Anten nhiều tia dùng trong thông tin vệ tinh luận văn ths kỹ thuật vô tuyến điện tử và thông tin liên lạc 2 07 00 pdf

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHÊ NGUYỄN THỊ THU HUYỀN ANTEN NHIỀU TIA DÙNG TRONG THÔNG TIN VỆ TINH ■ Chuyên ngành: ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG Mã số: 2.07.00 LUẬN VĂN THẠC s ĩ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KH: GS.TS PHAN ANH Há N ội - 2002 M Ụ■ C L Ụ• C Trang Lời nói đẩu CHƯƠNG 1: KHÁI QT VỀ THƠNG TIN VỆ T I N H 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Đặc điểm thông tin vệ tinh 1.3 ứng dụng thông tin vệ t i n h 1.3.1 Úiig dụng thống tin vệ tinh 1.3.2 Xu hướng phát triển kỹ thuật thông tin vệ tinh CHƯƠNG 2: HỆ■ THÔNG VỆ■ TINH VÀ CÁC PHÂN H Ệ • 2.1 Giói t h i ệ u Cấu hình hệ thống thơng tin vệ t i n h 10 2.2.1 Phần Không gian 1ỉ 2.2.2 Phần Mặt đất 13 C c th n h ph ần c h ín h c ủ a v ệ tinh t h ô n g tin 15 2.3.1 Tải thông tin (Payload) 15 Bộ khuyếch dại tạp âm thấp 15 Bộ đổi tầ n 18 Bộ KD tiền công suất phản chiaHYBRID 19 Cóc phát đ p 19 Bộ ghép công suất 20 Hệ thống anten vệ tinh 20 2.3.2 Phần tầu (Platform) 21 Hệ xa!bám vệ linh/điểu khiển x a 21 Hệ cung cấp lượng 21 Hệ (tiều khiển xác định trạng thái cùavệ tinh 22 Hệ đ ẩ y 23 Hệ điêu khiển nhiệt 24 2.4 Các kỹ thuật đa truy n h ậ p 25 2.4.1 Khái niệm 25 2.4.2 Các vấn đề lưu lượna 26 2.4.3 Kỹ thuật da truy nhập phân chia theotần số (FDMA) 27 2 2.3 2.4.4 Kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo thời gian ('[’DMA) 30 2.4.5 Kỹ thuật đa iruy nhập phân chia iheo mã(CDMA) 37 C H Ư Ơ N G : H Ệ T H Ố N G A N T E N V Ệ T I N H 3.1 43 L ý t h u y ế t c h u n g v ề a n t e n 43 3.1.1 Hệ số định hướng 44 3.1.2 Độ tăng ích đồ thị phương hướng 44 3.1.3 Độ rộng búp sóng 46 3.1.4 Búp sóng phụ 48 C c l o i a n t e n v ệ t i n h 50 3.2.1 Anten lưỡng cực 50 3.2.2 Anten loa 50 Anten loa hình nón 52 Aìĩten loa vách nhăn 53 Anten loa lưỡng mode 54 Anten loa nhiều mức lo e 55 3.2.3 Anten mặt phản x 55 Anten mặt phản xạ paraboì tiếp diện tâ m 57 Anten mặí phản xạ tiếp điện lệch tâm 57 Anten Casse grain 58 Anten Cassegrain tiếp điện lệch tàm 59 Anten nhiều mặt phàn xạ phụ chọn lọc tần sô (FSS) 60 Anten mặt phàn xạ mở dược 61 3.2.4 Anten dàn 63 Anten dàn xoắn 64 Anteil dàn tích cực 65 3.2.5 Anten TT&C 66 3.2.6 Anteil vệ tinh di động tương lai 69 C H Ư Ơ N G : L Ý T H U Y Ế T A N T E N N H I Ề U T I A 4.1 Đ ặ c đ i ể m v p h â n l o i a n t e n n h i ề u t i a 72 72 4.1.1 Đặc điểm anten nhiẻu ria 72 4.1.2 Phân loại antcn nhiều tia 73 Anten nhiều tia riêng r è 73 Các búp sóng liền k ê 74 Các búp