Bộ tổng hợp tần số bằng phương pháp số của nhân rời rạc tần số (NRT)

ổn định TRT 2.1 Sơ đồ khối chức năng Để thấy rõ phương pháp tạo và ổn định tần số của TRT bằng phương pháp số chúng ta nghiên cứu sơ đồ đặc trưng H1 . ở đây PSĐK là bộ phát sóng điều khiển ; PSC là bộ phát sóng chuẩn; TX là bộ tạo xung; TFX là bộ tách pha xung ; LTD là bộ lọc thông dưới ; CX là bộ chia xung . PSĐK TX1 CX1 TFX PSĐK LTD PSC TX2 UPSĐK UTX1 Uch eTFX eĐK UPSC Hình 1 : Sơ đồ chức năng rút gọn của bộ tổng hợp tần số bằng phương pháp số 2.2 Nguyên lý hoạt động Tín hiệu của PSĐK với tần số FĐK có dạng hình sin được đưa qua bộ tạo xung TX1 để nhận được tín hiệu từ đầu dãy xung vuông có cùng tần số FĐK ( hayTPSĐK) . Tín hiệu UTX1 đi qua bộ chia xung CX với hệ số chia K nào đó sẽ nhận được ở đầu ra dãy xung có tần số thấp hơn đầu vào và bằng FĐK/K . Điện áp Uch được đưa vào một đầu vào của bộ tách pha TFX. Mặt khác bộ phát sóng chuẩn PSC được ổn định bằng thạch anh có độ ổn định cao là một điện áp dạng hình Sin có tần số FSC được đưa qua bộ tạo xung TX2 để nhận đầu ra một tín hiệu có dạng xung vuông với tần số giống đầu vào (nghĩa là cùng FSC hay TSC ). Điện áp này đưa vào đầu vào khác của TFX. Bộ TFX thực chất là bộ so sánh pha, ví dụ dùng Ttigơ hai lối vào. Tín hiệu ra của TFX phụ thuộc vào độ lệch pha tức thời của hai tín hiệu vào. Tín hiệu này được đưa qua LTD và sau đó đưa tiếp đến PTĐK để tự động điều chỉnh tần số PSĐK đến trạng thái cân bằng mỗi khi dao động được thiết lập (và eĐK=0) . Bộ PTĐK thường dùng là các Varikap hay là phần tử điện kháng nào đó có tham số điện kháng thay đổi theo điện áp tác dụng lên nó trong giới hạn cho phép . Như vậy , quá trình thay đổi tự động điều chỉnh tần số của hệ thống (H1) hay cụ thể hơn là PSĐK chỉ có thể xảy ra trong trường hợp sau : - Tín hiệu ra của TFX, eTFS phải có chứa thông tin số về pha tức thời giữa PSĐK và PSC. Nói cách khác khi có chứa thông tin trên thì eTFSạ0 . - Bộ LTD phải truyền điện áp có chứa thông tin với độ méo nhỏ nhất trong suốt quá trình tự động điều chỉnh ở chế độ đồng bộ nghĩa là phải phản ánh trung thực giá trị thông tin yêu cầu. Để nghiên cứu định lượng điều vừa nói thì cần phải biết rõ cấu trúc của điện áp ra của TFX trong hệ thống . 3. Phương pháp phủ đoạn tần nhờ nhóm phát sóng điều khiển Những tiêu chuẩn chất lượng tổng hợp tần số như : độ rộng của đoạn tần (hay gọi là tần đoạn) bước rời rạc, thời gian chuyển tần số, sử dụng phương pháp số trong việc tạo và ổn định phải có giả pháp riêng. Chúng ta sẽ nghiên cứu những phương pháp cơ bản xây dựng sơ đồ tổng hợp đoạn tần khi KF³1,2 và bước rời rạc Fu³ 200Hz và Fu< 200 Hz khi sử dụng phương pháp số để tạo và sử dụng theo nguyên lý TĐTF. Với tư cách là thiết bị ra của hệ thống người ta sử dụng các bộ phát sóng tự kích (tự dao động) điều khiển rời rạc(gọi là bộ PSĐK rời rạc). Việc điều chỉnh tần số dao động và ổn định nhờ hệ thống có chia tần CX có hệ số chia K thay đổi (ví dụ trường hợp sử dụng dải phổ nhảy tần). Sử dụng nguyên lý này sẽ mở ra khả năng rộng lớn nó liên quan đến xu hướng tự động hoá quá trình điều khiển tần số của thiết bị, loại bỏ những phức tạp của thiết bị . Để giải quýêt được vấn đề này thì việc đầu tiên là chọn phương pháp hợp lý nhất trong phủ đoạn tần của bộ tổng hợp tần số. Để điều khiển tần số ra của PSĐK , trong trường hợp này người ta mắc vào mạch dao động (mạch cộng hưởng) PSĐK mà điện kháng của nó có thể thay đổi khi tác động lên nó một điện áp (eĐK ) hay dòng điện. PSĐK thường dùng là các Varikap hay Pherit, vì vậy nó có giới hạn điều chỉnh nhất định. Trong thực tế do yêu cầu của thiết bị cần thiết phải có một giá trị KF nào đó để phủ đoạn tần nhờ công tác (ví dụ máy phát làm việc trong một hay một số đoạn tần