124
TRƯỜNG ĐẠI HC TÔN ĐỨC THNG KHOA ĐIN - ĐIN TBMÔN ĐIN T- VIN THÔNG TÀI LIU HƯỚNG DN THÍ NGHIM VIN THÔNG Tp.HChí Minh, tháng 4 - 2010

Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM

VIỄN THÔNG

Tp.Hồ Chí Minh, tháng 4 - 2010

Page 2: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

NỘI QUY PHÒNG THÍ NGHIỆM ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

ĐIỀU I. TRƯỚC KHI ĐẾN PHÒNG THÍ NGHIỆM SINH VIÊN PHẢI:

1. Nắm vững quy định an toàn của phòng thí nghiệm. 2. Nắm vững lý thuyết và đọc kỹ tài liệu hướng dẫn bài thực nghiệm. 3. Làm bài chuẩn bị trước mỗi buổi thí nghiệm. Sinh viên không làm bài chuẩn bị theo đúng

yêu cầu sẽ không được vào làm thí nghiệm và xem như vắng buổi thí nghiệm đó. 4. Đến phòng thí nghiệm đúng giờ quy định và giữ trật tự chung. Trễ 15 phút không được vào

thí nghiệm và xem như vắng buổi thí nghiệm đó. 5. Mang theo thẻ sinh viên và gắn bảng tên trên áo. 6. Tắt điện thoại di dộng trước khi vào phòng thí nghiệm.

ĐIỀU II. VÀO PHÒNG THÍ NGHIỆM SINH VIÊN PHẢI: 1. Cất cặp, túi xách vào nơi quy định, không mang đồ dùng cá nhân vào phòng thí nghiệm. 2. Không mang thức ăn, đồ uống vào phòng thí nghiệm. 3. Ngồi đúng chỗ quy định của nhóm mình, không đi lại lộn xộn. 4. Không hút thuốc lá, không khạc nhổ và vứt rác bừa bãi. 5. Không thảo luận lớn tiếng trong nhóm. 6. Không tự ý di chuyển các thiết bị thí nghiệm

ĐIỀU III. KHI TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM SINH VIÊN PHẢI: 1. Nghiêm túc tuân theo sự hướng dẫn của cán bộ phụ trách. 2. Ký nhận thiết bị, dụng cụ và tài liệu kèm theo để làm bài thí nghiệm. 3. Đọc kỹ nội dung, yêu cầu của thí nghiệm trước khi thao tác. 4. Khi máy có sự cố phải báo ngay cho cán bộ phụ trách, không tự tiện sửa chữa. 5. Thận trọng, chu đáo trong mọi thao tác, có ý thức trách nhiệm giữ gìn tốt thiết bị. 6. Sinh viên làm hư hỏng máy móc, dụng cụ thí nghiệm thì phải bồi thường cho Nhà trường và

sẽ bị trừ điểm thí nghiệm. 7. Sau khi hoàn thành bài thí nghiệm phải tắt máy, cắt điện và lau sạch bàn máy, sắp xếp thiết

bị trở về vị trí ban đầu và bàn giao cho cán bộ phụ trách. ĐIỀU IV.

1. Mỗi sinh viên phải làm báo cáo thí nghiệm bằng chính số liệu của mình thu thập được và nộp cho cán bộ hướng dẫn đúng hạn định, chưa nộp báo cáo bài trước thì không được làm bài kế tiếp.

2. Sinh viên vắng quá 01 buổi thí nghiệm hoặc vắng không xin phép sẽ bị cấm thi. 3. Sinh viên chưa hoàn thành môn thí nghiệm thì phải học lại theo quy định của phòng đào tạo. 4. Sinh viên hoàn thành toàn bộ các bài thí nghiệm theo quy định sẽ được thi để nhận điểm kết

thúc môn học. ĐIỀU V.

1. Các sinh viên có trách nhiệm nghiêm chỉnh chấp hành bản nội quy này. 2. Sinh viên nào vi phạm, cán bộ phụ trách thí nghiệm được quyền cảnh báo, trừ điểm thi.

Trường hợp vi phạm lặp lại hoặc phạm lỗi nghiệm trọng, sinh viên sẽ bị đình chỉ làm thí nghiệm và sẽ bị đưa ra hội đồng kỷ luật nhà trường.

Tp.HCM, Ngày 20 tháng 09 năm 2009 KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ (Đã ký) PGS TS. PHẠM HỒNG LIÊN

TRƯỜNG ĐH TÔN ĐỨC THẮNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

---------------------

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

**************

Page 3: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiê m Viên Thông Ba i 1

1-1

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 hưởng đến hình dạng của tín hiện AM như thế nào, tính chỉ số điều chế và phần trăm 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 hưởng của các tầng RF, IF đến việc phát hiện tín hiệu AM, hiểu được phương pháp giải điều chế AM bằng cách tách sóng đường bao.

II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1. Giới thiệu

Điều chế biên độ (AM) là quá trình kết hợp tín hiệu tin tức với 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 tạo ra một hình bao điều chế mà có dạng sóng tương 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 (fm) là sóng sine, phổ tần số của tín hiệu sóng mang được điều chế (tín hiệu AM) gồm có ba thành phần tần số: sóng mang (fc), biên trên (USB = fc + fm), và biên dưới (ISB = fc - fm). Hình 1-2 minh họa các thành phần này. Ví dụ, nếu tín hiệu sóng mang (fc ) là 2000 kHz và tín iệu tin tức (fm ) là 4 kHz, tần số LSB sẽ là 1996 kHz (fc- fm = 2000 - 4), và tần số USB sẽ là 2004 kHz (fc + fm = 2000 + 4) .

Hình 1.2.

Page 4: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiêm Viên Thông Ba i 1

1-2

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. Phương pháp tính để xác định chỉ số điều chế (m) từ tín hiệu AM dựa vào hình 1-3 và công thức dưới đây:

M = BABA

+−

Phần trăm điều chế là chỉ số điều chế được biểu diễn theo phần trăm (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 trũng tiếp xúc với đường chuẩn zero. Công suất và hiệu suất trong truyền AM liên quan trực tiếp đến chỉ số điều chế; điều chế 100% là nhằm đạt công suất biên lớn nhất.

Hình 1.5.

Khi quá điều chế xảy ra (lớn hơn 100%), cả hai biên của hình bao điều chế băng qua đường 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 với các trạm 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. Bởi vì thông tin có ích được chứa trong tín hiệu tần số 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, chỉ số điều chế phải không được lớn hơn 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 dưới và biên trên (PSB).

PT = PC + PSB

Page 5: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiê m Viên Thông Ba i 1

1-3

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

μ = T

SBPP

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

μ = m2/ (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 hợp 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 chế biên độ trộn tín hiệu tin tức và sóng mang để dịch tần số của tín hiệu tin tức: nó dịch tín hiệu tin tức đến tần số của tín hiệu sóng mang. Hình bao của tín hiệu sóng mang là bản copy của tín hiệu tin tức và thay đổi tại các tần số giống với tần số tín hiệu tin tức.

Bộ khuếch đại công suất RF là phần cuối cùng trước khi đến anten phát. Nó cung cấp 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 sơ 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 trở kháng ngõ ra Q1 cần thiết để truyền công suất yêu cầu đến anten trở kháng thấp (được mô phỏng bởi R5).

Page 6: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiêm Viên Thông Ba i 1

1-4

Hình 1.8.

Điện dung C1 trong bộ chân đế cách ly điện áp cực nền DC bởi điện trở R1. Các điện trở R2 và R3 làm thành mạch chia áp để cung cấp 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 được phân cực thuận bởi vì điện áp DC ở cực nền Q1 không đổi. Kết quả là Q1 hoạt động như một bộ khuếch đại lớp A.

Hình 1.9.

Trong bộ khuếch đại lớp A, dòng cực thu dẫn 3600 cho tín hiệu ngõ vào, và tín hiệu ngõ ra không bị méo. Trong bộ khuếch đại lớp B, dòng cực thu dẫn 1800 cho tín hiệu ngõ vào, và tín hiệu ngõ ra bị méo. Trong bộ khuếch đại lớp C, dòng cực thu dẫn ít hơn 1800 cho tín hiệu ngõ vào, và tín hiệu ngõ ra bị méo đáng kể (xem hình 1-9).

Đối với trường hợp phát quảng bá, hiệu suất là quan trọng bậc nhất trong các bộ khuếch đại công suất bởi vì bất kỳ suy hao công suất đều dẫn đến ít công suất hơn cho quá trình bức xạ và tín hiệu không truyền được xa. Các bộ khuếch đại lớp C cung cấp hiệu suất tốt hơn lớp B, và các bộ khuếch đại lớp B cung cấp hiệu suất tốt hơn lớp A.

3. Máy thu AM

Hình 1-10 trình bày sơ đồ khối đơn giản của máy thu AM quảng bá. Tầng RF và bộ dao động nội được điều chỉnh đồng thời, tầng RF sẽ khuếch đại tín hiệu AM. Bộ đổi tần chuyển tần số AM thành tần số 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.

Page 7: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiê m Viên Thông Ba i 1

1-5

Hình 1.10.

Xem hình 1-11. Tín hiệu AM từ anten máy phát AM kết nối đến điện trở 1MΩ (R8) để giảm công suất của tín hiệu AM được nhận tại máy thu. Trở kháng ngõ vào bộ khuếch đại RF xấp xỉ 3 kΩ. R8 nối đến một biến áp tự ngẫu L4 có tỉ số vòng là 7.7. Với tỉ số này, trở kháng ngõ vào của bộ lọc RF sẽ xấp xỉ 50 Ω khi bộ lọc cộng hưởng ở tần số 1000 kHz.

CHÚ Ý: Tại tần số cộng hưởng của RF FILTER, XL4 = XC7 và mạch có trở kháng là điện trở thuần.

Hình 1.11.

Như được trình bày trong hình 1-12, mạch RF FILTER gồm một điện cảm và một điện dung cố định mắc song song. Đó là mạch lọc thông dải LC song song. Tần số cộng hưởng(fr) xảy ra khi điện kháng và điện dung bằng nhau (XL = XC). Tại fr, trở kháng RF FILTER là điện trở thuần và tín hiệu ngõ ra là lớn nhất.

Hình 1.12.

Điều chỉnh RF FILTER cho tần số cộng hưởng là 1000 kHz: điều chỉnh cuộn điện cảm (L4) sao cho tín hiệu ngõ ra RF AMPLIFIER lớn nhất.

RF AMPLIFIER khuếch đại tín hiệu AM 1000 kHz đến RF FILTER và tăng mức công suất của nó khoảng 72 dB (độ lợi khoảng 16,000,000).

Sinh viên điều chỉnh L5 để cho mạch RLC cực thu được cộng hưởng ở 1000 kHz để cho độ lợi cực đại. Khi mạch RLC cực thu được cộng hưởng ở 1000 kHz, điện dung và điện kháng triệt tiêu, và mạch chỉ còn lại điện trở thuần.

Các mức công suất vào và ra của RF STAGE và các thành phần khác của một máy thu AM thường ở decibel (dB) liên quan đến mức công suất tham chiếu. Thông thường sử dụng ở

Page 8: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiêm Viên Thông Ba i 1

1-6

miliwatt (mW). Biểu thức dưới đây cho quan hệ giữa công suất tính bằng dBm với công suất (P) tính bằng mW.

dBm = 10 x [log10 (P/1 mW)]

Một dBm là một lượng công suất thật sự, khác với dB đại diện cho tỉ số công suất. Cách dùng của dBm thì thuận lợi khi xử lý với các mạch nhiều tầng. Hiệu số giữa mức dBm tại ngõ ra và ngõ vào một tầng chính là độ lợi công suất tính bằng dB của tầng đó (hình 1-13).

Hình 1.13.

Loại IC đã dùng cho bộ điều chế cân bằng cũng được dùng cho bộ đổi tần (xem hình 1-14). Bộ đổi tần có hai ngõ vào: M (tin tức) và C (sóng mang). Ngõ vào tín hiệu 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 được tạo ra từ khối mạch VCO-HI.

Hình 1.14.

Bởi vì tín hiệu ngõ vào RF đến bộ đổi tần có ba thành phần tần số, tín hiệu ngõ ra bộ đổi tần cân bằng sẽ gồm các tần số tổng và hiệu của ba thành phần RF. Các tần số ngõ vào RF không có biên độ đáng kể trong ngõ ra.

Bộ lọc IF là một bộ lọc sứ có băng thông 20 kHz, nó loại bỏ tất cả các tần số dưới 455 kHz và trên 465 kHz. Để cho bộ đổi tần tạo ra một tín hiệu với tần số hiệu là 455 kHz đến bộ lọc IF, tần số VCO-HI phải được chỉnh chính xác ở 1455 kHz.

Bộ tách sóng đường bao (xem hình 1-15 và 1-16): trên nửa chu kỳ dương của tín hiệu ngõ ra, tụ điện nạp đến điện áp đỉnh ngõ vào. Vì thế, điện áp qua R12 và C10 sẽ bằng điện áp của tín hiệu ngõ vào (trừ sụt áp diode) bởi vì diode (CR1) được phân cực thuận. Khi tín hiệu ngõ ra nhỏ hơn giá trị này, diode (CR1) tắt và tụ điện (C10) bắt đầu xả từ từ qua điện trở (R12) với tốc độ được xác định bởi thời hằng RC.

Hình 1.15.

Page 9: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiê m Viên Thông Ba i 1

1-7

Hình 1.16.

Trên nửa chu kỳ dương kế tiếp của tín hiệu ngõ vào, CR1 dẫn và C10 được nạp điện đến giá trị mới được xác định bởi tín hiệu ngõ vào. Quá trình lặp lại một cách tự động và liên tục.

Có một giá trị tối ưu cho thời hằng xả của RC. Nếu thời hằng xả quá lớn hoặc quá nhỏ, ngõ ra của bộ tách sóng sẽ không cùng dạng với hình bao của tín hiệu AM ở ngõ vào. Ảnh hưởng của thời hằng quá lớn hoặc quá nhỏ được 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 xấp xỉ từ 0.4 V đến 0.6 V rơi trên diode khi diode dẫn. Vấn đề trở nên nghiêm trọng đối với các tín hiệu nhỏ hay các tín hiệu điều chế 100%. Ảnh hưởng của sụt áp phân cực thuận của diode được trình bày trong hình 1-18.

Hình 1.18.

III. YÊU CẦU THIẾT BỊ Bộ chân đế.

Board mạch ANALOG COMMUNICATIONS

Nguồn cung cấp 15 Vdc

Dao động ký hai kênh

Máy phát sóng sine/vuông

IV. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

Page 10: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiêm Viên Thông Ba i 1

1-8

1. Máy phát AM

Trình tự tiến hành A - Các tín hiệu AM Trong phần TRÌNH TỰ TIẾN HÀNH này, bạn sẽ quan sát tác động của tín hiệu tin tức trên tín hiệu AM.

1. Xác định vị trí các khối mạch AM/SSB TRANSMITTER và VCO-LO và kết 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. Kết nối đầu dò dao động ký kênh 1 tới ngõ vào tín hiệu tin tức (M) của MODULATOR. Khi quan sát tín hiệu trên kênh 1, điều chỉnh máy phát tín hiệu để có một tín hiệu sóng sine 0.2 Vpk-pk, 2 kHz tại M.

3. Kết 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 Vpk-pk, 1000 kHz tại C. Điều chỉnh tần số sóng mang với núm NEGATIVE SUPPLY trên bộ chân đế, và điều chỉnh biên độ sóng mang với núm vặn trên khối mạch VCO-LO.

4. Kết nối 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 thế MODULATOR để cho dạng sóng AM trên kênh 2 dao động ký là 2.0 V giữa các đỉnh trên và dưới, như hình 1-20.

Hình 1.20.

6. Hình bao tín hiệu AM (kênh 2) có tần số và dạng giống như tín hiệu tin tức (kênh 1)?

Có Không

7. Chỉnh tần số tín hiệu sóng mang (fc) bằng 1000 kHz và tần số tín hiệu tin tức (fm) bằng 2 kHz. Các tần số gì hiện diện trên phổ tần số của tín hiệu AM?

...................................................................................................................................................

Page 11: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiê m Viên Thông Ba i 1

1-9

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 hiệu 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 tương ứng với 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 hiệu 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 tương ứng với biên độ của tín hiệu tin tức?

Có Không

Trình tự tiến hành B - Chỉ số điều chế và phần trăm điều chế Trong phần TRÌNH TỰ TIẾN HÀNH này, bạn sẽ thực hiện các phép đo dao động ký của tín hiệu AM và tính chỉ số điều chế (m) và phần trăm 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 chỉnh điện áp đỉnh-đỉnh của tín hiệu tin tức đến 0.2Vpk-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 dưới (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 trũng trên và dưới (số đo B trong hình 1-21) của dạng sóng được điều chế: B = ____________ V.

13. Tính chỉ số điều chế: m = _________________________.

14. Tính phần trăm điều chế %Mod = _____________________.

Hình 1.22.

Page 12: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiêm Viên Thông Ba i 1

1-10

15. Khi quan sát tín hiệu AM trên kênh 2, tăng biên độ của tín hiệu tin tức cho đến khi dạng sóng đường bao của tín hiệu AM tiếp xúc đường 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 đơn vị volt) khoảng cách dọc giữa các đỉnh trên và dưới của dạng sóng được điều chế (số đo A trong hình 1-22): A = _____________ V.

17. Tính chỉ số điều chế: m = _____________ .

18. Tính phần trăm điều chế: % Mod = _________.

Trình tự tiến hành C - Điều chế 100%, quá điều chế, và hiệu suất truyền Trong phần TRÌNH TỰ TIẾN HÀNH này, sinh viên quan sát trạng thái điều chế 100%, quan sát hiện tượng quá điều chế, và tính hiệu suất truyền (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 như 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 được điều chế hay quá điều chế?

Chưa được điều chế Quá điều chế

Hình 1.23.

28. Chỉ số điều chế của tín hiệu AM lớn hơn hay nhỏ hơn 1?

Lớn hơn 1 Nhỏ hơn 1

29. Tín hiệu quá điều chế có được mong muốn trong truyền thông AM? Tại sao?

................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................

30. Giảm tín hiệu tin tức để cho tín hiệu AM trên kênh 2 được điều chế 100% (xem lại hình 1-22).

31. Tính hiệu suất truyền μ = m2/ (2 + m2) = ______________ .

32. Nếu công suất tổng tín hiệu (PT) là 50 kW, tính công suất biên (PSB) bằng cách dùng các giá trị tính được 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 TIẾN HÀNH này, bạn sẽ kết nối và chỉnh máy phát AM và dùng tín hiệu ngõ ra của máy phát như tín hiệu ngõ vào của máy thu.

Page 13: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiê m Viên Thông Ba i 1

1-11

1. Kết 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 sẽ tự động chỉnh đến 330Ω.

4. Kết nối 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 0.1Vpk-pk bằng cách điều chỉnh núm trên khối mạch VCO-LO và điều chỉnh tần số tín hiệu sóng mang đến 1000 kHz bằng cách chỉnh núm NEGATIVE SUPPLY trên bộ chân đế.

6. Kết 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 0.1Vpk-pk, 2 kHz tại ngõ vào tin tức của MODULATOR.

Kết 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 được điều chế 100%, như trình bày trong hình 1-22.

Trình tự tiến hành B - Bộ lọc RF Trong phần TRÌNH TỰ TIẾN HÀNH này, bạn điều chỉnh bộ lọc RF cho tần số cộng hưởng là 1000 kHz, là tần số của tín hiệu được phát.

8. Dùng jumper kết nối TRANSMITTER đến điện trở 1MΩ (R8) tại ngõ vào khối mạch AM/SSB RECEIVER (hình 1-25). Kết nối đầu dò kênh 1 dao động ký đến ngõ vào R8. Tín hiệu AM có được phát đến ngõ vào R8?

Có Không

Hình 1.25.

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

Page 14: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiêm Viên Thông Ba i 1

1-12

Hình 1.26.

17. Kết nối đầu dò kênh 1 dao động ký đến ngõ ra RF AMPLIFIER. Điều chỉnh L5 ở điểm giữa để cho một tín hiệu xuất hiện trên kênh 1.

18. Điều chỉnh điện cảm L4 cho tín hiệu đỉnh – đỉnh cực đại tại ngõ ra RF AMPLIFIER. Tần số cộng hưởng (fr) của RF FILTER là bao nhiêu? ____________ kHz.

19. Với tín hiệu sóng mang 1000 kHz và tín hiệu tin tức 2 kHz, LSB mà bộ lọc RF phải cho qua là tín hiệu gì? Tần số bao nhiêu?

................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................

20. Với tín hiệu sóng mang 1000 kHz và tín hiệu tin tức 2 kHz, băng thông (BW) tối thiểu của RF FILTER cần thiết để cho qua tín hiệu AM thu được?

................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................

Trình tự tiến hành C - Bộ khuếch đại RF: độ lợi công suất cực đại Trong phần TRÌNH TỰ TIẾN HÀNH này, sinh viên sẽ điều hưởng mạch RLC trong mạch khuếch đại cực thu RF sao cho độ lợi RF AMPLIFIER lớn nhất. Sau đó đo tín hiệu ngõ ra để tính công suất ngõ ra rms và độ lợi 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 lớn nhất tại ngõ ra RF AMPLIFIER.

22. Trên kênh 1, đo điện áp đỉnh – đỉnh của tín hiệu sóng mang tại ngõ ra RF AMPLIFIER (VRF(0)). Ghi lại kết quả: ______________ V.

23. Chuyển đổi giá trị VRF(o)pk-pk đã tính ở bước 22 thành giá trị rms (VRF(o)rms = VRF(o)pk-pk x 0.3535). Dùng kết quả này thay vào biểu thức dưới đây để tính công suất rms của tín hiệu sóng mang tại ngõ ra RF AMPLIFIER. Trở kháng ngõ ra RF AMPLIFIER là 2 kΩ. Ghi kết quả theo đơn vị microwatt. PRF(o) = VRF (o)

2 / 2 kΩ.

................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................

24. Công suất ngõ vào và ngõ ra của tín hiệu sóng mang đến và đi khỏi tầng RF (RF FILTER và RF AMPLIFIER) được 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 lợi công suất của tầng RF theo dB.

Page 15: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiê m Viên Thông Ba i 1

1-13

APRF = dBmRF(O) – dBmRF(i) = _____________ dB.

27. Kết 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 lớn nhất tại ngõ ra RF AMPLIFIER.

29. Chỉnh điện cảm thay đổi (L5) trong mạch cực thu RF AMPLIFIER sao cho tín hiệu AM có biên độ đỉnh -đỉnh lớn nhất tại ngõ ra RF AMPLIFIER.

Tiến trình thực hành D - Bộ đổi tần Trong phần TIẾN TRÌNH THỰC HÀNH này, sinh viên sẽ khảo sát ảnh hưởng của bộ MIXER trên tín hiệu AM bằng cách quan sát các tín hiệu ngõ ra và ngõ vào của MIXER.

15. Kết 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. Kết nối ngõ ra MIXER đến ngõ vào IF FILTER bằng một jumper.

Hình 1.27.

16. Kết nối đầu dò kênh 2 dao động ký đến ngõ ra của MIXER. Vặn núm điều chỉnh của MIXER cho tới 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. Kết 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 lớn nhất. Nếu việc điều chỉnh này không chính xác, tín hiệu AM sẽ không xuất hiện. Kết nối đầu dò kênh 2 dao động ký đến ngõ ra của MIXER, và kết nối đầu dò kênh 1 đến ngõ vào M của MIXER.

18. Chỉnh điện thế của MIXER cho tín hiệu ngõ ra có hình dạng rõ. So sánh tín hiệu ngõ ra trên kênh 2 với 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 Không

Page 16: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiêm Viên Thông Ba i 1

1-14

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 với tín hiệu phức tạp trình bày trên hình 1-30. Đo thờigian giữa các đỉnh của dạng sóng phức tạp, là số đo xấp xỉ của chu kỳ (T). Mỗi vạch chia ngang là 1 μs.

T = _____________ μs

Hình 1.30.

20. Từ chu kỳ (T), tính toán tần số của dạng sóng phức tạp (f =1/T) theo đơn 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 TIẾN TRÌNH THỰC HÀNH này, sinh viên sẽ quan sát tần số của bộ dao động nội ảnh hưởng đến tín hiệu ngõ ra bằng cách so sánh các tín hiệu ngõ vào và ngõ ra của bộ lọc IF .

23. Kết nối đầu dò kênh một dao động ký đến ngõ ra IF FILTER. Kênh 2 sẽ kết 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 với ngõ vào IF FILTER trên kênh 2. Có một 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.

Page 17: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiê m Viên Thông Ba i 1

1-15

26. Tại sao tín hiệu ngõ ra IF FILTER biến 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 TIẾN TRÌNH THỰC HÀNH này, sinh viên sẽ quan sát tín hiệu ngõ ra ENVELOPE DETECTOR của máy thu và so sánh nó với tín hiệu tin tức được gởi đến máy phát để kiểm tra ngõ ra của máy thu có thật sự là tín hiệu tin tức hay không.

27. Kết nối đầu dò kênh 1 dao động ký đến ngõ vào tín hiệu tin tức MODULATOR trên khối mạch AM/SBB TRANSMITTER, và kết 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 được gây ra do tín hiệu điều chế 100% đến ENVELOPE DETECTOR. Giảm chỉ số điều chế của tín hiệu AM phát bằng cách xoay từ từ núm điều chỉnh trên khối MODULATOR theo ngược chiều kim đồng hồ, đồng thời quan sát các đỉnh âm của tín hiệu tin tức được khôi phục trở lại bình thường.

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 thời hằng xả RC của mạch ENVELOPE DETECTOR. Quan sát tín hiệu tin tức được khôi phục. Sự tăng hay giảm công tắt CM 9 có thay đổi thời hằng xả RC? (sinh viên có thể bật công tắc CM 9 đóng và mở để xem sự khác nhau.)

VI. KẾT LUẬN ___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

Page 18: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiê m Viên Thông Bai 2

2-1

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 với 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 số sóng mang FM; tín hiệu có tần số ở tại tần số trung tâm của nó, tức là tần số sóng mang chưa điều chế. Các thay đổi dương hay âm trong tần số sóng mang so với tần số trung tâm của nó được gọi là độ lệch tần số hay độ di tần.

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 với biên độ tín hiệu tin tức.

2. Tần số của tín hiệu tin tức không ảnh hưởng đến độ lệch tần số của tín hiệu sóng mang nhưng ảnh hưởng đến tốc độ lệch.

3. Bất kỳ 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 mới chứa thông tin.

Như minh họa trong hình 2-1, độ lệch tần số sóng mang (cộng hoặc trừ) trong tín hiệu FM là lớn nhất khi biên độ của tín hiệu tin tức có giá trị đỉnh lớn nhất hay nhỏ nhất. Khi tín hiệu tin tức là zero, độ lệch tần số sóng mang là zero, bởi vì sóng mang ở tại tần số trung tâm của nó.

Hình 2.1.

Quan sát hình 2-2. Bởi vì các thay đổi biên độ FM không chứa bất kỳ thông tin của tín hiệu tin tức, biên độ của sóng mang FM có thể được giới hạn trong khoảng giá trị mong muốn. Kết quả là các gai biên độ nhiễu có thể được giảm bởi các mạch giới hạn. Các bộ khuếch đại lớp C hiệu suất cao, chỉ ảnh hưởng biên độ nhưng không ảnh hưởng tần số, có thể được dùng trong thiết bị FM.

Truyền FM có khả năng loại nhiễu ngẫu nhiên tốt hơn truyền AM. Bởi vì sự loại nhiễu tốt hơn ở máy thu, FM có thể truyền trên khoảng cách lớn hơn AM với cùng một tần số và công suất máy phát

Page 19: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiêm Viên Thông Bai 2

2-2

Hình 2.2.

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

Hình 2.3.

Chỉ số điều chế FM (MI) là tỉ số của độ di tần ∆ trên tần số tín hiệu tin tức (fm)

β = ∆ / fm

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

β = 10/5 = 2

Phần trăm điều chế (% Mod) là tỷ số giữa độ di tần với tần số sóng mang. Tần số trung tâm của tín hiệu sóng mang là tần số sóng mang không được điều chế: tần số không có tín hiệu tin tức (biên độ là zero).

Khi độ lệch sóng mang là ít hơn ± 75kHz qui định bởi FCC cho điều chế 100% (hình 2-4), phần trăm 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.

Page 20: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiê m Viên Thông Bai 2

2-3

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 cf ứng với thành phần tần số sóng mang và các cặp vạch phổ bên ở các tần số mc ff ± , mc ff 2± , . . . độ lớn của các vạch phổ này được tính dựa vào hàm Bessel.

Hình 2.5.

Băng thông của tín hiệu FM là dải tần số mà trong đó tập trung 99% công suất tín hiệu FM. Băng thông này phụ thuộc vào hai thông số : biên độ và tần số tín hiệu tin tức. Carsson đã đưa ra công thức tính gần đúng băng thông tín hiệu FM, gọi là quy tắc Carsson, như sau:

BW ≈ 2(∆ + mf ) (3)

với mf là tần số tín hiệu tin tức.

Bảng sau đây chỉ ra số lượng các vạch phổ (kể cả vạch phổ trung tâm) nằm trong băng thông tín hiệu FM ứng với giá trị cho trước 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 hiệu sóng mang thay đổi pha của nó (và tần số) theo thay đổi trong biên độ và tần số tín hiệu tin tức (hình 2-6). Độ dịch pha tỷ lệ với biên độ tín hiệu tin tức. Khi pha của sóng mang thay đổi, cũng xảy ra sự lệch tần số. Độ lệch tần số (độ di tần) tỷ lệ với tốc độ và lượng dịch pha. Tốc độ dịch pha tỷ lệ với tần số của tín hiệu tin tức. Vì thế độ lệch tần số trong PM đối xứng trực tiếp với biên độ và tần số của tín hiệu tin tức.

