L ỜI CẢM ƠN
2.2.Quá trình phát triển thông tin vệ tin hở Việt Nam
2.2.1. Vệ tinh Vinasat-1:
Là vệ tinh viễn thông địa tĩnhđầu tiên của Việt Nam được phóng vào vũ
trụ lúc 22 giờ 16 phút ngày 18 tháng 4 năm 2008 (giờ UTC). Dự án vệ tinh Vinasat-1 đã khởi động từ năm 1998 với tổng mức đầu tư là khoảng hơn 300
triệu USD. Việt Nam đã tiến hành đàm phán với 27 quốc gia và vùng lãnh thổ
đểcó được vịtrí 132 độĐông trên quỹđạo địa tĩnh như hiện nay. Các tham số kỹ thuật chính :
Cao 4 mét, trọng lượng khô khoảng hơn 2,7 tấn.
Dung lượng 20 bộphát đáp (8 bộ băng C, 12 bộbăng Ku).
Vị trí quỹđạo: quĩ đạo địa tĩnh 132°E (cách trái đất 35768Km)
Tuổi thọ theo thiết kế: tối thiểu 15 năm và có thể kéo dài thêm một vài năm tùy
thuộc vào mức độ tiêu hao nhiên liệu.
Độổn định vị trí kinh độ và vĩ độ: +/-0,05 độ Băng tần C mở rộng (C-Extended)
Đường lên (Uplink):
Tần số phát Tx: 6.425-6.725 GHz Phân cực: Vertical, Horizontal
Đường xuống (Downlink):
Tần số thu Rx: 3.400-3.700 GHz Phân cực: Horizontal, Vertical
Mật độdung lượng bão hòa (SFD): -85 dBW/m2
Vùng phủ sóng bao gồm: Việt Nam, Lào, Campuchia và một phần Mianma.
Băng tần Ku
Số bộphát đáp: 12 bộ (36 MHz/bộ)
Đường lên (Uplink):
Tần số phát Tx: 13.750-14.500 MHz
Phân cực: Vertical
Đường xuống (Downlink):
Tần số thu Rx: 10.950-11.700 MHz
Phân cực: Horizontal
Mật độdung lượng bão hòa (SFD): -90 dBW/m2
Vùng phủ sóng bao gồm: Việt Nam, Lào, Campuchia, Thái Lan và một
phần Mianma.
Các bộphát đáp đang sử dụng:
VTC: 2 bộ + 2 bộ(có băng thông hẹp)
VSTV: 5 bộ ( trong đó có 1 bộ dành cho phát HD) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
HTVC: 2 bộ( trong đó có 1 bộ có băng thông hẹp)
Thailand: 1 bộ
Hình 2.2 Vùng phủsóng băng tần C của vệ tinh Vinasat-1
2.2.2. Vệ tinh Vinasat-2 :
VINASAT-2 là vệ tinh viễn thông địa tĩnh của Việt Nam do nhà thầu Lockheed Martin - đối tác cung cấp VINASAT-1, sản xuất trên nền tảng khung A2100.
Vệ tinh VINASAT-2 được phóng vào lúc từ 5 giờ 13 phút (giờ Hà Nội)
ngày 16 tháng 5 năm 2012 tại bãi phóng Kourou ở Guyana bằng tên lửa Ariane5 ECA.
Thông số cơ bản của Vinasat-1 Nền tảng khung: A2100
Tuổi thọ vệtinh: 15 năm
Vị trí quỹđạo: 131,8°E
Vùng phủsóng cơ bản bao gồm: Việt Nam, khu vực Đông Nam Á, một số
quốc gia lân cận.
Vệ tinh nằm trên quỹ đạo địa tĩnhở 131,8 độ Đông, với thời gian hoạt
động 15 năm, có trọng lượng xấp xỉ 3 tấn,cách 0,2 độ so với VINASAT-1.
Băng tần hoạt động: Ku
Số bộ phát đáp: 30 (36 MHz/bộ) gồm 24 bộ khai thác thương mại và 6 bộ
dự phòng.
