ i h ướ ng lên phía trên. Ti ến hành quan sát c ườ ng độ chùm bức xạ trong mặt phẳng thẳng đứng. Đặt đồng hồ như trong  bướ c 12 (x ấ p xỉ 200 cm) và ở đằng sau bộ phản x ạ. Xoay từ từ mặt phẳng đất bằng cách dịch thanh phản xạ. Khi dịch về phía tr ướ c (cùng phía v ớ i đồng hồ), hãy quan sát dòng điện chỉ thị trên đồng hồ. Hiện tượ ng gì xảy ra ? _____________________________________________. Kiểm tra lại tr ườ ng này b ằng cách di chuy ển mặt ph ẳng đất theo hướ ng n ằm ngang và đồng hồ nằm trong mặt phẳng thẳng đứng. Quan sát xem độ lợ i tăng lên bao nhiêu. Chú ý: Chiều dài của b ộ phản x ạ thay đổi theo độ dài hai thanh ph ản x ạ. Các thanh ph ản x ạ càng ngắn, bộ phản xạ càng dài. B ộ phản xạ dài hơ n 13% so v ớ i chiều dài thanh antenna.

V. KẾT LUẬN

 ______________________________________________________________   ______________________________________________________________   ______________________________________________________________   ______________________________________________________________   ______________________________________________________________ 

8-14

 ̀     ̣

ướ 

ẫ  T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀ 9

BÀI 9 

CÁC ĐƯỜ NG TRUYỀN SÓNG I. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM Trong bài thí nghi ệm này, sinh viên s ẽ làm quen v ớ i các đặc tính chung c ủa đườ ng truyền và so sánh chúng v ớ i các antenna. Các sóng d ừng trên đườ ng truyền Lecher cũng s ẽ đượ c kh ảo sát, cùng vớ i sự thay đổi vận tốc truyền năng lượ ng trong các môi tr ườ ng khác nhau. Hoàn thành bài thí nghi ệm này, sinh viên có th ể hiểu đượ c: 1.  Năng lượ ng đượ c truyền giữa máy phát và antenna nh ư thế nào. 2. Các tổn hao gây nên b ở i đườ ng truyền. 3.  Những điểm khác nhau c ơ  bản giữa tr ở  kháng các lo ại antenna khác nhau và các truyền.

đườ ng

II. THẢO LUẬN

1. Các nguyên tắc chung Bài thí nghiệm 7 nh ấn mạnh đến các antenna dipole. Tuy nhiên có m ột phần tử cũng quan tr ọng không kém, đó là các đườ ng truyền dùng để truyền năng lượ ng giữa máy phát và antenna hoặc giữa antenna và máy thu. Đườ ng truyền hoạt động như một k ết nối giữa hai  phần tử đầu cuối, và mục tiêu của ngườ i thiết k ế là phải tối thiểu hoá tổn hao trên đườ ng truyền. Các đặc tính của đườ ng truyền đượ c xác định b ở i độ dài của nó, kích th ướ c c ủa dây dẫn, và vật liệu điện môi đượ c s ử dụng giữa các dây d ẫn. Các tính ch ất v ật lý này xác định các đặc tính điện của đườ ng dây. Các đặc tính điện này bao g ồm điện dung gi ữa các đườ ng dây, điện cảm của đườ ng dây, điện tr ở  của dây, ... đượ c phân b ố trên toàn bộ chiều dài dây dẫn. Các đườ ng truy ền đượ c làm bằng cáp đồng tr ục ho ặc là dây song hành có điện tr ở  hay tr ở  kháng  biến thiên trong kho ảng từ 50Ω tớ i trên 600Ω. Có r ất nhiều loại cáp chuẩn đượ c sản xuất, trong đó ba giá tr ị tr ở kháng đườ ng truyền thông dụng là 50Ω, 75Ω, và 300Ω.  Như vậy, một đườ ng truy ền sóng có thể đượ c xem như một chuỗi nối tiế p các cuộn dây, điện tr ở,  và điện dung nh ư minh hoạ ở hình 9-1.

 Hình 9.1.  Đườ ng tryề n sóng – mô hình t ươ ng đươ ng 

2. Vận tốc (Các hệ số truyền) 6

Sóng điện từ truyền trong không gian t ự do vớ i vận tốc 300 x 10 m/s. Trong b ất cứ môi tr ườ ng truy ền khác, ví dụ cáp đồng tr ục hay cápplastic,vận t ốc truyền đều ch ậm h ơ n. N ăng 9-1

