Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ Tổng quan về hệ thống thông tin vệ tinh...

Tài liệu Tổng quan về hệ thống thông tin vệ tinh

.PDF
35
85
129

Mô tả:

Website: http://www.docs.vn Email : [email protected] Tel : 0918.775.368 Ch-¬ng mét Tæng quan vÒ hÖ thèng th«ng tin vÖ tinh 1.1- lÞch sö ph¸t triÓn th«ng tin vÖ tinh Chóng ta ®ang sèng trong thêi kú qu¸ ®é tíi mét x· héi ®Þnh h-íng th«ng tin tiªn tiÕn nhê c¸c c«ng nghÖ míi trong nhiÒu lÜnh vùc kh¸c nhau. C¸c lo¹i th«ng tin truyÒn trªn sang v« tuyÕn ®ã lµ th«ng tin v« tuyÕn, ®· ®i vµo ®êi sèng hµng ngµy cña chóng ta vµ chóng ta cã thÓ c¶m nhËn cuéc sèng hiÖn t¹i cña cuéc sèng xung quanh chóng ta nhê c¸c hÖ thèng truyÒn h×nh vµ ®iÖn tho¹i quèc tÕ. Nãi chung, th«ng tin cã thÓ ®-îc ph©n ra c¸c lo¹i nh- th«ng tin dïng c¸p ®ång trôc huÆc th«ng tin dïng c¸p sîi quang vµ th«ng tin v« tuyÕn sö dông sãng v« tuyÕn ®iÖn nèi liÒn nhiÒu n¬i trªn thÕ giíi v­ît qua ‚thêi gian‛ v¯ ‚kh«ng gian‛. HiÖn nay, c¸c hÖ thèng c¸p biÓn sö dông c¸p sîi quang ®· ®-îc ®-a vµo sö dông cho th«ng tin quèc tÕ. §èi víi th«ng tin v« tuyÕn quèc tÕ, th«ng tin vÖ tinh ®· cung cÊp c¸c ®-êng th«ng tin dung l-îng lín thay thÕ cho th«ng tin sãng ng¾n tr-íc ®©y vµ ®-îc sö dông th-êng xuyªn h¬n.  Th«ng tin vÖ tinh cã nhiÒu lîi thÕ so víi c¸c ph-¬ng thøc truyÒn th«ng kh¸c ®ã lµ: - Vïng phñ sãng réng (chØ cÇn 3 vÖ tinh cã thÓ phñ sãng toµn cÇu). - ThiÕt bÞ ph¸t sãng chØ cÇn c«ng suÊt nhá. - L¾p ®Æt hÖ thèng mÆt ®Êt nhanh, di chuyÓn dÔ dµng. - Cã thÓ phôc vô nhiÒu dÞch vô kh¸c. - HÖ thèng truyÒn dÉn æn ®Þnh (kÓ c¶ b·o to, ®éng ®Êt). - ThiÕt bÞ ®Æt trªn vÖ tinh cã thÓ tËn dông n¨ng l-îng mÆt trêi ®Ó cÊp ®iÖn . - Cã thÓ tËn dông tÊt c¶ c«ng nghÖ cña kü thuËt sè.  Tuy vËy, th«ng tin vÖ tinh còng cã nh÷ng nh-îc ®iÓm: - Kinh phÝ ®Çu t- ban ®Çu lín. - C«ng nghÖ kh«ng ph¶i lóc nµo còng s¶n xuÊt ®-îc (tõ kh©u thiÕt bÞ ®Õn kh©u phãng, ®iÒu khiÓn vµ ®iÒu hµnh). - Bøc x¹ cña sãng bÞ tæn hao lín ë nh÷ng vïng cã m-a vµ m©y mï. - C-êng ®é sãng thu ë mÆt ®Êt phô thuéc nhiÒu vµo vÞ trÝ täa ®é cña vÖ tinh . Cã hai lo¹i vÖ tinh ®ang ®-îc phæ dông : VÖ ®Þa tÜnh (Geostation Satellite) vµ vÖ tinh kh«ng ®Þa tÜnh (Non- Geostation Satellite). 