TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH.DOC

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH

Chơng một

Tổng quan về hệ thống thông tin vệ tinh

1.1- lịch sử phát triển thông tin vệ tinh

Chúng ta đang sống trong thời kỳ quá độ tới một xã hội định hớng thông tin tiên tiến nhờ các công nghệ mới trong nhiều lĩnh vực khác nhau Các loại thông tin truyền trên sang vô tuyến đó là thông tin vô tuyến, đã đi vào đời sống hàng ngày của chúng ta và chúng ta có thể cảm nhận cuộc sống hiện tại của cuộc sống xung quanh chúng ta nhờ các hệ thống truyền hình và điện thoại quốc tế.

Nói chung, thông tin có thể đợc phân ra các loại nh thông tin dùng cáp đồng trục huặc thông tin dùng cáp sợi quang và thông tin vô tuyến sử dụng sóng vô tuyến điện nối liền nhiều nơi trên thế giới vợt qua “thời gian” và “không gian” Hiện nay, các hệ thống cáp biển sử dụng cáp sợi quang đã đợc đa vào sử dụng cho thông tin quốc tế Đối với thông tin vô tuyến quốc tế, thông tin vệ tinh đã cung cấp các đờng thông tin dung lợng lớn thay thế cho thông tin sóng ngắn trớc đây và đợc sử dụng thờng xuyên hơn.

khác đó là:

- Vùng phủ sóng rộng (chỉ cần 3 vệ tinh có thể phủ sóng toàn cầu) - Thiết bị phát sóng chỉ cần công suất nhỏ

- Lắp đặt hệ thống mặt đất nhanh, di chuyển dễ dàng - Có thể phục vụ nhiều dịch vụ khác.

- Hệ thống truyền dẫn ổn định (kể cả bão to, động đất).

- Thiết bị đặt trên vệ tinh có thể tận dụng năng lợng mặt trời để cấp điện - Có thể tận dụng tất cả công nghệ của kỹ thuật số.

- Kinh phí đầu t ban đầu lớn.

- Công nghệ không phải lúc nào cũng sản xuất đợc (từ khâu thiết bị đến khâu phóng, điều khiển và điều hành).

- Bức xạ của sóng bị tổn hao lớn ở những vùng có ma và mây mù.

- Cờng độ sóng thu ở mặt đất phụ thuộc nhiều vào vị trí tọa độ của vệ tinh Có hai loại vệ tinh đang đợc phổ dụng : Vệ địa tĩnh (Geostation Satellite) và vệ tinh không địa tĩnh (Non- Geostation Satellite).

1.2- các loại quỹ đạo của vệ tinh

Hình 1.1 Các lực quyết định quỹ đạo của vệ tinh

Quỹ đạo là hành trình của vệ tinh để giữ đợc cân bằng giữa hai lực đối nhau Hai lực đó là lực hấp dẫn của trái đất và lực ly tâm đợc hình thành do độ cong của hành trình của vệ tinh Quỹ đạo thuộc một mặt phẳng có hình Elip, hai đầu của Elip thì một đầu nằm xa trái đất còn đầu kia nằm gần trái đất Vệ tinh sẽ di chuyển chem Hơn khi khoảng cách giữa nó và trái đất tăng lên.

• Quỹ đạo thông dụng nhất hiện nay là những quỹ đạo sau:

Loại quỹ đạo có tính ổn định cao nhờ có độ nghiêng mà nó cho phép vệ tinh có thể phủ sóng đợc ở những nơi có vĩ tuyến cao thuộc phần lớn quỹ đạo khi vệ tinh đi qua điểm cực viễn so với trái đất Trong thực tế, quỹ đạo nghiêng hình Elip có khả năng cung cấp các liên lạc ở các vĩ tuyến trung bình khi mà vệ tinh gần tới điểm cực viễn so với trái đất và các góc ngẫng gần bằng 900, những điều kiện tốt này không thể tồn tại trong cùng một vĩ tuyến ở các vệ tinh địa tĩnh Một hệ thống vận hành đợc gọi là ELLIPSAT bao gồm 24 vệ tinh ở hai quỹ đạo

(ELL-91) để đạt đợc sự phủ sóng vĩnh cửu.