 ̀     ̣

ướ 

ẫ  T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀ 9

lượ ng trên đườ ng truy ền th ườ ng truy ền trên b ề mặt đườ ng dây, trong khi dòng DC th ườ ng truyền qua lõi cáp. Trong m ột số ứng d ụng, DC có th ể đượ c truyền lên antenna và đượ c sử dụng để điều khiển relay antenna, trong khi n ăng l ượ ng RF truy ền từ antenna xu ống đườ ng dây tớ i máy thu. Ph ải có lớ   p b ảo v ệ để ngăn dòng DC ng ắn m ạch các cuộn dây của antenna hay các biến áp. Phươ ng trình sau cho phép tính th ờ i gian cần thiết để năng lượ ng truyền hết đườ ng dây:

t  s =

 L c

Trong đó: tS : thờ i gian truy ền tính bằng s L : chiều dài của cáp tính b ằng m c : vận tốc truyền năng lượ ng trong không gian t ự do, bằng 300 x 10 6 m/s. Khi tần s ố truyền n ăng l ượ ng t ăng thì cảm kháng c ủa đườ ng dây càng t ăng và t ổn hao càng lớ n. Sự tổn hao gây b ở i điện dung và điện cảm cùng v ớ i tổn hao điện tr ở  sẽ làm tăng thờ i gian truy ền.  Ngườ i ta phân bi ệt hai loại đườ ng truy ền: cân bằng và không cân b ằng. Ở đườ ng truyền cân 0  bằng, năng l ượ ng ở  mỗi đườ ng dây ng ượ c pha nhau 180 , k ết qu ả là các tr ườ ng gây b ở i hai dây này trung hoà l ẫn nhau. Ở đườ ng truyền không cân b ằng, một đườ ng đượ c nối đất còn đườ ng kia dẫn năng lượ ng RF, ví d ụ: cáp đồng tr ục.

Đườ ng truyền plastic đượ c sử dụng trong ch ế tạo cable máy thu hình hay máy thu FM là m ột ví dụ về đườ ng truy ền cân b ằng. Tuy nhiên, đườ ng truy ền cân b ằng đượ c nối tớ i điểm gi ữa của nhiều dipole λ/2 có giá tr ị tr ở  kháng từ 73 t ớ i 75Ω. Điện tr ở đặc tính của đườ ng truyền cân bằng vớ i điện môi không khí đượ c xác định bở i công thức:  Z o = 276 log

d  r 

Trong đó: Zo tr ở kháng tính b ằng Ω d là khoảng cách giữa hai dây d ẫn r là đườ ng kính dây Khi dùng điện môi là v ật liệu plastic có hằng số điện môi ε, công th ức tr ở thành:

 Z o =

276 ε 

log

d  r 

Trong ph ần 9-7 ta s ẽ thấy khoảng cách giữa các dây d ẫn và vật liệu điện môi ảnh hưở ng đến tr ở kháng đườ ng truyền.

đượ c sử dụng sẽ

 Như đã đề cậ p ở  trên, vận tốc truyền trên các đườ ng truyền sóng thườ ng chậm hơ n so v ớ i trong không gian t ự do. Mối liên hệ giữa sự truyền sóng trên đườ ng truy ền và trong không gian tự do đượ c cho bở i công thức: λ  L =

cV   F  MHz

Trong đó:

9-2

 ̀     ̣

ướ 

ẫ  T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀ 9

λ L là bướ c sóng đườ ng dây, bằng m c vận tốc ánh sáng, b ằng m/s V hệ số vận tốc của môi tr ườ ng Bảng 9-1 bao g ồm danh mục các loại cáp khác nhau và tr ở kháng đặc tính của nó

Loại cáp

Trở kháng

Hai dây hở 

Zo = 75 -500W

Hai dây cách ly

Zo = 300W

Cable song hành có vỏ bảo vệ

Zo = 40 - 150W

Cable xoắn Cáp đồng tr ục  Bảng 9.1. Các

Zo = 70 - 150W Zo = 10 - 150W

đườ ng truyề n tiêu bi ể u và tr ở kháng của chúng 

3. Sóng dừ ng trên đườ ng truyền sóng - VSWR   Nừu đườ ng truy ền đượ c k ết thúc đúng, công su ất truyền t ừ nguồn t ớ i t ải s ẽ đạt c ực đại. N ếu đườ ng dây không đượ c k ết thúc đúng, một phần công suất sẽ truy ền qua t ải và một phần s ẽ  phản x ạ ngượ c tr ở  về nguồn. S ự khác nhau gi ữa tr ở  kháng tải và đườ ng dây càng l ớ n thì s ự  phản xạ càng lớ n. Một số năng lượ ng truyền ngượ c về nguồn sẽ khử bớ t năng lượ ng truy ền theo chiều thuận, trong khi m ột số khác sẽ đượ c cộng thêm vào ph ần năng lượ ng thuận. Điều này tạo ra trên đườ ng dây một số điểm t ại đó n ăng l ượ ng đạt cực đại và một s ố điểm t ại đó n ăng l ượ ng có giá tr ị cực tiểu. Các đIểm cực đại và cực tiểu đượ c gọi là các nút (node). Các nút này g ồm hai loại: nút điện áp và nút dòng điện, do đó các giá tr ị đo có th ể lấy từ volt-k ế RF hay bộ phát hiện vòng dòng. Tuy nhiên các nút điện áp và dòng điện thườ ng không xu ất hi ện ở  cùng một vị trí.

