hệ thống thông tin vệ tinh 2011 phần 6 docx

Vó độ Góc nghiêng (i) Góc lệch (d) 10 0 80 - TP.HCM 11,5 1,66 21 0 04 – TP.HÀ NỘI 21,48 3,17 Khi biết vó độ nơi thu ta có thể tìm ra góc ngẩng. 3.1.3.2 Góc phương vò (Azimith) [ϕa] Các vệ tinh đều treo trên quỹ đạo đòa tónh nằm trong mặt phẳng xích đạo. Mỗi một trạm thu ở mặt đất chỉ có thể nhìn thấy vệ tinh ở nửa phần quả đất, từ kinh tuyến 0 0 ÷ 180 0 . Trong các biểu đo được lấy chuẩn ở kinh tuyến 0 0 , rẽ về hướng Tây và hướng Đông –90 0 . Thực tế do sự che khuất của bề mặt trái đất, chỉ còn ±70 0 về hướng Tây-Đông. Góc phương vò là góc dẫn hướng cho anten quay tìm vệ tinh trên quỹ đạo đòa tónh theo hướng từ Đông sang Tây. Góc phương vò được xác đònh bởi đường thẳng hướng tới vệ tinh. (Như hình vẽ trên) Góc được tính theo chiều kim đồng hồ, theo công thức: ϕa= 180 0 + kinh độ Tây hoặc ϕa= 180 0 - kinh độ Đông Góc phương vò phụ thuộc vào kinh độ của điểm thu và kinh độ của vệ tinh. 3.1.3.3 Góc phân cực Góc phương vò của vệ tinh 2 là: 180 0 -30 0 =150 0 30 0 45 0 Góc phương vò của vệ tinh 1 là: 180 0 +45 0 =225 0 Cưc South Vệ tinh 2 Vệ tinh 1 N N N Khi đường trục tâm chảo parabol thu hướng thẳng đến tâm búp sóng chính của anten phát (Dowlink) của vệ tinh thì mặt chảo anten thu sẽ nhận được gần như toàn bộ năng lượng của chùm sóng chính trong mặt phẳng phân cực. Nếu như anten thu nằm lệch tâm với chùm sóng chính của tín hiệu vệ tinh, hiệu suất thu năng lượng giảm và còn gây ra các tác hại khác như làm méo dạng tín hiệu, tăng tạp nhiễu. Vì vậy cần phải hiệu chỉnh lại góc phân cực bằng đầu dò phân cực ở đầu thu. Góc phân cực cũng thay đổi theo vó tuyến và kinh tuyến giữa tâm chùm sóng bức xạ với điểm thu. Thông thường giá trò của nó được tính sẵn theo vó độ và kinh độ. Khi dùng cơ cấu đồng bộ để dò tìm tín hiệu các vệ tinh trên quỹ đạo đòc tón, nếu đặt các góc không đúng thì anten sẽ không bám theo đúng quỹ đạo đòa tónh. Trường hợp này sẽ không thu được tín hiệu của tất cả vệ tinh trên quỹ đạo. 3.2 TRẠM THU HÌNH VỆ TINH (TVRO-Television Receiver Only) 3.2.1 Sơ đồ khối Trạm thu hình cá nhân TVRO có nhiệm vụ thu tín hiệu từ các vệ tinh đòa tónh, qua xử lý tín hiệu giải điều chế và hoàn trả lại dạng điều biên (analog) như tín hiệu truyền hình mặt đất để tương hợp với các tivi gia đình. Một trạm thu TVRO gồm các bộ phận chính sau đây: Thiết bò bên ngoài (Outdoor) gồm: * Chảo anten parabol, đường kính chảo từ 0,6÷ 6m, tùy thuộc vào băng tần thu và cường độ trường tại điểm thu. * Phễu thu sóng, ống dẫn sóng và que phân cực. * Bộ khuyếch đại dòch tần nhiễu thấp, LNA hay LNB. * Cơ cấu điều khiển chảo (Positioner) quay theo góc ngẩng và phương vò. * Cơ cấu điều khiển góc quay phân cực (Polarotor) Thiết bò bên trong (Indoor) gồm: * Máy thu TVRO * Mạch điện điều khiển góc quay của Polarotor và Positioner * Bộ điều khiển từ xa và bộ nhớ. Sơ đồ khối của trạm thu TVRO biểu thò dải tần số và chức năng của từng khối. Sóng được phân cực phẳng trên anten ở tâm vùng được phủ sóng của vệ tinh Sóng được phân cư ï c p hẳn g . Sóng được phân cực phẳng trên anten ở bìa vùng phủ sóng của vệ tinh Góc p hân cưc . Anten phát sóng cu û a vệ tinh . 2a φ 10.95 to 11.7 GHz | 0.95 to 1.7GHz | 134MHz | AF (11.7 to 12.1 GHz) | Outdoor Unit | Indoor Unit Sơ đồ khối trạm thu TVRO Khối bên ngoài gồm anten parabol và bộ dòch tần LNB. Trong đó: (2a) là mạch đổi phân cực trực giao (2b) là mạch chuyển tần số SHF về UHF Dải tần làm việc của khối này ở băng tần C (3,7÷ 4 GHz) và băng tần Ku/SHF (10,95÷ 12GHz), dòch tần xuống trung tần 1, IF 1 =0,95÷ 1,7GHz. Giữa khối bên ngoài và khối bên trong là mạch khuyếch đại cáp tuyến tính (3), làm việc ở giải tần số 0,95 ÷1,7GHz. Khối trong nhà gồm bộ khuyếch đại trung tần (IF 2 distributor) có từ 4÷5 đầu phân nhánh ngõ ra (4), cho tín hiệu RF Video và Audio. Khối (5) là bộ khuyếch đại trung tần máy thu (IF receiver). Nó bao gồm: (5a): chuyển tần UHF xuống VHF = 134MHz, gọi là trung tần 2 (IF 2 ) (5b): bộ giải điều chế FM. (5c): mạch khuyếch đại tín hiệu ra VF + FM sound Gain (dB) : 50 | Approx .50 | -20 | 0 | | 0.95GHz : 15 11.7 GHz : 20 Level(dBm):-80 | -30 | -50 | -50 | 1V PP | -55 to –30 -55 to -30 SHF UHF SHF onverte Cable Amplifier IF distributo Receiver unit Video+sound (Basebend) SHF UHF SHF UHF 2b 3 4 5 AF Stereo 1 6.6/6.6/6.65 5 MHz Mức tín hiệu của trạm thu TVRO Sơ đồ khối mô tả mức tín hiệu cung tại điểm thu mặt đất cho phép với trạm thu cá nhân TVRO vào khoảng –130dBw/m 2 . Sau khi anten khuyếch đại 50dB, nâng mức tín hiệu đến ngõ vào LNB là –80dB. Độ lợi của bộ khuyếch đại dòch tần khoảng 50dB, nâng mức tín hiệu ở ngõ ra là –30dB. Đường dây cáp truyền tín hiệu 0,95÷1,7GHz từ khối bên ngoài đến khối bên trong, suy giảm tín hiệu dến –20dB (mức cho phép). Nếu đường cáp truyền dài quá 100ft thì cần phải có mạch khuyếch đại cáp tuyến tính. Tùy theo độ dài cáp mà bộ khuyếch đại cáp phải bù tổn hao, thông thường độ lợi cho phép từ 15÷20dB. Do vậy mức tín hiệu sau bộ khuyếch đại cáp có giá trò từ -55÷ -30dB. Ở đây lấy mức chuẩn – 50dB. Tín hiệu qua mạch trung tần phân nhánh (distributor) không bò suy giảm, nên mức đưa đến ngõ vào máy thu từ -55÷ -30dB, lấy chuẩn ở –50dB. Mức tín hiệu ở ngõ ra được tiêu chuẩn hóa ở mức đỉnh 1Vp-p. Đây là mức tín hiệu tổng hợp Video + Sound của băng tần gốc Baseband. Sơ đồ khối mô tả cách xử lý tín