Hình 1.2 Mô tả quỹ đạo của vệ tinh MOLNYA của LIÊN XÔ

+ Các quỹ đạo nghiêng tròn, độ cao của vệ tinh so với mực nớc biển là

này đảm bảo rằng vệ tinh có thể đi qua các vùng của trái đất Đó là lý do ngời ta sử dụng loại quỹ đạo này để quan sát các vệ tinh (Ví dụ vệ tinh SPOT; độ cao 830 km ; quỹ đạo nghiêng 98,70; chu kỳ 101 phút) Ngời ta có thể thiết lập các quá trình lu trữ và chuyển tiếp thông tin nếu vệ tinh đợc trang bị các phơng tiện lu trữ thông tin Một số vệ tinh với vùng phủ sóng toàn cầu sử dụng các chòm sao của sóng mang vệ tinh ở các quỹ đạo tròn, độ cao thấp (cỡ 1000 km) đợc đề cập gần đây (nh IRIDIUM, GLOBAL STAR, ODYSSEY, ARIES , LEOSAT ,

) …

+ Quỹ đạo tròn với góc nghiêng bằng 0, đợc sử dụng rộng rãi nhất cho quỹ đạo vệ tinh thuộc các trạm Quỹ đạo vệ tinh xung quanh trái đất với độ cao 35768 km và cùng phơng hớng Do đó vệ tinh xuất hiệ nh một điểm cố định trên bầu trời và đảm bảo sự hoạt động liên tục nh Rơle vô tuến trong thời gian thực đối với những vùng nhìn thấy của vệ tinh (43% bề mặt của trái đất).

Sự lựa trọn các quỹ đạo phụ thuộc vào tính chất của công việc, độ can nhiễu có thể chấp nhận đợc và tầm xa của khả năng bệ phóng.

• Quỹ đạo đ ợc đặc tr ng bởi các yếu tố sau:

+ Quy mô và phạm vi của các vùng đợc phủ sóng Trái ngợc với đông đảo các ý kiến, độ cao của vệ tinh không phải là nhân tố quyết định trong việc liên lạc đối với diện tích phủ sóng cụ thể Hiện nay vệ tinh đi theo quỹ đạo thấp chỉ cung cấp một khoảng không gian giới hạn, bao phủ tại một thời gian xác định và có giới hạn tại một điểm xác định Nếu độ tăng ích các anten thấp (cỡ vài dB) với độ địng hớng kém thì trong trờng hợp này phải đợc trang bị các thiết bị bán vệ tinh và điều này làm tăng chi phí Do đó các vệ tinh địa tĩnh rõ ràng là đặc biệt có ích cho việc phủ sóng liên tục các vùng co diện tích rộng Tuy nhiên nó không thể phủ sóng đợc các vùng cực mà các vùng này chỉ đợc phủ sóng bởi các vệ tinh có quỹ đạo Elip nghiêng hay quỹ đạo cực.

+ Góc ngẫng của các trạm mặt đất : Một vệ tinh có quỹ đạo Elip nghiêng hay quỹ đạo cực xuất hiện trên mặt đất trong một khoảng thời gian xác định cho phép thông tin đợc thiết lập tại các vùng thành thị mà không va chạm các chớng

ngại vật nh các toà nhà lớn tạo nên góc ngẫng nằm trong khoảng từ 00 cho đến xấp xỉ 700 Với một vệ tinh địa tĩnh, góc ngẫng sẽ giảm khi sự chênh loch về kinh tuyến, vĩ tuyến giữa trạm mặt đất và vệ tinh tăng.

+ Thời gian truyền dẫn và thời gian trễ : vệ tinh địa tĩnh cung cấp một sự chuyển tiếp liên tục cho các trạm trong khoảng tầm nhìn nhng thời gian truyền sóng từ trạm này đến trạm khác bị trễ 0,5s Điều này yêu cầu phải sử dụng thiết bị điều khiển tiếng vọng trên các kênh điện thoại hay các giao thức đặc biệt để truyền số liệu Thời gian truyền dẫn giữa các trạm sẽ giảm nếu vệ tinh di chuyển trong một quỹ đạo thấp, thời gian truyền giữa các trạm sẽ giảm xuống gần bằng thời gian truyền trong tầm nhìn tới vệ tinh Nhng nó có thể trở nên lâu (một vài giờ) đối với các trạm xa nếu nh kiểu truyền lu trữ - chuyển tiếp đợc sử dụng.