Hình 2.6.

Đối với FM, sự thay đổi tần số tín hiệu tin tức không gây ra các độ lệch tần số trong tín hiệu sóng mang. Chỉ khi biên độ tín hiệu tin tức thay đổi mới gây ra sự lệch tần số sóng mang (xem hình 2-7).

Page 21: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiêm Viên Thông Bai 2

2-4

Hình 2.7.

Để có tỉ số tín hiệu trên nhiễu tốt trong điều chế pha và tần số, người ta thường dùng các bộ khuếch đại lớp C hiệu suất cao bởi vì méo biên độ không ảnh hưởng chất lượng tín hiệu. Các nhược điểm của phát thanh FM và PM là băng thông rộng và sự cần thiết phải thiết lập đường truyền thẳng (line-of-sight) cho các tín hiệu FM.

2. Giải điều chế

Các bộ giải điều chế FM còn gọi là các bộ tách sóng hay các bộ tách pha. Bộ tách sóng cầu phương là một trong các mạch giải điều chế FM. Các mạch giải điều chế FM khác gồm bộ tách sóng Foster-Seeley, bộ tách sóng tỉ số, bộ tách sóng đếm xung, và bộ tách sóng dùng vòng khoá pha. Tất cả các mạch này chuyển sự thay đổi tần số FM thành biên độ và tần số của tín hiệu tin tức.

Phần đầu của máy thu FM rất giống với máy thu AM hay SSB. Như hình 2-8 trình bày, phần đầu của máy thu FM gồm 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 số chuẩn cho tầng IF là 10.7 MHz, thay vì 455 kHz như điều chế AM. Tầng RF FM, bộ đổi tần, và tầng IF của máy thu FM rất giống với các mạch thu AM tương ứng. Bởi vì các khối này đã được khảo sát trong phần AM nên chúng không hiện diện trong máy thu FM trên board thí nghiệm (quá trình giải điều chế).

Hình 2.8.

Hình 2-8 trình bày máy thu FM gồm một mạch hạn biên và một 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 hiệu sóng mang. Thuật ngữ mạch tách sóng thường được dùng thay cho thuật ngữ bộ giải điều chế FM. Bộ tách sóng tạo ra tín hiệu tin tức có độ lớn phụ thuộc vào độ lệch tần số sóng mang: tốc độ thay đổi của tần số sóng mang xác định tần 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 phần tần số cao của tín hiệu tin tức trả lại thành các tần số thấp hơn với độ chính xác cao. Tầng audio khuếch đại và điều khiển âm lượng cho tín hiệu tin tức được khôi phục.

Thuật ngữ cầu phương diễn tả quan hệ về pha giữa hai tín hiệu có tần số bằng nhau và vuông pha 900. Trên board mạch thí nghiệm, khối mạch QUADRATURE DETECTOR thực hiện chức năng bộ tách sóng: giới hạn và giải điều chế tín hiệu FM. Bộ tách sóng FM chuyển độ

Page 22: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiê m Viên Thông Bai 2

2-5

lệch và tốc độ thay đổi tần số thành biên độ và tần số của tín hiệu tin tức. Sơ đồ đơn giản của bộ tách sóng cầu phương được trình bày trong hình 2-9.

Hình 2.9.

Tại ngõ vào của bộ tách sóng cầu phương, tín hiệu FM chia thành hai đường. Một tín hiệu FM đi đến bộ giới hạn / bộ dịch pha, có tác dụng chuyển độ di tần thành độ di pha với giá trị lệch pha khoảng 900. Các tín hiệu được gọi là cầu phương khi chúng có pha lệch nhau 900. Tín hiệu FM ban đầu và tín hiệu FM dịch pha là hai ngõ vào của bộ tách sóng pha, tức bộ điều chế cân bằng. Bộ tách sóng pha tạo ra một tín hiệu với tần số bằng hai lần tần số FM và một điện áp DC thay đổi theo sự lệch pha giữa hai ngõ vào.

Bởi vì sự lệch pha giữa các tín hiệu ngõ vào bộ tách sóng pha thay đổi theo độ lệch tần số của tín hiệu FM nên điện áp ngõ ra DC của bộ tách sóng pha thay đổi theo biên độ và tần số của tín hiệu tin tức FM. Một bộ lọc thông thấp tại ngõ ra của bộ tách sóng pha loại bỏ tín hiệu tần số cao và cho qua điện áp ngõ ra DC thay đổi, đó chính là tín hiệu tin tức được khôi phục.

III. YÊU CẦU THIẾT BỊ Bộ chân đế F.A.C.E.T.

Board mạch DIGITAL COMMUNICATIONS 2

Nguồn cung cấp 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 phần TIẾN TRÌNH THỰC HÀNH này, sinh viên sẽ điều chế tần số tín hiệu sóng mang, đo các thông số của nó, và quan sát các đặc tính của nó.

Tín hiệu FM được phát bởi khối mạch VCO-LO. Trong bài này, sinh viên sẽ đặt jumper ở vị trí 452 kHz. (chưa thực hiện lúc này). Núm điều chỉnh trên khối mạch VCO-LO dùng để điều chỉnh biên độ ngõ ra. Để điều chỉnh tần số ngõ ra VCO-LO, sinh viên sẽ điều chỉnh núm NEGATIVE SUPPLY trên phần bên trái của bộ chân đế.

Sơ đồ đơn giản của khối mạch VCO-LO được trình bày trong hình 2-10. Tần số bộ dao động được xác định bằng cách điều hưởng mạch LC. Sinh viên có thể điều hưởng mạch LC bằng cách thay đổi giá trị điện thế NEGATIVE SUPPLY tại anode của diode varactor CR2. Giá trị của điện áp âm tác động đến điện dung của CR2, do đó tác động đến tần số cộng hưởng của mạch LC. Khi điện áp NEGATIVE SUPPLY trở nên âm hơn thì tần số ngõ ra của VCO-LO

Page 23: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiêm Viên Thông Bai 2

2-6

tăng. Tại 0V DC, tần số ngõ ra khoảng 310 kHz. Tại –10 V DC, tần số ngõ ra khoảng 510 kHz.

Hình 2.10.

1. Trên khối mạch VCO- LO, nối jumper ở vị trí 452 kHz (hình 2-11). Xoay núm chỉnh biên độ một vòng theo chiều kim đồng hồ.

2. Kết nối đầu dò kênh 2 dao động ký đến (FM) OUT trên VCO-LO. Chỉnh kênh 2 đến 200 mV/DIV và TIME/DIV đến 0.5 μs/DIV.

3. Chỉnh voltmeter ở chế độ đo điện áp DC. Kết nối voltmeter DC đến T trên khối mạch VCO-LO.

4. Để thay đổi tần số VCO-LO, chỉnh NEGATIVE SUPPLY đến giá trị –4.0 V DC tại điểm T.

5. Kết nối đầu dò kênh 1 dao động ký đến T. Chỉnh kênh 1 đến 1.0V/DIV và Vertical Mode đến vị trí DC.

6. Chỉnh kênh 1 và kênh 2 dao động ký để các dạng sóng xuất hiện như trong hình 2-12. Tín hiệu DC ở kênh 1 (tại T - chỉ thị–4.0V) sẽ nằm trên vạch chia thứ hai từ đỉnh của màn hình dao động ký.

Hình 2.12.

7. Đo chính xác chu kỳ (T) giữa các đỉnh của tín hiệu sóng mang FM không được điều chế trên kênh 2. Ghi kết quả theo đơn vị ms: T = _________ ms.

8. Từ chu kỳ (T), tính toán tần số trung tâm (f) của tín hiệu sóng mang FM không được điều chế. Ghi kết quả theo đơn vị kHz: f = 1/T = ___________ Hz.

9. Sinh viên thay đổi điện áp để mô phỏng sự thay đổi biên độ tín hiệu tin tức (một tín hiệu sine). Quan sát màn hình dao động ký, chỉnh núm NEGATIVE SUPPLY theo chiều kim

Hình 2-11

Page 24: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiê m Viên Thông Bai 2

2-7

đồng hồ và sau đó theo ngược chiều kim đồng hồ để cho điện áp DC trên kênh 1 thay đổi khoảng 1V DC. Trên kênh 2, tần 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 tần số của sóng mang FM khi biên độ tín hiệu tin tức thay đổi 1V DC. Chỉnh núm NEGATIVE SUPPLY theo chiều kim đồng hồ để thay đổi điện áp tại T trên khối mạch VCO-LO đến –5.0 V DC.

11. Đo chính xác chu kỳ (T) giữa các đỉnh của tín hiệu sóng mang FM được điều chế trên kênh 2. Ghi kết quả theo đơn vị μs: T = _________ μs.

12. Từ T, tính toán tần số của tín hiệu sóng mang FM được điều chế. Ghi kết 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 trị sinh viên tính được trong bước 8 và tần số của tín hiệu tin tức -1 V DC là giá trị sinh viên vừa tính toán trong bước 12: Δ = _________ kHz

14. Để chỉnh tần số sóng mang trở lại giá trị tần số trung tâm, chỉnh núm NEGATIVE SUPPLY theo chiều kim đồng hồ để thay đổi điện áp tại T trên khối mạch VCO-LO từ -5.0 V DC đến -4.0 V DC.

15. Bây giờ sinh viên sẽ quan sát ảnh hưởng của tín hiệu tin tức 2 Vpk-pk, 5 kHz đối với tần số sóng mang FM. Kết nối SIGNAL GENERATOR đến (M) trên khối mạch VCO-LO, như trong hình 5-15.

16. Chỉnh SIGNAL GENERATOR để tạo một sóng sine 2.0Vpk-pk, 5 kHz tại T. Điều chỉnh này tương đương với 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 tần số tăng từ tần số trung tâm đến giá trị sinh viên tính toán được trong bước 12. Khi biên độ tín hiệu tin tức là 1V, tần số sẽ giảm so với tần số trung tâm.

18. Tính toán chỉ số điều chế (MI) cho một tín hiệu FM với độ lệch tần số (fcd) sinh viên xác định ở bước 13 và với một tín hiệu tin tức 5 kHz (fm) (MI = fcd /fm).

.........................................................................................................................................

19. Dùng giá trị MI tính toán được ở bước 18, tính số vạch phổ có trong băng thông tín hiệu FM (xem bảng 2-1). Nếu MI không phải là số nguyên, dùng MI cao nhất kế tiếp để tính số lượng các vạch phổ. Số vạch phổ = ________ .

20. Với một tín hiệu tin tức 2.0 Vpk-pk, 5 kHz, các cặp phổ biên chiếm khoảng 5 kHz trên mỗi biên của tần số trung tâm. Tính toán băng thông (BW) của tín hiệu tin tức. Ghi kết quả theo đơn vị kilohertz. (BW = SSB x 5 kHz x2 = _______ kHz)

Tiến trình thực hành B – Sự điều chế pha (PM) Trong phần TIẾN TRÌNH THỰC HÀNH này, sinh viên sẽ thực hiện điều chế pha một tín hiệu sóng mang, đo sự thay đổi pha, và quan sát các đặc tính của nó.

Hình 2-13

Page 25: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiêm Viên Thông Bai 2

2-8

Sinh viên dùng khối mạch PHASE MODULATOR, như trong hình 2-14(a), để tạo ra một tín hiệu PM. Sơ đồ đơn giản của khối mạch PHASE MODULATOR được trình bày trong hình 2-14(b).

Hình 2.14(a) .Hình 2-14(b).

Việc điều hưởng mạch LC xác định sự dịch pha của tín hiệu sóng mang. Sinh viên điều hưởng mạch LC bằng cách thay đổi giá trị của điện áp POSITIVE SUPPLY tại cathode của diode varator CR5. Giá trị của điện áp POSITIVE SUPPLY xác định điện dung CR5, từ đó ảnh hưởng đến tần số cộng hưởng của mạch LC. Sinh viên sẽ chỉnh điện áp POSITIVE SUPPLY để ngõ ra của MODULATOR (ngõ vào LIMITER) là cùng pha với tín hiệu sóng mang.

Khi điện áp POSITIVE SUPPLY tăng, ngõ ra của MODULATOR sớm pha hơn ngõ vào. Khi điện áp POSITIVE SUPPLYgiảm, ngõ ra của MODULATOR chậm pha hơn ngõ vào (hình 2-15).

Khi một tín hiệu tin tức sóng sine được đưa đến M, độ lớn của nó làm cho pha của ngõ ra MODULATOR thay đổi.

Vì biên độ của tín hiệu PM không chứa bất kỳ thông tin gì của tín hiệu tin tức, các gai nhọn tín hiệu bị gây ra do nhiễu có thể bị cắt bỏ để cải thiện tỉ số tín hiệu trên nhiễu của tín hiệu PM. Mạch LIMITTER giữ biên độ của tín hiệu PM trong phạm vi mong muốn (hình 2-16). Mạch LIMTTER gồm một opamp với độ lợi là 1.0 và hai diode Schottky (CR6 và CR7) được nối từ ngõ ra đến ngõ vào. Chiều phân cực của các diode bị ngược nhau: các anode nối đến các cathode. Các diode phân cực ngược giới hạn các đỉnh âm và dương của tín hiệu đến giá trị điện áp thuận của diode. Khi đỉnh tín hiệu PM tiến đến khoảng 0.2 V, diode với anode của nó được nối đến ngõ ra dẫn và duy trì điện áp đỉnh dương PM tại giá trị khoảng 0.2 V. Tương tự, diode còn lại duy trì điện áp đỉnh âm PM tại 0.2 V. Các điện áp không mong muốn trên và dưới ± 0.2 V bị loại bỏ bởi mạch LIMTTER.

CHÚ Ý: Diode Shottky có sụt áp thuận thấp trong khoảng từ 0.2 V đến 0.4 V.

Hình 2.16.

Hình 2-15

Page 26: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiê m Viên Thông Bai 2

2-9

21. Trên khối mạch VCO-LO, nối jumper vào vị trí 452 kHz.

22. Kết nối (FM) OUT trên khối mạch VCO-LO đến điểm C của khối MODULATOR trên khối mạch PHASE MODULATOR (hình 2-17).

23.Trong phần THỰC HÀNH này, các đầu dò dao động ký nên chỉnh đến vị trí X10 vì tín hiệu bị suy hao nhiều. Kết nối đầu dò kênh 1 dao động ký đến điểm C trên khối mạch PHASE MODULATOR. Chỉnh kênh 1 tới 200mV/DIV và TIME/DIV bằng 1.0 μs/DIV.

24. Vặn núm điều chỉnh trên khối mạch VCO-LO để chỉnh biên độ tín hiệu tại C bằng 600mVpk-pk.

25. Chỉnh volmeter ở chế độ đo điện áp DC. Kết nối volmeter DC đến điểm T trên khối mạch VCO-LO.

26. Chỉnh núm NEGATIVE SUPPLY ở góc trên bên trái bộ chân đế để có điện áp -4.5V DC tại T, tức là giá trị tần số tín hiệu tại C khoảng 475 kHz.

27. Kết nối đầu dò kênh 2 dao động ký đến điểm giữa MODULATOR và LIMITER. Chỉnh kênh 2 đến 200 mV/DIV.

28. Để thay đổi tần số VCO-HI, chỉnh núm POSITIVE SUPPLY ở góc trên bên phải của bộ chân đế để tín hiệu ngõ ra MODULATOR (kênh 2) cùng pha với tín hiệu VCO-LO (kênh 1), như trong hình 2-18.

29. Khi quan sát màn hình dao động ký vặn từ từ núm POSITIVE SUPPLY trên bộ chân đế theo chiều kim đồng hồ và sau đó theo ngược 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 hệ pha giữa tín hiệu ngõ ra MODULATOR trên kênh 2 với 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 hưởng của một tín hiệu tin tức 3Vpk-pk, 5 kHz đối với tần số sóng mang PM. Kết nối SIGNAL GENERATOR đến điểm M trên MODULATOR. Kết nối đầu dò kênh 1 dao động ký đến M, như trong hình 2-19. chỉnh kênh 1 đến 1 V/DIV và TIME/DIV bằng 0.1 ms/DIV.

33. Chỉnh SIGNAL GENERATOR để tạo một sóng sine 3Vpk-pk, 5kHz tại M trên khối MODULATOR.

34. Kết nối đầu dò kênh 1 dao động ký đến C, và kết nối đầu dò kênh 2 dao động ký đến điểm giữa MODULATOR và DETECTOR. Các đầu

Hình 2.18

Hình 2-19

Hình 2-17

Page 27: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiêm Viên Thông Bai 2

2-10

dò nên ở vị trí X10. Chỉnh kênh 1 và kênh 2 đến 200mV/DIV, và chỉnh TIME/DIV đến 1μs/DIV. Trigger trên kênh 1 và chỉnh VERT MODE ở vị trí ALT.

35. Kênh 1 hiển thị sóng mang không được điều chế, và kênh 2 hiển thị tín hiệu điều chế pha. Các tín hiệu này như thế nào?

.........................................................................................................................................

36. Kết nối đầu dò kênh 1 dao động ký đến ngõ ra LIMITER. So sánh các tín hiệu ngõ vào và ngõ ra của LIMITER. LIMITER có làm giảm 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 TIẾN TRÌNH THỰC HÀNH này, sinh viên sẽ quan sát bộ dịch pha làm thay đổi pha của tín hiệu sóng mang FM như thế nào và mạch hạn biên làm giảm biên độ của tín hiệu sau khi dịch pha như thế nào.

Mạch giới hạn/dịch pha gồm một bộ khuếch đại, một tụ điện, một mạch LC, và một mạch hạn biên. Tín hiệu FM chia thành hai đường tại ngõ vào của bộ tách sóng cầu phương. Một tín hiệu FM là ngõ vào đến bộ khuếch đại Opamp đảo với độ lợi bằng 2. Tụ điện có tác dụng dịch pha tín hiệu FM đi 900. Bởi vì tần số cộng hưởng (fr) của mạch LC bằng tần số trung tâm FM nên ở tần số trung tâm FM, mạch LC trở thành điện trở thuần. Do đó sự dịch pha 900 của tần số trung tâm không bị ảnh hưởng bởi mạch LC. Tuy nhiên, các tần số lớn hơn hay nhỏ hơn fr đều bị dịch pha ít hay nhiều hơn 900 một cách tương ứng, so với tín hiệu FM ban đầu.

Tín hiệu FM sau khi dịch pha được đưa đến bộ giới hạn. Như hình 2-20 trình bày, mạch hạn biên gồm có hai diode được nối từ ngõ ra xuống đất với các cực của nó được bố trí ngược nhau: các anode nối với các cathode. Các diode có cực ngược nhau làm giới hạn biên độ ngõ ra và tối thiểu hoá bất kỳ sự điều chế AM nào mà bộ dịch pha có thể gây ra.

Hình 2.20.

Hình 2.21.

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

Page 28: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiê m Viên Thông Bai 2

2-11

2. Kết nối (FM) OUT trên khối mạch VCO-LO đến ngõ vào FM trên khối mạch QUADRATURE DETECTOR.

3. Kết nối đầu dò kênh 1 dao động ký đến ngõ vào FM trên khối mạch QUADRATURE DETECTOR. Chỉnh kênh 1 đến 100 mV/DIV và TIME/DIV bằng 1μs/DIV. Với núm điều chỉnh trên VCO-LO, chỉnh tín hiệu sóng mang FM chưa điều chế tại ngõ vào FM đến 300 mVpk-pk.

4. Kéo núm vặn TIME VARIABLE dao động ký ra, và điều chỉnh tín hiệu kênh 1 để cho một chu kỳ (3600) chiếm 8 vạch chia ngang, như trong hình 2-22. Mỗi vạch chia ngang dao động ký bằng 450.

5. Kết nối đầu dò kênh 2 dao động ký đến ngõ ra của PHASE SHIFTER/LIMITER trên khối mạch QUADRATURE DETECTOR. Chỉnh kênh 2 đến 200mV/DIV. Chỉnh tần số FM bằng cách điều chỉnh núm NEGATIVE SUPPLY ở góc trên bên trái của bộ chân đế cho đến khi tín hiệu trên kênh 2 có biên độ lớn nhất. Nếu cần thiết, chỉnh lại tín hiệu kênh 1 để cho một chu kỳ (3600) chiếm 8 vạch chia ngang.

6. Khi biên độ ngõ ra của PHASE SHIFTER/LIMITER là lớn nhất, tần số trung tâm FM bằng với tần số gì:

Tần số cộng hưởng mạch LC (fr) Một nửa tần số của tín hiệu FM gốc?

7. Độ lệch pha giữa tín hiệu sóng mang FM chưa điều chế trên kênh 1 và tín hiệu ngõ ra PHASE SHIFTER/LIMITER trên kênh 2 là bao nhiêu?

Δφ = ____________ °

8. Trong mạch PHASE SHIFTER/LIMITER, thành phần nào gây ra dịch pha 900 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 bộ chân đế một vòng theo chiều kim đồng hồ và sau đó theo ngược chiều kim đồng hồ để thay đổi tần số FM. Tại sao sự lệch pha giữa các tín hiệu ngõ ra và ngõ vào tăng và giảm trong khi biên độ luôn luôn giảm: do mạch LC gây ra dịch pha khi tần số FM thay đổi hay do độ dịch pha 900 gây ra bởi tụ điện thay đổi?

.................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................

10. Nếu một tín hiệu tin tức điều chế sóng mang FM, ngõ ra PHASE SHIFTER/LIMITER sẽ thay đổi pha tuỳ theo độ lệch tần số của tín hiệu FM được điều chế?

.................................................................................................................................................. ..................................................................................................................................................

11. Tại sao tín hiệu ngõ ra PHASE SHIFTER/LIMITER trên kênh 2 có các đỉnh và trũng bằng phẳng?

Mạch hạn biên hạn chế biên độ của tín hiệu ngõ ra

Tín hiệu ngõ ra không cùng pha với tín hiệu ngõ vào?

Hình 2-22

Page 29: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiêm Viên Thông Bai 2

2-12

12. Khi quan sát tín hiệu ngõ ra PHASE SHIFTER/LIMITER (kênh 2), giảm biên độ của tín hiệu ngõ vào (kênh 1) đến khoảng 100 mVpk-pk và sau đó trở lại đến 300 mVpk-pk bằng cách vặn núm điều chỉnh trên khối mạch VCO-LO theo chiều kim đồng hồ và sau đó theo ngược chiều kim đồng hồ.

13. Khi giảm biên độ tín hiệu ngõ vào đến 100 mVpk-pk, tín hiệu ngõ ra PHASE SHIFTER/LIMITER (kênh 2) có trở thành một sóng sine hay bằng phẳng hơn không?

Có Không

Tiến trình thực hành B – Bộ tách sóng pha và bộ lọc Trong PHẦN TIẾN TRÌNH THỰC HÀNH này, sinh viên sẽ khảo sát bộ tách sóng pha và bộ lọc khôi phục tín hiệu tin tức.

Hình 2.23.

Tín hiệu FM ban đầu và tín hiệu FM dịch pha 900 từ mạch hạn biên được kết hợp với nhau ở bộ tách sóng pha, đó là một bộ điều chế cân bằng (hình 2-23). Bộ điều chế cân bằng này kết hợp các tần số ngõ vào FM để tạo ra các thành phần tần số tổng hiệu. Do các tín hiệu ngõ vào có tần số bằng nhau nên tần số tổng bằng 2 lần tần số FM và thành phần tần số hiệu trở thành điện áp DC thay đổi theo độ lệch pha so với giá trị trung tâm là 900. Tín hiệu tin tức gây ra các độ lệch pha tần số FM, và được chuyển thành sự khác nhau về pha, do đó thành phần điện áp DC (hiệu) ở ngõ ra bộ tách sóng pha thay đổi trực tiếp theo tín hiệu tin tức. Vì thế, ngõ ra của bộ tách sóng pha chứa thành phần tần số tổng và thành phần tín hiệu tin tức.

Mạch RL tại ngõ ra của bộ tách sóng pha là một bộ lọc thông thấp có tác dụng loại bỏ thành phần tần số tổng và cho qua thành phần tín hiệu tin tức.

15. Kết nối mạch và các đầu dò dao động ký kênh 1 và kênh 2 như hình 2-24.

Hình 2.24. Hình 2.25

16. Điều chỉnh các tín hiệu trên dao động ký kênh 1 và kênh 2, như hình 2-25.

TÍN HIỆU KÊNH 1: điều chỉnh 300mVpk-pk. Điều chỉnh dao động ký để một chu kỳ (3600) chiếm 8 vạch chia.

TÍN HIỆU KÊNH 2: điều chỉnh núm NEGATIVE SUPPLY trên bộ chân đế để cho dạng sóng trên kênh 2 vuông 900 so với pha của tín hiệu kênh 1.

Page 30: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiê m Viên Thông Bai 2

2-13

17. Kết nối đầu dò kênh 2 đến ngõ ra PHASE DETECTOR.

18. Tín hiệu ngõ ra của PHASE DETECTOR trên kênh 2 là gì?

Thành phần tần số tổng Thành phần tần số hiệu

19. Thành phần 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 của PHASE DETECTOR (thành phần hiệu)?

Các thay đổi tần số Các thay đổi pha

21. Kết nối đầu dò kênh 2 đến ngõ vào của PHASE DETECTOR. Nếu cần thiết, chỉnh tần số FM bằng núm vặn NEGATIVE SUPPLY để cho độ lệch pha giữa các tín hiệu ngõ vào trên kênh 1 và 2 là 900 (xem bước 16).

22. Chỉnh voltmeter để đo các điện áp DC. Kết nối dây dẫn của voltmeter đến ngõ ra của PHASE DETECTOR, và kết nối dây chung đến đất. Với sự khác pha 900 giữa các tín hiệu ngõ vào, đo và ghi điện áp DC tại ngõ ra của PHASE DETECTOR (V900 = _______ V)

23. Điều chỉnh độ lệch pha giữa các tín hiệu trên kênh 1 và 2 bằng 1350 bằng cách chỉnh núm vặn NEGATIVE SUPPLY theo ngược chiều kim đồng hồ (hình 6-31(a)). Với độ lệch pha1350 giữa các tín hiệu ngõ vào, đo và ghi điện áp DC tại ngõ ra của PHASE DETECTOR:

V1350 = _________ V

Hình 2.26(a). Hình 2.26(b).

24. Điều chỉnh độ lệch pha giữa các tín hiệu trên kênh 1 và 2 đến 450 bằng cách chỉnh núm vặn NEGATIVE SUPPLY theo chiều kim đồng hồ (xem hình 2-26(b)). Với độ lệch pha 450 giữa các tín hiệu ngõ vào, đo và ghi điện áp DC tại ngõ ra của PHASE DETECTOR:

V450 = ______ V

25. Khi độ lệch pha tăng hay giảm từ giá trị 900, điện áp ngõ ra DC có thay đổi không?

Có Không

26. Điều chỉnh sự khác nhau về pha giữa các tín hiệu trên kênh 1 và 2 trở lại 900 (hình 6-8) bằng cách chỉnh tần số FM với núm NEGATIVE SUPPLY.

27. Sinh viên sẽ điều chế sóng mang FM bởi một tín hiệu tin tức 300 mVpk-pk, 3 kHz. Kết nối SIGNAL GENERATOR đến (M) trên khối mạch VCO-LO (hình 2-27).

Page 31: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiêm Viên Thông Bai 2

2-14

Hình 2.27.

28. Kết nối đầu dò kênh 1 đến T trên VCO-LO. Đẩy núm TIME VARIABLE trên dao động ký vào, và xoay nó một vòng theo chiều kim đồng hồ. Chỉnh kênh 1 đến 100 mV/DIV, chỉnh TIME/DIV đến 0.1 ms/DIV, và trigger trên kênh 1.

29. Chỉnh SIGNAL GENERATOR để phát một sóng sine 300mVpk-pk, 3 kHz tại điểm T trên VCO-LO (kênh 1).

30. Kết nối đầu dò kênh 1 đến ngõ vào FM của QUADRATURE DETECTOR. Kết nối đầu dò kênh 2 đến ngõ ra PHASE SHIFTER/LIMITER. Chỉnh kênh 1 đến 100mV/DIV, và chỉnh 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 hiệu tại hai ngõ vào PHASE DETECTOR. Pha của tín hiệu FM trên kênh 2 có đang thay đổi theo tín hiệu trên kênh 1?

Có Không

32. Kết nối đầu dò kênh 2 đến ngõ ra của PHASE DETECTOR để quan sát tín hiệu tần số tổng. Trên kênh 2 mức DC, tức đường chuẩn zero (điểm giữa) của tín hiệu tần số tổng, có thay đổi?

Có Không

33. Chỉnh TIME/DIV của dao động ký đến 0.2 ms/DIV. Kết nối đầu dò kênh 1 đến điểm T tại khối mạch VCO-LO để quan sát tín hiệu 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 hiệu tin tức trên kênh 1 với các thay đổi DC của ngõ ra PHASE DETECTOR trên kênh 2. Các thay đổi DC của ngõ ra PHASE DETECTOR có tần số giống như tín hiệu tin tức không?

Có Không

35. Kết nối đầu dò kênh 2 đến ngõ ra của FILTER. Chỉnh 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 được khôi phục 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 tần số tín hiệu tin tức không?

Có Không

V. KẾT LUẬN __________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________

Page 32: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiê m Viên Thông Bai 3

3-1

BÀI 3

MÃ HÓA ĐƯỜNG TRUYỀN (Line Coding)

I. MỤC ĐÍCH Khi hòan tất bài thí nghiệm này, sinh viên có thể mô tả được ba kỹ thuật mã hóa đường truyền thông dụng trong thông tin số là NRZ, RZ và Manchester, và giải thích được ưu nhược điểm của từng loại. Sinh viên cũng hiểu được cách mã hóa đường truyền bằng một trong ba phương pháp trên cững như cách giải mã và những yêu cầu cần thiết để giải mã ở máy thu.