1 Sinh viªn NguyÔn Xu©n Hoµng Website: http://www.docs.vn Email : [email protected] Tel : 0918.775.368 1.2- c¸c lo¹i quü ®¹o cña vÖ tinh VÖ tinh khèi l-îng M Lùc hÊp dÉn = GMm/r2 Lùc ly t©m = mv2/r Tr¸i ®Êt Khèi l-îng M Kho¶ng c¸ch = r Quü ®¹o chuyÓn ®éng cña vÖ tinh H×nh 1.1. C¸c lùc quyÕt ®Þnh quü ®¹o cña vÖ tinh Quü ®¹o lµ hµnh tr×nh cña vÖ tinh ®Ó gi÷ ®-îc c©n b»ng gi÷a hai lùc ®èi nhau. Hai lùc ®ã lµ lùc hÊp dÉn cña tr¸i ®Êt vµ lùc ly t©m ®-îc h×nh thµnh do ®é cong cña hµnh tr×nh cña vÖ tinh. Quü ®¹o thuéc mét mÆt ph¼ng cã h×nh Elip, hai ®Çu cña Elip th× mét ®Çu n»m xa tr¸i ®Êt cßn ®Çu kia n»m gÇn tr¸i ®Êt. VÖ tinh sÏ di chuyÓn chem. H¬n khi kho¶ng c¸ch gi÷a nã vµ tr¸i ®Êt t¨ng lªn.  Quü ®¹o th«ng dông nhÊt hiÖn nay lµ nh÷ng quü ®¹o sau: + C¸c quü ®¹o h×nh Elip nghiªng mét gãc 640 so víi mÆt ph¼ng xÝch ®¹o. Lo¹i quü ®¹o cã tÝnh æn ®Þnh cao nhê cã ®é nghiªng mµ nã cho phÐp vÖ tinh cã thÓ phñ sãng ®-îc ë nh÷ng n¬i cã vÜ tuyÕn cao thuéc phÇn lín quü ®¹o khi vÖ tinh ®i qua ®iÓm cùc viÔn so víi tr¸i ®Êt. Trong thùc tÕ, quü ®¹o nghiªng h×nh Elip cã kh¶ n¨ng cung cÊp c¸c liªn l¹c ë c¸c vÜ tuyÕn trung b×nh khi mµ vÖ tinh gÇn tíi ®iÓm cùc viÔn so víi tr¸i ®Êt vµ c¸c gãc ngÉng gÇn b»ng 90 0, nh÷ng ®iÒu kiÖn tèt nµy kh«ng thÓ tån t¹i trong cïng mét vÜ tuyÕn ë c¸c vÖ tinh ®Þa tÜnh. Mét hÖ thèng vËn hµnh ®-îc gäi lµ ELLIPSAT bao gåm 24 vÖ tinh ë hai quü ®¹o kh¸c nhau nghiªng mét gãc 640 (2930 km / 426 km) ®-îc ®Ò xuÊt t¹i Mü (ELL-91) ®Ó ®¹t ®-îc sù phñ sãng vÜnh cöu. 2 Sinh viªn NguyÔn Xu©n Hoµng Website: http://www.docs.vn Email : [email protected] Tel : 0918.775.368 H×nh 1.2. M« t¶ quü ®¹o cña vÖ tinh MOLNYA cña LI£N X¤ + C¸c quü ®¹o nghiªng trßn, ®é cao cña vÖ tinh so víi mùc n-íc biÓn lµ kh«ng ®æi vµ xÊp xØ vµ tr¨m ngh×n km. Víi gãc nghiªng gÇn 90 0, lo¹i quü ®¹o nµy ®¶m b¶o r»ng vÖ tinh cã thÓ ®i qua c¸c vïng