ch−ơng 2 : tính tốn tuyến thơng tin vệ tinh
2.4. Công suất tạp âm đầu vào máy thu
2.4.1. Nguồn tạp âm
Tạp âm là tín hiệu khơng nằm trong nội dung thơng tin, tác động lên tín hiệu có ích. Nó làm giảm khả năng khơi phục lại nội dung thông tin của máy thu.
Điều khiển tốc độ và cơng suất thích nghi trong thơng tin vệ tinh băng Ka
Các nguồn tạp âm bao gồm:
- Tạp âm phát ra từ các nguồn tự nhiên trong khu vực đặt anten thu. - Tạp âm tạo ra bởi các linh kiện điện tử trong thiết bị
Các tín hiệu từ các máy phát khác tác động lên máy thu cũng gây nên tạp âm. Tạp âm này đ−ợc gọi là can nhiễu.
2.4.2. Đặc tính và xác định tạp âm
Cơng suất tạp âm nằm trong độ rộng băng của tín hiệu có ích. Th−ờng đó là băng thơng của máy thu. Một kiểu tạp âm dùng rất nhiều đó là tạp âm trắng là mật độ phổ tạp âm No (W/Hz) bằng hằng số trong băng tần yêu cầu (Hình 2.10).
Công suất tạp âm t−ơng đ−ơng N (W) đo đ−ợc trong độ rộng băng BN (Hz) có giá trị : N = NoBN (W) (2.27) (W/Hz) No B Tần số (Hz) N0(f) Hình 2.10: Mật độ phổ tạp âm trắng
Nhiệt tạp âm của một nguồn tạp âm có cơng suất tạp âm N cho bởi: T = N/kB = No/k (K) (2.28) ở đây k là hằng số Boltzmann = 1,379. 10-23 = - 228,6 dB (W/HzK), T là nhiệt độ của một điện trở tạo ra giá trị công suất tạp âm nh− nguồn xem xét (hình 2.11). Cơng suất tạp âm có giá trị là cơng suất tạo ra bởi nguồn có trở kháng phù hợp với nguồn.
Nhiệt tạp âm Te của một phần tử 4 cực là nhiệt độ của một điện trở đặt tại đầu vào của phần tử giả định với tạp âm tự do, tạo ra cơng suất tạp âm có giá trị nh− nhau tại đầu ra của phần tử khi phần tử thực khơng có nguồn tạp âm ở đầu vào (hình 2.12). Te là tạp âm bên trong của phần tử bốn cực.
Điều khiển tốc độ và cơng suất thích nghi trong thơng tin vệ tinh băng Ka Nguồn tạp âm Nhiệt độ vật lý Giá trị công suất (W) N = kTB Nhiệt độ vật lý có thể khơng phải T
Hình 2.11: Nhiệt tạp âm của một nguồn tạp âm
Hệ thống thực Tạp âm hệ thống tự do Giá trị tạp âm nh− nhau N = kTeGB Khơng có tạp âm T=0 Nhiệt độ vật lý T=Te G: Hệ số khuếch đại
Công suất của hệ thống
Hình 2.12: Nhiệt tạp âm đầu vào t−ơng đ−ơng của hệ thống
Hệ số tạp âm của phần tử bốn cực là tỷ số của tổng công suất tạp âm ở đầu ra của phần tử trên thành phần của công suất này sinh ra bởi một nguồn ở đầu vào của phần tử đó với nhiệt tạp âm bằng nhiệt tạp âm chuẩn To = 290 K.
Giả thiết rằng phần tử có hệ số khuếch đại cơng suất G, độ rộng băng tần B và bị tác động bởi một nguồn nhiệt tạp âm To; công suất tổng tại đầu ra là Gk(Te+T0)B. Giá trị của công suất này ban đầu từ nguồn là GkT0B. Vậy hệ số tạp âm sẽ là:
F = {Gk(Te+T0)B} = (Te+T0)/T0 = 1+Te/T0 (2.29)
2.4.3. Nhiệt tạp âm của anten
Một anten thu tạp âm từ các vật thể bức xạ nằm trong đồ thị bức xạ của nó. Tạp âm đầu ra của anten là một hàm của tính h−ớng, đồ thị bức xạ và trạng thái của môi tr−ờng xung quanh. Anten đ−ợc coi nh− một nguồn tạp âm đặc tr−ng bởi nhiệt tạp âm và gọi là nhiệt tạp âm của anten TA (K).
