TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG
KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THƠNG

------

BÁO CÁO CUỐI KỲ

Mơn

: Thí nghiệm Siêu cao tần

Giáo viên hướng dẫn

: Nguyễn Thị Hồng

Yến
Lớp

: 18DT1

- Đà Nẵng, 5/2021 -

1


PHÂN BỔ CƠNG VIỆC TRONG NHĨM
- Vì nhóm có 2 người nên công viêc được chia đều cho cả hai người.
- Việc thực hành trên lớp mỗi người đều phải làm 3 bài thực hành sau đó đối
chiếu kết quả với nhau.
- Việc viết báo cáo được phân công như sau:
+: Báo cáo lab1, trả lời câu hỏi tính tốn lab3.

+: Báo cáo lab2, vẽ bounce diagram và giải thích dựa trên tính tốn.
Vì thế mức độ tham gia của thành viên trong nhóm là như nhau và rất tích
cực nên thang điểm mức độ tham gia của mỗi thành viên trong nhóm như
sau:


LAB 1
PHÂN TÍCH TÍN HIỆU TRONG MIỀN TẦN SỐ VÀ THỜI GIAN
Sử dùng phần mềm PSPICE để mô phỏng mạch phân tích tín hiệu trong miền tần
số và thời gian.
Sơ đồ mạch như sau:

Thực hiện mô phỏng mạch theo yêu cầu của bài thí nghiệm:
Vẽ đồ thị biểu diễn:
Khảo sát từ tần số 100MEGHz đến 5GHz.Điện áp nguồn được biểu diễn bằng
đường màu xanh, điện áp tải được biểu diễn bằng đường màu đỏ:


1. ĐỒ THỊ ĐIỆN ÁP TẢI VÀ ĐIỆN ÁP NGUỒN

2. ĐỒ THỊ DÒNG ĐIỆN NGUỒN VÀ DÒNG ĐIỆN TẢI

3.ĐỒ THỊ DÒNG ĐIỆN VÀ ĐIỆN ÁP TRÊN 1 ĐỒ THỊ VỚI 2 TRỤC TUNG
Vsource và Isource:


Vload và Iload:

Giải thích hình dạng của đồ thị:
-


Vì điện áp vào là điện áp xoay chiều, nên khi tần số thay đổi làm cho
cường độ dòng điện và điện áp thay đổi theo nên ta thấy đồ thị Vsource và
Isource có dạng sóng. Do ghép tải khơng phù hợp nên sự có mặt của sóng
phản xạ làm cho biên độ sóng trên đường truyền thay đổi. Và tại tần số rất
cao dòng điện và điện áp tại nguồn thay đổi rất ít và coi nhưng khơng đồi.
- Tương tự như thế ta thấy điện áp và dòng điện tại tải không đổi tại tần số rất
cao nguyên nhân là do ta có Zc= 1/jωC= 1/j2πfC. Khi tăng tần số dung
kháng giảm xuống đồng thời kéo theo trở kháng tải giảm dần đến sự thay đổi


của hệ số phản xạ. Ở tần số rất cao ZC=0, hệ số phản xạ = 0 nên điện áp tại
tải và nguồn gần như không đổi do vậy mà dịng điện tại tải và nguồn cũng
gần như khơng đổi.Tải khơng tiêu thụ tồn bộ cơng suất từ nguồn mà mất
một phần do phàn hồi trên đường truyền. Vì thế ta thấy Vload giảm dần và
Iload tăng dần.