+ Nhiễu : vệ tinh địa tĩnh chiếm một vị trí xác định trên bầu trời và việc trao đổi thông tin với các trạm trên mặt đất Để chống nhiễu giữa các hệ thống thì ngời ta phải quy định băng tần và các vị trí quỹ đạo Không gian quỹ đạo nhỏ giữa các vệ tinh gần kề nhau tại cùng một tần số sẽ làm tăng độ nhiễu và điều này sẽ cản trở việc thiết lập các vệ tinh mới Các hệ thống khác nhau có thể sử dụng các tần số khác nhau nhng điều này bị hạn chế bởi số lợng băng tần đợc chỉ định cho không gian thông tin vô tuyến bởi các luật của thông tin vô tuyến Trong trờng hợp này, một băng tần có thể bị giới hạn bởi phổ tần của quỹ đạo Với các vệ tinh đa vào quỹ đạo thì các thông số hình học của một hệ thống này đối với hệ thống khác bị biến đổi theo thời gian do đó rất khó đồng bộ điều này có nghĩa là nhiễu của hệ thống sẽ cao.

+ Hiệu suất của bệ phóng : khối lợng của các vệ tinh đợc phóng giảm đi khi độ cao tăng.

1.3- phân bổ tần số trong thông tin vệ tinh

Các băng tần số vô tuyến dùng cho các hệ thống thông tin vệ tinh nông thôn, hiển nhiên là phải tuân theo quy chế vô tuyến Đặc biệt, các bằng tần đợc phân định cho các dịch vụ vệ tinh cố định đợc trình bày trong bảng.

Bảng : các băng tần dùng cho dịch vụ vệ tinh cố định và dịch vụ quảng bá

qua vệ tinh tới 31GHz

a) FS – Dịch vụ vệ tinh cố định BS – Dịch vụ vệ tinh quảng bá

FL – Tuyến phi dơ cho dịch vụ vệ tinh quảng bá

b) Vùng 1 (R1), vùng 2 (R2), vùng 3 (R3) đợc xác định theo hình (1.3)

ITU đã xác lập riêng các phần nào đó của phổ tần để sử dụng các hệ thống thông tin vệ tinh, đáng chú ý là các băng tần nh 2,5 – 2,7; 3,4 – 7,1 và 10,7 – 14,5 GHz Một số nào đó trong các băng tần này đợc phân định để sử dụng cho các dịch vụ đặc biệt trong các vùng địa lý xác định Trong bảng trên, R2 ám chỉ vùng 2 bao gồm Bắc Mỹ và Nam Mỹ; R3 là vùng 3 gồm Châu úc và Châu á và R1 là vùng 1 gồm Châu âu, Liên Xô và Châu Phi Hình 1.3 mô tả các vùng này trên bản đồ Trong bảng các vùng đợc phép sử dụng băng tần đợc chỉ thị bởi R1, R2 và R3 Nếu không có bất kỳ chỉ định vùng nào thì có nghĩa là tất cả các vùng đều có thể sử dụng băng tần đó.

Hình 1.3 Các vùng nh đ ợc quy định trong các Quy chế vô tuyến (Radio Regulations)

• Băng tần 2500 2690 MHz :–

Tất cả các tần số trong băng tần này là để dành cho các nớc vùng 2 và vùng 3 (không có sự phân định nào đối với băng tần số 2,5 – 2,7 GHz cho các dịch vụ vệ tinh cố định trong vùng 1) Tại băng tần 2,5 – 2,7 GHz, suy hao khí quyển nhỏ hơn bất kỳ băng tần nào khác, song vì bớc sóng tơng đối dài cho nên kích thớc của trạm anten mặt đất sẽ phải lớn hơn so với việc sử dụng các băng tần khác Ngoài ra, vì băng tần này còn cha đợc sử dụng rộng rãi cho nên rất ít nhà sản xuất chế tạo các thiết bị tiêu chuẩn thuộc lĩnh vực này Băng tần này tỏ rõ lợi thế cho những yêu cầu khiêm tốn ở những điểm không có tắc nghẽn và các khe quỹ đạo là luôn luôn có sẵn để sử dụng Tuy nhiên, băng tần này chung phần với các hệ thống tán xạ đối lu và cần phải phối hợp với chúng.