cña tr¸i ®Êt. §ã lµ lý do ng-êi ta sö dông lo¹i quü ®¹o nµy ®Ó quan s¸t c¸c vÖ tinh (VÝ dô vÖ tinh SPOT; ®é cao 830 km ; quü ®¹o nghiªng 98,70; chu kú 101 phót). Ng-êi ta cã thÓ thiÕt lËp c¸c qu¸ tr×nh l-u tr÷ vµ chuyÓn tiÕp th«ng tin nÕu vÖ tinh ®-îc trang bÞ c¸c ph-¬ng tiÖn l-u tr÷ th«ng tin. Mét sè vÖ tinh víi vïng phñ sãng toµn cÇu sö dông c¸c chßm sao cña sãng mang vÖ tinh ë c¸c quü ®¹o trßn, ®é cao thÊp (cì 1000 km) ®-îc ®Ò cËp gÇn ®©y (nh- IRIDIUM, GLOBAL STAR, ODYSSEY, ARIES , LEOSAT , …). + Quü ®¹o trßn víi gãc nghiªng b»ng 0, ®-îc sö dông réng r·i nhÊt cho quü ®¹o vÖ tinh thuéc c¸c tr¹m. Quü ®¹o vÖ tinh xung quanh tr¸i ®Êt víi ®é cao 35768 km vµ cïng ph-¬ng h-íng. Do ®ã vÖ tinh xuÊt hiÖ nh- mét ®iÓm cè ®Þnh trªn bÇu trêi vµ ®¶m b¶o sù ho¹t ®éng liªn tôc nh- R¬le v« tuÕn trong thêi gian thùc ®èi víi nh÷ng vïng nh×n thÊy cña vÖ tinh (43% bÒ mÆt cña tr¸i ®Êt). Sù lùa trän c¸c quü ®¹o phô thuéc vµo tÝnh chÊt cña c«ng viÖc, ®é can nhiÔu cã thÓ chÊp nhËn ®-îc vµ tÇm xa cña kh¶ n¨ng bÖ phãng.  Quü ®¹o ®-îc ®Æc tr-ng bëi c¸c yÕu tè sau: + Quy m« vµ ph¹m vi cña c¸c vïng ®-îc phñ sãng. Tr¸i ng-îc víi ®«ng ®¶o c¸c ý kiÕn, ®é cao cña vÖ tinh kh«ng ph¶i lµ nh©n tè quyÕt ®Þnh trong viÖc liªn l¹c ®èi víi diÖn tÝch phñ sãng cô thÓ. HiÖn nay vÖ tinh ®i theo quü ®¹o thÊp chØ cung cÊp mét kho¶ng kh«ng gian giíi h¹n, bao phñ t¹i mét thêi gian x¸c ®Þnh vµ cã giíi h¹n t¹i mét ®iÓm x¸c ®Þnh . NÕu ®é t¨ng Ých c¸c anten thÊp (cì vµi dB) víi ®é ®Þng h-íng kÐm th× trong tr-êng hîp nµy ph¶i ®-îc trang bÞ c¸c thiÕt bÞ b¸n vÖ tinh vµ ®iÒu nµy lµm t¨ng chi phÝ. Do ®ã c¸c vÖ tinh ®Þa tÜnh râ rµng lµ ®Æc biÖt cã Ých cho viÖc phñ sãng liªn tôc c¸c vïng co diÖn tÝch 3 Sinh viªn NguyÔn Xu©n Hoµng Website: http://www.docs.vn Email : [email protected] Tel : 0918.775.368 réng. Tuy nhiªn nã kh«ng thÓ phñ sãng ®-îc c¸c vïng cùc mµ c¸c vïng nµy chØ ®-îc phñ sãng bëi c¸c vÖ tinh cã quü ®¹o Elip nghiªng hay quü ®¹o cùc. + Gãc ngÉng cña c¸c tr¹m mÆt ®Êt : Mét vÖ tinh cã quü ®¹o Elip nghiªng hay quü ®¹o cùc xuÊt