Xây dựng mô hình truyền sóng ngắn và ứng dụng tính toán đường truyền trong dải tần sóng ngắn

“Xây dựng mô hình truyền sóng ngắn và ứng dụng tính toán đường truyền trong dải tần từ 6MHz – 16MHz” là một đề tài có tính cấp thiết, thực tế trong lĩnh vực an ninh. Một đề tài như vậy sẽ tạo điều kiện cho chúng ta tổng hợp và đưa ra được các phương án tác chiến thích hợp, bên cạnh đó nắm rõ được khoa học kỹ thuật cũng có thể giúp ta định hướng được các hoạt động tác chiến trong tương lai đúng hướng

1 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài đề tài: Hệ thống phát thơng tin sóng ngắn triển khai Cục thông tin liên lạc – Bộ cơng An, có nhiệm vụ phát sóng đảm bảo thơng tin liên lạc vơ tuyến điện sóng ngắn mạng cấp Bộ công an Công an địa phương, ngồi phục vụ u cầu khác, thực nhiệm vụ trị mà Đảng Chính phủ giao Nghiên cứu truyền sóng tính đến khả phủ sóng thiết bị dựa tiêu chuẩn sản xuất mà yếu tố địa lý, tác động mơi trường truyền sóng lớp khí quyển, mặt đất…sẽ có tác động lên sóng lan truyền đó, nghiên cứu truyền sóng ta phải nghiên cứu vấn đề sau: Xác định cường độ trường điểm thu biết thông số máy phát, anten xác định điều kiện để thu cường độ trường tốt Nghiên cứu fading, suy hao trình truyền sóng từ tìm biện pháp để giảm thiểu nhỏ suy hao fading Trong thời gian qua, Bộ Cơng an tổ chức truyền sóng thường xun tới Công an đia phương, hỗ trợ cho biện pháp đấu tranh khác lực lượng Công an Tuy nhiên, tổ chức truyền sóng gặp nhiều khó khăn sau đây: - Vùng tập trung đồng bào dân tộc vùng sâu, vùng xa hẻo lánh, thực truyền sóng vùng ta phải dùng sóng trời, phụ thuộc nhiều vào mơi trường truyền sóng (tầng điện ly) tần số phát Vì “Xây dựng mơ hình truyền sóng ngắn ứng dụng tính tốn đường truyền dải tần từ 6MHz – 16MHz” đề tài có tính cấp thiết, thực tế lĩnh vực an ninh Một đề tài tạo điều kiện cho tổng hợp đưa phương án tác chiến thích hợp, bên cạnh nắm rõ khoa học kỹ thuật giúp ta định hướng hoạt động tác chiến tương lai hướng Mục đích nghiên cứu: Nghiên cứu, xây dựng mơ hình đường truyền sóng ngắn phù hợp với điều kiện hoạt động thực tế Việt Nam, từ xác định giải pháp mơ hình kỹ thuật để chế áp đài phát phản động phát vào Việt Nam dải sóng ngắn Đối tượng phạm vi nghiên cứu: Đường truyền sóng vơ tuyến, q trình truyền sóng qua tầng điện ly dải tần từ đến 16 MHz 2 Phương pháp nghiên cứu: Dựa cơng cụ tốn học, lý thuyết truyền sóng, phần mềm khảo sát REC533, phần mềm MATLAB để làm rõ mơ hình Sử dụng kết đo kiểm thực tế để xác định hiệu chỉnh tham số mơ hình phù hợp với điều kiện hoạt động thực tế Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài: Hệ thống hóa sở lý luận vấn đề cần xây dựng mơ hình, kiểm chứng thực nghiệm mơ hình thực tế với mơ hình truyền sóng dải tần sóng ngắn Kết cấu luận văn: Ngồi phần mở đầu, tài liệu tham khảo, luận văn gồm chương: Chương 1: Tổng quan hệ thống thông tin sóng ngắn Chương 2: Truyền sóng vơ tuyến dải tần sóng ngắn Chương 3: Xây dựng mơ hình truyền sóng ứng dụng tính tốn đường truyền Xây dựng mơ hình truyền sóng ngắn CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THƠNG TIN SĨNG NGẮN 1.1 Hệ thống thơng tin vô tuyến 1.1.1 Sơ đồ tổng quát hệ thống thông tin vô tuyến Thiết bị phát tập hợp phương tiện kỹ thuật, nằm nguồn tín hiệu