Băng tần này đợc sử dụng nhiều nhất so với tất cả các băng tần khác Do điều đó, việc sắp xếp các khe quỹ đạo là tơng đối khó Mặt khác vì có sẵn thị tr-ờng rộng lớn cho nên nhiều nhà sản xuất chế tạo thiết bị tiêu chuẩn, giảm đợc đáng kể giá thành do cạnh tranh và đảm bảo tính hiệu quả kinh tế do quy mô lớn Mặc dù suy hao khí quyển hơi lớn hơn so với băng 2,5 – 2,7 GHz, kinh nghiệm lịch sử cho thấy rằng có thể đạt đợc dịch vụ thông tin chất lợng cao thực tế tại tất cả các vùng trên thế giới Vì có can nhiễu với các hệ thống vi ba mặt đất sử dụng băng tần này, các trạm mặt đất không đợc lắp đặt tại nhiều vùng thành phố Do vậy việc sử dụng băng tần này đòi hỏi phối hợp chặt chẽ với các hệ thống trên mặt đất đang hoạt động huặc đang trong dự án

Băng tần này vừa có lợi thế vừa có bất lợi so với băng tần 3,4 – 7,1 GHz vốn đợc sử dụng rất rộng rãi Nơi nào có băng tần này nói chung không đợc sử dụng cho các tuyến vi ba mặt đất thì có thể cho các trạm mặt đất hoạt động tại các trung tâm thành thị Các anten tại băng tần này rất nhỏ so với các băng tần khác, do vậy chúng có thể đợc lắp đặt tại các mái nhà của các toà cao ốc Nơi nào thực tế không có các sóng mang chung trong băng này thì các vệ tinh có thể sử dụng các công suất cao hơn vì không có các vấn đề can nhiễu với các hệ thống

trên mặt đất Điều bất lợi chính của băng tần này là các đặc tính suy hao của nó gia tăng mạnh trong miền khí hậu có nhiều sơng mù, có ma huặc có mây.

1.4- cấu trúc tổng quát một hệ thống thông tin vệ

Phần không gian bao gồm vệ tinh và các trang thiết bị mặt đất để điều khiển và kiểm tra theo dõi vệ tinh nh sau:

Hệ thống bám sát, đo đạc và điều khiển thực hiện (TT & C) và trung tâm điều khiển vệ tinh, nơi mà mọi hoạt động của vệ tinh đợc kiểm tra và theo dõi

Các sóng vô tuyến truyền từ các trạm mặt đất lên vệ tinh đợc gọi là đờng lên (uplink) Vệ tinh, đến lợt truyền các sóng vô tuyến tới các trạm thu tại mặt đất - đờng xuống (downlink).

Chất lợng của một liên lạc vô tuyến đợc xác định bởi tỷ số sóng mang trên tạp âm (C/N).

Vệ tinh hình thành một điểm trung chuyển trạng thái do các nhóm liên lạc song song Khi đó nó đợc xem nh là điểm nút của mạng, truy nhập với vệ tinh và tới bộ phát đáp vệ tinh bởi một vài sóng mạng có nghĩa là sử dụng các kỹ thuật đặc biệt, đợc gọi là các kỹ thuật đa truy nhập.

Vệ tinh bao gồm phần trọng tải (payload) và phần nền (platfom) Phần payload bao gồm các anten thu và tất cả các thiết bị điện tử phục vụ cho việc truyền dẫn các sóng mang Phần flatfom bao gồm các hệ thống phụ phục vụ cho phần payload hoạt động Chúng bao gồm:

+ Cấu trúc.

+ Nguồn cung cấp điện + Điều khiển nhiệt độ.

+ Điều khiển hớng và qũy đạo + Thiết bị đẩy.

+ Thiết bị bám, đo đạc và điều khiển thực hiện.

• Vệ tinh có hai vai trò sau:

+ Khuếch đại các sóng mang thu đợc từ tuyến lên sử dụng cho việc truyền dẫn lại trên tầng xuống Năng lợng sóng mang tại đầu vào của máy thu vệ tinh yêu cầu từ 100pW đến 1nW, còn năng lợng tại đầu ra của bộ khuyếch đại công suất phát cho tuyến xuống yêu cầu từ 10 – 100W Do đó độ lợi công suất có yêu cầu từ 100 – 130dB

+ Thay đổi tần số sóng mạng nhằm tránh hiện tợng một phần công suất phát đi quay trở về đầu thu, khả năng loại bỏ của đầu vào các bộ lọc tần số tuyến xuống kết hợp với độ tăng ích anten thấp giữa đầu ra phần phát và đầu vào phần thu để đảm bảo công suất cỡ 150dB.