4. ĐỔ THỊ PHẦN THỰC, PHẦN ẢO, PHA VÀ ĐỘ LỚN CỦA CÁC THÔNG
SỐ Xét điện áp nguồn và điện áp tải ta có:
- Phần thực của điện áp nguồn và điện áp tải

- Phần ảo của điện áp nguồn và điện áp tải


- Pha của điện áp nguồn và điện áp tải:

- Độ lớn của điện áp nguồn và điện áp tải:

Đánh dấu trên đồ thị



- Trên đồ thị đo điện áp nguồn và tải, chúng ta đánh dấu hai điểm trên đồ thị
dùng chức năng Toggle Cursor của PSPICE như sau:

Vẽ đồ thị Bode:
1. VẼ ĐỒ THỊ BODE CỦA ĐIỆN ÁP NGUỒN VSOURCE


2. VẼ ĐỒ THỊ BODE CỦA ĐIỆN ÁP RA VLOAD

Phân tích mạng thụ động:
Khảo sát tần số từ 100kHZ đến 100MHz. Điện áp nguồn và điện áp tải được thể
hiện qua đồ thị Bode như sau:

Từ đồ thị bode ta thấy rằng điện áp tải cao hơn điện áp nguồn ở một số điểm có tần
số cao vì khi có đã xét tới tác động của đường truyền. Ở tần số thấp tác động của
đường truyền không đang kể nên điện áp tải bằng điện áp nguồn. Ở tần số cao ta


xét tới tác động của đường truyền ( sự phản xạ tín hiệu trở về nguồn). Vậy tín hiệu
phản xạ là nguyên nhân làm cho điện áp ở tải cao hơn điện áp ở nguồn.
Khảo sát sự trễ pha:
- Thay nguồn VAC bởi nguồn sin VSIN. (Chọn giá trị thích hợp cho biên độ
và tần số, cài đặt Offset bằng 0)
Sơ đồ mạch điện:

Đồ thị dạng sóng của điện áp nguồn và tải trong 5 chu kỳ sóng tại tần số 1GHz:
Ta có f= 1GHZ -> T= 1/f = 1ns
Vẽ đồ thị điện áp nguồn và tải trong 5 chu kỳ sóng nên thời gian quét là từ 0 đến
5ns



Từ đồ thị ta thấy VLOAD trùng với VSOURCE nhưng đây không phải là cùng pha
mà là sự trễ pha lớn n360° = 720°
Chứng minh: Trễ pha được tính theo cơng thức:
Ta có ttre = 2ns (theo đề bài), TChuKi= 1ns nên:

2ns

= 1ns

x 360° =720°

LAB 2
ĐƯỜNG TRUYỀN CƠ BẢN TRONG MIỀN TẦN SỐ
 Yêu cầu: sử dụng phần mềm SPICE để tìm hiểu sóng sin trên đường truyền
khơng suy hao
 Mục tiêu: làm quen với đặc điểm cơ bản của sóng phản xạ từ tải trong
đường truyền, và so sánh kết quả mơ phỏng với tính tốn lý thuyết và biểu
đồ Smith.

2.1.1. Cáp đồng trục:
Cáp đồng trục RG-58, có trở kháng đặc tính Z0 = 50 Ω và vận tốc pha up = 2/3
c. (c là tốc độ ánh sáng, c = 3.108 m/s).


Câu hỏi 1: Đối với đường truyền trên thì điện cảm và điện dung trên một mét là
bao nhiêu?
Ta có: U


=

và z

1

√1L' C '

p

=

√

0

L'

(1) và 50 =C '

 2*3*10^8=

√ L' C '

3

.
L'

√


(2). Từ (2) => L’ = 2500C’ (3).

C'

Thế (3) vào (1) ta có:
2*10^8=

1

50C '

=> C’ = 0.1 nF. => L’ = 2500C’ = 0.25 μH.

Câu hỏi 2: Cho một cáp đồng trục có µ = µ0 và ε = 3ε0. Tính b/a biết Z0 = 50 Ω?

Ta có: Z0=50 Ω => L=2500C. (Đã tính ở trên).
Sử dụng cơng thức L =

L

C

=2500=

μ
4 π2 ε

μ


b

2 π ln(
a

)

2 πε
b
(1) và C= ln (
)a

(2). Ta có được:

ln2( b ¿ (4) .
a

Thế các giá trị μ = 1.25 *10^(-6)

ε=

3*8.85*10^(-12).