TỶ SỐ SÓNG DỪ   NG (SWR–STANDING WAVE RATIO) SWR có giá tr ị lớ n h ơ n hay bằng 1, ví d ụ 2:1, 1.5:1, hay 1:1. Các giá tr ị 1.1:1 tớ i 1.3:1 đượ c xem là giá tr ị thấ p của SWR. Dễ dàng nhận thấy r ằng giá tr ị ZL càng gần vớ i giá tr ị Zo, SWR  càng gần vớ i giá tr ị 1:1. Giá tr ị 1:1 ứng v ớ i s ự phối hợ   p hoàn toàn gi ữa tải và đườ ng dây, lúc này đườ ng dây đượ c gọi là phẳ ng . Tỷ số SWR càng cao thì s ự không tươ ng đồng càng l ớ n và công suất tiêu tán c ũng càng lớ n. Trong th ực t ế không có đườ ng dây 1:1, các giá tr ị 1.3:1 –  1.5:1 đượ c xem là khá t ốt.  Nếu dùng cách đo điện áp, có th ể sử dụng volt-k ế tr ở  kháng cao để xác định các điểm cực đại và cực tiểu. Trong bài thí nghi ệm này, sinh viên s ẽ dùng vòng dòng v ớ i diode ch ỉnh lưu và bộ lọc để xác định các điểm nút.

4. Các đườ ng truyền ngắn mạch và hở mạch  Nếu đườ ng truy ền λ/4 b ị ngắn mạch đầu cu ối, s ẽ có dòng điện l ớ n ch ảy qua đầu ng ắn m ạch và điện áp tại đầu này sẽ bằng 0. Ng ượ c l ại t ại đầu cu ối h ở  mạch s ẽ có điện tr ở  cao, điện áp cao, và dòng điện là cực tiểu. Hình 9-2 minh ho ạ hai đườ ng truyền, một là đườ ng truyền ngắn mạch (R = 0) và m ột là đườ ng truyền hở mạch (tải R vô cùng l ớ n).

9-3

 ̀     ̣

ướ 

ẫ  T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀ 9

Chú ý r ằng trong hình 9-2A, dòng qua t ải là cực đại và điện áp tải là cực tiểu; ngượ c lại, trong hình 9-2B, điện áp tại tải là cực đại và dòng t ải là cực tiểu.

 Hình 9.2. Các

đườ ng dây ng ắn  mạch và hở mạch

5. Các đườ ng truyền Lecher

Đườ ng truyền Lecher  đã đượ c miêu tả trong bài thí nghi ệm 7. Hình 9-3 mô t ả đườ ng truyền Lecher dùng bóng đèn chỉ dòng điện hay điện áp. Bướ c sóng vô tuy ến có th ể đượ c xác định  bằng cách định v ị hai điểm cực đại hay hai điểm cực tiểu liên tiế p trên đườ ng dây. Khoảng cách giữa hai đIểm c ực đại là λ/2. Hệ số vận t ốc, còn g ọi là hệ số truyền c ủa đườ ng dây, có thể xác định b ằng cách đo λ/2 ( đơ n v ị cm) trên đườ ng truyền Lecher (gi ữa hai đIểm c ực đại) và so sánh giá tr ị đo đượ c v ớ i giá tr ị tính toán của b ướ c sóng trong không gian t ự do. Tỷ số  bướ c sóng trên đườ ng dây so v ớ i trong không gian t ự do s ẽ có giá tr ị nhỏ hơ n 1, vì h ệ số vận tốc trên đườ ng dây là nh ỏ hơ n 1. Trong hình 9-3A, thanh ng ắn mạch, cũng có th ể là b ộ phát hiện vòng dòng, s ẽ xác định v ị trí dòng điện cực đại. Ở khoảng cách ¼ b ướ c sóng, dòng điện (xem hình 9-3B) gi ảm xuống thấ p, và ở  khoảng cách l/2 b ướ c sóng dòng điện l ại t ăng cao. Các sóng hi ện di ện trên đườ ng dây vì đườ ng dây và t ải không ph ối hợ   p tốt vớ i nhau. Một đườ ng truyền sóng, tươ ng t ự như đườ ng truy ền Lecher, nếu đượ c k ết thúc b ằng điện tr ở  đúng bằng điện tr ở đặc tính, s ẽ có VSWR (tỷ số sóng dừng điện áp) bằng 1:1. Đườ ng truy ền này gọi là đườ ng truyền phẳng hoặc đườ ng truyền không c ộng hưở ng. Vớ i đườ ng truy ền này, 100% năng l ượ ng RF sẽ đượ c truyền t ớ i antenna. Đây là đườ ng truyền lý tưở ng mà ta mong muốn.