Để hoàn thành chức năng của mình thì vệ tinh có thể hoạt động nh một Rơle đơn giản Sự thay đổi tần số thông qua một bộ biến đổi tần số Điều này thấy rõ trong các vệ tinh thơng mại đợc vận hành hiện nay Ngời ta gọi chúng là các vệ tinh “quy ớc” hay “trong suốt” Tuy nhiên, một thế hệ vệ tinh mới (bắt đầu từ ACTS và ITALSAT) đang nổi lên, chúng đợc gọi là các vệ tinh tái sinh và đợc trạng bị các bộ giải điều chế, các tín hiệu băng cơ bản đợc đặt sẵn trên vệ tinh Sự thay đổi tần số đạt đợc bởi việc điều chế một sóng mạng mới cho tầng xuống Việc vận hành cặp điều chế và dải điều chế có thể đợc đi kèm theo với việc xử lý băng cơ bản ở các mức độ phức tạp khác nhau Để đảm bảo tính sẵn sàng cung cấp các dịch vụ, một hệ thống vệ tinh phải bao gồm một số vệ tinh để dự trữ, để thay thế cho một vệ tinh nào đó bị hỏng hay đã hết hạn sử dụng trong trờng hợp này chúng ta cần phân biệt tuổi thọ và độ tin cậy của một vệ tinh Độ tin cậy của một vệ tinh đợc đánh giá dựa trên các yếu tố: khả năng dẫn đến hang hóc, độ tin cậy thiết bị của vệ tinh và các phơng án dự phòng Tuổi thọ của

vệ tinh phụ thuộc vào khả năng duy trì vệ tinh trên các trạm trong trạng thái tối thiểu.

1.4.2 Phần mặt đất.

Phần mặt đất bao gồm tất cả các trạm ở mặt đất, chúng thờng đợc nối tới thiết bị của ngời sử dụng thông qua mạng mặt đất Trong trờng hợp các trạm nhỏ nh VSAT, chúng đợc nối trực tiếp tới các thiết bị của ngời sử dụng Các trạm lớn hay nhỏ tuỳ thuộc vào khối lợng thông tin và loại hình thông tin đợc truyền (thoại, hình ảnh hay dữ liệu), trạm lớn nhất đợc trang bị anten có đờng kính 30m (chuẩn A của mạng ITALSAT) trạm nhỏ nhất đợc trang bị anten có đ-ờng kính 0,6m (các trạm thu trực tiếp tín hiệu hình ảnh) Các trạm cố định, vận chuyển đợc và di động cũng có thể có các loại khác nhau Một số trạm chỉ thu tín hiệu nhng cũng có trạm vừa thu vừa phát tín hiệu

2.1- các thông số đặc trng của một anten

2.1.1 Độ tăng ích của anten

Độ tăng ích của anten là tỉ số giữa năng lợng bức xạ (hấp thụ) trên một đơn

vị góc đầy của một anten tại hớng xác định và năng lợng bức xạ (hấp thụ) trên một đơn vị góc đầy của một anten đẳng hớng Hai anten này đợc cung cấp cùng

Aeff là diện tích hiệu dụng của anten, đối với anten có khe hở tròn hay đờng kính phản xạ là D thì diện tích hình học của A có giá trị là :

A = π.D2/ 4

và giá trị hiệu dụng của anten là : Aeff = η.A với η là hiệu suet của anten

Do đó : Gmax = η.(π.D/λ)2 = η.(π.D.f/c)2 (2.1) Nếu biểu diễn dới dạng dB thì độ tăng ích của anten trong thực tế là : Gmax.dB = 10.logη.(π.D/λ)2 = 10 logη.(π.D.f/c)2

Hiệu suất η là tích các hiệu suất thành phần, bao gồm hiệu suất chiếu sáng, suy hao do tràn, sự suy bề mặt, những suy hao do điện trở hay ghép không đối xứng v v

η = ηi .ηs ηf ηz (2.2)…

Hiệu suất chiếu sáng ηi đợc xác định theo luật chiếu sáng của vật phản xạ trong môi trờng chiếu sáng đồng nhất Sự chiếu sáng đồng nhất (ηi = 1) tạo ra mức cao của các cực đại thứ cấp Cần phải có điều kiện với sự suy giảm chiếu sáng tại các đờng biện của vật phản xạ.

