Kỹ thuật siêu cao tần

BÀI GIẢNG MÔN HỌC KỸ THUẬT SIÊU CAO TẦN Chương 1: GIỚI THIỆU 1. Khái niệm, quy ước các dải tần số sóng điện từ 2. Mô hình thông số tập trung và thông số phân bố. 3. Lịch sử và ứng dụng Chương 2: LÝ THUYẾT ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN SÓNG. 2.1 Mô hình mạch các phần tử tập trung cho đường dây truyền sóng 2.2 Phân tích trường trên đường dây 2.3 Đường truyền không tổn hao có tải kết cuối 2.4 Giản đồ Smith 2.5 Bộ biến đổi ¼ bước sóng 2.6 Nguồn và tải không phối hợp trở kháng 2.7 Đường truyền tổn hao Bài tập chương Chương 3: MẠNG SIÊU CAO TẦN 3.1 Trở kháng, điện áp và dòng tương đương 3.2 Ma trận trở kháng và ma trận dẫn nạp 3.3 Ma trận tán xạ 3.4 Ma trận truyền (ABCD) 3.5 Đồ thị dòng tín hiệu Bài tập chương Chương 4: PHỐI HỢP TRỞ KHÁNG VÀ ĐIỀU CHỈNH 4.1 Giới thiệu 4.2 Phối hợp trở kháng dùng các phần tử tập trung (mạng L) 4.3 Phối hợp trở kháng dùng dây chêm 4.4 Bộ ghép ¼ bước sóng 4.5 Lý thuyết phản xạ nhỏ 4.6 Bộ phối hợp trở kháng đa đoạn dạng nhị thức 4.7 Bộ ghép dải rộng và tiêu chuẩn Bode – Fano Bài tập chương Chương 5: CHIA CÔNG SUẤT VÀ GHÉP ĐỊNH HƯỚNG 5.1 Giới thiệu 5.2 Các đặc trưng cơ bản 5.3 Bộ chia công suất hình T 5.4 Bộ chia công suất Wilkinson 5.5 Ghép định hướng ống dẫn sóng 5.6 Các bộ lai (ghép hỗn tạp) Bài tập chương Chương 6: CÁC BỘ LỌC SIÊU CAO TẦN 6.1 Giới thiệu 6.2 Các cấu trúc tuần hoàn 6.3 Thiết kế bộ lọc dùng phương pháp thông số ảnh 2 6.4 Thiết kế bộ lọc dùng phương pháp tổn hao chèn 6.5 Thiết kế bộ lọc SCT 6.6 Một số loại bộ lọc thường gặp

pdf57 trang | Chia sẻ: banmai | Ngày: 27/02/2013 | Lượt xem: 577 | Lượt tải: 2download
Tóm tắt tài liệu Kỹ thuật siêu cao tần, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
− NNNN N N V V SS SSS V V V 1 1 11211 1 2 1 .......... .... Hay gọn hơn [ ] [ ][ ]+− = VSV ( )40.3 => jkV j i kV V S ≠∀=+ − += ,0 24 - Tức là Si j có thể được tìm khi đặt vào cổng j một sóng tới có điện áp V+j và đo biên độ điện áp sóng phản xạ Vi- từ cổng i, khi tất cả sóng tới ở các cổng khác cho bằng zero (hay kết cuối với tải phối hợp để tránh phản xạ). - Si i chính là hệ số phản xạ nhìn vào cổng i khi tất cả các cổng khác kết cuối với tải phối hợp. - S i j còn gọi là hệ số truyền từ cổng j tới cổng i khi tất cả các cổng khác kết cuối với tải phối hợp. - Có thể chứng manh rằng ma trận [ S ] có thể được xác định từ [ Z ] hoặc [ Y] và ngược lại. - Trước tiên giả thiết rằng trở kháng đặc trưng của tất cả các cổng, Z o n, là giống nhau. (Trường hợp tổng quát sẽ được đề cập sau). Để tiện lợi cho Z o n = 1. Từ (3.24) ⇒ Vn = V+n + V-n (3.42a) In = In+ - In- = V+n - V-n (3.42b) Từ (3.25) và (3,42) ⇒ [ Z ] [ I ] = [ Z ] [ V+ ] - [ Z ] [ V- ] = [ V ] = [ V+ ] + [ V- ] tức là có thể viết ( [ Z ] + [ U ] ) [ V - ] = ( [ Z ] - [ U ] ) [ V + ] (3.43) Với [ U ] là ma trận đơn vị So sánh (3.43) với (3.40) ⇒ [ S ] = ( [ Z ] + [ U ] ) – 1 ( [ Z ] - [ U ] ) (3.44) - Với mạng một cổng: S11 = Z11 - 1 Z11 + 1 , đây chính là hệ số phản xạ nhìn vào tải với trở kháng vào chuẩn hóa Z11. - Để biểu diễn [ Z ] theo [ S ] có thể viết lại (3. 44): [ Z ] [ S ] + [ U ] [ S ] = [ Z ] - [ U ] [ Z ] = ( [ U ] - [ S])- 1 ( [ U ] + [ S ] (3.45) 2) Mạng thuận nghịch và mạng không tổn hao. a,Mạng thuận nghịch: -Từ =>( )ba,,42.3 ( )nnn IVV +=+ 2 1 Hay [ ] [ ] [ ]( [ ]IUV +Ζ=+ 2 1 ) ( )a46.3 ( )nnn IVV −=− 2 1 Hay [ ] [ ] [ ]( [ ]IuV −Ζ=− 2 1 ) ( )b46.3 -Từ =>( 46.3 ) [ ] [ ] [ ]( ) [ ] [ ]( ) [ ]+−− +Ζ−Ζ= VUUV 1 => [ ] [ ] [ ]( ) [ ] [ ]( ) 1−+Ζ−Ζ= UUS ( )47.3 chuyển vị => [ ]( 47.3 ) [ ] [ ]( ){ } [ ] [ ]( )ttt UUS −Ζ+Ζ= −1 Vì và [ ] [ ]UU t = [ ]Z đối xứng [ ] [ ]ZZ t = nên [ ] [ ] [ ] [ ] [ ]( )UZUZt −+= −1)(S từ 3.44 ⇒ [ ] [ ]tSS = 25 Vậy [ là ma trận đối xứng ]S b,Mạng không tổn hao: Công suất trung bình tiêu thụ trên mạng phải bằng không. Giả thiết trở kháng đặc trưng bằng đơn vị cho tất cả các cổng [ ] [ ]{ } [ ] [ ] [ ] [ ]( ){ }** 2 1* 2 1 −+−+ −+== VVVVRIVRP tteteav [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ]{ }*** 2 1 −−+−+++ −−= VVVVVVVR tttte [ ] [ ] [ ] [ ] 0* 2 1* 2 1 =−= −−++ VVVV tt ( )49.3 vì [ ] [ ] [ ] [ ]{ }** +−−+ +− VVVV tt có dạng A-A* nên là thuần ảo do đó { } 0=eR Trong số hạng ( 49.3 ) [ ] [ ]* 2 1 ++= VV t biểu thị công suất đến tổng cộng ,số hạng [ ] [ ]* 2 1 −−− VV t là công thức phản xạ tổng.Vì mạng không tổn hao nên 2 công suất trên phải bằng nhau ,Tức là =[ ] [ ]*++ VV t [ ] [ ]*−− VV t ( )50.3 Để ý [ ] [ ][ ]+− = VSV => =[ ] [ ]*++ VV t [ ] [ ] [ ] [ ]** ++ VSSV tt =>nếu [ ] 0≠+V thì [ ] [ ] [ ]USS t =* Hay [ ] [ ]{ } 1*S −= tS ( )51.3 vậy [ là ma trận unita ]S - khai triển => ( 51.3 ) ,SS N k ki =∑ = * ki 1 S ji,∀ ( )52.3 => 1S*ki 1 =∑ = N k kiS ( )a53.3 0S*ki 1 =∑ = N k kiS với ≠i j ( )b53.3 - Tính điểm của một cột bất kỳ với liên hiệp phức của nó bằng đơn vị. - Tính điểm của một cột bất kỳ với liên hiệp phức của các cột khác bằng zero (trục giao) - Kết luận tương tự cho các hàng của ma trận tán xạ 3) Phép dịch mặt tham chiếu Vì các thông số của [ S ] liên quan đến biên độ và pha của sóng đến và sóng phản xạ từ mạng, do đó mặt phẳng pha tham chiếu, tức là mặt phẳng xác định (Vn+, In+) hoặc (Vn-, In-) phải được xác định trước. Khi dịch chuyển các mặt tham chiếu này thì các thông số S bị biến đổi. 26 Xét mạng SCT N cổng các mặt tham chiếu ban đầu định xứ tại Z0 = 0. Với Zn là tọa độ dọc theo đường truyền thứ n cấp điện cho cổng n. Gọi [ S ] là ma trận tán xạ với tập hợp các mặt tham chiếu nói trên. [ S ‘] là ma trận tán xạ tương ứng với vị trí mới của các mặt tham chiếu. [ V- ] = [ S ] [ V+ ] (3.54a) [ V’- ] = [ S’ ] [ V’+ ] (3.54b) trong đó: V’+n = V+n e j θ n (3.55a) V’-n = V-n e - j θ n (3.55b) Với θn = βn l n được gọi là độ dài điện của phép dịch của cổng n - Viết (3.55a,b) dưới dạng ma trận rồi thay vào (3.54a) ⇒ [ ] [ ] [ ]+ − − − − ′ ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ =′ ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ V e e e SV e e e NN j j j j j j φ φ φ φ φ φ 2 1 2 1 00 [ ] [ ][ ]+− = VSV - Nhận cả hai vế với ma trận nghịch đảo của ma trận đầu tiên bên vế trái ⇒ [ ] [ ] [ + − − − − − − − ′ ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ =′ V e e e S e e e V NN j j j j j j φ φ φ φ φ φ 2 1 2 1 00 ] So với (3.54b) ⇒ [ ]=′−S [ ] ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ − − − − − − NN j j j j j j e e e S e e e φ φ φ φ φ φ 2 1 2 1 00 (3.56) - Dễ thấy S’n n = e – 2 θn Sn n, có nghĩa là pha của Sn n dời 2 lần độ dài điện trong phép dịch mặt tham chiếu n, bởi vì sóng truyền 2 lần qua độ dài này theo hướng tới và hướng phản xạ. 4) Các thông số tán xạ tổng quát Xét mạng SCT N cổng với Z0 là trở kháng đặc trưng (thực) của cổng n, Vn+, Vn- là biên độ sóng tới và sóng phản xạ. Định nghĩa : n n n Va 0Ζ = + ( )a57.3 n n n Vb 0 _ Ζ= ( )b57.3 Là các biên độ sóng mới cho cổng n. 27 -Từ (9.42 a,b) => ( )nnnnn baVVV +Ζ=+ −+= ( ) a58.3 ( ) ( nn n nn n n baVVI −Ζ=+Ζ= −+ 00 11 ) ( ) b58.3 Công suất trung bình rơi trên cổng n: { } ( ){ }nnnnnnennen ababbaRIVRP **222121 −+−== = 22 2 1 2 1 nn ba − ( ) 59.3 (vì thuần ảo) nnnn abab ** − Có thể nói công suất trung bình rơi trên cổng bằng công suất sóng đến trừ công suất sóng phản xạ. - Ma trận tán xạ tổng quát được định nghĩa ( ) [ ] [ ][ ]aSb = 60.3 Trong đó jka i ij ka bS ≠∀== ,0 ( ) 61.3 - (3.61) có dạng tương tự (3.41) cho mạng với trở kháng đặc trưng đồng nhất tại tất cả các cổng. Dùng (3.57) và (3.61) => jkV jj ji ij kV v S ≠∀=+ − +Ζ Ζ= ,0 0 0 ( ) 62.3 Công thức này cho biết cách chuyển từ các thông số S cho mạng với trở kháng đặc trưng đồng nhất (V-i/V+j) thành các thông số S cho mạng nối với các đường truyền có trở kháng đặc trưng không đồng nhất. 28 § 3.4 MA TRẬN TRUYỀN (ABCD) Các mạng SCT thường gặp trong thực tế bao gồm một mạng 2 cổng hoặc dãy cascade của các mạng 2 cổng. Các ma trận đặc trưng (S, Z, Y) của dãy các mạng 2 cổng bằng tích các ma trận 2 x 2 (ABCD) của mạng 2 cổng. 1) Ma trận ABCD: được định nghĩa cho mạng 2 cổng như sau: 221 BIAVV += 221 DICVI += Hay ( ) ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡=⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ 2 2 1 1 I V DC BA I V 63.3 * Chú ý: Quy ước dấu I2 ra khỏi cổng 2 là tiện lợi cho việc khảo sát mạng cascade. - Khi có 2 mạng kết nối cascade ( ) ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡=⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ 2 2 11 11 1 1 I V DC BA I V a64.3 ( ) ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡=⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ 3 3 22 22 2 2 I V DC BA I V b64.3 => ( ) ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡=⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ 3 3 22 22 11 11 1 1 I V DC BA DC BA I V 65.3 Hay * Chú ý: = ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ DC BA ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ 22 22 11 11 DC BA DC BA - Thứ tự nhân ma trận phải giống thứ tự cascade. - Có thể xây dựng một thư viện các ma trận ABCD cho các mạng 2 cổng cơ sở và dùng phép phân tích các mạng phức tạp thành cascade của các mạng cơ sở. ` Bảng 3.1 Các thông số ABCD của một số mạng cơ sở quan trọng. 2) Quan hệ giữa (ABCD) và [ Z ] Từ (3. 25), (3. 63) với quy ước dấu của I2 như trên=> 1221111 Ζ−Ζ= IIV 2222112 Ζ−Ζ= IIV ( ) 66.3 21 11 211 111 0 2 1 2 Ζ Ζ=Ζ Ζ== = I I V vA I ( ) a67.3 120 2 1 110 2 122111 0 2 1 222 Ζ−Ζ=Ζ−Ζ== === vvv I I I II I vB 21 2112221 12 211 221 11 Ζ ΖΖ−ΖΖ=Ζ−Ζ ΖΖ= I I ( ) b67.3 29 21211 1 0 2 1 1 2 Ζ=Ζ== = I I V vC I ( ) c67.3 21 22 2 21222 0 2 1 2 Ζ Ζ=ΖΖ== = I I I ID v (3.67d) * Nếu mạng là thuận nghịch thì Z12 = Z21 và AD – BC = 1 3) Các sơ đồ tương đương cho mạng 2 cổng Xét chuyển tiếp giữa một đường truyền đồng trục và một đường vi dải với các mặt tham chiếu như hình vẽ t1, t2. - Do sự gián đoạn về mặt vật lý của chuyển tiếp, năng lượng điện, từ trường có thể bị tích tụ tại chuyển tiếp và gây ra các hiệu ứng phản kháng. Các hiệu ứng này có thể đo được hoặc được phân tích lý thuyết nhờ sơ đồ “hộp đen” của mạng 2 cổng như hình vẽ. Mô hình phân tích này có thể sử dụng cho các trường hợp ghép giữa các loại đường truyền khác nhau hoặc các chỗ gián đoạn của đường truyền như sự thay đổi nhảy bậc của độ rộng hoặc độ cong… - Thường người ta thay “hộp đen” bằng sơ đồ tương đương chữa một số các phần tử lý tưởng. Có rất nhiều cách, ở đây sẽ khảo sát một cách phổ biến và hữu dụng nhất. - Sử dụng quan hệ: [ V ] = [ Z ] [ I ] và [ I ] = [ Y ] [ V ] và nếu mạng là thuận nghịch thì Z12 = Z21 và Y12 = Y21 và mạng có thể được biểu diễn theo sơ đồ hình T hoặc TT như hình vẽ. Vẽ hình - Nếu mạng là thuận nghịch thì sẽ có 6 bậc tự do (phần thực và ảo của 3 thông số). - Một mạng không thuận nghịch sẽ không thể được biểu diễn bở sơ đồ tương đương dùng các phần tử thuận nghịch. § 3.5 CÁC ĐỒ THỊ TRUYỀN TÍN HIỆU 1) Định nghĩa: Các phần tử cơ bản của giản đồ là node và nhánh: - Node: Mỗi cổng i của mạng SCT có 2 node ai và bi. Node ai là sóng tới và bi là sóng phản xạ từ cổng. - Nhánh: Một nhánh là một đường trực tiếp giữa một node a và một node b, biểu thị dòng tín hiệu từ node a đến node b. Mỗi nhánh có một thông số S kết hợp hoặc một hệ số phản xạ. 30 Sóng tới với biên độ a 1 được tách thành 2, phần qua S11 (và ra khỏi cổng 1 như một sóng phản xạ b1) và phần truyền qua S21 tới node b2. Tại node b2 sóng ra khỏi cổng 2. Nếu có một tải với hệ số phản xạ zero được nối vào cổng 2 thì sóng này sẽ tái phản xạ một phần và đi vào mạng tại node a2. Một phần sẽ tái phản xạ ra khỏi cổng 2 qua S22 và 1 phần có thể được truyền ra khỏi cổng 1 qua S12. • Các trường hợp đặc biệt: + Mạng một cổng: + Nguồn áp: 2) Phương pháp phân tích đồ thị dòng tín hiệu: + Luật 1: (Luật nối tiếp) Hai nhánh mà node chung của chúng chỉ có 1 sóng vào và một sóng ra (các nhánh nối tiếp) có thể kết hợp thành một nhánh đơn với hệ số bằng tích các hệ số của các nhánh ban đầu. V3 = S32V2 = S32 S21 V1 (3. 