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 su ất 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 trình hoàn 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 thơng tin vệ tinh qn 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 tơi 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 thơng 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 thơng 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 mơi 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