Hiệu suất tràn ηs đợc định nghĩa là tỷ số giữa công suất của nguồn chính bị chắn bởi vật phản xạ so với toàn bộ công suất của nguồn chính Góc nhìn vật phản xạ từ nguồn chính càng lớn thì hiệu suất tràn càng lớn Tuy nhiên, đối với nguồn bức xạ cụ thể, mức chiếu sáng tại các đờng biên sẽ nhỏ đi khi các giá trị của góc nhìn lớn và hiệu suất chiếu sáng sẽ giảm xuống.

Hiệu suất kết thúc bề mặt ηf có tính đến tác động của sự suy yếu bề mặt lên độ tăng ích của anten Mặt nghiêng của đờng Parabol trong thực tế khác với lý thuyết Gia số về độ tăng ích của anten đợc tính theo công thức sau :

∆G = exp [-B(4πε/λ)2] Trong đó: + ε là sai số do sản xuất

+ B là hệ số, hệ số này tăng khi bán kính cong của mặt lõm

Tổng quát, hiệu suất tổng thể η của anten là tích của các hiệu suất biến đổi,

2.1.2 Đồ thị ph ơng h ớng bức xạ

Đồ thị phơng hớng bức xạ của anten cho biết sự biến đổi độ tăng ích của anten theo hớng Đối với một anten có góc mở tròn hay vật phản xạ thì đồ thị này có dạng đối xứng tròn xoay và có thể biểu thị chúng trong mặt phẳng ở dạng toạ độ cực hay toạ độ Decac.

Các cực đại phụ và cực đại chính bao gồm hớng bức xạ cực đại có thể đợc

Đây là góc đợc xác định bởi các hớng trong đồ thị phơng hớng cụ thể biểu diễn giá trị lớn nhất độ tăng ích của anten Độ rộng 3dB đợc xác định trên hình bằng góc θ3dB và rất hay đợc sử dụng Độ rộng 3dB tơng ứng với góc giữa hai h-ớng mà tại đó giá trị lớn nhất của độ tăng ích giảm xuống một nửa Độ rộng 3dB phụ thuộc vào tỷ số λ/D bởi hệ số mà giá trị của nó phụ

thuộc vào luật chiếu sáng đợc chọn Đối với luật chiếu sáng đồng nhất, hệ số này đạt giá trị 58,50 Đối với luật chiếu sáng không đồng nhất, gây sự suy giảm lại các đờng biên của vật phản xạ, độ rộng 3dB tăng và giá trị của hệ số phụ thuộc vào các tính chất đặc biệt của luật.

Giá trị mà hiện nay sử dụng là 700 , do đó ta có công thức sau :

Kết hợp công thức (2.2) và công thức (2.3) sẽ cho ta giá trị lớn nhất của độ tăng ích là hàm của độ rộng 3dB và quan hệ này không phụ thuộc vào tần số.

Sóng điện từ đợc bức xạ bởi anten bao gồm một thành phần điện trờng và một thành phần từ trờng Hai thành phần này trực giao và vuông góc với hớng truyền sóng, chúng biến đổi theo tần số của sóng Theo quy ớc sự phân cực của sóng đợc xác định bởi hớng của điện trờng Nói chung hớng của điện trờng không cố định và biên độ của nó không phải là hằng số.

Hình 2.2 Mô tả sự phân cực của sóng điện từ trong không gian

Trong một chu kỳ hình chiếu của một mũi véc tơ đại diện cho điện trờng trên mặt phẳng vuông góc với hớng truyền sóng và trong trờng hợp tổng quát có dạng hình elip.

• Các tính chất của sự phân cực thể hiện qua các thông số sau :

+ Hớng quay (đối với hớng truyền dẫn) tay phải (theo hớng kim đồng hồ) huặc tay trái (ngợc chiều kim đồng hồ), (còn gọi là chiều quay của véc tơ E) + Tỷ lệ trục (AR – Axial Ratio) AR = Emax / Emin ; đó là tỷ lệ của trục lớn trên trục nhỏ của hình elip Khi Elip có tỷ lệ trục là 1 (= 0dB), đó là phân cực tròn Khi Elip giảm xuống chỉ còn một trục (Tỷ số trục không xác định, điện tr-ờng là một hớng không xác định) đó là phân cực thẳng.

