Đo lường điện - Bài 8: Đo các tham số của dao động điều chế

â Mai Quốc Khỏnh - 04/2010 1/28 Bài 8 Đo cỏc tham số của dao động điều chế Mai Quốc Khỏnh Khoa Vụ tuyến điện tử Học viện KTQS Mụn học: Đo lường điện Bộ m ụn L TM -Đ L â Mai Quốc Khỏnh - 04/2010 2/28 Nội dung  Khái niệm chung về đo điều chế  Đo điều biên  Đo điều tần Bộ m ụn L TM -Đ L â Mai Quốc Khỏnh - 04/2010 3/28 Phần I Khái niệm chung  Khái niệm điều chế  Tín hiệu điều biên  Tín hiệu điều tần Bộ m ụn L TM -Đ L â Mai Quốc Khỏnh - 04/2010 4/28 Khái niệm điều chế  Trong lĩnh vực điện tử và viễn thông thường dùng các tín hiệu điều chế khác nhau  Các dạng điều chế: Điều chế biên độ Điều chế tần số Điều chế pha Điều chế xung v.v...  Giới hạn nghiên cứu các phương pháp đo các tham số điều chế của tín hiệu điều biên và tín hiệu điều tần Một số dạng điều chế: OOK, Digital Modulations: ASK Signals, FSK Signal, PSK SignalsBộ m ụn L TM -Đ L â Mai Quốc Khỏnh - 04/2010 5/28 Tín hiệu điều biên  Tín hiệu điều biên là một dao động cao tần có biên độ biến thiên theo qui luật của hàm S(t) nào đó.  S(t) có thể là hàm bất kỳ, được gọi là hàm điều chế. Nếu S(t) là một dao động điều hòa S(t) = UΩmcos Ωt thì dao động điều biên có dạng: U(t) = Um (1 + mcosΩt) sinωt  Um là biên độ của dao động cao tần bị điều chế  ω = 2πf với f là tần số cao tần của dao động bị điều chế Ω = 2πF với F là tần số của dao động điều chế m là hệ số điều chế biên độ.  Đo tham số điều chế của tín hiệu điều biên chính là phép đo hệ số điều biên m FM SignalAMModulation Bộ m ụn L TM -Đ L â Mai Quốc Khỏnh - 04/2010 6/28 Tín hiệu điều biên Bộ m ụn L TM -Đ L â Mai Quốc Khỏnh - 04/2010 7/28 Tín hiệu điều biên  Nếu điều chế biên độ tín hiệu cao tần U(t) = Umsinωt bằng dao động hình sin tần thấp s(t) = UΩmsinΩt thì hệ số điều biên:  Hệ số điều biên còn có thể xác định theo [%]100 mU Um ∆= 100[%]−= + A Bm A B Bộ m ụn L TM -Đ L â Mai Quốc Khỏnh - 04/2010 8/28 Tín hiệu điều tần  Tín hiệu điều tần là một dao động cao tần được điều chế tần số bằng một tín hiệu điều hòa tần thấp U(t) = Umcos (ωot + mfsin Ωt) Um là biên độ của điện áp cao tần bị điều chế (sóng mang) ω0 =2πfo với fo là tần số cao tần của tín hiệu bị điều chế Ω = 2πF với F là lần số của tín hiệu điều chế mf là chỉ số điều tần ∆f là độ dịch tần: độ lệch tần số cực đại so với giá trị trung bình fo f fm F ω∆ = = Ω ∆ FM SignalModulation Bộ m ụn L TM -Đ L â Mai Quốc Khỏnh - 04/2010 9/28 Tín hiệu điều tần  Nếu tín hiệu điều chế có dạng: s(t) = UΩm cosΩt thì độ dịch tần tỷ lệ với biên độ của dao động điều chế ∆f = K. UΩm với K là một hệ số tỷ lệ  Đo tham số của tín hiệu điều tần bao gồm: Đo chỉ số điều tần mf (thực hiện khi khai thác các thiết bị viễn thông) Đo độ dịch tần ∆f (thực hiện khi hiệu chuẩn các máy thu phát)Bộ m ụn L TM -Đ L â Mai Quốc Khỏnh - 04/2010 10/28 Tín hiệu điều tần Bộ m ụn L TM -Đ L â Mai Quốc Khỏnh - 04/2010 11/28 Phần II Đo điều biên  Phương pháp sử dụng máy hiện sóng Phương pháp quét thẳng Phương pháp quét sin Phương pháp quét tròn  Phương pháp tách sóng kép Bộ m ụn L TM -Đ L â Mai Quốc Khỏnh - 