điện sơ cấp mơi trường truyền sóng Thiết bị thu tập hợp phương tiện kỹ thuật, nằm mơi trường truyền sóng nguồn tiêu thụ tín hiệu điện sơ cấp Hình 1.1: Sơ đồ cấu trúc tổng quát hệ thống thông tin vô tuyến 1.1.2 Giới thiệu máy phát sóng ngắn 5KW( ВЯЗ – M2) Các tiêu kỹ thuật chủ yếu: Dải tần công tác: Máy làm việc với dải tần từ - 24 Mhz Công xuất đưa phi anten: - Chế độ báo không 5KW - Chế độ thoại không 2,5KW 1.2 Lý thuyết điều chế cho sóng ngắn 1.2.1 Khái niệm Thơng tin vô tuyến điện phương thức thông tin sử dụng lượng sóng điện từ truyền lan khơng gian để truyền tin tức Các tín hiệu cần truyền âm thanh, hình ảnh… khơng thể xạ trực tiếp từ anten máy phát nên cần “đặt” tín hiệu cần truyền vào sóng cao tần (sóng mang) truyền tin tức xa phương thức vô tuyến Một cách tổng quát, phương pháp điều chế dùng tín hiệu cần truyền làm thay đổi thơng số sóng mang (biên độ, tần số, pha ) Tùy theo thông số lựa chọn mà ta có phương pháp điều chế khác nhau: điều chế biên độ (AM), điều chế tần số (FM) 1.2.2 Điều chế biên độ (Amplitude Modulation, AM ) 1.2.3 Điều chế góc (Angle modulation) 1.3 Giới thiệu anten sóng ngắn Anten sóng ngắn anten dùng dải sóng 10 – 100 m Những anten sóng ngắn thường dùng quân sự, hàng không, thông tin cự ly xa phát + Các loại Anten sử dụng Trung tâm phát Hà Nội: - Anten Lồng - Anten Lơ Ga rít - Anten Trám Tất loại Anten sử dụng trung tâm phát Hà Nội có trở kháng vào 300 Ω , phối hợp tốt với máy phát Liên Xơ cũ có trở kháng 300 Ω 1.4 Tổng quan chung truyền sóng vơ tuyến 1.4.1 Khái niệm sóng vơ tuyến điện phân dải sóng vô tuyến điện Bảng 1.1: Bảng phân băng tần số vô tuyến Tên băng tần Tần số thấp Tên viết tắt ULF Phạm vi tần số 30→ 300Hz Tần số cực thấp ELF 300Hz →3KHz Tần số thấp VLF 3KHz →30KHz Tần số thấp LF 30 →300KHz Tần số trung bình MF 300→ 3000KHz Tần số cao HF 3MHz→ 30MHz Tần số cao VHF 30 →300MHz Tần số cực cao UHF 300 →3000MHz Tần số siêu cao SHF 3→ 30GHz Tần số vô cao EHF 30 →300GHz Sub Dưới milimet milimet 300 →3000GHz Lĩnh vực sử dụng Vật lý Thông tin nước lòng đất Vơ tuyến đạo hàng thơng tin di động biển Vô tuyến đạo hàng thông tin di động không Phát thanh, thông tin hàng hải, vô tuyến đạo hàng Phát sóng ngắn, thơng tin di động loại, thơng tin quốc tế Truyền hình phát sóng FM Truyền hình loại thơng tin di động, loại thông tin cố định Thông tin vệ tinh đa, viễn thông công cộng, vô tuyến thiên văn Vơ tuyến thiên văn, đa sóng milimet, thơng tin vệ tinh nghiên cứu thí nghiệm Nghiên cứu thí nghiệm Cơ sở đặt vấn đề nghiên cứu lý thuyết Xác định cường độ trường đểm thu biết thông số máy phát xác định điều kiện để thu cường độ trường lớn 1.4.2 Cơng thức truyền sóng lý tưởng + Khi sóng lan truyền khơng gian tự : Eh = 173 P( Kw).D(l ) r ( Km) [mV/m] P : công suất máy phát (Kw) D : hệ số định hướng anten (lần) r : khoảng cách từ anten phát đến điểm xác định E (Km) Emax = Eh + Khi kể đến ảnh hưởng mặt đất : (1.1) Eh = 245 P( Kw).D(l ) r ( Km) Emax = Eh [mV/m] (1.2) 1.4.3 Các phương thức truyền sóng a Sóng đất Những sóng vơ tuyến điện truyền lan gần mặt đất theo đường thẳng bị phản xạ từ mặt đất, bị uốn cong theo độ cong mặt đất tượng nhiễu xạ gọi sóng đất b Sóng tầng đối lưu Những sóng vơ tuyến điện truyền tới cự ly xa bề mặt đất khuếch tán tầng đối lưu hoăc