thực tế nhiều khi yêu cầu KF³ 10). Để có hệ số KF như vậy với trợ giúp của PTĐK một cách giản đơn về kết cấu là không thực tế vì thông thường chỉ đạt KPTĐK=1,2á2. Tất nhiên có thể thay đổi FĐK của PSĐK bằng cách thay đổi trực tiếp phần tử điện kháng (điện dung hay điện cảm) của mạch dao động. Đây là phương pháp quen biết trong các máy phát đoạn tần kinh điển hay các máy ngoại sai của máy thu toàn sóng . Tuy nhiên thực hiện như vậy có hàng loạt những nhược điểm : Thứ nhất, khi dùng tụ điện thay đổi điện dung với hệ số KF lớn sẽ làm giảm hiệu quả tác động điều chỉnh của hệ thống TĐTF , đồng thời những chỉ tiêu của dải giữ (bám) dải phủ phụ thuộc mạch vào phần làm việc của đoạn tần . Thứ hai khi KF với yêu cầu đảm bảo đặc tuyến PTĐK không thay đổi điện áp ra trên tải của PSĐK, không thay đổi dải thông của mạch vòng (mạch dao động) PSĐK ..... thực tế là không có khả năng . Nếu thực hiện bằng phương pháp cơ khí hay cơ điện sẽ giảm tốc độ chính xác của bộ điều khiển của bộ tổng hợp, nghĩa là làm tăng thời gian quá độ từ tần số này đến tần số khác và rất phức tạp khi điều chỉnh từ xa . Như vậy với hệ thống nghiên cứu phải chọn KF thích hợp . Tuy nhiên cũng không nên hiểu KF càng nhỏ càng tốt . Khi có dải phủ đoạn tần rộng, con đường tốt nhất là chia thành những phân đoạn mà trong đó những phân đoạn cho KPTĐK hợp lý, mà nó có khả năng phủ kín phân đoạn đó với các chỉ tiêu tốt nhất có thể . Việc thay đổi KPTĐK trong phân đoạn cũng như chuyển từ phân đoạn này đến phân đoạn khác một cách hợp lý nhất là sử dụng nguồn điện áp. Với việc điều chỉnh như vậy có thể đạt được nhanh thường mất 100 chu kỳ dao động hoặc ít hơn . 4. Bộ tổng hợp bằng phương pháp số Với sơ đồ chia tần trực tiếp trong PSĐK. 4.1 Sơ đồ khối PSĐKi PSĐK1 PSĐK TX1 D1 Km=const TFX D2 Kn=const TX2 PSC LTD CX K FĐKi FĐK1 Hình 2 : Sơ đồ chức năng của tổng hợp số tần số thực hiện theo sơ đồ chia tần trực tiếp PSĐK Hình 2 trình bày sơ đồ các khối chức năng của bộ tổng hợp tần số bằng phương pháp số theo nguyên lý TĐTF có chia trong mạch điều khiển (D1) và trong mạch PSC (D2) và nhiều bộ PSĐK(nghĩa là PSĐK1, PSĐK2....PSĐKi). 4.2 Nguyên lý hoạt động Bộ phát sóng PSC tạo ra dao động hình Sin có độ ổn định cao bằng cộng hưởng thạch anh , được đưa qua bộ tạo xung TX2 để cho ra điện áp xung vuông và đưa qua bộ chia D2 với hệ số chia Kn (Kn=const) và đưa qua một nhánh TFX. Từ một hướng khác có các bộ PSĐKK (với K=1,2,3.....,i) mỗi bộ phát một tần số khác nhau một bước nào đó. Tự bộ phát sóng PSĐKK (trong sơ đò giả thiết K=1) với dao động hình Sin được đưa qua bộ chia D1 với hệ số chia Km (ở đây Km=const) và điện áp ra cho qua bộ CX với hệ số K (Kạconst) và sau đó đưa vào đầu thứ hai của bộ TFX . Điện áp ra của TFX qua LTD để tạo ra eĐK và thực hiện điều chỉnh giá trị điện kháng của PTĐK, nghĩa là làm thay đổi FĐK và PSĐK theo yêu cầu . Chú ý trong hình 2 thì bộ thì bộ chia D2 thực hiện nguyên tắc sau : Trong thời gian hiện tại để PSC có độ ổn định cao nên thực hiện bằng thạch anh . Nhiều công trình nghiên cứu chỉ ra ổn định tần số tốt nhất của thạch anh là FK³ 100Hz . ở đây FK là tần số pát sóng thạch anh . Bước rời rạc của hệ thống vô tuyến từ hàng trăm Hz đến hàng chục KHz . Do vậy để đảm bảo yêu cầu chuyển đổi tần số PSĐK từ giá trị này đến giá trị kia với bước cho trước thì phải chú ý chọn tần số PSC và trợ giúp của bộ chia D2 với hệ số Kn . Có thể giảm tần số PSC xuống gần tần số so sánh FSS nghĩa là FSS<Fu (ở đây Fu là bước điều chỉnh rời rạc tần số ra FĐK; FSS tần số đầu ra của D2). Điều này cho phép giảm mức bức xạ phụ trên đầu ra của PSĐK theo bước điều khiển . Tuy nhiên giảm tần số so sánh dẫn đến giảm tần số điều chỉnh chia của bộ chia trong kênh điều khiển , một mặt dẫn đến làm