69) + Luật 2: (Luật song song) Hai nhánh giữa hai node chung (2 nhánh song song) có thể kết hợp thành 1 nhánh đơn có hệ số bằng tổng các hệ số của hai nhánh ban đầu. V2 = SaV1 + SbV1 = (Sa + Sb).V1 (3.70) + Luật 3: (Luật vòng đơn) Khi một nhánh bắt đầu và kết thúc tại một node có hệ số S, thì có thể triệt tiêu nhánh bởi việc nhân các hệ số của các nhánh nuôi node với 1/(1 – S) ⎭⎬ ⎫ = += 2333 2221212 VSV VSVSV ( ) ⎪⎩ ⎪⎨ ⎧ = −=→ 2323 1 22 21 2 171.3 VSV V S SV → 1 22 2132 3 1 V S SSV −= (3.72) + Luật 4: (Luật tách) Một nút có thể tách thành 2 nút độc lập khi và chỉ khi bất kỳ một sự kết hợp nào của các nhánh vào và ra (không phải là các nhánh vòng đơn) đều dẫn tới nút ban đầu. 31 32 Chương IV: PHỐI HỢP TRỞ KHÁNG VÀ TUNING §4.1 MỞ ĐẦU: Chương này áp dụng các lý thuyết và kỹ thuật ở các chương trước cho các bài toán thực tế trong KT SCT. Bài toán phối hợp trở kháng thường là một phần quan trọng của quá trình thiết kế hệ thống SCT. - Matching network thường là không tổn hao lý tưởng và thường được thiết kế sao cho trở kháng nhìn vào matching network bằng Z0 → triệt tiêu phản xạ trên đường truyền, mặc dù có thể có đa phản xạ trên đoạn Matching network và Load. * Mục tiêu phối hợp trở kháng: - Lấy được công suất cực đại trên tải, giảm thiểu công suất tổn hao trên đường truyền. - Đối với các phần tử nhạy thu, phối hợp trở kháng để tăng tỷ số tín hiệu / nhiễu của hệ thống (anten, LNA, …) - Phối hợp trở kháng trong một mạng phân phối công suất (mạng nuôi anten mảng) sẽ cho phép giảm biên độ và lỗi pha. * Nếu ZL chứa phần thực khác 0 thì mạng phối hopự Tn kháng luôn có thể tìm được. Có nhiều phương án phối hợp, tuy nhiên cần theo các tiêu chí sau: + Độ phức tạp: đơn giản, rẻ, dễ thực hiện, ít hao tổn. + Độ rộng băng: cần phối hợp trở kháng tốt trong một dải tần rộng, tuy nhiên sẽ phức tạp hơn. + Lắp đặt: Tùy vào dạng đường truyền hoặc ống dẫn sóng quyết định phương án phối hợp TK. + Khả năng điều chỉnh: trong 1 số trường hợp có thể yêu cầu MN hoạt động tốt khi ZL thay đổi. §4.2 PHỐI HỢP TRỞ KHÁNG VỚI CÁC PHẦN TỬ TẬP TRUNG (L – NETWORKS) 1) Giới thiệu: - Dạng đơn giản nhất của PHTK là dùng khâu L, sử dụng 2 phần tử điện kháng để phối hợp 1 tải tùy ý với đường truyền có 2 cấu hình khả dĩ. - Nếu trở kháng tải chuẩn hóa zL= ZL/Z0 nằm trong vòng tròn 1 + j x trên giản đồ Smith thì hình vẽ (4.2a) được dùng, nếu không thì dùng (h4.2b). - Các phần tử điện kháng trong hình 4.2 có thể là C hoặc L tùy thuộc vào ZL. Do đó có 8 khả năng xảy ra. - Nếu tần số đủ nhỏ và / hoặc kích thước mạnh đủ nhỏ thì có thể dùng các tụ và điện cảm thực (có thể đến 1 GHz). Đây là hạn chế của mạch L. 2) Lời giải giải tích: (dùng cho computer – aided – design program, hoặc khi cần có độ chính xác cao hơn so với phương pháp dùng Smith chart) - Xét mạch ở (h 4.2a), đặt ZL = RL + j XL, vì zL = ZL Z0 nằm bên trong đường tròn 1 + j x (r = 1), nên RL > Z0. - Trở kháng nhìn vào matching network có tải phía sau phải bằng Z0, tức là: Z0 = j X + 1 j B + 1/(RL + j XL) (4.1) - Tách phần thực và phần ảo của (4.1) ⇒ B (X RL – XL Z0) = RL – Z0 (4.2a) X (1 – B XL) = B Z0 RL - XL (4.2b) => 22 0 22 0 LL LLL L L XR RZXRZ RX B + −+± = (4.3a) LL L BR Z R ZX B X 001 −+= (4.3b) Nhận xét: Từ (4.3) ⇒ có 2 lời giải khả dĩ cho B và X, cả 2 lời giải đều khả dĩ về mặt vật lý (B 0 → tụ, X > 0 → cuộn, X < 0 tụ). Tuy nhiên có một lời giải có thể gây ra giá trị nhỏ hơn đáng kể của các phần tử điện kháng và có thể là lời giải thích hợp hơn cho độ rộng dải tốt hơn hoặc hệ số SWR trên đoạn giữa bộ phối hợp TK và tải nhỏ hơn. * Với (h 4.2b) (RL < Z0): Dẫn nạp nhìn vào matching networrk phải bằng 1/Z0 hay 1 Z0 = 1 RL + j (X + XL) (4.4) ⇒ B Z0 ( X + XL) = Z0 - RL (4.5a) X + XL = B Z0 RL (4.5b) * Để phối hợp ZL với đường truyền Z0= thì phần thực của trở kháng vào MN phải bằng Z0, phần ảo = 0 → MN có số bậc tự do ít nhất bằng 2, đó là 2 giá trị của các phần tử điện kháng. §4.3 PHỐI HỢP TRỞ KHÁNG DÙNG ĐOẠN DÂY CHÊM (Single – Stub tuning) 1) Khái niệm: - Ưu điểm: không dùng các phần tử tập trung → dễ chế tạo; dạng shunt stub đặc biệt dễ chế tạo cho mạch ghi giải (microstrip) hoặc mạch dải (stripline) - Hai thông số điều chỉnh là khoảng cách d và Y hoặc Z. - Chẳng hạn với h4.3a nếu dẫn nạp nhìn vào đoạn dây cách tải 1 khoảng d có dạng Y0 + j B thì dẫn nạp của dây chêm sẽ được chọn là – j B. 33 - Với h4.3b nếu trở kháng của đoạn dây nối tải, cách tải đoạn bằng d, là Z0+jX thì trở kháng dây chêm nối tiếp (series stub) được chọn là – jX. 2) Shunt Stub: Ví dụ: Cho ZL = 15 + j 10 (Ω), thiết kế hai mạng phối hợp dùng 1 dây chêm mắc song song để ghép với đường truyền 50 Ω. Giả thiết tần số phối hợp là 2 GHz và tải gồm có 1 điện trở và 1 cuộn nối tiếp. giải: (phương pháp dùng Smith chart) - Tìm điểm zL = 0,3 + j 0,2. - Vẽ đường tròn SWR tương ứng và chuyển đổi thành dẫn nạp yL (lấy đối xứng tâm của điểm zL) - Khi dịch trên đường dây thì ⎪Γ⎪ không đổi nên tương đương với phép dịch chuyển trên đường SWR. - Đường SWR cắt vòng 1 + j b tại 2 điểm y1, y2 (y0 = Y0 + j B Y0 ) - Khoảng cách d được cho bởi 1 trong 2 giá trị tương ứng trên thang WTG → d1 = 0,328 – 0,284 = 0,044 λ d2 = (0,5 – 0,284) + 0,171 = 0,387 λ (0,284 tương ứng với yL) → y1 = 1 – j 1,33 y2 = 1 + j 1,33 → dẫn nạp dây chêm cho lời giải y1 là j 1,33 và lời giải y2 là – j 1,33. - Nếu dây chêm hở mạch thì chiều dài của nó được tìm bởi việc dịch chuyển từ y = 0 theo mép ngoài của giản đồ (g = 0) về phía nguồn phát đến điểm j 1,33 → l1 = 0,147 λ l2 = 0,353 λ - Để nghiên cứu sự phụ thuộc tần số của 2 lời giải trên, cần tìm giá trị của R và L ở tần số cho trước (2 GHz): R = 15 Ω, L = 0,796 nH. Sau đó vẽ đồ thị ⎪Γ⎪ theo f (GHz). * Phương pháp giải tích: đặt ZL = 1 YL = RL + j XL - Trở kháng đoạn đường truyền d có tải ZL kết cuối dtgttjXRjZ tjZjXRZZ LL LL β=++ ++= , )( )( 0 0 0 (4.7) [ ] 0202 00 2 2 0 2 2 0 )( ))(( )( )1(1 ZtXXR tZXtXZtRj tXXR tRZjBG Z Y LL LLL LL L ++ +−−+++ +=+== (4.8) - Chọn d (tức t) sao cho: G = Y0 = 1 Z0 , từ (4.8) → [ ] 0 0 22 0 )( ZR ZXRZRX t L LLLL − +−±= , với 0ZR L ≠ (4.9) - Nếu RL = Z0 thì t = XL/2Z0 -> 34 ⎪⎪⎩ ⎪⎪⎨ ⎧ >+ ≥ = − − 0),( 2 1 0, 2 1 1 1 tttg tttgd ππ π λ (4.10) - Để tìm chiều dài đoạn dây chêm l, dùng t trong (4.8b)→B và l suy ra từ BS =- B. Với dây chêm hở mạch => )(2 1)( 2 1 0 1 0 10 Y Btg Y Btg S −− −== ππλ l (4.11a) Với dây chem. hở mạch => )(2 1)( 2 1 0101 B Ytg B Ytg S S −− =−= ππλ l (4.11b) Nếu các chiều dài trong (4.11a,b) có giá trị âm thì chiều dài cần tìm sẽ có được nhờ cộng thêm đoạn λ/2. 