Ta được giá trị ( ab ¿ = 4.24.
Câu hỏi 3: Trong câu hỏi 2, nếu b = 3 mm thì a bằng bao nhiêu?

Với b=3mm => a = 0.708 mm

2.2


Mô phỏng đường truyền:
Sử dụng SPICE, tạo một nguồn Thevenin VAC với biên độ điện áp bằng 1 và
trở kháng nguồn bằng 50 Ω, truyền trên một đường truyền T, có trở kháng
tải bằng 100 Ω. Thiết lập đường truyền có trở kháng đặc tinh bằng 50 Ω.
Tạo nhãn “Input” và nhãn “Load” tại mỗi đầu của đường truyền, như vậy ta
đo điện áp ở 2 đầu sẽ thuận tiện hơn.


Hình 2.1 Sơ đồ mạch cho phần 2.2
Câu hỏi 4: Tại tần số 1 GHz và vận tốc pha up = 2/3 c thì bước sóng trong
đường truyền bằng bao nhiêu?
Có up=λ*f => λ = 0.2 m.
Câu hỏi 5: Với bước sóng λ/16 thì thời gian trễ bằng bao nhiêu?
L

Ta có cơng thức TD= λ∗f => TD= 0.0625 ns.
Sử dụng SPICE để mô phỏng đáp ứng trạng thái ổn định AC của
đường truyền có chiều dài 0, λ/16, 2λ/16, …, 15λ/16, λ. Tập trung
quét trên tần số đặc trưng và quét tuyến tinh.


Bảng cường độ điện áp và cường độ dòng điện tại các nút “Input” và “Load”
đối với mỗi chiều dài đường truyền.
Câu hỏi 6: Sử dụng PSPICE, Excel, hay Matlab để vẽ cường độ điện áp tại
“Input” với chiều dài đường truyền. Từ những giá trị điện áp trên đồ thị và
phương trình: VSWR= Vmax/Vmin , xác định VSWR, và từ VSWR tinh || .

Đồ thị được biểu diễn bằng PSPICE.
1


Với chiều dài đường truyền thì TD = f = 1 ns
VSWR= Vmax/Vmin = 666.667/333.333= 2


VSWR−1 1

||= VSWR+1 = 3 =0.333

Câu hỏi 7: Sử dụng PSPICE, Excel, hay Matlab để vẽ cường độ dòng điện tại
“Input” với chiều dài đường truyền. Từ các giá trị dòng điện trên đồ thị, xác
định VSWR, từ VSWR tinh ||. VSWR và || trong 2 trường hợp trên có
giơng nhau không?

Đồ thị được biểu diễn bằng PSPICE.
VSWR= Imax/Imin = 13.333/6.667= 2
VSWR−1 1

||= VSWR+1 = 3 =0.333

Kết quả sau 2 lần tính là khơng đổi.

Câu hỏi 8: Vẽ biên độ trở kháng tại “Input” với chiều dài đường truyền, sử
dụng dữ liệu thu thập được từ PSPICE. Vẽ phần thực và phần ảo của trở
kháng sử dung PSPICE.


Đồ thị biên độ trở kháng.

Đồ thị phần thực và phần ảo trở kháng.
Câu hỏi 9: Tính  và VSWR trực tiếp, sử dụng phương trình (2.6) và (2.7)

bên dưới. Có giống với kết quả đo được từ câu hỏi 6, 7 và 8?
=

ZL−Z 0 100−50
=1
=
ZL+ Z 0 100+50
3

¿
+0.333
1+¿�
¿=11−0.33
=2
VSWR =
1−¿�¿¿
3

Câu hỏi 10: Vẽ đồ thị biểu diễn quan hệ giữa cường độ điện áp và chiều dài
đường truyền. Khi chiều dài đường truyền thay đổi thì cường độ điện áp
thay đổi như thế nào? Từ đó, bạn có đánh giá gì về cơng suất nhận được tại


tải khi độ dài đường truyền thay đổi.