9-4

 ̀     ̣

ướ 

ẫ  T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀ 9

 Hình 9.3. Các sóng d ừ ng trên đườ ng Lecher 

  hơ n hay nhỏ hơ n Z 0  Hình 9.4. Đườ ng truyề n, phẳ ng; R L l ớn Xét mối liên hệ giữa tỷ số sóng dừng điện áp và dòng điện trên đườ ng truy ền khi điện tr ởđầu cuối thay đổi. Hình 9-2 đã chỉ ra r ằng khi điện tr ở ở cuối đườ ng dây là cao thì điện áp cao, và khi điện tr ở ở  cuối đườ ng dây b ằng 0 thì dòng điện cao. Hình 9-4A mô t ả đườ ng dây có điện tr ở đầu cu ối bằng v ớ i tr ở  kháng của đườ ng dây. Đây là đườ ng dây ph ẳng. Cả dòng và áp đều là các hằng số trên toàn bộ đườ ng dây. N ếu điện tr ở  tải lớ n hơ n tr ở kháng đườ ng dây, điện áp sẽ tăng cao, còn dòng điện th ấ p (xem hình 9-4B). Trong hình 9-4C, điện tr ở  tải nh ỏ hơ n tr ở  kháng đặc tính của đườ ng dây, k ết quả là, dòng điện cao và điện áp th ấ p.

6. Phối hợ p trở kháng giữ a tải và đườ ng dây 9-5

 ̀     ̣

ướ 

ẫ  T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀ 9

 Nếu antenna là m ột dipole đượ c cấ p tín hi ệu vào điểm giữa, có tr ở kháng x ấ p xỉ từ 73 tớ i 75Ω thì đườ ng truy ền nối tớ i antenna nên có tr ở  kháng bằng giá tr ị này. Nếu antenna đượ c chọn sao cho nó ho ạt động ở  tần số khác vớ i tần số cộng h ưở ng cơ  bản, thì giá tr ị điện tr ở  tại điểm giữa sẽ lớ n hơ n giá tr ị 73 tớ i 75Ω. Trong điều kiện như vậy, đườ ng truy ền sẽ đượ c nối tớ i các đầu của antenna như trong hình 9-6. K ết nối này đượ c gọi là k ết nối delta. Do điện tr ở  của antenna t ăng khi di chuy ển điểm k ết nối ra xa điểm giữa, nên ta có th ể chọn một điểm k ết nối sao cho t ại đó điện tr ở  antenna giống vớ i điện tr ở  đườ ng truyền. Nếu ta nối đồng hồ đo VSWR tớ i đườ ng truy ền, và gi ả sử nó chỉ giá tr ị VSWR bằng 4:1 khi đườ ng truyền đượ c nối tớ i tâm điểm c ủa antenna thì ta ch ỉ việc m ở  r ộng các điểm k ết n ối cho tớ i khi giá tr ị đồng h ồ đọc đượ c ở mức thấ p nhất. Giá tr ị 1.5:1 hoặc nhỏ hơ n đượ c xem là ph ối hợ  p tr ở kháng t ốt.

 Hình 9.5.  Đườ ng dây nố i Delta

Tr ở  kháng đặc tính của đườ ng dây ph ối h ợ   p s ẽ và ngõ ra theo công th ức.

đượ c ch ọn d ựa vào giá tr ị tr ở  kháng ngõ vào

Zo =  Z in Z  L Trong đó: Z0 tr ở kháng của đườ ng truyền phối hợ   p Zin tr ở kháng ngõ vào hay tr ở kháng nguồn ZL tr ở kháng tải

7. Khoảng cách đườ ng truyền Sự phân cách gi ữa các dây d ẫn của đườ ng truy ền thườ ng đượ c duy trì b ở i các thanh cách điện hay các t ấm ng ăn cách làm b ằng thuỷ tinh, sứ, s ợ i, hay gỗ. Ở các tần s ố cao khoảng cách s ẽ gần hơ n so vớ i các tần số RF thấ  p. Nếu khoảng cách quá l ớ n sẽ xảy ra bức xạ trên đườ ng truyền. Trên đườ ng truyền cân b ằng đượ c phối hợ   p đúng, bức xạ phát ra r ất ít. ỀN SÓNG BỞ I CÁC  ĐƯỜ  SỰ  TRUY   NG TRUYỀ  N  Năng l ượ ng điện t ừ truyền trên đườ ng truyền b ị chậm đi; k ết qu ả là, chiều dài điện và chiều dài vật lý không gi ống nhau. Chi ều dài điện phụ thuộc tr ực tiế p vào: 

Môi tr ườ ng truyền.



