Nhung ly thuyet tong quan ve cong nghe thong tin 191831 khotrithucso com

Cơ sở thông tin vệ tinh Chơng I

1-/ Tần số và các đặc tính của sóng vô tuyến điện sử dụng trong thông tin vệ tinh

I.1.1-/ Sóng vô tuyến điện và tần số.

Sóng vô tuyến điện là một bộ phận của sóng điện từ và giống nh sóng ánh sáng, tia hồng ngoại, tia X v.v Sự khác nhau giữa chúng ở tần số Theo Điều lệ vô tuyến điện của ITU, sóng vô tuyến điện đợc quy định là những sóng điện từ có tần số nhỏ hơn 3.000 GHz (bớc sóng 0,1 mm) Trong khoảng đó, các sóng có tần số từ 9 KHz (bớc sóng khoảng 33 Km) đến 270 GHz (bớc sóng 1,1mm) đợc phân định cho nhiều mục đích khác nhau Các tần số sử dụng cho thông tin vệ tinh thờng là từ 1 GHz (bớc sóng 30 cm) đến 10 GHz (bớc sóng 3 cm) Khoảng tần số này đợc gọi là "cửa sổ tần số", vì ảnh hởng do tạp âm nhiệt vũ trụ nhỏ, tổn hao do ma và do các phần tử khí có trong vò trô còng nhá.

Việc phân định tần số đợc thực hiện theo Điều lệ vô tuyến ở mỗi khu vực của ITU Có ba khu vực của ITU: Nhật Bản nằm ở khu vực 3.

Khu vực 1: Châu Âu, Châu Phi, Liên Xô cũ và các nớc Đông ¢u.

Khu vực 2: Các nớc Nam và Bắc Mỹ.

Khu vực 3: Châu á và Châu Đại Dơng.

Tuy nhiên do có sự khác nhau giữa các khu vực đối với dịch vụ thông tin vệ tinh nên việc phân định tần số cho ba khu vực này thờng đợc tiến hành với một vài ngoại lệ (Xem bảng I.1 trang bên)

2-/ Phổ sóng điện tử

Sóng điện từ có tần số biến đổi từ 0 đến vô cùng Hiện giờ tần số cao nhất đợc biết là các tia vũ trụ có tần số từ 5 x

10 20 đến 8 x 10 21 Hz Trong dải tần số rộng lớn nh vậy, khi các tần số khác nhau chúng có những tính chất khác nhau, do đó để có một khái niệm rõ ràng khi sử dụng ngời ta chia thành các băng tần số thờng là có cùng tính chất và có ứng dụng nh nhau.

Bảng I.1 - Tên và phân loại sóng vô tuyến

No.N Dải tần số Tên băng tÇn (viÕt tắt)

Phân loại theo bíc sóng Sử dụng chủ yếu trong

30 - 300 Hz TÇn sè cùc kú thÊp (VLF)

Sử dụng trong vËt lý

3KHz TÇn sè cùc thÊp (EHF)

4 3 - 30KHz TÇn sè rÊt thÊp (VLF)

Vô tuyến hàng hải Thông tin di động hàng hải

Sãng Mm (chôc ngh×n mÐt)

Phát thanh Thông tin hàng hải Thông tin quốc tế

6 3 - 30MHz TÇn sè trung b×nh (MF) Sãng Km

Phát thanh sóng ngắn Các loại thông tin di động Thông tin quốc tế

7 30 - 300MHz TÇn sè cao (HF)

Hectomet (cì Sãng tr¨m mÐt)

Phát thanh FM và truyền h×nh

Các loại thông tin di động

3000MHz TÇn sè rÊt cao (VHF) decamet (cì Sãng chôc mÐt)

TruyÒn h×nh Các loại thông tin di động Các loại thông tin cố định

9 3 - 30 GHz TÇn sè cùc cao (UHF) Sãng m

Thông tin vệ tinh và rada Viễn thông công cộng Vô tuyến thiên văn

10 30 - 300GHz Tần số siêu cao (SHF) Sãng cm

Vô tuyến thiên văn Rada sãng mm Nghiên cứu và thí nghiệm

Tần số vô cùng cao (DHF) Sóng mm Cha đợc phân định

Trong thông tin vệ tinh, dải tần thờng đợc sử dụng là dải sóng siêu cao (SHF).

3-/ Phân định băng tần số cho vệ tinh địa tĩnh

Các tần số lý tởng đối với thông tin vệ tinh địa tĩnh nằm trong khoảng cửa sổ tần số Nhng băng tần sử dụng cho thông tin vệ tinh yêu cầu rất rộng không thể chứa đủ trong khoảng cửa sổ tần số Do đó phải sử dụng các tần số mới, các tần số này phải đợc thăm dò cẩn thận.

Hiện nay băng C và băng Ku đợc sử dụng phổ biến nhất. Băng L đợc sử dụng cho các ứng dụng khác. Đối với thông tin vệ tinh quốc tế độ tin cậy là rất quan trọng do đó việc lựa chọn băng tần dùng cho thông tin vệ tinh quốc tế cần phải đợc thực hiện kỹ càng Ngời ta đã chọn băng

C dùng cho thông tin vệ tinh quốc tế còn băng Ku dùng cho thông tin vệ tinh nội địa.

Bảng I.2 - Các băng tần sử dụng cho thông tin vệ tinh

Tên băng tần Tần số GHz Bớc sóng (cm)

1-/ ả nh hởng của tầng điện ly đối với sóng điện từ

Sóng điện từ có thể truyền lan trong không gian tự do hay trong khí quyển và tần số của sóng càng cao thì khả năng truyền lan của nó càng lớn, với các tần số nhỏ hơn 30 KHz thì nó không có khả năng truyền lan Trong quá trình truyền lan, sóng điện từ bị suy hao do sự hấp thụ của khí quyền, sự suy hao này phụ thuộc vào các điều kiện khí tợng, điều kiện thời tiết, và cờng độ bức xạ của mặt trời Trong tầng khí quyển, do bức xạ của mặt trời mà khí quyển chia làm các lớp:

- Tầng đối lu nằm từ mặt đất đến độ cao khoảng 10 Km.

- Tầng bình lu nằm từ khoảng 10 Km đến độ cao khoảng

- Tầng điện ly cao khoảng 400 Km

Tầng điện ly có mật độ loãng ở phía trên còn phía dới có mật độ dày đặc hơn, nhng bức xạ của mặt trời lại mạnh hơn ở phía trên và yếu hơn khi xuyên xuống lớp dới cho mật độ điện tử và ion sẽ đạt cực đại ở độ cao khi mà mật độ chất khí đủ lớn và cờng độ bức xạ đủ mạnh.

Ban ngày tầng điện ly chia làm 3 lớp là D, E, F riêng lớp F lại chia làm 2 lớp là F1 và F2 Tình trạng các lớp này thay đổi theo vị trí của mặt trời, ban ngày bức xạ mặt trời chiếu thẳng vào tầng điện ly làm tăng số phần tử bị ion hoá còn ban đêm bức xạ và ion giảm làm lớp D biến mất và lớp F1 kết hợp với F2 tạo thành một lớp F.

Tầng điện ly có những ảnh hởng tới sóng điện từ, nó không chỉ làm suy hao sóng mà còn làm lệch hớng truyền sóng, ở dải tần số thấp sóng không thể đi qua đợc tầng điện

8 ly, ở băng tần số cao thì tầng điện ly uốn cong quỹ đạo truyền sóng tần số càng cao càng ít bị uốn cong Từ dải tần số cực cao UHF trở lên, sóng không còn bị ảnh hởng bởi tầng điện ly Do những đặc tính nh vậy của tầng điện ly lợi dụng sự uốn cong hớng truyền sóng (sự phản xạ) ta có thể thiết lập đờng truyền với cự ly khá xa khi sử dụng sóng HF.

2-/ Tiêu hao trong quá trình truyền sóng

Trong thông tin, khi sóng đi qua khoảng không gian vũ trụ, trong môi trờng này có rất ít các chất có khả năng làm suy hao sóng hay làm lệch hớng truyền lan của nó Sự suy hao này chỉ là sự khuếch tán tự nhiên của nó Môi trờng này còn gọi là không gian tự do Trong không gian tự do, tỷ số công suất phát trên công suất thu tại một điểm cách nơi phát một khoảng R là:

: là bớc sóng của sóng vô tuyến điện.

Tỷ số này gọi là tiêu hao không gian tự do.

Khi sóng truyền trong khí quyển, sự hấp thụ của khí quyển phụ thuộc vào tần số của sóng Tần số càng tăng thì khả năng hấp thụ của tầng điện ly đối với sóng càng giảm, tuy nhiên khi tần số tăng hơn nữa bắt đầu từ 4 GHz trở lên thì sự hấp thụ lại tăng do có sự hấp thụ của tầng đối lu Sự hấp thụ trong khí quyển cũng phụ thuộc vào góc tà Với góc tà thấp, tín hiệu có đờng đi trong khí quyển lớn do đó hấp thụ cũng tăng.

3-/ Cửa sổ vô tuyến

Hình 1.1 - Suy hao của sóng vô tuyến điện trong khí quyển trái đất

Trong thông tin vệ tinh, do ảnh hởng của tầng điện ly lên sóng có tần số càng cao thì càng ít nên thờng sử dụng các sóng cao, siêu cao tần Tuy nhiên, ảnh hởng của không khí, hơi nớc và ma đối với sóng điện từ lại tăng theo tần số, sự hấp thụ này bắt đầu tăng ở khoảng 4 GHz và hấp thụ là cực đại ở khoảng tần số 21 GHz  60 GHz Khoảng tần số từ 600 MHz  4 GHz ít chịu ảnh hởng của sự suy hao do tầng điện ly và tầng đối lu nhất, khoảng tần số này đợc gọi là cửa sổ vô tuyến Nó là tần số lý tởng nhất dành cho thông tin vệ tinh.

4-/ Tạp âm trong quá trình truyền sóng

Các chất khí của khí quyển và ma không chỉ hấp thụ sóng điện từ mà còn là các nguồn bức xạ tạp âm nhiệt Tạp âm do các chất khí trong khí quyển ảnh hởng không nhiều đến sự truyền lan sóng vô tuyến điện so với tạp âm gây ra do ma. Ngoài ra còn có tạp âm gây ra bởi trái đất do trái đất bị mặt trời đốt nóng nên phát ra nhiệt gây ra tạp âm, tuy nhiên nó chỉ ảnh hởng nhiều tới các vệ tinh do anten của vệ tinh hớng về trái đất Nhiệt tạp âm của mặt đất đối với vệ tinh khoảng

Nh ta đã biết, tổng tạp âm đờng truyền bao gồm tạp âm đờng lên, tạp âm xuyên điều chế của bộ phát đáp vệ tinh, tạp âm đờng xuống và tạp âm nhiễu trong hệ thống Tổng tạp âm đờng truyền có thể tính theo biểu thức sau đây:

(C/T)T Trong đó (C/T) đợc biểu diễn ở dạng đối loga.

Quỹ đạo xích đạo tròn

Nguyên lý thông tin vệ tinh

Một vệ tinh sau khi đợc phóng vào trong vũ trụ có khả năng thu phát sóng điện từ, khi đó vệ tinh sẽ khuếch đại tín dụng thu đợc từ các trạm mặt đất và phát lại cho các trạm mặt đất khác Loại vệ tinh nhân tạo nh vậy đợc sử dụng cho thông tin đợc gọi là vệ tinh thông tin.

Hình 3.1 - Các dạng quỹ đạo của vệ tinh thông tin

Do vệ tinh chuyển động khác nhau khi quan sát từ mặt đất phụ thuộc vào quỹ đạo bay của nó nên vệ tinh đợc chia làm các loại sau:

* Quỹ đạo cực tròn: quỹ đạo bay của vệ tinh trùng với trục của trái đất. Ưu điểm là mọi điểm trên trái đất đều nhìn thấy vệ tinh trong khoảng thời gian nhất định cho nên đạt đợc việc phủ sóng toàn cầu do vệ tinh lần lợt quét tất cả các vị trí trên trái đất Loại này ít đợc sử dụng cho thông tin vệ tinh vì thời gian xuất hiện của nó ít.

* Quỹ đạo elip nghiêng: quỹ đạo của vệ tinh nghiêng so trục trái đất.

Loại này có khả năng bao phủ tới các vùng cực cao mà vệ tinh địa tĩnh không thể đạt tới đợc Nhợc điểm là hiệu ứng Doppler lớn và kỹ thuật điều khiển bám phải ở mức cao.

* Quỹ đạo xích đạo tròn: Quỹ đạo này vệ tinh bay trực tiếp trên đờng xích đạo và là dạng quỹ đạo đợc dùng cho vệ tinh điạ tĩnh Nếu bay ở độ cao đúng dạng quỹ đạo này sẽ là lý tởng đối với các vệ tinh thông tin.

Dạng quỹ đạo xích đạo đợc phân ra ba dạng:

+ Quỹ đạo thấp: Dạng quỹ đạo có độ cao điển hình là từ 160Km  480Km, nó có chu kỳ quay khoảng 90 phút Thời gian quan sát thấy vệ tinh khoảng 30 phút hoặc ít hơn Dạng quỹ đạo này không thích hợp cho thông tin vệ tinh.

+ Quỹ đạo trung bình: Độ cao điển hình của dạng này khoảng 10000 - 20000Km Chu kỳ bay của quỹ đạo là 5 - 12 giờ, thời gian quan sát thấy vệ tinh từ 2 4 giờ Loại này cũng không thích hợp cho vệ tinh thông tin.

+ Quỹ đạo địa tĩnh: Độ cao 36000Km và vệ tinh coi nh đứng yên trên mặt phẳng xích đạo khi quan sát từ một vị trí cố định trên mặt đất, ở độ cao này vệ tinh có thể đợc quan sát thấy 24 giờ trong ngày Quỹ đạo này là lý tởng cho vệ tinh thông tin.

Hình 3.2 - Phủ sóng toàn cầu với ba vệ tinh địa tĩnh Để tận dụng hơn nữa các tiềm năng khi sử dụng tân số của vệ tinh, ngời ta bố trí anten trên vệ tinh để có đợc dạng phủ sóng khác nhau trên mặt đất Sự phủ sóng của vệ tinh lên mặt đất đợc gọi là "Vết in".

Trong thông tin vệ tinh có 4 loại vết in đợc sử dụng là:

Hình 3.3 - Vết in toàn cầu

Hình 3.4 - Vết in bán cầu

Công nghệ thông tin vệ tinh chơng IV cấu hình tuyến thông tin vệ tinh

IV.1-/ Trạm mặt đất (SES)

Trạm vệ tinh mặt đất (SES) là trạm cho các tín hiệu từ mặt đất khởi đầu từ khách hàng xâm nhập.