sóng mắt c o 75 Phcĩn loại anten nhiều tia theo khu vực phủ sóng 78 4.1.3 Tạo vùng phủ sóng anten nhiều tia ^ 4.2 Cấu hình anten nhiều tia 4.2.1 Anten Gregorian 4.2.2 Dãy tiếp điên bơ diều khiển tạo dangbúp sóng (BFN) 4.3 Bộ phát đáp anten nhiều t i a C H Ư Ơ N G 5: T H IẾ T K Ế V Ù N G P H Ủ S Ó N G C H O V Ệ TIN H V I N A S A T o() o3 ^ 88 5.1 C c c h ỉ t i ê u 89 5.2 C c b c tiến h ành 90 5.2.1 Xác định vùng phủ sóng 90 5.2.2 Khai báo thông sô' ()2 5.2.3 Kết vùng phủ sóng đạt Ọộ Kết luận 97 5.3 P H Ụ L Ụ C : N H Ử N G C H Ữ V I Ế T T Ắ T 99 TÀI LI ỆU T H A M K H Ả O 100 y ^ity e n Thị T hu ỉlu y é n LỜI NÓI ĐẦU Xã hội cànu phát trien nhu cáu trao dổi thơng tin, liên lạc càn« ?-in,r Đẽ thúc đáv kinh tế xã hội phát triển cách đổnii đểu mỏi rpòt quốc iiia phải xây đựns sớ hạ tầng vững mạnh dáp ứng nhu cầu cần thiết Mạng thòns tin sở hạ táns cẩn thiết phải (iươc nủns cấp, đầu tư đại hoá phù họp với xu phát triển y\á[ Trong mạnu viễn thông, hệ thống truyền dẫn giúp cho việc triển kh' j mờ rộns dịch vụ viễn thôns trẽn phạm vi rộns lớn Ngoài phươn» tiện truyền dẫn phổ biến nhự cáp đổng, sợi quang, tuyến vi ba, thồ nơ tin vê tinh phương tiện truyền dẫn quan trọng cho phép hỗ trợ cho rrina > ^ thônu tin mặt đất có cho phép triển khai dịch vụ thông tin khẩn cấp cách nhanh chóng Vệ tinh nhữns thời kỳ đầu phát triển có dung lượn thấp ử'.> \ \ ’ i ã: ei r r □* unKtod |(ji Antenna > C o n to u » ‘ i n g T ira e Polygon -0 0 0 SATSOFT• [unwind*] Cj Mtorosoft Word < //iwA 5.3 Trường fíll Quốc gia Hả Nội ~ Khoa Công Nghệ 92 Nguyễn Thị Thu Huyên 5.2.2 Khai báo thông s ố a) Khai háo thông sô' anten T ro n g tiế t th iế t k ế p h ầ n k h o ả n g c ũ n g đ ộ c h ỉ c c h th a y tă n g n y tiê u ,đ iề n g iữ a đ ổ i íc h ta c h ọ n c c th e o , a n te n đ t c c b ộ c ầ n lo i th ô n g tiế p đ iề u đ ế n a n te n sô đ iệ n c h ỉn h m ứ c p h ả n x m th ì c h n g h iệ u k h o ả n g m o n g (re fle c to r) trìn h s u ấ t c c h y ê u a n te n g iữ a V i c c c ầ u v c c đ ộ b ộ tín h N ế u tă n g liế p to n chi ih a y đ ổ i íc h đ iệ n a n te n s a o c h o m u ố n View Display ¿oocn Antenna Tools Window Help □ é ủ j* «t ¡ - x y ^ ^ f f j - p +■ & S3 ^ Qẩ & P h y if c a l Ọ ptic s a n d Analytic Kcflect or Modelt m - ^ P j g y j g j L F e e d S p a c n a W ^ j 1-2 * BW (dec- 0397667 g _Focal Length (m;C Ự— FeedDiameỉef ApeituieStt (ml r Ị2 I Amo ; * ,v Apettoe I _ j ị J F' ° ^ _ AuỈ0 Ape.lute Efficiency 42.48* Beamspacing(òeg) I iỷ ị h ■: I 3dBBeamwdih(degi 0.997688 0.997668 CIQSJOVCILevel(dỗ) -3.01 \ OK R eileclof M odel ị analytic Directivity41 Heb 97d8 V DesignFiequency(Ghz)!