tác dụng “ống dẫn sóng” tầng đối lưu gọi sóng tầng đối lưu c Sóng tầng điện ly Những sóng vơ tuyến điện truyền tới cự ly xa phản xạ( nhiều lần) khuếch tán từ tầng điện ly gọi sóng tầng điện ly d Sóng vũ trụ Những sóng truyền lan trực tiếp ( sóng thẳng) mặt đất đối tượng khác vũ trụ gọi sóng vũ trụ CHƯƠNG 2: TRUYỀN SĨNG VƠ TUYẾN DẢI TẦN SĨNG NGẮN 2.1 Những đặc điểm truyền lan sóng ngắn Đối với sóng ngắn, tần số tăng hấp thụ mặt đất sóng đất tăng Với máy phát trung bình thiết lập kênh thơng tin cự ly khoảng vài chục km với sóng đất Để tính cường độ trường sóng đất áp dụng công thức Sulâykin – Vander Pol Với cự ly xa ta phải thực truyền sóng sóng điện ly Khi cần dùng máy phát cỡ trung bình thơng tin với cự ly xa, tới hàng nghìn km 2.1.1 Giới hạn dải tần số công tác Để thu sóng cự ly định xa đài phát, cần phải thực điều kiện : - Sóng phải phản xạ tầng điện ly, tức phải thực điều kiện phản xạ 6 - Cường độ trường điểm thu phải đủ lớn, nghĩa sóng khơng bị hấp thụ nhiều tầng điện ly 2.1.2 Miền im lặng Khi thông tin sóng ngắn, q trình khảo sát người ta thấy tượng sau : Khi dịch chuyển điểm thu xa dần đài phát, đến cự ly khơng thu (với sóng có bước sóng ngắn 50m, cự ly vào khoảng 100km) Nếu dịch chuyển xa lại thu cự ly xa, vài ngàn km Vùng bán kính tín hiệu bị mất, khơng thu “miền im lặng” 2.1.3 Hiện tượng pha đinh dải sóng ngắn 2.1.4 Hiện tượng hồi âm 2.1.5 Sự khuếch tán sóng ngắn mặt đất 2.1.6 Sự phá hoại thông tin nhiễu loạn tầng điện ly 2.2 Cơ sở lý thuyết q trình truyền sóng nhờ tầng điện ly 2.2.1 Đặc điểm, cấu trúc tham số tầng điện ly a Đặc điểm cấu trúc tầng điện ly Hình 2.1: Đồ thị mật độ điện tử Hình 2.2: Các lớp tầng điện ly b Các tham số tầng điện ly Tầng điện ly đặc trưng hai tham số bản: Độ điện thẩm tương đối tầng điện ly tính biểu thức: ε = − 3,19.103 N e( h ) ω2 +ν (2.1) Trong ω tần số góc sóng, ω = 2π.f (Radian); f tần số tín hiệu sóng (Hz); N e mật độ điện tử (e/Cm3) độ cao h; ν tần số va chạm (lần/giây) Độ điện dẫn tầng điện ly tính biểu thức: σ = 2,82.10 −8 N e (h ).ν ω2 + ν 2.2.2 Tổn hao truyền sóng phản xạ từ tầng điện ly Hình 2.3: Sự thay đổi hệ số hấp thụ theo tần số (2.2) 2.2.3 Điều kiện để đảm bảo liên lạc thơng tin sóng ngắn Điều kiện đảm bảo để thực thơng tin sóng ngắn phản xạ từ tầng điện ly là: 1/ Tần số liên lạc f phải nhỏ tần số cực đại f MUF, xác định tham số tầng điện ly khoảng cách liên lạc để đảm bảo sóng phản xạ từ lớp F Nếu f > fMUF sóng khơng có khả phản xạ mà xuyên suốt qua lớp tầng điện ly 2/ Tần số liên lạc phải đảm bảo đủ lớn f > f LUF với công suất phát cần thiết để bù trừ cho tổn hao sóng lớp D E cho sóng có đủ lượng cần thiết phản xạ từ lớp F quay điểm thu Hình 2.4: Phân bổ thời gian ngày 2.2.4 Các thông số đường truyền + Tìm tần số sử dụng cực đại (MUF): Qua nghiên cứu, người ta đưa phương thức sử dụng dải tần số cao dựa nguyên tắc : Tần số sử dụng cao chọn nhỏ tần số cực đại để đảm bảo điểm phản xạ thực tế nằm chiều cao ứng với lớp điện tử cực đại N max chút Kazansep đưa biểu thức để xác định tần số cao sau : Hình 2.5: Sơ đồ tuyến cự ly thơng tin sóng ngắn qua tầng điện ly Trong sơ đồ hình 2.5 : r – Cự ly thơng tin φ – Nửa góc tâm trái đất θ – Góc tới a – Bán kinh trái đất h’ – Độ cao ảo tầng điện ly với mặt đất fCĐ = fthsecθ (2.3) MUF = fSDCN = 0,9fCĐ (2.5) f th = N max fSD = 80%.fSDCN (2.4) (2.6) fCĐ tần số cực đại; fSD tần số sử dụng; fSDCN tần số sử dụng cao nhất; fth giá trị tần số tới hạn + Độ cao ảo (Virtual height ): độ cao điểm giao ngoại suy tia tới tia quay lớp tầng điện ly [7]: Lớp F2: từ 250-300 km; lớp F1: từ 200-250 km; lớp F ban đêm ≈ 300km; lớp E 110 km + Xác định góc nửa tâm trai đất φ: ϕ = r (rad ) 2a + Xác định góc tới cực đại θ: tgθ = (2.7) r 2h ' + Xác định góc ngẩng anten: Góc ngẩng = α − (2.8) π π = −θ −ϕ 2 (2.9) 2.2.5 Xác định cường độ trường điểm thu Khảo sát phương pháp Kazansep ta thấy : Sóng truyền lan tầng điện ly bị lớp hấp thụ Sự hấp thụ đánh giá hệ số γ Cơng thức tính trường : ΕThu = Ε0 e −γ (2.10) 10 Trong : E0 biên độ cường độ trường khơng tính đến tổn hao γ: hệ số hấp thụ tổng thể tầng điện ly γ = γD + γE + γF1 + γF2 Biết truyền lan từ đài phát đến đài thu, sóng theo nhiều đường khác Vì vậy, sóng truyền tới điểm thu khơng phải có tia đơn độc mà gồm nhiều tia, tia truyền từ đài phát đến với bước nhảy khác Ta có cường độ trường tổng cộng điểm thu : Ethu = m ∑E i =1 i , V/m (2.11) Cường độ trường tia sóng khơng xét đến hấp thụ tầng điện ly: E0 = 245 PD  1+ | R |  n−  | R | r   (2.12) Trong : P: cơng suất xạ anten (Kw); D: hệ số định hướng anten r: khoảng cách (Km);‫׀‬R‫ ׀‬: biên độ hệ số phản xạ từ mặt đất n : số lần phản xạ tầng điện ly 2.3 Các yếu tố ảnh hưởng mặt đất đến trình truyền sóng ngắn 2.3.1 Đặc điểm mặt đất phương pháp khảo sát Các thông số điện đất Bảng 2.1: Thông số tương đương số loại mặt đất Loại mặt đất Giới hạn biến đổi Trị số trung bình Έ Σ έ σ Nước biển 80 ÷ 4,3 80 Nước 80 10-3 ÷ 2,4.10-2 80 10-2 Đất ẩm 10 – 30 3.10-3 ÷ 3.10-2 10 10-2 Đất khô 3–6 1,1.10-5 ÷ 2.10-3 10-3 Rừng 1,004 – 1,4 10-6 ÷ 10-5 1,2 10-5 Thành phố lớn 7,5.10-4 Miền rừng núi 7,5.10-4 11 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MƠ HÌNH TRUYỀN SĨNG NGẮN VÀ ỨNG DỤNG TÍNH TỐN ĐƯỜNG TRUYỀN 3.1 Mơ hình dò tia cho truyền sóng ngắn (IONORT) 3.1.1 Giới thiệu phần mềm IONORT (IONOspheric Ray Tracing) Ray tracing (rò tia) kỹ thuật số sử dụng để xác định đường sóng ngắn (HF) bất đẳng hướng truyền thông không đồng khác từ khoảng trống (Budden, 1988) Kỹ thuật hoạt động số khúc xạ giả định biết điểm khu vực xem xét Trong giới hạn lý thuyết tia gần bước sóng tới khơng, đơn giản hố phương trình vi phân mơ tả lan truyền sóng cách phù hợp, đường tia 3.1.2 Tổng quan thuật tốn rò tia từ tầng điện ly Kỹ thuật rò tia (RT) dựa đặc tính tầng điện ly mật độ electron, tần số va chạm hạt electron, từ trường Hình 3.1 cho thấy đường tia từ điểm phát (TX) đến điểm nhận (RX) qua ô ma trận mật độ điện tử 3-D với tần số hướng sóng, vị trí điểm TX xác định trước đầu vào Các thuật tốn RT thực tích phân phương trình vi phân phần sau Hình 3.1: Mô đường tia TX đến tia RX dri ∂H (ri , ki ) = dτ ∂ki (3.1) 12 dki ∂H (ri , ki ) = dτ ∂ri (3.2) i = 1, , 4, H(r i, ki) Hamilton, ri, ki, tọa độ tổng quát, xung lượng, biến độc lập τ đại lượng tăng đơn điệu theo đường tuyến [11] (3.1) (3.2) giải hệ tọa độ cầu (r, θ, φ), theo thành phần vector sóng, thể hình 3.2 [11] 3.1.3 Mơ tả chương trình IONORT Chương trình IONORT cấu trúc gồm khối: a)Đầu vào đồ họa giao diện người dùng b)Thuật tốn tích phân c)Đầu đồ họa