II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

KÊNH TRUYỀN

Hình 3-1

Việc truyền dữ liệu giữa hai thiết bị viễn thông được thực hiện theo một trong hai phương thức: truyền tín hiệu dải nền (còn gọi là tín hiệu băng gốc) và truyền tín hiệu băng dải (passband). Trong truyền tín hiệu dải nền, tín hiệu tin tức sẽ được truyền trực tiếp trên kênh truyền mà không cần điều chế. Khi truyền tín hiệu ở dải nền thì các đặc tính của tín hiệu phải phù hợp với kênh truyền.

Các đặc trưng của tín hiệu bao gồm: thông tin định thời, sự dịch mức DC do chuỗi 0 hoặc chuỗi 1 kéo dài và phổ tần số của tín hiệu.

1. Mã hóa

Mã hóa là thay đổi cách thức truyền dữ liệu trên đường truyền. Các kỹ thuật mã hóa khác nhau đều có một sự trao đổi giữa các yếu tố: đáp ứng tần số, băng thông, vấn đề định thời và sự dịch mức DC.

Các kỹ thuật mã hóa được khảo sát trong bài thí nghiệm này bao gồm: NRZ (non-return-to-zero), RZ (return-to-zero) và Manchester.

a) Mã hóa NRZ:

Các mức điện áp nhị phân của dữ liệu NRZ được giữ nguyên trong suốt một chu kỳ bit và không trở về 0 trong suốt chu kỳ bit.

b) Mã hóa RZ:

Các mức nhị phân của dữ liệu được biểu diễn bằng mức điện áp tương ứng trong nửa chu kỳ bit, sau đó trở về 0 trong nửa chu kỳ bit kế tiếp.

c) Mã hóa Manchester:

Page 33: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiêm Viên Thông Bai 3

3-2

Các bit 1 và bit 0 của dữ liệu được biểu diễn bằng mức điện áp tương ứng trong một nửa chu kỳ bit đầu, và bằng mức điện áp ngược lại ở nửa chu kỳ bit sau.

Cơ sở để lựa chọn kỹ thuật mã hóa thích hợp là dựa vào ba đặc trưng của tín hiệu đã nêu ở trên. Các đặc trưng này được chọn sao cho phù hợp với kênh truyền và đảm bảo sự đồng bộ giữa bên phát và bên thu. Một số phương pháp mã hóa có kết hợp thông tin về xung clock ngay trong dữ liệu truyền, một số phương pháp khác đòi hỏi phải truyền cả xung clock và dữ liệu. Khi có sự chuyển đổi mức ở các chu kỳ bit thì máy thu có thể dựa vào đó để khôi phục xung clock. Nếu các tín hiệu dữ liệu truyền đi không có sự chuyển trạng thái trong các chu kỳ bit thì buộc phải truyền thêm xung clock riêng để đồng bộ. Về phương diện này, mã Manchester có ưu điểm nhất vì nó đảm bảo ít nhất một lần chuyển đổi mức trong một chu kỳ bit.

Về cách biểu diễn các mức logic bằng điện áp, có hai dạng sóng tín hiệu được dùng: dạng đơn cực (5V và 0V) và dạng lưỡng cực (+5V và -5V).

Có thể thực hiện giao tiếp với các kênh truyền bằng hai cách: ghép trực tiếp hoặc ghép AC. Trong hệ thống ghép AC, thành phần DC bị chặn và các thành phần tần số thấp bị suy giảm.

Nhiều phương tiện truyền có đặc tính tần số giống như một bộ lọc thông dải, chỉ cho phép truyền tín hiệu trong một dải tần từ 1Cf đến 2Cf .

Hình vẽ dưới đây thể hiện các thành phần năng lượng của các kỹ thuật mã hóa nêu trên.

Phương pháp NRZ lưỡng cực có nhược điểm là hầu hết các thành phần năng lượng của nó tập trung ở khoảng tần số zero (DC). Trong khi đó, phương pháp Manchester dời các thành phần năng lượng lên vùng tần số cao hơn nên có thể truyền được cả trên các kênh truyền có đáp ứng bị chặn ở vùng DC. Tuy nhiên, đổi lại, phương pháp Manchester lại làm tăng

băng thông của tín hiệu, do đó có thể dẫn đến lỗi khi truyền trên kênh có băng thông giới hạn.

Page 34: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiê m Viên Thông Bai 3

3-3

Với tín hiệu NRZ, chuỗi bit 1 dài sẽ làm tăng mức DC của tín hiệu, còn chuỗi bit 0 dài lại làm giảm mức DC của tín hiệu. Trên kênh truyền ghép AC, đặc tính giới hạn tần số cao làm cho dạng xung tín hiệu bị méo. Các vấn đề trên dẫn đến tăng sai số khi khôi phục dữ liệu.

Thay vì dùng các mức điện áp cố định cho chuỗi bit 1 hoặc bit 0, phương pháp Macnchester dùng một chuỗi các chuyển đổi mức. Điều này làm cho mức DC của tín hiệu không bi thay đổi và gần bằng 0.

2. Giải mã

Dữ liệu mã hóa không thể được truyền từ máy phát đến máy thu một cách đáng tin cậy mà không có sự đồng bộ giữa xung clock của máy phát và máy thu. Trong thực tế, các tín hiệu dữ liệu và tín hiệu clock có thể được truyền trên hai đường truyền riêng biệt.

Lưu ý: tín hiệu mã hóa RZ có thể được tạo ra bằng cách sử dụng cổng AND với hai ngõ vào là tín hiệu NRZ và tín hiệu clock.

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

Page 35: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiêm Viên Thông Bai 3

3-4

Nếu ở ngõ vào của cổng XOR, ta đặt tín hiệu NRZ và tín hiệu xung clock thì ở ngõ ra của nó sẽ là tín hiệu mã hóa Manchester.

Để giải mã tín hiệu mã hóa Manchester về dạng NRZ, ta lại dùng một cổng XOR ở máy thu.

Khi truyền trên khoảng cách xa, sự kết nối trực tiếp giữa máy phát và máy thu là không khả thi. Do đó sẽ không có đường tín hiệu clock chung. Dữ liệu truyền đi phải được điều chế bằng các kỹ thuật như ASKM, FSK, … và sẽ được giải điều chế tại máy thu. Đồng thời, ở máy thu phải có một bộ phận đồng bộ xung clock để khôi phục tín hiệu clock từ dữ liệu phát.

III. YÊU CẦU THIẾT BỊ

Bộ chân đế F.A.C.E.T.

Board mạch DIGITAL COMMUNICATIONS 2

Nguồn cung cấp 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. Kết nối đầu dò kênh 1 của dao động ký với điểm CLK và kênh 2 với điểm SYNC.

2. Nối đầu dò EXT với điểm SYNC để đồng bộ các tín hiệu quan sát với nhau. Nối GND của dao động ký với điểm GND trên board mạch.

Page 36: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiê m Viên Thông Bai 3

3-5

Hình 3-1

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 bởi cạnh lên của ngõ vào EXT.

4. Chỉnh dao động ký để có dạng sóng như hình 3-2.

Hình 3-2

5. Đo chu kỳ xung clock trên kênh 1: T = ___________ ms.

6. Có bao nhiêu chu kỳ xung clock giữa các xung đồng bộ? Số chu kỳ clock = __________.

7. Di chuyển đầu dò kênh 2 đến vị trí NRZ. Không thay đổi các thông số của dao động ký.

Hình 3-3

8. Mỗi chu kỳ xung clock ứng với 1 bit dữ liệu. Hãy xác định chuỗi bit nhị phân (8 bit) được phát? Data = _____________.

9. Quan sát dạng sóng NRZ, tín hiệu có giữ nguyên mức điện áp (cao hoặc thấp) trong suốt chu kỳ bit?

Có Không

10. Thông tin định thời là một đặc trưng quan trọng của các phương pháp mã hóa đường truyền. Một đặc trưng khác cũng rất quan trọng là tốc độ truyền dữ liệu. Tốc độ baud (tốc độ truyền dữ liệu) được định nghĩa là nghịch đảo của khỏang thời gian của một phần tử tín hiệu ngắn nhất.

11. Chu kỳ xung clock đã được đo ở bước 5: T = _____ms. Vậy tốc độ baud của tín hiệu NRZ quan sát được là bao nhiêu: baud rate = ________ baud.

Hình 3-4

Page 37: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiêm Viên Thông Bai 3

3-6

12. Tốc độ truyền dữ liệu cũng được định nghĩa theo số bit truyền được trong 1s, gọi là tốc độ bit. Tốc độ bit và tốc độ baud có thể bằng nhau hoặc khác nhau, tùy vào phương pháp mã hóa và các phần 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 được có bằng nhau không? Tại sao?

__________________________________________________________________________.

Trình tự tiến hành B – Mã hóa RZ 15. Tháo tất cả các jumper và dây nối trên board mạch DIGITAL COMMUNICATIONS 2.

16. Nối đầu dò kênh 1 của dao động ký đến vị trí CLK và kênh 2 đến vị trí SYNC, đầu dò EXT cũng nối với vị trí SYNC.

17. Chỉnh kênh 1 và kênh 2 của dao động ký ở 5V/DIV và TIME/DIV = 0.5ms/DIV. Trigger bởi cạnh lên của EXT.

Hình 3-5

18. Điều chỉnh dao động ký để quan sát được dạng sóng như hình 3-6.

Hình 3-6

19. Di chuyển kênh 2 dao động ký đến vị trí RZ.

Hình 3-7

20. Dựa trên tín hiệu RZ quan sát được, hãy xác định chuỗi bit nhị phân phát đi? _________.

21. Quan sát tín hiệu RZ trên kênh 2. Tín hiệu này mang thông tin về 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.

Page 38: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiê m Viên Thông Bai 3

3-7

23. Tốc độ bit của tín hiệu RZ quan sát được trên kênh 2? R = ________ bps.

24. Tốc độ bit và tốc độ baud của tín hiệu RZ không bằng nhau? Vì sao?

__________________________________________________________________________.

Trình tự tiến hành C – Mã hóa Manchester 25. Tháo tất cả các jumper và dây nối trên board mạch DIGITAL COMMUNICATIONS 2.

26. Nối đầu dò kênh 1 của dao động ký đến vị trí CLK và kênh 2 đến vị trí SYNC, đầu dò EXT cũng nối với vị trí SYNC.

Hình 3-8

27. Chỉnh kênh 1 và kênh 2 của dao động ký ở 5V/DIV và TIME/DIV = 0.5ms/DIV. Trigger bởi cạnh lên của EXT.

28. Điều chỉnh dao động ký để quan sát được 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 biễu diễn chuỗi bit nhị phân (8 bit) nào? ____________.

31. Quan sát tín hiệu RZ trên kênh 2. Tín hiệu này mang thông tin về 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 được trên kênh 2? R = ________ bps.

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

__________________________________________________________________________.

Page 39: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiêm Viên Thông Bai 3

3-8

Lưu ý: một khái niệm liên quan đến baud rate là băng thông tín hiệu. Tín hiệu có tốc độ baud càng cao đòi hỏi băng thông càng rộng.

35. Di chuyển kênh 1 về vị trí NRZ. Quan sát và đo tốc độ baud của tín hiệu NRZ?

baud rate = ________ baud.

36. Giữa hai tín hiệu NRZ và Manchester, tín hiệu nào có băng thông lớn hơn?

NRZ Manchester

Trình tự tiến hành D – Tín hiệu đơn cực và lưỡng cực 37. Tháo tất cả các jumper và dây nối trên board mạch DIGITAL COMMUNICATIONS 2.

38. Nối đầu dò kênh 1 của dao động ký đến vị trí CLK và kênh 2 đến vị trí SYNC, đầu dò EXT cũng nối với vị trí SYNC.

39. Chỉnh kênh 1 và kênh 2 của dao động ký ở 5V/DIV và TIME/DIV = 0.5ms/DIV. Trigger bởi cạnh lên của EXT.

40. Điều chỉnh dao động ký để quan sát được dạng sóng như hình 3-9.

41. Kết nối jumper ở khối MODULATORS như hình vẽ 3-11. Di chuyển đầu dò kênh 1 về vị trí NRZ và đầu dò kênh 2 về vị trí POLAR (hình 3-11).

Hình 3-11

42. Chỉnh vertical mode về GND cho cả hai kênh. Sau đó điều chỉnh vị trí đường chuẩn của hai kênh như hình 3-12.

Hình 3-12 Hình 3-13

43. Chỉnh vertical mode trở về DC. Kênh 1 hiển thị tín hiệu NRZ dạng đơn cực còn kênh 2 hiển thị tín hiệu NRZ lưỡng cực (hình 3-13).

44. Quan sát tín hiệu đơn cực. Mức nhị phân 1 được biểu diễn bằng điện áp dương còn mức 0 được biểu diễn bằng điện áp zero. Dạng sóng tín hiệu nằm phía trên đường chuẩn. Đo mức điện áp dương biểu diễn bit 1: V1 = _______ V.

45. Quan sát tín hiệu lưỡng cực. Mức 1 biểu diễn bằng điện áp dương và mức 0 biểu diễn băng mức điện áp ngược lại. Dạng sóng tín hiệu nằm về hai phía của đường chuẩn. Đo mức điện áp âm biểu diễn bit 0: V0 = _______ V.

Page 40: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiê m Viên Thông Bai 3

3-9

46. Tháo kênh 2 của dao động ký ra khỏi mạch và chuyển kênh 1 đến vị trí POLAR trên khối MODULATORS (hình 3-14). Kênh 1 sẽ hiển thị chuỗi bit 10110100 dạng NRZ lưỡng cực .

Hình 3-14

47. Dùng đồng hồ đo DC để đo thành phần DC của tín hiệu NRZ lưỡng cực nói trên.

DC = ___________ mVDC

48. Hiệu chỉnh mạch để chuyển dữ liệu nhị phân thành 01000100. Dùng đồng hồ đo DC để đo lại thành phần DC của tín hiệu NRZ lưỡng cực mới.

DC = __________ VDC

49. Tháo jumper khỏi vị trí NRZ trên khối MODULATORS. Dùng dây dẫn nối từ vị trí MAN trên khối ENCODER sang khối MODULATORS như hình 3-15.

Hình 3-15

50. Dùng đồng hồ đo DC để đo thành phần DC của tín hiệu Manchester lưỡng cực nói trên.

DC = ___________ mVDC

51. Hiệu chỉnh mạch để chuyển dữ liệu nhị phân thành 01000100. Dùng đồng hồ đo DC để đo lại thành phần DC của tín hiệu Manchester lưỡng cực mới.

DC = __________ mVDC

52. Từ kết quả đo, cho biết phương pháp mã hóa nào có thành phần DC nhỏ 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 nối đầu dò kênh 1 của dao động ký đến vị trí CLK, kênh 2 đến vị trí SYNC, đầu dò EXT cũng nối với vị trí SYNC.

2. Chỉnh kênh 1 và kênh 2 của dao động ký ở 5V/DIV và TIME/DIV = 0.5ms/DIV. Trigger bởi cạnh lên của EXT.

Page 41: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiêm Viên Thông Bai 3

3-10

3. Điều chỉnh dao động ký để quan sát được dạng sóng như hình 3-9.

4. Trên khối ENCODING, gắn jumper nối giữa RZ và ngõ vào của khối D Flip-Flop. Di chuyển kênh 2 đến vị trí RZ (xem hình 3-16).

Hình 3-16

5. Quan sát dữ liệu RZ (kênh 2) ở ngõ vào D Flip-Flop. Khi giải mã RZ thành NRZ, tín hiệu clock phải:

truyền trên đường truyền riêng được khôi phục từ dữ liệu RZ

6. Di chuyển kênh 2 đến ngõ ra D Flip-Flop và kênh 1 đến vị trí NRZ trên khối ENCODER.

Hình 3-17

7. So sánh dữ liệu mã hóa NRZ (CH1) và dữ liệu NRZ sau khi giải mã (CH2). Tín hiệu giải mã bị trễ so với tín hiệu mã hóa:

một chu kỳ xung clock nửa chu kỳ xung clock

8. Di chuyển đầu dò kênh 1 sang vị trí RZ (ngõ vào D). Sự chuyển trạng thái từ thấp lên cao lần đầu tiên của xung clock làm ngõ ra Q của bộ giải mã chuyển sang:

mức cao mức thấp

9. Dữ liệu giải mã NRZ phụ thuộc mức dữ liệu RZ tại mỗi cạnh lên của xung clock. Ở chu kỳ bit thứ 5, dữ liệu NRZ ở ngõ ra là bit 1 hay 0? _________.

Trình tự tiến hành B – Giải mã tín hiệu mã hóa Manchester 10. Xác định vị trí khối mạch ENCODER và nối đầu dò kênh 1 của dao động ký đến vị trí CLK, kênh 2 đến vị trí SYNC, đầu dò EXT cũng nối với vị trí SYNC.

11. Chỉnh kênh 1 và kênh 2 của dao động ký ở 5V/DIV và TIME/DIV = 0.5ms/DIV. Trigger bởi cạnh lên của EXT.

12. Điều chỉnh dao động ký để quan sát được dạng sóng như hình 3-9.

13. Trên khối ENCODING, gắn jumper nối giữa RZ và ngõ vào của khối D Flip-Flop. Di chuyển kênh 2 đến vị trí RZ (xem hình 3-18).

Page 42: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiê m Viên Thông Bai 3

3-11

Hình 3-18

14. Cổng XOR dùng để giải mã tín hiệu mã hóa Manchester về dạng NRZ. Quan sát các tín hiệu ở ngõ vào cổng XOR. Khi giải mã tín hiệu Manchester, tín hiệu clock ở ngõ vào cổng XOR:

được trích từ tín hiệu mã hóa Manchester phải đến từ một đường truyền riêng

15. Di chuyển kênh 2 đến ngõ ra cổng XOR và kênh 1 đến vị trí MAN trên khối ENCODER.

Hình 3-19 Hình 3-20

16. So sánh các dạng sóng CLOCK và MAN.

17. Ngõ ra cổng XOR bằng 1 khi hai ngõ vào bù nhau. Các xung gai xuất hiện ở kênh 2 là do thời gian trì hõan khi chuyển trạng thái của các tín hiệu ngõ vào. Điều này có thể gây ra lỗi trong quá trình giải mã.

18. Di chuyển kênh 1 về vị trí tín hiệu mã hóa NRZ . Quan sát các dạng sóng. Trong mạch giải mã Manchester bằng cổng XOR, tín hiệu NRZ sau khi giải mã cùng pha hay ngược pha với tín hiệu mã hóa NRZ ban đầu? ______________________________________________.

Hình 3-21 Hình 3-22

Trình tự tiến hành C – Đồng bộ xung clock Trong phần này, sinh viên sẽ sử dụng mạch đồng bộ bằng PLL (Phase Locked Loop) để phục hồi xung clock từ dữ liệu mã hóa Manchester. Sơ đồ khối của PLL được trình bày ở hình 3-23.

19. Xác định vị trí khối mạch ENCODER và nối đầu dò kênh 1 của dao động ký đến vị trí CLK, kênh 2 đến vị trí SYNC, đầu dò EXT cũng nối với

Hình 3- 23

Page 43: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiêm Viên Thông Bai 3

3-12

vị trí SYNC.

20. Chỉnh kênh 1 và kênh 2 của dao động ký ở 5V/DIV và TIME/DIV = 0.5ms/DIV. Trigger bởi cạnh lên của EXT.

21. Điều chỉnh dao động ký để quan sát được dạng sóng như hình 3-9.

22. Trên khối ENCODING, gắn jumper nối giữa MAN và ngõ vào của khối MAN SYNC DECODER Flip-Flop. Vặn núm điểu chỉnh LOCK hết cỡ theo chiều kim đồng hồ. Chuyển đầu dò kênh 2 sang vị trí RCLK trên khối MAN SYNC DECODER (xem hình 3-24).

Hình 3-24

23. Trong khi quan sát các dạng sóng, vặn từ từ núm LOCK theo ngược chiều kim đồng hồ cho đến khi tín hiệu RCLK (kênh 2) giống với tín hiệu CLK (kênh 1). Lúc này, mạch đồng bộ đã bám theo tín hiệu mã hóa Manchester ở ngõ vào. Các thành phần của mạch đồng bộ bao gồm: mạch phát hiện cạnh (EDGE DET), cổng AND (AND), vòng khóa pha (PLL) và bộ dịch pha (φ SHIFT) (xem hình 3-25).

Hình 3-25

24. Di chuyển kênh 1 tới vị trí MAN và kênh 2 tới vị trí EDGE DET. Tín hiệu MAN là tín hiệu vào EDGE DET mạch phát hiện cạnh. Ở ngõ ra của EDGE DET là một chuỗi xung hẹp. Mạch EDGE DET được tạo từ cổng AND và cổng XOR (hình 3-26).

Hình 3-26

25. Quan sát các dạng sóng. Mạch phát hiện cạnh tạo ra một xung hẹp khi nào?

_______________________________________________________________________.

26. Di chuyển kênh 2 đến vị trí φ SHIFT và kênh 1 đến vị trí EDGE DET.

Page 44: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiê m Viên Thông Bai 3

3-13

27. Quan sát các dạng sóng. Tín hiệu ra cổng AND ở các vị trí xung thứ 4 và thứ 9 của EDGE DET sẽ ở mức cao hay thấp? ________________.

28. Di chuyển kênh 2 đến vị trí AND OUT. Tín hiệu ngõ ra cổng AND giống với tín hiệu ở bộ EDGE DET trừ các xung ở vị trí:

đầu chu kỳ bit giữa chu kỳ bit

29. Các xung ngõ ra cổng AND được đưa tới ngõ vào của mạch vòng khoá pha (PLL). Di chuyển đầu dò kênh 2 tới vị trí VCO OUT và đầu dò kênh 1 đến vị trí AND OUT.

30. So sánh các tín hiệu. Tần số của tín hiệu sóng vuông của PLL (kênh 2) bằng với:

tần số ngõ ra cổng AND hai lần tần số ngõ ra cổng AND

31. Di chuyển kênh 2 của dao động ký đến vị trí RCLK. So sánh các dạng sóng. Tần số tín hiệu ra khỏi bộ chia (kênh 2) có bằng với tín hiệu ở đầu ra cổng AND (kênh 1)? Lưu ý rằng các xung định thời ở vị trí AND OUT đồng bộ với xung clock của máy phát.

Có Không

32. Di chuyển kênh 1 đến vị trí φ SHIFT. So sánh các dạng sóng. Tín hiệu trên kênh 2 là một sóng vuông giống với tín hiệu RCLK nhưng bị lệch pha một góc bằng bao nhiêu? ________.

33. Di chuyển kênh 1 đến vị trí NRZ trên khối ENCODING. Di chuyển kênh 2 đến vị trí NRZ OUT trên khối MAN SYNC DECODER.

34. So sánh tín hiệu mã hoá NRZ (kênh 1) và tín hiệu NRZ sau khi giải mã. Dữ liệu sau khi giải mã bị trễ so với dữ liệu mã hoá:

1 chu kỳ xung clock ¼ chu kỳ xung clock ½ chu kỳ xung clock

V. CÂU HỎI 1. Các phương pháp mã hoá NRZ, RZ, Manchester.

2. Thông tin định thời được chứa trong dữ liệu mã hoá Manchester bằng cách nào?

3. Phân biệt tín hiệu đơn cực và lưỡng cực.

4. Ưu và nhược điểm của mã hoá Manchester so với mã hoá NRZ và RZ ?

5. Định nghĩa tốc độ baud.

6. Mã hoá NRZ và RZ, phương pháp nào tốt hơn xét ở khía cạnh thông tin về xung clock ?

7. Phương pháp giải mã tín hiệu Manchester thành dữ liệu NRZ ?

8. Phương pháp giải mã tín hiệu RZ thành dữ liệu NRZ ?

9. Hoạt động của mạch đồng bộ xung clock ?

Page 45: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiê m Viên Thông Bai 4

4-1

BÀI 4

ĐIỀU CHẾ FSK

I. MỤC ĐÍCH Khi hoàn tất bài thí nghiệm sinh viên có thể: • Mô tả được sự liên hệ giữa tín hiệu điều chế FSK với tín hiệu số điều chế (baseband). • Mô tả được việc điều chế FSK sử dụng analog multilexer. • Mô tả được phổ tần của tín hiệu FSK

II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Đa số kênh truyền tương tự không phù hợp để tải tín hiệu số baseband.

Hình 4-1

Băng thông giới hạn của kênh truyền làm méo dạng tín hiệu vì tín hiệu số có các thành phần phổ nằm ngoài băng thông của kênh truyền. 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 được điều chế bởi sóng mang nằm trong băng thông của kênh truyền do đó không có sự suy hao tín hiệu.

Hình 4-2

FSK là một dạng của điều tần (FM), trong đó tín hiệu điều chế (baseband) điều khiển tần số sóng mang. Khác với FM , tín hiệu điều chế trong FSK là tín hiệu số. Tần số sóng mang được chuyển đổi giữa hai tần số, việc chuyển đổi này dựa trên tín hiệu điều chế.

Có hai loại giải điều chế FSK: đồng bộ và bất đồng bộ. Việc giải điều chế bất đồng bộ sử dụng phương pháp lọc để đưa về dạng ASK và sử dụng bộ tách sóng đường bao để tái tạo tín

Page 46: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiêm Viên Thông Bai 4

4-2

hiệu số baseband. Việc giải điều chế đồng bộ cần phải có một tín hiệu tham chiếu và từ đó sẽ phát hiện được 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 chuyển mạch (switch) tương tự được thiết lập như bộ dồn kênh tương tự (analog multiplexer). Chuyển 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 được tạo ra từ sự thay đổi mức logic của tín hiệu điều chế. Tín hiệu sóng mang ở ngõ ra là tín hiệu tương ứng với switch được đóng.

2. Giải điều chế FSK bất đồng bộ

Hình 4-5

Bộ giải điều chế FSK phục hồi tín hiệu số baseband bằng cách phát hiện sự thay đổi tần số trong tín hiệu FSK.

Một tín hiệu FSK bao gồm 2 tín hiệu on-off keying (OOK). Hai thành phần OOK có củng biên độ.

Page 47: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiê m Viên Thông Bai 4

4-3

Hình 4-6

Hình 4-7

Phổ tần của tín hiệu FSK là kết hợp của các thành phần tần số được sinh ra từ 2 thành phần tín hiệu OOK.

Hình 4-8

Một bộ lọc thông dải được sử dụng để cho qua một thành phần tín hiệu OOK trong khi làm suy giảm một thành phần OOK còn lại.

Ngõ ra của bộ lọc biên độ tín hiệu sẽ thay đổi khi tín hiệu FSK thay đổi tần số.

Bộ tách sóng bất đồng bộ sẽ phục hồi tín hiệu NRZ bằng cách phát hiện biên độ tín hiệu sau bộ lọc. Bộ lọc thông dải và bộ tách sóng bất đồng bộ kết hợp với nhau để có được chức năng phát hiện 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 dải): bộ chỉnh lưu toàn kỳ chuyển đổi tín hiệu có biên độ thay đổi thành tín hiệu có mức DC tương ứng với các mức biên độ đó, bộ lọc thông thấp làm trơn lại dạng tín hiệu sau khi chỉnh lưu và một bộ so sánh để phục hồi mức điện áp chuẩn thành các mức điện áp logic.

Page 48: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiêm Viên Thông Bai 4

4-4

Hình 4-9

3. Giải điều chế FSK đồng bộ

Bộ giải điều chế đồng bộ sẽ phục hồi trạng thái của tín hiện baseband NRZ từ tần số của tín hiệu FSK. Bộ giải điều chế đồng bộ sử dụng bộ biến đổi tần số thành điện áp, nó sử 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 tần số thành điện áp bao gồm một vòng khoá pha được cấu hình để phát hiện sự thay đổi tần số của tín hiệu FSK. Một bộ lọc thông thấp và một bộ so sánh điện áp sẽ phục hồi tín hiệu về mức logic 5V.

PLL giữ cho tín hiệu tham chiếu và tín hiệu FSK đồng bộ với nhau bằng cách hiệu chỉnh tần số bộ VCO.

Hình 4-11

Mức điện áp ngõ vào bộ VCO điều khiển tần số của tín hiệu tham chiếu. Khi tín hiệu tham chiếu và tín hiệu 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 thấp được sử dụng để tách được mức trung bình của điện áp đưa vào bộ VCO. Mức điện áp này đại diện cho trạng thái tín hiệu số baseband. Mức logic được phục hồi sau bộ so sánh.

Tín hiệu ngõ vào bộ VCO được sinh ra từ bộ so pha và một bộ lọc thông thấp. Bộ so pha so sánh tín hiệu ra từ bộ VCO với tín hiệu FSK. Bộ lọc thông thấp giúp ổn định tín hiệu trước khi vào bộ VCO. Bộ VCO, bộ so pha và bộ lọc thông thấp kết hợp với nhau tạo thành vòng khoá pha (PLL).

III. YÊU CẦU THIẾT BỊ Bộ chân đế F.A.C.E.T.

Board mạch DIGITAL COMMUNICATIONS 2

Page 49: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiê m Viên Thông Bai 4

4-5

Nguồn cung cấp 15 Vdc

Dao động ký hai kênh

Máy phát sóng sine

V.O.M

IV. TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM 1. Điều chế FSK

1. Kết nối probe với ngõ vào EXT trên oscilloscope, nối probe này với điểm SYNC trên khối ENCODER . Trigger theo cạnh lên của EXT. Phương pháp trigger này sẽ xuyên suốt tiến trình thí nghiệm này.