3) Dây chêm nối tiếp: Ví dụ: Ghép ZL= 100 + j80(Ω) vào đường truyền 50Ω dùng một dây chêm hở mạch mắc nối tiếp.Tần số hoạt động 2GHz, tải gồm 1 điện trở và 1 cuộn mắc nối tiếp. Giải: Theo phương pháp dùng giản đồ Smith - Tìm điểm trở kháng chuẩn hóa ZL = 2 + j1,6 , vẽ vòng SWR. - Với trường hợp dây chêm nối tiếp dùng giản đồ trở kháng - Đường tròn SWR cắt vòng 1+jx tại 2 điểm Z1, Z2. - Đối chiếu trên thang WTG ⇒ d1 = 0,328 – 0,208= 0,120 λ d2 = (0,5 – 0,208) + 0,172 = 0,463 λ - Trở kháng chuẩn hóa z1 = 1 – j 1,33 (1) z2= 1 + j 1,33 (1) - (1) yêu cầu đoạn chêm có trở kháng j 1,33. Độ dài của 1 dây chêm hởmạch có thể tìm được khi xuất phát từ z = ∞. Dịch chuyển dọc theo mép ngoài của giản đồ (T= 0) về phía nguồn tới điểm j 1,33 ⇒ l1 = 0,397 λ l2 = 0,103 λ = 0,25 – 0,147 = 0,5 – 0,103 . * Để khảo sát sự phụ thuộc vào tần số của SWR cần tính ra R = 100 Ω và L = 6,37 nH rồi vẽ lại sơ đồ mạch dùng kết quả ở trên. Vẽ hình * Phương pháp giải tích: đặt YL= Zl 1 = GL + BL - Dẫn nạp vào đoạn d có tải kết cuối : 35 dtgttjBGjY tjYjBGYY LL LL β=++ ++= , )( )( 0 0 0 (4.12) => trở kháng vào : YjXRZ 1=+= Với 2 0 2 2 )( )1( tYBG tGR LL L ++ += (4.13a) [ ]2020 00 2 )( ))(( tYBGY tYBtBYtGX LL LLL ++ +−−= (4.13b) - Cần tìm d sao cho R = Z0 = 1/Y0 ⇒ từ (4.13a) → Y0 (GL – Y0)t2 – 2BL Y0 t + (GLY0 – GL2 BL2) = 0 ⇒ [ ] 0 0 22 0 )( YG YBGYGB t L LLLL − +−±= , với 0YGL ≠ (4.14) 02Y Bt L−= , với 0YGL = - Từ t => d : ⎪⎪⎩ ⎪⎪⎨ ⎧ >+ ≥ = − − 0),( 2 1 0, 2 1 1 1 tttg tttgd ππ π λ (4.15) - Dùng t và (4.13b) => cảm kháng X, yêu cầu XS = -X => + Dây chêm ngắn mạch : )(2 1)( 2 1 0 1 0 1 Z Xtg Z Xtg SS −− −== ππλ l (4.16a) + Dây chem. hở mạch : )(2 1)( 2 1 01010 X Ztg X Ztg S −− =−= ππλ l (4.16b) §4.4 BỘ GHÉP MỘT PHẦN TƯ BƯỚC SÓNG - Các bộ ghép nhiều đoạn ¼ λ có thể dùng để tổng hợp các bộ phối hợp trở kháng hoạt động ở nhiều dải tần mong muốn. - Bộ ghép ¼ λ chỉ dùng cho tỉa thuần trở . - Một tải phức có thể được chuyển thành tải thuần trở bởi việc sử dụng một đoạn đường truyền có chiều dài thích hợp giữa tải và bộ phối hợp, hoặc dùng đoạn dây chêm nối tiếp hoặc song song phù hợp. Kỹ thuật này thường dẫn tới thay đổi sự phụ thuộc tần số của tải tương đương và gây ra giảm độ rộng băng của sự phối hợp trở kháng. 36 Trong tiết này chúng ta sẽ khảo sát độ rộng băng thông như là một hàm của sự mất phối hợp trở kháng làm tiền đề cho các bộ ghép nhiều khâu ở phần sau. lZZ 01Z = (4.25) Khi tần số f ≠ f0, thì độ dài điện βl ≠ λ0/4, khi đó trở kháng vào của đoạn ghép là : tjZZ tjZZ ZZ L L in + += 1 1 1 ( 4.26 ) - Hệ số phản xạ ( ) ( )( ) ( )ll llinin ZZZjtZZZ ZZZjtZZZ ZZ ZZ 0 2 101 0 2 101 0 0 −++ −+−=+ −=Γ ( 4.27 ) ll l ZZjtZZ ZZ 00 0 2++ −= (4.28) [ ]{ } 212200 sec)(41 1 θZZZZ LL −+ =Γ⇒ (4.29) Φ−=Γ⇒ cos 2 0 0 l l ZZ ZZ ( 4.30) - Gọi Γm là giá trị biên độ cực đại có thể chấp nhận được thì độ rộng băng của bộ ghép được định nghĩa là : ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −=∆ mθπθ 22 (4.31) ol l m m n ZZ ZZ −×Γ− Γ= 0 2 2 1 cosθ (4.32) Độ rộng băng tỷ đối fo f∇ thường được biểu diễn theo %:100 fo f∇ (%) Độ rộng băng của bộ ghép tăng nếu ZL → Z0 Nối sóng non – TEM (ống dẫn sóng) hệ số truyền không còn là hàm tuyến tính của tần số do đó trở kháng sóng sẽ phụ thuộc tần số.Điều này làm phức tạp hơn các đặc trưng của bộ ghép ¼ λ. Tuy nhiên trong thực tế độ rộng băng của bộ ghép thường đủ nhỏ sao cho không ảnh hưởng đến kết quả. Ảnh hưởng của các điện kháng xuất hiện do sự không liên tục (sự thay đổi kích thứớc đường truyền) có thể được khắc phục bởi sự điều chỉnh độ dài của đoạn ghép. §4.5 BỘ GHÉP DẢI RỘNG (Multisection matching Transformer) 1) Lý thuyết phản xạ nhỏ: Xét hệ số phản xạ toàn phần gây bởi sự phản xạ riêng phần tử một số gián đoạn nhỏ. a.Bộ ghép 1 khâu: 37 12 12 1 ZZ ZZ + −=Γ (4.34) 12 Γ−=Γ ( 4.35) 2 21 3 ZZ ZZ l l + −=Γ (4.36) Có thể tính hệ số phản xạ tổng Γ θθ jnh ee 2322321121 ΓΓΓΓΓ+Γ=Γ ∑− θ θ j j e e 2 31 2 31 1 − − ΓΓ+ Γ+Γ=Γ (4.40) * Nếu sự gián đoạn giữa các trở kháng Z1, Z2 và Z2, ZL là nhỏ, thì : ⎪Γ1 .Γ3⎮<< 1 ⇒ (4.41) → Γ ≈ Γ1 + Γ3 e – 2 j θ (4.42) Có nghĩa là hệ số phản xạ tổng phụ thuộc chủ yếu sự phản xạ gây bởi tính không liên tục giữa Z1 và Z2 (Γ1) và sự phản xạ đầu tiên do tính không liên tục giữa Z2 và ZL (Γ3 e – 2 j θ ). Số hạng e – 2 j θ biểu thị sự trễ pha khi sóng đến vào và ra khỏi đường truyền . b. Bộ ghép nhiều khâu: Xét bộ ghép nhiều khâu gồm N phần đường truyền có độ dài như nhau. 01 01 0 ZZ ZZ + −=Γ (4.43a) nn nn n ZZ ZZ + −=Γ + + 1 1 (4.43b) NL NL N ZZ ZZ + −=Γ (4.43c) - Gỉa thiết Zn tăng hoặc giảm đơn điệu dọc theo bộ ghép, Zl thuần thục. Điều này có nghĩa là tất cả các Γn đều là số thực và cùng dấu (Γn > 0 nếu ZL > Z0; Γn < 0 nếu ZL <Z0). Tương tự phần trước hệ số phản xạ tổng có thể được tính sấp sỉ. Γ(θ) = Γ0 + Γ1 e – 2 j θ + Γ2 e –4 j θ +….+ ΓN e – 2 j N θ (4.44) Giả thiết bộ ghép là đối xứng sao cho Γ0 = ΓN, Γ1 = ΓN – 1, Γ2 = ΓN – 2 Vậy (4.44) → ( ) [ ] ( ) ( )[ ]{ }.....2210 ++Γ++Γ=Γ −−−−− θθθθθθ NjNjjNjNjN eeeee (4.45) Nếu N là lẻ thì số hạng cuối cùng là : Γ(N – 1)/2 (e j θ + e – j θ), nếu N chẵn thì số hạn cuối cùng là ΓN/2. Phương trình (4.45) có thể viết dưới dạng một chuỗi Fuorier hữu hạn cosine theo θ. 38 ( ) ( ) ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ Γ++−Γ+Γ=Γ − 2 10 2 1....2coscos2 N jN NNe θθθθ với N chẵn (4.4.6a) ( ) ( ) ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ Γ++−Γ+Γ=Γ −− 2 110 2 1....2coscos2 N jN NNe θθθθ với N lẻ (4.46b) Nhận xét: Có thể tổng hợp bất kỳ hệ số phản xạ mong muốn có dạng hàm theo tần số (θ) bởi việc chọn các hệ số Γn thích hợp và dùng đủ số khâu (N). 2) Bộ ghép nhiều đoạn dạng nhị thức: Đáp ứng thông dải của bộ ghép nhị thức nhiều đoạn có ưu điểm là có độ bằng phẳng ở gần tần số thiết kế tối ưu với cùng một số lượng đoạn ghép. - Bộ ghép được thiết kế sao cho hệ số phản xạ có dạng nhị thức: ( 4.47) ( ) ( NjeA θθ 21 −+=Γ ) ⇒ ( ) NN A θθ cos2=Γ (4.48) Lưu ý rằng ( ) 0=Γ θ với 2 πθ = và ( ) 0=Γn n d d θ θ tại 2 πθ = với n=.2,…,N-1;( 2 πθ = tương ứng với tần só trung tâm mà với 0f 4 π=l và 2 πβθ == l ) Xác định từ điều kiện khi 000 =→→ θf Từ 4.47 suy ra ( ) 0 0 0 2 ZZ ZZ A L LN + −==Γ (4.49a) Suy ra 0 02 ZZ ZZ A L LN + −= − ( 4.49b) - Khai triển nhị thức( 4.47) Suy ra ( 4.50) ( ) ∑ − −=Γ N n jnN n eA C 0 2 0 θ với !)!