SES tuỳ thuộc vào các tín hiệu của khách hàng, bức xạ tín hiệu ở một tần số và công suất phù hợp với hoạt động của vệ tinh.

Các trạm mặt đất phải có khả năng hoạt động sng công hoàn toàn, có thể phát và thu đồng thời Tất cả điều đó xảy ra phải không ảnh hởng lẫn nhau trong các trạm mặt đất.

Intelsat phân loại các trạm mặt đất dựa vào các đặc tính hoạt động của chúng, đặc tính này liên quan đến kích thớc của anten và tần số công tác ở băng C hoặc băng Ku.

Bảng IV.1 - Liệt kê các tiêu chuẩn của các loại trạm mặt đất

Tiêu chuẩn trạm mặt đất Kích thớc Anten

Việc bám chính xác là yêu cầu thờng xuyên để duy trì đ- ờng thông tin với chất lợng cao Các trạm mặt đất là các phơng tiện trên quả đất để thực hiện thông tin vệ tinh có hiệu quả. Để xây dựng các trạm mặt đất này cần xét các yêu cầu sau:

* Lựa chọn vị trí mỗi trạm mặt đất sao cho góc ngẩng anten đạt đợc càng cao càng tốt hớng vào vệ tinh.

* Bảo đảm khoảng hở đủ trên đờng chân trời ở hớng góc ngÈng anten

Các yêu cầu này là cần thiết để ngăn ngừa can nhiễu từ hoặc tới các sóng vô tuyến điện khác nhau vì các tần số vi ba sử dụng cho thông tin vệ tinh là chung cho các hệ thống thông tin khác trên mặt đất.

Công nghệ thông tin vệ tinh chơng IV

1-/ Trạm mặt đất (SES)

Trạm vệ tinh mặt đất (SES) là trạm cho các tín hiệu từ mặt đất khởi đầu từ khách hàng xâm nhập.

SES tuỳ thuộc vào các tín hiệu của khách hàng, bức xạ tín hiệu ở một tần số và công suất phù hợp với hoạt động của vệ tinh.

Các trạm mặt đất phải có khả năng hoạt động sng công hoàn toàn, có thể phát và thu đồng thời Tất cả điều đó xảy ra phải không ảnh hởng lẫn nhau trong các trạm mặt đất.

Intelsat phân loại các trạm mặt đất dựa vào các đặc tính hoạt động của chúng, đặc tính này liên quan đến kích thớc của anten và tần số công tác ở băng C hoặc băng Ku.

Bảng IV.1 - Liệt kê các tiêu chuẩn của các loại trạm mặt đất

Tiêu chuẩn trạm mặt đất Kích thớc Anten

Việc bám chính xác là yêu cầu thờng xuyên để duy trì đ- ờng thông tin với chất lợng cao Các trạm mặt đất là các phơng tiện trên quả đất để thực hiện thông tin vệ tinh có hiệu quả. Để xây dựng các trạm mặt đất này cần xét các yêu cầu sau:

* Lựa chọn vị trí mỗi trạm mặt đất sao cho góc ngẩng anten đạt đợc càng cao càng tốt hớng vào vệ tinh.

* Bảo đảm khoảng hở đủ trên đờng chân trời ở hớng góc ngÈng anten

Các yêu cầu này là cần thiết để ngăn ngừa can nhiễu từ hoặc tới các sóng vô tuyến điện khác nhau vì các tần số vi ba sử dụng cho thông tin vệ tinh là chung cho các hệ thống thông tin khác trên mặt đất.

Các trạm mặt đất thông tin vệ tinh có thể phân loại về đại thể theo tần số thu phát đợc sử dụng và các đặc tính độ nhạy thu (G/T)

Hình 4.1 - G/T của anten trạm mặt đất

IV.1.2 Sơ đồ khối của một trạm vệ tinh mặt đất.

Digital MUX : The digital Muxtiple xing Equiment

Thiết bị ghép kênh số.

Thiết bị ghép kênh mặt đất.

Space MUT : Space Muxtiplexing Equiment

Thiết bị ghép kênh không gian.

BB Unit : Base band Unit

Khối băng tần cơ sở

FM MOD : Frequency modulation Modulator

Thiết bị ghép kênh linh hoạt.

IRD Modem : Intermediate Data Rate Modem

Bộ biến hoàn tốc độ số liệu trung bình. IBS Modem : Intersat Business service modem.

Bộ biến hoà hoàn truyền hình.

Bộ biến đổi nâng tần n dịch vụ thơng mại Intersat.

SCPC Modem : Single Channel Per Carrier Modem

Bộ biến hoàn mỗi kênh một sóng mang. Television TV MOD: Bé biÕn

Bộ khuếch đại công suất cao.

Bộ khuếch đại tạp âm thấp Divider : Bé chia

Bộ biến đổi hạ tần.

T mux spce mux bb unit FM mod u/c u/c u/c u/c u/c

C o m b n i e r hpa tracking anten modem idr modem ibs scpc modem v mux

TV mod bb unit tv terrestrlal terminal digital mux

TV demod bb unit modem scpc modem ibs modem idr buffer v mux buffer

T mux space mux bb unit FM demod d/c d/c d/c d/c d/c d i v i d e r lna

2-/ Công nghệ phát

* DIGITAL MUX: Bộ ghép kênh số DME Để xử lý luồng số liệu trên mặt đất, điển hình là từ 140 đến 500 Mbps Thiết bị ghép kênh số (DME) phân ra các tốc độ số riêng rẽ bằng các bộ phận kênh để có thể đa đến các bộ biến đổi hoàn toàn của trạm.

* TMUX: Thiết bị ghép kênh trên mặt đất mang hai luồng số 2,048 Mbps, và tổ chức lại thành một siêu nhóm 60 kênh bao gồm 5 nhóm mỗi nhóm 12 kênh.

* SPACE MUX: Thiết bị ghép kênh không gian. Để bố trí lại các kênh theo yêu cầu ghép kênh phân chia theo tần số (FDM), thuận lợi cho việc truyền phù hợp với các trạm mặt đất.

* BB UNIT: Khối băng tần cơ sở

Quyết định việc ghép các kênh từ bộ phận ghép kênh không gian bao gồm các mạch thoại Tín hiệu có hệ thống thích hợp hớng dẫn cùng với kênh nghiệp vụ chuyên môn (ESC). Các mạch Telex cũng có thể bao gồm trong đó Một tần số phân tán năng lợng (EDF) đợc thêm vào để nếu xảy ra mất băng tần cơ sở việc truyền sẽ đợc chuyển sang các tần số ấn định trớc, điều này ngăn ngừa việc tập trung công suất ở một tần số nào đó Tín hiệu tổng sau đó đợc đa đến mạch tăng cờng để nâng cao C/N cho việc truyền dẫn.

* FM MOD: Bé ®iÒu chÕ ®iÒu tÇn.

Làm lệch sóng mang đến các giới hạn thiết lập theo các thông số hoạt động nghiệp vụ Sau đó đến tín hiệu khoá trợt pha cầu phơng (QPSK) ở tần số trung tần thờng là tần số trung tâm 140 MHz  18 MHz trở kháng 75  Trung tần sau đó đợc chuyển đến bộ kết hợp và bộ biến đổi nâng tần, nghiệp vụ đầu tiên đợc ứng dụng qua mạng điện thoại chuyển mạch công cộng PSTN lu lợng quốc tế.

* VMUX: Thiết bị ghép kênh linh hoạt.

2 4 Đợc sử dụng để giúp cho việc chia nhỏ hơn nữa các dòng số liệu nối tiếp từ thiết bị ghép số thành các luồng số có tốc độ thấp hơn để sử dụng cho các bộ biến hoàn (IBF).

* IBF: Bộ biến hoàn dịch vụ thơng mại Intelsat.

Dành cho số liệu điểm đến điểm Dãy số liệu từ MUX đợc xử lý ở nơi có tạo khung Bộ biến hoàn cho ta một tín hiệu (QPSK) điều chế khoá dịch pha cầu phơng ở tần số trung tâm thờng có tần số trung tâm 140 MHz  36 MHz, trở kháng 75  đa đến bộ kết hợp và bộ biến đổi nâng tần (U/C).

* SCPC: Bộ biến hoàn mỗi kênh một sóng mang.

Có hai loại dịch vụ SCPC “VISTA” là một hệ thống tơng tự sử dụng kỹ thuật điều chế tần số Dịch vụ đợc tiếng thoại làm cho hoạt động và định tuyến mỏng lu thông PSTN Có cách chuyển đổi số SCPC cũng nh lu lợng PSTN phù hợp với tốc độ trung bình Các dịch vụ này đợc ấn định từ trớc Cũng có các phơng án số tơng tự, đa truy nhập ổ định theo yêu cầu (DAMA) của loại biến hoàn này.

Thiết bị truyền hình xử lý hình ảnh và âm thanh đa vào và truyền chúng đến vệ tinh bất kỳ theo ba hệ tiêu chuẩn PAL, NTSC và SECAM.

* U/C: Bộ biến đổi nâng hạ tần

Có nhiệm vụ biến đổi tần số trung tần 70 MHz  18 MHz hoặc 140 MHz  30MHz, trở kháng 75  thành tần số vô tuyến băng C trở kháng ra 50  Tần số đầu ra có thể ở bất kỳ trong băng tần của vệ tinh Một nguyên tắc đơn giản là bộ biến đổi nâng tần lựa chọn luồng nào trên vệ tinh trong khi bộ biến hoàn chọn truyền dẫn ở vị trí nào trong luồng đó.

Các bộ kết hợp nối từ đầu ra của các bộ biến đổi nâng tần và kết hợp chúng lại thành một tín hiệu chung để đa đến bộ khuếch đại công suất cao xuyên suốt hệ thống, và đặc

2 5 biệt tại điểm đó các trễ nhóm và các vấn đề tuyến tính có thể đợc bù lại bằng cách sử dụng các mạch đặc biệt nh bộ cân bằng.

Là bộ khuếch đại công suất cao có thể dùng đèn Klystron hoặc đèn sóng chạy TWT Hệ số khuếch đại điển hình 80 dB đợc truyền trên băng tần vệ tinh với méo xuyên điều chế nhỏ nhÊt.

Giữa bộ khuếch đại công suất cao và anten là bộ biến dạng chuẩn (OMT) đôi khi là bộ đấu nối dạng chuẩn (OMJ) cho phép các tín hiệu thu và phát là APOL và BPOL đồng thời tồn tại trong èng dÉn sãng.

Có ba loại khung để quay anten:

+ Góc phơng vị và góc tà (khung az và khung EI)

+ Xích đạo cực (khung cực)

Az - EI thờng đợc dùng hơn cả cho một trạm mặt đất

Các loại Anten phổ biến đợc dùng ở các trạm mặt đất là Anten Gregorian và các loại anten phổ biến đợc dùng ở các trạm mặt đất là anten cassegrain trong đó loại anten cassegrain đ- ợc dùng nhiều hơn.

Với trạm mặt đất mức ra biểu thị bằng dBW, lấy mức chuẩn là:

1 W = 1000 mW = 10 lg 10 3 = 30 dBW Đánh giá đầu ra của trạm mặt đất đợc biểu thị bằng công suất bức xạ đẳng hớng EIRP Về cơ bản đó là công suất đa đến bộ khuếch đại công suất cao nhân với hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại công suất cao nhân với hệ số tăng ích của anten, biểu thị bằng dBW.

3-/ Công nghệ thu

* Anten: Là một phần tổ hợp của đờng thu, anten nhận tín hiệu truyền từ vệ tinh xuống Độ rộng của anten thu càng hẹp tạp âm vũ trụ sẽ càng nhỏ.

* LNA: Bộ khuếch đại tạp âm thấp, đây là khối vô cùng quan trọng quyết định chất lợng hàng đầu của trạm mặt đất. Cờng độ tín hiệu nhận đợc từ vệ tinh rất nhỏ đến độ bất kỳ một tạp âm nào phát sinh từ bộ khuếch đại cũng có thể chèn tín hiệu thu đợc.

Bộ khuếch đại tạp âm thấp thờng sử dụng Transistor hiệu ứng trờng GaAs loại lỡng cực hoặc loại thông số Đặc biệt việc làm lạnh cho bộ khuếch đại tạp âm thấp là rất quan trọng vì nhiệt cũng góp phần tạo ra tạp âm Trớc đây thờng làm lạnhHoàng Minh Đức tách kênh ghép kênh

2 7 bằng phơng pháp hạ nhiệt độ, gần đây phơng pháp làm lạnh Pelties đã đợc sử dụng với những tiến bộ trong công nghệ nên ngày càng phổ biến.

Mục đích của bộ chia là để phân chia đầu ra từ LNA đến các bộ biến đổi hạ tần để không có tải đặt lên bất kỳ một khối nào vì điều này sẽ tăng mức tạp âm của hệ thống.

Bộ biến đổi hạ tần nhận ở đầu ra của bộ chia và sau đó biến đổi chúng từ RF trở kháng 50  sang IF trở kháng 75  cho các bộ biến hoàn Các bộ biến đổi hạ tần thờng đợc kết hợp với loại dịch vụ của chúng.

Mục đích của các bộ biến hoàn là khôi phục lại tín hiệu sau quá trình truyền dẫn lập lại tín hiệu ban đầu từ mặt đất.

Bộ đệm dùng để bù lại sự khác nhau của các đồng hồ quốc gia và các thay đổi đồng hồ gây ra bởi hiệu ứng Dopper do nguyên nhân từ chuyển động của vệ tinh trên quỹ đạo của nó.

Kết hợp các luồng số nối tiếp từ các bộ biến hoàn và đặt luồng số nối tiếp thành phần lên các thiết bị mặt đất.

4-/ Vệ tinh

IV.4.1 Cấu hình các vệ tinh

Một vệ tinh bao gồm tải nhiệm vụ (payload) và thân vệ tinh (bus) tải nhiệm vụ để thực hiện nhiệm vụ của vệ tinh và thân vệ tinh để mang tải nhiệm vụ Tải nhiệm vụ của một vệ tinh thông tin bao gồm anten để thông tin và một bộ phát đáp.

Hình IV.1 - Cấu hình của một bộ phát đáp

Hình IV.1 chỉ ra cấu hình cơ bản của một bộ phát đáp.