+ Độ nghiêng τ của Elip

Hai sóng đợc gọi là phân cực trực giao nhau nếu nh các Elip biểu thị điện tr-ờng đó giống hệt nhau nhng ở các phơng đối nhau Có thể có các trtr-ờng hợp riêng sau :

- Hai phân cực tròn trực giao đợc gọi là phân cực tròn theo hớng quay tay phải và tay trái (hớng quay đối với ngời quan sát đang nhìn theo hớng truyền).

- Hai phân cực thẳng trực giao đợc gọi là phân cực theo phơng dọc và ph-ơng ngang.

Một anten đợc thiết kế để phát hay thu một sóng phân cực cụ thể và cũng có thể không phát mà cũng không thu các điểm phân cực trực giao với chúng Tính chất này cho phép hai liên lạc song song đợc thiết lập tại cùng một tần số giữa hai địa điểm giống hệt nhau Tuy nhiên cần tính đến sự không hoàn hảo của các anten và sự thay đổi cực của sóng khi qua môi trờng truyền dẫn Cũng có thể gây ra nhiễu lẫn nhau giữa hai đờng kiên lạc

Theo hình vẽ, giả thiết rằng a và b là các biên độ (đợc xem là bằng nhau), điện trờng của hai sóng đợc truyền song song với phân cực thẳng ac và bc là các biên độ đợc thu cùng với một phân cực ax đợc thu với phân cực trực giao Có thể xác định đợc :

- Sự cách ly phân cực chéo : XPI = ac / bx huặc bc / ax ; do đó : XPI(dB) = 20log(ac / bx) hay 20log(bc / ax)

- Sự phân biệt phân cực chéo (khi một phân cực đơn đợc truyền) : XPD(dB) = 20log(ac / ax)

Trong thực tế XPI và XPD có thể so sánh đợc và thờng hay bị nhầm lẫn về mặt cách ly Đối với phân cực gần tròn, các tính chất đợc xác định thông qua giá trị tỷ lệ trục, sự phân biệt phân cực chéo đợc định nghĩa là :

XPD(dB) = 20log[(AR+1)/(AR-1)]

Trái lại, tỷ lệ trục AR đợc biểu diễn theo hàm XPD qua công thức : AR = (10XPD/20 + 1)/( 10XPD/20 - 1)

Bởi vậy, anten đợc đặc trng bởi một phân cực đã cho bởi một đồ thị phơng h-ớng bức xạ của phân cực danh nghĩa và một đồ thị bức xạ của phân cực trực giao Sự phân cực chéo thông thờng có giá trị lớn nhất trên trục anten và suy biến đối với các hớng khác.

2.2- công suất bức xạ (phát).

2.2.1 Công suất bức xạ đẳng h ớng t ơng đ ơng (EIRP).

Công suất đợc bức xạ trên một đơn vị góc đặc bởi một anten đẳng hớng đợc

cung cấp từ một nguồn công suất tần số vô tuyến PT đợc xác định bởi biểu thức : PT / 4π (W / Steradian)

Tại một hớng, với giá trị độ tăng ích của truyền dẫn là GT bức xạ công suất của bất kỳ anten nào trên một đơn vị góc đầy tơng đơng với :

GT.PT / 4π (W / Steradian)

Tích (GT.PT) đợc gọi là công suất bức xạ đẳng hớng tơng đơng với kí hiệu là EIRP, đơn vị là W.

2.2.2 Mật độ thông l ợng công suất.

Bề mặt của điện tích hiệu dụng A nằm cách anten phát một khoảng R trơng cung một góc đầy A/R2 đối với anten phát, nó nhận công suất PR bằng với giá trị :

PR = (GT.PT/4πR2)/(A/R2) = φ.A (W)

Đại lợng φ = GT.PT/4πR2 đợc gọi là mật độ thông lợng, đơn vị của nó là W/m2.

2.3- công suất tín hiệu thu.

2.3.1.Công suất nhận đ ợc bởi anten thu.

Hình 2.3 Công suất thu đ ợc từ anten thu.

Một anten thu có diện tích hiệu dụng AReff cách anten phát một khoảng cách R, thu đợc công suất là : PR = φ AReff = GT.PT/4πR2 AReff (W)

Diện tích tơng đơng của một anten đợc biểu diễn với độ tăng ích GR của anten thu thông qua biểu thức : AReff = GT.PT / (4π/λ2)

Do đó công suất thu đợc là :

PR = (GT.PT/4πR2)( λ2/4π).GR = (GT.PT)( λ/4πR)2.GR

= (GT.PT)(1/LES).GR (2.7)

Trong đó LES = (4πR/λ)2 đợc gọi là suy hao không gian tự do và biểu thị cho tỷ số công suất thu và phát trong một liên lạc giữa hai anten đẳng hớng.