^225 ỈỊ 2.45¡>cm V / ^ Iff 2.45 cm Potoưaíỉon T y p e [ ề*\ ■e> * _ *] V / Sim Fiequency iGhz) Ị $ u? ữv untMed Artennd > Polygon Contouring Tine 0.080000 ,* • •••• ■•í >y Ig S A rS O F T -(u n tile d * ] j &&& ỷ S'- ■'■•ỹv'iõw,váà-í^ýíắỹ-/íp.-.>^/Ạ-i > 1/"- Viliế ,Ị:-W A/m/ĩ 5./0 5.3 K Ế T LU Ậ N N h s ó n g đ ã ,8 đ t đ iề u ứ n g tro n g k h u v ự c đ ó h ọ p p h a n H PB V V ,4 % th ì vớ i y ê u c ầ u th iế t th ự c k ế c h ỉ tiê u E I R P c ó y ê u đ n g b ú p c ô n g đ ố i tế , c ó c h iế u th ể đ ộ n y s ó n g tă n g ta íc h v n h trê n , g iữ a p h t c ủ a th ự c d ụ n g th ì m u ố n a n te n c c h v i p h ủ c ó th ể a n te n th ấ y G A IN v ù n g p h ũ đ t đ ợ c đ ặ t c ầ u lố i ứ n g (h a y k ín h s ó n g s u ấ t v ù n g trìn h 1° , k h o ả n g 18 k ế c lB W c h n g v i th iế t ,8 c c c ủ a x c ó q u ả = đ ợ c to n Q u a p h ù E I R P tín h s u ấ t a n te n k ế t th e o lo i a n te n c ô n g q u a m ứ c d B ) đ p n c tia v ậ y b ộ c ầ n ,5 s ó n g p h ả i V iệ t n a m th iế t m , v i đ ộ b ộ tiế p tầ n s ố ,2 G H z tế th ì b ài c h o v ệ tin h đ iệ n 3 to n k ế rộ n ẹ c c H P A Trường ĐU Quốc gia IỊà Nội - Khoa Cóng Nghệ p h ủ a n te n c h ù m ,2 /* v c c c ó V a n h iề u tia h iệ u đ ê đ t n a su ấ t đ ợ c d B W th iế t k ế V I N A S A T v ù n g c ủ a p h ủ n y V iệ t N a m (c ổ wguy én T h ị Thu H uyền 100 TAI LIỆU THAM KHÁO ■ T iế n g V iệ t GS.TS Phan Anh (2000), "Lý thuyết K ỹ thuật Anten", Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Tổng cục Bưu điện, Tổng Cơng ty Bưu Viễn thông Việt nam (1997), "Thông tin vệ tinh", Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật T iế n g A n h Bruce R.Elbert (1999), "Introduction to Satellite Communication", Artech House Boston London Dennis Roddy (1989), "Satellite Communications", M e Graw -Hill TELECOM G Caitle, Y Cailloce, B Demolder, G Bekaert, "High-gain multibeam antenna demonstrator fo r Ka-band satellites', Alcatel Telecommunications review, 4th quarter 2001, page 1-6 Jerry D Gibson (1997), "The Communications Handbook", IEEE Press Richard c Johnson (1993), "Antenna engineering Handbook", McGraw-Hill, Inc Takao Itanami, Kenji Ueno, Izuru Naito and Yuji Kobay ashi, "N-STAR Ka Band Antenna", Mitsubishi Electric, June 1999, page 11- 13 Walter L.Morgan and Gary D.Gordon (1989), "Communications Satellite Handbook", John Wiley &Sons, Inc Trường Đ H Quốc gia Iỉà nội - Khoa Công Nghệ Nguyễn Thị Thu Huyên th ê s o s n h s d ụ n g n h vớ i c c c ủ a v ù n g 98 p h ủ h iệ n n a v c c T h a i c o m , A s i a s a t ) Trường Đ ỉl Quốc gia Hả Nội - Khoa Cơng