Kích thướ c vật lý của các dây d ẫn



Khoảng cách giữa các dây d ẫn

Tất cả các yếu tố này đượ c rút gọn trong m ột h ằng s ố k (gọi là hệ số vận tốc), hệ số này khác nhau tuỳ loại đườ ng truyền. Giá tr ị của k nh ỏ hơ n 1. Trong chân không k =1, và sau đây là giá tr ị k trong các môi tr ườ ng khác nhau: Các dây song song v ớ i điện môi không khí

k = 0.95 t ớ i 0.975

Các dây song song v ớ i điện môi plastic

k = 0.8 t ớ i 0.95

9-6

 ̀     ̣

ướ 

ẫ  T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀ 9

Cáp song hànhv ớ i vỏ bảo vệ và cách điện bằng cao su

k = 0.56 t ớ i 0.65

Cáp đồng tr ục phân cách b ằng không khí

k = 0.85

Hệ số vận tốc, k, đượ c định ngh ĩ a là tỷ số của vận tốc truyền trên đườ ng dây v ớ i vận tốc truyền trong không gian t ự do. Hệ số này liên h ệ vớ i h ằng s ố điện môi ε và h ệ số từ thẩm μ của vật liệu bở i công thức sau: k=

1 μ  l ε l 

Trong đó: μl là hệ số từ thẩm của đườ ng dây (trong không gian t ự do = 1) εl là hằng số điện môi (trong không gian t ự do = 1) Khi dòng ch ạy qua hai dây d ẫn song song theo h ướ ng ngượ c chiều nhau, và n ếu hai dòng điện ngượ c pha nhau đúng 1800, các tr ườ ng sẽ triệt tiêu nhau và t ổn hao bức xạ bằng 0. Ở các tần số thấ p, điều này v ẫn xảy ra trong th ực tế. Tại các tần số cao, hai dòng điện này gây ra t ổn hao bức x ạ. T ổn hao này có th ể giảm b ằng cách di chuy ển các dây d ẫn g ần l ại nhau. Thông thườ ng, khoảng cách giữa các dây d ẫn không v ượ t qua 0.01λ. Tuy nhiên, vi ệc di chuyển hai dây dẫn gần lại nhau l ại làm giảm tr ở kháng đặc tính của đườ ng dây. Tất cả các đườ ng truy ền đều sử dụng một loại vật liệu cách điện nào đó. Không khí có t ổn hao điện môi th ấ  p nhất. Nếu đườ ng truyền đồng tr ục bao gồm hai dây d ẫn đồng tâm đượ c  phân cách bở i thuỷ tinh hayplastic thì tr ở  kháng đặc tính của đườ ng dây đượ c tính theo công thức: Z0 =

138 ε 

log

 B  A

Trong đó: B là đườ ng kính trong c ủa vòng dây d ẫn bên ngoài A là đườ ng kính ngoài c ủa vòng dây d ẫn bên trong (Chú ý: B và A có cùng

đơ n vị)

ε là hằng số điện môi của điện môi phân cách

8. Các đườ ng dây đồng trục

Đườ ng dây đồng tr ục là đườ ng truyền đồng tâm vớ i dây dẫn b ằng đồng đượ c đặt ở  tâm của một lớ   p vỏ bọc. Vỏ bọc này bảo vệ dây dẫn ở tâm khỏi bức xạ, đây là vấn đề gắn liền vớ i các dây dẫn song song. Các cáp đồng tr ục đượ c s ản xu ất chuẩn th ườ ng có dây d ẫn đồng ở  trong đượ c nhúng trong điện môi là polyethylene và nó đượ c bảo vệ bở i lớ  p vỏ bằng đồng bên ngoài. Tr ở  kháng đặc tính cơ  bản của các loại cáp này vào kho ảng từ 50 - 100Ω. Bảng 9-2 cung cấ p danh sách ng ắn gọn các cáp đồng tr ục, gồm mã hiệu của nó và tr ở kháng.

9-7

 ̀     ̣

ướ 

ẫ  T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀ 9

 Bảng 9.2.  Đặc tính các lo ại cáp đồng tr ục

9. Các đoạn dây chêm điều chỉnh trở kháng Dây chêm thườ ng là một đoạn cáp có chi ều dài xấ p xỉ bằng λ/4. Ví dụ, nếu t ải có thành ph ần dung kháng, d ẫn đến sự mất phối hợ   p vớ i đườ ng truy ền, ta có thể dùng dây chêm n ối tớ i đườ ng truy ền tại giao điểm giữa antenna và đườ ng truy ền. Dây chêm này s ẽ có tác dụng khắc  phục sự mất phối hợ   p giữa antenna và đườ ng truy ền (xem hình 9-6). B ằng cách đặt đườ ng dây λ/4 song song vớ i antenna và điều chỉnh khoảng cách từ antenna đến điểm ngắn mạch của đoạn dây chêm, đoạn dây này có th ể tr ở thành một cảm kháng có tác d ụng triệt tiêu thành  phần dung kháng c ủa antenna. Do đó, đườ ng truy ền có thể đượ c điều ch ỉnh để tải tr ở  thành một điện tr ở thuần. Một đoạn dây ngắn mạch λ/4 cũng có th ể dùng làm bộ biến đổi phối hợ   p tr ở  kháng. Ví d ụ, đườ ng truy ền tr ở  kháng cao đượ c n ối vào ngõ vào tr ở  kháng cao c ủa đoạn dây chêm và đầu cuối mạch c ủa đoạn dây chêm đượ c nối t ớ i điểm gi ữa c ủa dipole tr ở  kháng thấ p. Theo cách này, vòng λ/4 đượ c sử dụng làm biến áp phối hợ   p.