Bộ phát đáp thực hiện chức năng chính của vệ tinh thông tin là thu sóng vô tuyến điện từ các trạm mặt đất, khuếch đại và biến đổi tần số của chúng, rồi truyền chúng trở lại các trạm mặt đất.

Nh vậy bộ phát đáp của vệ tinh thông tin bảo đảm một số các chức năng nh một bộ phát đáp tích cực trên quỹ đạo, nhng khác bộ phát đáp trên mặt đất, nó yêu cầu độ tin cậy cao, nhỏ gọn, trọng lợng nhỏ và tiêu thụ ít công suất vì nó phải tự cung cấp công suất cần thiết Tuỳ theo hệ thống ổn định trạng thái đợc dùng, thân vệ tinh bao gồm chủ yếu các thiết bị sau:

- Thiết bị điều khiển đo lờng từ xa.

- Thiết bị điều khiển vệ tinh.

- Thiết bị điều khiển nhiệt.

- CÊu tróc con tÇu vò trô.

Góc nhìn trái đất từ vệ tinh là 17 0 24’ Nếu tính chiều cao anten mặt đất, góc nhìn đợc tính là 17 0 18’.

Anten dùng trên vệ tinh thờng là anten Parabol với hớng tính rất cao (spotbeam) vùng mà anten bao phủ có thể là một địa lục, một vùng hoặc một quốc gia Độ lợi anten tỷ lệ nghịch với góc mở của tia sóng.

Nhiều bộ chuyển tiếp (Repeaters) giống nhau đặt trên cùng một vệ tinh, chúng đợc phân bố trên dải băng 500 MHz (Mỗi Repeaters cho một băng thông 36 MHz) Mỗi Repeaters khuếch đại mức tín hiệu G = 100 dB và chuyển tần số chiều lên 6 GHz thành 4 GHz chiều xuống bằng phơng pháp điều chế SSB Nếu một Repeater dùng trên vệ tinh sử dụng cho nhiều sóng mang đồng thời (đa kênh phân tần số) thì bộ Repeaters phải thoả mãn các đòi hỏi khắt khe về độ tuyến tính để tránh hiệu ứng nhiễu hài tần.

IV.4.4 §iÒu khiÓn ®o lêng tõ xa

Nhiều chức năng của vệ tinh đợc điều khiển từ xa (chẳng hạn nh điều khiển độ lợi, chỉnh hớng anten, chỉnh quỹ đạo vệ tinh ) Đồng thời các thông số kỹ thuật cũng đợc đo và giám sát từ mặt đất Các thông tin điều khiển này đợc thực hiện thông qua cách điều chế gián đoạn PSK của một sóng mang phụ ghép kênh theo thời gian Ngoài ra vệ tinh còn phát thờng trực một tín hiệu “Beccons” cho phép chỉnh và theo dõi các anten mặt đất.

IV.4.5 Cấp nguồn cho vệ tinh

Năng lợng mặt trời là nguồn năng lợng chủ yếu trên vệ tinh, các phần tử quang điện đặt trên tấm chắn hoặc trên thân vệ tinh luôn hớng về phía mặt trời Công suất thu trung bình là 1400 W/m 2 nhng hiệu suất chuyển đổi chỉ có 10% Công suất điện cần thiết cho vệ tinh ở mức vài trăm W và còn tăng cao hơn đối với các thế hệ sau Khi vệ tinh đia qua vùng tối bị che bởi trái đất vệ tinh phải có bộ dự trữ năng lợng.

Ngoài ra vệ tinh phải còn có hệ thống năng lợng dự trữ để điều chỉnh quỹ đạo của nó giữ cho vệ tinh luôn nằm trên quỹ đạo xác định không bị trôi khỏi vị trí

1-/ Công nghệ và đặc tính của anten

V.1.1Yêu cầu hoạt động đối với anten thông tin vệ tinh Để thu đợc những sóng yếu đến từ vệ tinh và để có thể phát đi các sóng có công suất đủ mạnh lên vệ tinh, anten cần có một số đặc tính nh sau:

1 Hệ số tăng ích cao và hiệu suất cao

Mặc dù hệ số tăng ích của anten tỷ lệ thuận với diện tích của nó, từ góc độ giá thành và tính thuận tiện khi khai thác anten cầ có hiệu suất cao (hiệu suất góc mở) để đạt đợc hệ số tăng ích cao trong khi diện tích của anten càng nhỏ càng tốt.

2 Hớng tính cao và búp sóng phụ nhỏ

Anten dùng trong thông tin vệ tinh cần phải có tính định hớng cao, búp phụ nhỏ để chúng không can nhiễu vào các hệ thống thông tin vô tuyến khác (vệ tinh và mặt đất).

3 Đặc tính phân cực tốt

Anten cần phải có tính phân cực tốt để sử dụng tần số một cách hiệu quả bằng cách ghép các sóng phân cực ngang và đứng thành phân cực vuông góc hoặc thành các sóng phân cực tròn bên trái và bên phải trong phân cực tròn.

Cần phải giảm tạp âm để đảm bảo đợc tỉ số G/T theo yêu cÇu.

V.1.2Nguyên lý làm việc của anten.

Anten cho thông tin vệ tinh đợc lựa chọn xung quanh anten mặt phản xạ Parabol Mà nguyên lý của nó là tại tiêu điểm đặt một nguồn bức xạ gọi là nguồn bức xạ thứ cấp sóng điện từ do nguồn bức xạ thứ cấp bức xạ sau khi phản xạ từ mặt phản xạ

Tiêu điểm Mặt phản xạ Parabol

3 1 parabol thành các đờng song song và tổng số đoạn đờng đi từ tiêu điểm đến điểm phản xạ trên mặt phản xạ, đến điểm trên mặt song song với miệng Parabol là một hằng số Tức là biến bức xạ của nguồn sơ cáp là sóng cầu hay sóng trụ thành sóng phẳng sau khi phản xạ từ mặt parabol.

Trong hình chỉ ra quá trình bức xạ của các tia sóng phát ra từ tiêu điểm và sau đó đợc phản xạ bởi mặt parabol Nhờ vậy sóng điện từ đợc phản xạ bởi mặt parabol Nhờ vậy sóng điện từ đợc bức xạ mạnh về phía trớc, tạo ra búp sóng hẹp và hệ số tăng ích lớn.

Hình V.1 - Phản xạ sóng từ gơng parabol

Hệ số tăng ích của anten là một thông số quan trọng quyết định không những chất lợng anten mà còn cả chất lợng và quy mô của các trạm mặt đất Anten còn có tham số là độ rộng búp sóng, việc biểu thị sự tập trung năng lợng của sóng trong một góc nửa công suất là góc tính bằng độ tạo ở hai hớng bức xạ của anten mà ở hai hớng đó công suất giảm đi một nửa so với bức xạ cực đại, tức là giảm đi 3 dB.

Hệ số tăng ích (G) thờng đợc biểu thị bằng dBi, liên quan tới bức xạ vô hớng và liên quan đến khẩu độ là một hàm của đ- ờng kính phản xa parabol.

Công thức tính hệ số tăng ích của anten gơng parabol là (đĩa anten):

G = 10 log ( ) dBi Trong công thức:

: là bớc sóng công tác; d: là đờng kính của đĩa Đây là hệ số tăng ích lý thuyết đối với anten hoàn hảo không có mất mát, chiếu xạ lý tởng. Đồ thị phơng hớng biểu thị công suất bức xạ ở các hớng khác nhau trong toạ độ cực, biểu diễn bởi búp sóng chính và bóp sãng phô. Điều mong muốn là búp chính có bức xạ lớn các búp phụ có bức xạ nhỏ Các búp phụ có thể can nhiễu lên các hệ thống thông tin trên mặt đất về phía thu có thể bị các thông tin mặt đất can nhiễu. Đồ thị tính phơng hớng của anten cũng có thể đợc thể hiện ở một dạng khác đó là đồ thị biểu thị trên toạ độ Decac (toạ độ vuông góc) Từ các phần trớc đã chỉ ra rằng không phải tất cả công suất cung cấp cho anten phải đợc quan tâm tới khi tính toán hệ số tăng ích anten Hiệu suất là do cấu trúc vật lý của anten không có thể can thiệp đợc, hiệu suất anten thờng trong khoảng 50% - 70%, điển hình là 55%.

Hình V.2 - Đồ thị tính phơng hớng tơng đối trong toạ độ cực của anten gơng Parabol

Hình V.3 trình bày các loại anten hay đợc sử dụng trong thông tin vệ tinh Mỗi anten có một mặt Parabol phản xạ chính và nguồn bức xạ đặt tại tiêu điểm của Parabol Vì thế sóng bức xạ ra từ mặt parabol là sóng phẳng.

Hình V.3 - Các loại anten trạm mặt đất

1 Anten parabol, có sơ cấp đặt tại tiêu điểm Đây là loại anten có cấu trúc đơn giản nhất và giá thành thấp nhất Nó đợc dùng chủ yếu ở các trạm chỉ thu (không phát) và các trạm nhỏ đặc biệt với dung lợng thấp Tuy nhiên các đặc tính của nó nh hệ số tăng ích, búp phụ không đợc tốt Một nhợc điểm khác là cáp đấu nối từ loa thu phát đến máy phát và máy thu thờng dài Bởi vậy nó không đợc sử dụng ở các trạm mặt đất thông thờng.

Là loại anten có thêm một gơng phản xạ phụ vào gơng phản xạ chính, hệ số tăng ích của anten đợc nâng cao và đặc tính búp phụ cũng đợc cải thiện chút ít Anten đợc sử dụng cho các trạm bình thờng, có quy mô trung bình, cải tiến quan trọng nhất ở anten cassegarain so với anten parabol là khoảng cách giữa máy phát và “cái bức xạ” có thể đợc rút ngắn vì vậy cho phép khai thác dễ dàng.

Anten lệch có bộ phận fiđơ, gơng phản xạ phụ đợc đặt ở vị trí lệch một ít so với hớng trục của gơng phản xạ để các bộ phận fiđơ và gơng phản xạ nhỏ không chặn đờng đi của sóng Do đó búp phụ đợc cải thiện rất lớn so với anten cassegrain, dẫn đến hệ số tăng ích lớn hơn Ngoài anten parabol lệch với một gơng phản xạ còn có hai loại anten khác thuộc loại này.

Một là loại “Gregorian lệch” có gơng phản xạ phụ dạng elíp. Hai là cassegrain lệch có gơng phụ dạng hypepbol Các anten này có hiệu quả đặc biệt khi cần thiết giảm can nhiễu từ các đờng thông tin viba trên mặt đất hoặc các vệ tinh khác ở các vị trí kề nhau trên quỹ đạo.

Hình V.4 - Các loại anten một gơng

Hình V.5 - Các loại anten 2 gơng

* Quá trình bức xạ sóng điện từ:

2-/ Hệ thống truyền dẫn

V.2.1Các thiết bị truyền dẫn. Để truyền dẫn sóng điện từ ở băng sóng cực ngăn ngời ta sử dụng hai dạng tuyến dẫn là cáp đồng trục và ống dẫn sóng.

Tâm của lõi và tâm của vỏ trùng nhau, giữa lõi và vỏ của cáp có một lớp điện môi, lớp điện môi này gây ra sự suy hao sóng, phân bố đờng sức điện trờng và từ trờng.

Dòng điện lõi và mặt trong vỏ là ngợc pha cho nên tồn tại sóng điện từ ngang Tần số làm việc của cáp đồng trục tơng đối lớn Cáp đồng trục có công suất chịu đựng nhỏ, nếu muốn truyền công suất lớn thì cáp phải đợc chế tạo đặc biệt hoặc phải dùng ống dẫn sóng.

Việc ghép nối ở cáp đồng trục thực hiện dễ dàng, ta có thể ghép nối trực tiếp hay có thể ghép lỏng khi công suất tín hiệu lớn.

Tiêu chuẩn trạm mặt đất Intelsat

Hệ số tăng Ých anten phát/thu

G (TVRD) 1,2 - 11 Băng C hoặc Ku Số chi tiết kỹ thuật uỷ thác

Bảng V.1: Các tham số của các loại anten trạm mặt đất

Tại các trạm mặt đất , khi cần phải phát các tín hiệu tần số cao và công suất lớn ngời ta dùng hệ thống dẫn sóng. ống dẫn sóng là một ống kim loại có kích thớc không đổi, mặt trong của ống phải đảm bảo dẫn điện tốt Tuỳ theo hình dạng tiết diện của ống mà ngời ta chia làm ba loại:

èng dÉn sãng ch÷ nhËt.

3 Đặc điểm của ống dẫn sóng:

- Tổn thất điện dẫn thấp.

Với hiệu ứng mặt ngoài do kích thớc ống lớn đảm bảo cho bể mặt dẫn điện rộng làm cho trở kháng giảm, độ dẫn điện tăng Đặc biệt mặt trong của ống thờng đợc phủ một lớp kim loại có độ dẫn điện tốt do đó làm tăng tính dẫn điện giảm tổn hao.

- Mất mát trong chất điện môi thấp:

Trong ống dẫn sóng không có các thanh đỡ cách điện giữa các bề mặt vật dẫn do đó mất mát trong chất điện môi là không có.

- Mất mát do bức xạ:

Do ống dẫn sóng là ống kim loại kín, sóng điện tử chỉ tồn tại trong ống do sóng không thể bức xạ ra ngoài Tổn thất do bức xạ không có.

- Khả năng chịu đựng công suất cao :

Do bề mặt dẫn có khả năng dẫn điện tốt , không có chất điện môi vì vậy trong ống không có khả năngđánh lửa nên nó truyền đợc điện áp cao một cách dễ dàng.

Giá thành ống dẫn sóng cao hơn nhiều so với cáp đồng trôc.

V.2.2Nguyên lý truyền sóng trong ống dẫn sóng

Nguyên lý truyền sóng trong ống dựa vào nguyên lý phản xạ toàn phần bên trong thành ống Nguyên lý này dựa vào các quy luật chi phối đờng đi của sóng điện từ, từ đó các điều kiện bờ của Maxnell.

Trong một vật dẫn lý tởng tại bờ phân giới điện trờng bằng không từ đó suy ra không có sự biến thiên điện thế trong một vật dẫn lý tởng nên không có điện trờng tồn tại trong vật dẫn lý tởng

Từ đó ta thấy điện trờng không thể tồn tại trong vật dẫn lý tởng Từ quan hệ từ trờng và điện trờng vuông góc thì từ tr- ờng phải triệt tiêu khi điện trờng triệt tiêu.