giao diện người dùng IONORT chạy với hai tần số, tần số hoạt động cố định với tần số thay đổi theo bước nhảy xác định, Tương tự thực tính tốn cho tham số độ cao góc phương vị Hình 3.3 hình 3.4 hiển thị hai ví dụ thiết lập cách đưa vào điểm TX vĩ độ 43,06 ° N kinh độ 10,03 ° E cho tần số cố định MHz cho góc ngẩng ° với bước nhảy từ ° đến 30 °, sau cho góc ngẩng cố định 15° cho thủ tục quét tần số MHz đến 24 MHz với bước nhảy MHz Hình 3.2: Hệ tọa độ tâm đia cầu (r, θ, φ) 13 Hình 3.3: Mơ tả khảo sát góc ngẩng với bước nhảy độ Hình 3.4: Mơ tả khảo sát tần số với bước nhảy 2MHz 3.2 Mơ hình tính tốn đường truyền sóng nhờ tầng điện ly (REC533) 3.2.1 Phương pháp dự đốn kênh truyền sóng ngắn ITU-T P.533 Phương pháp dự đốn kênh truyền sóng ngắn ITU-T P.533 đưa dự báo phân tích đường truyền cho độ dài lên đến 7000km, đưa công thức thực nghiệm phù hợp với liệu đo vượt 9000km [10] Các tính tốn dự đốn gồm dự đốn hiệu suất hệ thống phát sóng ngắn (HF), tham số tần số sử dụng cực đại (MUF), cường độ điện trường góc ngẩng ăng ten … Như hữu ích việc lập kế hoạch hoạt động việc truyền sóng HF cho bốn mùa, hoạt động vệt đen mặt trời khác nhau, ngày, vị trí địa lý dự đốn bất ốn cấu trúc tầng điện ly [10] + Dự đoán tần số sử dụng cực đại (MUF) - MUF lớp E 14 n E ( D)MUF = foE ⋅ sec i110 (3.3) Trong đó: i110 - góc tới hạn lớp E độ cao 110km; n - số bước nhảy - MUF lớp F2   C   f n F 2( D) MUF = 1 +  d  ( B − 1) ⋅ foF + H   C3000    d  1 −  d max   Cd = 0.74 – 0.591Z – 0.424Z – 0.090Z + 0.088Z + 0.181Z + 0.096Z ( (3.4) 3.5) với Z = – 2d / dmax dmax = 780 + (12 610 + 140 / x2 – 49 720 / x4 + 688 900 / x6) (1 / B – 0.303)   7.854  B = M (3000)F – 0.124 + [[M (3000)F 2]2 – 4] × 0.0215 + 0.005 sin  – 1.9635 ÷  x   H Trong đó: n : số bước nhảy; f : Độ cao 300km; d : D/n d (3.6) (3.7) max km C3000 : số Cd cho d = 000 km; x : foF2/foE + Xác định góc ngẩng anten:  d R0 d   ∆ = arctan  cot – cosec R0 R0 + hr R0   (3.8) d : Độ dài bước nhảy d = D/n hr : Chiều cao lớp E hr = 110 km lớp F2 hr phụ thuộc vào bước nhảy cự ly liên lạc + Xác định cường độ trường: Ew = 136.6 + Pt + Gt + 20 log f – Lb dB(1 µV/m) (3.9) Trong f : Tần số truyền (MHz); Pt : Công suất phát (dB(1 kW)); Gt : Độ lợi anten (dB) Lb: Suy hao với Lb = 32.45 + 20 log f + 20 log p′ + Li + Lm + Lg + Lh + Lz (3.10) 3.2.2 Chương trình dự đốn kênh REC533 Dựa phương pháp tính tốn dự đốn khuyến nghị P.533, chương trình có tên gọi REC533 chạy máy tính Windows phát triển trì Bộ thương mại Mỹ, Viễn thông Quốc gia Cơ quan Thông tin, Viện Khoa học Viễn thông (NTIA/ITS) Boulder, Colorado Nó kết hợp giao diện người dùng thân thiện với 15 nhiều màu sắc để dễ dàng chỉnh sửa biến đầu vào sản xuất kết mong muốn [10] Điều quan trọng cần chọn nhập giá trị tham số phù hợp cho việc tính tốn dự đoán đường truyền Một số thiết lập tham số quan trọng cho trạm phát sóng cơng suất Việt Nam giới thiệu sau đây: Hình 3.5: Màn hình REC533 + Chọn vệt đen mặt trời Hình 3.6: Vệt đen mặt trời năm 16 3.2.3 Khảo sát dự đoán số tần số Khảo sát dự đốn tần số với mục đích để dự đốn với khoảng cách cự ly thông tin liên lạc ta sử dụng tần số để truyển sóng phù hợp phụ thuộc vào thời gian ngày từ cần xác định góc ngẩng anten, cường độ trường để đảm bảo tuyến thông tin liên lạc tốt