Hình 4-12

2. Kết nối kênh 1 của oscilloscope với ngõ ra NRZ của khối ENCODER và chỉnh oscilloscope hiển thị ít nhất 2 bit của tín hiệu baseband NRZ.

3. Xác định tốc độ baud của tín hiệu hiển thị trên kênh 1: NRZ = ______baud

Hình 4-13

4. Kết nối tín hiệu NRZ đến bộ điều chế FSK (sử dụng jump). Kết nối kênh 2 đến ngõ ra của bộ điều chế FSK, hiệu chỉnh oscilloscope để hiển thị cả 2 tín hiệu NRZ và FSK.

5. Đo tốc độ baud trên kênh 2: FSK = _________baud

6. Cả 2 tín hiệu có cùng tốc độ baud?

Đúng Sai

7. Đo biên độ tín hiệu FSK (kênh 2) khi tín hiệu NRZ ở mức cao: _______( )p pHigh V −=

8. Đo biên độ tín hiệu FSK (kênh 2) khi tín hiệu NRZ ở mức thấp: _______( )p pLow V −=

9. Quan hệ giữa 2 điện áp này?

High > Low High < Low High = Low

10. Quan sát oscilloscope, xác định pha của sóng mang trước khi có sự thay đổi tần số tại canh lên và xuống của tín hiệu NRZ.

11. Xác định góc pha của tín hiệu FSK ngay trước khi tín hiệu NRZ chuyển từ cao xuống thấp:

Page 50: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiêm Viên Thông Bai 4

4-6

00 900 1800 2700

12. Xác định góc pha của tín hiệu FSK ngay trước khi tín hiệu NRZ chuyển từ thấp lên cao:

00 900 1800 2700

13. Pha của tín hiệu FSK thay đổi tại thời điểm tín hiệu NRZ thay đổi?

Đúng Sai

14. Xác định tần số của tín hiệu FSK khi tín hiệu NRZ ở mức cao: F-High = ________Hz.

15. Xác định tần số của tín hiệu FSK khi tín hiệu NRZ ở mức thấp: F-Low = ________Hz.

16. Tín hiệu FSK thay đổi như thế nào theo tín hiệu NRZ?

a. Biên độ giảm ứng với mức cao b. Pha bị dịch 1800 ứng với mức thấp

c. Tần số tăng ứng khi lên mức cao d. Tốc độ baud giảm ứng với mức thấp

Hình 4-14

17. Kết nối kênh 2 với điểm POLAR trong khối điều chế FSK.

18. Tín hiệu POLAR so với tín hiệu NRZ khác nhau như thế nào?

a. Mức điện áp ở mức thấp bị thay đổi b. Mức điện áp ở mức cao bị thay đổi

c. Hai tín hiệu ngược (đảo) nhau d. Tốc độ baud thay đổi

19. Kết nối kênh 1 với điểm POLAR INV. Hai tín hiệu hiển thị trên oscilloscope khác nhau như thế nào?

a. Mức điện áp ở mức thấp thay đổi b. Mức điện áp ở mức thấp thay đổi

c. Tín hiệu này là đảo của tín hiệu kia d. Các tín hiệu biểu diễn các dữ liệu khác nhau

20. Chuyển kênh 1 đến ngõ ra của khối FSK. Xác định tần số tín hiệu FSK khi tín hiệu số vào ở mức cao: ________ Hz.

21. Tín hiệu FSK có tần số bao nhiêu khi tín hiệu POLAR ở mức cao? High = ________Hz

22. Chuyển kênh 2 đến điểm HIGH TONE. Xác định tần số của tín hiệu HIGH TONE.

HIGH TONE = _________ Hz.

23. Chuyển kênh 2 đến điểm LOW TONE. Xác định tần số của tín hiệu LOW TONE

LOW TONE = _________ Hz.

24. Tín hiệu được đưa ra ngõ ra của khối FSK là tín hiệu nào?

HIGH TONE LOW TONE POLAR INV Baseband

Một tín hiệu FSK có thể được xem như tổng của 2 tín hiệu on-off keying (OOK) với 2 tần số khác nhau.

Page 51: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiê m Viên Thông Bai 4

4-7

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 trạng thái khoá CM 12?

a. LOW TONE bị loại bỏ b. HIGH TONE bị loại bỏ

c. LOW TONE và HIGH TONE đều bị loại bỏ. d. Không có gì xảy ra

27. Chuyển kênh 2 tới ngõ ra FSK. Đóng mở khoá CM 12. Loại điều chế nào xuất hiện ở ngõ ra FSK khi khóa CM 12 đóng?

On-Off Keying Frequency-shift keying Phase-shift keying

28. Tại tần số nào trong phổ tần của tín hiệu FSK có biên độ đỉnh?

DC và 600Hz 600Hz và 1200Hz 1200Hz và 2400Hz 2025Hz và 2225Hz

29. Kết nối kênh 1 đến điểm POLAR. Đóng mở khoá CM 6 và quan sát tín hiệu FSK.

30. Khoá CM 6 gây ra sự thay đổi đột ngột trong tín hiệu FSK?

Đúng Sai

Sự gián đoạn làm gia tăng độ rộng băng tần của tín hiệu FSK. Các bộ điều chế được thiết kế để tiết kiệm băng thông bằng cách giảm sự gián đoạn. Có thể quan sát thấy pha tín hiệu FSK ở trạng thái 1800 khi thay đổi tần số.

31. Góc pha của tín hiệu sóng mang FSK 2400Hz tại ngay trước thời điểm tín hiệu POLAR chuyển từ cao xuống thấp?

00 450 900 1800

Hình 4-15

32. Chuyển kênh 2 tới điểm HIGH TONE, đóng ngắt khoá CM 6. Khoá CM 6 tạo ra sự gián đoạn như thế nào?

a. Khóa CM 6 thay 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. Kết nối probe với ngõ vào EXT trên oscilloscope , nối probe này với điểm SYNC trên khối ENCODER . Trigger theo cạnh lên của EXT.

Page 52: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiêm Viên Thông Bai 4

4-8

Hình 4-16

2. Kết nối kênh 1 của oscilloscope với ngõ ra NRZ của khối ENCODE và chỉnh oscilloscope hiển thị ít nhất 2 bit của tín hiệu baseband NRZ.

3. Sử dụng jump để nối tín hiệu NRZ đến bộ điều chế FSK và dùng dây nối nối tín hiệu FSK đến ngõ vào khối CHANNEL.

Hình 4-17

4. Đặt mức nhiễu ở mức cao nhất. Nối kênh 2 đến ngõ ra của khối CHANNEL và điều chỉnh oscilloscope để quan sát cả 2 tín hiệu NRZ và FSK.

Khối CHANNEL mô phỏng một đường truyền truyền tín hiệu FSK sau bộ điều chế.

Hình 4-18

5. Chuyển kênh 2 đến ngõ ra bộ lọc Bandpass. Nối ngõ ra kênh truyền và ngõ vào bộ lọc BANDPASS.

6. Đo biên độ tín hiệu ngõ ra bộ lọc BANDPASS khi tín hiệu NRZ ở mức cao:

NRZ high = _________Vp-p

7. Đo biên độ tín hiệu ngõ ra bộ lọc BANDPASS khi tín hiệu NRZ ở mức thấp:

NRZ low = _________Vp-p

Page 53: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiê m Viên Thông Bai 4

4-9

Hình 4-19

Bộ tách sóng đường bao khôi phục tín hiệu NRZ từ sự thay đổi biên độ tín hiệu được tạo từ bộ lọc BANDPASS.

Hình 4-20

8. Di chuyển kênh 2 đến ngõ ra của bộ chỉnh lưu toàn kỳ (Full-Wave Rectifier-FWR).

9. Nối ngõ ra bộ lọc thông dải với ngõ vào bộ chỉnh lưu tàn kỳ.

Bộ chỉnh lưu toàn kỳ tạo ra tín hiệu ở ngõ ra của nó thông qua 2 tầng: tầng đầu là bộ chỉnh lưu chính xác toàn kỳ có đảo, tầng 2 là tầng cộng (có đảo) kết hợp tín hiệu đã được chỉnh lưu với tín hiệu ban đầu tạo ra tín hiệu được chỉnh lưu toàn kỳ ở ngõ ra.

Hình 4-21

10. Chuyển kênh 2 đến ngõ ra bộ lọc thông thấp. Bộ lọc thông thấp cho tín hiệu baseband tần số thấp qua và làm suy giảm sóng mang tần số cao. Nó làm phẳng tín hiệu vừa được chỉnh lưu về mức DC và có dạng gần giống với tín hiệu baseband ban đầu.

11. Chuỗi bit hiển thị trên kênh 2? _______________ .

12. Mức điện áp sau bộ lọc thông thấp (kênh 2) có cùng mức điện áp với tín hiệu NRZ (kênh 1) không?

Có Không

13. Chuyển kênh 2 đến ngõ ra khối so sánh điện áp. Hiệu chỉnh POSITIVE SUPPLY ở mức cao nhất. Từ từ chỉnh POSITIVE SUPPLY xuống thấp cho đến khi ngõ ra bộ so sánh giống với tín hiệu NRZ ở kênh 1.

14. Chuyển kênh 1 đến ngõ ra bộ lọc thông thấp. Bộ so sánh có khôi phục mức 5V logic từ tín hiệu tại ngõ ra bộ lọc thông thấp?

Có Không

Page 54: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiêm Viên Thông Bai 4

4-10

Ngõ ra bộ so sánh ở mức 5V khi ngõ ra bộ lọc thông thấp cao hơn mức ngưỡng được tạo ra từ POSITIVE SUPPLY. Mức 0V tương ứng khi áp ngõ ra bộ lọc thông thấp thấp hơn mức ngưỡng.

15. Khóa CM 7 thay đổi CHANNEL. Đóng mở khoá CM 7. Tín hiệu NRZ khôi phục được còn chính xác không khi CM7 đóng?

Có Không

Hình 4-22

16. Chuyển kênh 1 tới bộ lọc thông dải. Xác định lại biên độ tín hiệu ngõ ra ứng với tần số thấp và tần số cao. Đóng ngắt khoá CM7. Khoá CM7 ảnh hưởng như thế nào đến ngõ ra bộ lọc thông dải?

a. Độ chênh lệch biên độ tăng lên b. Biên độ mức thấp giảm nhiều hơn mức cao c. Biên độ mức cao giảm nhiều hơn mức thấp d. Cả hai mức biên độ giảm với lượng bằng nhau

17. Chuyển kênh 2 đến ngõ ra khối CHANNEL. Quan sát tín hiệu ngõ ra CHANNEL khi thay đổi khoá CM7.

18. Giải thích sự ảnh hưởng của CM7 đến sự thay đổi của tín hiệu ở ngõ ra bộ lọc bandpass?

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

19. Chuyển kênh 1 đến ngõ vào khối CHANNEL. Quan sát oscilloscope khi đóng mở khoá CM7.

20. CM7 ảnh hưởng đến CHANNEL như thế nào?

Thay đổi băng thông Thay đổi độ lợi

Thay đổi tín hiệu ngõ vào Tất cả các phát biểu trên

21. Chúng ta có thể thay đổi mạch như thế nào để bù cho sự giảm băng thông của kênh truyền?

a. truyền HIGH TONE với biên độ tăng lên hơn so với LOW TONE.

b. giảm băng thông của bộ lọc bandpass ở bộ thu

c. sử dụng tần số sóng mang trong khoảng băng thông của kênh truyền

d. tất cả các giải pháp trên

3. Giải điều chế FSK đồng bộ

1. Kết nối probe với ngõ vào EXT trên oscilloscope , nối probe này với điểm SYNC trên khối ENCODER . Trigger của oscilloscope được đặt theo cạnh lên của EXT.

Page 55: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiê m Viên Thông Bai 4

4-11

2. Kết nối kênh 1 của oscilloscope với ngõ ra NRZ của khối ENCODER và chỉnh oscilloscope hiển thị ít nhất 2 bit của tín hiệu baseband NRZ.

Hình 4-23

3. Sử dụng jumper để nối tín hiệu NRZ đến bộ điều chế FSK và dùng dây nối nối tín hiệu FSK đến ngõ vào khối CHANNEL.

4. Đặt mức nhiễu ở mức cao nhất. Nối kênh 2 đến ngõ ra CHANNEL và hiệu chỉnh oscilloscope hiển thị cả 2 tín hiệu NRZ và FSK.

5. Giá trị nhị phân của 2 bit đầu tiên hiển thị trên oscilloscope? Data bit = _________.

6. Sử dụng jumper để nối ngõ ra kênh truyền đến bộ SYS DETECTOR và PLL (REF IN) với ngõ ra kênh truyền.

7. Loại bỏ tất cả các kết nối bên trong khối PLL. Nối kênh 1 đến ngõ ra VCO.

Hình 4-24

8. Ngõ ra VCO có đồng bộ với tín hiệu FSK?

Có Không

9. Nối giữa A/F và ngõ vào bộ so pha (CIN). Đường hồi tiếp từ VCO qua D flip flop cho phép bộ so pha khép kín vòng khoá pha.

10. Nối kênh 2 đến ngõ vào bộ VCO (VCIN) và kênh 1 đến ngõ ra kênh truyền.

Để có thể quan sát ngõ ra bộ so pha (PC) bộ lọc thông thấp RC không được kết nối vào. Bộ so pha tạo ra điện áp cho ngõ vào bộ VCO (VCIN) bằng cách so sánh 2 ngõ vào của nó bằng bộ XOR.

11. Khi nào ngõ ra bộ so pha ở mức cao?

Khi các ngõ vào giống nhau Khi các ngõ vào khác nhau

Khi cả 2 ngõ vào ở mức cao

Page 56: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiêm Viên Thông Bai 4

4-12

12. Dịch chuyển vị trí của tín hiệu FSK theo chiều ngang để thời điểm chuyển đổi tần số của tín hiệu FSK nằm tại đường dọc trung tâm. Quan sát VCD và FSK.

13. Trạng thái của VCIN như thế nào khi tín hiệu FSK thấp hơn 0 và ngõ vào VCD bộ so pha ở mức cao?

Thấp Cao

Hình 4-25

14. Nối kênh 1 với VCD và kênh 2 với VCIN. Đóng khóa CM10. VCIN bây giờ được cho qua bộ lọc thông thấp. Bộ lọc thông thấp làm cho điện áp ngõ ra bộ so pha thay đổi qua lại không quá đột ngột tạo cự ổn định hơn cho ngõ vào bộ VCO.

15. Điện áp trung bình ngõ vào VCO thay đổi trong mỗi khoảng thời gian bit giống như sự thay đổi tần số của tín hiệu VCD?

Có Không

16. Chuyển kênh 2 đến ngõ ra VCO. Tần số của tín hiệu ngõ ra VCO khi tín hiệu VCD ở tần số cao? VCO = _________ Hz.

Bộ so pha của vòng khoá pha hiệu chỉnh điện áp ngõ vào bộ VCO (VCIN) duy trì pha thích hợp giữa tín hiệu VCD và FSK.

17. Nối kênh 2 tới tín hiệu FSK. Đo tần số tín hiệu VCD khi tín hiệu FSK là 2400Hz.

High frequency = _________ Hz

18. Đo tần số tín hiệu VCD khi tín hiệu FSK là 1200Hz.

Low frequency = _________ Hz

19. Tín hiệu VCD có đồng bộ với tín hiệu FSK.

Có Không

20. Chuyển kênh 1 tới VCIN. Điện áp trung bình ở ngõ vào VCO thay đổi khi tần số tín hiệu FSK thay đổi?

Có Không

21. Kết ngõ ra vòng khoá pha PLL đến ngõ vào bộ lọc thông thấp. Nối kênh 2 đến ngõ ra bộ lọc thông thấp. Đặt kênh 2 ở mức 500mV/Div.

Page 57: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiê m Viên Thông Bai 4

4-13

Hình 4-26

Hình 4-27

Độ trễ ở bộ thu khoảng 400us.

22. 2 bit đầu tiên phục hồi ở bộ thu là gì? 2 bit đầu = __________binary

23. Nối kênh 1 với tín hiệu NRZ nguyên thủy. Tín hiệu NRZ và tín hiệu phục hồi có giống nhau về mức điện áp?

Có Không

Bộ so sánh điện áp phục hồi mức 5V logic bằng cách so sánh tín hiệu sau bộ lọc thông thấp với một ngưỡng điện áp có thể điều chỉnh được. Ngưỡng này được điều chỉnh bằng núm NEGATIVE SUPPLY.

24. Nối kênh 2 tới ngõ ra bộ so sánh. Hiệu chỉnh NEGATIVE SUPPLY để ngõ ra bộ so sánh là tín hiệu cùng dạng với NRZ nhưng bị trễ.

25. Tín hiệu khôi phục có cùng mức logic với tín hiệu NRZ.

Có Không

26. Chuyển kênh 1 đến ngõ ra CHANNEL và kênh 2 đến ngõ ra LP FILTER của khối SYNC DETECTOR. Đặt kênh 1 ở mức 2V/Div, kênh 2 ở mức 500mV/DIV và thời gian quét 1ms/DIV.

27. Đo điện áp DC cực đại ở trạng thái mức logic thấp tại ngõ ra bộ lọc thông thấp (kênh 2).

Maximal low = _________mV DC

Hình 4-28

Page 58: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiêm Viên Thông Bai 4

4-14

28. Đo điện áp dc cực tiểu ở trạng thái mức logic cao tại ngõ ra bộ lọc hong thấp (kênh 2).

Minimal high = _________mV DC

Hình 4-29

29. Bật CM7 để giảm băng thông kênh truyền, điều này dẫn 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 thấp.

maximal low = _________mV DC

minimal high = _________mV DC

30. Sự thay đổi biên độ tín hiệu FSK có ảnh hưởng đến việc tách sóng tín hiệu NRZ?

Có Không

31. Bật CM10 để tạo sự không liên tục của pha tín hiệu FSK. Xác định lại mức điện áp ra ở bộ lọc thông thấp.

maximal low = _________mV DC

minimal high = _________mV DC

32. Nhiễu pha có làm thay đổi tín hiệu ngõ ra của bộ lọc thông thấp?

Có Không

V. KẾT LUẬN __________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________

Page 59: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiê m Viên Thông Bai 5

5-1

BÀI 5

ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ PSK

I. MỤC ĐÍCH Sau bài thí nghiệm, sinh viên có thể giải thích được cách tạo ra tín hiệu PSK, đồng bộ sóng mang, và tách sóng đồng bộ.

II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 5-1

PSK là một dạng điều chế pha, tín hiệu sóng mang bị dịch (shift) pha mỗi khi tín hiệu số (tín hiệu điều chế) thay đổi trạng thái.

Hình trên minh họa tại thời điểm ngay khi tín hiệu NRZ chuyển từ cao xuống thấp, tín hiệu PSK chuyển về trạng thái pha = 00, cùng pha với tín hiệu song mang.

So sánh với sóng mang, pha của tín hiệu PSK dịch 00 khi tín hiệu NRZ ở trạng thái thấp, và 1800 khi tín hiệu NRZ ở trạng thái cao.

Hình 5-2

Hình 5-2 minh họa khối điều chế PSK trên board mạch. Tín hiệu số có các mức logic 0V và +5V. Một bộ dịch mức chuyển tín hiệu này thành mức -5V và +5V. Tín hiệu này sau đó được nhân với tín hiệu sóng mang bằng bộ điều chế cân bằng để tạo ra tín hiệu PSK.

Hình 5-3

Page 60: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiêm Viên Thông Bai 5

5-2

Điều chế PSK cũng có thể được sử dụng với các tín hiệu mã hóa khác. Hình 5-3 biểu diễn một tín hiệu lưỡng cực RZ, tín hiệu sóng mang và tín hiệu PSK sinh ra từ việc nhân 2 tín hiệu đó với nhau bằng bộ điều chế cân bằng.

Khi giải điều chế PSK, việc tái tạo lại tín hiệu sóng mang tại phía bộ thu là cần thiết. Điều này được thực hiện bằng việc đồng bộ sóng mang ở phía bộ thu thông qua các khối: nhân đôi tần số, PLL , bộ chia 2, và mạch dịch pha 900.

Hình 5-4

Tín hiệu được sinh ra sau đó được kết hợp với tín hiệu PSK ở bộ Product Detector (tách sóng nhân). Tín hiệu sau bộ Product Detector được qua bộ lọc thông thấp, và kết quả là chuỗi xung được 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 cấp 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 nghiệm này, sinh viên tạo tín hiệu PSK từ tín hiệu mã hóa RZ, NRZ, Manchester và kiểm tra kết quả bằng oscilloscope.

1. Kết nối kênh 1 osciloscope đến vị trí SYNC trong khối ENCODING. Hiệu chỉnh oscilloscope để hiển thị một chu kỳ của tín hiệu SYNC trong khoảng độ rộng của màn hình.

2. Loại bỏ kết nối kênh 1 với SYNC . Nối SYNC với ngõ vào EXT trigger của osciloscope.

Hình 5-5

3. Trong khối điều chế (MODULATOR) , kết nối NRZ với đến ngõ vào khối 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 bằng) ở giữa thang.

5. Kết nối kênh 1 đến NRZ và kênh 2 đến điểm kiển tra tín hiệu trên khối ASK/PSK.

Page 61: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiê m Viên Thông Bai 5

5-3

Tín hiệu số lưỡng cực sau đó được nhân với tín hiệu sóng mang hình sin bằng bộ điều chế cân bằng.

Hình 5-6

Điều này được giải thích thông qua sơ đồ mạch của khối ASK/PSK như hình 5-6. Một ngõ vào bộ điều chế cân bằng là tín hiệu sóng mang (CARRIER), mức DC của nó được điều chỉnh bổi biến trở BAL. Ngõ vào thứ 2 được chọn thông qua cầu nối tương ứng với điểm A (ASK), P (PSK). Khi điểm P được kết nối với ngõ vào bộ điều chế cân bằng, tín hiệu số phải đi qua một bộ dịch mức trước đó.

6. Loại mã hóa có thể có của tín hiệu số đưa vào?

Chỉ là NRZ NRZ, RZ hoặc Manchester

Khi điểm A được chọn, một điện áp offset DC điều khiển bởi biến trở OFFSET được cộng với tín hiệu số trước khi đi vào bộ điều chế cân bằng. Ngõ ra của bộ điều chế sẽ được đưa ra điểm kiểm tra với một ngõ ra đảo và một ngõ ra không đảo. Ngõ ra ‘+’ được đệm để có thể lái các khối mạch khác.

7. Khi jumper ở vị trí nào thì tín hiệu được qua bộ dịch mức trước khi vào bộ điều chế cân bằng?

A P

8. So sánh tín hiệu NRZ (kênh 1) và tín hiệu vào bộ điều chế cân bằng (kênh 2) trên osciloscope. Tín hiệu vào bộ điều chế cân bằng khác với tín hiệu NRZ như thế nào?

Tín hiệu tín hiệu vào bộ điều chế cân bằng bị đảo Mức logic của tín hiệu vào bộ điều chế cân bằng bị dịch về dạng lưỡng cực.

Cả hai ý trên

9. Quan sát osciloscope khi lần lượt di chuyển kênh 2 đến ngõ ra ‘+’ và ‘-‘. Ngõ ra nào ở 00 ngay sau thời điểm tín hiệu NRZ chuyển sang mức thấp?

‘+’ ‘-‘

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

Tần số Pha Độ dịch offset

11. Biến trở BAL bù cho sự bất cân bằng của mạch. Để có kết quả tốt nhất, hãy chỉnh BAL cho đến khi đỉnh của tất cả các chu kỳ sóng sin nằm trên một đường thẳng.

Page 62: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiêm Viên Thông Bai 5

5-4

Hình 5-7

12. Tháo jumper nối NRZ đến ngõ vào của khối ASK/PSK. Nối tín hiệu RZ từ khối ENCODER đến ngõ vào khối ASK/PSK. Chuyển kênh 1 đến ngõ vào bộ điều chế cân bằng. Điều chỉnh osciloscope để hiển thị dạng sóng như hình 5-8.

Hình 5-8

13. Quan sát sự dịch pha xảy ra tại mỗi thời điểm chuyển giao của tín hiệu xung. Có bao nhiêu góc pha khác nhau xảy ra tại những thời điểm chuyển giao?

5 3 2

14. Chuyển đường nối tín hiệu cấp cho bộ điều chế đến vị trí MAN. Hiệu chỉnh osciloscope để quan sát. Có thể thấy rằng sự dịch pha chỉ xảy ra tại thời điểm chuyển trạng thái của tín hiệu số.

Hình 5-9

15. Chỉnh osciloscope với tốc độ quét thời gian ở mức 50us/DIV và quan sát dạng tín hiệu như hình 5-10.

Page 63: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiê m Viên Thông Bai 5

5-5

Hình 5-10

16. Có thể thấy tín hiệu PSK có pha là 1800 ngay sau khi tín hiệu xuống mức thấp. Hoàn tất một chu kỳ pha tín hiệu trở về 1800 ngay trước khi tín hiệu lên mức cao, pha tức thời của tín hiệu PSK là bao nhiêu sau chuyển đổi này?

00 900 1800

Board mạch này sử dụng pha 00 và 1800 cho tín hiệu sin tại thời điểm chuyển đổi tín hiệu số. Những giá trị pha này được chọn để vẫn giữ tính liên tục của dạng sóng điều chế làm giảm nhiễu tối đa.

17. Bật khóa CM6 để dịch pha của tín hiệu sóng mang, điều này cũng thay đổi pha của tín hiệu PSK tại thời điểm tín hiệu số thay đổi. Có kết luận gì về sự thay đổi dạng tín hiệu PSK?

Dạng sóng không liên tục Góc pha không đổi tại thời điểm chuyển trạng thái

Cả 2 ý trên

18. Tháo tất cả các kết nối trên board.

2. Giải điều chế PSK

Trình tự tiến hành B – Tách sóng đồng bộ Trong tiến trình này sinh viên sẽ sử dụng bộ tách sóng đồng bộ để có được tín hiệu baseband từ tín hiệu PSK thu được. Kết quả được kiểm tra bằng osciloscope.

Hình 5-11

1. Trong khối mạch điều chế MODULATORS, sử dụng 2 jumper để chọn NRZ làm tín hiệu vào và loại điều chế là PSK.

2. Kết nối ngõ ra PSK đến ngõ vào khối CHANNEL, và nối ngõ ra khối CHANNEL tới khối SYSC DETECTOR bằng jumper.

3. Sử dụng 3 jumper nối để kết nối các phần trong khối SYSC DETECTOR như hình 5-11.

Page 64: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiêm Viên Thông Bai 5

5-6

4. Kết nối đầu dò EXT của osciloscope đến điểm SYNC và đầu dò kênh 1 đến điềm NRZ của khối ENCODING. Chỉnh osciloscope để hiển thị 2 bit đầu trong chuỗi dữ liệu NRZ trên tòan bộ chiều rộng màn hình.

5. Nối kênh 2 tới điểm kiểm tra sóng mang (CARRIER) của khối điều chế (MODULATORS). Có bao nhiêu chu kỳ sóng mang trong một chu kỳ bit? __________________ chu kỳ.

6. Chuyển kênh 1 đến điểm CARRIER và kênh 2 đến ngõ ra khối CHANNEL. Chỉnh núm vặn NOISE về mức cực tiểu.

7. Chỉnh núm BAL trong khối MODULATORS để có được tín hiệu PSK như hình 5-12.

Chú ý : tín hiệu NRZ biểu diễn ờ đây không xuất hiện trên osciloscope.

Hình 5-12

8. Chuyển kênh 1 đến điểm ngõ ra RECT của bộ DOUBLER (nhân đôi tần số). So sánh tín hiệu PSK và tín hiệu ngõ ra bộ chỉnh lưu. Kết quả của việc chỉnh lưu tín hiệu PSK là:

Cực tính của tất cả đỉnh của tín hiệu PSK bị đảo

Đỉnh dương bị đảo thành đỉnh âm.

Đỉnh âm bị đảo thành đỉnh dương.

9. Việc chỉnh lưu loại khỏi tín hiệu PSK:

Thông tin dịch pha Tin tức Cả hai yếu tố trên

Hình 5-13

Như vậy mục đích của việc tách sóng mang đồng bộ là việc tái tạo chỉ sóng mang và thông tin dịch pha không được yêu cầu trong quá trình này.

10. Chuyển kênh 1 đến CARRIER và kênh 2 đến ngõ ra bộ DOUBLER. Thông số nào của sóng mang được nhân đôi sau khi qua bộ DOUBLER?

Tần số Chu kỳ

Page 65: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiê m Viên Thông Bai 5

5-7

Hình 5-14

11. Di chuyển kênh 2 đến vị trí VCO trong khối PLL. Ngõ ra VCO có cùng tần số với:

Sóng mang Tín hiệu ngõ ra bộ nhân đôi (DOUBLER)

12. Chuyển kênh 2 đến VCD (VCO Divided). So sánh sóng mang và dạng sóng VCD.

Hình 5-15

13. VCD là tín hiệu từ ngõ ra VCO đã được chia đội tần số. Quan sát thấy rắng 2 tín hiệu có cùng tần số nhưng lệch pha. Pha sai lệch giữa sóng mang và chuỗi xung vuông VCD là bao nhiêu?

00 900 1800

Việc tái tạo sóng mang chỉ còn việc dịch pha tín hiệu VCD 900 để khớp với tín hiệu sóng mang.

14. Di chuyển kênh 2 đến vị trí 900 của bộ dịch pha (PHASE SHIFTER). Có thể kết luận từ việc so sánh tín hiệu sóng mang với tín hiệu sau bộ dịch pha 900?

Tin tức đã bị loại khỏi tín hiệu PSK.