Đườ ng truyền cũng phải phối hợ  p tr ở  kháng vớ i nguồn năng lượ ng. Ví dụ, khung c ộng hưở ng gồm c ảm kháng và dung kháng trong m ạch dao động c ủa máy phát c ần ph ải đượ c ghép vớ i đườ ng truy ền sóng bằng một cuộn dây hay t ụ điện sao cho tr ở  kháng của đườ ng dây ph ải giống v ớ i tr ở  kháng của mạch máy phát. Có nhi ều cách th ực hi ện k ết n ối cho các m ạch dao động như trên.

9-8

 ̀     ̣

ướ 

ẫ  T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀ 9

 Hình 9.6. Dây chêm đ iề u chỉ nh tr ở kháng 

10. Balun Balun, đượ c ghép t ừ chữ viết tắt của hai từ (balanced-to-unbalanced), là m ột b ộ biến đổi từ đối xứng thành b ất đối xứng hoặc ngượ c lại, đượ c đặt giữa các đườ ng truyền đối xứng và b ất đối x ứng, hoặc gi ữa các antenna, ho ặc đượ c s ử dụng để nối đườ ng truyền tr ở  kháng thấ p t ớ i tr ở  kháng t ải cao. Ví dụ, m ột ứng d ụng c ủa balun là n ối cáp đồng tr ục 75Ω tớ i đườ ng truyền đối x ứng 300Ω. Ở đây ta dùng bi ến áp tự ngẫu v ớ i t ỷ số vòng là 1:2 để làm balun. Số vòng tăng gấ p đôi làm tr ở kháng t ăng lên 4 l ần (xem hình 9-7).

 Hình 9.7. Balun – 75 Ω - 300Ω 

Ta thấy r ằng ngõ vào là b ất đối x ứng trong khi ngõ ra, có tr ở  kháng t ăng 4 l ần, là Hình 9-8 mô t ả một máy biến áp có d ạng hình xuy ến.

 Hình 9.8. Balun – hình xuy ế n

9-9

đối x ứng.

 ̀     ̣

ướ 

ẫ  T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀ 9

 Nếu antenna đượ c c ấ p tín hiệu vào điểm giữa từ một đườ ng dây đồng tr ục, như trong tr ườ ng hợ   p c ủa dipole, s ự đối x ứng c ủa antenna không còn vì m ột ph ần c ủa dipole nối t ớ i lõi cable còn phần còn lại đượ c nối xuống mass qua v ỏ cable. Dòng tớ i antenna s ẽ đi qua c ả lõi bên trong và v ỏ bên ngoài c ủa cable. Dướ i các điều ki ện nh ư thế, các dòng điện không tri ệt tiêu nhau do đó đườ ng dây t ạo ra thêm các b ức xạ không mong mu ốn (xem hình 9-9A: dipole đối xứng đượ c cấ p tín hi ệu ở điểm giữa bờ i cable đồng tr ục không đối xứng).

 Hình 9.9.  Đườ ng truyề n cable đồng tr ục của dipole

Hình 9-9B minh ho ạ một balun, gọi là bazooka, s ử dụng m ột ống kim loại để tạo thành một đoạn dây ngắn mạch λ/4. Đầu hở  mạch có tr ở  kháng cao trong khi đầu ngắn mạch có tr ở  kháng th ấ p. Năng l ượ ng t ừ phần n ối đất c ủa dipole gặ p phải tr ở  kháng cao khi truy ền ng ượ c về mass.

Ống kim loại trên cần đượ c phân cách vớ i đườ ng cable đồng tr ục b ằng một mẫu plastic hoặc một v ật li ệu t ươ ng t ự. Nh ư vậy độ dài vật lý của ống s ẽ ngắn h ơ n so vớ i độ dài điện λ/4 c ủa nó. Vì ống này không ph ải là bộ biến đổi tr ở  kháng nên nó không làm ảnh hưở ng tớ i tr ở  kháng đườ ng dây. Hình 9-9C ch ỉ ra một sử dụng ống khác. M ột ống kim loại tươ ng tự (chiều dài ng ắn hơ n chiều dài λ/4 c ủa sóng điện) đượ c n ối gi ữa ph ần dipole n ối v ớ i lõi cable v ớ i đất. Thanh kim loại λ/4 này đượ c nối tắt vớ i vỏ cable. Dòng điện trên các ph ần của dipole thì bằng nhau và ng ượ c chiều nếu lấy điểm chuẩn là mass. Các dòng điện bằng nhau và ng ượ c chiều c ũng chảy trên cable đồng tr ục và đườ ng dây dẫn thứ hai. Đoạn λ/4 tươ ng đươ ng vớ i tr ở  kháng cao t ại antenna do đó không t ải dòng t ại điểm tiế p xúc. Đoạn thêm vào này c ũng có chiều dài vật lý ngắn hơ n chiều dài điện. Ở hình 9-10 là một balun khác làm b ằng cáp đồng tr ục. Cách bố trí này giống vớ i balun trong hình 9-7. Ngõ vào là b ất đối xứng và ngõ ra là đối xứng.