Thành phần tiếp tuyến của từ trờng tại bờ phân giới của vật dẫn lý tởng liên quan đến dòng điện mặt Đó là dòng điện vô cùng mỏng chảy trên bề mặt vật dẫn.

Ta có thể coi ống dẫn sóng nh dây song hành, trên đó gắn các đoạn dây song song ngắn mạch đờng dây song hành có chiều dài đầu cuối là /4 và sít vào nhau Do đoạn

4 9 dây ngắn mạch có chiều dài /4 nên trở kháng vào là vô cùng lớn không ảnh hởng gì tới chế độ làm việc của dây song hành.

Nh vậy ống dẫn sóng phải có tần số tơng ứng với bớc sógn  mà ở đó /2 vừa bằng kích thớc thành rộng của ống dẫn sóng, bớc sóng ứng với  đó gọi là bớc sóng tới hạn tơng ứng với tần số gọi là số cắt Với các sóng  > tới hạn (f > fcắt) thì bề rộng của đ- ờng dẫn tăng lên và khoảng cách từ mép đờng tới đầu ngắn mạch vẫn thoả mãn /4 cho tới khi tần số công tác tăng đến một giá trị nào đó mà quá nhỏ sóng sẽ không truyền lan đợc, nh vậy ống dẫn sóng có một băng tần giới hạn.

Mỗi loại ống dẫn sóng có thể truyền lan điện trờng (sóng TE) và từ trờng (TM) loại sóng nào đợc truyền quyết định bởi tần số công tác và kích thớc của ống.

V.2.3GhÐp èng dÉn sãng Để đa năng lợng cao tần vào ống dẫn sóng và lấy năng lợng ra khỏi ống dẫn sóng ta dùng bộ ghép (Coupler)

- Ghép đầu dò: Đầu dò kích thích giống nh anten không đối xứng đặt trong ống song song với mặt phẳng E Mức độ kích thích điều khiển bởi chiều dài của đầu dò.

1-/ Bộ khuếch đại công suất cao (HPA)

VI.1.1 Đặc điểm chung của bộ khuếch đại công suất cao.

Trong thông tin vệ tinh do đặc điểm cự ly thông tin ở rất xa, tín hiệu bị hấp thụ lớn nên yếu cần máy phát phải có công suất lớn (hàng trăm đến hàng nghìn W) Bộ khuếch đại công suất cao thờng có hệ số khuếch đại từ 40 dB đến 60 dB HPA kết hợp với anten tạo ra công suất đẳng hớng hiệu dụng EIRP. EIRP là tích số hệ số tăng ích của anten và bộ khuếch đại.

Bộ khuếch đại công suất cao có thể sử dụng các loại đèn sóng chạy (TWT), đèn Klystron hay tranzitor hiệu ứng trờng (FET) tuỳ theo công suất ra của máy phát và băng tần.

VI.1.2 Bộ khuếch đại Klystron: Đèn Klystron là loại đèn điện tử, tuy nhiên nó khác với đèn điện tử thông thờng Anot, Ktot đợc đặt chung vào sóng điện từ, khoảng cách giữa anot và Ktot có những hốc cộng hởng tác dụng nh lới chắn trong đèn điện tử.

Công suất ra Lớn Lớn Nhỏ

KÝch thíc Lín Trung b×nh Nhá

Băng tần Vài chục MHz Vài trăm MHz Vài trăm MHz

Trọng lợng Lớn Trung bình Nhỏ

Làm lạnh Bằng không khí hoặc nớc

Bằng không khí hoặc nớc

Bằng không khÝ Điện áp cung cÊp Trung b×nh Cao ThÊp

Bảng VI.1 - So sánh đặc tính các bộ khuếch đại công suất cao

5 2 Đèn Klystron thờng đợc cấp nguồn sợi đốt 6V với dòng điện cực đại là 10A, điện áp giữa Ktot đất thờng khoảng 5KV đến 10KV, dòng điện từ khoảng 1A  5A điện áp cấp cho Colectơ là 20KV.

Tiếp nhận và tiêu thụ các điện tử, colectơ phải đợc làm mát để lấy đi nhiệt lợng toả ra do sự va chạm của các điện tử vào colectơ.

2 Các hốc cộng hởng: Để khuếch đại ngời ta thay các lới chắn trong đèn điện tử bằng các hốc cộng hởng Tần số cộng hởng của hốc có thể thay đổi phù hợp với tần số công tác Độ rộng băng tần của bộ khuếch đại thờng là 80 MHz.

3 Hốc cộng hởng hội tụ

Tín hiệu vào khuếch đại RF đợc đa vào qua một vòng ghép dao động trong hốc Các dòng chạy trong hốc tạo ra điện trờng làm tăng tốc hay làm chậm lại tốc độ của các điện tử khi bay qua.

4 Hốc cộng hởng trung gian:

Sau khi qua hốc cộng hởng hội tụ các điện tử chuyển động nhanh hơn sẽ bắt đầu đuổi kịp các điện tử chậm hơn Cờng độ của một dòng điện là số điện tử đi qua một điểm trong một thời gian xác định vì các điện tử đuổi kịp nhau tập trung lại làm cho dòng điện tăng lên cùng với điện trờng của nó. Các hốc đã đợc điều chỉnh cộng hởng ở tần số công tác sẽ gây ra sự dao động dòng điện Các dòng điện tạo nên trong các hốc cộng hởng bởi các điện trờng sau đó sẽ làm tăng hoạt động chụm của các chùm điện tử đi vào trong khoảng hội tụ của Klystron.

Là hốc cộng hởng ra của đèn, khi chùm điện tử có mật độ cực đại chúng sẽ đi qua bộ thu nạp của hốc và gây ra một dòng xoáy và điện trờng kết hợp trong hốc Năng lợng tạo ra trong hốc cộng hởng giữ đợc đa ra ngoài qua bộ ghép ống dẫn sóng.

6 Các nam châm hội tụ: Để có đợc hệ số khuếch đại cao trong đèn các luồng điện từ cần phải có đợc độ hội tụ cao Hội tụ thành luồng hẹp tập trung đi qua tâm của các hốc mà không có điện tử tiếp xúc với chúng, điều này đạt đợc là do có các nam châm bao quanh đèn có thể là nam châm điện hoặc nam châm vĩnh cửu.

Việc điều chỉnh đèn Klystron thực hiện bởi việc thay đổi kích thớc vật lý của hốc cộng hởng.

Khi bộ khuếch đại làm việc gần tới chế độ bão hoà lợng sóng hài trong tín hiệu tăng lên, sóng hài này lại trộn với tần số gốc điều chế trở lại tạo ra nhiễu Mức của nhiễu điều chế này đợc xác định ở hệ số tăng ích cực đại do đó hệ số khuếch đại phải đợc điều chỉnh trở lại cho đến khi mức nhiễu điều chế ở mức độ có thể chấp nhận đợc Mức điều chỉnh trở lại thờng khoảng 6 dB.

+ Cảnh báo điện áp sợi nung: Khi điện áp nuôi vợt quá mức quy định, để tận dụng đèn giò và hỏng có thể tăng điện áp nung.

+ Cảnh báo làm lạnh: Khi nhiệt độ đèn vợt quá mức quy định nhiệt độ lên tới 175 0 C, có thể sự thông gió và hệ thống làm lạnh bị hỏng.

+ Làm nguội nguồn nuôi: Khi nhiệt độ nguồn nuôi vợt quá giới hạn 63 0 C.

+ Bộ cảm biến tia lửa điện: đợc đặt trong ống dẫn sóng và đợc giám sát bởi một thiết bị nhạy cảm với ánh sáng phát hiện ánh sáng do đánh lửa.

+ Công suất bức xạ thấp: khi công suất ra của bộ bức xạ giảm tới dới giới hạn quy định.

+ VSWR: chỉ thị sự không phối hợp trở kháng trong hệ thống, điều này có thể gây h hỏng cho bộ khuếch đại.

Hình VI.1 - Sơ đồ cấu tạo đèn Klystron

10 Các mức công suất trong bộ khuếch đại Klystron

Hình VI.2 - Các mức công suất của bộ khuếch đại

VI.1.3 Bộ khuếch đại đèn sóng chạy TWT

Hình VI.3 - Sơ đồ cấu tạo đèn sóng chạy (TWT)

Cấu trúc của đèn sóng chạy TWT cũng tơng tự nh Klystron. Cái khác nhau cơ bản là các hốc cộng hởng ở Klystron Cái khác nhau cơ bản là các hốc cộng hởng ở Klystron đợc thay bằng cấu trúc sóng chậm ở đèn sóng chạy Súng điện tử gồm một sợi nung,Cathode và anode làm nhiệm vụ nh của Klystron Các nam châm cũng có nhiệm vụ hội tụ luồng điện tử rơi vào trung tâm của đèn.

Tín hiệu dẫn đến cấu trúc sóng chậm thờng là các vòng xoắn phù hợp với bớc sóng Tín hiệu sẽ di chuyển qua cấu trúc sóng chậm ở tốc độ gần luồng tia điện tử do chiều dài của cấu trúc sóng chậm, tín hiệu đi vào sẽ mang nhiều chu kỳ khi đi suốt chiều dài của nó.

Một tín hiệu đợc đặt trong cấu trúc sóng chậm có một điện trờng đợc kết hợp với dòng điện của nó Nửa chu kỳ dơng và âm sẽ gia tốc hay làm chậm các điện tử khi chúng đi qua tâm của cấu trúc sóng chậm Khi các điện tử bị cản chúng sẽ truyền năng lợng cho tín hiệu, khi tín hiệu đi qua suốt chiều dài của cấu trúc sóng chậm nó sẽ có tơng tác với luồng điện tử. Vì các điện tử vừa đợc gia tốc và vừa bị làm chậm do đó sẽ xảy ra sự hình thành chìm trễ Do sự tập trung điện tử, điện trờng kết hợp, kết hợp với các chùm trở lên mạnh hơn. Điều này cũng làm tăng phản ứng với tín hiệu trong cấu trúc sóng chậm bởi vì tín hiệu đi dọc theo cấu trúc sóng chậm sẽ có một tác động qua lại xảy ra giữa nó và chùm điện tử Các mức tín hiệu tăng lên với khoảng cách đi dọc theo cấu trúc sãng chËm.

2-/ Bộ khuếch đại tạp âm thấp (LNA)

6 1 ở trạm mặt đất bộ khuếch đại tạp âm thấp (LNA) là rất cần thiết Với đặc điểm của thông tin vệ tinh tín hiệu thu nhận đợc rất nhỏ, với mức tạp âm nhỏ nhất tín hiệu cũng có thể bị chèn lấp Bộ khuếch đại tạp âm thấp cũng cần phải có độ rộng bằng băng tần số công tác phủ đợc khoảng tần số của băng tần vệ tinh.

Quy định của Intelsat về tiêu chuẩn các trạm mặt đất đợc quyết định bởi hệ số phẩm chất của hệ thống (G/T) trong đó G/T đợc đánh giá đầu tiên là hệ số tăng ích của anten, hệ số tạp âm và hệ số khuếch đại tạp âm.

Bộ khuếch đại tạp âm thấp cần phải đợc đặt càng gần đ- ờng thu càng tốt để tối thiểu hoá táp âm đa vào hệ thống. Mặt khác phải điều chỉnh búp sóng của anten vào đúng tâm anten.

Các thiết kế ban đầu về bộ khuếch đại tạp âm thấp là kỹ thuật nhiệt độ thấp để tạo ra nhiệt độ làm việc cực kỳ thấp. Nhiệt tạo ra tạp âm do công nghệ làm lạnh Peltier tiên tiến đã đợc áp dụng với thiết kế mới nhất đợc đa vào làm lạnh truyền thống vẫn đạt kết quả hệ số tạp âm thoả mãn.

VI.2.1 Hệ số tạp âm.

Tầng đầu tiên của bất kỳ một máy thu nào cũng có quyết định tới tạp âm toàn máy.

Các thuật ngữ dùng để biểu thị đặc tính này là hệ số tạp âm biểu thị bằng dB là một sự so sánh giữa tỷ số tín hiệu trên tạp âm ở đầu vào Lúc nào một tín hiệu đợc khuếch đại thì có tạp âm đa vào hệ thống, giá trị thực của tạp âm quyết định bởi các bộ khuếch đại tạp âm thấp.

Tín hiệu đầu vào là : - 100 dB

Tín hiệu đầu ra là : - 40 dB

Tạp âm đầu vào là : - 151 dB

Tạp âm đầu ra là : - 90 dB

Nh vậy tạp âm tơng đơng sẽ là: Đầu vào: §Çu ra:

Hệ số tạp âm là: ở đây: Si là mức tín hiệu đầu vào

S0 là mức tín hiệu đầu ra

Ni là mức tạp âm đầu vào

N0 là mức tạp âm đầu ra.

VI.2.2 Tạp âm, nhiệt tạp âm tơng đơng.

Thuật ngữ tạp âm trong điện tử có thể đợc định nghĩa nh bất kỳ tín hiệu nhiễu nào hoặc các tín hiệu không mong muốn khác Có một số dạng tạp âm khác nhau, mỗi dạng có đặc tính và ảnh hởng riêng.

Các mạch điện tử có hai loại tạp âm: Tạp âm nội bộ và tạp âm bên ngoài. a, Tạp âm bên ngoài: Bao gồm tạp âm do mặt trời, tạp âm vũ trụ do các ngôi sao và các vật thể khác ngoài vũ trụ. b, Tạp âm nội bộ: Gồm các ảnh hởng của nhiệt độ gây ra do sự chuyển động hỗn loạn của các điện tử.

Cũng có tạp âm lạo xạo (Shot Noise) đợc phát sinh trong quá trình khuếch đại Tạp âm nhiệt là tạp âm phát sinh từ bên trong thiết bị điện tử, chúng phụ thuộc vào nhiệt độ công tác và dải thông của thiết bị.

Tạp âm nhiệt đợc xác định theo công thức:

Pn = KTB Trong đó: Pn là công suất tạp âm

B là độ rộng băng tần Hz

2 Nhiệt tạp âm tơng đơng Để thuận lợi với bộ khuếch đại tạp âm thấp, biểu thị bằng nhiệt tạp âm tơng đơng (Te) thay thế cho hệ số tạp ậm.

Nhiệt tạp âm tơng đơng đợc xác định theo công thức:

Trong đó: Te là nhiệt tạp âm tơng đơng ( 0 K)

NF là hệ số tạp âm tính bằng dB

T0 là nhiệt độ công tác ( 0 K)

Biến đổi ngợc NF = (dB)

Công suất tạp âm Pn của LNA ở 55,1 ( 0 K) K = KTB

= - 124,2 DbW hoặc - 94,2 dBm Đây là tạp âm thêm vào bởi LNA.

