Chương 1 Sơ đồ khối tổng quát, chỉ tiêu kỹ thuật chủ yếu của các thiết bị thu phát
2. Độ nhạy của máy thu
Từ sơ đồ nguyên lý ta có thể tính đ−ợc hệ số tạp âm, song không trực tiếp
đánh giá định l−ợng độ nhạy của máy thu. Biểu diễn toàn bộ thiết bị thu nh−
mạng bốn cực có sinh tạp âm trên (hình 3- 3) có các tham số: Hệ số khuếch đại công suất của toàn bộ máy thu hệ số tạp âm và dải thông tần tạp âm t−ơng đ−ơng D
pch,
K Nch
t© .
( Pth/ Pta)v ( Pth/ Pta)r
H×nh 3 - 3
Giả thiết rằng các tầng trong tuyến tần số vô tuyến của máy thu làm việc trong chế độ tuyến tính và độ nhạy của máy thu chủ yếu đ−ợc xác định bằng tuyến này. Chúng ta biết công suất tạp âm ở đầu ra máy thu đ−ợc xác đinh theo công thức :
Ptara = PtaA.Kpch +Ptabt (3.2)
Công suất tạp âm khi coi Anten nh− một nguồn tạp âm và Anten phối hợp trở kháng với đầu vào của máy thu có dạng :
PtaA
PtaA =k T D. .A ta =k t T D. . .A ta (3.3)
ở đây - : nhiệt độ tạp âm tương đối của Anten, nó chỉ ra công suất tạp âm trên Anten thực tế cao hơn công suất tạp âm trên Anten t−ơng đ−ơng bao nhiêu lần khi cùng nhiệt độ môi trường xung quanh .
T T tA = A/
Công suất tạp âm bản thân của máy thu có thể biểu diễn qua hệ số tạp âm : Ptabt =kTD Nta( ch−1 .) Kpch (3.4)
Thay PtaA và Ptabt vào công thức của Ptara; ta có:
tara ta ch A 1 . pch
P =kTD N + −t K (3.5)
Đây là công thức để xác định các độ nhạy của máy thu. Trên thực tế thường dùng hai khái niệm sau đây về độ nhạy.
a) Độ nhạy ng−ỡng:
Độ nhạy ng−ỡng của máy thu đ−ợc đánh giá bằng công suất danh định hay sức điện động cực tiểu của tín hiệu trên Anten khi ở đầu ra phần tuyến tính của máy thu công suất của tín hiệu bằng công suất tạp âm. Nghĩa là ở đầu ra phần tuyÕn tÝnh:
Pthng =Ptara =k T D N. . ta ch+ −tA 1Kpch Rút ra độ nhạy ng−ỡng:
thng 1
Ang ta ch A
pch
P P kTD N t
= K = + − (3.6)
Trong một số tài liệu, người ta cũng dùng khái niệm độ nhạy giới hạn cho
định nghĩa này
b) Độ nhạy thực tế:
Độ nhạy thực tế của máy thu đ−ợc đánh giá bằng công suất danh định hay là sức điện động cực tiểu của tín hiệu trên Anten khi tín hiệu ở đầu ra cao hơn tạp
©m γ lÇn.
Pthra =γPtara =k T D N. . ta ch+ −tA 1Kpchγ Từ đó độ nhạy thực tế:
. .
Ath te ta ch A
P =k TD N + −t 1γ (3.7)
Nếu tạp âm phụ gây ra trên Anten do các nguồn ngoài cảm ứng vào có thể bỏ qua, nghĩa là tA = 1. Vậy:
Athte . ta ch
P =kT D N γ (3.8) ở đây k = 1,38.10−23 Jun/độ: hằng số Bônzman
T: Nhiệt độ tuyệt đối.
Dta : Dải tập âm t−ơng đ−ơng của máy thu.
