Trong chương này, các yếu tố cơ bản của vệ tinh thông tin liên kết tần số vô tuyến (RF) hoặc liên kết không gian tự do được giới thiệu. Các thông số truyền dẫn cơ bản, chẳng hạn như độ lợi anten, độ rộng chùm tia, suy hao đường truyền trong không gian tự do và phương trình công suất liên kết cơ bản được giới thiệu. Khái niệm về nhiễu hệ thống và cách định lượng nó trên liên kết RF sau đó được phát triển, và các thông số như công suất nhiễu, nhiệt độ nhiễu, chỉ số nhiễu và chỉ số hiệu suất được xác định. Tỷ số nhiễu sóng mang và các tham số liên quan được sử dụng để xác định hiệu suất và thiết kế liên kết truyền thông được phát triển dựa trên các tham số liên kết cơ bản và nhiễu hệ thống.
Phân đoạn RF (hoặc không gian tự do) của liên kết thông tin vệ tinh là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến thiết kế và hiệu suất của thông tin liên lạc qua vệ tinh. Liên kết truyền thông cơ bản, được hiển thị trong Hình 2.3, xác định các tham số cơ bản của liên kết.
Hình 2.3 Liên kết truyền thông cơ bản
Các thông số của liên kết được xác định là: pt = công suất phát (watt); pr = công suất nhận được (watt); gt = độ lợi anten phát; gr = độ lợi anten nhận; và r = khoảng cách đường dẫn (mét). Sóng điện từ, được gọi là sóng bức xạ ở tần số vô tuyến, được xác định trên danh nghĩa trong dải tần từ ∼100 MHz đến 100 + GHz. Sóng bức xạ được đặc trưng bởi các biến thể của điện trường và từ trường của nó. Chuyển động dao động của cường độ trường dao động tại một điểm cụ thể trong không gian với tần số f kích thích các dao động tương tự tại các điểm lân cận, và sóng bức xạ được cho là truyền đi hoặc lan truyền. Bước sóng λ của sóng bức xạ là khoảng cách trong không gian của hai dao động liên tiếp, là quãng đường sóng truyền được trong một chu kỳ dao động (Hình 2.4).
Hình 2.4 Định nghĩa bước sóng
Tần số và bước sóng trong không gian tự do có quan hệ với nhau bằng: λ = 𝑐
𝑓 (2.15) trong đó c là vận tốc pha của ánh sáng trong chân không.
Với c = 3 × 108 m / s, bước sóng không gian trống cho tần số tính bằng GHz có thể được biểu thị bằng:
λ (cm) = 30
𝑓(𝐺𝐻𝑧) Hoặc λ (m) = 0.3
𝑓(𝐺𝐻𝑧) (2.16)
Bảng 2.1 cung cấp các ví dụ về bước sóng cho một số tần số thông tin liên lạc điển hình. Bảng 2.1 Bước sóng và tần số λ (cm) f(GHz) 15 2 2.5 12 1.5 20 1 30 0.39 76
Xét một sóng bức xạ lan truyền trong không gian tự do từ một nguồn điểm P có công suất pt watt. Sóng là đẳng hướng trong không gian, tức là, phát ra theo hình cầu từ nguồn điểm P, như thể hiện trong Hình 2.5.
Mật độ dòng công suất (hoặc mật độ công suất), trên bề mặt của một hình cầu bán kính từ điểm P, được cho bởi
(pfd)A = 𝑝𝑡
4𝜋𝑟2𝑎 watts/m2 (2.17) Tương tự, tại bề mặt B, mật độ trên một hình cầu bán kính rb được cho bởi (pfd)B = 𝑝𝑡
4𝜋𝑟2𝑏 watts/m2 (2.18) Tỷ lệ mật độ công suất được đưa ra bởi
(pfd)A
(pfd)B =𝑟
2𝑎
𝑟2𝑏 (2.19) trong đó (pfd)B <(pfd)A. Mối quan hệ này chứng tỏ định luật bình phương nghịch đảo của bức xạ: mật độ công suất của sóng bức xạ lan truyền từ một nguồn tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách từ nguồn.
2.7.1Công suất bức xạ đẳng hướng hiệu quả
Một tham số quan trọng trong việc đánh giá liên kết RF là công suất bức xạ đẳng hướng hiệu quả, eirp. Thông số eirp, sử dụng các tham số được giới thiệu trong Hình 2.5, được định nghĩa là
eirp = ptgt
hoặc, trong db, (2.20) EIRP = PtGt
Trong đó, EIRP đóng vai trò là một tham số duy nhất chỉ số đánh giá cho phần truyền của liên kết truyền thông.