Tín hiệu sóng mang đã được phục hồi từ tín hiệu PSK.

Cả 2 ý trên.

15. Di chuyển kênh 2 đến ngõ ra bộ dịch pha và suy giảm, điểm này cũng chính là một trong hai ngõ vào của bộ trộn (MIXER). Tín hiệu 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 hiệu ngõ ra bộ dịch pha (PHASE SHIFTER). Dịch tín hiệu kênh 2 chồng lên tín hiệu sóng mang ở kênh 1 (dùng núm POSITION trên osciloscope). Kiểm tra lại sự cùng tần số và pha của 2 tín hiệu. Tín hiệu ngõ ra bộ dịch pha là:

Tín hiệu lưỡng cực (polar) Tín hiệu đơn cực (unipolar)

17. Chuyển kênh 1 kến tín hiệu PSK tại ngõ vào bộ MIXER.

Page 66: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiêm Viên Thông Bai 5

5-8

Hình 5-16 minh họa tín hiệu ngõ vào bộ MIXER. Bộ MIXER là bộ điều chế cân bằng. ngõ ra của nó là tích của hai tín hiệu ngõ vào. Ngõ ra bộ dịch pha là tín hiệu lưỡng cực. Do đó, bộ MIXER nhân tín hiện PSK với số dương cho xung dịch pha ở mức cao, và nhân với số âm cho xung dịch pha mức thấp.

Hình 5-16

Ví dụ, đỉnh âm tín hiệu PSK được nhân với số âm (xung dịch pha <0), kết quả này tạo một đỉnh dương tại ngõ ra MIXER. Đỉnh dương đầu tiên của tín hiệu PSK được nhân với một số dương (xung dịch pha >0), kết quả tạo ra một đỉnh dương tại ngõ ra MIXER.

18. Dạng sóng nào là đúng tại ngõ ra bộ MIXER theo hình minh họa dưới đây?

A B C D

Hình 5-17

19. Chuyển kênh 2 đến ngõ ra bộ MIXER. Hiệu chỉnh osciloscope và núm BAL trên khối MIXER để có được dạng sóng như hình 5-18.

Hình 5-18

Page 67: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiê m Viên Thông Bai 5

5-9

20. Tín hiệu ra bộ MIXER gồm vài đỉnh dương và kế đó là vài đỉnh âm. Khi nào cực tính của các đỉnh thay đổi?

Mỗi lấn tín hiệu PSK qua điểm zero

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

Khi tín hiệu PSK dịch pha.

21. Chuyển kênh 1 đến ngõ ra bộ lọc thông thấp (LP FILTER) và hiệu chỉnh dao động ký ở mức 0,5V/DIV. Có thể kết luận từ dạng sóng ở kênh 1 (bộ lọc thông thấp)?

Làm suy giảm tần số sóng mang. Cho tần số sóng mang qua.

22. Chuyển kênh 2 đến ngõ ra bộ so sánh. Chỉnh núm NEGATVE SUPPLY đến vị trí toàn thang. Chỉnh từ từ núm NEGATIVE SUPPLY theo chiều ngược lại để có được tín hiệu trên kênh 2 như bên dưới (lưu ý núm NEGATIVE SUPPLY đặt mức ngưỡng điện áp so sánh).

Hình 5-19

23. Chức năng của bộ so sánh?

Chỉnh dạng xung Lọc thông thấp Bộ phát hiện tích (product detector).

24. Di chuyển kênh 1 tới vị trí NRZ. Hiệu chình osciloscope để có được dạng sóng như hình 5-20.

Hình 5-20

Chú ý: Nếu cần thiết, chuyển và thay thế jumper tại ngõ ra CHANNEL để có được tín hiệu đúng trên kênh 2.

25. Dạng sóng hiển thị trên osciloscope này cho thấy 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. Sử dụng dây nối để kết nối ngõ ra CHANNEL đến ngõ vào khối tách sóng bất đồng bộ (ASYNC DETECTOR).

Page 68: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiêm Viên Thông Bai 5

5-10

Hình 5-21

27. Di chuyển kênh 2 đến ngõ ra bộ so sánh của khối tách sóng bất đồng bộ. Quan sát và điều chỉnh núm POSITIVE SUPPLY. Có thể kết luận gì qua các bước trên?

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

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

28. Tháo bỏ tất cả các kết nối trên board mạch.

V. KẾT LUẬN ___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

Page 69: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiê m Viên Thông Bai 6

6-1

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 được các nguyên tắc cơ bản cũng như các khối mạch cụ thể để thực hiện điều chế và giải điều chế số theo phương pháp ASK.

II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 6-1

Hầu hết các kênh truyền tương tự đều có băng thông giới hạn và không khớp với băng thông của tín hiệu số băng gốc. Để truyền tín hiệu số trên kênh truyền analog, trước tiên cần thực hiện đìều chế bằng một phương pháp nào đó. Điều chế là trộn băng tần gốc của tin tức với tần số sóng mang để chuyển vào băng tần trùng khớp với băng thông của kênh truyền.

Bộ điều chế biên độ (ASK) tạo ra những thay đổi trong biên độ sóng mang tỷ lệ với tín hiệu tin tức.

Hình 6-2

Phương pháp điều chế PSK có thể minh họa bởi hình ảnh một công tắc điện tử được điều khiển bằng dữ liệu tin tức. Khi dữ liệu bằng 1 thì sóng mang biên độ lớn được nối đến ngõ ra, còn khi dữ liệu bằng 0 thì sóng mang biên độ nhỏ được nối đến ngõ ra.

Hình 6-3

Một trường hợp điều chế ASK đơn giản hơn được minh họa bởi công tắc điện tử SPST. Khi data bằng 1, khóa đóng, sóng mang được nối đến ngõ ra, khi data bằng 0, khóa mở và sóng mang không được nối đến ngõ ra. Dạng này được gọi là khóa on-off (OOK - On-Off Keying).

Page 70: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiêm Viên Thông Bai 6

6-2

Sự thay đổi đột ngột từ tín hiệu sóng mang (khi data bằng 1) trở 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 trị của dữ liệu tin tức nhị phân.

Hình 6-5

Theo phương pháp điều chế ASK trên board mạch thí nghiệm, đầu tiên dữ liệu tin tức sẽ được dịch mức bằng cách cộng thêm một điện áp DC dương vào dữ liệu NRZ. Sau đó, tín hiệu được đưa đến bộ điều chế cân bằng để nhân với sóng mang. Khi data ở mức 1, độ lợi của bộ điều chế cân bằng sẽ được điều chỉnh cố định.

Hình 6-6

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

Hình 6-7

Khi điện áp offset của mạch dịch mức được chỉnh về 0 thì mức 0 tương ứng với trạng thái không có sóng mang tại ngõ ra, còn mức 1 ứng với dạng sóng mang đầy đủ. Đây là dạng đơn giản của ASK, gọi là OOK – On-Off Keying.

Page 71: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiê m Viên Thông Bai 6

6-3

Hình 6-8

Điều chế ASK cũng được thực hiện theo cách tương tự như trên đối với 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 phục dữ liệu tin tức phát đi từ tín hiệu đã điều chế. Tín hiệu ASK có thể được giải điều chế bằng một trong hai phương pháp: đồng bộ hay bất đồng bộ. Trong phương pháp đồng bộ (hình 6-10), sóng mang được khôi phục từ tín hiệu ASK, ngược lại trong phương pháp bất đồng bộ (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 thấp 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 thấp thành các mức logic thích hợp.

Mạch tách sóng đồng bộ sử dụng một tín hiệu sóng mang tham chiếu có tần số và pha đồng bộ chính xác với sóng mang ban đầu trước khi điều chế. Khối đồng bộ sóng mang (SYNCHRONIZER) có nhiệm vụ phục hồi chính xác sóng mang từ tín hiệu ASK. Tín hiệu sóng mang tham chiếu và tín hiệu ASK được đưa vào bộ MIXER. Những thay đổi về biên độ của tín hiệu ASK sẽ được phát hiện bằng mạch tách sóng bất đồng bộ để tái tạo tín hiệu NRZ ban đầu. Các khối LP FILTER (lọc thông thấp) và VOLT COMP (so sánh điện áp) có chức năng giống như trong mạch tách sóng bất đồng bộ.

Page 72: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiêm Viên Thông Bai 6

6-4

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 kết quả bằng dao động ký.

1. Trên khối mạch ENCODER, kết nối đầu dò kênh 1 của dao động ký với điểm CLK, kênh 2 với điểm SYNC và đầu dò EXT cũng ở vị trí SYNC.

Hình 6-11

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 (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 bởi cạnh lên của ngõ vào EXT.

4. Tháo đầu dò kênh 1 và 2 nhưng vẫn 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 ngược chiều kim đồng hồ đến hết mức và chỉnh núm vặn BAL ở vị trí trung tâm.

Sơ đồ khối đơn giản của mạch điều chế ASK được 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.

Page 73: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiê m Viên Thông Bai 6

6-5

Hình 6-13

6. Nối đầu dò kênh 1 đến vị trí ngõ vào NRZ và kênh 2 đến vị trí ASK/PSK. Chỉnh đường chuẩn cho cả hai kênh và đặt cả hai kênh ở chế độ DC với VOLT/DIV = 2V/DIV.

7. Mạch khuếch đại tổng là mạch khuếch đại không đảo với điện áp offset vào có thể điều chỉnh được. Tín hiệu ngõ ra bô khuếch đại tổng được dịch:

Lên phía trên đường chuẩn Xuống phía dưới đường chuẩn

Hình 6-14

8. Vặn từ từ núm điều chỉnh OFFSET theo chiều kim đồng hồ đến hết mức rồi vặn ngược chiều kim đồng hồ đến hết mức. Mức logic 0 của tín hiệu rat hay đổi thế nào?

Trên và dưới đường chuẩn 0V Luôn ở phía trên đường chuẩn

Luôn ở phía dưới đường 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 được điều chỉnh bởi núm vặn BAL. Ngõ vào còn lại của bộ điều chế cân bằng chính là tín hiệu ra khỏi bộ khuếch đại dịch mức.

10. Đo biên độ tín hiệu sóng mang trên kênh 1: CV =________ pk pkV − .

Bộ điều chế cân bằng đóng vai trò điều chế ASK với hai ngõ ra âm (-) và dương (+). Hình 6-15 trình bày sơ đồ đơn giản của một mạch tích hợp (IC) điều chế cân bằng kết hợp với các điện trở ở mạch ngoài. Ngõ ra của bộ điều chế cân bằng là tích của tín hiệu sóng mang (kênh 1) với các mức logic NRZ (kênh 2). Mạch 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 được ghép chéo với nhau bảo đảm phép nhân hoàn toàn đối xứng. Với tín hiệu NRZ lớn hơn hay bằng 0.4V, độ lợi của cả hai ngõ ra + và – sẽ được cố định.

Page 74: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiêm Viên Thông Bai 6

6-6

Hình 6-15

11. Điện áp mức logic 0 của tín hiệu vào bộ điều chế cân bằng (kênh 2) có lớn hơn 0.4V?

Có Không

12. Di chuyển đầu dò kênh 1 đến ngõ ra – và điều chỉnh 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 nhỏ hơn 0.4V, độ lợi của cả 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 hồ 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 hơn 0.4V?

Có Không

15. Tín hiệu ngõ ra (trên kênh 1) là tín hiệu gì?

Với mức logic 1 của tín hiệu NRZ, bộ điều chế cân bằng nhân tín hiệu sóng mang ở ngõ vào với 3.

16. Quan sát tín hiệu tin tức NRZ trên kênh 2 và tín hiệu ASK ở ngõ ra trên kênh 1. Trong quá trình điều chế, mức logic 1 được biểu diễn bởi:

Sóng mang biên độ lớn hơn Sóng mang biên độ nhỏ hơ

Khi dữ liệu tin tức NRZ ở mức 0, bộ điều chế 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 xấp xỉ bằng 0.2V. Kết quả là phần tín hiệu ASK có biên độ nhỏ hơn sẽ biểu diễn mức logic 0.

Page 75: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiê m Viên Thông Bai 6

6-7

18. Nếu mức offset của logic 0 của tín hiệu NRZ được giảm về 0V thì logic 0 được 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 rằng lúc này mức logic 0 của tín hiệu NRZ (kênh 2) bằng 0V. Mức 0 được biểu thị bằng một đường thẳng (biên độ sóng mang bằng 0) trong tín hiệu ngõ ra. Như vậy, tín hiệu sóng mang được mở khi ứng với mức logic 1 và bị khóa với mức logic 0. Phương pháp này gọi là OOK (On-Off Keying).

20. Di chuyển đầu dò kênh 2 đến ngõ ra, kênh 1 đến vị trí + và điều chỉnh cả 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 được 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) của bộ khuếch đại đệm. Hãy chọn phát biểu ĐÚNG:

Độ lợi xấp 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 tiếp theo, sinh viên sẽ sử dụng mạch tách sóng bất đồng bộ để giải điều chế ASK và kiểm tra kết quả bằng oscilloscope. 1. Trên khối mạch ENCODER, kết nối đầu dò kênh 1 của dao động ký với điểm CLK, kênh 2 với 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.

Page 76: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiêm Viên Thông Bai 6

6-8

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 bởi cạnh lên của ngõ vào EXT.

4. Tháo đầu dò kênh 1 và 2 nhưng vẫn 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 ngược 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 với ngõ vào của khối mạch tách sóng bất đồng bộ (ASYNC DETECTOR) (hình 6-20). Kết nối 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 được dạng sóng ASK ở ngõ ra với 1LOW pkASK V= như hình 6-21.

Hình 6-21

Hình 6-22 trình bày sơ đồ mạch đơn giản của khối mạch ASYNC DETECTOR.

Hình 6-22

Page 77: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiê m Viên Thông Bai 6

6-9

8. Kết nối đầu dò kênh 2 của dao động ký với 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 bởi 2 OPAMP. So sánh dạng sóng ngõ vào (kênh 1) và ngõ ra (kênh 2) của OPAMP thứ nhất. OPAMP này hoạt động như một mạch:

Chỉnh lưu toàn kỳ Chỉnh lưu bán kỳ

OPAMP thứ hai đóng vai trò mạch cộng cho phép thay đổi thang độ hai ngõ vào trước khi cộng nên được gọi là mạch cộng tỷ lệ. Tín hiệu ra của OPAMP thứ nhất được đưa tới 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:

8,2 .20 12

ASKDout

VVV kk k

⎛ ⎞= − Ω +⎜ ⎟Ω 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 DV (kênh 2): DV = __________ pkV .

11. Đo biên độ đỉnh dương cao nhất của tín hiệu ASKV (kênh 1): ASKV = __________ pkV .

12. Sử dụng các giá trị DV và ASKV đo được để tính điện áp ngõ ra bộ cộng tỷ lệ.

outV = ___________ pkV

13. Di chuyển kênh 1 đến ngõ ra của bộ cộng tỷ lệ. Điều chỉnh núm vặn BAL để cân bằng các đỉnh của tín hiệu. Trong khoảng thời gian ứng với đỉnh âm cao hơn của tín hiệu DV , tín hiệu ra có bằng với giá trị tính ở bước 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 dương với tàn số sóng mang gấp đôi tần số tín hiệu ngõ vào.

Page 78: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiêm Viên Thông Bai 6

6-10

Tạo ra các đỉnh dương với tàn số sóng mang bằng tần số tín hiệu ngõ vào.

Tạo ra các đỉnh âm với tàn số gấp đôi tần số ngõ vào.

Tín hiệu ra khỏi bộ chỉnh lưu FWR được đưa đến ngõ vào bộ lọc thông thấp (LPF). Bộ lọc thông thấp làm phẳng các đỉnh DC ở mức điện áp tương ứng với dữ liệu mã hóa NRZ ban đầu. Bộ lọc thông thấp trên board mạch là một mạch tích hợp. Đó là mạch lọc thông thấp dùng tụ chuyển mạch, độ lợi bằng 1. Kỹ thuật tụ chuyển mạch loại bớt các linh kiện ngòai và cho phép điều chỉnh tần số cắt bằng xung clock. Khác với bộ lọc thông thấp tích cực chuẩn, ở đây phần tử điện trở được thay thế bằng một tụ điện đóng ngắt ở tần số xung clock. Tần số cắt Cf bằng tần số xung clock CLKf chia cho 50.

Hình 6-25

15. Xác định tần số cắt Cf khi tần số xung clock bằng 76,8kHz. 50CLK

Cff = = ________ kHz.

Hình 6-26 cho thấy với tần số cắt 1,5kHz, thành phần tần số cao (5kHz) của tín hiệu chỉnh lưu sẽ bị loại bỏ trong khi thành phần đường bao tín hiệu (600Hz) sẽ được đưa đến ngõ ra bộ lọc.

Hình 6-26

16. Kết nối kênh 1 dao động ký với ngõ ra bộ lọc thông thấp và bật công tắc CM3. Trong khi quan sát dạng sóng ngõ ra (kênh 1), tắt công tắc CM3 để thay đổi tần số xung clock điều khiển cấp 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 với 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 được (kênh 1) có cùng mức điện áp?

Page 79: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiê m Viên Thông Bai 6

6-11

Có Không

Tín hiệu ra bộ lọc thấp được đưa vào mạch so sánh điện áp (VOLT COMP) để phục hồi tín hiệu mã hóa NRZ về mức logic 5V. Sơ đồ mạch đơn giản của khối VOLT COMP được minh họa trên hình 6-27. Một mức điện áp tham chiếu được điều chỉnh bởi núm vặn POSITIVE SUPPLY và được đưa vào ngõ vào – của bộ so sánh. Tín hiệu ra khỏi bộ lọc thấp được đưa vào ngõ + của mạch so sánh. Mạch so sánh trả về mức logic 0V ở ngõ ra nếu tín hiệu ngõ ra bộ LPF thấp hơn điện áp tham chiếu, và trả về mức logic 5V nếu tín hiệu ra khỏi LPF lớn hơn 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 ngược chiều kim đồng hồ cho đến khi tín hiệu kênh 1 giống với tín hiệu NRZ hiển thị trên kênh 2.

21. Di chuyển kênh 2 đến ngõ vào khối VOLT COMP. Mạch so sánh có khôi phục mức logic 5V từ tín hiệu ngõ ra bộ lọc thông thấp?

Có Không

Trong phần thí nghiệm tiếp theo, sinh viên sẽ dùng mạch tách sóng đồng bộ để giải điều chế tín hiệu ASK. Kết quả được kiểm tra bằng oscilloscope.

Hình 6-28

22. Trên khối mạch ENCODER, kết nối đầu dò kênh 1 của dao động ký với điểm CLK, kênh 2 với 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 bởi cạnh lên của ngõ vào EXT.

24. Điều chỉnh TIME/DIV của dao động ký sao cho chu kỳ xung đồng bộ chiếm 8 ô trên màn hình.

Page 80: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiêm Viên Thông Bai 6

6-12

Hình 6-29

25. Tháo đầu dò kênh 1 và 2 nhưng vẫn 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 ngược chiều kim đồng hồ đến hết mức và chỉnh núm vặn BAL ở vị trí trung tâm..

27. Dùng dây dẫn nối ngõ ra của khối ASK/PSK với ngõ vào của khối mạch tách sóng đồng bộ (SYNC DETECTOR). Gắn thêm 3 jumper trên khối mạch SYNC DETECTOR như hình 6-30.

Hình 6-30

28. Kết 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 hơn (ứng với mức logic 0) xấp xỉ bằng 0,5 pk pkV − .

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 vị 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 được 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 thấp và bộ so sánh điện áp.

Kỹ thuật tách sóng đồng bộ đòi hỏi máy thu phải khôi phục một phiên bản của 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.

Page 81: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiê m Viên Thông Bai 6

6-13

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 được mô tả trên hình 6-32. Ở trạng thái khóa, mạch phát hiện sóng mang tạo ra tần số VCO đồng bộ với tín hiệu ASK ngõ vào.

Hình 6-32

34. So sánh tần số VCO (kênh 2) với tần số sóng mang của tín hiệu ASK ngõ vào (kênh 1). Tần số VCO như thế nào so với tần số sóng mang ASK?

Bằng tần số sóng mang Gấp đôi tần số sóng mang

Tín hiệu ASK ngõ vào được đưa qua mạch khuếch đại phân cực (BIAS AMP) rồi 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 VCD-

36. Di chuyển đầu dò kênh 2 đến vị trí VCD. Trong điều kiện khóa, hai ngõ vào của bộ 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 kế (chế độ DC) với 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 trị VCIN đo được biểu diễn gần đúng độ lệch pha bao nhiêu?

Page 82: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiêm Viên Thông Bai 6

6-14

0° 90° 180°

39. Giá trị VCIN đo được có thay đổi nếu tần số sóng mang của tín hiệu ASK tăng hoặc giảm nhẹ?

Có Không

Ở trạng 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 kế ra khỏi mạch. Di chuyển kênh 1 đến vị trí VCO và kênh 2 đến vị 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 với tần số tín hiệu:

VCD- VCO

42. Di chuyển đầu dò kênh 1 đến vị trí 90° và so sánh các dạng sóng. Chú ý rằng dạng sóng ngõ ra (kênh 1) bị dịch pha 90° so với 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 với sóng mang ASK Lệch pha so với 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 được đưa đến các ngõ vào bộ mixer.

46. Di chuyển kênh 1 đến vị trí ngõ vào ASK. Kênh 2 được nối đến ngõ vào còn lại của bộ MIXER. Chỉnh time base ở mức 0,2ms/DIV.

Hình 6-33 là sơ đồ mạch đơn giản của khối MIXER. Tín hiệu ra khỏi bộ điều chế cân bằng (BALANCE MODULATOR) được khuếch đại vi sai bởi mạch khuếch đại thuật toán để tăng độ lợi 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 sẽ là:

Page 83: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiê m Viên Thông Bai 6

6-15

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 giống với:

Tín hiệu chỉnh lưu bán kỳ Tín hiệu chỉnh lưu toàn kỳ

Tín hiệu ra khỏi bộ MIXER lại được đưa đến mạch lọc thông thấp (LP FILTER).

50. Di chuyển kênh 1 đến vị trí NRZ và kênh 2 đến ngõ ra bộ lọc thấp (LP FILTER). Chỉnh kênh 2 ở mức 200mV/DIV.

51. Có phải mạch lọc thông thấp 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 được đưa vào mạch so sánh điện áp (VOLT COMP). Bộ so sánh điện áp khôi phục dữ liệu mã hóa NRZ từ ngõ ra LP FILTER thành:

Các tín hiệu lưỡng cực Các tín hiệu đơn cực

V. KẾT LUẬN ___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

Page 84: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiê m Viên Thông Bai 7

7-1

BÀI 7

KÊNH TRUYỀN VÀ NHIỄU

I. MỤC ĐÍCH Khi hòan tất bài thí nghiệm này, sinh viên có thể giải thích và mô phỏng được ảnh hưởng của nhiễu lên các tín hiệu điều chế số.

II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 7-1

Nhiễu là những nguồn năng lượng điện ngẫu nhiên, không mong muốn có thể xen lẫn vào thông điệp truyền đi làm giảm chất lượng tin tức trong các hệ thống thông tin.

Nhiễu ngoài bao gồm các nguồn nhiễu nhân tạo hoặc tư nhiên xâm nhập vào hệ thống từ môi trường truyền.

Nhiễu nội được tạo ra từ chính các máy phát hoặc máy thu.

Có nhiều nguồn tạo ra nhiễu ngoài: những biến động trong bầu khí quyển (chẳng hạn hiện tượng sét), hoặc những bức xạ từ Mặt Trời hoặc các hành tinh khác, ... Ngoài ra, còn có các nguồn nhiễu do con người tạo ra như: các đường dây điện, các hệ thống đánh lửa tự động, các motor điện, đèn huỳnh quang, ...

Hầu hết các linh kiện và thiết bị điện tử đều tạo ra nhiễu nội do chuyển động nhiệt của các nguyên tử. Nhiễu này được gọi là nhiễu nhiệt. Nhiễu nhiệt là một dạng nhiễu trắng, nghĩa là loại nhiễu có phổ công suất bằng phẳng và trải dài vô hạn.

Một loại nhiễu nội phổ biến khác là nhiễu shot, đây là loại nhiễu ngẫu nhiên phát sinh khi có dòng điện chạy qua một tiếp xúc bán dẫn. Mức nhiễu tỷ lệ với cường độ dòng điện phân cực cho tiếp xúc nói trên.

Trong thông tin tương tự, các tín hiệu truyền đi chủ yếu là thoại và nhạc, có thể thấy rõ ảnh hưởng của nhiễu qua các tiếng ồn trong âm thanh.

Trong thông tin số, nhiễu có thể làm thay đổi giá trị của các bit dữ liệu, làm cho dữ liệu thu trở thành không hợp lệ hoặc bị hiểu sai.

Hình 7-2

Page 85: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiêm Viên Thông Bai 7

7-2

Trên hình vẽ 7-2b, ta thấy nếu mức nhiễu đủ lớn, nó có thể 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 nhiễu SNR (Signal to Noise Ratio). Đó là tỷ số giữa biên độ tín hiệu hữu ích với biên độ tín hiệu nhiễu, thường dùng giá trị hiệu dụng:

( )( )

rms

rms

V signalSNRV noise

=

Hoặc theo đơn vị decibel:

( )( ) 20 log( )

rms

rms

V signalSNR dBV noise

⎡ ⎤= ⎢ ⎥

⎣ ⎦

Nhiễu có thể ảnh hưởng đến cả biên độ lẫn pha của tín hiệu. Nhiễu pha xuất hiện do tính chất trễ trong các mạch điện và các linh kiện. Nhiễu biên độ có thể đo đạc thông qua tỷ lệ bit lỗi (BER – Bit Error Rate).

1. Phuơng pháp mô phỏng kênh truyền

Trong bài thí nghiệm, một mạch phát nhiễu sẽ tạo ra một lượng nhiễu biến đổi được và cộng vào tín hiệu ngõ vào, ksau đó quan sát kết quả ở máy thu. Hình 7-3 trình bày sơ đồ khối đơn giản của mạch mô phỏng kênh truyền:

Hình 7-3

Mạch tạo xung nhiễu phát các xung nhiễu ngẫu nhiên, sau đó các xung này được cộng vào tín hiệu vào bởi bộ cộng dùng OPAMP. Sau đó, tín hiệu được đưa qua bộ lọc thông dải có băng thông từ 160Hz đến 70kHz, rồi được khuếch đại để đưa đến mạch giải điều chế.

Khối mạch tính BER bao gồm một cổng XOR để cộng (modulo 2) chuỗi dữ liệu phát và chuỗi thu được sau khi giải điều chế, mạch điều khiển nhận data từ cổng XOR, đếm số bit lỗi và hiển thị ra các LED chỉ thị. Mỗi khi nhấn nút reset, mạch điều khiển thực hiện reset đồng bộ và kích khởi một chuỗi xung 106ms (ứng với 128 bit dữ liệu).

Hình 7-4

2. Ảnh hưởng của nhiễu đến tín hiệu ASK/PSK

Page 86: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiê m Viên Thông Bai 7

7-3

(a) (b)

Hình 7-5

Hình 7-5 minh hoạ ảnh hưởng của nhiễu đến tín hiệu ASK. Ở trường hợp a, nhiễu có tác động lớn vì mức điện áp trạng thái 0 còn khá cao. Ở trường hợp b, mức điện áp trạng thái 0 bằng 0 do đó hạn chế được ảnh hưởng của nhiễu. Trường hợp này gọi là điều chế OOK (On-Off Keying).

Hình 7-6

Hình 7-6 minh hoạ ảnh hưởng của nhiễu lên tín hiệu PSK. Do tín hiệu PSK có biên độ không đổi, nó không nhạy với các nhiễu biên độ. Vì vậy, dữ liệu số khôi phục từ tín hiệu PSK sẽ có ít lỗi hơn so với dữ liệu khôi phục từ tín hiệu ASK.

Hình 7-7

Ta có thể loại bỏ một phần nhiễu trong các hệ thống thông tin bằng cách dùng bộ lọc. Mức độ khử nhiễu phụ thuộc vào tần số tín hiệu nhiễu và vào cấu trúc mạch phát hiện. Trên board

Page 87: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiêm Viên Thông Bai 7

7-4

mạch thí nghiệm, nhiễu có tần số 75-600Hz. Sơ đồ khối mạch phát hiện bất đồng bộ trên board mạch được trình bày ở hình 7-7. Trong sơ đồ này, bộ lọc thông dải có tác dụng cho tín hiệu đi qua và làm giảm biên độ nhiễu.

Hình 7-8 thể hiện sơ đồ khối máy thu đồng bộ. Bộ mixer nhận hai tín hiệu vào là tín hiệu thu được (sóng mang gốc) và sóng mang tái tạo có cùng tần số, và tạo ra hai thành phần tần số tổng (hai lần tần số sóng mang gốc) và hiệu (thành phần DC). Đồng thời, bộ mixer cũng tạo ra tín hiệu có các thành phần tần số tổng và hiệu của các tần số tín hiệu nhiễu và sóng mang.

Hình 7-8

Ảnh hưởng của nhiễu đến tín hiệu FSK được minh hoạ trên hình 7-9. Tín hiệu nhiễu có thể làm thay đổi biên độ tín hiệu FSK, từ đó làm thay đổi đường bao của tín hiệu, dẫn đến các lỗi trong dữ liệu sau khi phục hồi.