 Hình 9.10. Ngõ vào b ấ t đố i xứ ng và ngõ ra

đố i xứ ng, t  ỷ l ệ tr ở  kháng 4:1

11. Cách tính VSWR  VSWR đượ c tính toán b ở i các công th ức sau:  Rr  =

( Z  L − Ra ) 2 +  X 2 L ( Z  L + Ra) 2 +  X 2 L

9-10

 ̀     ̣

ướ 

ẫ  T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀ 9

Trong đó: R r  : hệ số phản xạ ZL : tr ở kháng tải (antenna) Ra : điện tr ở antenna XL : điện kháng antenna VSWR =

1 + Rr  1 − Rr 

III. TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM

1. Yêu cầu vật liệu Đế cấ p ngu ồn (hoặc Master Builder

S300B)

Panel Antenna

SIP360A

Cột antenna, có balun

SIP360 - 1

Antenna dipole ngang

SIP360 - 2

Antenna dãy Yagi

SIP360 - 4

Thanh ph ản xạ

SIP360 – 5

Cáp đồng tr ục, 33 cm (13inch)

SIP360 - 6

Đồng hồ đo cườ ng độ tr ườ ng

SIP360 - 7

Các điện tr ở (4): 50, 100, 180, 270Ω

SIP360 - 8

S300PSB

SIP360 - 9 Đĩ a chia góc Các bộ k ết nối BNC “T” (2) Cáp, đầu cấm nhỏ 10” tớ i các đầu cắm banana SIP360 – 11 Đồng hồ vạn năng số (DMM) 2. Kiểm tra và đo Trong bài thí nghi ệm, sinh viên s ẽ lần l ượ t thay đổi các giá tr ị khác nhau c ủa điện tr ở  tải c ủa đườ ng truy ền Lecher và đo VSWR  ứng v ớ i mỗi giá tr ị, từ đó xác định giá tr ị điện tr ở  tải làm cho VSWR nh ỏ nhất. Chú ý: Có thể  dùng các nút ho ặc vòng dòng  đ iện hay đ iện áp d ọc theo đườ ng truyề n để đ o SWR. Trong phần thí nghi ệm này, sinh viên s ẽ  sử  d ụng vòng phát hi ện mang tính c ảm thay vì dùng volt k ế  ghép dung kháng. Các c ự c đại và cự c tiể u dòng s ẽ đượ c xác định. 3. Tiến trình thí nghiệm 1.  Nối cáp đồng tr ục giữa BNC của máy phát và BNC ngõ vào c ủa đườ ng truy ền Lecher. 2. Bật máy phát và ch ỉnh điện áp trong kho ảng từ –10 tớ i –12 VDC. 3. Quan sát vạch chia bướ c sóng chuẩn trên panel và ch ỉnh núm điều khiển chiết áp phía dướ i đồng hồ đo sao cho đồng hồ không vượ t quá giá tr ị 10, không quan tâm t ớ i vị trí của thanh tr ượ t. Đọc các điện áp DC c ực đại, cực tiểu (bằng mV). Các giá tr ị này dùng để tính VSWR. Cắm cable vào đầu c ắm Meter Out trên panel, và đầu cắm banana vào đồng h ồ vạn năng số. 9-11

 ̀     ̣

ướ 

ẫ  T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀ 9

4. Di chuyển thanh tr ượ t đến vị trí tận cùng bên ph ải của đườ ng truyền Lecher. 5. Xác định giá tr ị điện áp cực đại và cực tiểu đọc trên DMM. T ỷ số của hai giá tr ị này chính là VSWR. Ghi l ại các số liệu này. Cực đại = -----------------. Cực tiểu = ----------------. 6. Từ các giá tr ị đọc đượ c trong bướ c 5, tính VSWR. VSWR = ------------. Chú ý:  N ếu   đườ ng dây không có t ải(hở  mạch), tr ở  kháng t ải là vô cùng trong khi tr ở  kháng  ngõ vào đườ ng truyề n có thể  thấ   p. Do đ ó VSWR có giá tr ị l ớn   ..

7. Xác định giá tr ị điện tr ở  tải phối h ợ   p t ốt nh ất vớ i đườ ng truyền Lecher. Sáu điện tr ở  mà sinh viên đượ c cung c ấ p sẽ đượ c gắn vào các điểm test tại cuối đườ ng truyền, đầu tiên là ng ắn mạch, r ồi đến điện tr ở  47Ω, ... Ghi lại các tr ị dòng cực đại và cực ti ểu và tính VSWR  đối v ớ i mỗi giá tr ị điện tr ở gắn vào.

