Thiết kế, chế tạo thiết bị tự động điều khiển công suất trạm điều khiển trung tâm (hub) băng ku của hệ thống thông tin vệ tinh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Thiết kế, chế tạo thiết bị tự động điều khiển công suất trạm điều khiển trung tâm (HUB) băng Ku hệ thống thông tin vệ tinh PHẠM KIM ANH Anh.PK202204M@sis.hust.edu.vn Ngành Kỹ thuật viễn thông Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Tài Hưng Viện: Điện tử - viễn thông HÀ NỘI, 7/2022 Chữ ký GVHD CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn : Phạm Kim Anh Đề tài luận văn: Thiết kế, chế tạo thiết bị tự động điều khiển công suất trạm điều khiển trung tâm (HUB) băng Ku hệ thống thông tin vệ tinh Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông Mã số SV: 20202204M Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 11/7/2022 với nội dung sau: - Hiệu chỉnh phần Mở đầu rõ ràng, đầy đủ, phản ánh đủ bối cảnh nghiên cứu, lý chọn đề tài, mục tiêu, đối tượng, phạm vi, phương pháp nghiên cứu - Chỉnh sửa mục 2.4, 3.5, 4.4, 5.5 thành Kết luận Chương 2,3,4,5 - Hiệu chỉnh kết luận luận văn, bổ sung đóng góp thân tác giả đề tài - Chỉnh sửa lại bìa lỗi tả luận văn Ngày Giáo viên hướng dẫn tháng năm 2022 Tác giả luận văn CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG ĐỀ TÀI LUẬN VĂN Thiết kế, chế tạo thiết bị tự động điều khiển công suất trạm điều khiển trung tâm (HUB) băng Ku hệ thống thông tin vệ tinh Giáo viên hướng dẫn Ký ghi rõ họ tên Lời cảm ơn Lời đầu tiên, xin trân trọng cảm ơn PGS.TS Nguyễn Tài Hưng ln tận tình hướng dẫn, quan tâm, tạo điều kiện q trình hồn thành luận văn thân Xin chân thành cảm ơn ban Đề tài “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị tự động điều khiển công suất trạm điều khiển trung tâm (HUB) băng Ku hệ thống thông tin vệ tinh quân sự” nhiệt tình giảng dạy, hướng dẫn tác giả hoàn thành nội dung kiến thức luận văn Xin cảm ơn PGS.TS Lê Nhật Thăng, TS Trần Thị Ngọc Lan cho những nhận xét quý báy, chỉnh sửa sai sót thảo luận văn Do giới hạn kiến thức lý luận kinh nghiệm q trình thực khơng tránh thiếu sót, kính mong nhận dẫn đóng góp thầy, để luận văn tơi hồn thiện Xin chân thành cảm ơn! Tóm tắt nội dung luận văn Hệ thống trạm HUB mạng thông tin vệ tinh sử dụng hai loại thiết bị UPC-A UPC-2 hãng Miteq, đáp ứng đầy đủ yêu cầu thiết kế hệ thống trạm HUB triển khai Tuy nhiên hãng khơng cịn hỗ trợ kỹ thuật cho UPC-A Thiết bị UPC-2 sản phẩm đưa thị trường từ năm 2014, triển khai lắp đặt cho trạm HUB thuộc dự án Vinasat vào năm 2016 với nhiều tính hỗ trợ triển khai đa mạng tích hợp, nhiên thiết bị không sử dụng để thay cho UPC-A Chính lý trên, việc “Thiết kế, chế tạo thiết bị tự động điều khiển công suất trạm điều khiển trung tâm (HUB) băng Ku hệ thống thông tin vệ tinh” có ý nghĩa quan trọng bảo đảm hoạt động mạng thông tin vệ tinh giảm giá thành sản phẩm Mục đích đề tài cần đạt được: Nghiên cứu, chế tạo thành công thiết bị tự động điều khiển công suất đường lên (UPC) trạm điều khiển trung tâm (HUB) có tính khơng thấp thiết bị nhập ngoại Nhằm mục đích thay thiết bị UPC sử dụng hệ thống thông tin vệ tinh Cấu trúc luận văn gồm chương Chương 1: Tổng quan mạng thông tin vệ tinh Chương 2: Xây dựng tính năng, tiêu thiết bị UPC Chương 3: Thiết kế phần cứng thiết bị UPC Chương 4: Thiết kế phần mềm thiết bị UPC Chương 5: Kết thử nghiệm sản phẩm Trong trình thực đề tài cần sử dụng: phần mềm thiết kế mạch Altium, phần mềm thiết kế khí AutoCAD Các thiết bị đo: máy phân tích phổ, máy sóng số thiết bị, phần