Khả năng truyền dẫn: tương đương 13.000 kênh thoại/Internet/truyền số
liệu hoặc khoảng 150 kênh truyền hình.
Bên cạnh 02 vệ tinh trên, hiện nay nước ta còn sở hữu một số vệ tinh khác:
Vệ tinh VNREDSat-1, vệ tinh quan sát trái đất đầu tiên của Việt Nam do Quỹ dành cho các Nước Mới nổi tài trợ, đã được phóng lên quỹ đạo thành công thứ 3 ngày 7 tháng 5 năm 2013 bằng tên lửa Vega, tên lửa đẩy mới của Arianespace, từ trung tâm vũ trụ Kourou. Vệ tinh đã hoạt động sau một vài giờ được phóng lên.
Vệ tinh siêu nhỏ Pico được phóng thành công lên trạm vũ trụ ISS vào 2h48 sáng ngày 4/8 theo giờ Việt Nam từ bãi phóng Tanegashima, Nhật Bản. Vệ
tinh siêu nhỏ Pico Dragon do Trung tâm vệ tinh Quốc gia, trực thuộc Viện hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam nghiên cứu và chế tạo. Đồng hành cùng Pico Dragon trong chuyến hành trình này là 3 vệ tinh siêu nhỏ do Mỹ chế tạo và 1 robot biết nói của Nhật Bản.
2.2.3. Tầm quan trọng của Vinasat 1 và Vinasat 2
Vinasat-1 phủ sóng toàn bộ lãnh thổ Việt Nam, bên cạn đó Vinasat-1 còn phủsóng đến Nhật Bản,phía đông Trung Quốc, bán đảo Triều Tiên, Ấn Độ, các
nước Đông Nam Á, Úc, biển Đông và một phần Myanma. Vinasat-1 là một vệ
tinh viễn thông địa tĩnh có thể cung cấp dịch vụ đường truyền vệ tinh để phát triển các dịch vụ ứng dụng như dịch vụ thoại, truyền hình, thông tin di động, truyền số liệu, Internet, các dịch vụđào tạo và y tế từ xa, truyền tin cho ngư dân
trên biển, dự báo thời tiết, đảm bảo an ninh quốc phòng... Đặc biệt cung cấp
đường truyền thông tin cho các trường hợp khẩn cấp như thiên tai, bão lụt,
đường truyền cho các vùng sâu, vùng xa, hải đảo mà các phương thức truyền dẫn truyền thống khác khó vươn tới được. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Ngoài ý nghĩa kinh tế, việc Việt nam sở hửu vệ tinh Vinasat-1, Vinasat 2 còn khẳng định chủ quyền của Việt Nam trong không gian vào nâng vị thế
của Việt Nam trên trường quốc tế. Nhờ đó, Việt Nam trở thành nước thứ 93 trên thế giới và nước thứ 6 trong khu vực Đông Nam Á có vệ tinh riêng bay vào quỹ đạo.
2.3. Đặc trưng cơ bản của đường truyền thông tin vệ tinh : 2.3.1. Dải tần hoạt động có độ suy hao nhỏ nhất 2.3.1. Dải tần hoạt động có độ suy hao nhỏ nhất
Các vệ tinh này hoạt động ở băng tần C và băng tần Ku. Tín hiệu thu
được ở mặt đất từ vệ tinh bị suy hao rất lớn, bên cạnh đó do tác động của môi
trường truyền dẫn và nhiễu từ của không gian nên tín hiệu thu được thường có tạp nhiễu. Để giải quyết vấn đề này, các bộ phát đáp của vệ tinh phải đảm bảo khửđược nhiểu, tính ổn định cao, độ nhạy cũng như kích thước, khối lượng nhỏ
và sử dụng ít năng lượng.
Khi truyền sóng vô tuyến cũng như khi thu từ vệ tinh, tín hiệu phải xuyên thấu qua tầng điện li, trong khoảng dải tần này thì khoảng tần số từ 1GHz- 30GHz mà ta hay gọi là cửa số tần số sẽcó độ suy hao nhỏ nhất, do vậy băng tần
mà ta thường hay sử dụng là dải tần của băng tần C và Ku.