2.3.2.Tr ờng hợp thực tế.

Trong trờng hợp thực tế, cần phải tính đến những suy hao khác nh : - Suy hao do sự suy giảm của các sóng khi truyền trong không gian - Suy hao tại bản thân thiết bị thu và phát.

- Suy hao do sự không thẳng hàng của anten - Suy hao do sự phân cực ghép không đối xứng.

a Sự suy giảm trong không khí.

Sự suy giảm của các sóng trong khí quyển đợc xác định bởi LA

(A:Atmotphere), là sự xuất hiện các thành phần thể khí trong tầng đối lu (nớc, mây, ma, tuyết, ) và tầng iôn Bởi vậy tác động tổng thể lên công suất tín hiệu thu trong thực tế làm thay đổi LES trong công thức (2.7) thành L đợc gọi là suy hao tuyến.

Trong đó : L = LES.LA

b Sự suy hao tại thiết bị thu và phát.

Hình 2.4 Suy hao trên thiết bị đầu cuối.

- Suy hao LFTX giữa máy phát và anten : để cấp cho anten một công suất PT

cần cấp một công suất PTX tại đầu ra máy khuếch đại phát là : PTX = PT.LFTX (W)

- Công suất của bộ khuếch đại phát có thể biểu thị dới dạng hàm của thông số EIRP, do đó công suất bức xạ đẳng hớng hiệu dụng EIRP có thể viết : EIRP = PT.GT = (PT.GT)/LFTX (W)

máy thu đợc xác định bởi biểu thức : PRX = PR/LFRX

c Suy hao do sự không thẳng hàng của anten.

Hình 2.5 Mô tả hình học biểu thị sự không thẳng hàng giữa hai anten thu và phát.

LT là suy hao do sự không thẳng hàng trên tuyến phát còn LR là suy hao do sự không thẳng trên tuyến thu Những suy hao này là hàm của các góc không thẳng hàng trên tuyến phát (αT) và trên tuyến thu (αR) đợc xác định theo công thức :

G(α)dB = GMax.dB – 12.( α/θ3dB)2

Giá trị của chúng tính theo dB đợc xác định bởi : LT = 12 ( αT/θ3dB)2 (dB) LR = 12 ( αR/θ3dB)2 (dB)

d Suy hao do ghép không đối xứng phân cực.

Cần phải tính đến suy hao do sự ghép không đối xứng LPOL của phân cực khi anten thu không đợc định hớng tơng đơng với sự phân cực của sóng đợc thu Trong một liên lạc với phân cực tròn, sóng đợc phát bị phân cực tròn trên trục của anten và trở thành Elip khi rời trục anten Việc truyền qua tầng khí quyển có thể làm thay đổi phân cực tròn thành phân cực Elip Trong liên lạc phân cực đờng thẳng, sóng có thể bị quay trong mặt phẳng phân cực của nó khi nó truyền qua tầng khí quyển.

Cuối cùng, anten thu có thể không có mặt phẳng phân cực tơng ứng với mặt

ghép không đối xứng của phân cực đó có giá trị LPOL(dB) = 20log(cosγ) Trong trờng hợp anten thu phân cực tròn nhng thu sóng phân cực trong mặt phẳng thì giá trị LPOL = 3dB.

Giả sử rằng nếu tính tất cả các nguồn của suy hao, công thức (2.7) của công suất tín hiệu thu tại đầu vào máy thu trở thành : (2.8)

(1) : (EIRP) nêu đặc tính của tín hiệu phát (2) : (1/L) nêu dặc tính của môi trờng truyền dẫn.

(3) : (Độ tăng ích của máy thu) nêu đặc tính của thiết bị thu.

ở dạng tổng quát nhất nh trong biểu thức (2.8) thì giá trị của 3 thành phần này là :

EIRP = PTX.GTmax/LT.LFTX (W)

Biểu thức này tính đến sự suy hao LFTX giữa máy khuếch đại phát với anten và sự suy giảm độ tăng ích của anten LT do sự không thẳng hàng của anten phát.