mềm khác Kết luận văn đẫ đạt mục tiêu phù hợp với vấn đề đặt Hướng phát triển: nghiên cứu, chế tạo thành công thiết bị UPC, tạo tiền đề để nghiên cứu, chế tạo thay phận khác hệ thống Thông tin vệ tinh, đặc biệt phận hay xảy hư hỏng khuếch đại công suất (BUC) Nâng cao khả làm chủ, trì hoạt động ổn định Hệ thống thông tin vệ tinh HỌC VIÊN Ký ghi rõ họ tên MỤC LỤC CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 1.1 Nghiên cứu tổng quan hệ thống thông tin vệ tinh 1.1.1 Giới thiệu chung 1.1.2 Quỹ đạo vệ tinh 1.1.3 Băng tần sử dụng thông tin vệ tinh 1.1.4 Các phương pháp đa truy nhập đến vệ tinh 1.1.5 Trạm mặt đất 11 1.1.6 Hệ thống VSAT 12 1.2 Nghiên cứu suy hao tín hiệu đường truyền tự 13 1.2.1 Các điều kiện môi trường truyền sóng 13 1.2.2 Suy hao tín hiệu đường truyền tự 18 1.2.3 Các biện pháp khắc phục ảnh hưởng 19 1.3 Cơ chế điều chỉnh tín hiệu dựa sóng mang beacon 20 1.3.1 Nguyên lý giám sát đường truyền vệ tinh dựa sóng mang Beacon 20 1.3.2 Phân tích phổ tín hiệu siêu cao tần dải băng L băng Ku sử dụng thông tin vệ tinh băng rộng 22 1.3.3 Cơ chế điều chỉnh tín hiệu dựa sóng mang Beacon 23 1.4 Nội dung nghiên cứu 29 CHƯƠNG 2: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ TÍNH NĂNG, CHỈ TIÊU KỸ THUẬT CỦA THIẾT BỊ UPC 30 2.1 Giới thiệu chung 30 2.2 Nguyên lý hoạt động thiết bị UPC 30 2.3 Tính tiêu kỹ thuật thiết bị UPC 33 2.3.1 Thiết bị UPC sử dụng hệ thống thông tin vệ tinh 33 2.3.2 Thiết bị UPC nghiên cứu thiết kế 35 Kết luận chương 37 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG THIẾT BỊ UPC 38 3.1 Giới thiệu tổng quan thiết kế phần cứng thiết bị UPC 38 3.2 Bảng mạch điều khiển suy hao ATT 39 3.2.1 Thiết kế khối mạch khối ATT 39 3.2.2 Mạch in khối suy hao ATT 43 3.3 Bảng mạch giám sát điều khiển MCU 44 3.3.1 Tính tổng quan phần cứng bảng mạch MCU 44 3.3.2 Thiết kế khối mạch bảng mạch MCU 45 3.3.3 Mạch in bảng mạch MCU 49 3.4 Bảng mạch điều khiển trung tâm 50 3.4.1 Chức tổng quan phần cứng bảng mạch CPU 50 3.4.2 Thiết kế khối mạch bảng mạch CPU 51 3.4.3 Mạch in bảng mạch CPU 55 Kết luận chương 57 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ PHẦN MỀM THIẾT BỊ UPC 58 4.1 Giới thiệu chung 58 4.2 Lưu đồ thuật toán điều khiển thiết bị UPC 58 4.2.1 Bảng mạch CPU 58 4.2.3 Bảng mạch MCU 69 4.2.4 Bảng mạch ATT 76 4.3 Chương trình giám sát điều khiển thiết bị UPC qua giao diện Web giao diện phần mềm 80 4.3.1 Giao diện Web 80 4.3.2 Giao diện phần mềm 85 Kết luận chương 87 CHƯƠNG 5: KIỂM TRA VÀ HOÀN THIỆN THIẾT BỊ 88 5.1 Giới thiệu chung 88 5.2 Hình ảnh thiết bị UPC 88 5.3 Kiểm tra tiêu kỹ thuật thiết bị UPC 89 5.3.1 Phương tiện đo kiểm 89 5.3.2 Tổn hao thông qua thiết bị 89 5.3.3 Khả điều chỉnh công suất hệ số dự trữ công suất tối đa 91 5.3.4 Bước điều chỉnh công suất cực tiểu 92 5.3.5 Công suất đầu điểm nén dB 93 5.3.6 Điểm chặn bậc tín hiệu vào 94 5.3.7 Số kênh điều khiển tuyến phát 95 5.3.8 Trở kháng đầu vào/ra danh định kênh tín hiệu 96 5.3.9 Điện áp nguồn cấp 96 5.3.10 Dòng điện tiêu thụ 97 5.4 Hiệu chỉnh thiết bị 99 5.4.1 Hiệu chỉnh phần cứng 99 Máy phân tích tín hiệu Máy phát tín hiệu Kênh suy hao 01 Đầu vào Kênh suy hao 02 Kênh suy hao 03 Đầu Kênh suy hao 04 Kênh suy hao 05 Thiết bị UPC Hình 5.3 Sơ đồ đo kiểm thiết bị UPC - Thực đo: Bước 1: Lần lượt đo suy hao 02 sợi cáp tín hiệu sử dụng q trình đo kiểm điểm tần số tín hiệu 950 MHz, 1350 MHz 1750 MHz Bước 2: Kết nối thiết bị theo sơ đồ đo hình 5.3 Cáp tín hiệu từ máy phát kết nối với đầu vào kênh suy hao 01, đầu kênh suy hao kết nối