( ! nnN NCNn −= ( 4.51) - Bước tiếp theo la tìm điều kiện để (4.44) giống với (4.50) Tức là với A cho bởi (4.49) CNnn A=Γ Suy ra , Các trở kháng Zn có thể giải được từ hệ ( 4.43) Tuy Nhiên lời giải đơn giản hơn có thể tìm được nhờ phép gần đúng sau đây: + Vì đã giả thiết rất nhỏ neen có thể viết ( )nΓ n n nn nn n Z Z ZZ ZZ 1 1 1 ln 2 1 + + + ≈+ −=Γ dung ln ( ) 1 12 + −≈ x x Từ (4.52) và (4.49) ⇒ ln ( ) 00 01 ln22222 Z Z ZZ ZZ A Z Z LN n NN n L LNN nn n n CCC −−+ ≈+ −==Γ≈ (4.53) Đây là công thức truy hồi để tìm tất cả Zn + Độ rộng băng 39 - Giả sử là giá trị lớn nhất cho phép , khi đó từ (4.48) mΓ ⇒ mNNm A θcos2=Γ - Với mθ là mép dưới của băng thong ( 2 πθ <n ) ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ Γ= − N m m A 1 1 2 1cosθ (4.54) ⇒ Độ rộng bvăng tính từ (4>33) là ( ) π θmm f ff f f −−=−=∆ 422 0 0 0 ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ Γ−= − N m A coqs 1 1 2 142 π ( 4.55) §4.6 TIÊU CHUẨN BODE – FANO - Các tiêu chuẩn Bode – Fano cho các dạng trở kháng tải khác nhau cho biết giới hạn lý thuyết của giá trị hệ số phản xạ cực tiểu có thể có: - Giả sử muốn tổng hợp 1 mạng phối hợp với đáp ứng của hệ số phản xạ như hình vẽ (a). Khi đó nếu dùng mạch tải RC (a) thì w1lnw1ln 0 dd m m ∫∫ ∆ ∞ Γ=Γ ( 4.79) m w Γ∆= 1ln < RC π - Với tải RC cố định, tăng khi w∆ mΓ tăng - chỉ = 0 khi =0 mΓ w∆ - nếu R tăng và hoặc C tăng chất lượng phối hợp giảm tức là mạch Highẻ-Q khó phối hợp hơn Lowen_Q Vì ln Γ 1 tỷ lệ với tổn hao ngược (return loss, dB) tại đầu vào của mạng phối hợp (MN), (4.79) có thể xem như là yêu cầu rằng diện tích giữa đường cong tổn hao ngược (RL) và đường ⎪Γ⎪ = 1 (RL = o dB) phải nhỏ hơn hoặc bằng 1 hằng số. Dấu = xảy ra (trường hợp tối ưu) khi đường RL được điều chỉnh sao cho ⎪Γ⎪= Γm trên toàn băng thông Uω và ⎪Γ⎪ = 1 trong miền còn lại. Điều này chỉ có thể có với số phần tử trong MN là vô cùng. 40 Chương V: CHIA CÔNG SUẤT VÀ GHÉP ĐỊNH HƯỚNG §5.1 GIỚI THIỆU - Các bộ phận chia công suất và ghép định hướng là các cấu phần SCT thụ động dùng để chia hoặc ghép công suất. - Với bộ chia công suất, một tín hiệu vào được chia thành 2 hay nhiều tín hiệu có công suất nhỏ hơn. Các bộ chia có thể là các cấu phần 3 hoặc 4 cổng, có hoặc không có tổn hao. - Các mạng 3 cổng thường có dạng T và dùng cho chia công suất - Các mạng 4 cổng thường dùng cho ghép định hướng hoặc hỗn tạp. - Bộ chia công suất thường có dạng chia cân bằng (3dB) - Các bộ ghép định hướng có thể được thiết kế cho việc chia công suất tùy ý, còn các bộ ghép hỗn tạp thường dùng cho chia công suất cân bằng. - Các bộ ghép hỗn tạp thường có góc lệch pha giữa các cổng ra là 900 (quadrature) hoặc 800 (magic – T). - Có rất nhiều loại ghép ống dẫn sóng và chia công suất đã được khám phá và nghiên cứu tại MIT Radiation Labotory trong những năm 40 th. - Đến những năm 50 th, 60 th chúng được phát triển để dùng cho công nghệ đường truyền dải và vi dải. §5.2 CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN Trong phần này sẽ sử dụng lý thuyết ma trận tán xạ để rút ra những đặc trưng cơ bản của các mạng 3 và 4 cổng, và định nghĩa các khái niệm: độ cách ly, độ ghép và tính định hướng là những đại lượng cơ bản đặc trưng cho các bộ ghép và chia hỗn tạp. 1) Mạng 3 cổng (T – Junctions) - Là dạng đơn giản nhất của các bộ chia công suất, gồm 2 cổng ra và 1 cổng vào. - Ma trận tán xạ có 9 phần tử độc lập Vẽ hình (5.1) [ ] ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ = 333231 232221 131211 SSS SSS SSS S - Nếu cấu phần là thụ động và không chứa các vật liệu bất đẳng hướng thì phải là thuận nghịch và [S] phải đối xứng. 41 42 - Thường để tránh tổn hao công suất, cần phải có kết cấu không tổn hao và được phối hợp trở kháng ở tất cả các cổng, tuy nhiên điều này là không thể thục hiện được. * Thật vậy nếu tất cả các cổng đều phối hợp thì Si i = 0, i =1,3. (5.2) [ ] ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ = 0 0 0 3231 2321 1312 SS SS SS S - Nếu mạng là không tổn hao thì từ điều kiện (3.53) → ma trận tán xạ phải là unita → ⎪⎪⎩ ⎪⎪⎨ ⎧ =+ =+ =+ 1 1 1 2 23 2 13 2 23 2 12 2 13 2 12 SS SS SS (5.3a,b,c) (5.3d,e,f) 0. 0. 0. 13 * 12 12 * 23 23 * 13 = = = SS SS SS Các điều kiện (5.3d-f) -> S12, S23, S13 = 0 -> mâu thuẫn - Vậy mạng 3 cổng không thể đồng thời thuận nghịch, không tổn hao và phối hợp trở kháng tại tất cả các cổng (gọi tắt là phối hợp). - Nếu mạng không thuận nghịch thì S i j ≠ S j i và điều kiện phối hợp trở kháng tại các cổng và không tổn hao có thể được thõa mãn, mạng được gọi là mạch vòng, cấu tạo từ các vật liệu bất đẳng hướng (như ferrite). - Có thể chứng minh rằng bất kỳ một mạng 3 cổng không tổn hao, phối hợp, phải không thuận nghịch (tức là 1 mạch vòng – Circulator): + ma trận : (5.4) [ ] ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ = 0 0 0 3231 1121 1312 SS SS SS S + Điều kiện không tổn hao => (5.5a,b,c) và ⎪⎩ ⎪⎨ ⎧ = = = 0. 0. 0. 13 * 12 23 * 21 32 * 31 SS SS SS ⎪⎪⎩ ⎪⎪⎨ ⎧ =+ =+ =+ 1 1 1 2 23 2 13 2 23 2 12 2 13 2 12 SS SS SS (5.5d,e,f) => Hoặc S12, S23, S13 = 0 , 1133221 === SSS (5.6a) hoặc S21, S32, S13 = 0 , 1312312 === SSS (5.6b) => ji , i,j = 1 ÷ 3 , tức mạng là không thuận nghịch ij SS ≠ * Một trường hợp khác có thể xảy ra là một mạng không tổn hao, thuận nghịch thì chỉ có 2 trong 3 cổng là phối hợp. - Giả sử cổng 1 và 2 là phối hợp, khi đó: 43 (5.7) [ ] ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ = 332313 2312 1312 0 0 SSS SS SS S Để không tổn hao cần có : ⎪⎩ ⎪⎨ ⎧ =+ =+ = 0.. 0.. 0. 13 * 3312 * 23 33 * 2313 * 12 23 * 13 SSSS SSSS SS (5.8a,b,c) ⎪⎪⎩ ⎪⎪⎨ ⎧ =++ =+ =+ 1 1 1 2 33 2 23 2 13 2 23 2 12 2 13 2 12 SSS SS SS (5.8d,e,f) Các phương trình d-e => 2313 SS = nên từ (5.8a) => S13 = S23 = 0. Do đó 13312 == SS * Nhận xét: Mạng bao gồm 2 cấu phần tách biệt, một phần được phối hợp 2 cổng, 1 phần không phối hợp, 1 cổng * Trường hợp mạng 3 cổng có tổn hao thì có thể thuận nghịch và phối hợp; đây là trường hợp của bộ chia trở tính. 2) Mạng 4 cổng (Các bộ ghép định hướng) (5.9) [ ] ⎥⎥ ⎥⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢⎢ ⎣ ⎡ = 0 0 0 0 342414 342313 242312 141312 SSS SSS SSS SSS S Với mạng thuận nghịch, các cổng đều phối hợp - Nếu mạng không tổn hao, sẽ có 10 phương trình từ điều kiện của ma trận unita. Chẳng hạn xét tích của hàng 1 và hàng 2, hàng 3 và hàng 4: (5.10a,b) 0.. 0.. 23 * 2413 * 14 24 * 1423 * 13 =+ =+ SSSS SSSS Nhân (5.10a) với , (5.10b) với , trừ lẫn nhau => *24S *13S 0)( 2 24 2 13 * 14 =− SSS (5.11) Tương tự cho hàmg (1,3); (2,4) => (5.12a,b) 0.. 0.. 