Băng tần C: Từ 4-8GHz thường sử dụng dải tần 5.85-5.92-7.025GHz cho tuyến phát lên, và dải tần 3.7- 4.2GHz cho tuyến phát xuống
Băng tần Ku: Từ 12.4 -18GHz thường sử dụng dải tần 12.75-13.25GHz và 14-14.5 GHz cho tuyến phát lên và dải tần 10.7-11.7GHz cho tuyến phát xuống
2.3.2. Những ưu điểm của đường truyền thông tin vệ tinh
Vì quỹ đạo vệ tinh có độ cao vượt ra khỏi hoàn toàn bề mặt trái đất nên khả năng phủ sóng sẽ lớn hơn nhiều lần so với các cột anten truyền sóng. Khi truyền thông tin bằng vệ tinh ta có thể phủ sóng một vùng rộng lớn hơn, khả năng bị các vật cản trên bề mặt được loại bỏ. Tín hiệu được truyền đi sau khi vượt qua tầng điên ly chỉ bị suy hao nhẹ tùy thuộc vào điều kiện thời tiết.
Bên cạnh đó, cùng với sự phát triển vượt bậc về công nghệ vật liệu, các thuật toán mã hóa thông tin, việc sử dụng một sốlượng lớn các bộ phát đáp nhỏ
gọn đã đưa dung lượng truyền dẫn bằng thông tin vệ tinh rất lớn trong khoảng thời gian ngắn mà ít có công nghệ truyền dẫn nào có thểso sánh được.
Việc truyền thông tin giữa vệ tinh và trạm mặt đất sẽ có xác xuất lỗi rất thấp do ảnh hưởng của tầng điện ly và nhiễu trong vùng khí quyển không đáng
kể. Do vậy độ tin cậy và xác xuất truyền thông tin bảo đảm tính chính xác.
2.4. Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống thu tín hiệu
Các hệ thống thu phát hiện đại ngày nay phải thường xuyên xử lý các tín hiệu rất yếu, tuy vậy tạp nhiễu lại xen vào các thành phần cơ bản của hệ thống
này và có xu hướng
che khuất những tín hiệu vốn dĩ rất yếu này. Độ nhạy, tỷ lệ lỗi bít, độ ồn nhiễu là các tham số cơ bản đặc trưng cho khả năng xử lý tín hiệu ở mức thấp của hệ
thống này.
Antenna là bộ phận đầu tiên tiếp nhận sóng từ vệ tinh, các anten thu này
thường có dạng hình elip lõm, đường kính tùy thuộc từng loại, anten thu băng
tần C có kích thước lớn hơn anten thu băng tần Ku
LNA : Là thành phần rất quan trọng của máy thu, LNA là một thiết bị
khuếch đại điện tử có tác dụng khuếch đại tín hiệu ( thường là rất yếu) từ vệ tinh. Thông thường thiết bị này được định vị rất gần với anten để giảm bớt sự
bốn tham số chính rất cần được quan tâm đó là: Độtăng ích, độồn nhiễu, độ phi tuyến và phối hợp trở kháng.
Downconversion: Bộđổi tần xuống có tác dụng đổi tần số rất cao của tìn hiệu thông tin vệ tinh thành trung tần có mang thông tin
IF amplifier: Khuếch đại trung tần khuếch đại tín hiệu sau khi tách ra khỏi bộ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
trộn tần và được khuếch đại cho việc xử lý các tầng tiếp theo Detector: Có tác dụng tách lấy thông tin mà ta mong muốn
Một hệ thống thu phát thông tin vệ tinh ngoài những thành phần cơ bản trên còn có rất nhiều thành phần quan trọng khác, tuy nhiên trong đề tài này tập trung nghiên cứu, thiết kế, chế tạo tuyến thu cao tần dải rộng vì vậy cần phải chế
CHƯƠNG 3 MÔ HÌNH MÁY THU VỆTINH BĂNG TẦN C VÀ
THIẾT KẾ MÔ PHỎNG DÙNG PHẦN MỀM ANSOFT
3.1. Mô hình tổng quát máy thu vệ tinh băng tần C
Tín hiệu thu được từ vệ tinh qua Anten được khuếch đại bởi bộ khuếch
đại tạp âm thấp. Tín hiệu thu được từ vệ tinh là tín hiệu siêu cao tần, có thành phần tạp nhiễu, được xử lý bằng việc kết hợp với bộ chuyển đổi tín hiệu trung tần, cho phép chuyển đổi tín hiệu siêu cao tần thành tín hiệu trung tần thông qua việc sử dụng bộ tạo sóng tại chổ có tần số lệch từ bộ tạo sóng với bộ phát đúng
với tần số trung tần.