với máy phân tích tín hiệu Sau bật nguồn cho thiết bị Bước 3: + Cài đặt tham số máy phát tín hiệu Tần số tín hiệu phát: Lần lượt đặt 950 MHz, 1350 MHz, 1750 MHz Công suất trung tần đầu vào: dBm, chế độ phát tín hiệu liên tục (CW) + Cài đặt tham số máy phân tích tín hiệu: Chế độ hoạt động: Phân tích phổ Tần số trung tâm: Tương ứng với tần số tín hiệu cài đặt máy phát (lần lượt đặt 950 MHz, 1350 MHz, 1750 MHz Dải quan sát (SPAN): MHz Độ phân giải băng thông (Resolution bandwidth): 100 kHz Băng thông video (Video bandwidth): 100 Hz Bước 4: Cài đặt tham số thiết bị UPC (kênh suy hao 01) + Chế độ hoạt động: Thủ công (Manual) + Mức suy hao: dB Bước 5: + Tính tốn mức tổn hao thơng qua thiết bị (L) tín hiệu tần số 950 MHz, 1350 MHz, 1750 MHz sử dụng kênh suy hao 01 (dB) theo công thức đây: L = - (Pout + 2Lc) (5-1) 90 Trong đó: Pout cơng suất đỉnh phổ thu máy phân tích tín hiệu; Lc suy hao cáp + Ghi giá trị đo vào phiếu kết kiểm tra Bảng 5.2 Bước 6: Lặp lại bước đến bước kênh suy hao 02, 03, 04 05 để đo mức tổn hao thông qua thiết bị sử dụng kênh suy hao 5.3.3 Khả điều chỉnh công suất hệ số dự trữ công suất tối đa - Thực kiểm tra khả điều chỉnh công suất hệ số dự trữ công suất tối đa kênh suy hao thiết bị UPC - Thiết bị đo: + Máy phát tín hiệu; + Máy phân tích tín hiệu; + Dây cáp trung tần, đầu chuyển loại - Sơ đồ đấu nối thiết bị theo Hình 5.3 - Thực đo: Bước 1: Kết nối thiết bị theo sơ đồ đo Hình 5.3 Cáp tín hiệu từ máy phát kết nối với đầu vào kênh suy hao 01, đầu kênh suy hao kết nối với máy phân tích tín hiệu Sau bật nguồn cho thiết bị Bước 2: Cài đặt tham số máy phát tín hiệu máy phân tích tín hiệu tương tự mục 5.3.2 Bước 3: Cài đặt tham số cho kênh suy hao 01 thiết bị UPC: + Chế độ hoạt động: Thủ công (Manual) + Mức suy hao: cài đặt dB, 10 dB, 20 dB, 30 dB Bước 4: + Lần lượt ghi lại công suất đỉnh phổ tín hiệu thu máy phân tích tín hiệu tiến hành cài đặt mức suy hao ký hiệu Pout(0), Pout (10), Pout (20), P(30) + Tính tốn mức suy hao thực tế (A) cài đặt mức suy hao 10 dB, 20 dB, 30 dB hệ số dự trữ công suất tối đa theo công thức đây: A(10) = Pout (0) – Pout (10) (5-2) A(20) = Pout (0) – Pout (20) (5-3) A(30) = Pout (0) – Pout (30) (5-4) Hệ số dự trữ công suất tối đa = A(30) (5-5) Trong đó: A(X) mức suy hao thực tế đo cài đặt mức suy hao thiết bị X; Pout(X) mức công suất đỉnh phổ thu máy phân tích tín hiệu cài đặt cài đặt mức suy hao thiết bị X 91 + Dải điều chỉnh công suất đo từ dB đến A(30) dB, hệ số dự trữ công suất tối đa A(30) + Ghi giá trị đo vào mục tương ứng Bảng 5.2 Bước 5: + Lập lại bước đến bước kênh suy hao 02, 03, 04 05 để kiểm tra khả điều chỉnh công suất hệ số dự trữ công suất tối đa thiết bị sử dụng kênh suy hao + Ghi giá trị đo vào mục tương ứng Bảng 5.2 5.3.4 Bước điều chỉnh công suất cực tiểu - Thực kiểm tra bước điều chỉnh công suất cực tiểu kênh suy hao thiết bị UPC - Thiết bị đo: + Máy phát tín hiệu; + Máy phân tích tín hiệu; + Dây cáp trung tần, đầu chuyển loại - Sơ đồ đấu nối thiết bị theo Hình 5.3 - Thực đo: Bước 1: Kết nối thiết bị theo sơ đồ đo Hình 5.3 Cáp tín hiệu từ máy phát kết nối với đầu vào kênh suy hao 01, đầu kênh suy hao kết nối với máy phân tích tín hiệu Sau bật nguồn cho thiết bị Bước 2: Cài đặt tham số máy phát tín hiệu máy phân tích tín hiệu tương tự mục 5.3.2 Bước 3: Cài đặt tham số cho kênh suy hao 01 thiết bị UPC: + Chế độ hoạt động: Thủ công (Manual) + Mức suy hao: cài đặt X dB, (X + 0,25) dB (X + 0,5).Trong X số nguyên từ đến 29 Bước 4: + Lần lượt ghi lại cơng suất đỉnh