Đồ thị biểu diễn liên hệ giữa cường độ điện áp và chiều dài đường truyền
- Có thể thấy khi tăng chiều dài, thời gian trễ tăng lên và cường độ điện áp
thay đổi liên tục có lặp lại với đồ thị hình sin.

2.3. Ngắn mạch và quá tải trở kháng tải:

Câu hỏi 11: Nếu ta có 1 m cáp đồng trục như trong câu hỏi 4, tại tần số bao
nhiêu thì chiều dài bằng λ /2? Tại tần số bằng bao nhiêu thì ta có chiều dài
bằng 2.5λ?
Ở câu hỏi 4, cáp đồng trục có tần số f = 1GHz.
1

1

1

Vì vậy nó có chiều dài 2 λ tại 2f= 2 * 1GHz=0.5GHz.
Tương tự, nó có chiều dài 2.5 λ tại 2.5f = 2.5*1GHz=2.5GHz.
Sử dụng 1 m chiều dài đường truyền, chỉnh mô phỏng SPICE của bạn, quét
trực tiếp tần số từ 0.5λ đến 2.5λ.
Câu hỏi 12: Vẽ cường độ điện áp tại “Input” cho những chiều dài khác nhau
(nhớ rằng, ta chỉ điều chỉnh tần số) trên trục ngang. Có giống với đồ thị
trong câu hỏi 6 không? Giá trị VSWR bằng bao nhiêu?


Đồ thị biểu diễn bởi PSPICE
VSWR = Vmax/Vmin = 666.667/333.333= 2
Đồ thị này phù hợp với câu hỏi 6.

Câu hỏi 13: Vẽ cường độ điện áp tại “Input”, và so sánh với trường hợp
trước có tải 100 Ω. Từ đồ thị, tim giá trị VSWR? (Thay tải 100 Ω bằng tải
25Ω)

Ta thấy trên đồ thị Vmax = 666.667V, Vmin = 333.333V.
VSWR =666.667/333.333=2
Ta thấy VSWR là như nhau với tải 100 Ω và 25 Ω



Câu hỏi 14: Vẽ cường độ điện áp tại “Input”. Từ đồ thị, xác định VSWR. Từ
phương trình (2.6) và (2.7) tinh giá trị VSWR. So sánh 2 kết quả với nhau.
(Thay tải bằng tải 0.001 Ω)

Ta thấy trên đồ thị Vmax = 1V, Vmin = 0V.
1

VSWR = 0 =∞
Ta đối chiếu 2 công thức (2.6) và (2.7)
=

ZL−Z 0 0.001−50

=

ZL+ Z
0

=-1

¿
VSWR = 1+¿�

0.001+50

¿= 1+1 =∞
1
−¿�¿¿


1−1

Sau khi đối chiếu ta thấy đáp án là như nhau.

Câu hỏi 15: Vẽ cường độ điện áp tại “Input”. Từ đồ thị, xác định VSWR. Tính
giá trị VSWR tử phương trình (2.6) và (2.7). So sánh 2 kết quả với nhau.(
Thay tải bằng 1 MΩ, giống như hở mạch tải)


Ta thấy trên đồ thị Vmax = 1V, Vmin = 0V.
1

VSWR = 0 =∞
Ta đối chiếu 2 công thức (2.6) và (2.7)
=

ZL−Z 0

ZL+ Z
0

=

1 M −50

=1

¿
VSWR = 1+¿�


¿ = 1+ 1 = ∞
1

1 M +50

Sau khi đối chiếu ta thấy đáp án là như nhau.