Hình 3.1 Sơ đồ khối của hệ thống thu cơ bản
Tín hiệu siêu cao tần sau khi chuyển đổi thành tín hiệu trung tần tiếp tục
được xử lý để loại bỏ tạp nhiễu không cần thiết và được khuếch đại bởi bộ
khuếch đại trung tần (IF). Việc sử dụng các bộ phận với tạp âm thấp và duy trì mức tổn hao nhỏ nhất là yếu tố hết sức quan trọng bởi vì các tầng của bộ trộn khuếch đại tạp âm thấp là tầng quan trọng nhất khi xét tới khái niệm nhiễu.
Tiếp theo đó tín hiệu trung tần được lọc để loại bỏ sóng hài không cần thiết và được khuếch đại bởi bộ khuếch đại trung tần. Kết hợp bộ khuếch đại và lọc trung tần (IF amplifier/filter) có hệ số khuếch đại cao với một dải thông hẹp (khoảng 2fm) sẽ cho ta công suất ít nhiễu hơn nếu sử dụng một bộ khuếch đại cao tần có độ khuếch đại cao. Ưu thế của việc sử dụng một bộ khuếch đại trung tần (IF Amplifier) là có thể hạn chế tối đa ảnh hưởng độ nhiễu (Noise) 1/f. Bên cạnh đó, bộ thu có cộng hưởng nhờ thay đổi tần số bộ tạo sóng tại chỗ. Người ta coi hệ thống này là máy thu đổi tần. Công suất ra của bộ khuếch đại tần số trung tần IF đi vào bộ tách sóng (Ditector) và từđó nhận được tín hiệu cơ sở fm.
Hình 3.2 Sơ đồ khối tuyến thu siêu cao tần băng C tích hợp với máy thu giải mã tín hiệu
3.2. Chế tạo bộ khuếch đại cao tần tạp âm thấp băng tần C
Sơ đồ thiết kế bộ khuếch đại cao tần tạp âm thấp LNA băng tần C nhánh lối vào
được minh họa bằng sơ đồ hình vẽ 3.3
Phương pháp thiết kế mô phỏng khuếch đại cao tần tạp âm thấp LNA
băng tần C này sử dụng kỹ thuật phối hợp trở kháng dung dây chêm hở mạch
đầu cuối cách thành phần cần phối hợp một đoạn bằng kλ lần bước sóng, trở
Hình 3.3 Sơ đồ thiết kế mô phỏng bộ khuếch đại cao tần tạp âm thấp LNA băng
tần C nhánh lối vào.
Hình 3.5 Kết quả mô phỏng các tham số S21 dùng phần mềm Ansoft
Hình 3.6. Kết quả mô phỏng tham số S22
Nhánh lối ra có cấu trúc như hình vẽ, trong mạch này ta sử dụng phương pháp
phối hợp trở kháng dây chêm ngắn mạch đầu cuối mạch dải cách trở tải một
đoạn bằng kλ bước sóng, trong đó trở kháng chuẩn hóa là 50Ω.
hình 3.7 Sơ đồ thiết kế mô phỏng bộ khuếch đại cao tần tạp âm thấp LNA băng
Hình 3.7. Sơ đồ thiết kế nhánh lối ra
Hình 3.8 Kết quả mô phỏng tham số S11 nhánh lối ra dùng phần mềm Ansoft (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 3.9 Kết quả mô phỏng các tham số S21 nhánh lối ra dùng phần mềm Ansoft
Hình 3.10 Kết quả mô phỏng các tham số S22 nhánh lối ra dùng phần mềm Ansoft.