Hình 7-9 Hình 7-10

Tín hiệu FSK có thể được phát hiện bằng hai cách: đồng bộ hay bất đồng bộ. Phương pháp đồng bộ chống nhiễu tốt hơn vì mạch hoạt động trên nguyên tắc so pha, không bị ảnh hưởng bởi nhiễu biên độ. Đối với phương pháp bất đồng bộ, nhiễu chỉ được 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 cấp 15 VDC

Dao động ký hai kênh

Máy phát sóng sine

V.O.M

Page 88: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiê m Viên Thông Bai 7

7-5

IV. TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM 1. Mô phỏng kênh truyền

1. Kết nối đầu dò kênh 1 của dao động ký đến vị trí SYNC trên khối mạch ENCODING. Điều chỉnh dao động ký sao cho một chu kỳ của tín hiệu SYNC chiếm đúng 8 ô trên trục ngang dao động ký. Như vậy, mỗi ô tương ứng với một chu kỳ bit của tín hiệu NRZ.

2. Tháo đầu dò kênh 1 ra khỏi vị trí SYNC và kết nối đầu dò EXT của dao động ký với SYNC. Chỉnh dao động ký để trigger ở sườn lên của EXT.

Hình 7-11

3. Vặn núm điều chỉnh NOISE hết mức theo ngược chiều kim đồng hồ.

4. Dùng dây dẫn nối từ vị trí HIGH TONE trong khối MODULATORS đến vị trí IN của khối CHANNEL (hình 7-12).

Hình 7-12

5. Nối kênh 1 đến ngõ vào kênh truyền và kênh 2 đến ngõ ra kênh truyền. Chỉnh cả hai kênh ở mức 2V/DIV và time base ở mức 50μs/DIV.

6. Quan sát dạng sóng trên hai kênh của dao động ký. Tín hiệu ra bị méo dạng hay vẫn giống như tín hiệu ngõ vào? ___________________________________________________.

7. Bật công tắc CM7. Tần số cắt cao của kênh truyền sẽ thay đổi từ 70kHz thành 1500Hz. Quan sát dao động ký. Dạng sóng ngõ ra kênh truyền thay đổi như thế nào?

biên độ giảm có sự dịch pha vừa giảm biên độ vừa dịch pha

8. Tắt công tắc CM7. Đo biên độ tín hiệu HIGH TONE. HIGH TONEV = _________ pk pkV − .

4,50

.0,7072

IN pk pk

pk pkrms

V V

VV

=

=

9. Chuyển kết quả đo sang trị hiệu dụng? HIGH TONEV = __________ rmsV .

10. Di chuyển kênh 1 dao động ký đế vị trí NOISE.

11. vặn núm điều chỉnh NOISE theo chiều kim đồng hồ để có tín hiệu 1 pk pkV − trên kênh 1. (Lưu ý: có thể ta không đồng bộ được tín hiệu trên kênh 1 do bản chất nhiễu của tín hiệu này. Tuy nhiên, vấn đề này không ảnh hưởng đến kết quả đo biên độ). Tín hiệu 1 pk pkV − , nếu được đo bằng volt kế trị hiệu dụng thực sẽ có giá trị khoảng 0,5 rmsV .

Page 89: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiêm Viên Thông Bai 7

7-6

( ) 1,59( ) 0,5

( ) 20log( / )

IN rms

NOISE rms

IN NOISE

V rms VV rms VSNR dB V V

=

==

12. Tính tỷ số SNR theo đơn vị decibel: SNR (dB) = __________ dB.

13. Quan sát tín hiệu ra khỏi kênh truyền trên kênh 2 trong khi vặn từ từ núm điều chỉnh NOISE theo chiều kim đồng hồ? Lượng nhiễu trong tín hiệu ngõ ra thay đổi như thế nào?

Tăng Giảm Không đổi

14. Bật công tắc 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 hưởng của nhiễu tần số cao và so sánh với ảnh hưởng nhiễu tần số thấp khi CM15 ở vị trí OFF.

__________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________.

15. Dùng dây dẫn nối cả hai ngõ vào T DATA và R DATA với NRZ ở khối BER COUNTER.

16. Nhấn và nhả nút RESET. Giá trị hiển thị trên dãy LED là bao nhiêu? ____________.

Hình 7-13

17. Tháo dây nối từ R DATA đến NRZ và kết nối R DATA với điểm GND gần nhất.

18. Nhấn và nhả nút RESET, trên các LED hiển thị giá trị bao nhiêu?_________________.

19. Mỗi lần nhấn nút RESET, mạch tạo ra một chuỗi 128 bit, trong đó một nửa là bit 1. Với cách nối như trên, số lỗi sẽ là 64. Hãy tính BER trong trường hợp này theo công thức:

= =128

soá loãi soá loãiBERtoång soá bit

Kết quả: BER = ________.

2. Ảnh hưởng của nhiễu đến tín hiệu ASK/PSK

1. Kết nối kênh 1 với SYNC. Chỉnh dao động ký sao cho một chu kỳ của tín hiệu SYNC chiếm đúng 8 ô trên trục ngang. Như vậy, mỗi ô tương ứng với một chu kỳ bit.

2. Tháo kênh 1 khỏi vị trí SYNC và nối đầu dò EXT với SYNC. Trigger bởi cạnh lên của EXT.

3. Dùng jumper nối NRZ vào khối ASK/PSK.

Page 90: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiê m Viên Thông Bai 7

7-7

Hình 7-14

4. Dùng một jumper khác để chọn chế độ ASK.

5. Kết nối kênh 1đến ngõ ra của khối mạch ASK/PSK.

6. Điều chỉnh các núm OFFSET và BALANCE để biên độ tín hiệu ASK mức thấp vào khoảng 0.5 pk pkV − .

7. Trong khối mạch CHANNEL SIMULATOR, dùng 1 jumper kết nối NRZ với ngõ vào BER COUNTER và 1 jumper khác kết nối ngõ ra CHANNEL với ngõ vào SYNC DETECTOR.

8. Dùng ba jumper khác kết nối trên khối SYNC DETECTOR theo hình vẽ 7-15.

Hình 7-15

9. Vặn núm điều chỉnh NOISE theo ngược chiều kim đồng hồ đến hết mức.

10. Dùng dây dẫn nối ngõ ra ASK với ngõ vào CHANNEL. Kết nối đầu dò kênh 1 đến vị trí NRZ. Kết nối kênh 2 đến ngõ ra khối SYNC DETECTOR (hình 7-16).

Hình 7-16

11. Điều chỉnh núm vặn BAL trên khối MIXER và núm vặn NEGATIVE SUPPLY trên bộ chân đế FACET để khôi phục tín hiệu NRZ ở ngõ ra khối SYNC DETECTOR.

12. Dùng dây dẫn nối ngõ ra khối SYNC DETECTOR với ngõ vào R DATA của khối BER COUNTER.

Page 91: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiêm Viên Thông Bai 7

7-8

13. Quan sát dao động ký khi vặn từ từ núm điều chỉnh NOISE theo chiều kim đồng hồ cho đến khi xuất hiện các xung nhiễu cộng vào một trong các tín hiệu quan sát. Tín hiệu nào bị nhiễu?

Kênh 1 (tín hiệu NRZ ban đầu) Kênh 2 (tín hiệu NRZ khôi phục) Cả hai

Trong các bước sau, sinh viên sẽ ghi nhận số bit lỗi ba lần. Nếu số lỗi bằng 0, nhấn reset lần nữa. Nếu số lỗi bằng 0 nhiều lần liên tiếp, vặn núm điều chỉnh NOISE theo chiều kim đồng hồ thêm một ít rồi lặp lại.

14. Nhấn và nhả nút RESET. Ghi nhận số bit lỗi lần 1. Số bit lỗi lần 1 = ________________.

15. Nhấn và nhả nút RESET. Ghi nhận số bit lỗi lần 2. Số bit lỗi lần 2 = ________________.

16. Nhấn và nhả nút RESET. Ghi nhận số bit lỗi lần 3. Số bit lỗi lần 3 = ________________.

17. Di chuyển kênh 1 đến ngõ vào CHANNEL (tín hiệu ASK).

18. Điều chỉnh OFFSET để tạo ra tín hiệu OOK.

19. Nhấn nút RESET 3 lần và so sánh số lỗi bit của phương pháp OOK so với phương pháp ASK. Từ đó kết luận: với cùng mức nhiễu thì:

biên độ tín hiệu trạng thái 0 càng lớn càng chống nhiễu tốt.

biên độ tín hiệu trạng thái 0 càng nhỏ càng chống nhiễu tốt.

biên độ tín hiệu trạng thái 0 không ảnh hưởng đến khả năng chống nhiễu.

20. Vặn núm điều chỉnh NOISE theo ngược chiều kim đồng hồ trở về vị trí lúc đầu. Tháo bỏ kết nối giữa R DATA và ngõ ra khối SYNC DETECTOR.

21. Điều chỉnh OFFSET sao cho biên độ tín hiệu ASK mức thấp khoảng 0.5 pk pkV − .

22. Dùng dây dẫn kết nối các ngõ vào SYNC và ASYNC với nhau như hình vẽ 7-17. Di chuyển kênh 1 và kênh 2 của dao động ký lần lượt đến các ngõ ra SYNC và ASYNC.

Hình 7-17

Sơ đồ khối của mạch thí nghiệm như sau:

Hình 7-18

Page 92: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiê m Viên Thông Bai 7

7-9

23. Điều chỉnh núm POSITIVE SUPPLY trên bộ chân đế để khôi phục tín hiệu NRZ trên kênh 2. Tín hiệu ở hai ngõ ra SYNC và ASYNC là giống nhau, chỉ có sự lệch pha đôi chút.

24. Quan sát dao động ký trong khi vặn từ từ núm điều chỉnh NOISE theo chiều kim đồng hồ cho đến khi xuất hiện các xung nhiễu cộng vào một trong các tín hiệu. Tín hiệu nào có chất lượng tốt hơn khi có nhiễu tác động?

đồng bộ bất đồng bộ cả hai như nhau

Mỗi bộ phát hiện đều có một bộ lọc thông thấp với tần số cắt 1500Hz. Tín hiệu nhiễu có các thành phần tần số từ 75-600Hz. Trong trường hợp dùng bộ phát hiện bất đồng bộ, các tần số nhiễu được nhân 2 bởi bộ chỉnh lưu toàn sóng và chiếm các thành phần tần số từ 150 đến 1200Hz. Các tần số này đều nằm trong dải thông của bộ lọc nên được khuếch đại cùng với tín hiệu (hình 7-19a). Trong trường hợp phát hiện đồng bộ, các tần số nhiễu được cộng và trừ với sóng mang 2400Hz ở bộ mixer và chuyển thành dải tần 1800-3000Hz. Dải này nằm ngoài dải thông của bộ lọc nên sẽ bị loại bỏ (hình 7-19b).

a) b)

Hình 7-19

25. Di chuyển kênh 1 đến ngõ vào bộ MIXER để quan sát tín hiệu sóng mang được tái tạo. Tín hiệu này có bị nhiễu hay không? ____________________________________________.

26. Di chuyển kênh 1 trở về ngõ ra SYNC. Bật công tắc CM3 để thay đổi tần số cắt của bộ lọc thấp xuống còn 600Hz. Điều gì xảy ra với các tín hiệu quan sát được?

Cả hai đều bị nhiễu Cả hai đều không bị nhiễu

27. Chuyển CM3 về vị trí OFF. Nhiễu sẽ xuất hiện trên kênh 2. Nối ngõ vào bộ mixer với ngõ vào bộ lọc BANDPASS. Nối ngõ ra bộ lọc BANDPASS với ngõ vào khối ASYNC DETECTOR bằng 1 jumper.

Hình 7-20

28. Bộ lọc BANDPASS có ảnh hưởng như thế nào đến nhiễu trên tín hiệu NRZ khôi phục bởi khối ASYNC DETECTOR?

nhiễu tăng lên nhiễu giảm đi không ảnh hưởng

Giải thích: _______________________________________________________________

__________________________________________________________________________.

Page 93: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiêm Viên Thông Bai 7

7-10

Hình 7-21 mô tả đặc tuyến tần số của tín hiệu nhiễu và của bộ lọc thông dải.

Hình 7-21

29. Chuyển jumper trên khối ASK/PSK sang vị trí PSK và di chuyển kênh 1 đến ngõ ra của khối này.

30. Điều chỉnh núm vặn BAL để các đỉnh của các chu kỳ sóng sin là chẵn.

Hình 7-22

31. Cấu hình lại bộ SYNC DETECTOR để hoạt động ở chế độ PSK bằng cách điều chỉnh hai jumper được tô đen trên hình 7-22.

32. Di chuyển kênh 1 và kênh 2 của dao động ký lần lượt đến các vị trí NRZ và ngõ ra SYNC DETECTOR.

33. Chỉnh núm vặn NOISE hết mức theo ngược chiều kim đồng hồ.

34. Điều chỉnh núm vặn BAL trên khối MIXER và núm vặn NEGATIVE SUPPLY trên bộ chân đế FACET để khôi phục tín hiệu NRZ ở ngõ ra khối SYNC DETECTOR.

35. Quan sát tín hiệu NRZ khôi phục được khi vặn từ từ núm vặn NOISE theo chiều kim đồng hồ. Các xung nhiễu có xuất hiện trên tín hiệu này không?

Có Không

36. Tại sao phương pháp điều chế PSK lại ít nhạy với nhiễu hơn so với phương pháp ASK? __________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________.

37. Tháo tất cả các jumper và dây nối ra khỏi mạch.

3. Ảnh hưởng của nhiễu đến tín hiệu FSK

1. Kết nối kênh 1 với SYNC. Chỉnh dao động ký sao cho một chu kỳ của tín hiệu SYNC chiếm đúng 8 ô trên trục ngang. Như vậy, mỗi ô tương ứng với một chu kỳ bit.

2. Tháo kênh 1 khỏi vị trí SYNC và nối đầu dò EXT với SYNC. Trigger bởi cạnh lên của EXT.

3. Dùng jumper nối NRZ vào khối FSK và nối ngõ ra CHANNEL với ngõ vào SYNC DETECTOR.

Page 94: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiê m Viên Thông Bai 7

7-11

Hình 7-23

4. Dùng 3 jumper để cấu hình bộ SYNC DETECTOR hoạt động ở chế độ FSK (xem hình 7-24).

5. Vặn núm điều chỉnh NOISE hết mức theo ngược chiều kim đồng hồ.

6. Dùng dây nối ngõ ra khối FSK với ngõ vào CHANNEL. Nối kênh 1 với NRZ và kênh 2 với ngõ ra SYNC DETECTOR. Điều chỉnh oscilloscope nếu cần.

Hình 7-24

7. Điều chỉnh núm vặn NEGATIVE SUPPLY trên bộ chân đế để khôi phục tín hiệu NRZ ở ngõ ra khối mạch SYNC DETECTOR.

8. Di chuyển đầu dò kênh 1 của oscilloscope đến vị trí NOISE. Chỉnh núm vặn NOISE để có biên độ tín hiệu 0.2 p pV − .

9. Mức nhiễu này có ảnh hưởng đến các xung nhiễu ở ngõ ra khối SYNC DETECTOR (kênh 2) không?

Có Không

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

Hình 7-25

11. Nhiễu xuất hiện ở tín hiệu nào?

Sóng mang FSK (kênh 1) Tín hiệu tham chiếu FSK Cả hai

12. Di chuyển kênh 2 đến ngõ ra bộ lọc thông thấp (LF FILTER). Có thể thấy rằng tín hiệu ngõ vào khối VCO ít bị nhiễu. Đó là do bộ so sánh pha ứng với sự khác biệt về pha của các tín hiệu chứ không phải về biên độ.

Page 95: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiêm Viên Thông Bai 7

7-12

13. Di chuyển đầu dò kênh 1 đến vị trí NRZ và đầu dò kênh 2 đến vị trí ngõ ra LP FILTER. Tín hiệu ở ngõ ra bộ lọc thông thấp có mang cùng một dữ liệu với tín hiệu NRZ lúc đầu không?

Có Không

14. Di chuyển đầu dò kênh 1 đến ngõ ra bộ so sánh điện áp (VOLT COMP). Vặn núm chỉnh NOISE theo chiều kim đồng hồ đến mức nhiễu cực đại. Ngõ ra nào bị ảnh hưởng bởi nhiễu?

LP FILTER VOLT COMP Cả hai

Trong phần tiếp theo, chúng ta sẽ khảo sát ảnh hưởng của nhiễu đối với tín hiệu FSK phát hiện theo kiểu bất đồng bộ.

15. Vặn núm điều chỉnh NOISE ngược chiều kim đồng hồ để giảm nhiễu về 0.

16. Thay đổi vị trí jumper ở ngõ ra khối CHANNEL để nối ngõ ra khối này với ngõ vào BANDPASS. Sử dụng một jumper khác để nối ngõ ra khối BANDPASS với ngõ vào khối ASYNC DETECTOR (hình 7-26).

Hình 7-26

17. Kết nối kênh 1 với vị trí NRZ và kênh 2 với vị trí VOLT COMP trong khối ASYNC DETECTOR.

18. Điều chỉnh núm vặn POSITIVE SUPPLY trên bộ chân đế để khôi phục tín hiệu NRZ tại ngõ ra VOLT COMP.

19. Vặn núm điều chỉnh NOISE theo chiều kim đồng hô cho đến khi nhiễu xuất hiện trên tín hiệu NRZ khôi phục (kênh 2).

20. Di chuyển đầu dò kênh 1 đến ngõ vào và kênh 2 đến ngõ ra của khối BANDPASS. Tín hiệu nào bị ảnh hưởng bởi nhiễu nhiều hơn?

Ngõ vào Ngõ ra

Hình 7-27 giải thích tại sao bộ lọc thông dải có thể làm giảm nhiễu. Băng thông của bộ lọc là từ 1200-4600Hz. Nhiễu chiếm khoảng tần số từ 75 đến 600Hz.

21. Di chuyển kênh 2 của oscilloscope đến ngõ ra FWR rồi sau đó đến ngõ ra LP FILTER. Tín hiệu nào hoàn toàn không bị ảnh hưởng bởi nhiễu?

Ngõ ra FWR Ngõ ra LP FILTER Không tín hiệu nào

Trong phần tiếp theo, chúng ta sẽ so sánh ảnh hưởng của nhiễu đến hai khối SYNC DETECTOR và ASYNC DETECTOR khi đưa vào cùng một tín hiệu FSK.

22. Di chuyển jumper ở ngõ ra khối CHANNEL đến ngõ vào khối SYNC DETECTOR. Dùng dây dẫn nối ngõ vào khối SYNC DETECTOR với ngõ vào khối BANDPASS (xem hình 7-27).

23. Kiểm tra chắc chắn rằng ngõ ra khối BANDPASS đã được nối với ngõ vào khối ASYNC DETECTOR và khối SYNC DETECTOR đã được cấu hình ở chế độ giải điều chế FSK.

Page 96: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiê m Viên Thông Bai 7

7-13

24. Vặn núm điều chỉnh NOISE tối đa theo ngược chiều kim đồng hồ. Di chuyển kênh 1 của oscilloscope đến vị trí NRZ và kênh 2 đến vị trí ngõ ra SYNC DETECTOR.

Hình 7-27

25. Điều chỉnh núm vặn NEGATIVE SUPPLY trên bộ chân đế để phục hồi tín hiệu NRZ ở ngõ ra của khối SYNC DETECTOR.

26. Di chuyển kênh 2 đến ngõ ra của khối ASYNC DETECTOR.

27. Điều chỉnh núm vặn NEGATIVE SUPPLY trên bộ chân đế để phục hồi tín hiệu NRZ ở ngõ ra của khối ASYNC DETECTOR.

28. Di chuyển kênh 1 đến ngõ ra của khối SYNC DETECTOR. Quan sát dao động ký khi vặn từ từ núm chỉnh NOISE theo chiều kim đồng hồ cho đến khi các xung nhiễu vừa bắt đầu xuất hiện trên một trong các tín hiệu.

29. Xung nhiễu xuất hiện trên tín hiệu nào trước?

SYNC DETECTOR ASYNC DETECTOR

30. Vặn núm điều chỉnh NOISE hết mức theo chiều kim đồng hồ. Trên tín hiệu nào có sự xuất hiện các xung nhiễu?

SYNC DETECTOR ASYNC DETECTOR Cả hai

31. Qua kết quả thí nghiệm trên, ta thấy cả hai bộ phát hiện đồng bộ và bất đồng bộ đều chịu ảnh hưởng của nhiễu, nhưng bộ phát hiện đồng bộ có tính chống nhiễu tốt hơn. Đó là do:

Bộ lọc thông thấp Bộ so sánh pha Bộ lọc thông dải

Hình 7-28

32. Tháo tất cả các jumper và dây nối ra khỏi mạch.

V. KẾT LUẬN ___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

Page 97: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiê m Viên Thông Bai 8

8-1

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 trưng của antenna dipole thẳng đứng.

3. Phương pháp xác định bước sóng trong không gian tự do và trên đường truyền Lecher.

II. THẢO LUẬN 1. Giới thiệu

Antenna là một bộ chuyển đổi dòng điện di chuyển ở tần số cao thành sóng điện từ, hoặc ngược lại chuyển sóng điện từ thành dòng điện xoay chiều. Antenna có thể được dùng để bức xạ năng lượng ra không gian, hoặc nhận năng lượng từ không gian.

Antenna và đường dây dẫn (feeder) đóng vai trò thiết bị ghép giữa các mạch điện tử và không khí. Các antenna tiếp xúc trực tiếp với không gian bên ngoài còn feeder là bộ phận giao tiếp giữa antenna với mạch điện tử. Ngõ vào của feeder phải phối hợp trở kháng với máy phát, còn antenna phát nhận năng lượng từ máy phát qua feeder và bức xạ ra không gian.

Năng lượng truyền trong không gian với vận tốc ánh sáng (3 x108m/s). Sự bức xạ năng lượng được đặc trưng bởi tần số hoạt động hoặc bước sóng của nó. Công thức sau biểu diễn sự liên hệ giữa tần số và bước sóng:

trong đó: λ : bước sóng có đơn vị là m

f : tần số có đơn vị là Hz

c: tốc độ ánh sáng (300 x 106 m/s).

2. Truyền sóng vô tuyến

Các nguyên tắc của bức xạ điện từ trong không gian được bắt nguồn từ lý thuết về tính cảm ứng của trường điện từ. Trước tiên, trường từ biến thiên tạo ra trường điện biến thiên; và sau đó, trường từ biến thiên này lại tạo ra dòng điện biến thiên. Quá trình cứ thế lặp lại tạo thành sóng điện từ bao gồm hai phần: trường điện (E) và trường từ (H), chúng phụ thuộc lẫn nhau. Các trường E và H luôn vuông góc với nhau và vuống góc với hướng truyền của sóng điện từ ra không gian. Hình 8-1 miêu tả mối liên hệ giữa các trường E và H với chiều của sóng điện từ, đồng thời minh hoạ qui tắc bàn tay trái để xác định chiều của các sóng trong không gian.

fc

Page 98: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiêm Viên Thông Bai 8

8-2

Hình 8.1. Trường điện từ, qui tắc bàn tay trái

Hình 8.2. Sự truyền các sóng trực giao E và H

Các thành phần E và H của sóng RF cùng pha thời gian, nhưng lệch 900 về không gian. Chiều của E xác định tính phân cực của sóng. Hình 8-2 minh hoạ sóng phân cực dọc. Nếu các thành phần E và H được xoay đi 900, ta nói sóng được phân cực ngang. Cường độ sóng được xác định bằng cách đo cường độ trường điện E.

3. Sóng mặt đất và sóng không gian

Dipole có thể được định hướng sau cho hai thanh song song với bề mặt của trái đất, trường hợp này gọi là dipole ngang, hoặc còn gọi là antenna Hertz. Hình 8-3 A là đồ thị bức xạ của dipole với công suất tập trung ở mặt phẳng ngang và không có bức xạ theo hướng song song với dipole. Hình 8-3 B là đồ thị bức xạ 3 chiều của dipole nói trên.

Chiều dài thật sự của antenna nhỏ hơn không đáng kể so với độ dài tín toán. Độ dài vật lý của antenna xấp xỉ bằng 95% của độ dài lý thuyết.

Page 99: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiê m Viên Thông Bai 8

8-3

Hình 8.3. Hình ảnh hai chiều và ba chiều của dipole

Sự phân phối điện áp và dòng điện qua antenna được minh hoạ trong hình 8-4. Chú ý rằng tại tâm của dipole, dòng điện cực đại (có nghĩa điện trở là nhỏ nhất) và tại đầu cuối dipole điện áp là lớn nhất (khi đó điện trở là lớn nhất).

Hình 8.4. Sự phân bố dòng và áp,λ /2

4. Điện trở antenna

Điện trở tại điểm cấp điện (được gọi là điện trở bức xạ) của dipole vào khoảng 73Ω. Điện trở bức xạ của antenna là một đại lượng lý thuyết. Điện trở bức xạ của antenna được tính bằng công thức sau:

Trong đó:

P: là công suất của trường điện từ (công suất bức xạ).

I : Dòng antenna (giá trị hiệu dụng).

Rr : Điện trở antenna.

Điện trở vào của antenna còn được gọi là trở kháng (Zi) antenna. Trở kháng ngõ vào của antenna phụ thuộc vào nhiều yếu tố, như là độ cao antenna, vị trí điểm cấp điện, và loại antenna. Antenna hoạt động giống như mạch cộng hưởng mà trở kháng ngõ vào tại tần số cộng hưởng là điện trở thuần. Trên tần số cộng hưởng, antenna có tính cảm. Dưới tần số cộng hưởng, antenna có tính dung. Trở kháng ngõ vào của antenna (Zi) phụ thuộc vào tần số hoạt động và độ dài antenna. Do đó, trở kháng ngõ vào không thể biết chính xác, trở kháng trung bình của dipole vào khoảng 73-80Ω, phụ thuộc vào tần số hoạt động.

5. Tính thuận nghịch của antenna

2IPRr =

Page 100: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiêm Viên Thông Bai 8

8-4

Các antenna có tính thuận nghịch. Có nghĩa là đồ thị bức xạ của antenna phát giống với đồ thị độ nhạy của antenna đó khi được dùng để thu sóng điện từ .

6. Đường truyền Lecher

Đường truyền Lecher là dây dẫn song song có thể đo được bước sóng truyền trên đó, từ đó xác định tần số bộ dao động của máy phát. Đường truyền Lecher là một đường truyền sóng được quy chuẩn. Độ dài của nó được chọn để có sóng dừng (sẽ được miêu tả chi tiết hơn trong các bài thí nghiệm sau) và sử dụng để tiến hành đo bước sóng, thường độ dài này khoảng từ 1/4 đến vài bước sóng. Khi dòng RF đi qua đường truyền Lecher, dòng và áp sẽ tạo thành sóng trên đường dây, và khoảng cách giữa hai cực đại hoặc cực tiểu liên tiếp của sóng sẽ xác định bước sóng của bộ dao động. Hình 8-5A chỉ sóng dừng trên đường dây khi đầu cuối của nó bị ngắn mạch: R = 0. Khi đó tại cuối đường truyền, dòng điện là lớn nhất và điện áp là nhỏ nhất. Trong hình 8-5B, điện áp ở hai đầu điện trở lớn vô cùng là lớn nhất và dòng là nhỏ nhất. Lý thuyết áp và dòng cực đại có thể dùng để đo bước sóng.

Hình 8.5. Sóng dừng trên đường truyền

Trên panel thí nghiệm có hai đường dẫn song song nằm ở mặt sau. Một thanh trượt được gắn với mạch phát hiện và nối với đồng hồ chỉ thị trên panel cho phép sinh viên xác định các điểm cực đại và cực tiểu dòng điện. Đường truyền Lecher nối tới máy phát bằng cáp đồng trục.

2. Độ định hướng và độ lợi antenna

Antenna đẳng hướng được sử dụng như một chuẩn để xác định độ lợi của các loại antenna khác. Antenna đẳng hướng không có tính định hướng, các điểm trên bề mặt hình cầu đều có mức bức xạ bằng nhau. Vì antenna đẳng hướng bức xạ với mật độ bằng nhau theo mọi hướng, do đó người ta định nghĩa độ định hướng của antenna này có giá trị là 1, tức 0 dB.

Phần lớn các antenna được thiết kế để định hướng, hội tụ, hay tập trung công suất ở một hướng xác định. Các antenna thực tế này có độ định hướng (D) lớn hơn 1. Ví dụ, dipole ngang chỉ tập trung năng lượng của nó trên hai hướng và do đó nó chứa mức năng lượng cao hơn ở hai hướng này thay vì bức xạ với cùng năng lượng bức xạ trên toàn bộ mặt cầu.

Page 101: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiê m Viên Thông Bai 8

8-5

Nếu antenna đẳng hướng được hiệu chỉnh sao cho nó bức xạ với cùng một lượng công suất nhưng chỉ trên một phần mặt cầu (diện tích S) thay vì toàn bộ hình cầu, khi đó do diện tích giảm nên mật độ công suất sẽ lớn hơn so với antenna đẳng hướng. Mật độ công suất (D) trong trường hợp này là:

SP

P tdn =

Độ định hướng của antenna:

di

dnPP

D =

hoặc D = dn

di

PP

lg10 (dB)

Tóm lại, độ định hướng của một antenna được định nghĩa là tỷ số của mật độ công suất bức xạ của nó so với mật độ công suất bức xạ của một antanna đẳng hướng có cùng công suất phát. Độ định hướng của antenna là thước đo cường độ trường E.

Các antenna thường có hiệu suất nhỏ hơn 100%. Hiệu suất của antenna là tỷ số của toàn bộ công suất bức xạ bởi antenna so với tổng công suất mà antenna nhận được từ máy phát. Hiệu suất của antenna biến thiên từ 50% tới gần 100%.