γ : Phụ thuộc vào ph−ơng pháp điều chế của tín hiệu, ph−ơng pháp thu, tính chất của bộ tách sóng, sơ đồ giữa bộ tách sóng và thiết bị cuối cùng (dải thông của các tầng này)... là một số không thứ nguyên.
Từ công thức (3.8) ta nhận thấy nếu hệ số tạp âm và dải thông tần tạp âm tương đương càng nhỏ thì độ nhạy càng cao.
Để so sánh độ nhạy của máy có dải thu tạp âm tương đương khác nhau,
đánh giá một cách hợp lý trị số công suất trên Anten của chúng, người ta dùng khái niệm độ nhạy riêng trong đơn vị dải thông:
. . .
A
ch
P k T N
F = γ
∆ (3.9) Trong trường hợp này độ nhạy của máy thu tính bằng đơn vị kT.
Th−ờng lấy giá trị tiêu chuẩn của kT là : 4.10 - 21Jun/Hz. Độ nhạy của máy thu có thể đ−ợc đánh giá bằng trị số sức điện của tín hiệu trên Anten. Công suất danh định của tín hiệu trên Anten đ−ợc xác định công thức:
A A
A R
P E 4
= 2
VËy EA = 4 .P RA A = 4kTD Nta( ch+ −tA 1) .γ RA (3.10) NÕu cho: kT = 4.10 - 21Jun/Hz= 4.10 - 18Jun/KHz; tA=1;Dta tÝnh theo KHZ;
điện trở của Anten RA tính KΩ, thì:
[ ] [ ].
A 8 ta Z A ch
E = àv = β D kH R kΩ N (3.11)
Trong đó β= γ biểu thị mức điện áp tín hiệu so với tạp âm. Cuối cùng vẫn phải chú ý là hệ số tạp âm của máy thu Nch cơ bản quyết định bởi hệ số tạp
âm của thiết bị vào và tầng đầu tiên. ở dải sóng dài, trung, ngắn trong tính toán sơ bộ hệ số tạp âm chung của máy thu có thể lấy bằng hệ số tạp âm của mạch vào, và tầng đầu tiên :
1 ''' ( " 1) " ( "A 't)2
A tA A v
v A
t G G
G G R G t G
N G − + +
+ +
=
Trong đó : G’A: điện dẫn của Anten ( nh− nguồn tín hiệu, tính đến đầu vào tầng đầu tiên).
2 :
2 '
P
Gt = Gt điện dẫn phụ tải tính đến đầu vào tầng đầu tiên:
2 2
t o
G =G +P Gv
3. Chọn các tham số của tuyến tần số tín hiệu suất phát từ điều kiện
đảm bảo của độ nhạy cao của máy thu:
Từ biểu thức, lý luận ở trên, ta nhận thấy với hệ số đã chọn, độ nhạy của máy thu phụ thuộc vào các yếu tố sau:
a) Các hệ số truyền đạt công suất KPpd; KPmv; KP1... để đảm bảo độ nhạy cao cần phải tăng hệ số truyền đạt công suất của thiết bị vào (giả thíêt KPpd =1).
Nh− vậy cần dùng mạch vào một mạch dao động và cố gắng đảm bảo điện dẫn cộng h−ởng t−ơng đ−ơng Gtd cực tiểu (Gtd = P12 GA+ Go+ P22Gv). Mạch dao
động cần chọn có phẩm chất cao, khi đó
o tdQ
G ρ
1
0 = giảm,trở kháng đặc tr−ng ρtd cực đại.
(
td td
td C
= L
ρ ).
Ngoài ra để cho Kpmv lớn cần chọn chế độ phối hợp trở kháng thiết bị vào với Anten phiđe, hay là chế độ không phối hợp trở kháng tốt nhất theo tạp âm.