tăng thời gian điều chỉnh từ tấn số này đến tần số khác và giảm tính chọn lọc của hệ thống khi có nhiễu bên ngoài tác động lên PSĐK, một mặt khác giảm FSS sẽ dẫn đến làm phức tạp LTD. Vì vậy sẽ không thuận tiện nếu chọn FSS<100á200 Hz. Thấy ngay rằng chọn FSS phải thoả hiệp trên cơ sở phân tích nhiệm vụ cho và khả năng thực thio của kỹ thuật . Sau khi có Fu thì chúng ta có thể xác định hệ số chia Kn theo hai quan hệ sau : Kn=FSC/Fu Hoặc Kn=FSC/FSS Bây giờ ta chuyển sang xem xét ý nghĩa của bộ chia D1 với hệ số chia Km(Km=const). Trước hết ta nhận thấy rằng bộ chia CX với hệ số chia K thay đổi trong điều kiện hiện nay, đảm bảo làm việc tin cậy không phải với giới hạn tần số dao động bất kỳ, mà là một giới hạn nào đó . Nếu vượt giới hạn đó sẽ dẫn đến tính không trị (giảm tin cậy của phép chia) .Độ tin cậy của CX được nâng cao khi giảm tần số đầu vào. Nó chịu ảnh hưởng do tác động của nhiễu (bên ngoài và nội bộ ) làm biến dạng pha, biến đổi điện áp nguồn, nhiệt độ, dung động...... Để hệ thống hoạt động bình thường, trong trường hợp tần số đầu ra của PSĐK xác định , nên phải giảm tần số vào của CX bằng cách sử dụng bộ chia D1 đặt ở đầu ra của PSĐK và đầu vào của CX. Tuy nhiên dẫn đến bộ chia như vậy trong bộ tổng hợp tần số của đoạn tần sẽ dẫn đến một loạt vấn đề có liên quan đến tính không ổn định của bước điều chỉnh . Trước khi đi vào tính toán ta phải công nhận một số tham số coi như đã biết : - Đoạn tần làm việc FdáFTr; - Bước điều chỉnh rời rạc Fu - Tần số giới hạn ổn định Fgh - Hệ số phủ của PTĐK và KPTĐK Những tham số này có thể xác định theo yêu cầu nhiệm vụ kỹ thuật của hệ thống hoặc được chọn lựa trong quá trình xác định chỉ tiêu thiết kế . Dưới đây là trình tự tính toán : - Xác định lượng i cần thiết của PSĐK : - Xác định giới hạn thay đổi tần số của một PSĐK + Với PSĐK1 : Fd1=Fd; FTr1=Fd1KPTĐK + Với PSĐK2 : Fd2=FTr1; FTr2=Fd2KPTĐK +................ + Với PTĐKi : Fdi=FTr (i-1); FTri=FTr=FdiKPTĐK - Từ điều kiện làm việc của CX ta tìm được Km của D1 : Km=FTr/Fgh - Từ yêu cầu không thay đổi bước diều chỉnh trên mỗi phân đoạn ta xác định Kn của D2 : Kn=(FSC/Fu)Km - Từ các quan hệ trên ta xác định được số lượng bước N của bộ CX : - Như vậy giá trị cực tiểu trong hệ số chia của CX được xác định : Kmin=Fd/Fu và cũng xác định được giá trị cực đại của K : Kmax=Kmin+N - Từ quan hệ (22) tìm được tham số thoả mãn lời giải của nhiệm vụ đặt ra cho việc phủ đoạn tần với mức rời rạc cần thiết khi thay đổi hệ số chia của CX qua từng đơn vị nghĩa là tần số của FOĐK : Chúng ta nhận xét : Trong thực tế có thể tạo TRT trong đoạn siêu cao tần của đoạn tần sóng vô tuyến (ví dụ đoạn dm, cm, mm .....). Trong thời gian hiện nay chưa có các bộ chia tần không đổi và làm việc ổn định khi điện áp ra có tần số cao như vậy. Phương pháp cơ bản để giải quyết vấn đề này sẽ được nghiên cứu cụ thể dưới đây . 5. Phân tích bộ tổng hợp tần số bằng phương pháp số với chia tần và biến đổi tần số trong kênh điều khiển 5.1 Sơ đồ khối Khi PSĐK phải làm việc trong đoạn tần cao (dm, cm , mm ....) thì muốn áp dụng phương pháp số tổng hợp tần số theo nguyên lý TĐTF có chia , thì thường sử dụng sơ đồ có trộn tần như hình 3 . Xem xét tham số hệ thống . Hệ số chuyển dịch tần số a . Như trên đã nêu FĐ= aFSC (26) PSĐK PSĐK Tr LD TX1 D1 Km=const TFX PSĐa PSC TX2 CX K LTD D2 Kn=const FSC FĐ FĐK FĐK Hình 3 : Sơ đồ chức năng của bộ tổng hợp số tần số với biến đổi trước tần số PSĐK 5.2 Nguyên lý làm việc PSC tạo ra tín hiệu có tần số FSC , ổn định cao nhờ sử dụng thạch anh, một mặt đưa qua TX2 và D2 với Kn=const để nhận được đầu ra là tần số so sánh và sau đó đưa vào một cửa của TFX, khác tín hiệu ra của PSĐK hệ số dịch (hay hệ số nhân tần) a để đầu ra có fĐ=afSC . Điện áp ra PSĐK