phổ tín hiệu thu máy phân tích tín hiệu tiến hành cài đặt mức suy hao trên, ký hiệu P(X), P(X), P(X+0,25), P(X+0,5) Nếu cơng suất đỉnh phổ tín hiệu biến thiên 0,25 dB với mức dung sai khoảng 10% kênh suy hao 01 đạt yêu cầu tiêu bước điều chỉnh công suất cực tiểu 0,25 dB + Ghi giá trị đo vào mục tương ứng Bảng 5.2 Bước 5: + Lập lại bước đến bước kênh suy hao 02, 03, 04 05 để kiểm tra bước điều chỉnh công suất cực tiểu thiết bị sử dụng kênh suy hao + Ghi giá trị đo vào mục tương ứng Bảng 5.2 92 5.3.5 Công suất đầu điểm nén dB - Thực đo công suất đầu điểm nén dB kênh suy hao thiết bị UPC - Thiết bị đo: + Máy phát tín hiệu; + Máy phân tích tín hiệu; + Dây cáp trung tần, đầu chuyển loại - Sơ đồ đấu nối thiết bị theo Hình 5.3 - Thực đo: Bước 1: Kết nối thiết bị theo sơ đồ đo Hình 5.3 Cáp tín hiệu từ máy phát kết nối với đầu vào kênh suy hao 01, đầu kênh suy hao kết nối với máy phân tích tín hiệu Sau bật nguồn cho thiết bị Bước 2: Cài đặt tham số máy phát tín hiệu máy phân tích tín hiệu tương tự mục 5.3.2 Bước 3: Cài đặt tham số cho kênh suy hao 01 thiết bị UPC: + Chế độ hoạt động: Thủ công (Manual) + Mức suy hao: dB - Bước 4: + Tăng dần công suất đầu vào máy phát tín hiệu Quan sát đỉnh phổ đầu máy phân tích tín hiệu, tới cơng suất đầu vào máy phát tín hiệu tăng dB mà đỉnh phổ quan sát máy phân tích tăng dB dừng lại ghi lại công suất đỉnh phổ đầu Pout Tại đây, kênh suy hao 01 đạt đến điểm nén dB + Tính tốn cơng suất đầu điểm nén dB kênh suy hao 01 theo công thức: P1dB = Pout + Lc (5-6) Trong đó: P1dB cơng suất đầu điểm nén dB Pout công suất đỉnh phổ thu máy phân tích tín hiệu điểm nén dB Lc suy hao cáp + Ghi giá trị đo vào mục tương ứng Bảng 5.2 - Bước 5: +Lập lại bước đến bước kênh suy hao 02, 03, 04 05 để xác định bước điều chỉnh công suất đầu điểm nén dB thiết bị sử dụng kênh suy hao + Ghi giá trị đo vào mục tương ứng Bảng 5.2 93 5.3.6 Điểm chặn bậc tín hiệu vào - Thực điểm chặn bậc tín hiệu vào tần số f (điểm tần số f hãng sản xuất quy định) - Thiết bị đo: + Máy phát tín hiệu; + Máy phân tích tín hiệu; + Bộ chia/ghép tín hiệu + Dây cáp trung tần, đầu chuyển loại - Sơ đồ đấu nối thiết bị theo Hình 5.4 Máy phân tích tín hiệu Máy phát tín hiệu 01 Bộ ghép tín hiệu Máy phát tín hiệu 02 Kênh suy hao 01 Kênh suy hao 02 Kênh suy hao 03 Đầu vào Kênh suy hao 04 Đầu Kênh suy hao 05 Thiết bị UPC Hình 5.4 Sơ đồ đo điểm chặn bậc tín hiệu vào thiết bị UPC - Thực đo: Bước 1: Kết nối thiết bị theo sơ đồ đo Hình 5.4 Tín hiệu từ máy phát 01 máy phát 02 thơng qua ghép tín hiệu đưa đến đầu kênh suy hao 01, đầu kênh suy hao kết nối với máy phân tích tín hiệu Sau bật nguồn cho thiết bị Bước 2: Cài đặt tham số cho thiết bị đo: + Máy phát tín hiệu 01: Tần số phát: f + 0.5 (MHz),trong f = 1350 MHz Cơng suất cần phát tính theo cơng thức sau: Pin1 = P1dB/2 + Lc + Ltb + Lcombiner (5-7) Trong đó: P1dB công suất đầu điểm nén dB thiết bị; Lc: Suy hao cáp từ đầu máy phát đến đầu vào thiết bị; Lcombiner: Suy hao ghép tín hiệu; Ltb: Suy hao thơng qua thiết bị + Máy phát tín hiệu 02: Tần số phát: f - 0.5 (MHz); Công suất phát: Pin2 = Pin1 94 + Máy phân tích tín hiệu: Tần số trung tâm: f = 1350 MHz; Cường độ tham chiếu (Reference Level): 20 dBm; Dải quan sát (SPAN): MHz; Độ phân giải băng thông (Resolution bandwidth): 10 kHz; Video băng thông (Video bandwidth): 100 Hz + Cài đặt tham số cho kênh suy hao 01 thiết bị UPC: Chế độ hoạt động: Thủ công (Manual) Mức suy hao: dB Bước 4: + Đánh dấu điểm đỉnh phổ (f + 0.5 MHz) sau điều chỉnh mức cơng suất máy phát