hiệu hình và tiếng sau bằng tần gốc Baseband.Trang sau: Sơ đồ khối mạch xử lý tín hiệu Baseband 4 4 7 7 5 5 3 3 7.02 7.02 Left Ri g ht SHF 2 4 Baseband 10Hz to 8MHz VF RF A B 3 56 4 Khối A là khối chính bao gồm tín hiệu Video và mono Audio. Khối B là khối phụ, chỉ có tín hiệu tiếng stereo. Dải tín hiệu từ 10Hz÷8MHz ở băng tần gốc qua bộ chia (1) tách ra 2 đường tín hiệu Video và Mono Audio. Tín hiệu Audio được lấy ra từ mạch lọc thông thấp (2) có tần số từ 0 đến 5 MHz, qua mạch khuyếch đại Video (4), đưa ra tín hiệu VF dùng cho TV. Tín hiệu Audio từ mạch phân nhánh (1), qua mạch lọc thông dải cho tần số tiếng (3), có 3 tần số mang 6,5MHz, 6,6MH, 6,65MHz (tùy theo hệ), đến mạch giải điều chế FM (5), qua mạch giải nhấn (Deemphasis) (6), đến mạch khuyếch đại tiếng (4), đưa tín hiệu AF mono Audio ra tầng khuyếch đại công suất loa. Đường stereo tiếng từ mạch phân nhánh tách ra 2 đường Left và Right. Đường Left, qua mạch lọc thông dải (3) để lọc tần số mang tiếng 7,02MHz, đến mạch giải điều chế (5), đến mạch gải nhấn được kiểm tra bằng mạch giãn (7), rồi đến mạch khuyếch đại(4) để cho ra tín hiệu Left AF. Đường Right, qua mạch lọc thông dải (3) để lọc tần số mang tiếng 7,02MHz, rồi được giải điều chế, giải nhấn, khuyếch đại để cho ra tín hiệu Right AF. 3.2.2. Anten và phễu thu sóng 3.2.2.1 Chảo parabol. Năng lượng bức xạ từ anten parabol trạm phát (Dowlink) có búp sóng rất hẹp và cường độ trường tại điểm thu cực kỳ nhỏ, khoảng 1pw hay nhỏ hơn. Để nhận tín hiệu cực nhỏ và có bupù sóng rất hẹp ấy cần phải dùng anten parabol có độ lợi vào khoảng 50dB mới cấp đủ mức tín hiệu làm việc cho bộ khuyếch đại dòch tần LNB (-80dB=10pw). Vật liệu chế tạo anten thường dùng là nhôm lá và lưới kim loại phủ nhựa. Lưới kim loại dùng cho băng tần C, đường kính các lỗ phải nhỏ hơn 5mm. Còn ở băng Ku thì phải dùng nhôm tấm, không đục lỗ. Phễu thu sóng phải đặt đúng vào tiêu điểm của chảo. Gắn liền với phễu là ống dẫn sóng, que dò phân cực và bộ LNB. Anten còn có giá đỡ chắc chắn, chòu được sức gió đến 120 Km/h. Anten parabol có 3 dạng cấu trúc: đối xứng, lệch tâm và phản xạ 2 lần,như hình vẽ. Anten đối xứng được thông dụng nhất vì dễ làm và dễ lắp đặt, cân chỉnh. d Các chùm sóng tới theo phương song song đập vào lòng chảo rồi được phản xạ lại, tập trung vào phễu thu sóng đạt tại tiêu điểm chảo. a. Các thông số cấu trúc Kích thước và cấu trúc anten có quan hệ chặt chẽ với thông số của nó là độ lợi. 3 thông số về kích thước anten có tính chất quyết đònh đến thông số của nó là: * Đường kính miệng chảo parabol (D) * Bề sâu của lòng chảo (d), được tính từ tâm tới miệng mặt chảo. * Tiêu cự của chảo (F), được tính từ tâm