04/2010 12/28 Phương pháp sử dụng MHS  Phương pháp quét thẳng: MHS thiết lập ở chế độ quét liên tục - đồng bộ trong Y X UĐB(t)Dao động cao tần Dao động điều chế Máy phát điều biên .100 [%] A Bm A B − = + AB Tớn hiệu AM trờn MHS số Bộ m ụn L TM -Đ L â Mai Quốc Khỏnh - 04/2010 13/28 Phương pháp sử dụng MHS  Phương pháp quét sin Máy hiện sóng thiết lập ở chế độ khuếch đại Y X UĐB(t) UĐC(t) Dao động cao tần Dao động điều chế Máy phát điều biên .100 [%] A Bm A B − = + BA AB Bộ m ụn L TM -Đ L â Mai Quốc Khỏnh - 04/2010 14/28 Phương pháp tách sóng kép  Đo hệ số điều chế m theo công thức ∆U và Um được xác định bằng phương pháp tách sóng biên độ  Sơ đồ thực hiện phương pháp này bao gồm hai bộ tách sóng biên độ  phương pháp tách sóng kép [%]100 mU Um ∆= Bộ m ụn L TM -Đ L â Mai Quốc Khỏnh - 04/2010 15/28 Phương pháp tách sóng kép  Sơ đồ có hai bộ tách sóng biên độ: BTS1: TSBĐ có đầu vào mở bao gồm Đ1, C1, biến trở R1, R3 và R4 BTS2: TSBĐ có đầu vào đóng bao gồm Đ2, C2 và R2 CCĐ Đ1 Đ2 C1 C3 R1 R3 R4 R2 C2 CM 1 2 UĐB(t) A B C Bộ m ụn L TM -Đ L â Mai Quốc Khỏnh - 04/2010 16/28 Phương pháp tách sóng kép  Bước hiệu chỉnh: CM1 UĐB(t) = Um (1 + mcosΩt) sinωt BTS1 BTS1 tách sóng biên độ tín hiệu cao tần UA(t) = Um (1+mcosΩt) = Um + UmmcosΩt Tín hiệu này đưa tới đồng hồ chỉ thị từ điện  trị số chỉ thị đồng hồ ~ giá trị biên độ Um của điện áp cao tần (sóng mang) Thay đổi biến trở R1 sao cho kim đồng hồ chỉ thị ứng với một số giá trị cố định của thang đo Bộ m ụn L TM -Đ L â Mai Quốc Khỏnh - 04/2010 17/28 Phương pháp tách sóng kép  Bước đo: CM2 UA(t) = Um + mUmcosΩt  BTS2 Tại điểm B UB(t) = mUmcosΩt BTS2 tách sóng biên độ tín hiệu âm tần UC(t) = mUm + mUmcosΩt Tín hiệu này đưa tới đồng hồ chỉ thị từ điện  trị số chỉ thị đồng hồ ~ giá trị mUm α = mUm vì Um = const, nên có thể khắc độ trực tiếp đồng hồ chỉ thị theo giá trị độ sâu điều biên mBộ m ụn L TM -Đ L â Mai Quốc Khỏnh - 04/2010 18/28 Phương pháp tách sóng kép Đây là phương pháp thông dụng nhất dùng để chế tạo các máy hệ số điều biên, tích hợp ngay trong các máy thu phát vô tuyến điện Sai số khoảng 1 ữ5%. Bộ m ụn L TM -Đ L â Mai Quốc Khỏnh - 04/2010 19/28 Phần III Đo điều tần  Phương pháp tách sóng tần số  Phương pháp sử dụng tính chất hàm Bessel cấp 0  Phương pháp sử dụng MHS Bộ m ụn L TM -Đ L â Mai Quốc Khỏnh - 04/2010 20/28 Phương pháp tách sóng tần số  Nguyên tắc: sử dụng bộ tách sóng tần số để tách tín hiệu điều chế ra khỏi tín hiệu điều tần; sau đó đo biên độ của tín hiệu điều chế bằng vôn mét điện tử Vôn mét là dạng vôn mét tách sóng biên độ Thang đo của vôn mét khắc độ trực tiếp theo độ dịch tần ∆f Đây là phương pháp thông dụng nhất để đo độ dịch tần Biến đổi ĐT  ĐBĐT Tách sóng biên độ UĐT(t) UĐC(t) UĐBĐT(t) Bộ tách sóng tần số Bộ m ụn L TM -Đ L â Mai Quốc Khỏnh - 04/2010 21/28 Phương pháp tách sóng tần số  Bộ tách sóng tần số: tín hiệu điều tần UĐT(t) được biến đổi thành tín hiệu vừa điều biên vừa điều tần UĐBĐT(t), sau đó được tách sóng biên độ để lấy ra tín hiệu điều chế UΩ(t) RtUĐT(t) UΩ(t) Biến đổi ĐT  ĐBĐT TSBĐBộ m ụn L TM -Đ L â