Nhiệt tạp âm hệ thống: Ts = TAE = Tfeeder = TLNA

Bỏ qua tạp âm của đờng dẫn sóng:

Ts đợc đo trong quá trình kiểm tra hiệu chỉnh để quyết định G/T.

Ví dụ: Đờng kính đĩa phản xạ anten là 18m

Hệ số khuếch đại khi thu:

Số liệu này sẽ đợc đa tới bộ ghi về anten của Intelsat.

VI.2.4 Làm lạnh nhiệt điện (hiệu ứng Peltier)

Làm lạnh nhiệt điện là một hiện tợng đợc Peltier phát hiện vào năm 1800, ông nhận thấy rằng ở chỗ nối của hai miếng kim loại khác nhau có một dòng điện nhỏ, nhiệt độ tăng hoặc giảm phụ thuộc vào chiều dòng điện Hiệu ứng gần nh ngợc lại với một cặp nhiệt điện bằng hai miếng kim loại khác nhau sẽ phát sinh ra một dòng điện trong vòng mạch kín Độ lớn của dòng điện phụ thuộc vào miếng kim loại sử dụng. Độ lạnh cũng phụ thuộc vào kim loại Nói chung gần đây đã đợc cải tiến hoàn thiện hơn bằng cách sử dụng chất bán dẫn với nhiệt độ khoảng giữa 40 0 C và 20 0 C ở các trạm vệ tinh.

VI.2.5 So sánh bộ khuếch đại tạp âm thấp.

Sau đây là bảng so sánh các bộ khuếch đại tạp âm thấp.

Bộ khuếch đại thông số hỗn hợp, bộ khuếch đại thông số nhiệt và bộ khuếch đại dùng FET.

Bộ khuếch đại thông số nhiệt độ thấp

Bộ khuếch đại thông số nhiệt điện

Nhiệt tạp âm 15 35 - 50 50 - 75 §é réng b¨ng

Hệ số khuếch đại dB 30 (3 tầng) 26 (2 tầng) 50 (4 tầng) Đầu ra bão hoà dBm - 10  - 5 - 10  - 5 + 5

Hệ thống làm lạnh Thể khí Nhiệt điện Nhiệt điện hoặc bù nhiệt

Bảng VI.2 - So sánh các bộ khuếch đại tạp âm thấp

Nhiệt tạp âm là một hàm số của tần số có các dạng khác nhau Bộ khuếch đại thông số khác nhau ở 4 GHz đợc cho ở đồ thị hình VI.6

Hình VI.6 - Đồ thị so sánh các loại khuếch đại tạp âm thấp với các phơng pháp làm lạnh khác nhau

VI.2.6 Bộ khuếch đại thông số

Bộ khuếch đại thông số sử dụng một điện kháng không đờng thẳng để khuếch đại Điện kháng đợc làm thay đổi sao cho bắt đợc tín hiệu đầu vào và tăng độ lớn của nó Việc nạp điện tích (Q) trong một tụ điện đợc quyết định bởi điện dung (C) và điện áp (V) giữa hai tậm Khi thay đổi điện dung

C trong khi vẫn giữ nguyên điện tích thì điện áp sẽ thay đổi, nếu điện áp này đợc thay đổi vào đầu vào về pha và độ lớn thì sự khuếch đại sẽ đạt đợc Nếu tụ điện là một biến dung (Varactor), các bộ khuếch đại thông số hiện đại thì không thoái hoá và tin cậy vào tần số bơm (fr) để cung cấp công suất cho bộ khuếch đại Tần số bơm bằng nhiều lần tần số tín hiệu (Fs).

Khi tín hiệu bơm và đầu vào trộn với nhau chúng tạo ra một tần số thứ ba là tần số không tải (F1) Các tần số khác tạo ra ngoài phạm vi này bị hốc cộng hởng lọc Các tần số bơm và tần số không tải trộn lại với nhau tạo ra một tần số giống nh tín hiệu đầu vào, tín hiệu đã đợc khuếch đại này sau đó đa ra ở đầu ra.

Hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại tạp âm thấp đợc điều chỉnh bằng cách thay đổi công suất công bơm ViệcHoàng Minh Đức

6 6 điều chỉnh thay đổi thiên áp của Varactor sẽ dẫn đến thay đổi dải thông Bộ phận tạo dao động tần số bơm do nhà sản xuất quy định và nó không thay đổi đợc.

Hình VI.7 - Bộ khuếch đại thông số

VI.2.7 Điều khiển nhiệt độ của bộ khuếch đại thông sè.

Nhiệt độ đợc điều khiển bởi không khí trực tiếp từ một quạt máy, bộ làm lạnh hoạt động bình thờng ở nhiệt độ xấp xỉ

30 0 C phía nóng và 20 0 C ở phía lạnh.

Không có điều khiển nhiệt độ, làm việc ở nhiệt độ xấp xỉ 20 0 C ở phía nóng và - 20 0 C ở phía lạnh.

Làm việc ở nhiệt độ  - 20 0 C và - 40 0 C ở phía lạnh.

Hoàng Minh Đức sensor p u m p s o u rc e fet amp 2 fet amp 1

94487 temp cont ste rect ps rect ps

Hình VI.8 - Sơ đồ điều khiển nhiệt độ của bộ khuếch đại thông số

VI.2.8 Bộ khuếch đại Transistor hiệu ứng trờng.

Các tiến bộ trong công nghệ đã đa ra phát triển của bộ khuếch đại tạp âm thấp dùng transistor hiệu ứng trờng Thiết kế chúng không phức tạp nh các bộ khuếch đại tạp âm thấp khác trớc đây giảm đợc giá thành và chúng có thể sử dụng ở các trạm mặt đất nhỏ hơn.

3-/ Bộ biến đổi tần số

Các trạm vệ tinh mặt đất phát lên vệ tinh ở tần số khoảng

6 GHz và thu từ vệ tinh xuống khoảng 4 GHz đối với băng C. Các tần số này nh đã biết là tần số bức xạ (RF).

Sự điều chế và giải điều chế tín hiệu đợc thực hiện ở tần số thấp hơn nhiều Nh đã biết tần số trung tần (IF) điển hình là 150 MHz hoặc 70 MGz phụ thuộc vào hãng sản xuất và loại hình dịch vụ

Nguyên tắc của bộ biến đổi nâng và hạ tần số là để chuyển đổi tần số trung tần lên tần số bức xạ hoặc ngợc lại từ tần số bức xạ xuống tần số trung tần Bộ nâng tần sử dụng cho đờng lên còn bộ hạ tần sử dụng cho đờng xuống của thiết bị tại trạm mặt đất.

VI.3.2 Các bộ biến đổi nâng và hạ tần kết hợp.

Trong một vài trờng hợp bỏ nâng và hạ tần đợc kết hợp trong mỗi khối Bộ kết hợp này thực hiện các chức năng nh nhau nh các bộ biến đổi nâng và hạ tần độc lập Các bộ dao động sử dụng bên trong khối thờng đợc khoá với nhau và sử dụng hệ thống hớng dẫn thu làm nguồn tần số Ví dụ về bộ biến đổi này có thể thấy ở các trạm mặt đất mỗi kênh một sóng mang (SCPC). Việc sử dụng bộ biến đổi kết hợp này là lý tởng đối với các dịch vụ băng hẹp, giá thành rẻ.

Hoàng Minh Đức bộ trộn bộ lọc thông dải tạo dao động

RF bộ trộn bộ lọc thông dải tạo dao động

RF IF bộ lọc thông dải

VI.3.3 Các loại bộ biến đổi nâng tần và hạ tần.

Các bộ biến đổi nâng tần và hạ tần có thể hoặc là đơn hoặc là đôi Các bộ dao động của chúng có thể là thạch anh tần số cố định hoặc là các bộ tổng hợp tần số có thể biến đổi đợc dùng để tạo các tần số biến đổi đợc.

- Bộ biến đổi nâng tần biến đổi đơn.

Bộ biến đổi nâng tần đơn thờng có một bộ dao động thạch anh để xử lý biến đổi Sử dụng bộ tạo dao động thạch anh có nghĩa là bộ biến đổi nâng tần cố định và độ rộng băng tần đợc quyết định bởi bộ lọc thông dải (BPF) tần số bức xạ Để thay đổi tần số truyền do bộ tạo dao động thạch anh tạo ra phải thay đổi thạch anh và bộ lọc thông dải Đó là yêu cầu chung đối với các bộ biến đổi loại này (cần phải có nhiều thạch anh để thay đổi tần số trung tâm và độ rộng băng tần để phù hợp với các sóng mang do trạm mặt đất xử lý Loại bộ biến đổi nâng tần này thờng thấy trong các hệ thống lắp đặt trớc ®©y.

Hình VI.10 - Sơ đồ khối bộ biến đổi nâng tần đơn

- Bộ biến đổi hạ tần đơn:

Tơng tự nh bộ biến đổi nâng tần đơn Bộ dao động có thể là thạch anh cố định Để thay đổi tần số của bộ dao động cần phải thay đổi thạch anh còn bộ lọc thông dải ở đầu ra không cần thay đổi vì tần số IF là cố định.

RFBộ khuếch đại bé trén 1 tạo dao động bộ lọc thông dải bộ trộn 2 bộ lọc thông dải tạo dao động có điều chỉnh

Hình VI.11 - Sơ đồ khối bộ biến đổi hạ tần đơn

- Các bộ biến đổi nâng tần kép:

Bộ biến đổi nâng tần kép là một cải tiến quan trọng dựa vào loại biến đổi đơn để thực hiện điều chỉnh dễ dàng.

Tất cả các bộ lọc đợc cố định ở tần số trung tâm và độ réng b¨ng.

Bộ dao động thứ nhất là thạch anh có tần số cố định, bộ dao động thứ hai là bộ dao động tổng hợp có thể điều chỉnh (cũng có thể dùng bộ dao động thạch anh)

Bộ lọc thông dải thứ IF hai có độ rộng băng tần cố định, điển hình là 36 MHz Đầu ra RF đợc lọc với độ rộng băng tần của vệ tinh, điển hình là 575 MHz.

Hình VI 12 - Sơ đồ bộ biến đổi nâng tần kép

- Bộ biến đổi hạ tần kép.

Bộ biến đổi hạ tần kép sử dụng các bộ lọc tần số cố định. Tần số RF biến đổi thờng đợc điều khiển từ bộ tổng hợp tần số hoặc một bộ dao động có thể thay đổi đợc tần số Bộ biến đổi tần số thấp (1225 MHz) đợc cố định trong khi đó bộ biến đổi cao tần (5250 MHz) có thể điều chỉnh Thờng hai tần số bộ dao động đợc điều chỉnh cùng một nguồn nh nhau kết quả tăng đợc độ chính xác tần số.

Việc sử dụng bộ biến đổi tần số hai lần có một u điểm rõ rệt, cụ thể là loại bỏ và giảm bớt nhiễu kênh lân cận và tần số ảnh.

- Các tần số trung tần tiêu biểu:

Hầu hết các nơi chế tạo vệ tinh và các thiết bị mặt đất theo các quy ớc giống nhau:

+ Với các dịch vụ số: Thờng có tần số trung tần là 170 MHz và có khả năng phủ một tần số phát đáp 72 MHz.

Gần đây ngời ta sử dụng tần số trung tần 140 MHz cho tất cả các dịch vụ tơng tự hay số.

+ Với các dịch vụ tơng tự: Thờng có tần số trung tần là 70 MHz và có khả năng phủ một khoảng tần số phát đáp 36 MHz.

- Cân bằng các tần số trung tần:

Sự cân bằng đợc thể hiện ở tần số trung tần trên các thiết bị trung chuyển (đờng lên) để bù trừ cho sự biến đổi tần số/ các mức biến đổi cân bằng đờng thẳng Cũng phải có sự bù đối với trễ nhóm cân bằng Parabol Điều này đợc thực hiện ở bộ nâng tần hoặc bởi thiết bị riêng trong mạch IF.

Sự cân băng “MOPUP” phía đờng xuống (cân bằng dọn sạch) đợc thực hiện để bù lại cho thiết bị phía thu của trạm mặt đất.

- Các tiêu chuẩn ổn đinh tần số của Intelsat.

Với các loại sóng mang khác nhau Intelsat quy định các tiêu chuẩn ổn định tần số cho các trạm mặt đất phải tuân thủ các tiêu chuẩn này áp dụng để lựa chọn tần số ban đầu và độ lệch tần số cho phép.

Ví dụ: Một vài tần số sóng mang FDM quy định  150 KHz.

Một vài tần số sóng mang SCPC quy định  250 KHz. Độ ổn định quy định đối với mỗi loại sóng mang đợc cho theo các tài liệu hớng dẫn của Intelsat.

VI.3.4 Các mất mát và khuếch đại trong quá trình biến đổi.

Các bộ biến đổi nâng và hạ tần đợc dùng để đảm bảo chỉnh lý mức tín hiệu cũng nh tần số truyền.

* Đồ thị mức của bộ biến đổi nâng tần:

Hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại nâng tần điển hình đa ra ở mức -10dB  + 30 dB phụ thuộc vào mất mát của trạm ở các bộ kết hợp và các đờng dẫn sóng đến các bộ khuếch đại kém hơn bộ biến đổi tần Hệ số tạp âm của bộ biến đổi nâng tần không tốt bằng bộ biến đổi hạ tần

Hình VI.13 - Đồ thị phân bố tín hiệu ở các khối trong bộ biến đổi nâng tần

* Sơ đồ mức bộ biến đổi hạ tần

Hình VI.14 - Sự biến đổi mức tín hiệu từ đầu vào đến đầu ra của bộ biến đổi hạ tần (D/C)

Hệ số khuếch đại bộ biến đổi hạ tần điển hình là + 10 dB  + 50 dB, nó thờng có hệ số tạp âm tốt hơn bộ biến đổi nâng tần bởi vì các mức tín hiệu đợc điều khiển Hệ số khuếch đại của bộ biến đổi hạ tần (D/C), kết hợp với bộ khuếch đại tạp âm thấp để tăng tín hiệu đến mức công suất yêu cầu.

VI.3.5 Chuyển đổi trở kháng.