chảo đến tiêu điểm của nó. 3 kích thước trên có quan hệ với nhau theo công thức: D 2 F = ________ 16d Thông số quan trọng nhất là đường kính chảo anten. Đường kính D phụ thuộc vào 3 yếu tố: - Bước sóng của băng tần làm việc, ở đây là băng C và Ku. - Cường độ trường EIRP tại điểm thu, được cho ở các catalog của từng vệ tinh hoặc có thể tính được theo các thông số về công suất phát (Dowlink) của vệ tinh (P hoặc EIRP), về khoảng cách từ vệ tinh đến điểm thu, về các tổn hao trên đường truyền… - Độ lợi của anten , có thể xác đònh được theo cường độ trường EIRP tại điểm thu và độ nhạy ngõ vào của tầng khuyếch đại dòch tần LNB. Phản xa Phản xa Phản xa Tiế p són g Tiế p són g Tiếp s o ùn g Phản xa p hu F D a) c) b) d) a) Dang đo á ixư ù ng b ) Dan g p hản xa 2 lần c) Dang lệch ta â m d) Kích thươ ù c anten Độ lợi anten của băng C và Ku biến động từ 32 dB đến 60dB. Với cường độ trường EIRP như ở Việt nam (35dBw) thì độ lợi anten vào khoảng 38dB là có thể chấp nhận được. Sau khi đã chọn được đường kính D (hay mua chảo có sẵn trên thò trường) thì chọn tỉ số F/D thích hợp. Tỉ số F/D phụ thuộc vào độ rộng chùm sóng ở mép rìa vành chảo hay góc mở (aperture) của chùm sóng phát ra từ tâm phễu hứng sóng (feedhorn). Tỉ số F/D nhỏ, có nghóa góc mở lớn, sẽ làm tăng tạp nhiễu ở mặt chảo phản xạ. Còn F/D lớn, góc mở lúc này nhỏ, sẽ làm giảm độ lợi anten. Tỉ số này còn cho phép đánh giá được hiệu suất anten. Thực tế cho thấy năng lượng phản xạ ở mép rìa vành chảo giảm hơn ở lòng chảo, mặïc dù đã dùng 3 đến 4 vòng tròn đồng tâm góp sóng đặt ở miệng phễu, có thể điều chỉnh được. Do hiệu ứng phản xạ lại của chùm sóng nên khi chọn độ lợi cực đại thì mức năng lượng thu được ở rìa vành chảo sẽ nhỏ hơn 10dB so với tâm chảo, lúc này búp sóng chính sẽ có thêm múi phụ. Để không có múi phụ thì mức năng lượng ở vành chảo sẽ nhỏ hơn tâm chảo là 20dB, lúc này độ lợi sẽ giảm. Vì vậy tỉ số F/D thường được chọn từ 0,3÷0,5. Sau khi đã chọn tỉ số F/D và D đã biết thì sẽ tìm được độ sâu d rồi điều chỉnh lại đôi chút trong lúc thử nghiệm. b. Các thông số điện * Độ lợi G: thông số quan trọng của anten là độ lợi G, nó phụ thuộc vào bước sóng và tiết diện miệng chảo (hay đường kính D). Hay nói một cách khác là nó phụ thuộc vào góc mở hay độ rộng của búp sóng. Độ lợi anten được tính theo công thức gần đúng sau đây: 27.000 ÷ 30.000 G = ______________ α β α, β là độ rộng búp sóng chính được tính ở mức –3dB của mặt ngang và mặt đứng búp sóng. Giá trò α, β sẽ tăng khi: - Đường cong parabol của chảo không đúng - Vật liệu và kết cấu anten, bề mặt lòng chảo không tốt, gây ra nhiều búp sóng phụ, giảm đònh hướng búp sóng chính - Trục chảo anten