cho máy phân tích hiển thị điểm đỉnh phổ là: Pout1 = (P1dB / ± 0.1) dBm = (9 ± 0.1) dBm (5-8) + Tương tự vậy, đánh dấu điểm đỉnh phổ (f – 0.5 MHz) sau điều chỉnh mức cơng suất máy phát cho máy phân tích hiển thị điểm đỉnh phổ là: Pout2 = (9 ± 0.1) dBm (5-9) + Đặt điểm đánh dấu delta đỉnh tín hiệu xuyên điều chế liền kề, qua ta thu độ chênh lệch cơng suất tín hiệu phát tín hiệu xuyên điều chế ΔP Bước 5: Tính tốn điểm chặn bậc tín hiệu vào theo công thức đây: PTOI = Pout + ΔP/2 (dBm) (5-10) + Ghi giá trị đo vào mục tương ứng Bảng 5.2 Bước 6: Lần lượt thay f = 950 MHz 1750 MHz lập lại từ bước đến bước để xác định điểm chặn bậc tín hiệu vào điểm tần số + Ghi giá trị đo vào mục tương ứng Bảng 5.2 Bước 7: + Lập lại bước đến bước kênh suy hao 02, 03, 04 05 để kiểm tra điểm chặn bậc tín hiệu vào thiết bị sử dụng kênh suy hao + Ghi giá trị đo vào mục tương ứng Bảng 5.2 5.3.7 Số kênh điều khiển tuyến phát - Thực kiểm tra số kênh điều khiển tuyến phát thiết bị UPC - Thiết bị đo: + Máy phát tín hiệu; + Máy phân tích tín hiệu; + Dây cáp trung tần, đầu chuyển loại - Sơ đồ đấu nối thiết bị theo Hình 5.3 - Thực đo: 95 Bước 1: Kết nối thiết bị theo sơ đồ đo Hình Cáp tín hiệu từ máy phát kết nối với đầu vào kênh suy hao 01, đầu kênh suy hao kết nối với máy phân tích tín hiệu Sau bật nguồn cho thiết bị Bước 2: Cài đặt tham số máy phát tín hiệu máy phân tích tín hiệu tương tự mục 5.3.2 Bước 3: Cài đặt tham số cho kênh suy hao 01 thiết bị UPC: + Chế độ hoạt động: Thủ công (Manual) + Mức suy hao: Trường hợp thứ nhất, cài đặt 05 kênh suy hao với mức suy hao tín hiệu giống Trường hợp thứ hai, cài đặt 05 kênh suy hao với mức suy hao tín hiệu khác Bước 4: + Lần lượt xác định mức suy hao thực tế kênh suy hao có trùng với mức suy hao cài đặt hay không Nếu mức suy hao cài đặt mức suy hao thực tế trùng 02 trường hợp trên, số kênh điều khiển tuyết phát thiết bị UPC 05 kênh, đạt tiêu kỹ thuật đề + Ghi giá trị đo vào mục tương ứng Bảng 5.2 5.3.8 Trở kháng đầu vào/ra danh định kênh tín hiệu - Thực đo kiểm trở kháng đầu vào/ra danh định kênh suy hao - Thiết bị đo: + Máy phát tín hiệu; + Máy phân tích tín hiệu; + Dây cáp trung tần, đầu chuyển loại - Sơ đồ đấu nối thiết bị theo Hình 5.2 - Thực đo kiểm: Bước 1: Tiến hành theo dõi trình đo kiểm tiêu kỹ thuật kênh suy hao (dải điều chỉnh công suất, bước điều chỉnh công suất, công suất đầu điểm nén dB) kết nối với thiết bị đo kiểm yêu cầu phối hợp trở khảng 50 Ohm máy phát tín hiệu, máy phân tích tín hiệu, cáp đo Nếu phổ tín hiệu từ máy phát thông qua kênh suy hao đến máy phân tích tín hiệu khơng bị méo mó, biến dạng so với tín hiệu từ máy phát tín hiệu tiêu kỹ thuật kênh suy hao đạt yêu cầu đồng nghĩa đầu vào/đầu kênh suy hao phối hợp trở kháng 50 Ohm thành cơng, trở kháng đầu vào/đầu danh định kênh suy hao 50 Ohm Bước 2: Ghi kết kiểm tra “Đạt” kênh suy hao có trở kháng đầu vào/đầu danh định kênh suy hao 50 Ohm ghi giá trị kiểm tra vào mục tương ứng Bảng 5.2 5.3.9 Điện áp nguồn cấp - Thực đo điện áp xoay chiều cấp nguồn cho thiết bị UPC 96 - Thiết bị đo: + Đồng hồ vạn năng; - Sơ đồ đấu nối thiết bị theo Hình 5.5 - Thực đo: Bước 1: Kết nối thiết bị theo sơ đồ đo Hình 5.5 Bước 2: Cài đặt đồng hồ vạn để thang đo điện áp xoay chiều mắc song song với đầu vào điện áp thiết bị UPC Bước 3: + Bật nguồn cấp cho thiết bị; + Đọc giá trị mức điện áp đồng hồ vạn năng; + Ghi giá trị đo vào mục tương ứng Bảng 5.2 L Mạch biến đổi nguồn 01 Nguồn điện xoay chiều Mạch biến đổi nguồn 02 N Thiết bị UPC Đồng hồ vạn Hình 5.5 