Nghệ v ệ tin h c ó h ã n g tầ n tư n g tự đ a n g Nguyen Thị Thu Huyên 99 PHỤ LỤC: NHỮNG CHỮ VIẾT TẮT ■ ■ A R A x ia l R a tio B F iN B eam B PSK B in a rv P h a s e S h ift K e y in g Đ iề u c h ế d ịc h p h a h trạ n g th C D C C o n tro l K ê n h đ iề u C D M A C o d e D iv isio n D C D o w n D S -C D M A E IR P H ệ s ố e lip s e F o rm in g an d N e tw o rk D e la y C h an n e l M u ltip le A c c e s s C onvert M c h tạ o d n g b úp sóng k h iế n trễ Đ a tru y n h ậ p p h â n c h ia th e o m ã B ộ đ ổ i tầ n x u ố n g D ire c t S e q u e n c e C D M A E q u iv a le n t Iso tro p ic a i R a d ia te d P o w er T rả i p h ổ c h u ỗ i trự c tiế p C ô n g suất phát xạ đ ẳ n g h n g tư n g dư n g E S E a rth S ta tio n FH F req u en cy H o p p in g F D M A F req u en cy D iv isio n H P A H ig h P o w e r A m p lifie r B ộ k h u y ế ch đai c ô n g suất cao H P B W H ig h Đ ộ L N A L o w PPA P rio r P o w e r A m p lifie r B ộ tiề n k h u y ế c h đ ại c ô n g Q P S K Q u a d r a tu r e P h a s e S h ift K e y in g Đ iể u c h ế d ịc h p h a tr n g th i R V C O R e c e iv e O n ly T rạ m SC S a te llite C h a n n e l K ê n h v ệ tin h S C PC S in g le C a rrie r P e r C h a n n e l Đ n ss S a te llite S w itc h in g C h u y ển m c h T D M A T im e Đ a tru y n h ậ p p h â n c h ia th e o th i g ia n T T & C T c k in g T e le m e try & T V R O T e le v isio n T W T A T v e llin g W a v e T u b e A m p lifie r B ộ k h u y ế ch đại đ én só n g chạy V S W R V o lta g e S ta n d in g H ệ số só n g đứ ng M u ltip le A c c e s s P o w e r B e a m w id th N o ise A m p lifie r D iv isio n T rạm m ật đất N h ảy tầ n s ố Đ a tru y n h ậ p p h â n c h ia th e o tầ n s ố rộ n g c h ù m tia n a c ô n g su ất B ộ k h u y ế c h đại tạ p â m M u ltip le A c c e s s C o m m a n d R e c e iv e O n ly W a v e R a tio Trường Đ l ỉ Quốc gia t ì nội - Khoa Công Nghệ B ám T rạm th ấ p suất c h ỉ th u k ê n h trê n m ộ t s ó n g m a n g trê n v ệ tin h sát đ o x a đ iề u th u T V k h iể n từ v ệ tin h ... THƠNG TIN VỆ TINH Cấu hình hệ thống thơns tin vệ tinh bao gồm hai phần: - Phần không gian (Space Segment): Gồm qua vệ tinh quĩ đạo trạm TT&C Trong hệ thống thông tin vệ tinh vệ tinh thơng tin thực... E N VỆ■ TINH Hệ thons anten vệ tinh, xem phần tai thõng tin (pavload) có nhiều đặc tính đặc biệt quan trọ 02 toàn chươns giới thiệu anten vệ tinh Anten vệ tinh thưc hai chức thu tín hiệu tuyến. .. hướng phát triển kỹ thuật thông tin vệ tinh CHƯƠNG 2: HỆ■ THÔNG VỆ■ TINH VÀ CÁC PHÂN H Ệ • 2. 1 Giói t h i ệ u Cấu hình hệ thống thơng tin vệ t i n h 10 2. 2.1 Phần Không