chỉnh chưa đúng hướng vệ tinh - Đường kính anten giảm, theo giá trò độ rộng của búp sóng chính đã cho ở bảng sau, được tính ở băng tần Ku. Đường kính anten (m) Độ rộng búp sóng chính ở mức – 3dB ( O ) 0,5 1,0 1,2 1,5 1,8 2,0 2,5 3,43 1,72 1,46 1,14 0,97 0,96 0,69 3,0 0,57 Bởi vậy khi góc α, β nhỏ sẽ đồng nghóa với tính đònh hướng của anten tốt, làm tăng độ lợi và giảm được tạp nhiễu. Độ lợi còn có thể tính được theo bước sóng và kích thước anten theo công thức: k ef 4πS k ef (πD) 2 G = _________ = __________ λ 2 λ 2 Trong đó: πD 2 s= ______ :là tiết diện 4 D là đường kính chảo k ef là hệ số hiệu dụng λ là bước sóng làm việc Hệ số k ef thường lấy giá trò 0,65. Nó biểu thò cho năng lượng phản xạ có ích của lòng chảo anten. Thông số này phụ thuộc vào các yếu tố sau: - Độ chính xác của mặt parabol - Hệ số phản xạ của mặt parabol - Các tổn hao trong kết cấu anten như feedhorn, giá đỡ, sơn phủ dày hay hạt bụi lớn - Điểm hội tụ của các tia phản xạ không đúng tiêu cự Giá trò hiệu dụng theo đường kính chảo, được tính ở băng Ku theo bảng sau: Đường kính Giá trò hiệu dụng (%) anten (m) 55% 60% 65% 70% 75% 0,5 33,4 33,8 34,1 34,4 34,7 0,6 35 35,3 35,7 36 36,3 0,8 37,5 37,8 38,2 38,5 38,8 1,0 39,4 39,8 40,1 40,5 40,8 1,2 41,0 41,4 41,7 42,0 42,3 1,4 42,3 42,7 43,1 43,4 43,7 1,5 42,9 43,3 43,7 44,0 44,3 * Tạp nhiễu nhiệt Tạp nhiễu nhiệt phát sinh ở anten do các nguyên nhân sau: - Do chuyển động nhiệt của các phân tử ở môi trường xung quanh anten, gần mặt đất - Do nhiễu của các tia phản xạ ở vành chảo - Do góc ngẩng quá nhỏ Nhiễu nhiệt được tính theo nhiệt độ tuyệt đối T, qua công thức: Pn T( O K) = ______ K B FΔf Nhiệt độ nhiễu T có ảnh hưởng đến độ lợi anten, qua tỉ số G/T. Ví dụ, với đường kính chảo D=1,8 ÷3,6m thì hệ số G/T = 15÷ 20,5 dB/K. Nhiệt độ nhiễu T còn ảnh hưởng đến chất lượng hình qua tỉ số C/T. Ví dụ với Asiasat về các thông số đó có giá trò như sau: Nhiễu vào sóng mang ở trạm Uplink (C/T) u = -126 dBw/K Nhiễu vào sóng mang ở trạm Downlink (C/T) d = -143,2 dBw/K Nhiễu gia thoa vào sóng mang (C/T) i = có giá trò nhỏ. * Hệ số sóng đứng – VSWR Nguyên nhân phát sinh sóng đứng là do có một số tia sóng phản xạ ở cách xa tâm lòng chảo chênh lệch về khoảng cách với chùm sóng chính ở tâm chảo khi tập trung về tiêu điểm. Thời gian chênh lệch ấy làm cho sai pha gây nên sóng đứng. Ngoài ra còn do lòng chảo gồ ghề, méo mó và do giá đỡ phễu gây nên. Tỉ số cho phép không vượt quá 2,0. Giá trò làm việc trong phạm vi cho phép VSWR=1,5/1. Bởi vì phễu thu sóng vừa thu các sóng phản xạ từ bề mặt chảo đồng thời phải phân biệt các loại sóng phân cự đứng hay ngang, quay vòng phải hay trái. Có thể đưa thông số cách