Điều khiển tốc độ và cơng suất thích nghi trong thơng tin vệ tinh băng Ka
Nếu gọi Tb(θ,ϕ)là nhiệt độ chiếu sáng của một vật thể bức xạ nằm trong h−ớng (θ,ϕ) mà ở h−ớng đó hệ số tăng ích của anten có giá trị G(θ,ϕ). Nhiệt tạp âm của anten thu đ−ợc bằng việc kết hợp tất cả các vật thể bức xạ trong vùng bức xạ của anten. Nhiệt tạm âm của anten sẽ là:
∫∫ Ω
= T G d
TA (1/4π) b(θ,ϕ) (θ,ϕ) (2.30)
2.4.4. Nhiệt tạp âm của bộ suy hao
Một bộ suy hao là một phần tử bốn cực gồm những phần tử thụ động (có thể là các điện kháng) tất cả có nhiệt độ TF là nhiệt độ xung quanh. Nếu LF là suy hao gây ra bởi bộ suy hao, thì nhiệt tạp âm của bộ suy hao sẽ là:
Te = (LF - 1)TF (K) (2.31)
Nếu TF = T0 bằng cách so sánh (2.29) và (2.31) thì hệ số tạp âm của bộ suy hao bằng: FF = LF
2.4.5. Nhiệt tạp âm của một thiết bị có nhiều phần tử trong tầng
Giả sử một thiết bị bao gồm một dãy N phần tử bốn cực trong tầng, mỗi phần tử j có hệ số khuếch đại cơng suất Gj (j = 1,2,3, ... N) và nhiệt tạp âm là Tej.
Nhiệt tạp âm của thiết bị là:
Te = Te1 + Te2/G1 + Te3/G1G2 +...+ TN/G1G2 ....GN-1 (K) (2.32) Hệ số tạp âm nhận đ−ợc từ (2.29)
F = F1 + (F2 - 1)/G1 + (F3 - 1)/G1G2 + ....+ (FN - 1)/G1G2....GN-1 (2.33)
2.4.6. Nhiệt tạp âm của máy thu
Xét thiết bị thu chỉ ra trên hình 2.13 gồm một anten nối đến một máy thu qua fide. Việc đấu nối gây mất mát và ở nhiệt độ đo đ−ợc TF (gần với T0 = 90 K). Gây ra suy hao LFRX t−ơng ứng với hệ số tăng ích GFRX = 1/LFRX và nhỏ hơn 1. Nhiệt tạp âm của hệ thống sẽ đ−ợc quyết định ở hai điểm sau:
- Tại đầu ra anten, tr−ớc mất mát đấu nối, nhiệt độ T1 - Tại đầu vào máy thu, sau mất mát, nhiệt độ T2.
Nhiệt tạp âm T1 tại đầu ra anten là tổng của nhiệt tạp âm anten TA và nhiệt tạp âm của phân hệ bao gồm đấu nối và máy thu trong các tầng. Nhiệt
Điều khiển tốc độ và cơng suất thích nghi trong thơng tin vệ tinh băng Ka
tạp âm đấu nối cho bởi (2.31). Từ (2.32) nhiệt tạp âm của phân hệ là (LFRX- 1)TF + TR/GFRX.. Thêm vào anten, t−ơng tự nh− một nguồn tạp âm, điều đó có đ−ợc: TR TA TF LRX fide T2 T1 Máy thu Hình 2.13: Một hệ thống thu T1 = TA + (LFRX - 1)TF + TR/GFRX (K) (2.34) Bây giờ xem xét đầu vào máy thu, tạp âm này bị suy hao bởi một hệ số LFRX . Thay thế GFRX bằng 1/LFRX, nhiệt tạp âm đầu vào máy thu sẽ là:
T2 = T1/LFRX = TA/LFRX + TF(1- 1/LFRX) + TR (K) (2.35) Nhiệt tạp âm này đ−a ra cho việc tính tạp âm tạo ra bởi anten và sự đấu nối đồng thời với tạp âm máy thu đ−ợc gọi là nhiệt tạp âm hệ thống. Chú ý rằng việc đo l−ờng tạp âm tại điểm này chỉ phản ánh tạp âm của anten và đấu nối.