1-/ Tại sao phải có hệ thống điều khiển

Các vệ tinh địa tĩnh trong khi thực hiện không nh tên gọi là đứng yên Khi vệ tinh ở trên quỹ đạo nó bị tác động bởi nhiều các thiên thể khác nhau nh quả đất, mặt trăng, mặt trời và nhiều hành tinh khác thuộc hệ mặt trời Bản thân quả đất cũng không phải là tròn tuyệt đối bởi vậy vệ tinh luôn bị lôi kéo theo các hớng khác nhau gây ra sự trôi dạt vệ tinh trên quỹ đạo của nó.

Nếu không hiệu chỉnh, mặt phẳng nghiêng quỹ đạo có h- ớng tăng 0,9 0 trong một năm so với mặt phẳng xích đạo Vệ tinh cũng trôi dạt theo hớng Đông - Tây bởi vì quỹ đạo củ a nó không tròn tuyệt đối Kiểu chuyển động của vệ tinh trên quỹ đạo vẽ lại trên mặt đất ở điểm trực tiếp dới vệ tinh sẽ có đồ thị nh hình vẽ Hình VII.1

Vệ tinh đợc điều chỉnh ở đúng vị trí của nó bằng việc dùng lực đẩy đi đẩy lại trên vệ tinh do điều khiển từ dới đất dựa trên các trạm mặt đất điều khiển bám, đo lờng Lệnh và giám sát (TTC và M) là một bộ phận của mạng Intelsat. Để kéo dài tuổi thọ của vệ tinh ngời ta chấp nhận cho vệ tinh trôi dạt  0,1 0 ở các hớng Bắc - Nam và Đông Tây Khi gặp khó khăn trong việc đặt vào chỗ cũ các vệ tinh đã già cỗi hơn, các hạn chế đợc giảm bớt tới mức chúng đợc phép trôi dạt lên đến  0,5 0 ở hớng Bắc - Nam và vẫn giữ vị trí Đông - Tây để tiết kiệm nhiên liệu và kéo dài tuổi thọ của vệ tinh Với sự trôi dạt lớn của một vài vệ tinh có nghĩa là cần thêm các thiết bị điều khiển bám vệ tinh ở các trạm mặt đất Trớc đây chỉHoàng Minh Đức

7 6 có các trạm mặt đất lớn với búp sóng rất hẹp mới có hệ thống điều khiển bám vệ tinh.

Hình VII.1 - Chuyển động của vệ tinh trên quỹ đạo của nó khi quan sát từ một vị trí ở dới vệ tinh

VII.2-/ Các hệ thống điều khiển bám vệ tinh

Có bốn loại hệ thống điều khiển bám vệ tinh đợc sử dụng ở trạm mặt đất:

VII.2.1 Điều khiển bám bằng xung đơn.

Tên xung đơn là thuật ngữ Rada dùng để diễn tả sai lệch góc Có thể thu đợc từ một xung đơn khi loại dẫn sóng đợc dùng ở loại sóng cao hơn Từ đồ thị hình VII.2 ta thấy: khi tín hiệu đến trực tiếp ở phía trớc của bộ dẫn sóng thì hệ thống làm việc ở loại sóng TE10 Nếu tín hiệu đến lệch khỏi tâm thìHoàng Minh Đức

Các điện tr ờng trong ống dẫn sóng

7 7 hệ thống làm việc ở loại sóng TE20 Qua việc phát hiện loại sóng công tác có thể giải quyết vấn đề điều chỉnh anten Pha của tín hiệu tạo ra biểu thị sự lệch trái hay lệch phải.

Trong hình minh hoạ sự phân cực tuyến tính nhng phân cực tròn cũng giống nh vậy chỉ khi các loại sóng công tác trong ống dẫn sóng đó thay đổi. Ưu điểm của hệ thống điều khiển anten bám vệ tinh bằng phơng pháp xung đơn là chính xác nhng nhợc điểm là thiết bị đánh dấu anten phải làm việc liên tục, điều này dẫn đến độ bền của thiết bị giảm tổn hao năng lợng lớn.

Hình VII.2 - Các loại sóng công tác đối với phân cực tròn

Hình VII.3 - Các loại sóng thu đợc ở các hớng khác nhau

VII.2.2 Hệ thống điều khiển bám từng nấc.

Hệ thống điều khiển thiết bị đánh dấu anten không phải liên tục theo dõi vệ tinh mà nó chỉ làm việc khi vệ tinh bị lệch tới một giới hạn cho phép nó mới thực hiện việc điều khiển. Thiết bị không phải làm việc liên tục cho nên có thể kéô dài thêm tuổi thọ, tuy nhiên hệ thống này ít khi đạt đợc mức cực đại.

Hoạt động hiệu chỉnh có thể dựa vào giám sát một tín hiệu có tần số và mức không đổi Vệ tinh cung cấp các tham số đó ở dạng các tần số điều khiển bám (Beacons) ở vết in toàn cầu tơng ứng với bốn tần số là: 3947,5 MHz; 3948 MHz;

Các tần số 3947,5 MHz và 3952,5 MHz dùng cho công tác bình thờng Còn hai tần số điều khiển bám 3948 MHz và 3952 MHz dùng để không gây can nhiễu đến các hệ thống điều khiển bám đã đợc khoá trên các vệ tinh khác.

Các trạm mặt đất nhỏ hơn không có thiết bị bám hớng dẫn trong trờng hợp của thiết bị SCPC (Mỗi kênh một sóng mang) cũng có thể bám đợc khi sử dụng điều khiển hệ thống lái Tần số lái hệ thống ở một mức tín hiệu không đổi đối với các trạm mặt đất đó.

Hình VII.4 - Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển bám từng nấc

- LNA: Bộ khuếch đại tạp âm thấp thờng là một phần của các mạch tín hiệu xử lý thông tin Trong số ứng dụng đặc biệt LNA có thể dành cho hệ thống điều khiển bám.

- Bộ chia: Thờng là một phần của các mạch xử lý thông tin nh LNA.

- Bộ biến đổi hạ tần: Chuyển tần số bức xạ (RF) ở đờng xuống từ vệ tinh đến trạm mặt đất ra tần số trung tần (IF) phù hợp để hệ thống sử dụng Để đảm bảo độ tin cậy có hai bộ biến đổi hạ tần trong đó có một bộ để dự phòng.

- Bộ điều khiển bám vệ tinh: Đảm bảo giao tiếp đầu vào số liệu tự động hoặc nhân công thông qua đầu cuối hoặc điều khiển từ các panel phía trớc Nó gồm hai phần chính:

+ Khối điều khiển anten (ACU) điều khiển định thời gian và trình tự hoạt động của hệ thống.

+ Khối chỉ thị vị trí anten (APIU) điều khiển mô tơ dịch chuyển vị trí anten và đa thông tin trở về hiển thị.

- Mô tơ điều khiền: Theo lệnh của APIU điều khiển sẽ cung cấp công suất hiệu chỉnh đến các mô tơ định vị anten.

- Các mô tơ định vị anten: Có hai mô tơ để điều chỉnh góc tà và góc phơng vị, tốc độ lái thờng là 0,03 0 /s phụ thuộc vào kích thớc anten.

- Các chuyển mạch hạn chế: Dùng để ngắt nguồn cung cấp đến các mô tơ khi anten đã di chuyển đến tâm.

- Đồng bộ: Cung cấp các thông tin vị trí trở lại cho ACU. Đồng bộ của góc phơng vị và góc tà.

Hệ thống đo và giám sát tần số hớng dẫn đã đợc chọn ở một khoảng thời gian ấn định, hệ thống lấy mẫu một số điểm ở một cửa sổ, các mức của mẫu đợc so sánh để xác định. Nếu vệ tinh ở tâm cửa sổ tất cả các mức mẫu đều có biên độ bằng nhau Nếu có sự lệch của các mức mẫu ACU sẽ ra lệnh cho anten qua hệ thống lái di chuyển tới hớng cực đại Các tập hợp khác của mẫu đợc lấy ra và tiếp tục đợc xử lý cho tới khi vệ tinh ở tâm cửa sổ.

VII.2.3 Điều khiển bám theo chơng trình.

3-/ Các phơng pháp truy nhập tới vệ tinh

VII.3.1 §a truy nhËp ph©n chia theo tÇn sè (FDMA)

FDMA là phơng pháp mà trong đó băng tần công tác của vệ tinh (500 MHz) đợc phân chia làm các khoảng tần số gọi là luồng phát đáp Độ rộng luồng phát đáp (36 MHz hoặc 72 MHz) đợc phân chia cho mỗi trạm mặt đất để phát đi các tần số ấn định riêng cho mỗi trạm Các tần số đợc truyền đi đồng thời ở các tần số khác nhau tơng ứng với mỗi sóng mang, trạm mặtHoàng Minh Đức

8 2 đất điều chỉnh máy thu để các tần số mong muốn để khôi phục lu lợng thông tin dành cho trạm.

VII.3.2 §a truy nhËp ph©n chia theo thêi gian (TDMA)

TDMA là phơng pháp mà mỗi trạm mặt đất đợc quy định một khoảng thời gian (là khe thời gian hoặc cụm) trong một khung thời gian cố định Các tín hiệu đợc truyền đi ở một vài tần số sóng mang nhng ở các khoảng thời gian khác nhau Trạm mặt đất thu nhận biết đợc khi các cụm đang xuất hiện và tác động thiết bị để thu nhận lợng thông tin đã định trớc ở thời gian đó.

Sử dụng công suất vệ tinh có hiệu quả. ở FDMA một số sóng mang đợc khuếch đại chung bằng một bộ phát đáp, trong trờng hợp này tính phi tuyến của TWTA trong bộ phát đáp vệ tinh gây ra xuyên điều chế Để giảm cực tiểu xuyên điều chế, cần phải thực hiện TWTA với một đoạn đặc tính ngợc lớn từ điểm bão hoà cho nên không thể tận dụng hết công suất vệ tinh.

Còn ở TDMA số sóng mang trong bộ phát đáp vệ tinh không bao giờ lớn hơn 1, vì thế mà có thể thực hiện TWTA một cách có hiệu quả gần điểm bão hoà mà không bị xuyên điều chế. TDMA có thể sử dụng công suất vệ tinh có hiệu quả hơn.

Tính linh hoạt trong khai thác khi thay đổi nhu cầu lu lợng chỉ cần thay đổi độ dài và vị trí của các cụm mà không cần thay thế hoặc sửa đổi thiết bị của trạm mà chỉ cần thay đổi bằng phần mềm Nh vậy TDMA có mức độ linh hoạt lớn trong khai thác.

Có thể tăng dung lợng của trạm bằng phơng pháp nội suy tiếng nói số DSI có thể tăng gấp đôi số kênh tồn tại trên các vệ tinh Kết hợp TDMA với DSI cho phép tăng dung lợng truyền dẫn gÊp ba bèn lÇn so víi FDMA.

Dễ dàng đấu nối với các trạm thông tin số mặt đất.

Trong TDMA các cụm đợc phát từ các trạm lu lợng đợc điều khiển sao cho chúng đợc đặt vào trong các khe thời gian ấn định ở vệ tinh Việc điều khiển định thời này đợc gọi là đồng bộ cụm.

Khoảng cách giữa vệ tinh và mặt đất luôn thay đổi do có sự dịch chuyển của vệ tinh so với vị trí địa lý danh định của nó, cho nên khoảng cách và thời gian cần thiết cho một cụm lu lợng truyền đi từ một trạm đến vệ tinh liên tục thay đổi. Ngoài ra trạm chuẩn và các trạm lu lợng có các đồng hồ riêng của chúng với các tần số khác nhau về định thời phát cụm giữa các trạm khác nhau Vì thế nếu không có đồng bộ cụm thì các cụm phát sẽ trợt khỏi các khe thời gian đợc ấn định cho vệ tinh. Nếu xảy ra chồng lấn các cụm ở vệ tinh thì thông tin sẽ bị mÊt

Trong mỗi khung TDMA vị trí của khe thời gian đợc ấn định cho mỗi cụm đợc phát từ một trạm lu lợng đợc xác định vị trí tơng đối của cụm so với cụm chuẩn Vì thế mỗi trạm lu l- ợng phải thực hiện đồng bộ cụm để duy trì cụm của nó ở vị trí danh định tỏng khung Định thời phát cụm nên đợc điều khiển theo chu kỳ bằng cách sử dụng cụm chuẩn nh một chuẩn định thời.

Có ba phơng pháp đồng bộ cụm cho việc điều khiển vị trí tơng đối của cụm lu lợng so với cụm chuẩn:

* Đồng bộ vòng kín trực tiếp dùng cho các phơng pháp hoạt động với búp toàn cầu, trong đó mỗi trạm lu lợng luôn luôn có thể thu các cụm lu lợng do phát Khoảng thời gian giữa hai cụm này đợc do theo chu kỳ tại trạm lu lợng để phát hiện lỗi trong khoảng thời gian đó bằng cách so sánh nói với giá trị danh định đã đợc xác định trớc Định thời phát cụm đợc đa ra hoặc trễ đi để bù trừ các lỗi đợc phát hiện.

* Đồng bộ vòng mở định thời phát cụm đợc xác định bằng cách bổ sung một lợng trễ phù hợp vào định thời thu cụm

8 4 chuẩn Lợng trễ này nhận đợc là nhờ việc tính toán dựa trên việc đo khoảng cách mỗi trạm mặt đất và vệ tinh Mỗi trạm lu lợng thu cụm chuẩn và phát cụm của nó sau một lợng trễ đợc tạo ra tính từ định thời thu cụm chuẩn Đồng bộ vòng mở có thể áp dụng cho cả búp hội tụ và cả búp toàn cầu và đơn giản hơn so với các phơng pháp đồng bộ cụm khác, tuy nhiên lỗi của các cụm ở đồng bộ mở có khả năng lớn hơn.

VII.3.3 Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA)

Là phơng pháp mà ở đó mỗi trạm mặt đất phát tín hiệu ở cùng một thời gian và cùng một sóng mang Để nhận biết các trạm mặt đất không thu lẫn của nhau là chúng có một mã duy nhất dành riêng cho mỗi trạm và đợc sử dụng để giải mã tín hiệu dành riêng cho chúng Các trạm mặt đất khi nhận tín hiệu sẽ truyền đến trung tâm để thu lại các thông tin có mã đúng với mã của trạm Thông tin này đợc thu lại và xử lý rồi đa đến nơi nhận.

Với CDMA (Code Division Multiple Access), các trạm trong mạng truyền liên tục trên cùng tần số không phân biệt theo thời gian Sự giao thoa tín hiệu đợc khắc phục bằng cách mỗi trạm nhận biết mã riêng của nó Mã là một chuỗi bit gọi là code, đợc tổ hợp với thông tin hữu ích tại máy phát mã cần có đặc tính:

- Mã có thể nhận dạng từ bản sao của nó.