Mai Quốc Khỏnh - 04/2010 22/28 Phương pháp tách sóng tần số UBĐ UmĐBĐT 0 f t fCH f0 t ∆f UĐBĐT(t) t UTSBĐ t f 0Bộ m ụn L TM -Đ L â Mai Quốc Khỏnh - 04/2010 23/28 Phương pháp tách sóng tần số  Máy đo độ dịch tần bằng phương pháp tách sóng tần số tương đương với sơ đồ máy thu đổi tần Trộn tần Ngoại sai Vôn mét điện tử Lọc tần thấp Khuếch đại trung tần Hạn chế Tách sóng tần số UĐT(t) Bộ m ụn L TM -Đ L â Mai Quốc Khỏnh - 04/2010 24/28 Phương pháp sử dụng tính chất hàm Bessel cấp 0  Một dao động điều tần có thể biểu diễn dưới dạng phổ:  Jo(mf) là hàm Bessel cấp 0 của chỉ số điều chế mf  Jn(mf) là hàm Bessel cấp n của chỉ số điều tần mf J0 (mf) 2,4 5,52 8,65 11,79 mf Đồ thị hàm Betxen cấp 0 của mf 0 0 0 0 1 ( ) ( )cos ( ) cos( ) ( 1) cos( )nm f n f n U t U J m t J m n t n tω ω ω ∞ =   = + + Ω + − − Ω    ∑ Bộ m ụn L TM -Đ L â Mai Quốc Khỏnh - 04/2010 25/28 Phương pháp sử dụng tính chất hàm Bessel cấp 0  Tính chất của hàm Bessel cấp 0: triệt tiêu ở các điểm mf = 2,4; 5,52; 8,65; 11,79...  khi đó tín hiệu tần số mang ω0 trong phổ dao động điều tần cũng bị triệt tiêu  Phương pháp dựa vào hàm Bessel cấp 0 dựa trên cơ sở hiện tượng này dùng để đo chỉ số điều tần mf  Quan hệ của chỉ số điều tần mf với biên độ điện áp điều chế UΩm và tần số điện áp điều chế Ω:  Hai cách thay đổi mf  thay đổi Ω; giữ nguyên UΩm (ít dùng)  thay đổi UΩm; giữ nguyên Ω (thông dụng) Ω = Ωmf UKm . Bộ m ụn L TM -Đ L â Mai Quốc Khỏnh - 04/2010 26/28 Phương pháp sử dụng tính chất hàm Bessel cấp 0  Sơ đồ thực hiện phương pháp đo chỉ số điều tần dựa vào tính chất hàm Bessel cấp 0 Mạch vàoUĐT(t) UĐC(t) Dao động cao tần Dao động điều chế Máy phát điều tần Vôn mét ĐT Trộn tần KĐ trung tần Bộ lọc Chỉ thị KĐ âm tầnNgoạisai UĐT(t) Máy đo điều tần Bộ m ụn L TM -Đ L â Mai Quốc Khỏnh - 04/2010 27/28 Phương pháp sử dụng tính chất hàm Bessel cấp 0 UΩm mf U1 U2 U4 U3 2,4 5,52 8,65 11,79  Bước hiệu chỉnh: khi mf thay đổi qua các giá trị 2,4; 5,52; 8,65; 11,79 thì điện áp đầu ra của máy thu sẽ bằng 0. Ghi lại các giá trị của vol mét điện tử tương ứng với các thời điểm chỉ thị trên máy thu bằng 0, ta có các giá trị tương ứng là U1, U2, U3... Từ đó xây dựng được đặc tuyến UΩm = ϕ(mf) Bộ m ụn L TM -Đ L â Mai Quốc Khỏnh - 04/2010 28/28 Phương pháp sử dụng tính chất hàm Bessel cấp 0  Bước đo: Giả sử máy phát làm việc ở một trị số mf nào đó của chỉ số điều tần. Muốn xác định trị số mf đó chỉ cần xác định điện áp ở đầu ra của volmet điện tử rồi dựa vào đặc tuyến tìm ra giá trị mf UΩm mf U1 U2 U4 U3 2,4 5,52 8,65 11,79 Ux mf Bộ m ụn L TM -Đ L â Mai Quốc Khỏnh - 04/2010 29/28 Phương pháp sử dụng MHS  Máy hiện sóng thiết lập ở chế độ khuếch đại Y X UĐT(t) UĐC(t) Dao động cao tần Dao động điều chế Máy phát điều tần Dao động phụ Mạch xoay pha d D K mở: điều chỉnh tần số dao động phụ  elip; điều chỉnh xoay pha  đường thẳng  K đóng  hình ảnh biến thành hình elip mang thông tin về mf K [ ]arcsin 100 %f dm D =  Chỉ đo độ dịch tần nhỏ  Sai số khoảng 10% Bộ m ụ L TM -Đ L â Mai Quốc Khỏnh - 04/2010 30/28 VÀ CUỐI CÙNG LÀ ...  CẢM ƠN Bộ m ụn L TM -Đ L