3.3. Nghiên cứu thiết kế bộ trộn tín hiệu siêu cao tần băng C
Bộ trộn siêu cao tần được sử dụng trong đềtài này để tạo ra tín hiệu trung tần cho máy thu vệ tinh hoặc máy thu tín hiệu thông tin vũ trụ. Bộ trộn được chế
tạo bằng công nghệ mạch dải.
Các nội dung sau đã được thực hiện đểđạt được mục tiêu của đề tài:
a. Tìm kiếm và mua sắm vật tư phù hợp để thiết kế chế tạo bộ trộn tín hiệu ở tần số 3-10 GHz
b. Thiết kế, chế tạo bộ trộn băng tần C
c. Thiết kế, chế tạo vỏ hộp cho các bộ trộn chống nhiễu cao
d. Đo kiểm tra và đánh giá chất lượng của các loại mạch trộn tần số siêu cao.
Nghiên cứu thiết kế bộ tạo dao động và bộ trộn dùng cho hệ thống kiểm soát và bám sát góc tầm
* Bộ tạo dao động VCO:
Như đã trình bày ở trên, bộ dao động nội cần đạt được khả năng chuyển tần mềm dẻo trong dải tần từ C đến Ku. Để có thể thực hiện yêu cầu này nhóm nghiên cứu đã thực hiện giải pháp chế tạo bộ VCO độ tuyến tính theo yêu cầu. Tuy nhiên, cũng như thiết kế LNA, thiết kế VCO ở tần số cao cỡ vài GHz đến vài chục GHz có rất nhiều giải pháp, nên cần chọn giải pháp nào tối ưu nhất. Trong phần này chúng tôi đã nghiên cứu mô phỏng thành công các bộ tạo dao
động băng tần C bằng 2 phương pháp:
+ Sử dụng các sơ đồ tạo dao động điển hình Colpitts
+ Sử dụng công nghệ CMOS mô phỏng kết hợp phần mềm Cadence Bộ trộn cao tần sử dụng JFET có dạng tổng quát trên hình 3.11
Hình 3.11 Sơ đồ thiết kế bộ trộn cao tần sử dụng JFET Yêu cầu thiết kế
Thiết kế mạch trộn đổi tần với 2 tín hiệu lối vào trong dải tần băng C mà
mạch tạo dao động phát ra, chênh lệch tần số trong dải băng L và băng S dùng để tích hợp với máy thu giải mã. Tín hiệu dao động ngoại sai công suất từ -5 đến 0 dBm. Lối ra là tín hiệu trung tần .
Vì tín hiệu lối ra sau khi trộn tần thường có công suất rất nhỏnên để lối ra trung tần có công suất -10 dBm thì cần lựa chọn linh kiện để trộn tần là một phần tử khuếch đại. Trong trường hợp này, chúng tôi đã chọn và sử dụng linh
kiện JFET SPF-3043). Đây là linh kiện tích cực, có hệ số khuếch đại lớn, tạp nhiễu nền nhỏ. Đưa 2 lối vào cực gate và lấy lối ra tại cực drain của linh kiện. Với FET các phương trình liên hệdùng để phân giải mạch là:
+ IG ≈ 0A (dòng điện cực cổng)
+ ID = IS (dòng điện cực máng = dòng điện cực nguồn).
Thiết kế mạch khuếch đại dùng FET cần quan tâm tới sự ổn định điểm tĩnh điều khiển và thường chọn điểm điều khiển nằm trong vùng hoạt động
tuyến tính. Trị số tốt nhất thường được chọn là: ID = 2
DS I hoặc VGS = 2 ) (off VGS . Ngoài ra, VDS cũng không được vượt quá trị số tối đa mà FET có thể chịu đựng
được. Trị số tốt nhất thường được chọn là : ID = 2