Sơ đồ đo điện áp nguồn cấp cho thiết bị UPC 5.3.10 Dòng điện tiêu thụ L Mạch biến đổi nguồn 01 Nguồn điện xoay chiều Mạch biến đổi nguồn 02 N Thiết bị UPC Đồng hồ vạn Hình 5.6 Sơ đồ đo dòng điện tiêu thụ thiết bị UPC - Thực đo dòng điện tiêu thụ thiết bị UPC - Thiết bị đo: + Đồng hồ vạn năng; - Sơ đồ đấu nối thiết bị theo Hình 5.6 - Thực đo: Bước 1: Kết nối thiết bị theo sơ đồ đo Hình 5.6 97 Bước 2: Cài đặt đồng hồ vạn để thang đo dòng điện xoay chiều mắc nối tiếp với đầu cấp nguồn cho thiết bị UPC Bước 3: + Bật nguồn cấp cho thiết bị; + Đọc giá trị dòng điện tiêu thụ thiết bị đồng hồ vạn năng; + Ghi giá trị đo vào mục tương ứng Bảng 5.2 Dựa vào kết đo kiểm tiêu kỹ thuật thiết bị UPC, ta thấy rằng, thiết bị UPC nghiên cứu thiết kế hoạt động tốt với tiêu kỹ thuật đạt so với yêu cầu đề từ trước, đặc biệt tiêu kỹ thuật quan trọng như: Dải tần số hoạt động, tổn hao thông qua thiết bị, khả điều chỉnh công suất Bảng 5.2 Kết đo tiêu kỹ thuật thiết bị UPC TT Tên tiêu Dải tần số hoạt động kênh tuyến phát, khoảng Kênh 01 Tổn hao thông qua Kênh 02 thiết bị, không lớn Kênh 03 Kênh 04 Kênh 05 Kênh 01 Khả điều Kênh 02 chỉnh công suất, Kênh 03 khoảng Kênh 04 Kênh 05 Kênh 01 Kênh 02 Hệ số dự trữ tối đa, Kênh 03 không nhỏ Kênh 04 Kênh 05 Kênh 01 Kênh 02 Bước điều chỉnh Kênh 03 Kênh 04 Kênh 05 Kênh 01 Công suất đầu Kênh 02 Kênh 03 điểm nén dB, Kênh 04 không nhỏ Kênh 05 ĐVT MHz Giá trị cần đạt Từ 950 đến 1750 dB 3,5 dB Từ đến 30 dB 30 dB 0,25 dBm 18 98 Kết kiểm tra 950 1350 1750 2,4 3,0 2,4 2,9 2,8 Đạt Đạt Đạt Đạt Đạt 30,9 31,3 31,0 30,9 30,1 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 24,3 23,8 24,3 24,2 24,8 2,4 3,0 2,6 3,3 2,9 Đạt Đạt Đạt Đạt Đạt 31,3 31,2 31,5 30,1 30,5 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 24,2 25,2 25,5 24,6 25,6 2,6 3,2 3,3 3,3 2,9 Đạt Đạt Đạt Đạt Đạt 30,4 30,3 30,0 30,1 30,0 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 23,6 23,6 23,4 23,0 25,1 Tên tiêu Kênh 01 Kênh 02 Điểm chặn bậc tín hiệu vào, khơng Kênh 03 nhỏ Kênh 04 Kênh 05 Kênh 01 Trở kháng đầu Kênh 02 vào /ra danh định Kênh 03 kênh tín Kênh 04 hiệu Kênh 05 Số kênh điều khiển tuyến phát 10 Điện áp nguồn cấp VAC TT 11 12 13 14 15 16 17 Dòng điện tiêu thụ, không lớn Nhiệt độ hoạt động, khoảng Độ ẩm, không lớn Giám sát điều khiển M&C (RS485/RS422) Kích thước (dài × rộng × cao), khơng lớn Tính bảo vệ khỏi vật rắn (tiêu chuẩn IP22) Kiểu rung Tính rung Tần số xóc (tiêu chuẩn TCQS 090:2018/ Biên độ TĐC) Chu kỳ quét ĐVT Giá trị cần đạt dBm 28 Ohm 50 Kênh 05 220, với dung sai ± 10% A Kết kiểm tra 36,2 36,5 36,5 35,8 36,6 36,6 36,3 36,9 36,8 36,1 36,9 36,4 35,9 36,6 36,2 Đạt Đạt Đạt Đạt Đạt 05 Đạt 1,5 0,2 C Từ đến 40 Đạt % 95 Đạt Đạt Đat 470×430×130 435×430×130 Kích thước lớn 12,5 mm Đạt o mm Hình sin Hz mm Từ đến 35 0,35 Đạt 10 5.4 Hiệu chỉnh thiết bị 5.4.1 Hiệu chỉnh phần cứng Lỗi phần cứng phát chủ yếu xảy bảng mạch điều khiển suy hao ATT với 02 tượng sau: - Hiện tượng 01: Trong trình kiểm tra, xảy tượng có bảng mạch điều khiển suy hao ATT đạt mức điều chỉnh suy hao tối đa 20 dB 99 + Nguyên nhân: Do tiếp đất cổng tín hiệu vào chưa tốt Do IC điều khiển suy hao HMC1119 với chân bụng (rất khó hàn) chưa hàn tốt vào bảng mạch + Cách khắc phục: Khò lại IC HMC1119, kiểm tra phần đấu đất bảng mạch suy hao cổng tín hiệu - Hiện tượng 02: Bảng mạch ATT có hệ số tổn hao cố định thông qua bảng mạch lớn 3.5 dB + Nguyên nhân: Có thể nguyên nhân sau Thứ mối hàn cổng tín hiệu đường dẫn tín hiệu bảng mạch chưa tốt dẫn đến phối hợp trở kháng