có trộn tần fĐK một mặt đưa ra theo mục đích yêu cầu , mặt khác đưa vào bộ Tr cùng với tín hiệu PSĐ . Điện áp ra của Tr có nhiều thành phần , nhưng LD chỉ cho ra phần tần số trung gian(ví dụ fĐK-fĐ hoặc fĐ-fĐK) thấp hơn fĐK, và tiếp tục đưa vào bộ TX1 và sau đóp đưa qua D1 với hệ số chia Km . Tín hiệu ra D1 được đưa vào TFX theo một đầu vào khác . ở đây a là nhiệm vụ nâng tần số FSC của PSC lên một giá trị tần số cho phù hợp với yêu cầu chấp nhận của Km trong bộ chia D1. PSĐK thực chất là bộ nhân tín hiệu hình sin về tần số gọi tắt là bộ nhân tần . - Chọn lựa tần số trung gian (hay gọi là trung tần ): - Vào Tr với hai tín hiệu với tần số FĐK và FĐ nên tín hiệu ra về tổng quát là một giá trị tần số phức tạp gồm nhiều tổ hợp : ± qFĐK ± p FKĐ - ở đây p, q là số nguyên dương 1, 2, 3 ... - Khi cần chọn thành phần ra của Tr có tần số nhỏ hơn FĐK thì phải chọn tổ hợp hiệu. Giả sử muốn chọn hiệu của hai số với trường hợp q= p =1 thì điều chỉnh LD chỉ cho qua tần số đó và gọi tần số lấy ra là tần số trung gian FTG . Trong điều kiện cho có thể hai tần số ra có thể đáp ứng nhu cầu : FTG1= FĐK- FĐ (27) FTG2 = FĐ - FĐK (28) Như vậy có thể nói tần số vào của D1 là bộ LD quyết định còn FĐK do yêu cầu của PSĐK quyết định . 5.3 Nghiên cứu các tham số của bộ tổng hợp dao động Hệ thống này có nhiều tham số và quan hệ vật lý của nó rất phức tạp và phụ thuộc vào điều kiện cụ thể của thiết kế. Dưới đây sẽ xét một số các tham số có liên quan đến tổng hợp tần số . 5.3.1 Xác định tham số tổng hợp của hệ thống - Từ quan hệ (28) nghĩa là ta chọn FTG2 Thì khi hệ thống thiết lập cân bằng có thể rút ra : (29) ở đây K hệ số chia của bộ CX; FOĐK là tần số của PSĐK Từ (29) tìm được : (30) Còn với FTG1 trong quan hệ (27) thì (31) Để đơn giản ta đặt (32) (33) Và gọi n1, n2 là các tham số tổng hợp , vậy tổng quát quan hệ giữa FOĐK và FSC được biểu diễn : FOĐK= n1,2FSC (34) Ta thấy rằng trong qúa trình điều chỉnh thì n biến thiên rời rạc mà trong đó hệ số K của CX là một đại lượng biến thiên n, nghĩa là FOĐK phụ thuộc vào K 5.3.2 Xem xét giá trị K trong CX Khi bước điều chỉnh như nhau thì biểu thức k có thể được trình bày ; K= K0+(N-1) (35) ở đây K0 là giá trị ban đầu của bộ chia CX, N là số bước chia của CX, nó nhận các giá trị từ 0 đến +Ơ; r là công bội nó là giá trị bước . Trong trường hợp nghiên cứu thì N hữu hạn, xác định số lượng K trong thay đổi của k trong CX . Khi r=1 thì thông qua (32), (34), (35), ta có : với X = K0 + N-1 (36) Đây là trường hợp tương ứng với bứơc điều chỉnh như nhau còn N= 1, 2, 3, ... 5.3.3 Nghiên cứu một số quan hệ tham số trong hệ thống tổng hợp Thông thường khi thiết kế thì đoạn tần làm việc FDáFTr và bước rời rạc cho trước hoặc tự chọn. Trong quá trình tính toán còn có các tham số FSC, FTG, FĐ trị giới hạn Kmin và Kmax của CX . Một trong các tham số này một số có thể chọn số còn lại sẽ nhận được qua tính toán . Dưới đây sẽ nghiên cứu sự phụ thuộc hàm giữa giá trị tính toán và chọn. Để thuận tiện giả thiết biết FSC, FTG, FĐ ta sẽ lập mối quan hệ của chúng với hệ số chia CX, và chú ý rằng trong quá trình thay đổi tần số thì CX thay đổi rời rạc nghĩa là X là biến số rời rạc. từ (36) ta có : FOĐKD=(a +cXmin)FSC FOĐKTr=(a + cXmax)FSC (37) ở đây từ công thức (37) tìm được : Xmax- Xmin=(fOĐKTr - FOĐKd)1/cfSC (38) Gọi FOĐKtb là tần số trung bình trong đoạn tần của PSĐK Suy ra nghiệm (39) Giải (38) và (39) tìm được K0 : (40) Ta có các chú ý : cFSC=Km/KnfSC=Fu (Bước điều chỉnh, bước rời rạc) FOĐKTr-FOĐKd=DFĐK đoạn tần điều chỉnh của PSĐK; FOĐKTb-aFSC=FTGTB là trị số trung bình của tần số trung gian. Ta thay các chú ý trên vào (40) sẽ được : (41) Khi chọn N đủ lớn thì N-1ằN (42) Từ (42) cũng cho ta xác định được Kmin=K0 còn (43) Ta cần xem xét tần