Chắc bạn cũng đã nghe Siêu cao tần quá nhiều trong thuật ngữ của ngành Viễn thông rồi, phải không.?

Nhưng nếu bạn hỏi vài người xung quanh định nghĩa cụ thể Siêu cao tần là gì, chắc hẳn sẽ không nhận được câu trả lời chính xác nào. Trong bài này tôi sẽ giải thích Siêu cao tần là gì, lý do vì sao bạn nên học nó khi là sinh viên Viễn thông, ứng dụng trong đời sống.v.v.

I. Vậy Siêu cao tần là gì ?

Siêu cao tần là một lĩnh vực đặc thù của ngành Điện tử Viễn thông khảo sát các hiện tượng truyền sóng và đặc tính hoạt động của các mạch điện ở tần số siêu cao. Vùng tần số được định nghĩa là siêu cao tùy thuộc hoàn toàn vào quan điểm của người phân tích thiết kế và sử dụng thiết bị mà không nhất thiết phải giới hạn từ mốc tần số nào trở lên. Có thể diễn giải một cách nôm na tần số tín hiệu là siêu cao khi kích thước của mạch điện so sánh được với bước sóng truyền của tín hiệu.

II. Mục đích và tầm quan trọng của việc học Siêu cao tần

Trong xu hướng bùng nổ của kỹ thuật viễn thông trên thế giới, nhất là kỹ thuật mới về thông tin vệ tin, vi ba, ra đa, quang học, các vấn đề về về kỹ thuật Siêu cao tần lại trở thành một vấn đề rất quan trọng  của các nhà nguyên cứu, thiết kế và phát triển kỹ thuật mới. Vì vậy là sinh viên đang học tại trường cần nắm bắt rõ về môn học này, mặt dù đây vẫn chỉ là môn cơ sở ngành mà thôi.

Về trong môn học, do phải làm việc ở tần số siêu cao (ở dải microwaves) nên lý thuyết mạch cơ sở không còn hiệu lực, và pha của áp dòng thay đổi đáng kể trong các phần tử (các phần tử phân bố). Từ đây môn học kỹ thuật siêu cao tần ra đời để giúp chúng ta tính toán và làm việc ở dải tần số siêu cao thông qua việc tính toán các thông số

Đối với sinh viên, môn học nhằm trang bị cho học viên kiến thức cơ sở về kỹ thuật phân tích mạch điện ở tần số siêu cao, dựa trên lý thuyết đường dây truyền sóng và ma trận sóng, là cơ sở cho môn học tiếp theo là “ Mạch siêu cao tần”.

III. Nội dung môn học có những gì ?

 Môn học giới thiệu những khái niệm căn bản và những kiến thức cơ sở về kỹ thuật phân thích mạch điện ở tần số siêu cao, nơi mà các phân tích mạch cổ điển không còn chính xác nữa. Nguyên lý căn bản dựa trên khái niệm thông số phân bố và ma trận tán xạ của các phần tử mạch điện.
Nội dung gồm 5 chương chính như sau :

Chương 1: Giới thiệu khái quát đường dây truyền sóng, hệ số phản xạ, hệ số sóng đứng, trở kháng đường dây.

Chương 2: Cấu trúc và ứng dụng của đồ thị Smith trong phân tích và thiết kế mạch siêu cao tần.

Ở chương này chúng ta tìm hiểu về:

 -Phối hợp trở kháng ( PHTK )

 -PHTK với phần tử điện kháng tham số tập trung

 -PHTK với bộ biến đổi 1/4 bước sóng

 -Tính toán PHTK dùng đồ thị Smith

 -PHTK dùng dây chêm

 -PHTK băng rộng

 Chương 3: Ma trận tán xạ, các đặc tính và ứng dụng.

Ở chương này chúng ta tìm hiểu về:

-Ma trận truyền đạt ABCD 

-Ma trận Z,Y

-Ma trận tán xạ

-Tham số tán xạ chuyển đổi

-Tính chất của tham số chuyển đổi

Chương 4: Các đường truyền thông dụng

Ở chương này chúng ta tìm hiểu về:

-Ống dẫn sóng 

-Ống dẫn sóng phiến song song

-Ống dẫn sóng chủ nhật

-Các loại đường truyền khác

Chương 5: Các linh kiện siêu cao tần và mạch siêu cao tần.

Ở chương này chúng ta tìm hiểu về :

-Các loại linh kiện thụ động

 -Các loại linh kiện tích cực

 -Bộ khuếch đại siêu cao tần

 -Mạch lọc siêu cao tần

 -Các mạch siêu cao tần khác

Kết quả đạt được khi học :

Hiểu và nắm vững lý thuyết đường dây truyền sóng.

Sử dụng thành thạo đồ thị Smith để tính toán các mạch siêu cao tần phân bố đơn giản và tính toán các mạch phối hợp trở kháng.

Hiểu và nắm vững lý thuyết mạng nhiều cửa siêu cao tần và ma trận tán xạ.

IV. Ứng dụng của môn học

Nó được ứng dụng vào viba, ra đa, thông tin vệ tinh, quang học, y học..

- Về viba được ứng dụng vào: lò vi sóng, truyền hình cáp.