chưa tốt Cách khắc phục kiểm tra hàn lại mối hàn đầu nối SMA mạch Thứ hai tụ lọc cách ly đường tín hiệu đầu vào chất lượng sai trị số Khắc phục cách thay tụ trị số kiểm tra lại kết Thứ ba chân relay chưa hàn tốt với bảng mạch relay chất lượng chưa đảm bảo Khắc phục cách hàn lại thay relay 5.4.2 Hiệu chỉnh phần mềm Hiện tượng 01: Các thông số bảng mạch Level không cập nhật theo thời gian thực mà phải thoát vào lại cập nhật thông số - Cách khắc phục: bổ sung code thực chức người dùng vào hình Level, hệ thống sau 1s gửi thơng số cập nhật hình Hiện tượng 02: LED báo cảnh không sáng, sáng chưa - Nguyên nhân: - Đấu sai chân LED điều kiện kích hoạt led sáng phần lập trình bị sai - Cách khắc phục: Kiểm tra lại kết nối chân led hiệu chỉnh lại phần code đặt điều kiện kích hoạt đèn led Hiện tượng 03: Thơng tin qua cổng RS485 tích hợp phía sau thân máy thực - Nguyên nhân: + Đấu dây tín hiệu đường RS485 chưa + Phần lập trình thực chức thơng tin qua cổng RS485 xảy lỗi - Cách khắc phục: Tiến hành kiểm tra hàn lại dây theo sơ đồ chân tín hiệu Nếu dây đấu mà khơng thể thơng tin qua cổng RS485 tiến hành kiểm tra lại code thực chức này, tiến hành chỉnh sửa 100 Kết luận chương Chương giới thiệu thiết bị UPC sau lắp ráp hoàn chỉnh, giới thiệu đo kiểm phục vụ kiểm tra tiêu kỹ thuật đầu cho sản phẩm UPC nghiên cứu thiết kế Kết đo kiểm thấy rằng, thiết bị UPC thiết kế hoạt động tốt theo tính năng, tiêu kỹ thuật đề Các lỗi phát sinh phân tích đưa phương án khắc phục rõ ràng, đảm bảo thiết bị UPC sau hồn thiệt hoạt động ổn định hệ thống 101 KẾT LUẬN Thiết bị UPC (Uplink Power Control) thiết bị tự động điều khiển công suất đường lên sử dụng cho trạm điều khiển trung tâm (HUB) băng Ku Thiết bị có vai trò quan trọng hoạt động trạm HUB nói riêng mạng thơng tin vệ tinh nói chung Tuy nhiên, việc sủa chữa sản xuất thiết bị phần lớn phụ thuộc vào thị trường nước ngồi với chi phí nhập cao Vì vậy, luận văn đưa mục tiêu thiết kế, chế tạo thành cơng thiết bị UPC với tính tiêu kỹ thuật tương đương với hãng sản xuất nước ngồi Thơng qua khảo sát, nghiên cứu thiết bị UPC hãng nước sản xuất, sử dụng hệ thống thông tin vệ tinh ta, luận văn đưa tính năng, tiêu kỹ thuật cho thiết bị Thông qua tiêu kỹ thuật tính năng, tiến hành xây dựng phương án thiết kế phần cứng cho thiết bị Phần cứng thiết bị bao gồm 04 bảng mạch với chức sau: Bảng mạch điều khiển trung tâm: Thu nhận thơng số cấu hình từ người khai thác qua: bàn phím, qua web, qua lệnh theo đường RS485 xử lý gửi đến khối MCU hiển thị hình Ngồi ra, cịn thu nhận thơng số sau tính tốn trạng thái bảng mạch điều khiển suy hao ATT từ khối MCU hiển thị hình Bảng mạch giám sát điều khiển: Xử lý chuyển đổi tín hiệu tham chiếu từ điện áp sang dB dựa vào thông số cài đặt kênh tín hiệu tham chiếu Dựa vào thông số cài đặt bảng mạch điều khiển suy hao ATT tín hiệu tham chiếu quy đổi tính tốn mức suy hao cho bảng mạch ATT Gửi lệnh điều khiển suy hao đến bảng mạch ATT Gửi tham số cập nhật bảng mạch ATT tín hiêu tham chiếu đến bảng mạch CPU để hiển thị hình Bảng mạch điều khiển suy hao: Đọc giá trị cảm biển nhiệt độ tích hợp bảng mạch Căn vào lệnh điều khiển gửi từ MCU điều kiện nhiệt độ đo để thực điều khiển suy hao tín qua bảng mạch Phản hồi kết điều khiển suy hao tín hiệu cho bảng mạch MCU Bảng mạch nguồn: Biến đổi điện áp xoay chiều đầu vào thành mức điện áp, cung cấp cho bảng mạch khác thiết bị UPC Căn vào chức bảng mạch thiết bị, đưa lưu đồ thuật toán điều khiển tiến hành viết chương trình phần mềm cho bảng mạch Ngồi