23 * 3412 * 14 34 * 1423 * 13 =+ =+ SSSS SSSS Nhân (5.12a) với S12, (5.12b) với S34 và trừ nhau => 0)( 2 34 2 1223 =− SSS (5.13) 44 a) Nếu S14 = S23 =0, ta có bộ ghép định hướng * Từ tích của các hàng với chính nó => 1 1 1 1 2 34 2 24 2 34 2 13 2 24 2 12 2 13 2 12 =− =− =− =− SS SS SS SS (5.14a,b,c,d) => 2413 SS = và 3412 SS = * Việc giản ước tiếp theo được thực hiện bởi việc hcọn goác pha tham chiếu trên 3 trong 4 cổng. giả sử chọn S12 = S34 = α; S13 = βejθ và S24 = βejϕ với α và β là các số thực, θ và ϕ là các hàng số pha cần tìm (1 trong 2 được chọn trước tùy ý). - Tích chập hàng 2 và 3 => (5.15) 0.. 34 * 2413 * 12 =+ SSSS => Quan hệ giữa hằng số pha : ππϕθ n2+=+ (5.16) Trong thực tế thường xảy ra hai trường hợp : 1,Ghép đối xứng: 2 πϕθ == ( pha của các số hạng có biên độβ đượcchọn bằng nhau ), Khi đó : (5.17) [ ] ⎥⎥ ⎥⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢⎢ ⎣ ⎡ = 00 00 00 0.0 0 αβ αβ βα ββα j j j jj S 2,Ghép phản đối xứng: θ = 0, ϕ = π ( pha của các số hạng có biên độ β được chọn ngược pha), khi đó: (5.18) [ ] ⎥⎥ ⎥⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢⎢ ⎣ ⎡ − −= 00 00 00 00 αβ αβ βα βα S Chú ý : - 2 dạng bộ ghép chỉ khác nhau việc chọn các mặt tham chiếu. - Các biên độ βα , tuân theo chương trình : (5.19) 122 =+βα => Ngoài góc pha tham chiếu, một bộ ghép định hướng lý tưởng chỉ có 1 bậc tự do b) Nếu 2413 SS = và 3412 SS = 45 - Nếu chọn pha tham chiếu sao cho S13 = S24 = α và S12 = S34 = βj (thoả 5.16) thì từ (5.10a) => và từ (5.12a) => 0)( *1423 =+SSα 0)( 23*14 =−SSβ + Nếu 02314 == SS -> lời giải tương tự cho phép định hướng. + Nếu 0== βα , tức là 034241312 ==== SSSS , đây là trường hợp của mạng 2 cổng riêng biệt. * Kết luận: Bất kỳ mạng 4 cổng thuận nghịch không tổn hao và phối hợp đều là 1 bộ ghép định hướng. * Hoạt động của bộ ghép định hướng: - Công suất cung cấp vào cổng 1 được ghép tới cổng 3 với hệ số ghép⎪S13⎪2 = β2, phần còn lại của công suất cung cấp được lậy đến cổng 2 với hệ số⎮S12⎮2 = α2 = 1 - β2. Trong bộ ghép định hướng lý tưởng, không có công suất nào được lấy ra ở cổng 4 (Isolated port) + Các đại lượng đặc trưng cho bộ ghép định hướng: - Độ ghép (Coupling) = C =10lg(P1/P3)=-20lgβ (dB) (5.20a) - Độ định hướng (Directivity) : D = 10lg(P3/P4) = 20lg(β/⎮S14⎮) (dB) (5.20b) - Độ cách ly (Isolation) : I = 10lg(P1/P4) = -20lg⎮S14⎮ (dB) (5.20c) => I = C + D (dB) (5.21) * Bộ ghép hổn tạp : là trường hợp riêng của bộ ghép định hướng với hệ số ghép là 3dB hay 2 1== βα . Có 2 dạng ghép hổn tạp tương ứng góc lệch cổng 2 và 3 là 2π với : [ ] ⎥⎥ ⎥⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢⎢ ⎣ ⎡ = 010 100 001 010 2 1 j j j j S (5.22) Và góc lệch pha 1800 giữa ổng 2 và 3 và ghép bất đối xứng . [ ] ⎥⎥ ⎥⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢⎢ ⎣ ⎡ − −= 0110 1001 1001 0110 2 1S (5.23) 46 §5.3 BỘ CHIA CÔNG SUẤT T - JUNCTION 1) Giới thiệu: T – Junction powerdivider là trường hợp đơn giản của mạng 3 cổng, có thể sử dụng cho chia công suất hoặc cộng công suất và có thể được thực hiện cho hầu hết các dạng môi trường đường truyền. 2) Bộ chia không tổn hao: - Có sự tích tụ năng lượng do sự gián đoạn tại junction, dẫn tới năng lượng tích tụ có thể quy cho dẫn nạp tập trung B. - Điều kiện phối hợp trở kháng ở đầu vào (Z0) 021 111 ZZZ jBYin =++= (5.24) - Nếu các đường truyền là không tổn hao thì các trở kháng đặc trưng là thực, tức B = 0 và 021 111 ZZZ =+ (5.25) - Trong thực tế B thường bù nhờ các phần tử điện kháng (trong dải tần số hẹp). - Các giá trị Z1, Z2 có thể được chọn để thay đổi tỷ số chia công suất. Có thể dùng các đoạn 1/4λ để thay đổi các trở kháng đường ra (Z1, Z2) - Nếu các đường ra được phối hợp thì đường vào sẽ được phối hợp, nhưng sẽ không có sự cách ly giữa 2 cổng ra và sẽ có sự mất phối hợp khi nhìn vào các cổng ra. Ví dụ: Tìm Z1, Z2 để một bộ chia T không tổn hao có Z0 = 50Ω và công suất được chia theo tỷ lệ 2/1. Tính hệ số phản xạ nhìn vào các cổng ra. 3) Bộ chia tổn hao: (bộ chia trở tính) Một bộ chia T có tổn hao có thể phối hợp tại tất cả các cổng mặc dù các cổng ra có thể không được cách ly. Hình bên minh họa một bộ chia dùng các điện trở tập trung, có độ chia đều cho 2 cổng ra (- 3 dB) . Quan niệm rằng tất cả các cổng đều được kết nối với Z0 thì trở kháng Z nhìn vào các điện trở Z0/3 theo sau bởi các đường ra là: 3 4 3 0 0 0 ZZZZ =+= (5.26) Vậy trở kháng vào của bộ chia là : 000 3 2 3 ZZZZin =+= (5.27) Tức là lối vào phối hợp với feed line. Vì mạng là đối xứng cho tất cả các cổng nên phối hợp tại tất cả các cổng, tức là S11 = S22 = S33 = 0 Tại tâm của mạng : 1 00 0 1 3 2 3 2 3 3 2 VZZ Z VV = + = (5.28) 47 132 2 1 VVV == (5.29) => 2 1S S S 233121 === - Công suất phát ra ở mỗi cổng thấp hơn công suất vào 6 dB. - Ma trận tán xạ: [ ] ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ = 011 101 110 2 1S (5.30) Có thể chứng minh [S] không unita - Công suất đầu vào : 0 2 1 2 1 Z VPin = (5.31) - Công suất ở các đầu ra : ( ) inPZ V PP 2 12 1 2 1 0 2 1 32 === (5.32) => Một nữa công suất cung cấp bị tổn hao trên các điện trở. §5.4 BỘ CHIA CÔNG SUẤT WILKINSON 1) Giới thiệu: Dùng cho mạch dải hoặc vi dải. Vẽ hình Có thể phân tích mạch wilkinson bằng cách tách thành 2 mạch đơn giản hơn bằng kỹ thuật phân tích mode chẵn lẻ. 2) Phép phân tích mode chẵn lẻ: Để đơn giản, có thể chuẩn hóa tất cả các trở kháng theo Z0 và vẽ lại (h.b) với các nguồn thế tại các cổng ra. Hai điện trở nguồn có giá trị chuẩn hóa bằng hai mắc song song để cho 1 điện trở giá trị 1, biểu thị trở kháng của nguồn phối hợp. Đoạn λ/4 có trở kháng đặc trưng, chuẩn hóa Z và trở shund có giá trị chuẩn hóa r (với chia cân bằng z = 2 và r = 2). Định nghĩa: Hai mode riêng rẻ của sự kích thích mạch ở (h5.4.2): mode chẵn với Vg 2 = Vg 3 = 2V và mode lẻ với Vg 2 = - Vg 3 = 2 V. Khi chồng chập 2 mode sẽ có kích thích với Vg2 = 4, Vg3 = 0, từ đó tìm ra các thông số S của mạng. a. Mode chẵn: Vg 2 = Vg 3 = 2 → Ve2 = Ve3 và không có dòng qua các điện trở r/2 và qua ngắn mạch giữa các input của 2 đường truyền tại cổng 1 → có thể tách đôi mạng (h5.4.2) với việc hở mạch tại những điểm nói trên để có sơ đồ sau: 48 Khi đó nhìn vào cổng 2 thấy trở kháng 2 2ZZein = (5.33) Vì đường truyền giống như đoạn λ/4 .Vậy, nếu 2=Z thì cổng 2 sẽ phối hợp với mode chẵn, vì .Tiếp theo sẽ tìm từ phương trình đường truyền. VV e 12 = 1=einZ eV1 Nếu đặt x = 0 tại cổng 1 và x = -λ/4 tại cổng 2 thì điện áp trên đoạn đường truyền có thể được