• Chức năng của anten trên vệ tinh
- Lựa chọn sóng vô tuyến được phát đi trong băng tần và phân cực đã cho từ các trạm mặt đất nằm trong vùng phủ sóng của vệ tinh. - Phát sóng vô tuyến ở băng tần và phân cực đã cho tới khu vực đã
quy định trên mặt đất.
• Yêu cầu:
- Thu can nhiễu càng nhỏ càng tốt.
- Phát công suất nhỏ nhất ra ngoài vùng quy định. 7.1. Các thông số đặc trưng:
Anten trên vệ tinh phải phủ sóng một khu vực với mức công suất yêu cầu được đặc trưng bởi các đường đẳng mức về độ tăng ích của anten hoặc EIRPs
(Equivalent Isotropic Radiated Power) đẳng mức và hệ số phẩm chất thu 𝐺𝑅/𝑇𝑆
đẳng mức. Như vậy các trạm mặt đất nằm trong vùng phủ sóng đều thu được mức công suất yêu cầu không nhỏ hơn mức cực đại 3 dB. Có 4 loại vùng phủ sóng lên mặt đất của anten vệ tinh:
- Phủ sóng toàn cầu: là vùng phủ song rộng nhất của một vệ tinh lên mặt đất. Với vệ tinh địa tĩnh với độ cao 35.786 km, vùng phủ sóng có được lớn nhất bằng 42% bề mặt quả đất, với “góc nhìn” từ vệ tinh là 17,4º.
Hình 7.1: Phủ sóng toàn cầu đối với một góc ngẩng đã cho và phủ sóng bán cầu
- Phủ sóng bán cầu: là vùng phủ sóng cho một nửa bán cầu phía đông và một nửa bán cầu phía tây, quan sát từ vệ tinh, hai khu vực phủ sóng này cách ly nhau.
- Phủ sóng vùng: có thể phủ sóng nhiều khu vực khác nhau trên mặt đất như vùng Đông-Bắc, vùng Tây-Bắc …
- Phủ sóng ‘’dấu’’ (spot footprint): vùng phủ sóng nhỏ, dùng để thông tin trong một nước nhỏ hay một vùng của một nước lớn. Trong hệ thống thông tin di động qua vệ tinh vùng phủ sóng “dấu” phải kế tiếp và chồng lên nhau để có thể thông tin liên tục. Vùng phủ sóng có thể tròn, elip hay dạng tùy ý.
Hình 7.3: Vùng phủ sóng lưới
+ Giản đồ bức xạ được quy định trong khuyến nghị của ITU-R S.672-4. + Mức búp sóng phụ: không làm ảnh hưởng tới các vùng khác.
+ Đặc tính phân cực: Phân cực đứng, ngang, tròn (quay trái hay quay phải), elip (quay trái hay quay phải).
7.2. Các loại anten:
Anten vệ tinh thường sử dụng 2 loại chính là anten loa và anten mặt phản xạ với các bộ chiếu xạ khác nhau được tiếp sóng theo các phương khác nhau.
1) Anten loa: là anten có hướng tính đơn giản nhất, thường được sử dụng cho vùng phủ sóng rộng. Anten có đặc tính búp sóng phụ nhỏ, thích hợp nhất là dùng làm bộ chiếu xạ (nguồn xơ cấp) cho anten có mặt phản xạ. Có nhiều dạng anten loa khác nhau.
2) Anten phản xạ (reflector): Là anten thường được sử dụng để tạo ra búp sóng dạng vết và hình thù riêng rẽ (shaped). Anten này bao gồm một mặt phản xạ parabol và một hoặc nhiều nguồn phát xạ đặt tại tiêu điểm của mặt phản xạ. Có thể điều chỉnh hướng chùm sóng của anten trên quỹ đạo bằng một thiết bị điều khiển từ xa. Với anten sử dụng dàn chiếu xạ thay đổi búp sóng thực hiện bằng cách thay đổi pha của nguồn cấp điện cho các bộ chiếu xạ.
Bộ phát xạ được đặt theo kiểu đồng trục hoặc lệch trục. Để tạo ra búp sóng hình tròn hay elip thực hiện bằng cách thay đổi hình dạng mặt phản xạ cho phù hợp với vùng phủ sóng. Để tạo ra búp sóng dạng hình thù riêng rẽ hay phức tạp thì có thể đặt một dãy các phần tử bức xạ tại tiêu điểm của mặt phản xạ được tiếp điện cùng một tín hiệu nhưng biên độ và pha lệch nhau nhờ các mạch tạo búp sóng.