Khảo sát số tần số sau: - Xét tần số: 9.795MHz, 9.920MHz, 11.695MHz, 11.850MHz, 13.735MHz - Hà Nội với tọa độ Long/Lat: 105.87E/20.98N - Gia Lai với tọa độ Long/Lat: 108.01E/ 13.97N - Cự ly thông tin: 812Km - Hướng truyền: 163.40độ - Công suất phát: 5Kw - Nhập tham số Bảng 3.1: Nhập tham số cho tần số khảo sát Tham số Sự giới thiệu Năm 2015 Hệ số Chọn sở liệu CCIR (Oslo) Nhóm Chon tháng 12 khảo sát vệt đen (SNN) 60 Thời gian Chọn UT (Coordinated Universal Time), từ 00h đến 24h Trạm phát Nhập tọa độ trạm phát Trạm nhận Nhập tọa độ trạm nhận Đường Chọn đường ngắn Tần số (MHz) Nhập tần số khảo sát Tham số hệ thống Chọn mặc định Điều chế Tương tự Ăng ten phát Chọn công suất phát lấy 65% công suất phát thực 5Kw xấp sỉ 3Kw, tùy ta chọn loại ăng ten + Kết khảo sát thời gian ngày Tần số sử dụng cao ngày (MUF) phụ thuộc vào khoảng thời gian 24h ngày: Tần số dao động từ 4.88MHz đến 16.54MHz 17 Hình 3.7: Khảo sát MUF tần số phụ thuộc thời gian Hình 3.8: Khảo sát góc ngẩng tần số phụ thuộc thời gian Hình 3.8 cho ta thấy góc ngẩng phụ thuộc vào thời gian: Góc dao động 25 độ đến 44 độ Hình 3.9: Khảo sát cường độ trường tần số phụ thuộc thời gian Hình 3.9 cho ta thấy cường độ trường điểm thu phụ thuộc vào thời gian ngày: Cường độ trường dao động từ 6.12dBµV đến 57.72dBµV 18 3.3 Kiểm chứng mơ hình thực tế Biện pháp truyền sóng trời từ xa sử dụng máy phát công suất lớn, anten phân cực ngang, xạ sóng phản xạ từ tầng điện ly để phủ sóng diện rộng cách xa đài phát Kết tính tốn lý thuyết thực nghiệm cho thấy, để phát sóng dải tần số sóng ngắn, cần dùng đài phát Hà Nội để truyền sóng từ Đà Nẵng trở vào đến Cà Mau dùng đài phát thành phố Hồ Chí Minh để phát sóng từ Huế đến tỉnh biên giới phía Bắc Như vậy, việc đầu tư cho trung tâm phát trên, cho phép phát sóng phạm vi thuộc lãnh thổ Việt Nam 3.3.1 Mơ hình truyền sóng Trung tâm phát Hà Nội Trung tâm phát Hà Nội Phủ sóng cho khu vực phía nam, tập trung vào khu vực TP Hồ Chí Minh tập trung vào khu vực đồng sông Cửu Long biên giới Tây Nam, khu vực Tây nguyên anten định hướng khác a Hệ thống Máy phát: Máy phát thơng tin sóng ngắn 5KW (Máy phát B3Я – M2) b Hệ thống Anten: - Các loại anten sử dụng Trung tâm phát Hà Nội: + Anten Lồng; anten Lơ Ga Rít; anten Trám 3.3.2 Mơ hình truyền sóng Trung tâm phát Thành phố Hồ Chí Minh Sử dụng máy phát 5KW Anten tương tự Trung tâm Hà Nội Phủ sóng cho khu vực phía Bắc, tập trung vào khu vực Hà Nội khu vực Tây bắc, miền núi phía Bắc anten định hướng khác 3.3.3 Tiến hành khảo sát đo kiểm 3.3.3.1 Tiến hành khảo sát vùng cần đo + Khu vực tỉnh Tây Nguyên: Gia Lai, Đắk Lắk + Thiết bị đo dùng máy phân tích phổ IFR 2399B (9 KHz to 3.0GHz) 3.3.3.2 Kết thu kiểm tra tín hiệu Trung tâm phát sóng Dùng máy phân tích phổ IFR 2399B đo cường độ trường trung tâm phát sóng Hà Nội kết đo tỉnh sau: Khu vực Tây Nguyên: Gia Lai, Đắk Lắk Cường độ trường hoạt động đài phát nói chung lớn (trên 50dBμV) kết thu tháng 12 năm 2015 sau: 19 Bảng 3.2: Cường độ trường Tây Nguyên Địa Điểm Thời gian Tần số Gia Lai 14h - 15h (MHz) 9.920 Đắk Lắk 8h - 9h 13.735 Cường độ trường (dBm) (dBμV) -62 44 -70 36 3.4 Tính tốn thơng số đo kiểm 3.4.1 Xét tuyến Hà Nội – Gia Lai với tần số 9.920MHz lúc 14h – 15h - Xét tần số: 9.920MHz - Hà Nội với tọa độ Long/Lat: 