Các nhà kỹ thuật đưa ra khái niệm độ lợi của antenna giống như độ lợi của mạch khuếch đại. Tuy nhiên, độ lợi antenna chỉ sự tập trung năng lượng chứ không phải là khuếch đại năng lượng, như trong trường hợp các bộ khuếch đại dùng transistor. Dưới đây là công thức tính độ lợi tổng quát cho các antenna:

2effA4

π=

trong đó: effA : diện tích hiệu dụng của antenna

λ : bước sóng

g : độ lợi antenna

glog10g 10dB =

Cần nhắc lại rằng antenna không làm tăng công suất bức xạ, nó chỉ tập trung công suất, nghĩa là làm tăng mật độ công suất phát. Sự tập trung tín hiệu này làm ta có cảm tưởng có sự tăng công suất trong máy phát.

Nếu antenna được dùng để thu tín hiệu thì công suất ngõ vào máy thu bằng mật độ công suất bức xạ của trường nhân với diện tích mặt cắt của antenna thu.

3. Độ rộng búp sóng chính - Đồ thị bức xạ

Khái niệm độ rộng bức xạ được đề cập đối với các antenna tập trung công suất của nó trong một búp sóng chính. Búp sóng được xác định bằng khoảng cách về góc giữa các điểm nửa công suất (3 dB). Trong hình 8-6, điểm nửa công suất nằm ở góc + 90. Do đó độ rộng bức xạ là 180.

Page 102: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiêm Viên Thông Bai 8

8-6

Hình 8.6.

Độ lợi của antenna có liên hệ trực tiếp với độ rộng bức xạ của nó. Độ rộng bức xạ càng hẹp, công suất định hướng trong búp sóng chính càng lớn. Độ rộng bức xạ phụ thuộc nhiều vào ứng dụng thực tế của antenna. Một số các antenna, chẳng hạn các antenna sử dụng trong vô tuyến và truyền hình, có thể truyền năng lượng trong toàn bộ 3600 trong khi antenna radar có độ rộng chùm bức xạ từ 1 tới 30. Kiểu bức xạ này cho phép antenna radar (thường là đĩa parabolic) hướng tới điểm mục tiêu trong không gian. Đồ thị bức xạ thường được vẽ trên biểu đồ cực như hình 8-6.

4. Các antenna thẳng đứng với mặt phẳng đất

Phần trên đã giới thiệu antenna dipole phân cực ngang. Trong phần này ta lại khảo sát các antenna phân cực dọc (thẳng đứng). Bảng 8-1 so sánh các ưu điểm của hai loại antenna này.

Ưu điểm của phân cực thẳng đứng Ưu điểm của phân cực ngang

1. Đồ thị bức xạ đa hướng, có thể phủ 3600 1. Đồ thị bức xạ lưỡng hướng

2. Khi độ cao antenna được giới hạn nhỏ hơn 3m, ví dụ hệ thống thông tin di động, có thể thu các tín hiệu mạnh tới tần số trên 50MHz.

2. Ít bị ảnh hưởng bởi can nhiễu do con người gây ra

3. Các tín hiệu làm việc tốt hơn ở độ cao trên 12m trên mặt nước biển và ở các tần số nhỏ hơn 100 MHz.

3. Hoạt động tốt hơn ở vùng rừng rậm, đặc biệt là ở tần số trên 100 MHz

4. Các tín hiệu ít bị ảnh hưởng bởi sự phản xạ từ máy bay

4. Thay đổi nhỏ vị trí antenna không ảnh hưởng đáng kể đến đồ thị bức xạ khi antenna ở giữa rừng cây hay gần các tòa nhà cao tầng

5.Giao thoa ít, các hệ thống VHF, UHF, TV, FM, phần lớn đều sử dụng phân cực ngang.

5. Loại antenna này thích hợp với các dạng điều chế phức tạp

Page 103: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiê m Viên Thông Bai 8

8-7

6. Đường truyền thường thẳng đứng. Khi antenna ở góc thích hợp với đường truyền, nhiễu xuất hiện bởi đường truyền nằm trong phạm vi trường của antenna.

Bảng 8-1

Hình 8-7 minh hoạ dipole thẳng đứng với mặt phẳng đất. Có thể thấy dipole phát bức xạ theo dạng hình tròn, thích hợp với thông tin di động, nhưng có rất ít hoặc không có bức xạ ở phía trên dipole.

Hình 8.7.

Hình 8-8 minh hoạ một dipole thẳng đứng với năng lượng bức xạ trực tiếp từ dipole và năng lượng phản xạ từ mặt phẳng đất. Chú ý rằng năng lượng phản xạ có thể xem như là kết quả bức xạ của ảnh của dipole 1/4 bước sóngqua mặt phẳng đất. Nếu antenna được dùng để truyền AM quảng bá, khi đó 1/4 bước sóng trên mặt đất kết hợp với ảnh của nó, tức là dipole ¼ bước sóng dưới mặt đất, tạo thành 1/2 hay 5/8 chiều dài bước sóng. Sự bức xạ từ antenna loại này rất mạnh trong vùng sóng mặt đất xung quanh dipole.Với antenna này, dòng điện đạt cực đại gần mặt phẳng đất. Rõ ràng, trở kháng fider của kiểu antenna này phải nhỏ hơn của dipole ngang (khoảng 73Ω).

Hình 8.8. Dipole thẳng và mặt phẳng đất

Page 104: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiêm Viên Thông Bai 8

8-8

Antenna dipole thẳng đứng còn gọi là antenna Marconi, trong antenna phân cực ngang được gọi là antenna Hertz.

Thanh phản xạ và cột kim loại được gắn chặt với nhau và sóng chỉ phản xạ trên thanh này. Cột và các vật thể kim loại khác nằm dưới mặt phẳng mặt đất được đặt cách xa antenna. Phần tử antenna lái có chiều dài 1/4 bước sóng và thanh phản xạ dài hơn 5% so với phần tử antenna lái. Một đường truyền 50Ω có vỏ bọc được dùng để truyền năng lượng RF.

Chiều dài thanh antenna trung tâm cũng có thể có các giá trị khác ngoài giá trị 1/4 bước sóng. Hình 8-9 mô tả các đồ thị bức xạ ứng với các chiều dài khác nhau của antenna. Chú ý rằng antenna có chiều dài 1/2 bước sóng sẽ có một búp sóng trung tâm mạnh và các búp sóng phụ hai bên. Antenna này thích hợp cho các máy bay tầm thấp.

Các antenna thẳng thường sử dụng trong thông tin di động. Mặt phẳng đất có thể là mặt đất, hay bề mặt phương tiện truyền tải, hay mặt phẳng đất nhân tạo làm từ các thanh kim loại. Trên panel thí nghiệm, mặt phẳng đất làm từ bảng mạch in. Đồ thị bức xạ của antenna mặt phẳng đất có dạng tròn, được phân cực thẳng đứng, và có độ nhạy thấp ở hướng phía trên antenna.

Hình 8.9. Dipole thẳng đứng với các độ cao khác nhau so với mặt đất, có kể đến sự phản xạ từ mặt đất

Page 105: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiê m Viên Thông Bai 8

8-9

Điện trở bức xạ của antenna thẳng chiều dài λ/4 bằng một nửa điện trở bức xạ của antenna bán sóng, xấp xỉ bằng 36.5Ω. Dipole dọc thường được cấp tín hiệu bởi cáp đồng trục trở kháng 50Ω.

III. YÊU CẦU THIẾT BỊ Chân đế cấp nguồn S300PSB

Panel antenna SIP360A

Cột antenna SIP360 – 1

Antenna dipole ngang SIP360 – 2

Thanh phản xạ antenna SIP360 – 5

Đồng hồ đo cường độ trường SIP360 – 6

Cáp, RG – 58 (30cm), BNC/BNC SIP360 – 7

Đồ thị cột chia cực SIP360 – 9

Tape Measure SIP360 – 10

Cáp, phích cấm nhỏ 10” tới các phích cấm banana SIP360 – 11 IV. TIẾN TRÌNH THÍ NGHIỆM

Chú ý: Trong các đo đạc sau, antenna phát sẽ được đặt trên bảng cách xa các thiết bị gây phản xạ sóng vô tuyến. Ví dụ, dao động ký sẽ được đặt cách antenna ít nhất là 1,2m. Bất kỳ vật thể kim loại nào đặt gần antenna sẽ làm thay đổi hình dạng bức xạ.

Hai đầu cắm song song có sẵn trên đồng hồ đo cường độ trường. Một được nối tới DMM (vạn năng kế số).

1. Nối cột antenna tới panel antenna. Gắn antenna dipole ngang lên đỉnh cột. Gắn panel vào bộ chân đế và thiết lập điện áp điêù khiển âm –10 VDC (có thể thay đổi giữa –5 và -16 V DC).

2. Ở khoảng cách 1-2m so với antenna phát, giữ antenna đo cường độ trường (antenna thu) sao cho dipole của nó song song với antenna phát. Di chuyển 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 cường độ trường song song với antenna phát và đồng hồ đo được đặt giữa tầm, kiểm tra tính phân cực của antenna phát bằng cách xoay dipole đo trường bức xạ để cho nó thẳng gốc với sàn nhà. Lúc này, với antenna phát song song với sàn và antenna đo cường độ trường thẳng gốc với sàn, đồng hồ đo cường độ trường sẽ chỉ thị 0. Đặt đồng hồ đo cường độ trường về vị trí song song như cũ và cố gắng di chuyển nó gần hơn về phía antenna phát. Chú ý rằng khi đồng hồ đo cường độ trường song song với antenna phát, tín hiệu nhận được sẽ mạnh hơn. Tiến hành đo cả hai mặt trước và sau của antenna phát, quan sát hiện tượng xảy ra.

4. Kiểm tra tính phân cực bằng cách bằng cách xoay antenna đo cường độ trường sao cho nó thẳng gốc với antenna phát. Đầu antenna thu hướng đến điểm giữa của dipole phát. Quan sát số chỉ trên đồng hồ.

5. Sự phân cực của antenna phát được xác định theo hướng của trường E, trong trường hợp này trường E là . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . so với sàn.

Page 106: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiêm Viên Thông Bai 8

8-10

6. Từ sự quan sát của bạn, ghi lại sự phân cực của antenna phát. Nó được phân cực ngang . . . . . . . . . . . . . . hay phân cực dọc. . . . . . . . . . . ?

Đo đồ thị bức xạ 7. Đặt antenna phát sao cho bức xạ theo hướng 0. Gắn đĩa tròn có vạch chia độ lên đỉnh antenna. Đặt đồng hồ đo cường độ trường cách 150 cm và nối đồng hồ vạn năng số tới đồng hồ (dùng cáp 10” chứa phích cắm nhỏ và 2 phích cắm banana). Đặt volt-kế số ở tầm DC mV. Đặt điện áp điều khiển trên bộ chân đế cấp nguồn xấp xỉ ở –5 VDC. Điều này cho phép đồng hồ đo cường độ trường di chuyển gần tới antenna phát.

8. Dưới dipole phát là một bộ phận được gọi là balun. Bộ phận này có thể di chuyển lên xuống cột, và được dùng để khử bức xạ ra ngoài cột do đường truyền bất đối xứng được nối tới antenna đối xứng. Để giảm thiểu bức xạ ngoài này, đẩy balun lên đỉnh cột và cố định bằng ốc. Không nên siết quá chặt.

9. Đặt đồng hồ đo cường độ trường và đồng hồ vạn năng để đồng hồ vạn năng chỉ 100 mV khi đồng hồ đo cường độ trường song song với antenna phát. Nên chú ý rằng antenna trên đồng hồ đo cường độ trường được tách đôi ở giữa. Thanh thứ hai là một bộ phản xạ, nó giảm sự phản xạ từ cơ thể người làm thí nghiệm.

10. Bắt đầu với antenna phát đặt ở hướng 0 độ và volt-kế số chỉ thị 100 mV. Xoay antenna phát theo từng bước 100 (xem bảng 8-2). Trong quá trình thí nghiệm sinh viên có thể quan sát thay đổi lớn nhất xuất hiện khi antenna phát xoay khoảng 300 đến 400 đầu tiên. Điền vào bảng 8-2 các giá trị đọc được. Chú ý: người làm thí nghiệm phải đứng cách antenna phát ít nhất 1,2m- 1,5m. Bất cứ bộ phận cơ thể nào ở gần anrenna cũng sẽ làm thay đổi cường độ và hình dáng bức xạ. Khi người thí nghiệm đứng thẳng góc với đầu cuối antenna phát thí sự ảnh hưởng này sẽ là nhỏ nhất.

Lần lượt xoay antenna đủ 3600 và hoàn tất bảng 8.2. Chú ý rằng các búp sóng không đối xứng hoàn toàn vì antenna có thể không cân bằng hoàn toàn với đường truyền hoặc do sự phản xạ.

Độ DMM Độ DMM

0

10

20

30

40

50

60

75

90

105

130

140

150

160

170

180

360

350

340

330

320

310

300

285

270

255

240

230

220

210

200

190

Page 107: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiê m Viên Thông Bai 8

8-11

Bảng 8.2. Dữ liệu dipole antenna 11. Dùng dữ liệu đo được tích luỹ trong bảng 8-2, vẽ 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 bản đồ này, ta sẽ vẽ hai đồ thị bức xạ. Do đó nên vẽ 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 sẽ quan sát khoảng cách giữa hai điểm cực đại liên tiếp hay giữa hai cực tiểu liên tiếp trong không gian. Tại các điểm này, cường độ bức xạ trường tăng tới điểm cực đại hay giảm tới giá trị cực tiểu. Khoảng cách giữa hai điểm bằng 1/2 bước sóng tại tần số hoạt động.

Hình 8.10. Các antenna và bộ dao động để đo sóng dừng

14. Xác định bước sóng của sóng bức xạ bằng cách đặt dipole thu đối mặt với antenna phát như trong hình 8-10. Đồng hồ đo cường độ trường chỉ thị 10mA. Điều này cho thấy một phần năng lượng từ antenna phát được dipole đo cường độ trường thu nhận.

15. Giữ thanh phản xạ ở cùng mặt phẳng với antenna phát và dipole của đồng hồ đo cường độ trường. Thanh phản xạ được đặt ở điểm giữa của đường nối giữa antenna phát và thu. Khi thanh phản xạ được di chuyển về gần hay ra xa 2 hai antenna, đồng hồ dòng sẽ tăng hay giảm tương ứng. Cố gắng giữ cơ thể bạn không di chuyển trong suốt các phép đo này, do các bộ phận cơ thể có thể tạo ra sự phản xạ sóng một cách không mong muốn làm thay đổi số chỉ đồng hồ. Điều chỉnh góc của bộ phản xạ để trị số dòng đọc được là lớn nhất.

16. Quan sát đồng hồ đo cường độ trường khi thanh phản xạ được di chuyển gần hoặc xa máy phát. Di chuyển nhanh thanh phản xạ từ sau ra trước, kim đồng hồ dòng sẽ di chuyển lên xuống. Bắt đầu từ khoảng cách xấp xỉ 1m, di chuyển thanh phản xạ về phía 2 antenna cho tới khi giá trị quan sát được là lớn nhất. Một sinh viên khác đặt tay mình ở vị trí giá trị đọc được lớn nhất.

Tiếp tục di chuyển thanh phản xạ cho tới khi đạt tới vị trí cực đại thứ hai, và một sinh viên khác đặt tay thứ hai của mình ở vị trí ứng với giá trị đọc thứ hai này.

Page 108: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiêm Viên Thông Bai 8

8-12

Theo lý thuyết khoảng cách giữa hai giá trị đọc (khoảng cách giữa hai tay) sẽ là độ dài của dipole thu của đồng hồ đo cường độ trường. Đặt dipole giữa hai tay và quan sát xem các khoảng cách có bằng nhau hay không.

17. Giá trị đọc được có thể xem như được đo trong không gian tự do, mặc dù trong thực tế điều này không đúng do sự phản xạtừ mặt bàn, các vùng xung quanh, các bức tường thẳng đứng, các thiết bị kim loại, và từ cơ thể của người tiến hành thí nghiệm. Không xét đến các yếu tố này, hãy xác định giá trị 1/2 bước sóng và toàn bước sóng của các sóng đứng từ 2 giá trị đọc được.

Nửa bước sóng = . . . . . . . . . . . . . .

Toàn bước sóng = . . . . . . . . . . . . . .

Nên lặp lại phép đo 2 hoặc 3 lần để giá trị đọc chính xác hơn.

18. Từ công thức (1-1), tính tần số máy phát theo MHz: . . . . . . . . . . . . . MHz.

Bước sóng trên đường truyền Lecher 19. Tháo cột antenna và dipole ngang, và nối cáp đồng trục BNC giữa máy phát và đầu cắm trên mặt của panel. Đièu chỉnh con chạy trên panel được đồng thời quan sát đồng hồ trên panel và chỉnh núm vặn để kim chỉ thị toàn tầm đo. Di chuyển con chạy tới lui sao cho kim đồng hồ ở vạch lớn nhất tại các đỉnh hoặc ở các vị trí null. Không được để kim vượt quá vạch cực đại khi đo. Điều chỉnh núm chiết áp nếu cần trong khi di chuyển bộ phát hiện trên đường truyền Lecher.

20. Sóng dừng trên đường truyền Lecher đang được đo bằng cách di chuyển vòng antenna (có bộ chỉnh lưu) dọc theo đường truyền . Giữa giá trị 0 và giá trị toàn tầm sẽ xuất hiện hai cực tiểu. Bắt đầu từ vị trí toàn tầm và di chuyển về phía zero cho tới khi được giá trị nhỏ nhất. Ghi lại vị trí hai vị trí cực tiểu liền nhau: . . . . . . . . . cm, . . . . . . . . . . . cm.

Trong quá trình dịch chuyển này thì ta cũng quan sát được các vị trí đỉnh.

21. Khoảng cách giữa hai vị trí null chính là 1/2 bước sóng trên đường truyền Lecher, ghi lại khoảng cách giữa hai vị trí null: . . . . . . . . . . cm.

22. 1/2 bước sóng đo trên đường truyền Lecher dài hơn hay ngắn hơn nửa bước sóng đo trong không gian tự do? . . . . . . . . . .

Chú ý: năng lượng điện trường thay đổi vận tốc của nó khi đi qua các môi trường khác nhau trong không gian cũng như trên các đường truyền. Vấn đề này sẽ được khảo sát trong bài thí nghiệm 9: “Các đường truyền sóng”.

23. Hệ số truyền, còn gọi là hệ số vận tốc, của năng lượng có thể được tính toán bằng cách tính tỷ số của độ dài sóng dừng trên đường truyền Lecher và ½ bước sóng trong không gian tự do. Tiến hành tính toán và ghi lại hệ số truyền. . . . . . . . . . . . .

Chú ý: Ví dụ, nếu hệ số vận tốc là 0.85, vận tốc truyền năng lượng giảm xuống còn 255 x 106 m/s (0.85 x 300 x 106).

24. Nếu giá trị đo trên đường truyền Lecher được sử dụng để tính toán bước sóng và tần số của máy phát thì giá trị tần số tính được có giống hoàn toàn với tần số máy phát ? . . . . . . . . .

Antenna dipole thẳng đứng với mặt phẳng đất Một antenna thẳng đứng có tính phân cực dọc và cường độ bức xạ bằng nhau theo các hướng chung quanh (0-3600). Ngược lại, công suất bức xạ theo hướng thẳng đứng (hướng của antenna) là nhỏ nhất.

Page 109: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiê m Viên Thông Bai 8

8-13

25. Kiểm chứng lại các phát biểu trên. Đặt antenna và biểu đồ phân cực lên đỉnh cột. Chỉ gắn antenna mà không gắn bộ phản xạ.

26. Điều chỉnh đồng hồ đo cường độ trường sao cho dipole thu song song với dipole thẳng đứng. Bắt đầu tại 00 và duy trì dòng đồng hồ đo cường độ trường ở khoảng 50% thang đo trong khi di chuyển đồng hồ đo cường độ trường 300 xung quanh antenna. Cường độ trường có thay đổi khi di chuyển đồng hồ đo trên một vòng tròn xung quanh antenna phát?

27. Di chuyển đồng hồ đo cường độ trường lên phía trên antenna phát sao cho đầu cuối của dipole cường độ trường nằm trên đường thẳng chứa dipole bức xạ (hai dipole cùng nằm trên một đường thẳng). Thử điều chỉnh sao cho kim đồng hồ nằm ở giữa tầm. Dòng điện trường ở vị trí này mạnh hơn hay yếu hơn so với xung quanh antenna ?

28. So sánh dipole thẳng đứng với dipole ngang và xác định antenna nào có độ lợi lớn hơn.

_________________________________________________________________________.

29. Tại vị trí 00, đo khoảng cách giữa antenna dọc và đồng hồ đo cường độ trường khi kim đồng hồ ở giữa thang. Ghi lại khoảng cách này: ________________ cm.

30. Tháo dipole thẳng và thay bằng dipole ngang. Giữ đồng hồ đo cường độ trường để dipole của nó song song với antenna phát và chỉnh khoảng cách giữa hai antenna sao cho kim đồng hồ ở giữa tầm. Ghi lại khoảng cách giữa hai phần tử này: ___________________ cm.

31. Từ các phép đo trên dipole dọc và ngang, cho biết antenna nào có độ lợi lớn hơn?

________________________________________________________________________

32. Tỷ số của hai khoảng cách đo được? __________________________.

33. Tính độ lợi theo dB của dipole ngang so với dipole dọc? __________________ dB.

34. Sự tăng độ lợi thêm ________ dB tương đương với việc tăng gấp đôi công suất ngõ ra máy phát.

Antenna dipole dọc và bộ phản xạ Trong phần thí nghiệm này sinh viên sẽ khảo sát antenna dọc có gắn thêm bộ phản xạ (tức mặt phẳng đất). Với bộ phản xạ, độ lợi antenna sẽ tăng lên ở một hướng xác định.

35. Trước khi thêm vào thanh phản xạ, đặt đồng hồ đo trường (xấp xỉ 75 cm từ máy phát) và phân cực dọc cho nó. Chỉnh dòng điện tới giá trị 25μA. Đây là điểm bắt đầu. Ghi lại vị trí bắt đầu của đồng hồ: _______________ cm.

36. Gắn thanh phản xạ vào antenna và đặt thanh phản xạ sao cho nó ở đối diện 1800 với đồng hồ đo cường độ trường. Antenna sẽ tập trung công suất của nó theo hướng đến đồng hồ. Cẩn thận bởi vì cường độ trường lớn có thể làm hỏng đồng hồ. Di chuyển đồng hồ ra xa cho tới khi trị số đồng hồ đọc được lại là 25μA. Ghi lại khoảng cách mới: _________________ cm.

37. Tính sự tăng độ lợi công suất định hướng từ tỷ số của hai độ dài: ________________dB.

38. Tính độ lợi công suất antenna bằng cách so sánh tỷ số công suất ở các hướng thuận và nghịch (vẫn duy trì dòng điện ở 25μA). Sử dụng khoảng cách đo được ở bước 12 để đặc trưng cho công suất ở hướng thuận. Sau đó xoay antenna sau cho bộ phản xạ nằm cùng phía với đồng hồ đo cường độ trường. Di chuyển đồng hồ đến gần bộ phản xạ cho tới khi kim đồng hồ lại chỉ 25μA. Ghi lại khoảng cách này (ứng với công suất theo hướng nghịch), và tính độ lợi antenna từ tỷ số khoảng cách thuận – nghịch: _________________ cm.

AG = _____________.

Page 110: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiêm Viên Thông Bai 8

8-14

39. Lúc đầu antenna dipole dọc có đồ thị bức xạ hình tròn, còn bây giờ đồ thị bức xạ của nó đã có tính định hướng. Xác định độ rộng của búp sóng chính (độ rộng bức xạ). Đặt đồng hồ đo như trong bước 12, với dòng điện là 25μA. Di chuyển đồng hồ đến gần antenna cho tới khi dòng tăng gấp đôi (3 dB). Sau đó di chuyển đồng hồ sang phải cho tới khi dòng rớt xuống còn 25μA, ghi lại góc lệch: _______________ độ.

Đưa đồng hồ trở lại vị trí trung tâm và sau đó di chuyển sang trái cho tới khi đạt được trị số 25μA lần nữa. Ghi lại góc lệch cho trường hợp này và từ đó suy ra độ rộng bức xạ.

Góc lệch = ________________

Độ rộng bức xạ = ___________

40. Bộ phản xạ và hai thanh phản xạ tạo nên sự định hướng tia tới hướng lên phía trên. Tiến hành quan sát cường độ chùm bức xạ trong mặt phẳng thẳng đứng. Đặt đồng hồ như trong bước 12 (xấp xỉ 200 cm) và ở đằng sau bộ phản xạ. Xoay từ từ mặt phẳng đất bằng cách dịch thanh phản xạ. Khi dịch về phía trước (cùng phía với đồng hồ), hãy quan sát dòng điện chỉ thị trên đồng hồ. Hiện tượng gì xảy ra ? _____________________________________________.

Kiểm tra lại trường này bằng cách di chuyển mặt phẳng đất theo hướng nằm ngang và đồng hồ nằm trong mặt phẳng thẳng đứng. Quan sát xem độ lợi tăng lên bao nhiêu.

Chú ý: Chiều dài của bộ phản xạ thay đổi theo độ dài hai thanh phản xạ. Các thanh phản xạ càng ngắn, bộ phản xạ càng dài. Bộ phản xạ dài hơn 13% so với chiều dài thanh antenna.

V. KẾT LUẬN ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________

Page 111: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiê m Viên Thông Bai 9

9-1

BÀI 9

CÁC ĐƯỜNG TRUYỀN SÓNG

I. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM Trong bài thí nghiệm này, sinh viên sẽ làm quen với các đặc tính chung của đường truyền và so sánh chúng với các antenna. Các sóng dừng trên đường truyền Lecher cũng sẽ được khảo sát, cùng với sự thay đổi vận tốc truyền năng lượng trong các môi trường khác nhau.

Hoàn thành bài thí nghiệm này, sinh viên có thể hiểu được:

1. Năng lượng được truyền giữa máy phát và antenna như thế nào.

2. Các tổn hao gây nên bởi đường truyền.

3. Những điểm khác nhau cơ bản giữa trở kháng các loại antenna khác nhau và các đường truyền.

II. THẢO LUẬN 1. Các nguyên tắc chung

Bài thí nghiệm 7 nhấn mạnh đến các antenna dipole. Tuy nhiên có một phần tử cũng quan trọng không kém, đó là các đường truyền dùng để truyền năng lượng giữa máy phát và antenna hoặc giữa antenna và máy thu. Đường truyền hoạt động như một kết nối giữa hai phần tử đầu cuối, và mục tiêu của người thiết kế là phải tối thiểu hoá tổn hao trên đường truyền.

Các đặc tính của đường truyền được xác định bởi độ dài của nó, kích thước của dây dẫn, và vật liệu điện môi được sử dụng giữa các dây dẫn. Các tính chất vật lý này xác định các đặc tính điện của đường dây. Các đặc tính điện này bao gồm điện dung giữa các đường dây, điện cảm của đường dây, điện trở của dây, ... được phân bố trên toàn bộ chiều dài dây dẫn. Các đường truyền được làm bằng cáp đồng trục hoặc là dây song hành có điện trở hay trở kháng biến thiên trong khoảng từ 50Ω tới trên 600Ω. Có rất nhiều loại cáp chuẩn được sản xuất, trong đó ba giá trị trở kháng đường truyền thông dụng là 50Ω, 75Ω, và 300Ω.

Như vậy, một đường truyền sóng có thể được xem như một chuỗi nối tiếp các cuộn dây, điện trở, và điện dung như minh hoạ ở hình 9-1.

Hình 9.1. Đường tryền sóng – mô hình tương đương

2. Vận tốc (Các hệ số truyền)

Sóng điện từ truyền trong không gian tự do với vận tốc 300 x 106 m/s. Trong bất cứ môi trường truyền khác, ví dụ cáp đồng trục hay cápplastic,vận tốc truyền đều chậm hơn. Năng

Page 112: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiêm Viên Thông Bai 9

9-2

lượng trên đường truyền thường truyền trên bề mặt đường dây, trong khi dòng DC thường truyền qua lõi cáp. Trong một số ứng dụng, DC có thể được truyền lên antenna và được sử dụng để điều khiển relay antenna, trong khi năng lượng RF truyền từ antenna xuống đường dây tới máy thu. Phải có lớp bảo vệ để ngăn dòng DC ngắn mạch các cuộn dây của antenna hay các biến áp.

Phương trình sau cho phép tính thời gian cần thiết để năng lượng truyền hết đường dây:

cLts =

Trong đó:

tS : thời gian truyền tính bằng s

L : chiều dài của cáp tính bằng m

c : vận tốc truyền năng lượng trong không gian tự do, bằng 300 x 106 m/s.

Khi tần số truyền năng lượng tăng thì cảm kháng của đường dây càng tăng và tổn hao càng lớn. Sự tổn hao gây bởi điện dung và điện cảm cùng với tổn hao điện trở sẽ làm tăng thời gian truyền.

Người ta phân biệt hai loại đường truyền: cân bằng và không cân bằng. Ở đường truyền cân bằng, năng lượng ở mỗi đường dây ngược pha nhau 1800, kết quả là các trường gây bởi hai dây này trung hoà lẫn nhau. Ở đường truyền không cân bằng, một đường được nối đất còn đường kia dẫn năng lượng RF, ví dụ: cáp đồng trục.

Đường truyền plastic được sử dụng trong chế tạo cable máy thu hình hay máy thu FM là một ví dụ về đường truyền cân bằng. Tuy nhiên, đường truyền cân bằng được nối tới điểm giữa của nhiều dipole λ/2 có giá trị trở kháng từ 73 tới 75Ω. Điện trở đặc tính của đường truyền cân bằng với điện môi không khí được xác định bởi công thức:

rdZo log276=

Trong đó:

Zo trở kháng tính bằng Ω

d là khoảng cách giữa hai dây dẫn

r là đường kính dây

Khi dùng điện môi là vật liệu plastic có hằng số điện môi ε, công thức trở thành:

rdZo log276

ε=

Trong phần 9-7 ta sẽ thấy khoảng cách giữa các dây dẫn và vật liệu điện môi được sử dụng sẽ ảnh hưởng đến trở kháng đường truyền.