Dụng cụ khuếch đại (đ−ợc đặc tr−ng bằng điện trở tạp âm, điện dẫn vào Gv, nhiệt độ tạp âm tương đối ở đầu vào : tv ). Các tầng đầu tiên cần chọn dụng cụ
khác có điện trở tạp âm, điện dẫn đầu vào, và nhiệt độ tạp âm tương đối ở đầu vào nhỏ. Dụng cụ cần phải có hỗ dẫn lớn (vì hệ số khuếch đại công suất tỷ lệ với bình phương hỗ dẫn) để đảm bảo hệ số khuếch đại công suất cao.
Càng giảm tạp âm của Anten hay phiđe và dải thông của máy thu.
Tóm lại để nâng cao độ nhạy của máy thu cần phải chọn đúng dạng Anten- phiđe, thiết bị vào, và độ ghép giữa hệ thống Anten - phiđe với thiết bị vào, chọn dạng và tham số của dụng cụ điện tử tầng đầu tiên cho phù hợp.
3.2. Cấu Trúc của tuyến tần số tín hiệu để đảm bảo độ chọn lọc đã cho
Hiện nay ở bất cứ thời điểm nào cũng có rất nhiều đài vô tuyến cùng làm việc. Trong Anten thu ngoài tín hiệu đài cần nhận còn sức điện động của rất nhiều các đài khác cảm ứng vào. Sức điện động của các đài nhiễu này đôi khi cao hơn điện áp của tín hiệu có ích hàng trăm, nghìn lần... Vì vậy trong tất cả các thiết bị thu dùng chọn lọc tần số để tách tín hiệu có ích khỏi tập hợp tín hiệu và nhiễu có tần số khác nhau là một vấn đề vô cùng quan trọng.
( ∆ f = 0 )
fo
th n
U
U ⎟⎟ ⎠ = 0
⎜⎜ ⎞
⎝
⎛
AO A
E E
o= f
th= U
gt= k
∆ f
H×nh 3- 4
Độ chọn lọc được đánh giá theo đường cong cộng hưởng của máy thu, tức là theo sự phụ thuộc của trị số sức điện động trên Anten vào tần số khi không điều chỉnh cộng hưởng với điều kiện là công suất đầu ra của máy thu không thay đổi.
Hình 3 - 4 (đường liền) biểu diễn dạng đường cong cộng hưởng đó. ở đây : độ lệch cộng hưởng (f: tần số tín hiệu có sức điện động cảm ứng fo
f f = −
∆
trên Anten bằng EA; fo : tần số cộng h−ởng của máy thu trên Anten có sức điện
động EAo - tương ứng với độ nhạy máy thu).
Để thu tín hiệu có ích với độ méo nhỏ nhất cần phải đảm bảo dải thông tần phù hợp, trong giới hạn dải thông đó độ suy giảm không đ−ợc v−ợt quá trị số đã
cho, ngoài giới hạn dải thông cần phải đảm bảo suy giảm lớn nhất, độ chọn lọc của máy thu càng cao.
Đặc tuyến cộng h−ởng chỉ đ−ợc xét ở tuyến tần số tín hiệu và trung tần, khi truyền đến đầu vào máy thu một điện áp dao động cao tần điều hoà cho nên người ta gọi là chọn lọc một tín hiệu. Tuy nhiên trong đa số các tr−ờng hợp thực tế ở
đầu vào máy thu có ít nhất hai điện áp cùng tác dụng: Một của đài cần nhận, và một của đài nhiễu. Lúc đó đánh giá tính chất chọn lọc nhờ đặc tuyến cộng hưởng chỉ thoả mãn khi điện áp nhiễu tương đối nhỏ, không vượt quá 10 - 100àv. Khi nhiễu mạnh, đặc tuyến này không phản ảnh độ chọn lọc thực tế của máy thu. Để
đánh gía đầy đủ hơn tính chất chọn lọc của máy thu ta dùng khái niệm đặc tuyến chọn lọc thực tế. Nó tính đến các hiện tượng do tính không đường thẳng của các phần tử trong máy thu gây ra; nó còn đ−ợc gọi là độ chọn lọc nhiều tín hiệu.
D−ới đây ta xét tỷ mỉ các loại chọn lọc này.