105.87E/20.98N - Gia Lai với tọa độ Long/Lat: 108.01E/ 13.97N - Cự ly thông tin: 812Km - Hướng truyền: 163.40độ - Độ cao tầng điện ly lớp F2: 250Km – 300Km - Công suất phát: 5Kw - Hệ số định hướng anten: 2,4 lần, ăng ten CCIR.000 ISOTROPE Hình 3.10: Sơ đồ tuyến cự ly thông tin Hà Nội – Gia Lai - Xác định độ cao ảo h ,: Từ độ cao tầng điện ly lớp F = 250Km – 300Km ta giả sử độ cao ảo 290Km - Xác định góc nửa tâm trái đất �: Từ cơng thức (2.7) ta có: ϕ= r 812 = = 0.06(rad) Suy ϕ = 3.50 2a × 6370 - Xác định góc tới cực đại �: Từ cơng thức (2.8) ta có: 20 tgθ = r 812 = ≈ 1, Suy θ = 54,50 ' 2h × 290 - Xác định góc ngẩng anten: Góc ngẩng = α − π π = − θ − ϕ = 900 − 54.50 − 3.50 = 320 2 Dùng phương pháp khảo rò tia qua tầng điện ly ta thấy góc ngẩng 32 phù hợp với cự ly đường truyền r = 812km Sử dụng mô hình dự đốn theo khuyến nghị ITU-T P.533 (REC533 điểm tới điểm) khảo sát góc ngẩng ăng ten lúc 18h 30 độ lệch độ so với tính toán - Xác đinh tần số sử dụng cao lúc 18h: Sử dụng mơ hình dự đốn theo khuyến nghị ITU-T P.533 (REC533 điểm tới điểm) ta tìm MUF = fSDCN = 0,9fCĐ = 13.15MHz Từ công thức (2.6) ta có fSD = 0,8fSDCN = 10.52MHz Với tần số sử dụng 10.52MHz thời điểm ta truyền tần số 9.920MHz đủ điều kiện truyền (còn phụ thuộc ta nhập vệt đen SNN), Để truyền tần số tốt với khoảng cách 812Km khảo sát tần số phụ thuộc vào khoảng cách cho ta thấy MUF = fSDCN = 14.563MHz - Xác định cường độ trường điểm thu lúc 14h: Sử dụng mơ hình dự đoán theo khuyến nghị ITU-T P.533 (REC533 điểm tới điểm) khảo sát ta tìm EThu1= 40dBμV = 0.1mv hình 3.11 Hình 3.11: Mơ tả thơng số tần số 9.920MHz Từ cơng thức (2.12) ta có: Với n = (phản xạ lần) suy R = 21 E0 = 245 × 2,4 = 0.52mv = 54dBàV ì 812 Trong o kim thực EThu2= 44dBμV=0.16mv lớn EThu1= 40dBμV khảo sát dùng phần mềm REC533: Vậy với γ thucte p γ khaosat cho ta thấy ta khảo sát với công suất phát 3kw đúng, tùy thuộc ta chon loại ăng ten, thực tế truyền sóng nhờ tầng điện ly suy hao mơi trường ion hóa tầng điện ly hấp thụ đất làm cho công suất phát thực tế đạt 65% công suất thực máy phát 3.4.2 Xét tuyến Hà Nội – Đắk Lắk với tần số 13.735MHz lúc 8h – 9h - Xét tần số: 13.735MHz - Hà Nội với tọa độ Long/Lat: 105.87E/20.98N - Đắk Lắk với tọa độ Long/Lat: 108.01E/ 13.97N - Cự ly thông tin: 950Km - Hướng truyền: 165.50độ - Độ cao tầng điện ly lớp F2: 250Km – 300Km - Công suất phát: 5Kw - Hệ số định hướng anten: 2,4 lần, ăng ten CCIR.000 ISOTROPE Hình 3.12: Sơ đồ tuyến cự ly thơng tin Hà Nội – Đắk Lắk - Xác định độ cao ảo h ,: Từ độ cao tầng điện ly lớp F = 250Km – 300Km ta giả sử độ cao ảo 290Km - Xác định góc nửa tâm trái đất �: Từ cơng thức (2.7) ta có: 22 ϕ= r 950 = = 0.075(rad) Suy ϕ = 4.30 2a × 6370 - Xác định góc tới cực đại �: Từ cơng thức (2.8) ta có: tgθ = r 950 = ≈ 1, Suy θ = 58,50 ' 2h × 290 - Xác định góc ngẩng anten: Góc ngẩng = α − π π = − θ − ϕ = 900 − 58.50 − 4.30 = 27.20 2 Dùng phương pháp khảo rò tia qua tầng điện ly ta thấy góc ngẩng 27,2 cho ta r =1500km không phù hợp, qua khảo sát góc ngẩng khoảng 22 cho r = 1200km gần phù hợp với cự ly Hà Nội – Đắk Lắk 940km thể hình 3.13 Hình 3.13 : Dùng IONORT khảo sát góc ngẩng anten tần số 13.735MHz Sử dụng mơ hình dự đốn theo khuyến nghị ITU-T P.533 (REC533 điểm tới điểm) khảo sát góc ngẩng