Như đã đề cập ở trên, vận tốc truyền trên các đường truyền sóng thường chậm hơn so với trong không gian tự do. Mối liên hệ giữa sự truyền sóng trên đường truyền và trong không gian tự do được cho bởi công thức:

MHzL F

cV=λ

Trong đó:

Page 113: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiê m Viên Thông Bai 9

9-3

Lλ là bước sóng đường dây, bằng m

c vận tốc ánh sáng, bằng m/s

V hệ số vận tốc của môi trường

Bảng 9-1 bao gồm danh mục các loại cáp khác nhau và trở kháng đặc tính của nó

Loại cáp Trở kháng

Hai dây hở

Hai dây cách ly

Cable song hành có vỏ bảo vệ

Cable xoắn

Cáp đồng trục

Zo = 75 -500W

Zo = 300W

Zo = 40 - 150W

Zo = 70 - 150W

Zo = 10 - 150W

Bảng 9.1. Các đường truyền tiêu biểu và trở kháng của chúng 3. Sóng dừng trên đường truyền sóng - VSWR

Nừu đường truyền được kết thúc đúng, công suất truyền từ nguồn tới tải sẽ đạt cực đại. Nếu đường dây không được kết thúc đúng, một phần công suất sẽ truyền qua tải và một phần sẽ phản xạ ngược trở về nguồn. Sự khác nhau giữa trở kháng tải và đường dây càng lớn thì sự phản xạ càng lớn.

Một số năng lượng truyền ngược về nguồn sẽ khử bớt năng lượng truyền theo chiều thuận, trong khi một số khác sẽ được cộng thêm vào phần năng lượng thuận. Điều này tạo ra trên đường dây một số điểm tại đó năng lượng đạt cực đại và một số điểm tại đó năng lượng có giá trị cực tiểu. Các đIểm cực đại và cực tiểu được gọi là các nút (node). Các nút này gồm hai loại: nút điện áp và nút dòng điện, do đó các giá trị đo có thể lấy từ volt-kế RF hay bộ phát hiện vòng dòng. Tuy nhiên các nút điện áp và dòng điện thường không xuất hiện ở cùng một vị trí. TỶ SỐ SÓNG DỪNG (SWR–STANDING WAVE RATIO)

SWR có giá trị lớn hơn hay bằng 1, ví dụ 2:1, 1.5:1, hay 1:1. Các giá trị 1.1:1 tới 1.3:1 được xem là giá trị thấp của SWR. Dễ dàng nhận thấy rằng giá trị ZL càng gần với giá trị Zo, SWR càng gần với giá trị 1:1. Giá trị 1:1 ứng với sự phối hợp hoàn toàn giữa tải và đường dây, lúc này đường dây được gọi là phẳng. Tỷ số SWR càng cao thì sự không tương đồng càng lớn và công suất tiêu tán cũng càng lớn. Trong thực tế không có đường dây 1:1, các giá trị 1.3:1 – 1.5:1 được xem là khá tốt.

Nếu dùng cách đo điện áp, có thể sử dụng volt-kế trở kháng cao để xác định các điểm cực đại và cực tiểu. Trong bài thí nghiệm này, sinh viên sẽ dùng vòng dòng với diode chỉnh lưu và bộ lọc để xác định các điểm nút.

4. Các đường truyền ngắn mạch và hở mạch

Nếu đường truyền λ/4 bị ngắn mạch đầu cuối, sẽ có dòng điện lớn chảy qua đầu ngắn mạch và điện áp tại đầu này sẽ bằng 0. Ngược lại tại đầu cuối hở mạch sẽ có điện trở cao, điện áp cao, và dòng điện là cực tiểu. Hình 9-2 minh hoạ hai đường truyền, một là đường truyền ngắn mạch (R = 0) và một là đường truyền hở mạch (tải R vô cùng lớn).

Page 114: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiêm Viên Thông Bai 9

9-4

Chú ý rằng trong hình 9-2A, dòng qua tải là cực đại và điện áp tải là cực tiểu; ngược lại, trong hình 9-2B, điện áp tại tải là cực đại và dòng tải là cực tiểu.

Hình 9.2. Các đường dây ngắn mạch và hở mạch

5. Các đường truyền Lecher

Đường truyền Lecher đã được miêu tả trong bài thí nghiệm 7. Hình 9-3 mô tả đường truyền Lecher dùng bóng đèn chỉ dòng điện hay điện áp. Bước sóng vô tuyến có thể được xác định bằng cách định vị hai điểm cực đại hay hai điểm cực tiểu liên tiếp trên đường dây. Khoảng cách giữa hai đIểm cực đại là λ/2. Hệ số vận tốc, còn gọi là hệ số truyền của đường dây, có thể xác định bằng cách đo λ/2 (đơn vị cm) trên đường truyền Lecher (giữa hai đIểm cực đại) và so sánh giá trị đo được với giá trị tính toán của bước sóng trong không gian tự do. Tỷ số bước sóng trên đường dây so với trong không gian tự do sẽ có giá trị nhỏ hơn 1, vì hệ số vận tốc trên đường dây là nhỏ hơn 1.

Trong hình 9-3A, thanh ngắn mạch, cũng có thể là bộ phát hiện vòng dòng, sẽ xác định vị trí dòng điện cực đại. Ở khoảng cách ¼ bước sóng, dòng điện (xem hình 9-3B) giảm xuống thấp, và ở khoảng cách l/2 bước sóng dòng điện lại tăng cao. Các sóng hiện diện trên đường dây vì đường dây và tải không phối hợp tốt với nhau.

Một đường truyền sóng, tương tự như đường truyền Lecher, nếu được kết thúc bằng điện trở đúng bằng điện trở đặc tính, sẽ có VSWR (tỷ số sóng dừng điện áp) bằng 1:1. Đường truyền này gọi là đường truyền phẳng hoặc đường truyền không cộng hưởng. Với đường truyền này, 100% năng lượng RF sẽ được truyền tới antenna. Đây là đường truyền lý tưởng mà ta mong muốn.

Page 115: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiê m Viên Thông Bai 9

9-5

Hình 9.3. Các sóng dừng trên đường Lecher

Hình 9.4. Đường truyền, phẳng; RL lớn hơn hay nhỏ hơn Z0

Xét mối liên hệ giữa tỷ số sóng dừng điện áp và dòng điện trên đường truyền khi điện trởđầu cuối thay đổi. Hình 9-2 đã chỉ ra rằng khi điện trở ở cuối đường dây là cao thì điện áp cao, và khi điện trở ở cuối đường dây bằng 0 thì dòng điện cao. Hình 9-4A mô tả đường dây có điện trở đầu cuối bằng với trở kháng của đường dây. Đây là đường dây phẳng. Cả dòng và áp đều là các hằng số trên toàn bộ đường dây. Nếu điện trở tải lớn hơn trở kháng đường dây, điện áp sẽ tăng cao, còn dòng điện thấp (xem hình 9-4B). Trong hình 9-4C, điện trở tải nhỏ hơn trở kháng đặc tính của đường dây, kết quả là, dòng điện cao và điện áp thấp.

6. Phối hợp trở kháng giữa tải và đường dây

Page 116: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiêm Viên Thông Bai 9

9-6

Nếu antenna là một dipole được cấp tín hiệu vào điểm giữa, có trở kháng xấp xỉ từ 73 tới 75Ω thì đường truyền nối tới antenna nên có trở kháng bằng giá trị này. Nếu antenna được chọn sao cho nó hoạt động ở tần số khác với tần số cộng hưởng cơ bản, thì giá trị điện trở tại điểm giữa sẽ lớn hơn giá trị 73 tới 75Ω. Trong điều kiện như vậy, đường truyền sẽ được nối tới các đầu của antenna như trong hình 9-6. Kết nối này được gọi là kết nối delta. Do điện trở của antenna tăng khi di chuyển điểm kết nối ra xa điểm giữa, nên ta có thể chọn một điểm kết nối sao cho tại đó điện trở antenna giống với điện trở đường truyền. Nếu ta nối đồng hồ đo VSWR tới đường truyền, và giả sử nó chỉ giá trị VSWR bằng 4:1 khi đường truyền được nối tới tâm điểm của antenna thì ta chỉ việc mở rộng các điểm kết nối cho tới khi giá trị đồng hồ đọc được ở mức thấp nhất. Giá trị 1.5:1 hoặc nhỏ hơn được xem là phối hợp trở kháng tốt.

Hình 9.5. Đường dây nối Delta

Trở kháng đặc tính của đường dây phối hợp sẽ được chọn dựa vào giá trị trở kháng ngõ vào và ngõ ra theo công thức.

Zo = Lin ZZ

Trong đó:

Z0 trở kháng của đường truyền phối hợp

Zin trở kháng ngõ vào hay trở kháng nguồn

ZL trở kháng tải

7. Khoảng cách đường truyền

Sự phân cách giữa các dây dẫn của đường truyền thường được duy trì bởi các thanh cách điện hay các tấm ngăn cách làm bằng thuỷ tinh, sứ, sợi, hay gỗ. Ở các tần số cao khoảng cách sẽ gần hơn so với các tần số RF thấp. Nếu khoảng cách quá lớn sẽ xảy ra bức xạ trên đường truyền. Trên đường truyền cân bằng được phối hợp đúng, bức xạ phát ra rất ít. SỰ TRUYỀN SÓNG BỞI CÁC ĐƯỜNG TRUYỀN

Năng lượng điện từ truyền trên đường truyền bị chậm đi; kết quả là, chiều dài điện và chiều dài vật lý không giống nhau. Chiều dài điện phụ thuộc trực tiếp vào:

Môi trường truyền.

Kích thước vật lý của các dây dẫn

Khoảng cách giữa các dây dẫn

Tất cả các yếu tố này được rút gọn trong một hằng số k (gọi là hệ số vận tốc), hệ số này khác nhau tuỳ loại đường truyền. Giá trị của k nhỏ hơn 1. Trong chân không k =1, và sau đây là giá trị k trong các môi trường khác nhau:

Các dây song song với điện môi không khí k = 0.95 tới 0.975

Các dây song song với điện môi plastic k = 0.8 tới 0.95

Page 117: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiê m Viên Thông Bai 9

9-7

Cáp song hànhvới vỏ bảo vệ và cách điện bằng cao su k = 0.56 tới 0.65

Cáp đồng trục phân cách bằng không khí k = 0.85

Hệ số vận tốc, k, được định nghĩa là tỷ số của vận tốc truyền trên đường dây với vận tốc truyền trong không gian tự do. Hệ số này liên hệ với hằng số điện môi ε và hệ số từ thẩm μ của vật liệu bởi công thức sau:

k =llεμ

1

Trong đó:

μl là hệ số từ thẩm của đường dây (trong không gian tự do = 1)

εl là hằng số điện môi (trong không gian tự do = 1)

Khi dòng chạy qua hai dây dẫn song song theo hướng ngược chiều nhau, và nếu hai dòng điện ngược pha nhau đúng 1800, các trường sẽ triệt tiêu nhau và tổn hao bức xạ bằng 0. Ở các tần số thấp, điều này vẫn xảy ra trong thực tế. Tại các tần số cao, hai dòng điện này gây ra tổn hao bức xạ. Tổn hao này có thể giảm bằng cách di chuyển các dây dẫn gần lại nhau. Thông thường, khoảng cách giữa các dây dẫn không vượt qua 0.01λ. Tuy nhiên, việc di chuyển hai dây dẫn gần lại nhau lại làm giảm trở kháng đặc tính của đường dây.

Tất cả các đường truyền đều sử dụng một loại vật liệu cách điện nào đó. Không khí có tổn hao điện môi thấp nhất. Nếu đường truyền đồng trục bao gồm hai dây dẫn đồng tâm được phân cách bởi thuỷ tinh hayplastic thì trở kháng đặc tính của đường dây được tính theo công thức:

Z0 =ABlog138

ε

Trong đó:

B là đường kính trong của vòng dây dẫn bên ngoài

A là đường kính ngoài của vòng dây dẫn bên trong

(Chú ý: B và A có cùng đơn vị)

ε là hằng số điện môi của điện môi phân cách

8. Các đường dây đồng trục

Đường dây đồng trục là đường truyền đồng tâm với dây dẫn bằng đồng được đặt ở tâm của một lớp vỏ bọc. Vỏ bọc này bảo vệ dây dẫn ở tâm khỏi bức xạ, đây là vấn đề gắn liền với các dây dẫn song song. Các cáp đồng trục được sản xuất chuẩn thường có dây dẫn đồng ở trong được nhúng trong điện môi là polyethylene và nó được bảo vệ bởi lớp vỏ bằng đồng bên ngoài. Trở kháng đặc tính cơ bản của các loại cáp này vào khoảng từ 50 - 100Ω. Bảng 9-2 cung cấp danh sách ngắn gọn các cáp đồng trục, gồm mã hiệu của nó và trở kháng.

Page 118: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiêm Viên Thông Bai 9

9-8

Bảng 9.2. Đặc tính các loại cáp đồng trục

9. Các đoạn dây chêm điều chỉnh trở kháng

Dây chêm thường là một đoạn cáp có chiều dài xấp xỉ bằng λ/4. Ví dụ, nếu tải có thành phần dung kháng, dẫn đến sự mất phối hợp với đường truyền, ta có thể dùng dây chêm nối tới đường truyền tại giao điểm giữa antenna và đường truyền. Dây chêm này sẽ có tác dụng khắc phục sự mất phối hợp giữa antenna và đường truyền (xem hình 9-6). Bằng cách đặt đường dây λ/4 song song với antenna và điều chỉnh khoảng cách từ antenna đến điểm ngắn mạch của đoạn dây chêm, đoạn dây này có thể trở thành một cảm kháng có tác dụng triệt tiêu thành phần dung kháng của antenna. Do đó, đường truyền có thể được điều chỉnh để tải trở thành một điện trở thuần.

Một đoạn dây ngắn mạch λ/4 cũng có thể dùng làm bộ biến đổi phối hợp trở kháng. Ví dụ, đường truyền trở kháng cao được nối vào ngõ vào trở kháng cao của đoạn dây chêm và đầu cuối mạch của đoạn dây chêm được nối tới điểm giữa của dipole trở kháng thấp. Theo cách này, vòng λ/4 được sử dụng làm biến áp phối hợp.

Đường truyền cũng phải phối hợp trở kháng với nguồn năng lượng. Ví dụ, khung cộng hưởng gồm cảm kháng và dung kháng trong mạch dao động của máy phát cần phải được ghép với đường truyền sóng bằng một cuộn dây hay tụ điện sao cho trở kháng của đường dây phải giống với trở kháng của mạch máy phát. Có nhiều cách thực hiện kết nối cho các mạch dao động như trên.

Page 119: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiê m Viên Thông Bai 9

9-9

Hình 9.6. Dây chêm điều chỉnh trở kháng

10. Balun

Balun, được ghép từ chữ viết tắt của hai từ (balanced-to-unbalanced), là một bộ biến đổi từ đối xứng thành bất đối xứng hoặc ngược lại, được đặt giữa các đường truyền đối xứng và bất đối xứng, hoặc giữa các antenna, hoặc được sử dụng để nối đường truyền trở kháng thấp tới trở kháng tải cao. Ví dụ, một ứng dụng của balun là nối cáp đồng trục 75Ω tới đường truyền đối xứng 300Ω. Ở đây ta dùng biến áp tự ngẫu với tỷ số vòng là 1:2 để làm balun. Số vòng tăng gấp đôi làm trở kháng tăng lên 4 lần (xem hình 9-7).

Hình 9.7. Balun – 75Ω - 300Ω

Ta thấy rằng ngõ vào là bất đối xứng trong khi ngõ ra, có trở kháng tăng 4 lần, là đối xứng. Hình 9-8 mô tả một máy biến áp có dạng hình xuyến.

Hình 9.8. Balun – hình xuyến

Page 120: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiêm Viên Thông Bai 9

9-10

Nếu antenna được cấp tín hiệu vào điểm giữa từ một đường dây đồng trục, như trong trường hợp của dipole, sự đối xứng của antenna không còn vì một phần của dipole nối tới lõi cable còn phần còn lại được nối xuống mass qua vỏ cable. Dòng tới antenna sẽ đi qua cả lõi bên trong và vỏ bên ngoài của cable. Dưới các điều kiện như thế, các dòng điện không triệt tiêu nhau do đó đường dây tạo ra thêm các bức xạ không mong muốn (xem hình 9-9A: dipole đối xứng được cấp tín hiệu ở điểm giữa bời cable đồng trục không đối xứng).

Hình 9.9. Đường truyền cable đồng trục của dipole

Hình 9-9B minh hoạ một balun, gọi là bazooka, sử dụng một ống kim loại để tạo thành một đoạn dây ngắn mạch λ/4. Đầu hở mạch có trở kháng cao trong khi đầu ngắn mạch có trở kháng thấp. Năng lượng từ phần nối đất của dipole gặp phải trở kháng cao khi truyền ngược về mass.

Ống kim loại trên cần được phân cách với đường cable đồng trục bằng một mẫu plastic hoặc một vật liệu tương tự. Như vậy độ dài vật lý của ống sẽ ngắn hơn so với độ dài điện λ/4 của nó. Vì ống này không phải là bộ biến đổi trở kháng nên nó không làm ảnh hưởng tới trở kháng đường dây.

Hình 9-9C chỉ ra một sử dụng ống khác. Một ống kim loại tương tự (chiều dài ngắn hơn chiều dài λ/4 của sóng điện) được nối giữa phần dipole nối với lõi cable với đất. Thanh kim loại λ/4 này được nối tắt với vỏ cable.

Dòng điện trên các phần của dipole thì bằng nhau và ngược chiều nếu lấy điểm chuẩn là mass. Các dòng điện bằng nhau và ngược chiều cũng chảy trên cable đồng trục và đường dây dẫn thứ hai. Đoạn λ/4 tương đương với trở kháng cao tại antenna do đó không tải dòng tại điểm tiếp xúc. Đoạn thêm vào này cũng có chiều dài vật lý ngắn hơn chiều dài điện.

Ở hình 9-10 là một balun khác làm bằng cáp đồng trục. Cách bố trí này giống với balun trong hình 9-7. Ngõ vào là bất đối xứng và ngõ ra là đối xứng.

Hình 9.10. Ngõ vào bất đối xứng và ngõ ra đối xứng, tỷ lệ trở kháng 4:1

11. Cách tính VSWR

VSWR được tính toán bởi các công thức sau:

LL

LLr

XRaZ

XRaZR

22

22

)(

)(

++

+−=

Page 121: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiê m Viên Thông Bai 9

9-11

Trong đó:

Rr : hệ số phản xạ

ZL : trở kháng tải (antenna)

Ra : điện trở antenna

XL : điện kháng antenna

VSWR = Rr1Rr1

−+

III. TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM 1. Yêu cầu vật liệu

Đế cấp nguồn S300PSB

(hoặc Master Builder S300B)

Panel Antenna SIP360A

Cột antenna, có balun SIP360 - 1

Antenna dipole ngang SIP360 - 2

Antenna dãy Yagi SIP360 - 4

Thanh phản xạ SIP360 – 5

Cáp đồng trục, 33 cm (13inch) SIP360 - 6

Đồng hồ đo cường độ trường SIP360 - 7

Các điện trở (4): 50, 100, 180, 270Ω SIP360 - 8

Đĩa chia góc SIP360 - 9

Các bộ kết nối BNC “T” (2)

Cáp, đầu cấm nhỏ 10” tới các đầu cắm banana SIP360 – 11

Đồng hồ vạn năng số (DMM)

2. Kiểm tra và đo

Trong bài thí nghiệm, sinh viên sẽ lần lượt thay đổi các giá trị khác nhau của điện trở tải của đường truyền Lecher và đo VSWR ứng với mỗi giá trị, từ đó xác định giá trị điện trở tải làm cho VSWR nhỏ nhất.

Chú ý: Có thể dùng các nút hoặc vòng dòng điện hay điện áp dọc theo đường truyền để đo SWR. Trong phần thí nghiệm này, sinh viên sẽ sử dụng vòng phát hiện mang tính cảm thay vì dùng volt kế ghép dung kháng. Các cực đại và cực tiểu dòng sẽ được xác định.

3. Tiến trình thí nghiệm

1. Nối cáp đồng trục giữa BNC của máy phát và BNC ngõ vào của đường truyền Lecher.

2. Bật máy phát và chỉnh điện áp trong khoảng từ –10 tới –12 VDC.

3. Quan sát vạch chia bước sóng chuẩn trên panel và chỉnh núm điều khiển chiết áp phía dưới đồng hồ đo sao cho đồng hồ không vượt quá giá trị 10, không quan tâm tới vị trí của thanh trượt. Đọc các điện áp DC cực đại, cực tiểu (bằng mV). Các giá trị này dùng để tính VSWR. Cắm cable vào đầu cắm Meter Out trên panel, và đầu cắm banana vào đồng hồ vạn năng số.

Page 122: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiêm Viên Thông Bai 9

9-12

4. Di chuyển thanh trượt đến vị trí tận cùng bên phải của đường truyền Lecher.

5. Xác định giá trị điện áp cực đại và cực tiểu đọc trên DMM. Tỷ số của hai giá trị này chính là VSWR. Ghi lại các số liệu này.

Cực đại = -----------------.

Cực tiểu = ----------------.

6. Từ các giá trị đọc được trong bước 5, tính VSWR.

VSWR = ------------.

Chú ý: Nếu đường dây không có tải(hở mạch), trở kháng tải là vô cùng trong khi trở kháng ngõ vào đường truyền có thể thấp. Do đó VSWR có giá trị lớn..

7. Xác định giá trị điện trở tải phối hợp tốt nhất với đường truyền Lecher. Sáu điện trở mà sinh viên được cung cấp sẽ được gắn vào các điểm test tại cuối đường truyền, đầu tiên là ngắn mạch, rồi đến điện trở 47Ω, ... Ghi lại các trị dòng cực đại và cực tiểu và tính VSWR đối với mỗi giá trị điện trở gắn vào.

Điện trở (Ω) Max Min ISWR

0 (ngắn mạch)

47

100

180

270

330

470

8. Giá trị điện trở nào tạo sự phối hợp trở kháng đường dây tốt nhất?__________.

9. Trong các bước đo sau, sinh viên sẽ xác định hằng số điện môi của board mạch in.Vật liệu điện môi phân cách hai dải dẫn.

10. Đo bước sóng trong không gian sử dụng đồng hồ đo cường độ trường và thanh phản xạ. Phép đo này được thực hiện trong bài thí nghiệm 7, ta có thể lặp lại phép đo này với vị trí đặt đồng hồ khác với bài thí nghiệm 7.

11. Tháo tất cả các điện trở tải của đường truyền Lecher và xác định bước sóng dùng đường truyền Lecher không tải. ___________________.

12. Tính tỷ số giữa bước sóng trên đường truyền và bước sóng trong không gian?

λ (không gian) ______________.

λ (đường truyền) ____________.

k (tỷ số)____________________.

Chú ý: Tỷ số này sẽ nhỏ hơn 1.

Giá trị tính được chính là giá trị k trong công thức ở phần 9-7. PHỐI HỢP TRỞ KHÁNG BẰNG DÂY CHÊM

Page 123: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiê m Viên Thông Bai 9

9-13

13. Hình 9-11 mô tả cách bố trí thiết bị để tiến hành thí nghiệm phối hợp trở kháng bằng dây chêm. Trong thí nghiệm này, dipole được nối tới máy phát và một cable đồng trục và đường truyền Lecher được nối tới điểm nối của đường truyền với dipole antenna. Hai bộ kết nối BNC hình chũ T được gắn tại đỉnh của cột. Cáp đồng trục 13 inch (33cm) được nối giữa đường truyền Lecher và kết nối chữ T.

Hình 9.11. Thí nghiệm dây chêm phối hợp trở kháng

Trong cách bố trí này, đường slider/detector được sử dụng làm đoạn dây ngắn mạch để nối tắt đường truyền Lecher và xác định chiều dài của nó. Chiều dài dây chêm là bội số lẻ của λ/4.

Đồng hồ đo cường độ trường được đặt trên bàn và song song với dipole bức xạ sao cho kim đồng hồ ở vị trí giữa thang đo. Điều chỉnh điện áp hoạt động sao cho khoảng cách giữa hai antenna xấp xỉ từ 1/2 tới 1m. Đồng hồ đo cường độ trường được sử dụng thay cho mạch phát hiện đo VSWR.

14. Quan sát số chỉ của đồng hồ đo cường độ trường khi di chuyển thanh trượt từ vị trí 0 theo hướng giá trị cực đại, ta thấy rằng số chỉ đồng hồ đo cường độ trường tăng. Di chuyển thanh trượt và điều chỉnh sao cho đồng hồ đo cường độ trường chỉ thị dòng điện cực đại. Giá trị dòng cực đại cho biết công suất truyền từ máy phát đến antenna dipole là cực đại, có nghĩa là giữa đường truyền và dipole có sự phối hợp trở kháng tốt nhất.

Chú ý: Trong quá trình thí nghiệm, bất cứ sự di chuyển nào xung quanh dipole phát hay đồng hồ đo cường độ trường đều làm thay đổi giá trị đo cường độ trường.Do đó cố gắng giữ hai tay và cơ thể ở vị trí cố định trong lúc đo.

15. Ghi lại vị trí của bộ phát hiện trên đường truyền Lecher mà tại đó công suất RF ở đồng hồ đo cường độ trường là lớn nhất._____________.

16. Điều chỉnh mức điều khiển của panel antenna và ghi lại vị trí dòng ngõ ra RF cực đại. Vị trí này là một điểm trũng hay một điểm cực đại trên đường truyền Lecher. Vị trí trũng có nghĩa là bộ phát hiện của đường truyền Lecher đang ngắn mạch đường dây còn đường dây và cáp đồng trục hoạt động như là đoạn dây phối hợp. Chiều dài của đường truyền Lecher và cáp đồng trục 33 cm tạo thành tổng chiều dài của đoạn dây chêm phới hợp. Chiều dài này là bội số lẻ của λ/4 và, phụ thuộc vào chiều dài này, ta có thể quan sát được các điểm cực đại hay cực tiểu trên panel đồng hồ.

Page 124: Tai Lieu Thi Nghiem Vien Thong

Tai Liêu Hướng Dẫn Thi Nghiêm Viên Thông Bai 9

9-14

17. Tại điểm nào khác trên đường truyền Lecher mà giá trị ngõ ra RF đọc trên đồng hồ đo cường độ trường cũng là cực đại? Ghi lại giá trị này______________. Hai vị trí nào trên đường Lecher tạo công suất ngõ ra RF lớn nhất? Ghi lại giá trị này. ____________________.

18. Gắn antenna Yagi vào và thử sử dụng đoạn dây chêm Quan sát các điểm cực đại và cực tiểu trên đồng hồ của panel, và ước lượng chiều dài đoạn dây chêm này theo số bước sóng.__ KHẢO SÁT BALUN

Cột antenna (được dùng trong các bài thí nghiệm antenna khác nhau) có một balun dùng để phối hợp trở kháng cáp giữa cable đồng trục trong cột và các kiểu antenna khác nhau. Cable là đường truyền bất đối xứng trong khi antenna gắn trên cột là đối xứng. Balun có tác dụng làm giảm năng lượng truyền từ antenna đối xứng theo đường truyền (gồm cả cột antenna) xuống mass. Balun, do có các vật liệu cách điện bên trong, được chế tạo hơi nhỏ hơn 1/4 bước sóng. Balun cách ly với cột antenna bởi nhựa epoxy. Khi ốc gắn trên balun được siết chặt, đáy balun lúc này sẽ ngắn mạch còn đỉnh balun có trở kháng cao. Do đó balun tương đương với đoạn dây 1/4 bước sóng.

19. Xác định ảnh hưởng của balun lên công suất bức xạ từ antenna Yagi. Gắn antenna Yagi và thiết lập đồng hồ đo cường độ trường sao cho đồng hồ chỉ thị 25μA (giữa thang đo) khi ốc trên balun được nới lỏng. Balun được dời xuống sao cho nó cách xa antenna (ốc của balun không chạm tới cột). Dưới điều kiện này, thì mạch phối hợp 1/4 bước sóng của balun không tồn tại. Ghi lại dòng điện khi tháo balun ra. ____________μA.

20. Khi balun được di chuyển lên trên, đồng hồ chỉ công suất tăng. Khi balun ở đúng vị trí, hãy ghi lại giá trị dòng điện. ______μA.

Công suất bức xạ tăng hay giảm khi sử dụng balun? _____________________________.

21. Công suất phát giảm khi tháo balun, vậy công suất này tiêu tốn đi đâu? ______________.

22. Vẫn quan sát đồng hồ đo cường độ trường, đồng thời di chuyển các ngón tay đi xuống dọc cột antenna (lúc này balun không được sử dụng). Có hay không sự thay đổi công suất thu khi di chuyển bàn tay lên xuống? Sau đó gắn balun vào và siết ốc. Tiếp tục di chuyển các ngón tay trên cột antenn, và quan sát đồng hồ đo cường độ trường. Di chuyển các ngón tay từ vị trí ốc hướng lên phía antenna, chú ý khi chạm vào antenna (vùng có trở kháng cao hơn) sẽ có nhiều sự phản xạ xảy ra và ta có thể quan sát những thay đổi này trên đồng hồ. Ghi lại các hiện tượng quan sát được.

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

IV. KẾT LUẬN ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________