số FĐ phải chọn như thế nào để đảm bảo phủ kín (liên tục cả đoạn DFĐK) khi sử dụng chung kênh điều khiển. Để đáp ứng các vấn đề đặt ra ta sẽ xác định các yêu cầu mà theo đó hướng đến cho phép ta chọn Ftg Như vậy để đảm điều đó thì : Thứ nhất Ftg không nằm trong đoạn tần của dao động ra của PSĐK nghĩa là phải dảm bảo FTGTr< FD ở đây FTGTr là tần số trung tần trên FD tần số thấp nhất của đoạn tần PSĐK. Thứ hai để tín hiệu PSĐ với tần số FĐ không rới vào dải thông của LD gây nhiễu trên hệ thống kênh điều khiển thì phải đảm bảo FTGTr <FĐ1 ở đây FĐ1 là tần số đệm của phân đoạn đầu tiên (phân đoạn thấp nhất trong dải tần DFĐK). Hình 4 trình bày mối quan hệ giữa FĐK với giá trị K (thay đổi trong khoảng cách KmináKmax) và FĐ là tham số . FĐK2 FĐK2tr FĐK1tr FĐK1 FĐK2tr FĐK2d FĐK1d DFĐK2tr FĐ1 FĐ2 FĐK K Kmin Kmax Hình 4 : Đặc tuyến thay đổi tần số của những bộ PSĐK phụ thuộc vào hệ số chia K=KmináKmax Tuy nhiên nếu thực hiện như vậy sẽ dẫn đến giá trị của FĐ của mỗi phân đoạn có thể không nguyên (vd : 6,5 ;12,52...) chắc chắn khi lấy giá trị FSC nguyên của PSC sẽ có phức tạp cho thiết bị chuyển phân đoạn cần thiết để tạo chúng . Khi này để giải quyết vấn đề tiếp giáp giữa các phân đoạn có thể thực hiện bằng con đường khác( thay đổi số phát sóng trên các phân đoạn). Chúng ta nhớ rằng tần số của PSĐK phụ thuộc vào tham số tổng hợp. Trong chế độ thiết lập thì : FOĐK=n1,2 FSC ở đây khi chọn FTG= FOĐK –FĐ thì : Còn khi FTG=FĐ -FOĐK thì Từ quan hệ trên ta thấy rằng n1, n2 phụ thuộc tuyến tính vào K và hệ số góc Km/Kn h2 h1 b b a1 a2 h1,h2 K Hình 5 : Sự phụ thuộc của tham số tổng hợp h vào hệ số chia K Quan hệ đó xác định đơn vị tính chất thay đổi tần số PSĐK giá trị đặc trưng cho mức vi phân rời rạc : (46) Từ hình (5) ta thấy rằng khi a2 <a1 thì luôn xảy ra sự cắt nhau của n1 và n2 . Điều này có thể sử dụng để tìm con đường phối hợp quy luật thay đổi tần số phát sóng PSĐK trên phân đoạn thứ 1 và thứ 2 .Trong thực tế vì những tham số như FTG , FTGTr, Kmax, Kmin, và a1. xác định từ điều kiện như phủ kín phân đoạn thứ nhất đồng thời sử dụng những số liệu này để thay đổi quy luật tạo tần số trung gian của phân đoạn thứ hai có thể tìm giá trị hệ số chuyển a2. Như vậy giá trị cực đại của tần số PSĐK1 : khi thay đổi quy luật tạo tần số trung gian thứ hai thì giá trị cực tiểu của tần số PSĐK2 được xác định : . Từ yêu cầu điều kiện tiếp giáp liên tục giữa hai phân đoạn nghĩa là : FOĐK1Tr- FOĐK2d = 0 ; ở đây FOĐK1Tr là tần số PSĐK phân đoạn 1 ở giới hạn trên, FOĐK2d tần số phân đoạn hai ở dưới . Từ đây ta tìm được (47) Cũng thực hiện tương tự cho đoạn 2-3, 3-4 ; ..... và chúng ta sẽ nhận được các giá trị chuyển dịch a cần thiết và các tần số đệm FĐ tương ứng cho mỗi phân đoạn . Trên cơ sở đó có thể lập được trật tự tính toán các tham số của bộ tổng hợp với bộ biến đổi tần số sơ bộ trong bộ Tr trước khi chia. Cũng như trước để tính toán phải cho trước một số các số liệu cần thiết như đoạn tần làm việc :FdáFTr ; mức rời rạc Fu ; tần số giới hạn của CX; Fgh tần số FSC của PSC hệ số diều chỉnh theo đoạn tần KPTĐK của PTĐK . Từ đây có thể xác lập một trật tự toán : + Chia đoạn tần thành các phân đoạn bằng nhau : FDPD1=FDvà FTrPD1=KPTĐKFD nghĩa là xác định đơn vị điều chỉnh giải tần theo quan hệ : DFĐKPD=(KPTĐK-1)FD + Xác định số lượng phân đoạn trong đoạn tần cũng có nghĩa là số lượng các bộ PSĐK : i= (FTR-FD)/ DFĐK=(KF-1)/(KPTĐK-1) + Xác định số lượng bước điều chỉnh N của bộ chia CX : N= DFĐKPD/Fu + Xác định tần số so sánh FSS bằng cách chọn giá trị Km của bộ D1 : Km=FSC/FSS + Xác định Kn=FSC/FSS +Sử dụng những quan hệ trên tìm quy luật tạo tần số trung gian trên phân đoạn thứ nhất : FTG1=FĐ1-FKĐ1 Chú ý ở đây tần số FĐ1 tương ứng giá trị nguyên lớn nhất gần FĐKTr1 + Chúng ta sẽ xác định giá trị cực đại và cực tiểu của tần số trung gian: FTSTG=FĐ!