ra, tiến hành thiết kế giao diện giám sát điều khiển thiết bị qua Web qua phần mềm máy tính Sau hồn thành thiết kế phần cứng phần mềm cho thiết bị, thiết bị lắp ráp khí thành thiết bị hồn chỉnh Chỉ tiêu kỹ thuật tính hoạt động thiết bị đo kiểm cách chặt chẽ thông qua hệ thống đo cụ thể 102 Kết đo kiểm cho thấy, thiết bị UPC thiết kế có khả hoạt động tốt với đầy đủ tính tiêu kỹ thuật đạt yêu cầu đề trước Nội dung luận văn xây dựng trình tác giả tham gia đề tài “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị tự động điều khiển công suất trạm điều khiển trung tâm (HUB) băng Ku hệ thống thông tin vệ tinh quân sự” đơn vị công tác Trong đề tài tác giả tham gia nghiên cứu lý thuyết, thiết kế, gia công mạch phần cứng thử nghiệm thiết bị Q trình thực ln bám sát nội dung luận văn đề Kết luận văn làm tăng cường tính chủ động, khả làm chủ thiết bị hệ thống thơng tin vệ tinh, qua góp phần giúp nâng cao khả bảo đảm thông tin liên lạc, thông suốt, vững tình Phương hướng nghiên cứu Tuy thơng qua luận văn này, thiết kế chế tạo thành cơng thiết bị UPC với tính tiêu kỹ thuật tương đương hãng sản xuất nước ngoài, thiết bị UPC thiết kế tồn số vấn đề sau, cần nghiên cứu cải thiện tương lai: Giao diện thiết bị hoàn toàn sử dụng tiếng Anh (tương tự sản phẩm hãng nước ngoài), điều phần gây khó khăn cho người khai thác, nhân viên kỹ thuật nước ta – vốn có trình độ tiếng Anh cịn hạn chế Vì vậy, cần Việt hóa tồn phần giao diện hiển thị hình LCD, giao diện Web giao diện phần mềm, để nhân viên kỹ thuật người Việt sử dụng thiết bị cách dễ dàng xác Tính trực quan giao diện Web giao diện phần mềm thiết bị hạn chế, cần thiết kế giao diện Web giao diện phần mềm thân thiện với người khai thác, sử dụng thiết bị 103 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TS Nguyễn Phạm Anh Dũng Giáo trình thơng tin vệ tinh Học viện Cơng nghệ Bưu viễn thơng, 2007 [2] ThS Hồng Vân, “Cân cơng suất, băng thông thông tin vệ tinh” Đại học Công nghệ / Đại học Quốc gia Hà Nội, 2010 [3] Gordon, Gary D., and Walter L Morgan "Principles of communications satellites(Book)." New York: John Wiley & Sons, Inc, 1993 (1993) [4] Maral, Gerard, Michel Bousquet, and Zhili Sun Satellite communications systems: systems, techniques and technology John Wiley & Sons, 2020 [5] Walthall, E R "Earth station technology." Communication Satellite Systems: An Overview of the Technology (1976) [6] Potts, James B Satellite Transmission Systems Bass II Publications, 1993 [7] D Drive, “Uplink Power Control System”, MITEQ Technical, 2012, pp.202 [8] J.X.Yeo, “Rain Attenuation Prediction Model for Satellite Communications”, IEEE Transactions on antennas and Propagation, 2014, pp.6 [9] U.C Fiebig, “Modelling Rain Fading with a Time-Series Generator Considering Seasonal and Diurnal Variations”, Proc 8th Ka-Band Utilization Conference, Italy, 2002, pp.15 104 ... việc ? ?Thiết kế, chế tạo thiết bị tự động điều khiển công suất trạm điều khiển trung tâm (HUB) băng Ku hệ thống thơng tin vệ tinh? ?? có ý nghĩa quan trọng bảo đảm hoạt động mạng thông tin vệ tinh. .. văn CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG ĐỀ TÀI LUẬN VĂN Thiết kế, chế tạo thiết bị tự động điều khiển công suất trạm điều khiển trung tâm (HUB) băng Ku hệ thống thông tin vệ tinh Giáo viên hướng dẫn Ký ghi rõ họ... băng Ku? ?? chế thử thành công thiết bị UPC thay cho thiết bị hoạt động mạng lưới - Nghiên cứu, chế tạo thành công thiết bị tự động điều khiển công suất trạm điều khiển trung tâm (HUB) băng Ku có tính