hiÖn trªn mÆt ®Êt trong mét kho¶ng thêi gian x¸c ®Þnh cho phÐp th«ng tin ®-îc thiÕt lËp t¹i c¸c vïng thµnh thÞ mµ kh«ng va ch¹m c¸c ch-íng ng¹i vËt nh- c¸c toµ nhµ lín t¹o nªn gãc ngÉng n»m trong kho¶ng tõ 00 cho ®Õn xÊp xØ 700. Víi mét vÖ tinh ®Þa tÜnh, gãc ngÉng sÏ gi¶m khi sù chªnh loch vÒ kinh tuyÕn, vÜ tuyÕn gi÷a tr¹m mÆt ®Êt vµ vÖ tinh t¨ng. + Thêi gian truyÒn dÉn vµ thêi gian trÔ : vÖ tinh ®Þa tÜnh cung cÊp mét sù chuyÓn tiÕp liªn tôc cho c¸c tr¹m trong kho¶ng tÇm nh×n nh-ng thêi gian truyÒn sãng tõ tr¹m nµy ®Õn tr¹m kh¸c bÞ trÔ 0,5s. §iÒu nµy yªu cÇu ph¶i sö dông thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn tiÕng väng trªn c¸c kªnh ®iÖn tho¹i hay c¸c giao thøc ®Æc biÖt ®Ó truyÒn sè liÖu. Thêi gian truyÒn dÉn gi÷a c¸c tr¹m sÏ gi¶m nÕu vÖ tinh di chuyÓn trong mét quü ®¹o thÊp, thêi gian truyÒn gi÷a c¸c tr¹m sÏ gi¶m xuèng gÇn b»ng thêi gian truyÒn trong tÇm nh×n tíi vÖ tinh. Nh-ng nã cã thÓ trë nªn l©u (mét vµi giê) ®èi víi c¸c tr¹m xa nÕu nh- kiÓu truyÒn l-u tr÷ chuyÓn tiÕp ®-îc sö dông. + NhiÔu : vÖ tinh ®Þa tÜnh chiÕm mét vÞ trÝ x¸c ®Þnh trªn bÇu trêi vµ viÖc trao ®æi th«ng tin víi c¸c tr¹m trªn mÆt ®Êt. §Ó chèng nhiÔu gi÷a c¸c hÖ thèng th× ng-êi ta ph¶i quy ®Þnh b¨ng tÇn vµ c¸c vÞ trÝ quü ®¹o. Kh«ng gian quü ®¹o nhá gi÷a c¸c vÖ tinh gÇn kÒ nhau t¹i cïng mét tÇn sè sÏ lµm t¨ng ®é nhiÔu vµ ®iÒu nµy sÏ c¶n trë viÖc thiÕt lËp c¸c vÖ tinh míi. C¸c hÖ thèng kh¸c nhau cã thÓ sö dông c¸c tÇn sè kh¸c nhau nh-ng ®iÒu nµy bÞ h¹n chÕ bëi sè l-îng b¨ng tÇn ®-îc chØ ®Þnh cho kh«ng gian th«ng tin v« tuyÕn bëi c¸c luËt cña th«ng tin v« tuyÕn. Trong tr-êng hîp nµy, mét b¨ng tÇn cã thÓ bÞ giíi h¹n bëi phæ tÇn cña quü ®¹o. Víi c¸c vÖ tinh ®-a vµo quü ®¹o th× c¸c th«ng sè h×nh häc cña mét hÖ thèng nµy ®èi víi hÖ thèng kh¸c bÞ biÕn ®æi theo thêi gian do ®ã rÊt khã ®ång bé ®iÒu nµy cã nghÜa lµ nhiÔu cña hÖ thèng sÏ cao. + HiÖu suÊt cña bÖ phãng : khèi l-îng cña c¸c vÖ tinh ®-îc phãng gi¶m ®i khi ®é cao t¨ng. 1.3- ph©n bæ tÇn sè trong th«ng tin vÖ tinh C¸c b¨ng tÇn sè v« tuyÕn