ăng ten lúc 8h 30 độ lệch độ so với tính tốn cụ thể - Xác đinh tần số sử dụng cao lúc 8h: Sử dụng mơ hình dự đốn theo khuyến nghị ITU-T P.533 (REC533 điểm tới điểm) ta tìm MUF = fSDCN = 0,9fCĐ = 17.283MHz Từ công thức (2.6) ta có fSD = 0,8fSDCN = 13.826MHz Với tần số sử dụng 13.826MHz thời điểm ta truyền tần số 13.735MHz đủ điều kiện truyền (còn phụ thuộc ta nhập vệt đen SNN) 23 Hình 3.15: Mơ tả thông số tần số 13.735MHz - Xác định cường độ trường điểm thu lúc 8h: Sử dụng mô hình dự đốn theo khuyến nghị ITU-T P.533 (REC533 điểm tới điểm) khảo sát ta tìm EThu1= 37dBμV = 0.07mv hình 3.15 Từ cơng thức (2.12) ta có: Với n = (phản xạ lần) suy R = E0 = 245 × 2,4 = 0.45mv = 53dBàV ì 950 Trong o kim thực Ethu2= 36dBμV=0.06mv gần Ethu1= 37dBμV khảo sát dùng phần mềm REC533: Vậy với γ thucte ≈ γ khaosat cho ta thấy ta khảo sát với công suất phát 3KW đúng, phụ thuộc vào ta chọn ăng ten, thực tế truyền sóng nhờ tầng điện ly suy hao mơi trường ion hóa tầng điện ly hấp thụ đất làm cho công suất phát thực tế đạt 65% công suất thực máy phát 3.5 Kết Luận - Tần số 9.920MHz: + Góc ngẩng phù hợp với r=812Km 24 + Tần số sử dụng cực đại thỏa mãn điều kiện tần số truyền nhỏ tần số sử dụng cực đại + Cường độ trường thực thu lớn so với cường độ trường khảo sát - Tần số 13.735MHz: + Góc ngẩng khơng phù hợp với r=950Km + Tần số sử dụng cực đại thỏa mãn điều kiện tần số truyền nhỏ tần số sử dụng cực đại + Cường độ trường thực thu gần với cường độ trường khảo sát Từ hai tần số cho ta thấy thông số phụ thuộc vào khoảng cách cự ly thông tin liên lạc, thời gian ta truyền tần số ngày KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ Hiện việc biến đổi mơi trường, khí hậu trái đất dẫn đến thay đổi tầng điện ly, điều ảnh hưởng lớn đến thông tin liên lạc vô tuyến điện sóng ngắn Bên cạnh với phát triển khoa học kỹ thuật ngày cao ngày hệ thống thơng tin vơ tuyến điện khơng bó hẹp phạm vi liên lạc máy sóng ngắn với Chính thay đổi sở cho việc nghiên cứu mơ hình truyền sóng ngắn phục vụ công tác liên lạc Công an tỉnh với Bộ Qua việc nghiên cứu luận văn tác giả phương thức truyền sóng qua tầng điện ly, cấu trúc tầng điện ly ảnh hưởng tầng điện ly đến liên lạc thơng tin sóng ngắn Luận văn tập trung nghiên cứu việc tính tốn tham số mơ hình sóng ngắn như: Tần số sử dụng cực đại, góc ngẩng ăng ten, cường độ trường điểm thu, khoảng cách cự ly thông tin liên lạc dự đoán tần số sử dụng vào thời gian 24h truyền tốt với cự ly định Hạn chế luận văn, mơ hình truyền song ngắn liên lạc với cự ly thông tin liên lạc tầm xa khỏi lãnh thổ Việt Nam chưa có, tác giả chưa đưa việc so sánh đánh giá tham số  ... thống thơng tin sóng ngắn Chương 2: Truyền sóng vơ tuyến dải tần sóng ngắn Chương 3: Xây dựng mơ hình truyền sóng ứng dụng tính tốn đường truyền Xây dựng mơ hình truyền sóng ngắn CHƯƠNG 1: TỔNG... 7,5.10-4 Miền rừng núi 7,5.10-4 11 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MƠ HÌNH TRUYỀN SĨNG NGẮN VÀ ỨNG DỤNG TÍNH TỐN ĐƯỜNG TRUYỀN 3.1 Mơ hình dò tia cho truyền sóng ngắn (IONORT) 3.1.1 Giới thiệu phần mềm IONORT... Những sóng vơ tuyến điện truyền tới cự ly xa bề mặt đất khuếch tán tầng đối lưu hoăc tác dụng “ống dẫn sóng tầng đối lưu gọi sóng tầng đối lưu c Sóng tầng điện ly Những sóng vơ tuyến điện truyền