Điện trở ( )

Max

Min

ISWR 

0 (ngắn mạch) 47 100 180 270 330 470 8. Giá tr ị điện tr ở nào tạo sự phối hợ   p tr ở kháng đườ ng dây t ốt nhất?__________. 9. Trong các b ướ c đo sau, sinh viên s ẽ xác định hằng số điện môi của board mạch in.Vật liệu điện môi phân cách hai d ải dẫn. 10. Đo b ướ c sóng trong không gian s ử dụng đồng h ồ đo c ườ ng độ tr ườ ng và thanh ph ản x ạ. Phép đo này đượ c thực hi ện trong bài thí nghi ệm 7, ta có th ể lặ p lại phép đo này v ớ i vị trí đặt đồng hồ khác vớ i bài thí nghi ệm 7. 11. Tháo tất c ả các điện tr ở  tải c ủa đườ ng truy ền Lecher và xác truyền Lecher không t ải. ___________________.

định b ướ c sóng dùng đườ ng

12. Tính tỷ số giữa bướ c sóng trên đườ ng truyền và b ướ c sóng trong không gian? λ (không gian) ______________. λ (đườ ng truy ền) ____________. k (tỷ số)____________________. Chú ý : T   ỷ số này sẽ nhỏ hơ n 1.

Giá tr ị tính đượ c chính là giá tr ị k trong công th ức ở phần 9-7.

PHỐI HỢ P TR   NG DÂY CHÊM  Ở  KHÁNG B Ằ 

9-12

 ̀     ̣

ướ 

ẫ  T  ́ 

    ̣

  ̃

 ̀ 9

13. Hình 9-11 mô t ả cách bố trí thiết b ị để tiến hành thí nghi ệm phối h ợ   p tr ở  kháng bằng dây chêm. Trong thí nghi ệm này, dipole đượ c n ối t ớ i máy phát và m ột cable đồng tr ục và đườ ng truyền Lecher  đượ c nối tớ i điểm nối của đườ ng truy ền vớ i dipole antenna. Hai b ộ k ết nối BNC hình chũ T đượ c gắn tại đỉnh của cột. Cáp đồng tr ục 13 inch (33cm) đượ c nối giữa đườ ng truy ền Lecher và k ết nối chữ T.

 Hình 9.11. Thí nghi ệm dây chêm phố i hợ   p tr ở kháng 

Trong cách bố trí này, đườ ng slider/detector đượ c sử dụng làm đoạn dây ng ắn mạch để nối tắt đườ ng truy ền Lecher và xác định chiều dài của nó. Chi ều dài dây chêm là b ội số lẻ của λ/4.

Đồng h ồ đo cườ ng độ tr ườ ng đượ c đặt trên bàn và song song v ớ i dipole bức x ạ sao cho kim đồng h ồ ở  vị trí giữa thang đo. Điều ch ỉnh điện áp ho ạt động sao cho kho ảng cách giữa hai antenna xấ p xỉ từ 1/2 tớ i 1m. Đồng hồ đo cườ ng độ tr ườ ng đượ c sử dụng thay cho m ạch phát hiện đo VSWR. 14. Quan sát số chỉ của đồng h ồ đo c ườ ng độ tr ườ ng khi di chuy ển thanh tr ượ t từ vị trí 0 theo hướ ng giá tr ị cực đại, ta thấy r ằng s ố chỉ đồng h ồ đo c ườ ng độ tr ườ ng t ăng. Di chuy ển thanh tr ượ t và điều chỉnh sao cho đồng hồ đo cườ ng độ tr ườ ng chỉ thị dòng điện cực đại. Giá tr ị dòng cực đại cho bi ết công su ất truyền từ máy phát đến antenna dipole là c ực đại, có ngh ĩ a là giữa đườ ng truy ền và dipole có s ự phối hợ   p tr ở kháng tốt nhất. Chú ý : Trong quá trình thí nghi ệm, bấ t cứ  sự  di chuyể n nào xung quanh dipole phát hay đồng hồ đ o cườ ng độ tr ườ ng đề u làm thay đổ i giá tr ị đ o cườ ng độ tr ườ ng.Do đ ó cố  g ắ ng giữ  hai tay và c ơ thể ở  vị trí cố định trong lúc đ o. 15. Ghi lại vị trí của bộ phát hiện trên đườ ng truy ền Lecher mà t ại đó công suất RF ở đồng hồ đo cườ ng độ tr ườ ng là lớ n nhất._____________. 16. Điều ch ỉnh m ức điều khiển c ủa panel antenna và ghi l ại v ị trí dòng ngõ ra RF c ực đại. V ị trí này là một điểm tr ũng hay m ột điểm cực đại trên đườ ng truy ền Lecher. Vị trí tr ũng có ngh ĩ a là bộ phát hiện của đườ ng truy ền Lecher  đang ngắn mạch đườ ng dây còn đườ ng dây và cáp đồng tr ục hoạt động như là đoạn dây ph ối hợ   p. Chi ều dài của đườ ng truy ền Lecher và cáp đồng tr ục 33 cm tạo thành t ổng chiều dài của đoạn dây chêm ph ớ i h ợ  p. Chiều dài này là b ội số lẻ của λ/4 và, phụ thuộc vào chi ều dài này, ta có th ể quan sát đượ c các điểm c ực đại hay cực tiểu trên panel đồng hồ.

9-13