−¿�¿¿

1−1


LAB 3
QUÁ ĐỘ TRÊN ĐƯỜNG TRUYỀN
3.1 Tải thuần trở
3.1.1 Hàm bước nhảy, phối hợp trở kháng.
- Tạo đường truyền 50 Ω với chiều dài (thời gian trễ) 25ns, và nguồn Thevenin
10u(t), với trở kháng nguồn RG = 50 Ω, trở kháng tải RL= 50Ω.
Sơ đồ mạch

Câu hỏi 1: Vẽ điện áp tại 2 điểm đầu cuối của đường truyền trong khoảng thời
gian t = 0…50 ns. Sử dụng sự hiểu biết về “bounce diagrams”, giải thích đồ thị
này.
Đồ thị điện áp tại hai điểm đầu cuối của đường truyền:

Ta có hệ số phản xạ tại nguồn được tính như sau:
g =

Zg−Z 0

Zg+ Z 0

=


Hệ số phản xạ tại tải:
L =

ZL−Z 0
ZL+ Z 0

=

 Khơng có sóng phản xạ tại nguồn và tải:
Điện áp tại đầu ống dẫn sóng là:
Vg Z 0

Vg =

ZG + Z

=

10.50
50+50

= 5 (V)

0


Điện áp tại tải( đầu ra ống dẫn sóng)
Vg ZL

VL

= ZG +

ZL

=

10.50
50+50

= 5 (V)

 Dựa vào tính tốn và hình dạng đồ thị ta thấy rằng sóng ở nguồn và sóng tới có
biên độ là 5V, sóng tới hình thành sau sóng ở nguồn 25ns do ống dẫn sóng có
độ trễ là 25ns.
Q trình phản xạ được minh họa bởi giản đồ Bounce:
ΓL=0, Γs=0:

3.2.2. Hàm bước nhảy, không phối hợp trở kháng
Thay trở kháng tải trong trường hợp trên thành 20 Ω.
Câu hỏi 2: Vẽ điện áp tại 2 điểm đầu cuối của đường truyền trong khoảng thời


gian t = 0…100 ns. Sử dụng sự hiểu biết về “bounce diagrams”, giải thích đồ thị
này
Sơ đồ mạch:


ΓΓΓĐiện áp đầu cuối của đường truyền:

Ta có hệ số phản xạ tại nguồn được tính như sau:
g =

Zg−Z 0
Zg+ Z 0

=

Hệ số phản xạ tại tải:
L =

ZL−Z 0
ZL+ Z 0

= −73

Điện áp tại đầu ống dẫn sóng là:
Vg =

Vg Z 0
ZG + Z

0

=

10.50

50+50

= 5 (V)

Điện áp tại tải( đầu ra ống dẫn sóng)
V = .V


=
=

−
−315

(V)

.5

PX

L

g

7

7

 Điện áp trên đồ thị là tổng điện áp giữa sóng tới và sóng phản xạ:
V= Vg

+ Vpx =

5-

15 ≈

7

2,86 (V)

 Phù hợp với đồ thị sau khi mô phỏng.
Quá trình phản xạ được minh họa bởi giản đồ Bounce:
ΓL=-3/7, Γs=0:

3.2.3. Hàm bước nhảy, không phố hợp trở kháng tải và nguồn
Thay đổi trở kháng tải trong trường hợp trên thành RL = 20 Ω, và thay trở kháng
nguồn thành Rg = 200 Ω.
Câu hỏi 3: Vẽ điện áp tại 2 điểm đầu cuối của đường truyền trong khoảng thời
gian t = 0…300 ns. Sử dụng sự hiểu biết về “bounce diagrams”, giải thích đồ thị
này.
Sơ đồ mạch:


Điện áp 2 điểm đầu cuối của đường truyền:

Ta có điện áp của nguồn lúc ban đầu đi vào đường truyền là:
Vg Z 0

Vg =


ZG + Z

=

10.50
200+50

= 2 (V)

0

Hệ số phản xạ tại nguồn:
Zg−Z 0
 = Zg+ Z 0
g

=

3

5

= 0,6

Hệ số phản xạ tại tải: