Vô tuyến truyền thông (Wireless Communications)

Hiện nay bác Tèo của chúng ta đang rất bận. Chắc thời gian tới bác sẽ quay lại để cùng mọi người ở đây tiếp tục tìm hiểu những vấn đề thú vị và bổ ích của ngành Vô tuyến truyền thông
"Những việc cần làm ngay"

gps tui không biết gì về viễn thông nhưng vì muốn làm một cái ăng ten nên mới phải vào đây xin các cao thủ giúp. Gps có tìm được 1 thiết kế thất cũng đơn giản, nhưng chưa hiểu hết cách làm, xin đưa lên đay nhờ các bác giải thích.
Nguyên văn như sau:
This antenna is constructed by winding a stiff copper wire around a wooden dowel.
The pictures are not drawn to scale!
After drilling the centerhole, leave the drill in the hole. There are 4 separate pieces of wire, of two different lengths. (L1 & L2). They are made of 1.8 mm copper wire. Stick the wire in one of the sideholes, touching the center-drill. Bend it 1/2 of a turn around the dowel, and put it in the corresponding hole. After they have the correct shape, they are soldered to a piece of semi rigid coax.
Note the way this is done. A top view and a side view are shown. All dimensions not mentioned are millimeters. To the left I put the measured inside measurements, to the right the outside measurements.
Please observe the way the wires are connected to the top of the coax cable. The wires at "9" and "12" hours are connected to the outside (the braid), the wires at "3" and "6" connected to the inner conductor.

Most (if not all) Garmin receivers can supply a voltage of 5 V. for an active antenna. This voltage must be blocked in this type of helical antenne with a small condensor. This turned out to be a rather tricky operation. I have a 8.2 pf SMD condensor inside the BNC connector. This is a very small but fragile capacitor. It is in between the inner conductor of the coax and the pin in the BNC connector.
Another solution is, to mount the capacitor on the top of the antenna. Between the inner conductor and the "3" and "6" hour wires. This is much less trouble, but now it can easily be damaged from the outside. Any C will do between a few and 10 pf, but have the wires as short as possible on this frequency! That's why I used a SMD capacitor, which has no wires at all.

Here is a picture of my Helical.
Ở phía trên thì có 2 đoạn dây đồng hàn vào lõi cáp đồng trục, hai đoạn khác hàn vào lớp chống nhiễu, thắc mắc của gps là thế ở dưới thì sao ? Có phải cùng hàn vào lớp chống nhiễu không ?
Bác nào biết giúm giùm, xin cám ơn.
Được gps sửa chữa / chuyển vào 16:28 ngày 09/01/2003

gps tui không biết gì về viễn thông nhưng vì muốn làm một cái ăng ten nên mới phải vào đây xin các cao thủ giúp. Gps có tìm được 1 thiết kế thất cũng đơn giản, nhưng chưa hiểu hết cách làm, xin đưa lên đay nhờ các bác giải thích.
Nguyên văn như sau:
This antenna is constructed by winding a stiff copper wire around a wooden dowel.
The pictures are not drawn to scale!
After drilling the centerhole, leave the drill in the hole. There are 4 separate pieces of wire, of two different lengths. (L1 & L2). They are made of 1.8 mm copper wire. Stick the wire in one of the sideholes, touching the center-drill. Bend it 1/2 of a turn around the dowel, and put it in the corresponding hole. After they have the correct shape, they are soldered to a piece of semi rigid coax.
Note the way this is done. A top view and a side view are shown. All dimensions not mentioned are millimeters. To the left I put the measured inside measurements, to the right the outside measurements.
Please observe the way the wires are connected to the top of the coax cable. The wires at "9" and "12" hours are connected to the outside (the braid), the wires at "3" and "6" connected to the inner conductor.

Most (if not all) Garmin receivers can supply a voltage of 5 V. for an active antenna. This voltage must be blocked in this type of helical antenne with a small condensor. This turned out to be a rather tricky operation. I have a 8.2 pf SMD condensor inside the BNC connector. This is a very small but fragile capacitor. It is in between the inner conductor of the coax and the pin in the BNC connector.
Another solution is, to mount the capacitor on the top of the antenna. Between the inner conductor and the "3" and "6" hour wires. This is much less trouble, but now it can easily be damaged from the outside. Any C will do between a few and 10 pf, but have the wires as short as possible on this frequency! That's why I used a SMD capacitor, which has no wires at all.

Here is a picture of my Helical.
Ở phía trên thì có 2 đoạn dây đồng hàn vào lõi cáp đồng trục, hai đoạn khác hàn vào lớp chống nhiễu, thắc mắc của gps là thế ở dưới thì sao ? Có phải cùng hàn vào lớp chống nhiễu không ?
Bác nào biết giúm giùm, xin cám ơn.
Được gps sửa chữa / chuyển vào 16:28 ngày 09/01/2003

Hi GPS,
Đúng vậy, bạn hàn 4 mối dưới vào lớp copper bên ngoài (outside conductor).
Hai sợi dây đồng mà cả hai đầu dây đều nối vào lớp copper bên ngoài là để dùng làm "Reflector" cho antenna. Hai sợi dây đồng mà một đầu nối vào center conductor, đầu kia nối vào outside conductor làm thành "helical coil" để thu và dẫn tín hiệu thu được từ reflector vào receiver.
Có thể bạn thắc mắc tại sao một đầu của sợi dây "helical coill" lại có thể nối vào outside conductor (ground) mà tín hiệu thu vào máy bạn được? Đây là nguyên lý của quater wavelength (1/4 wavelength), chiều dài của sợi dây "helical coil" phải bằng 1/4 wavelength của tín hiệu bạn muốn nhận. Thí dụ bạn muốn nhận tín hiệu 1.5 GHz, thì chiều dài của 1/4 wavelength "helical coil" = (300000000 / 1.5 *10^9) / 4 = 0.05 mét = 50 mm. Điểm zero V (0 Volt) của 1.5 GHz tín hiệu sẽ ở chỗ nối vào ground, điểm maximum V (Vmax) của tín hiệu sẽ ở chỗ nối vào center conductor (1/4 wavelength away from zero V).
Hy vọng giúp được bạn ít nhiều
Thân ái
Tvu

Hi GPS,
Đúng vậy, bạn hàn 4 mối dưới vào lớp copper bên ngoài (outside conductor).
Hai sợi dây đồng mà cả hai đầu dây đều nối vào lớp copper bên ngoài là để dùng làm "Reflector" cho antenna. Hai sợi dây đồng mà một đầu nối vào center conductor, đầu kia nối vào outside conductor làm thành "helical coil" để thu và dẫn tín hiệu thu được từ reflector vào receiver.
Có thể bạn thắc mắc tại sao một đầu của sợi dây "helical coill" lại có thể nối vào outside conductor (ground) mà tín hiệu thu vào máy bạn được? Đây là nguyên lý của quater wavelength (1/4 wavelength), chiều dài của sợi dây "helical coil" phải bằng 1/4 wavelength của tín hiệu bạn muốn nhận. Thí dụ bạn muốn nhận tín hiệu 1.5 GHz, thì chiều dài của 1/4 wavelength "helical coil" = (300000000 / 1.5 *10^9) / 4 = 0.05 mét = 50 mm. Điểm zero V (0 Volt) của 1.5 GHz tín hiệu sẽ ở chỗ nối vào ground, điểm maximum V (Vmax) của tín hiệu sẽ ở chỗ nối vào center conductor (1/4 wavelength away from zero V).
Hy vọng giúp được bạn ít nhiều
Thân ái
Tvu

Cám ơn bạn tvu59 đã trả lời. Sau một thời gian dài chơ đợi thì đã có người ?ogãi đúng vào chỗ ngứa?. Thật sự thì gps đã email hỏi tác giả của antenna này và nhận được câu trả lời là hàn vào lớp outside conductor. Ở một số thiết kế khác cho patch antenna, gps thấy inner & outer được nối vào hai bản cực cách điện với nhau, mà ở đây cả hai lại được nối với nhau. Đó là lý do làm gps théc méc một chút. Một nguyên nhân nữa là gps đã thử làm rồi nhưng không thành công, chắc là có sai sót gì đây.

Nhân tiện xin hỏi luôn bạn tvu59: trong thiết kế trên, những kích thước nào là kích thước quan trọng, ví dụ đường kính dây dẫn (1.8 mm, gps thấy bán dây điện 1.6 hoặc 2 mm thôi), đường kính lõi gỗ tròn (33mm), đường kính dây coax vv?
GPS hoạt động trên tần số 1575.42 KHz, theo công thức thì chiều dài sẽ là 47.6 mm nhưng theo thiết kế gps thấy hai kích thước thiết kế 56.8 và 51.8 đều không phù hợp. Bạn tvu59 có thể giải thích thêm chỗ này không ?
Ngoài ra gps còn tự ý bỏ tụ điện đi vì máy thu hiệu Lowrance không cấp nguồn ra cho anten ngoài (inactive antenna), không biết sự thay đổi này có phải là nguyên nhân dân đén thất bại không ?
Xin cám ơn bạn
GPS
Lat 10o27'09.7"
Lon 107o13'00.3"
Được gps sửa chữa / chuyển vào 13:06 ngày 15/01/2003

Cám ơn bạn tvu59 đã trả lời. Sau một thời gian dài chơ đợi thì đã có người ?ogãi đúng vào chỗ ngứa?. Thật sự thì gps đã email hỏi tác giả của antenna này và nhận được câu trả lời là hàn vào lớp outside conductor. Ở một số thiết kế khác cho patch antenna, gps thấy inner & outer được nối vào hai bản cực cách điện với nhau, mà ở đây cả hai lại được nối với nhau. Đó là lý do làm gps théc méc một chút. Một nguyên nhân nữa là gps đã thử làm rồi nhưng không thành công, chắc là có sai sót gì đây.

Nhân tiện xin hỏi luôn bạn tvu59: trong thiết kế trên, những kích thước nào là kích thước quan trọng, ví dụ đường kính dây dẫn (1.8 mm, gps thấy bán dây điện 1.6 hoặc 2 mm thôi), đường kính lõi gỗ tròn (33mm), đường kính dây coax vv?
GPS hoạt động trên tần số 1575.42 KHz, theo công thức thì chiều dài sẽ là 47.6 mm nhưng theo thiết kế gps thấy hai kích thước thiết kế 56.8 và 51.8 đều không phù hợp. Bạn tvu59 có thể giải thích thêm chỗ này không ?
Ngoài ra gps còn tự ý bỏ tụ điện đi vì máy thu hiệu Lowrance không cấp nguồn ra cho anten ngoài (inactive antenna), không biết sự thay đổi này có phải là nguyên nhân dân đén thất bại không ?
Xin cám ơn bạn
GPS
Lat 10o27'09.7"
Lon 107o13'00.3"
Được gps sửa chữa / chuyển vào 13:06 ngày 15/01/2003

Hi gps,
Tôi không phải là người design antenna này, và không có đọc ?oengineering design review? và ?otest result?, nên sau đây chỉ là sư suy đoán của tôi.
************
Thông thường GPS cho dân dụng chỉ dùng frequency ở 1575.42 MHz (L1) nên các sợi ?ohelical coil? có cùng một chiều dài giống nhau. Ngoài ra, GPS còn dùng frequency ở 1227.6 MHz (L2) cho lãnh vực quân sự. Một vài GPS receiver cho dân dụng được thiết kế để nhận cả hai tín hiệu L1 và L2. Tuy không có thể giải mã được message trong tín hiệu ở 1227.6 MHz (L2), do tín hiệu bị ?oencryped? bởi US Air Force. Nhưng người ta chỉ dùng "phase" của tín hiệu L2 để so sánh với "phase" của L1. The phase relationship giữa L1 và L2 giúp GPS reciever tính được ?oexessive time delay? của L1 khi L1 đi qua từng ?oionospheric layer? của trái đất. Biết được ?oexcessive time delay? sẽ giúp cho việc tính tóan vị trí của GPS receiver chính xác hơn.
Tôi nghĩ người design antenna này design để nhận được cả hai tín hiệu, L1 và L2, do đó có hai kích thước khác nhau cho ?ohelical coil?. Nếu receiver của bạn chỉ nhận được L1 thì chỉ nên dùng một chiều dài cho cả hai helical coil. Việc này sẽ giúp cho tín hiệu nhận được từ L1 mạnh hơn.
**********
Đường kính của sợi dây đồng nếu lớn sẽ làm cho bandwidth của antenna rộng hơn, nhưng không khác biệt mấy giữa 1.6, 1.8 hoac 2mm. Chọn 2mm.
**********
Sợi simi-rigid cable phải là 50 ohm impedance cable (điều này bắt buộc), đường kính không quan trọng, đừng chọn dây nhỏ quá, tín hiệu sẽ mất nhiều. Phải dùng semi-rigid cable (như hình chụp) thì antenna mới thẳng đứng và chỉa lên trời được.
**********
Cường độ của GPS signal rất thấp, chỉ vào khoảng ?"125dBm, do đó nếu không có Low noise amplifier (LNA) ở antenna, thì dây semi-rigid cable phải rất ngắn để giảm bớt sư mất mát do ?oskin effect?. Chiều dài tổng cộng tính từ đầu của antenna đến connector càng ngắn càng tốt, nên chọn vào khoảng ½ wavelength (100 mm) hoặc 1 wavelenght (200mm).
**********
Về DC blocking capacitor. Nếu bạn chắc chắn là không có DC voltage ơ đầu ra antenna thì không cần DC blocking cap.
**********
Về sư khác biệt giữa chiều dài lúc thiết kế và chiều dài thực sự của helical coil: Sư khác biệt này có thể vì thực tế thường không hoàn toàn chính xác với tính tóan, ngay cả khi ta làm 10 cai antennas có kích thước giống như nhau, nhưng khi test thì 10 cái atennas thường cho ta 10 characteristic khác nhau, mặc dù rất giống nhưng vẫn có sư khác biệt chút ít về frequency response, VSWR .. vân vân. Do đó, thí dụ khi muốn làm một helical coil có design length là 50mm thì lúc cắt sợi dây đồng để làm helical coil ta phải cắt dài hơn 50mm, để khi tuning ta sẽ cắt ngắn đi từ từ và cắt cho đến một chiều dài nào đó cho ta reveiver signal mạnh nhất. (Bạn phải có Network Analyzer để tune và test antenna). Nếu không có test equipment thì chỉ cắt đúng kích thước như hình vẽ và cầu may thôi.
Thân ái
Tvu

Hi gps,
Tôi không phải là người design antenna này, và không có đọc ?oengineering design review? và ?otest result?, nên sau đây chỉ là sư suy đoán của tôi.
************
Thông thường GPS cho dân dụng chỉ dùng frequency ở 1575.42 MHz (L1) nên các sợi ?ohelical coil? có cùng một chiều dài giống nhau. Ngoài ra, GPS còn dùng frequency ở 1227.6 MHz (L2) cho lãnh vực quân sự. Một vài GPS receiver cho dân dụng được thiết kế để nhận cả hai tín hiệu L1 và L2. Tuy không có thể giải mã được message trong tín hiệu ở 1227.6 MHz (L2), do tín hiệu bị ?oencryped? bởi US Air Force. Nhưng người ta chỉ dùng "phase" của tín hiệu L2 để so sánh với "phase" của L1. The phase relationship giữa L1 và L2 giúp GPS reciever tính được ?oexessive time delay? của L1 khi L1 đi qua từng ?oionospheric layer? của trái đất. Biết được ?oexcessive time delay? sẽ giúp cho việc tính tóan vị trí của GPS receiver chính xác hơn.
Tôi nghĩ người design antenna này design để nhận được cả hai tín hiệu, L1 và L2, do đó có hai kích thước khác nhau cho ?ohelical coil?. Nếu receiver của bạn chỉ nhận được L1 thì chỉ nên dùng một chiều dài cho cả hai helical coil. Việc này sẽ giúp cho tín hiệu nhận được từ L1 mạnh hơn.
**********
Đường kính của sợi dây đồng nếu lớn sẽ làm cho bandwidth của antenna rộng hơn, nhưng không khác biệt mấy giữa 1.6, 1.8 hoac 2mm. Chọn 2mm.
**********
Sợi simi-rigid cable phải là 50 ohm impedance cable (điều này bắt buộc), đường kính không quan trọng, đừng chọn dây nhỏ quá, tín hiệu sẽ mất nhiều. Phải dùng semi-rigid cable (như hình chụp) thì antenna mới thẳng đứng và chỉa lên trời được.
**********
Cường độ của GPS signal rất thấp, chỉ vào khoảng ?"125dBm, do đó nếu không có Low noise amplifier (LNA) ở antenna, thì dây semi-rigid cable phải rất ngắn để giảm bớt sư mất mát do ?oskin effect?. Chiều dài tổng cộng tính từ đầu của antenna đến connector càng ngắn càng tốt, nên chọn vào khoảng ½ wavelength (100 mm) hoặc 1 wavelenght (200mm).
**********
Về DC blocking capacitor. Nếu bạn chắc chắn là không có DC voltage ơ đầu ra antenna thì không cần DC blocking cap.
**********
Về sư khác biệt giữa chiều dài lúc thiết kế và chiều dài thực sự của helical coil: Sư khác biệt này có thể vì thực tế thường không hoàn toàn chính xác với tính tóan, ngay cả khi ta làm 10 cai antennas có kích thước giống như nhau, nhưng khi test thì 10 cái atennas thường cho ta 10 characteristic khác nhau, mặc dù rất giống nhưng vẫn có sư khác biệt chút ít về frequency response, VSWR .. vân vân. Do đó, thí dụ khi muốn làm một helical coil có design length là 50mm thì lúc cắt sợi dây đồng để làm helical coil ta phải cắt dài hơn 50mm, để khi tuning ta sẽ cắt ngắn đi từ từ và cắt cho đến một chiều dài nào đó cho ta reveiver signal mạnh nhất. (Bạn phải có Network Analyzer để tune và test antenna). Nếu không có test equipment thì chỉ cắt đúng kích thước như hình vẽ và cầu may thôi.
Thân ái
Tvu

Cám ơn bạn Tvu rất nhiều, bây giờ thì người ngoại đạo như gps đã hiểu chút chút về anten rùi, và cũng hiểu tại sao mình thất bại rồi (nghe thì dễ, nhưng làm hoài chưa được).
Người thiết kế anten này là một người Hà lan, đã đi du lịch qua nhiều nước, kể cả Việt nam. Anh ta có trả lời gps vài email đầu, sau đó không thấy tăm hơi (có lẽ do chán cách hỏi dồn của gps). Biết làm sao được, mình không phải là dân trong nghề mà.
gps có post bài về GPS trong box Kỹ thuật quân sự nước ngoài, mời bạn Tvu đọc, góp ý và tham gia.
À, Network Analyzer là cái gì vậy, không biết ở ĐHBK tp HCM có cái này không ? (chứ bên Houston dĩ nhiên là có rùi)
GPS
Lat 10o27'09.7"
Lon 107o13'00.3"