-FĐK1d=FĐ1-FĐ FTGd=FĐ1-FĐK1Tr=FĐ1-(KPTĐK-1)FĐ 6. Phương pháp chuyển tuyến tính bước và cải tiến nó TX1 PTĐK1 D3 K=const PSĐ Tr TX2 PSC D2 CX D1 TFX1 LTD1 TFX2 KĐTG LTD2 PTĐK2 PTĐK1 PTĐK2 fĐK2 fĐK1 fSC fSC FSS1 FSS2 FU1 FU2 ftg=FSS2 6.1 Sơ đồ chức năng Hình 6 : Sơ đồ chức năng của bộ tổng hợp số tần số với bước chuyển tuyến tính . Hình 6 trình bày sơ đồ khối của một bộ tổng hợp tần số theo mục đích vừa nêu ra. 6.2 Nguyên lý làm việc Bộ PSC tạo ra tín hiệu có tần số FSC một mặt đưa qua bộ tạo xung TX1 và đến Đ1 để tạo ra tín hiệu tần số FSS1 và đưa đến đầu TFX1 khác , FSC đưa đến PSĐ để tạo ra tín hiệu có tần số FD để đưa vào bộ Tr. Bộ phát sóng PSĐK1 tạo ra tín hiệu FĐK1 . Tín hiệu này một mặt đưa qua TX2 qua bộ chia CX Đ2 để đưa vào bộ TFX1. Tín hiệu ra TFX1 qua LD1 đưa dưới PSĐK1 . Mặt khác tín hiệu ra FĐK1 qua Đ3 để lấy ra FSS2 và đưa vào TFX2 . Tín hiệu PSĐK2 một mặt đưa qua Tr để lấy ra tín hiệu có tần số FTGằFSS2 đưa qua KĐTG và đưa vào TFX2 và tín hiệu ra của TFX2 đưa qua LTD2 qua PTĐK2 để đưa vào điều chỉnh tần số FĐK2 . Mặt khác FĐK2 được lấy ra đưa vào đối tượng sử dụng. Nhờ các khối PSĐK1, PSC, bộ Đ1, Đ2, TFX1, TFX2, sẽ tạo lưới TRT với bước điều chỉnh Fu1 mà bước này lớn hơn (hàng trăm lần ) giá trị Fu2 . Cương 2 Những bức xạ hài trên đầu ra của bộ tổng hợp tần số bằng phương pháp số của nhân rời rạc tần số (NRT). 1. Mở đầu : Nghiên cứu số lượng và mức độ ảnh hưởng của những thành phần bức xạ phụ (khác thành phần cơ bản) trên đầu ra của thiết bị tổng hợp. Vấn đề này quan trọng vì, một mặt, gây nhiễu đến các thiết bị khác làm việc ở dải tần này, mặt khác, lại có thể gây méo với chính hệ thống đó. Nói tóm lại, bức xạ hài là một vấn đề không mong muốn, có hại, trong các hệ thống tổng hợp tần số dù bằng phương pháp nào cũng vậy. 2. Bức xạ phụ thường xuyên gần tần số dao động cơ bản Chương trước đề cập đến nguyên lý tổng hợp tần số bằng phương pháp số và các quan hệ xác định tần số dao động của PSĐK khi không có nhiễu bên ngoài cũng như tác động biến dạng và thăng gián bên trong. Trong thực tế, các hệ thống luôn tồn tại nhiễu. Do điều này nên xảy ra phá hoại chức năng thông thường của thiết bị, làm xấu đi chỉ tiêu chất lượng như : giảm tính ổn định tức thời, tăng số lượng và cường độ bức xạ và ký sinh thường xuyên. Vì độ ổn định tức thời được xác định bởi tác động tổng hợp của kích thích thăng gián và biến dạng, nên nó là nguyên nhân đầu tiên gây ra tần số phụ trong bộ tổng hợp. Trong nhiều công trình nghiên cứu đã chỉ ra rằng, tồn tại bộ CX trong hệ thống tổng hợp tần số có thể tạo ra phổ rất rộng của nhiễu mà nhiễu này xuất hiện do dao động gián đoạn thực tế trong tất cả đoạn tần từ 100 Hz đến tần số của dao động làm việc trên đầu ra fr. Tất nhiên, điều chắc chắn không nên khẳng định tất cả nhiễu đều tham gia tạo bức xạ phụ. Vấn đề là phải xác định tín hiệu đi qua CX có liên quan đến lời giải của vấn đề nghiên cứu không. Điều đầu tiên gây ra thay đổi trực tiếp phổ của nó, mà phổ này dịch về phía tần thấp, nghĩa là thiết lập điều kiện dẫn đến suy yếu thành phần tần số cao và xảy ra lôi kéo tần số. Ngoài ra với kiểu cấu trúc nào có khả năng hạn chế nhiễu đầu vào khối CX. Vấn đề đặt ra, những kích thích biến dạng nội bộ nào gây ra bức xạ ký sinh trên đầu ra của bộ tổng hợp như thế nào? Từ nghiên cứu nguyên lý làm việc của bộ tổng hợp số nhận thấy rằng ở chế độ thiết lập trên đầu ra của TFX có tín hiệu điện áp dạng dây xung thị tần có chu kỳ với tần số bám bằng tần số so sánh, nhỏ hơn hay bằng bước điều khiển Fss Ê Fu. Những tổ hợp là bội của tần số Fss đóng vai trò cơ bản tạo ra nhiễu hài trên đầu ra của bộ tổng hợp hoặc chúng sẽ tác động trực tiếp lên khối diều chỉnh tần số – PTĐK mạch vòng của PSĐK. Nguy hiểm nhất là hài cơ bản của Fss. Khi tồn tại điều này trên PSĐK sẽ gây ra điều chế góc ký sinh tín hiệu cơ bản của PSĐK. Giá trị của chỉ số điều chế, cũng như vậy, số lượng và mức thành phần phụ sẽ phụ thuộc vào biên độ hài bậc nhất của tần số so sánh, giá trị nén của LTĐ và độ dốc của SPTĐK của PTĐK. Chúng ta sẽ nghiên cứu cường độ của những thành phần này. Để tìm phổ của tín hiệu PSĐK cần phải giải phương trình về mối quan hệ phụ thuộc của tín hiệu số phản ánh PSĐK và PSC trong khoảng thời gian tích phân. Đây là phương trình vi phân tổng quát bậc cao. Lời giải tổng quát cho loại phương trình này chưa có, muốn giải quyết phải sử dụng phương pháp giải gần đúng với giả thiết hệ thống không quán tính nghĩa là DjĐK << 1 và hệ thống ở trạng thái đồng bộ. Khi tác động lên PTĐK một tần số điện áp hài bậc nhất của tần số so sánh, thì điện áp ra trên bộ tổng hợp tần số bằng phương pháp số có dạng: UĐK = VmĐK cos(w0ĐKt + YmncosWsst) (1) ở đây w0ĐK – trị trung bình tần số góc của dao động PSĐK ở trạng thái thiết lập; Ym.n - biên độ của chỉ số điều chế ký sinh; VmĐK – biên độ của dao động PSĐK; Wss = 2PFss – tần số góc của điện áp so sánh. ồ Ơ -Ơ = n Như đã biết trong nhiều công trình nghiên cứu, phổ tín hiệu biểu diễn bằng quan hệ (1), thì ngoài thành phần tần số cơ bản còn chứa một dãy vô hạn các tổ hợp thành phần biến tấu với các tần số : Wbn = (w0ĐK + nWss) (2) Biên độ của những thành phần này phụ thuộc vào chỉ số điều chế Ym.n theo quan hệ: Vmbn = aJn (Ym.n) (3) ở đây a – hệ số tỉ lệ; Jn (Ym.n) – hàm Becen loại 1, bậc n. Chúng ta giả thiết phương trình thay đổi tần số PSĐK do thay đổi tham số điện kháng của PTĐK, mà phần tử này được thực hiện nhờ vào Varikap. Đồng thời cũng công nhận rằng ở lân cận điểm làm việc thì điện dung của Varikap phụ thuộc tuyến tính vào điện áp đặt lên nó. Biểu thức xác định giá trị tần số PSĐK bằng thực nghiệm và được trình bày bởi quan hệ sau: 0 0 1 C C w ĐK D D ± w0ĐK ± Dwmn = 0 1 ZC 1 0 < D D C C ở đây w0ĐK = - tần số góc của dao động PSĐK trong chế độ đồng bộ khi không có điều chế ký sinh; C0 là điện dung của varikap tại điểm làm việc; DC – biên độ thay đổi của điện dung Varikap do điện áp hài bậc nhất của tần số so sánh gây ra. Từ (4), khi Thì gần đúng có thể xác định biên độ di tần : 0 D D C C Dwmn = w0ĐK (5) ss mn w W D Mặt khác chỉ số điều chế Ym.n liên quan với biên độ của độ lệch của tần số biên độ Dwmn bởi quan hệ (công nhận) Ym.n = (6) Đồng thời thay (5) vào (6) ta có ss DK mn C C w W D = Y 0 0 2 (7) Quan hệ (7) cho ta sự phụ thuộc của chỉ số điều chế ký sinh Ym.n vào các tham số của hệ thống (w0ĐK, DC, C0, Wss). Nếu cố định một số giá trị thì quan hệ này có thể cho ta sự phụ thuộc của Ym.n vào DC. Trong thực tế thì DC Phụ thuộc vào nguồn điện áp đặt vào nó tại xung quanh điểm làm việc Co (hình H.1) trình bày sự phụ thuộc của điện dung C vào điện áp U của Varikap. Từ đây ta có thể biểu diễn gần đúng DC theo các tham số của hệ thống. DC = U ‘mss tga = U ‘mss Sc (8) Với U ‘mss - biên độ điện áp hài bậc nhất của tần số so sánh tác động lên PTĐK (nghĩa là tác động lên varikap) Sc = ảC / ảu - độ dốc của đặc tuyến varikap tại điểm làm việc. C ả C /ả U, pF/v 40 4 DC 30 3 a ả C /ả U 20 2 C 10 1 Umss U 10 20 30 H.1 - Đặc tuyến tính của Varikap 3. Những bức xạ phụ trong bộ tổng hợp tần số bằng phương pháp so với biến đổi tần số. Nếu những bức xạ phụ vừa nghiên cứu xảy ra trên đầu ra của bộ tổng hợp tần số, thực hiện theo sơ đồ chia tần trực tiếp, cũng như vậy với sơ đồ biến tần sơ bộ của PSĐK sang tín hiệu trung tần thì nhiều thực nghiệm chỉ ra rằng trên đầu ra của PSĐK sẽ co bức xạ ký sinh phụ (bức xạ vệ tinh). Tần số bức xạ phụ đối xứng qua tần số làm việc trên những khoảng cách lớn hơn đáng kể giá trị bước rời rạc. Cường độ những dao động này trong một số trường hợp là khả ước so với biên độ tín hiệu tần số làm việc. Trong những trường hợp như vậy thì nguyên nhân nào làm xuất hiện bức xạ phụ? Để trả lời câu hỏi này có thể bằng phương pháp phân tích công tác của từng khối riêng rẽ của bộ tổng hợp và lý giải các quá trình tín hiệu đi qua chúng. Rõ ràng rằng độ phức tạp giải tích của lời giải vấn đề này có liên quan đến biến đổi khi chuyển nhiều lần tín hiệu và phổ của nó trong những phần tử và các khối riêng rẽ của bộ tổng hợp, được mất trong kênh điều khiển (biến tần, thiết bị tạo tần số, nhân, chia, tách sóng pha...) Đầu tiên bằng con đường lập luận lôgích, chúng ta sẽ nhận được các quan hệ mà các quan hệ này sẽ xác định tần số bức xạ ký sinh hay bức xạ phụ, sau đó chúng ta sẽ tìm con đường thiết lập quan hệ giải tích. Trong bộ tổng hợp thì điện áp ra của PSĐK đưa vào bộ trộn và kết quả tác dụng tương hỗ với điện áp của bộ phát sóng điện sẽ biến thành tín hiệu trung tần. Bộ trộn trong trường hợp này thường dùng sơ đồ cân bằng hay sơ đồ vòng bằng diot bán dẫn. Các dạng sơ đồ trộn khác nhau đã được nghiên cứu trong tài liệu với các điều kiện khác biệt. Thứ nhất, tác động tương hỗ dải điện áp PSĐK và PSĐ là tín hiệu lớn. Thứ hai, tải của bộ trộn tần là dạng giải rộng. Điều này dấn đến trên đầu ra của bộ trộn chứa đựng nhiều thành phần tổ hợp của bộ trộn và đưa vào trong dải chuyển động của tải. Chúng ta sẽ xác định những tần số nào là nguy hiểm nhất theo quan điểm xuất hiện tín hiệu bức xạ phản ánh. Khi tác động lên bộ trộn điện áp xoay chiều thì dòng điện trnog mạch của nó sẽ chứa một nhân tố không giới hạn các dao động tổ hợp với tần số được biểu diễn Ưk = ± qƯ0ĐK ± pƯĐ + gƯ0tg (28) ở đây Ư0ĐK – tần số PSĐK ở chế độ thiết lập fĐ; ƯĐ - tần số PSĐ; Ư0tg – tần số trung gian ở chế độ thiết lập; q, p, g là các giá trị nguyên từ 0 á Ơ Từ những tổ hợp tần số xác định bởi (28) thì những thành phần cộng có thể loại bỏ bởi bộ lọc. Hiệu ứng tuỳ theo của tác động tương hỗ thứ cấp của những hài tần số trung gian với những hài của tần số Ư0ĐK và ƯĐhay là với tổng và hiệu của những thành phần của chúng với những tác động tưong hỗ trực tiếp tần số Ư0ĐK và ƯĐ và hài của Ư0ĐK. Khi mức tương đối lớn sẽ là các thành phần: Ưk = ± ( qƯ0ĐK - pƯĐ ) (29) ở đây p, q cũng là các số nguyên, mà với chúng thi ƯK rơi vào dải liên thông của dải trộn tần. Kết quả tác dụng tương hỗ của những điện áp này với những dao động truy tần cơ bản trên tải của họ trên sẽ thu được điện áp có dạng phức tạp. Điện áp như vậy có thể xem như một tín hiệu, mà nó đã bị điều chế theo biên độ và góc pha bởi một điện áp của tần số phách Ưphach = Ưotg – [± (qƯ0ĐK - pƯĐ )] (30) Sau đó dao động tổng được đưa đến đầu vào của thiết bị tạo xung TX, nhằm biến đổi tín hiệu thành dãy xung vuông góc nối tiếp. Sự tồn tại của điều chế pha-điều biên ký sinh trên tín hiêụ vào biểu hiện ở chỗ, tín hiệu ra của tần xuất có điều chế xung theo thời gian- độ rộng xung phức tạp. Do dó, điện áp trên đầu ảo TFX sẽ là nối tiếp những xung điều chế độ rộng. Tồn tại những điện áp phụ như vậy trên PTĐK sẽ làm thay đổi tần số dao động ra. Điều này gây nên hiện tượng bức xạ phụ Chúng ta chú ý những điểm quan trọng sau: 3.1. Cấu tạo dao động tổ hợp trên đầu ra của bộ trộn xảy ra trong điều kiện trạng thái của hệ thống ở chế độ đồng bộ, nghĩa là khi điện áp Ư0ĐK, Ưotg và ƯĐ là tín hiệu tương ứng. 3.2. Tất cả thay đổi, có liên quan đến biến đổi tín hiệu tổng, xảy ra tronh hệ thống, nằm trong nắm nối tiếp. Điều này cho cơ sở đề nghị rằng, sự tổng hợp tàn số của dao động phụ sẽ xảy ra chính xác, cũng như việc tạo tín hiệu tần số làm việc, khi áy mối q._.