viết: )()( xjxj x eeVV ββ Γ+= −+ Với VjVVV e 1)1( 42 =Γ−=⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛−= +λ (5.34) 1 1)1()0(1 −Γ +Γ=Γ+== + jVVVV e Hệ số phản xạ Γ được nhìn tại cổng 1 về phía điện trở chuẩn hóa 2 nên 2 22 22 1 jVV e −==>+ −=Γ (5.35) b. Mode lẻ: VVV gg 23 =−= => và có một điện áp không dọc theo đoạn giữa của mạch (h54.2) do đó có thể tách bằng cách nối đát tại 2 điểm trên machj cắt giữa của nó để có sơ đồ sau: 0 3 0 2 VV −= - Nhìn vào cổng 2 thấy trở kháng r/2 vì đoạn đường truyền song song là λ/4 và ngắn mạch tại cổng 1 (nên có thể xem như hở mạch tại cổng 2). Vậy cổng 2 sẽ được phối hợp nếu chọn r = 2. Khi đó và . Với mode kích thích này tòan bộ công suất rơi trên r/2, không có công suất tới cổng 1 VV 102 = 001 =V 3) Trường hợp các cổng 2 và 3 kết cuối với tải phối hợp: Tương tự như mode chẵn vì V2 = V3 → sơ đồ tương đương Vẽ sơ đồ (Không có dòng chạy qua trở chuẩn hoá 2 nên có thể bỏ như h.b) => ( ) 1221 2 ==inZ (5.36) 4) Các bộ chi Wilkinson không cân bằng và N – way - Vẽ sơ đồ + công thức - Giả sử 2 2 3 K P P = Các phương trình thiết kế sau có thể sử dụng: 3 2 003 1 K KZZ += (5.37a) )1( 2003 2 02 KKZZKZ +== (5.37b) ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ += K KZR 10 (5.37c) 49 Nếu K = 1→ bộ chi cân bằng. Các đường ra phối hợp với các trở K ZRKZR o 032 , == . Các bộ ghép phối hợp có thể được dùng để chuyển đổi các trở kháng ra này. * Các bộ chia Winkinson cũng có thể được thiết kế để có N –way divider hoặc combiner như hình vẽ. Mạch này có thể phối hợp tại tất cả các cổng với sự cách ly giữa tất cả các cổng. Hạn chế của mạch là yêu cầu có điện trở ngang khi N ≥ 3, đó là hạn chế khi chế tạo ở dạng planar. Winkinson divider có thể thực hiện với các đoạn bậc thang để tăng độ rộng băng §5. 5 GHÉP ĐỊNH HƯỚNG ỐNG DẪN SÓNG. 1) Giới thiệu:Các bộ ghép định hướng là các mạng 4 cổng có các đặc trưng cơ bản - Công suất tới tại cổng 1 sẽ ghép tới cổng 2 (through port) và tới cổng 3 (coupled port) nhưng không tới cổng 4 (isolated port). - Tương tự, công suất tới cổng 2 sẽ qua cổng 1 và 4, không qua 3 . - Tỷ số công suất ghép từ 1 đến 3 là C: độ ghép (5.20a). - Công suất rò từ 1 đến 4 là I: độ cách ly (5.20c) - Độ định hướng D = I – C (dB) là tỷ số công suất tới cổng ghép và cổng cách ly. - Bộ ghép lý tưởng được định nghĩa có I và D = ∞, đó là bộ ghép không tổn hao và phối hợp ở tất cả các cỏng. - Bộ ghép định hướng có thể có nhiều dạng: ghép ống dẫn sóng, ghép hỗn tạp (3 dB, quadrature hoặc magic – T) . 2) Bộ ghép lỗ Bethe: Đặc tính định hướng của tất cả các bộ ghép định hướng có được là nhờ sử dụng các sóng hoặc các thành phần sóng riêng rẻ, đồng pha ở cổng ghép và triệt tiêu nhau ở cổng cách ly. Phương pháp đơn giản nhất là dùng 2 ống dẫn sóng có chung 1 lỗ nhỏ trong vách ngăn chung giữa 2 ống, bộ ghép như vậy gọi là Bethe hole coupler. * Nguyên lý hoạt động: Lỗ ghép có thể thay bằng các nguồn bất xạ tương đương, gồm các moment điện và từ. Moment điện và moment từ dọc bức xạ sóng có tính chất đối xứng chẵn và moment từ ngang bức xạ sóng đối xứng lẻ. Bằng cách điều chỉnh biên độ tương đối của các nguồn này có thể làm triệt tiêu bức xạ theo hướng của cổng cách ly và tăng cường bức xạ theo hưởng cổng ghép. Điều này có thể được thực hiện nhờ điều chỉnh thông sôS ở (h5.51a) và θ ở (h5.51b). 50 * Cấu hình song song (h5.51a). Giả thiết có sóng TE10 đến cổng 1, zj y ea xAE βπ −= sin (5.38a) zj x ea x Z AH βπ −−= sin 10 (5.38a) zj z ea x aZ AjH βπβ π −= cos 10 (5.38a) Với βη0010 kZ = : trở kháng sóng của mode TE10 - Biên độ của sóng tới và sóng về của ống dẫn sóng bên dưới là : ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ +−−=+ a s aa s Za s P AjA me π β ππαµπαεω 222 2 2 2 10 02 0 10 10 cossinsin (5.40a) ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −+−=− a s aa s Za s P AjA me π β ππαµπαεω 222 2 2 2 10 02 0 10 10 cossinsin (5.40b) Nhận xét: Biên độ sóng tới cổng 4 ( ) nói chung khác với biên độ sóng tới cổng . Để triệt tiêu công suất tới cổng 3 ( ) cần điều kiện: + 10A − 10A )(24 2sin0 22 0 0 22 0 210 aaka sA −=−== + λ λ ππ π (5.41) Khi đó hệ số ghép là : )( A lg20 - 10 dBAC = (5.42a) Hệ số định hướng là : )( A Alg20 10 - 10 dBD += (5.42a) * Các bước thiết kế - Dùng (5.41) để tìm S (vị trí của lỗ) - Dùng (5.42) để xác định r0 (bán kính lỗ) thõa mãn D, C cho trước. * Cấu hình xiên: Lỗ đặt tại vị trí S = a/2, điều chỉnh θ, để triệt tiêu sóng đến cổng 4. Trong trường hợp này điện trường không thay đổi theo θ nhưng thành phần từ trường ngang thay đổi theo hệ số cos θ, do đó có thể dùng (5.40) với việc thay αm = αmcos θ. Khi đó với 2 as = ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ −−=+ θαµαεω cos2 10 0 0 10 10 ZP AjA me (5.43a) ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ +−=− θαµαεω cos2 10 0 0 10 10 ZP AjA me (5.43b) Điều kiện -> 010 =+A 2 2 0 2 cos βθ k= (5.44) Hệ số ghép : )( 3 4lg20 A lg20 3 0 2 0 - 10 dB ab rkAC β−== (5.45) 51 Ví dụ: Thiết kế bộ ghép bethe song song cho dải băng tần x - ống dẫn sóng hoạt động ở 9 GHz, hệ số ghép 20dB Giải: Các hằng số cho X – band waveguide tại 9GHz, a = 0,02286m , b = 0.01016 , m0333,00 =λ , k0 = 188,5m-1 , , Z1129 −= mβ 10 = 550 , P10 = 4,22.10-7 m2/Ω . Từ (5.41) => mm as 69,9972,0sin 1 == −π (5.42) => 1010 20 20 10 ==−A A => từ (5.40) => r0 theo điều kiện : 0,1 =1,44.106 => r30r 0 = 4,15mm. 52 53 Chương VI: BỘ LỌC SIÊU CAO TẦN §6.1 GIỚI THIỆU Định nghĩa: Bộ lọc siêu cao tần là 1 mạng 2 cổng dùng để điều kiển đáp ứng tần số ở 1 vị trí xác định trong hệ thống SCT, bao gồm các loại tương tự như bộ lọc tần số thấp Ứng dụng: bao gồm tất cả các dạng thông tin SCT, radar, các hệ thống đo dạc và thủy điện. Lịch sử: Từ đầu thế chiến II, bởi Mason, Sykes, Darlington, Fano, Lawson và Richards. - đầu những năm 503, các nhà nghiên cứu ở Stanford Research Institute ứng dụng phương pháp thông số ảnh nghiên cứu các bộ lọc SCT. - Hiện nay hầu hết các bộ lọc SCT được thiết kế sử dụng các phần mềm CAD trên cơ sở phương pháp tổn hao chèn. - Đây vẫn là lĩnh vực đang được nghiên cứu mạnh với việc nghiên cứu tổng hợp bộ lọc với các phần tử phân bố, ứng dụng siêu dẫn nhiệt độ thấp và các linh kiện tích cực. - Các cấu trúc tuần hoàn được đề cập trước tiên do các ứng dụng trong các hệ thống sóng