Hình 7.5: Anten phản xạ
3) Anten dãy (array): sử dụng một bộ rất nhiều các phần tử bức xạ để tạo nên một góc mở bức xạ. Biểu đồ bức xạ tạo ra bằng cách kết hợp biên độ và pha của sóng được bức xạ bởi dãy các phần tử bức xạ. Các phần tử bức xạ đặt cách nhau 0,6λ, biểu đồ bức xạ điều chỉnh bằng cách đổi pha và biên độ của tín hiệu tiếp điện bằng một bộ dịch pha, chia công suất có thể điều khiển được.
7.3 Hệ thống bộ trở:
Để vệ tinh đảm bảo thông tin liên lạc liên tục 24/24 trong suốt thời gian sống, ngoài phân hệ thông tin cần phải có phân hệ phù trợ cho hoạt động của phân hệ thông tin. Các phân hệ có chức năng và tính chất được liệt kê trong bảng sau:
1) Phân hệ điều khiển quỹ đạo và tư thế của vệ tinh:
Chuyển động của vệ tinh bao gồm chuyển động xung quanh trái đất (địa tĩnh) và chuyển động nội tại của vệ tinh xung quanh nó.
• Nhiệm vụ: Duy trì búp sóng của anten vệ tinh luôn hướng đúng về vùng cần phủ sóng trong suốt thời gian sống của vệ tinh.
Phân hệ phải có khả năng bù các mô men xoắn nhiễu loạn ảnh hưởng đến trạng thái của vệ tinh như lực hấp dẫn, áp suất bức xạ của mặt trời, các động cơ điều chỉnh trạng thái trên vệ tinh khởi động không đồng bộ hoặc không cân bằng. Có thể điều khiển bằng hệ thống thụ động hoặc tích cực. Hai kỹ thuật được sử dụng để điều khiển trạng thái là :
- Ổn định theo kiểu con quay: Vệ tinh được chế tạo hình trụ sao cho than cân bằng xung quanh trục đứng của hình trụ. Với vệ tinh địa tĩnh trục được điều chỉnh song song với trục Bắc-Nam của quả đất, tốc độ quay của than là 40- 60 vòng/phút.
- Ổn định theo kiểu ba trục: Thân vệ tinh cố định so với trái đất. Tư thế vệ tinh biểu diễn theo các trụ là trục lệch hướng (yaw), trục quay (roll) và trục độ cao (pitch) của hệ tọa độ có tâm đặt tại trọng tâm của vệ tinh.
2) Phân hệ động cơ:
• Nhiệm vụ: Tạo ra lực đẩy, mô men xoắn dùng để điều khiển quỹ đạo cũng như tư thế của vệ tinh.
- Động cơ đẩy công suất nhỏ vài millinewton đến vài newton được dùng để điều khiển tư thế và quỹ đạo vệ tinh.
- Động cơ đẩy công suất trung bình vài trăm newton đến vài ngàn newton được dùng để thay đổi quỹ đạo trong quá trình phóng vệ tinh.
• Nhiệm vụ: Bảo đảm cung cấp nguồn điện cho vệ tinh hoạt động ổn định liên tục 24/24 giờ trong suốt thời gian làm việc của vệ tinh.
- Nguồn cấp là hệ thống pin mặt trời.
- Nguồn cấp dự phòng là hệ thống acquy trong thời gian vệ tinh bị che khuất. 4) Phân hệ đo lường từ xa, bám và lệch (TT&C):
• Nhiệm vụ:
- Thu tín hiệu điều khiển từ mặt đất để thay đổi trạng thái hoặc phương thức hoạt động của các thiết bị trên vệ tinh thông qua tuyến điều khiển từ xa (TC).
- Phát kết quả đo, thông tin hoạt động của vệ tinh, của các thiết bị và các kết quả thực hiện lệch điều khiển dưới mặt đất thông qua tuyến đo lường từ xa (TM).
- Cho phép đo khoảng cách giữa mặt đất và vệ tinh, tốc độ hướng tâm để xác định thông số quỹ đạo.
- Cung cấp tín hiệu chuẩn cho các trạm mặt đất phục vụ công việc bám.
5) Phân hệ điều khiển nhiệt:
• Nhiệm vụ: Duy trì nhiệt độ của vệ tinh trong một giới hạn cho phép.