Vi ba cũng được dùng rộng rãi trong thông tin vô tuyến chuyển tiếp, đến nỗi từ vi ba thực tế đồng nghĩa với vô tuyến chuyển tiếp (thường gọi "liên lạc vi ba", "tuyến vi ba", "trạm vi ba"...) mặc dù có một số thiết bị vô tuyến chuyển tiếp hoạt động trong dải tần số 410-470 MHz (thuộc băng tần số cực cao UHF).

Các giao thức mạng không dây (wireless LAN) như Bluetooth và các chuẩn IEEE 802.11g và 802.11b, dùng vi ba trong dải 2,4 GHz (thuộc băng tần ISM, tức băng tần công nghiệp, khoa học và y tế), còn chuẩn 802.11a dùng băng tần ISM dải 5,8 GHz. Nhiều nước (trừ Hoa Kỳ) cấp phép cho dịch vụ truy cập Internet không dây tầm xa (đến 25 km) trong dải 3,5–4,0 GHz.

                                                 hình 4.1: Maser trong Viba

Maser là thiết bị tương tự laser, chỉ khác là hoạt động trên tần số vi ba.

                                            hình 4.2: Laser trong quang học

- Về quang học nó được ứng dụng vào laser.

                                                 hình 4.3 Thông tin Vệ tinh

 

- Về thông tin vệ tinh nó được ứng dụng vào Truyền hình vệ tinh, Vệ tinh dịch vụ cố định, Vệ tinh phát sóng trực tiếp, Công nghệ vệ tinh di động, Radio vệ tinh, Radio nghiệp dư, Vệ tinh Internet, Dẫn đường.

Ứng dụng vào Dẫn dường

Một trong những ứng dụng lôi cuốn của vệ tinh là hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System). Nó là ứng dụng trực tiếp cho dẫn đường. Có một mạng lưới 24 đến 32 vệ tinh trong quỹ đạo trung bình Trái Đất quay đều vòng quanh Trái Đất trong những đường bay chồng chéo lên nhau cho mục đích này. Chúng sử dụng vi sóng tần số khoảng 1,57542 GHz và 1,2276 GHz. Máy thu trên Trái Đất nhận lấy tín hiệu từ 4 vệ tinh đồng thời. Máy thu sử dụng bộ vi sử lý tính toán và hiển thị chính xác vị trí theo dạng kinh độ và vĩ độ.

Ứng dụng trong quân đội

Liên lạc vệ tinh được sử dụng trong các ứng dụng thông tin liên lạc quân đội, như "hệ thống chỉ huy và điều khiển toàn cầu" (Global command and control systems). Một số ví dụ về hệ thống sử dụng liên lạc vệ tinh trong quân đội như: MILSTAR, DSCS, FLTSATCOM của quân đội Mỹ, những vệ tinh NATO, những vệ tinh của Anh, những vệ tinh của liên bang Xô Viết. Rất nhiều các vệ tinh quân sự hoạt động ở dải tần X, và một số còn sử dụng sóng radio UHF, trong khi đó MILSTAR còn tận dụng giải Ka.

                               hình 4.4 Radar vệ tinh trong quân đội

- Về Radar cũng dùng bức xạ vi ba để phát hiện khoảng cách, tốc độ và các đặc trưng khác của những đối tượng ở xa, như ô-tô, máy bay và các phương tiện giao thông.

                                                    hình 4.5 Radar máy bay

                                                                                                                                                          

- Về y tế:  Siêu âm, điều trị ung thư biểu mô tế bào gan bằng sóng cao tần.

                                              hình 4.6: siêu âm phụ nữ mang thai

Kết luận

Tóm lại thông qua môn học kỹ thuật siêu cao tần, giúp chúng ta hiểu biết thêm nhiều thứ thông qua ứng dụng của nó như thông tin vệ tinh, vi ba, radar, quang hoc. Sử dụng thành thạo đồ thị Smith để tính toán các mạch siêu cao tần phân bố đơn giản và tính toán các mạch phối hợp trở kháng.

Liệu các bạn đọc có thích môn học này không. Và đối với riêng tôi, thì tôi rất thích môn học này với ứng dụng thiết thực vào đời sống của nó. Và tôi khuyên các bạn nên đọc hay học qua môn học này, nó sẽ cho ra kết quả mà bạn không ngờ tới đó nhé.

                             Tài liệu tham khảo

[ 1 ]   Vũ Đình Thành  KỸ THUẬT SIÊU CAO TẦN  -  NXBKHKT - 1997.

[ 2 ]   Kai-Chang, RF and Microwave Wireless Systems, John - Wiley & Sons Inc., 2000.

[ 3 ]  R. Ludwig, P. Bretchko, RF Circuit Design - Theory and Applications, Prentice Hall, 2000.

[ 4 ]   David M. Pozar, Microwave Engineering, Addison - Wesley Publ. Com. Inc., 1993.

[ 5 ]   Samuel Y. Liao, Microwave  Circuit  Analysis and Amplifier Design, Prentice Hall, 1987.

[ 6 ]   K.C. Gupta, Ramesh Garg, Rakesh Chadha, Computer - Aided Design of Microwace  Circuit, Artech House, 1981.