chậm, khuếch đại sóng chạy và do chúng có đáp ứng lọc chắn dải, là cơ sở cho phương pháp thông số ảnh. - Các phương pháp thông số ảnh và tổn hao chèn đều sử dụng mô hình các phần tử tập trung do đó với các bộ lọc SCT, các phương pháp này cần phải có sự điều chỉnh cho các phần tử phân bố, chẳng hạn dùng các trở kháng bậc thang và các đường ghép hoặc các bộ copọng hưởng ghép. §6.2 CÁC CẤU TRÚC TUẦN HOÀN 1) Giới thiệu: - Một đường truyền hoặc một ống dẫn sóng vô hạn mắc tải có chu kỳ với các phần tử điện kháng được gọi là một cấu trúc tuần hoàn. - Có thể có nhiều dạng, tùy thuộc vào môi trường đường truyền. - Thường các phần tử tải được tạo thành từ các chỗ gián đoạn trong đường truyền. chúng có thể được mô hình hóa như là các điện kháng tập trung mắc ngang đường truyền như hình vẽ: 2) Phân tích cấu trúc tuần hòan vô hạn: Xét cấu trúc mô hình như (h6.2.2), mỗi cell đơn vị chiều dài d có dẫn nạp shunt qua điểm giữa của cell, b là dẫn nạp chuẩn hóa so với Z0. Coi đường truyền là một Cascade của các mạng 2 cổng giống nhau. Điện áp và dòng điện tại 2 phía của cell thứ n có quan hệ: (6.1) ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡=⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ + + 1 1 n n n n V V DB CA I V Chú ý: A, B, C, D là các thông số ma trận cho dãy Cascade của một đoạn đường truyền d/2, một dẫn nạp shunt b và một đoạn đường truyền d/2, do đó từ bảng (3.1) ⇒ ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ =⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ 2 cos 2 sin 2 sin 2 cos 1 01 2 cos 2 sin 2 sin 2 cos θθ θθ θθ θθ j j jbj j DC BA = ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ −−+ −+− θθθθ θθθθ sin 2 cos) 2 cos 2 (sin ) 2 cos 2 (sin)sin 2 (cos bbbj bbjb (6.2) Với kd=θ * Với sóng truyền theo hướng +Z phải có : (6.3a) z z eVV γ−= )0()( (6.3b) z z eII γ−= )0()( Với mặt phẳng pha tham chiếu tại z =0 - Tại các nút : (6.4a) d nn eVV γ− + =1 (6.4a) d nn eII γ− + =1 =.> ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡=⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡=⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ + + + + d n d n n n n n eI eV V V DC BA I V γ γ 1 1 1 1 => (6.5) ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ − − + + − − 1 1 n n d d V V eDC BeA γ γ Cho lời giải không tầm thường thì phải có : (6.6) ( ) 0ee D dd2 =−+−+ BCDAA γγ Để ý AD – BC =1 => θθγ sin 2 cos 2 bDAdCosh −=+= (6.7) * Nếu βαγ j+= => θθβαβαγ sin2cossin.sinh bddjddCoshCoshdCosh −=+= (6.8) => 0=α hoặc 0=β (Vì vế phải thuần thực) 54 + Trường hợp 1: α = 0, β≠ o : trường hợp không suy giảm (sóng) và được định nghĩa là giải thông của cấu trúc. Khi đó (6.8) → θθβ sin 2 cos bdCosh −= (6.9a) → có thể giải tìm β nếu độ lớn của vế phải ≤ 1, và khi đó sẽ có vô số giá trị β thõa mãn (6.9a). + Trường hợp 2: α≠ 0, β = 0,π: sóng bị suy giảm theo chiều dài đường truyền, đây là giải chặn (stop band) của cấu trúc. Vì đường truyền là không tổn hao nên công suất bị phản xạ ngược trở lại đầu vào của đường truyền từ (6.8) ⇒ 1sin2 cos ≥−= θθα bdCosh (6.9b) - (6.9b) chỉ có một lời giải α > 0 cho sóng chạy dương. Nếu 1sin 2 cos ≤− θθ b thì (6.9.b) thu được từ (6.8) bằng cách cho πβ = . Khi đó tất cả các tải tập trung trên đường truyền đều là các đoạn 2 λ do đó trở kháng vào giống như trường hợp β = 0. * Vậy tùy thuộc vào tần số và giá trị dẫn nạp chuẩn hóa mà đường truyền tải tuần hoàn có thể là Pass band hoặc Stopband và do đó có thể xem như là một bộ lọc. Điện áp và dòng chỉ có nghĩa tại các đầu cuối của Unit cell. Sóng áp và dòng lúc này có tên là các sóng bloch, tương đương như các sóng đàn hồi lan truyền qua mạng tinh thể tuần hoàn. + Định nghĩa: Trở kháng đặc trưng tại các đầu cuối của cell đơn vị 1 1 0 + += n n B I VZZ (6.10) (Vì các Vn+1 là các đại lượng chuẩn hóa) Các ZB có tên là các trở kháng Bloch. - Từ (6.5) => ( ) 011 =+− ++ nnd BIVeA γ Và từ (6.10) => ( )dB eA BZZ γ−−= 0 từ (6.6) => ( ) 42 2 0 −+−− −=± DADAA BZZB m (6.11) Với các cell đơn vị đối xứng , A = D ⇒ 12 0 − −= A BZ ZB (6.12) Các lời giải ± tương ứng trở kháng đặc trưng cho các sóng chạy dương và âm. Với mạng đối xứng, các trở khang này đồng thời được chấp nhận vì khi đó chiều của I n + 1 được định nghĩa ngược lại → trở kháng dương. Từ (6.2) ⇒ B luôn thuần ảo - nếu 0,0 ≠= βα => ZB thực - nếu 0,0 == βα => ZB ảo 55 3) Cấu trúc tuần hoàn có kết cuối: ZL Giả sử cấu trúc hoạt động ở Passband (6.13a) ndjndjn eVeVV ββ −−+ += 00 ndj B ndj B ndjndj n eZ Ve Z VeIeII ββββ − − − + + −−+ +=+= 0000 (6.13b) Với : sóng tới (6.14a) ndjn eVV β−++ = 0 : sóng phản xạ (6.14b) ndjn eVV β−++ = 0 => , −+ += nnn VVV − − + + += B n B n n Z V Z VI (6.15) - Tại tải (n = N) : ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ +==+= − − + + −+ B V B VZIZVVV NNLNLNNN (6.16) 1 1 − − ==Γ − + + − B L B L n n Z Z Z Z V V (6.17) Nếu cell dơn vị là đối xứng (A = D) ⇒ => BBB ZZZ =−= −+ BL BL ZZ ZZ + −=Γ (6.18) §6.3 THIẾT KẾ BỘ LỌC BẰNG PHƯƠNG PHÁP THÔNG SỐ ẢNH 1) Trở kháng ảnh và hàm truyền cho các mạng 2 cổng: Xét mạng 2 cổng tùy ý như hình vẽ: Định nghĩa: + Zi1: Trở kháng vào tại cổng 1 khi cổng 2 kết cuối với zi2. + Zi2: Trở kháng vào tại cổng 2 khi cổng 1 kết cuối với zi1. Vậy cả 2 cổng đều phối hợp khi cùng kết cuối với các trở kháng ảnh của chúng. Chúng ta sẽ tìm biểu thức cho Zi1, Zi2 theo ABCD: 221 221 DICVI BIAVV += += (6.22) Trở kháng vào tại cồng 1 khi cổng 2 kết cuối với Zi2 : DCZ BAZ DICV BIAV I VZ i i in + +=+ +== 2 2 22 22 1 1 1 (6.23) (Vì ). Để ý AD – BC =1 => 222 IZV i= 56 112 112 AICVI BIDVV +−= −= (6.24) => DCZ BIDV AICV BIDV I VZ i in + +=+− −−=−= 1 11 11 11 2 2 2 (6.25) - Để Zin1 = Z1 , Zin2 = Z2 => ( 121 iii CZAZBDZ )−=− (6.26) => AC BDZ CD ABZ ii == 21 , (6.27) Và A DZZ inin 12 = Nếu mạng đối xứng (A=D) thì Zi1 = Zi2 * Hàm truyền điện áp : xét mạng như (h.6.3.2) 1 1 112 VZ BDBIDVV i ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −=−= (6.28) (Vì ) => 111 iZIV = ( BCADADZBDVV i −=−= 112 ) (6.29a) ( BCADDAAIVCII −=+−= 1112 ) (6.29b) + Hệ số A D nghịch đảo nhau ở (6.29a) và (6.29b) và được gọi là tỉ số chuyển đổi ngược. + Phần còn lại được định nghĩa là hệ số lan truyền của mạng BCADe −=−γ (6.30) => AD=γcosh (6.31) 57

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfkythuatsieucaotan.pdf