ly này vào chỉ tiêu của cả chảo anten. Giá trò của độ phân biệt này (isolation) không nhỏ hơn 25dB. Còn một thông số nữa là độ suy hao phản xạ trở về phễu của các tia phản xạ phụ không nhỏ hơn –15dB. Điều không được quên là tín hiệu đến bề mặt chảo cực kỳ nhỏ, nên cần phải giữ lòng chảo sạch sẽ. Với lớp bụi có hạt cỡ 0,1mm sẽ làm giảm độ lợi đến 3%, hạt to đến 1mm sẽ làm giảm độ lợi đến 20%. Vật liệu làm chảo tốt nhất là nhôm, nhựa dẻo phủ nhôm hay lưới kim loại không gỉ phủ nhựa mỏng. Nó sẽ cho giá trò về độ lợi, hiệu suất và tỉ số sóng đứng tốt nhất. Chảo parapol của hãng Toshiba (Nhật) làm việc ở băng C Độ lợi (dB) Hiệu suất (%) Tỉ số VSWR ở ngõ ra anten Vật liệu chế tạo 38,05 37,95 37,50 37,25 75,60 73,90 68,10 68,90 1,20 1,25 1,18 1,18 Nhôm Lưới kim loại phủ chất dẻo Lưới nhôm phủ chất dẻo Chất dẻo phủ nhôm Chảo parabol của hãng Spacelab (Đài loan) làm bằng nhôm phủ nhựa Kiểu KSA- 3406 KSA- 3408 KSA- 3410 KSA- 3412 KSA- 3416 KSA- 3420 Thông số Đường kính(ft) 6 8 10 12 16 20 Độ lợi giữa băng (dB) 36 38 39,8 41 43 45 Tỉ số F/D 0,4 0,395 0,395 0,395 0,4 0,4 Tiêu cự (inch) 28,8 38,4 48 57,6 76,8 96 Tuyến tính hay quay vòng Phân cực Nhiệt độ làm việc -30 0 C đến + 55 0 C 3.2.2.2 Phễu thu sóng – Feedhorn S Tête SHF Tête SHF S Focal Microware a ) Phễu hình loa c ) Són g tới và p hản xa b) Phễu hình vành khuye â n Cường độ trường sẽ quyết đònh đến độ lợi hay đường kính anten. Theo anten thương mại của các nước, với mức EIRP=32÷36dBw (Asiasat 1), có thể dùng đường kính anten có độ lợi trung bình theo bảng sau: Thông số Băng C Băng Ku D (m) 1,2 1,8 3 0,6 1,5 G (dB) 34 36,7 41 37 43 Thực tế cho thấy, đường kính anten 1,8m sẽ nhận được hình ảnh tốt. [...]... trong trạm thu TVRO chỉ bắt sóng của 1 vệ tinh Nếu muốn tìm sóng của một vệ tinh khác lại phải quay tìm phân cực lại cùng với feedhorn Loại dầu dò di động thường có hình móc câu, quay tròn được trong ống dẫn sóng Nó được làm quay bằng hệ thống Palarotor, điều khiển từ máy thu TVRO Phương pháp điều khiển bằng xung của mạch logic TTL Độ rộng xung rất hẹp, từ 0 ,65 ÷2,2μs, chu a) ng dẩn sóng tròn TE11 (Cộng . độ của vệ tinh. 3.1.3.3 Góc phân cực Góc phương vò của vệ tinh 2 là: 180 0 -30 0 =150 0 30 0 45 0 Góc phương vò của vệ tinh 1 là: 180 0 +45 0 =225 0 Cưc South Vệ tinh 2 Vệ tinh 1. được cho ở các catalog của từng vệ tinh hoặc có thể tính được theo các thông số về công suất phát (Dowlink) của vệ tinh (P hoặc EIRP), về khoảng cách từ vệ tinh đến điểm thu, về các tổn hao. phủ sóng của vệ tinh Sóng được phân cư ï c p hẳn g . Sóng được phân cực phẳng trên anten ở bìa vùng phủ sóng của vệ tinh Góc p hân cưc . Anten phát sóng cu û a vệ tinh . 2a φ