- Mã có thể nhận dạng dễ dàng bất chấp các mã khác cũng có trong mạng Việc truyền thông tin có mã đòi hỏi dải thông cao tần lớn hơn nhiều dải thông tín hiệu nguyên thuỷ Đó là lý do truyền trải phổ CDMA hay còn gọi là SSMA (Spread Spectrum Multiple Access).

Có hai kỹ thuật đợc dùng trong CDMA.

- Chuỗi trực tiếp DS (Direct Sequence)

- Tạo bớc nhảy tần số FH (Frequency Hopping).

Kỹ thuật CDMA dùng trong thông tin trải phổ Chuỗi mã giúp trải phổ cấu thành nhận dạng của máy phát Máy thu phục hồi tín hiệu hữu ích bằng cách thu hẹp phổ sóng mang trong giảiHoàng Minh Đức

Bộ biến đổi FDM/TDM

Tín hiệu PCM - TDM Mạng mặt đất.

Tín hiệu t ơng tự FDM

8 5 thông nguyên thuỷ, đồng thời dãn phổ các tín hiệu khác Bằng cách này làm giảm mật độ nhiễu. ¦u ®iÓm CDMA:

* Hoạt động đơn giản không đòi hỏi đồng bộ giữa các trạm chỉ cần đồng bộ mã hoá của tín hiệu thu.

Thiết kế tuyến năng lợng Chơng VIII

1-/ Khái niệm

Một điểm quan trọng khi xét đến việc thiết kế một đờng truyền vô tuyến là có thể cho phép giảm chất lợng tuyến xuống bao nhiêu đối với truyền lan trong không gian Vì thế, không chỉ thiết kế đờng vô tuyến với chất lợng cao nhất, mà cần thiết phải xét đến tính kinh tế. Đặc biệt là sử dụng các thiết bị trạm mặt đất chất lợng cao đối với thông tin vệ tinh để khắc phục sự giảm chất lợng đờng truyền do truyền lan trong không gian sẽ làm cho đờng truyền thông tin đạt đợc chất lợng cao, nh một trạm mặt đất chất lợng cao là rất đắt Vì thế, mặc dù có thể dùng trạm mặt đất nh vậy để tạo ra dịch vụ thông tin vệ tinh, nhng giá cớc sử dụng sẽ không hợp lý, nên nó sẽ không đạt đợc nh mục tiêu trên hình VIII.1 Mục tiêu thiết kế một tuyến thống tin vệ tinh là đảm bảo một đờng truyền có chất lợng đạt yêu cầu càng rẻ càng tốt Ngoài ra, khi thiết kế tuyến thông tin vệ tinh ta phải cân đối giữa chất lợng từng khối thiết bị và nhiễu mà nó có thể gây ra tới các tuyến khác.

Hình VIII.1 - Các mục tiêu thiết kế tuyến.

2-/ Các chỉ tiêu chất lợng

CCIR (Comite Consultatif International des Radio communications) - (Uỷ ban t vấn vô tuyến quốc tế) thiết lập các chỉ tiêu chất lợng cần thoả mãn cho nhiều loại hình dịch vụ và các quá trình điều chế thực hiện Nhìn chung, nó đa ra ba ngỡng chất lợng không đợc phép vợt quá trong một phần trăm thời gian cho trớc (Các khuyến nghị 353 - 4 và 522 đối với thoại; khuyến nghị 567 - 1 và 568 đối với truyền hình).

Nói về thoại, có các ngỡng chất lợng tóm tắt trong bảng 8-1:

Thoại tơng tự Thoại số

Công suất tạp âm tại mức chuÈn BER

(giá trị trung b×nh/phót)

(giá trị trung bình 10 phót)

(giá trị trung bình 1 phót)

(giá trị tổng trên 5ms)

Bảng VIII.1 - Các chỉ tiêu chất lợng đối với thoại

Ta cần chú ý rằng, các thông số này có thể đợc sửa đổi và cần tham khảo các văn bản mới nhất của CCIR trong khi thiết kế các hệ thống thông tin vệ tinh. Đối với truyền hình, chỉ tiêu chất lợng đối với tất cả các truyền dẫn truyền hình khoảng cách xa (mặt đất hay vệHoàng Minh Đức

8 9 tinh) đợc nêu trong các khuyến nghị 567-1 và 568 Tức là tỷ số tín hiệu trên tạp âm (S/N) (trọng - số) phải bằng hoặc lớn hơn

53 dB trong 99% thời gian và 45 dB trong 99,9% thời gian Thực tế, các chỉ tiêu này không thể luôn đợc thoả mãn trong các tuyến thông tin Tuy nhiên, các chỉ tiêu chất lợng này nói chung là dành cho các hệ thống trong các mạng quảng bá và khoảng phản ánh thực tiễn thiết kế hiện thời đối với các hệ thống vệ tinh dùng để phân phối chung hơn, đặc biệt là đối với các trạm mặt đất nhỏ Đối với các trờng hợp sau này phần lớn ngời xem hoàn toàn chấp nhận chất lợng chủ quan đạt đợc thậm chí khi mức chất lợng thiết kế thấp bằng 40 dB.

Khi có thống kê suy hao do các điều kiện khí quyển, thì có thể tính đợc tỷ số tín hiệu trên tạp âm mong muốn nhận đợc tại đầu vào máy thu trạm mặt đất cho các phần chậm thời gian khác nhau xác định trong chỉ tiêu chất lợng của CCIR Từ đó tính ra tỷ số tín hiệu trên tạp âm S/N hoặc BER tơng ứng và kiểm tra xem hệ thống có thoả mãn tiêu chuẩn chất lợng đã đề ra không.

3-/ Các chỉ tiêu sẵn sàng

Một tuyến thông tin vệ tinh cố định thiết lập giữa các đầu cuối của một tuyến chuẩn giả định hoặc đờng số chuẩn giả định đợc xem là không sẵn sàng theo khuyến nghị 352-1 và 521-1, nếu nh một hoặc nhiều điều kiện sau tồn tại ở một trong số các đầu cuối thu của tuyến lâu lơn 10 giây liên tiếp.

- ở truyền dẫn tơng tự, tín hiệu mong muốn đa vào tuyến đợc thu tại một đầu cuối khác ở một mức nhỏ nhất là 10 dB dới mức mong muốn.

- ở truyền dẫn số, tín hiệu số bị ngắt (có nghĩa là mất đồng bộ khung hoặc định thời khung).

- ở truyền dẫn tơng tự kênh thoại, công suất tạp âm không trọng số tại mức 0 tơng đói, với thời gian tích hợp là 5 ms, vợt quá 10 -6 pWOp.

- Trong truyền dẫn số BER vợt quá 10 -3

C/N CÇn thiÕt C/N a) §iÒu chÕ PSK

C/N CÇn thiÕt C/N B) §iÒu chÕ FM

Khuyến nghị 579 quy định tạm thời rằng độ sẵn sàng của đờng truyền định nghĩa là (1 - thời gian đoạn/thời gian yêu cầu) phải lớn hơn 99,8% trong một năm, khi chỉ xét đến gián đoạn do thiết bị.

4-/ Quan hệ giữa chất lợng và C/N

Quan hệ giữa C/N và BEN [(trong hệ thống khoá dịch pha (PSK)] hoặc S/N (trong hệ thống FM tơng tự) ở tín hiệu thu tuỳ thuộc vào điều chế và giải điều chế trong hệ thống Vì thế, có thể tính C/N cần thiết từ đờng cong C/N - S/N hoặc C/N - BEN đối với chất lợng tuyến yêu cầu (BER hoặc S/N) nh hình VIII.2.

Khi khả năng không sẵn sàng do ma là chủ yếu, thì phải xác định giá trị không sẵn sàng theo giờ do ma lúc đó tính toán đợc xác suất xảy ra ma nh cho thấy trên hình VIII.3, để xác định đúng sai cho phép không sẵn sàng đối với ma.

Ta sử dụng đờng cong C/N - BER hoặc C/N - S/N để xác định tính không sẵn sàng (BER 10 -3 hoặc SN 30 dB) của một tuyến trong khi ma tại cờng độ đang xét và nh vậy giá trị C/N yêu cầu trong lúc ma nh vậy Hình VIII.4 cho ta thấy điều đó.

Hình VIII.2 - Quan hệ bình thờng giữa C/N cần thiết và chất lợng đờng truyÒn

Trung độ phần trăm thời gian bị v ợt quá

(xác suất mà m a sẽ v ợt quá c ờng độ tại trục trung độ )

Các đặc tính xác suất m a Độ không sẵn sàng C ờng độ m a Suy hao m a C/N trong khi m a

Suy hao do m a - Các đặc tính xác suất m a Độ không sẵn sàng

Hình VIII.3 - Cờng độ và xác suất của ma

Hình VIII.4 - Khả năng không sẵn sàng do ma

Trong thiết kế tuyến thực tế, xác định quan hệ giữa cờng độ ma và xác suất ma, nghĩa là cờng độ, suy hao, khoảng cách mà các sóng vô tuyến xuyên qua ma, mất khá nhiều thời gian, nên ngời ta sử dụng đặc tính quan hệ giữa suy hao và xác suất cho trên hình VIII.5 Phơng pháp này thích hợp với tuyến vệ tinh sử dụng tần số cao hơn 10 GHz.

Hình VIII.5 - Suy hao do ma, các đặc tính xác suất do m- a

5-/ Công suất sóng mang

Công suất thu là một yếu tố quan trọng nhất trong việc xác định chất lợng của một tuyến thông tin vệ tinh Mỗi một yếu tố đợc biểu diễn trong phơng trình 8.1 theo hình VIII.6 nh sau:

PR = PT - LT + GT - LP + GR - LR (dB) (8.1)

Trong thông tin vệ tinh, thờng sử dụng anten parabol Hệ số tăng ích của loại anten này có liên quan mật thiết đến bề mặt parabol Vì vậy, hệ số tăng ích anten parabol thờng đợc biểu diễn nh là một hàm có đờng kính parabol (D), nh chỉ ra trên hình VIII.7, và đợc miêu ta bằng phơng trình (8.2) Nếu nh bề mặt parabol không tròn, thì đờng kính anten tơng đ- ơng đợc tính từ bề mặt hiệu dụng của parabol Vì hệ số tăng ích của anten parabol là một hàm đờng kính của nó, nên đ- ờng kính anten là một thông số dùng để đánh giá chất lợng anten parabol.

Hình VIII.6 - Các yếu tố quyết định công suất thu

Hình VIII.7 - Đờng kính bề mặt parabol

Trong 8.2 :  : độ dài sóng vô tuyến (bớc sóng)

Hệ số tăng ích thực tế của một anten parabol trạm mặt đất đờng kính 20 m xấp xỉ 60 dB ở tần số 6 GHz, trong khi đó, hệ số tăng ích của anten có đờng kính 4,5 m là xấp xỉ

55 dB ở tần số 14 GHz Hệ số tăng ích của một anten đối với vệ tinh thông tin là khoảng 15 dB đối với một anten toàn cuầ ở tần số 6 GHz và xấp xỉ 30  40 dB đối với búp sóng phủ ở tần sè 14 GHz.

PT - LT + GT trong phơng trình 8.2 biểu thị công suất thực tế phát tới máy thu Nghĩa là nó tơng đơng với công suất phát cần thiết khi sử dụng anten không có tăng ích và hệ thống fiđơ không có suy hao Công suất này đợc gọi là EIRP (công suất phát xạ đẳng hởng tơng đơng) và đợc biểu thị bằng ph- ơng trình 8.3 EIRP thờng đợc sử dụng để biểu thị khả năng của một phơng tiện truyền dẫn đối với thông tin vệ tinh.

LT: Suy hao hệ thống fiđơ truyền dẫn.

GT: Suy hao anten truyÒn dÉn.

Phía phát Tạp âm bên ngoài

Suy hao truyền sóng là tên chung đối với suy hao trong không gian tự do xác định bằng khoảng cách đờng truyền và suy hao xảy ra do hấp thụ bởi tầng điện ly, không khí và ma.

Nó đợc biểu diễn bằng phơng trình 8.4

LP: Suy hao truyÒn sãng.

Li: Suy hao hấp thụ trong tầng điện ly.

La: Suy hao hấp thụ trong không khí.

: Suy hao không gian tự do

Trong phơng trình này, suy hao không gian tự do chiếm phần lớn suy hao đờng truyền Trong băng tần sử dụng đối với thông tin vệ tinh, hấp thụ bởi tầng điện ly và không khí là không đáng kể và có thể bỏ qua Tuy nhiên, nếu sử dụng tần số lớn hơn 10 GHz, thì suy hao do ma có thể là nhân tố quan trọng nhất quyết định chất lợng tuyến Trong trờng hợp này, vì chất lợng tuyến đợc xác định bằng thời gian không sẵn sàng, nên ta không thể chỉ xác định nó bằng tính toán C/N đơn giản Suy hao do ma và thời gian không sẵn sàng đợc miêu tả trong một phần riêng.

6-/ Công suất tạp âm nhiệt

Nh cho thấy trong hình 8.8, tạp âm nhiệt đợc tạo ra trong máy phát và nó kết hợp với tạp âm bên ngoài đi vào anten thu và tạp âm bên trong tạo ra từ trong máy thu, anten và hệ thống fiđơ Mặc dù số lợng tạp âm đợc tạo ra ở máy phát là đáng kể, nhng nó giảm dọc theo đờng truyền lan, vì thế không cần xét đến loại tạp âm này Tuy nhiên, ta cần phải xét đến tạp âm bên trong và bên ngoài.

Tạp âm anten T A Tổn hao hệ thống fidơ Tạp âm hệ thống fiđơ Tạp âm máy thu

Hình VIII.8 - Phân loại nguồn tạp âm (đờng xuống)

VIII.6.1 Tạp âm bên ngoài.

Tạp âm bên ngoài bao gồm tạp âm không gian, tạp âm bề mặt mặt đất, tạp âm khí quyển và tạp âm ma Tạp âm hiệu dụng tại trạm mặt đất (chủ yếu) là tạp âm ma, và phải coi là nguyên nhân chính suy hao tín hiệu, khi trời quang, tạp âm gây ra là do khí quyển và không gian Tuy nhiên, ta đã thấy rằng tạp âm này gây ra bởi khí quyển có nhiệt độ đo đợc nhỏ hơn 10 0 K vì thế ta có thể bỏ qua nó trong quá trình thiết kế tuyến sơ bộ.

Tạp âm từ bề mặt của trái đất không ảnh hởng đến trạm mặt đất bởi vì ta sử dụng anten có hớng, nhng nó ảnh hởng đến vệ tinh thông tin vì anten của nó hớng về phía trái đất. Nhiệt độ tạp âm của tạp âm bề mặt trái đất, thu bằng vệ tinh thông tin gần giống nh của bề mặt trái đất.

VIII.6.2 Tạp âm bên trong.

Tạp âm bên trong xảy ra trong các anten, các hệ thống fiđơ và các máy thu, tổng hợp âm đó là toàn bộ công suất tạp âm bên trong Tuy nhiên, tạp âm xảy ra tại các điểm khác nhau có ảnh hởng khác nhau, vì thế công suất tạp âm tích hợp không thể đánh giá đơn giản bằng việc xác định trị số công suất tạp âm Vì C/N là trị số ở đầu vào tại máy thu, nên ta phải biến đổi tạp âm xảy ra tại anten và trong hệ thống fiđơ thành một trị số tại điểm đầu vào máy thu, nh cho thấy trên h×nh VIII.9.

Bộ khuếch đại 1 Bộ khuếch đại 2Bộ khuếch đại 3 Bộ khuếch đại k

Nghĩa là, nhiệt tạp âm anten và tạp âm hệ thống fiđơ đ- ợc xem nh là suy hao hệ thống fiđơ Ta có thể biểu diễn tạp âm tổng tại đầu vào máy thu bằng nhiệt tạp âm nh phơng tr×nh 8.5 sau:

TIN: Tạp âm tổng bên trong.

TA: Nhiệt tạp âm anten.

TR: Nhiệt tạp âm máy thu.

T0 (LF - 1): Tạp âm hệ thống fiđơ.

LF: Suy hao hệ thống fiđơ (giá trị thực).

Nhiệt tạp âm đối với một máy thu bằng tổng nhiệt tạp âm gây ra trong mỗi phần Đối với các bộ khuếch đại nối tiếp cho trên hình 8.10, có thể biểu diễn nhiệt tạp âm máy thu (TR) bằng phơng trình 8.6 bằng cách gọi từng hệ số khuếch đại là

G1, G2, G3, , Gk, và nhiệt tạp âm quy về đầu vào là T1,T2,T3, ,

Hình VIII.10 - Bộ khuếch đại nối tiếp

VIII.6.3 Tạp âm hệ thống

Nh đã nói ở trên, cả tạp âm ngoài và tạp âm bên trong đều tồn tại trong một hệ thống, vì thế tạp âm tổng đối với

1 0 0 hệ thống đó bằng tổng công suất tạp âm bên ngoài và bên trong của nó Điều này cho thấy ở phơng trình 8.7

TSYS = (8.7) Trong đó: TSYS: Nhiệt tạp âm hệ thống.

TS: Nhiệt tạp âm bên ngoài.

TA: Nhiệt độ tạp âm anten.

TR: Nhiệt tạp âm máy thu.

LF: Suy hao hệ thống fiđơ (số thực)

Khi bỏ qua suy hao hệ thống fiđơ, thì có thể biểu diễn nhiệt tạp âm đối với đờng lên bằng phơng trình 8.8

Vì thế, có thể sử dụng nhiệt tạp âm (TSYS) để tính công suất tạp âm (NSYS) cho toàn bộ hệ thống nh biểu thị ở phơng tr×nh 8.9

NSYS = 10log (k TSYS B) (dB) (8.9) Trong đó: k là hằng số Boltzman = 1,38 10 -23 (W/Hz/ 0 K)

Sử dụng NSYS từ phơng trình 8.8 và PR từ phơng trình 8.1 thì có thể biểu thị C/N bằng phơng trình 8.10

C/N = PR - NSYS = PT - LT + GT - LP + GR - LR - NSYS (8.10) Trong đó: PT: Công suất máy phát.

LT: Suy hao hệ thống fiđơ phát.

GT: Hệ số tăng ích anten phát.

LP: Suy hao truyÒn sãng.

GR: Hệ số anten thu

LR: Suy hao hệ thống fiđơ máy thu.

Trong 8.10, GR - LR - NSYS biểu thị các đặc tính của máy thu Tuy nhiên, thông số G/T dùng TSYS chứ không dùng NSYS trong phơng trình này để biểu thị chất lợng của máy thu, nó có thể biểu thị bởi phơng trình:

Bảng 8.2 chỉ ra một thí dụ thiết kế năng lợng đờng truyền tiêu biểu đối với hệ thống thông tin vệ tinh trong nớc ở băng tần 30/20 GHz Các giá trị đối với khả năng sẵn sàng của đờng truyền trong bảng 8.2 là giả thiết đối với một đờng truyền từ Tokyo sang Osaka.

Vệ tinh: 132,0 0 E Băng tần trên 30 GHz

Bảng 8.2 - Ví dụ về thiết kế năng lợng đơng truyền đối với vệ tinh CS - 2

7-/ Phân phối tạp âm

Trong thiết kế tuyến thực tế, phần lớn các thủ tục sử dụng không xác định các chỉ tiêu kỹ thuật và tính toán số lợng tạp âm và nhiễu Thật vậy, mức nhiễu do tạp âm đợc đánh giá đối với mỗi yếu tố Sau đó các yêu cầu kỹ thuật đợc xác định đối với vị trí và đặc tính của anten Loại thủ tục này gọi là phân bổ tạp âm và chỉ ra trên hình VIII.11

Tạp âm nội bộ Tạp âm ngoài Can nhiễu khác hệ thống Can nhiễu cùng tuyến

Tạp âm máy thu Tạp âm bề mặt mặt đất

Nhiễu khử phân cực Nhiễu kênh lân cận

Tạp âm máy thu Tạp âm anten Tạp âm hệ thống fiđơ

Tạp âm bầu trời (Tạp âm m a) Tạp âm bên ngoài

Nhiễu đ ờng vi ba trên mặt đất Can nhiễu khác hệ thống

Nhiễu cùng tuyến Nhiễu khử phân cực

Can nhiễu kênh lân cận

Tạp âm nhiễu C/N C/N đối với đ ờng xuống

C/N + l tích hợp khi đạt chất l ợng tuyến theo yêu cầu

Hình VIII.11 - Phân bổ tạp âm

Quyết định về độ không sẵn sàng cho phép

Quan hệ giữa xác suất m a và tốc độ m a

C/N trong khi m a Xác định các chỉ tiêu trong từng phần thiết bị trong trạm mặt đất

Suy hao tín hiệu, tăng nhiễu và tạp âm

8-/ Tính toán độ sẵn sàng

Khi sử dụng các tần số lớn hơn 10 GHz trong các tuyến thông tin vệ tinh, chất lợng tuyến đợc quyết định bằng khả năng không sẵn sàng do ma chứ không phải bằng BER thông thờng (số) hoặc SIN (tơng tự) Vì vậy, khi thiết kế các tuyến sử dụng tần số lớn hơn 10 GHz, phải xác định khả năng không sẵn sàng có thể cho phép để xác định các chỉ tiêu kỹ thuật đối với trạm mặt đất, nh chỉ ra trên hình 8.12.

Hình VIII.12 - Thủ tục thiết kế tuyến có xét đến độ không sẵn sàng do ma

Ta cần phải xét đến lợng tăng về tạp âm bầu trời và nhiễu khử phân cực xác định tỷ số thời gian không sẵn sàng, ta cần phải tìm ra lợng ma cho phép từ các đặc tính ma ở vị trí trạm mặt đất Nghĩa là thiết kế hệ thống thông tin phân phối các trạm mặt đất và các chỉ tiêu kỹ thuật đối với thiết bị để cải thiện chất lợng của tuyến phải cao hơn là sẽ đạt đợc tại nơi đó. Để thiết kế kinh tế trạm mặt đất phải chấp nhận một mức độ không sẵn sàng nào đó nhng tuỳ thuộc vào dịch vụ thông tin (ví dụ truyền hình quảng bá), phải tối thiểu hoá khả năng không sẵn sàng Đối với dịch vụ thông tin nh thế tốt nhất làHoàng Minh Đức

1 0 5 thiết lập hai hoặc nhiều trạm mặt đất hơn là dùng anten lớn hơn để làm tăng đầu ra truyền dẫn, nh ta cho thấy trên hình VIII.13.

Mặc dù ở Nhật Bản có rất nhiều ma, nhng khó có thể nghĩ rằng ở đây ma đủ lớn để làm mất thông tin trên một vùng rộng dù rằng nó có thể xảy ra cục bộ.

Hình VIII.13 - Lắp đặt các trạm mặt đất phân tập địa điểm

Vì vậy có thể chống lại ma bằng cách lắp đặt trạm mặt đất cách nhau vài chục km và đấu nối chúng bằng tuyến thông tin trên mặt đất Kỹ thuật này gọi là phân tập địa điểm, có thể đợc sử dụng để làm giảm tính không sẵn sàng.

Hình VIII.13 đa ra một ví dụ về phân tập địa điểm sử dụng trong đờng xuống, nhng có thể sử dụng nó trong đờng lên Trong trờng hợp này, ý tởng cơ bản đối với việc tính toán độ không sẵn sàng đợc biểu thị bằng phơng trình (8.12)

Trong yếu tố không sẵn sàng, ngoài ma ra còn có nhiễu mặt trời và sự cố thiết bị Đối với nhiễu mặt trời cần tính đếnHoàng Minh Đức

1 0 6 độ không sẵn sàng một vài phút trên ngày trong 2 hoặc 3 ngày vào lúc thu phân và xuân phân Có thể thay đổi thời gian không sẵn sàng do nhiễu mặt trời bằng cách sử dụng các anten có hớng nhng cũng không thể tránh đợc cho tất cả các trạm mặt đất. Đối với thiết bị, sự cố cho phép từ 0,01 - 0,1% thời gian hoạt động, nếu nh không có hệ thống dự phòng và cho pép từ0,001 - 0,01% thời gian hoạt động nếu có hệ thống dự phòng vì độ sẵn sàng do sự cố thiết bị nhỏ hơn nhiều so với ma nên không cần thiết phải xét đến khi thiết kế tuyến.

9-/ Thiết kế năng lợng tuyến đa truy nhập

Một đặc tính của một tuyến đa truy nhập là sóng vô tuyến phát từ một số trạm mặt đất có thể đi vào bộ khuếch đại, một bộ phát đáp tại cùng một thời điểm Vì thế, khi thiết kế tuyến đờng lên từ trạm mặt đất tới vệ tinh, ta phải xét đến hai điểm sau: a, Tại điểm đầu vào vệ tinh thông tin, các mức công suất thu từ mỗi trạm mặt đất phải giống nhau. b, Khi sử dụng hệ thống đa truy nhập theo tần số (FDMA), phải sử dụng mức lùi (Back - off) đầu vào để tránh nhiễu điều chế trong các bộ khuếch đại truyền dẫn của các bộ phát đáp. Đối với điểm a, phơng pháp xác định C/N đờng lên trong khi thiết kế một tuyến đa truy nhập là có khác Đối với tuyến đa truy nhập, mức thu ở đầu vào vệt inh thông tin đợc thống nhất bởi mức quy định trớc và do thiết kế các phơng tiện phát tại trạm mặt đất để đạt đợc mức đã quy định đó Vì thế công suất thu đối với C/N đờng lên sử dụng mức đã quy định nh vậy Tuy nhiên, không phải công suất thu mà mật độ công suất cũng đợc quy định Trong trờng hợp này, có thể biểu diễn công suất thu PR bằng phơng trình 8.13.

PR = DR + A (8.13) Trong đó: DR: Mật độ công suất

A: Diện tích hiệu dụng của anten = (4D) 

Có thể tính dễ dàng đợc công suất thu đối với tuyến đa truy nhập, nhng khi công suất thu đối với vệ tinh thông tin đã đợc định rõ thì toàn bộ việc xem xét phải nhằm vào chất lợng

1 0 7 trạm mặt đất Ngoài ra phải thiết kế vệ tinh thông tin sao cho đa ra mức cực đại khi nó thu đợc công suất thu quy định.

Nếu xảy ra suy hao ma trên tuyến, công suất thu sẽ thấp hơn mức quy định Để khắc phục điều này phải sử dụng kỹ thuật tăng đầu ra của trạm mặt đất đến một mức nào đó. Vì thế cần phải thận trọng khi thiết kế sự thay đổi này ở đầu ra trạm mặt đất. Đối với mức lùi đầu vào ở điểm b, khi sử dụng các tuyến FDMA phải đặt mức công suất thu đối với vệ tinh thông tin thấp hơn Sự giảm nh vậy ảnh hởng trực tiếp đến C/N Vì thế phải làm giảm C/N ở đờng lên bằng lợng đã giảm Khi công suất thu ở vệ tinh thông tin thấp, lúc đó công suất ra từ trạm mặt đất phải thấp (mức lùi đầu ra) Bằng cách tơng tự, đờng xuống C/N phải thấp hơn bằng lợng của mức lùi đầu ra.

Trong thiết kế tuyến thực tế, lợng lùi đầu vào khoảng 4 - 8 dB ứng với 2 - 5 dB mức lùi đầu ra ở các tuyến TDMA, không cần làm lùi nh vậy. môc lôc

PhÇn I Cơ sở thông tin vệ tinh Chơng I 2

Sóng Điện từ và phân định tần số 2

I.1-/ Tần số và các đặc tính của sóng vô tuyến điện sử dụng trong thông tin vệ tinh 2

I.3-/ Phân định băng tần số cho vệ tinh địa tĩnh 3

Quá trình truyền sóng trong thông tin vệ tinh 5

II.1-/ ả nh hởng của tầng điện ly đối với sóng điện từ 5

II.2-/ Tiêu hao trong quá trình truyền sóng 6

II.3-/ Cửa sổ vô tuyến 6

II.4-/ Tạp âm trong quá trình truyền sóng 7

Nguyên lý thông tin vệ tinh 8

PhÇn II Công nghệ thông tin vệ tinh chơng IV 14 cấu hình tuyến thông tin vệ tinh 14

IV.1-/ Trạm mặt đất (SES) 14

Công nghệ anten và truyền dẫn 24

V.1-/ Công nghệ và đặc tính của anten 24

Kỹ thuật máy thu - phát 42

VI.1-/ Bộ khuếch đại công suất cao (HPA) 42

VI.2-/ Bộ khuếch đại tạp âm thấp (LNA) 50

VI.3-/ Bộ biến đổi tần số 57

Kỹ thuật bám và truy nhập 62

VII.1-/ Tại sao phải có hệ thống điều khiển anten bám vệ tinh 62