dïng cho c¸c hÖ thèng th«ng tin vÖ tinh n«ng th«n, hiÓn nhiªn lµ ph¶i tu©n theo quy chÕ v« tuyÕn. §Æc biÖt, c¸c b»ng tÇn ®-îc ph©n ®Þnh cho c¸c dÞch vô vÖ tinh cè ®Þnh ®-îc tr×nh bµy trong b¶ng. DÞch vô a) C¸c tÇn sè tuyÕn lªn (MHz) FS FS C¸c tÇn sè tuyÕn xuèng Chó thÝch b) (MHz) 2500 – 2690 ChØ R2 2500 – 2535 ChØ R3 2500 – 2690 4 Sinh viªn NguyÔn Xu©n Hoµng Website: http://www.docs.vn Email : [email protected] Tel : 0918.775.368 BS FS FS FS FS FS FS FS FS FL BS BS FS BS FS BS FS FS FS FS,FL FL FS FS FS 2655 – 2690 3400 – 4200 4500 – 4800 ChØ R2,R3 7250 – 7750 ChØ R1 5725 – 5850 5850 – 7075 7900 – 8400 10700 – 11700 10700 – 11700 11700 – 12500 11700 – 12200 11700 – 12300 12100 – 12700 12500 – 12750 12500 – 12750 12500 – 12750 12700 – 12750 14000 – 14500 14000 – 14800 17300 – 18100 ChØ R1 ChØ R1 ChØ R3 ChØ R2 ChØ R2 ChØ R1, R3 ChØ R3 ChØ R1 ChØ R2 11700 – 21200 27000 – 27500 27500 – 31000 ChØ R2,R3 B¶ng : c¸c b¨ng tÇn dïng cho dÞch vô vÖ tinh cè ®Þnh vµ dÞch vô qu¶ng b¸ qua vÖ tinh tíi 31GHz a) FS – DÞch vô vÖ tinh cè ®Þnh BS – DÞch vô vÖ tinh qu¶ng b¸ FL – TuyÕn phi d¬ cho dÞch vô vÖ tinh qu¶ng b¸ b) Vïng 1 (R1), vïng 2 (R2), vïng 3 (R3) ®-îc x¸c ®Þnh theo h×nh (1.3) ITU ®· x¸c lËp riªng c¸c phÇn nµo ®ã cña phæ tÇn ®Ó sö dông c¸c hÖ thèng th«ng tin vÖ tinh, ®¸ng chó ý lµ c¸c b¨ng tÇn nh- 2,5 – 2,7; 3,4 – 7,1 vµ 10,7 – 14,5 GHz. Mét sè nµo ®ã trong c¸c b¨ng tÇn nµy ®-îc ph©n ®Þnh ®Ó sö dông cho c¸c dÞch vô ®Æc biÖt trong c¸c vïng ®Þa lý x¸c ®Þnh. Trong b¶ng trªn, R2 ¸m chØ vïng 2 bao gåm B¾c Mü vµ Nam Mü; R3 lµ vïng 3 gåm Ch©u óc vµ Ch©u ¸ vµ R1 lµ vïng 1 gåm Ch©u ©u, Liªn X« vµ Ch©u Phi. H×nh 1.3 m« t¶ c¸c vïng nµy trªn b¶n ®å. Trong b¶ng c¸c vïng ®-îc phÐp sö dông b¨ng tÇn ®-îc chØ thÞ bëi R1, R2 vµ R3. NÕu kh«ng cã bÊt kú chØ ®Þnh vïng nµo th× cã nghÜa lµ tÊt c¶ c¸c vïng ®Òu cã thÓ sö dông b¨ng tÇn ®ã. 5 Sinh viªn NguyÔn Xu©n Hoµng Website: http://www.docs.vn Email : [email protected] Tel : 0918.775.368 H×nh 1.3. C¸c vïng nh- ®-îc quy ®Þnh trong c¸c Quy chÕ v« tuyÕn (Radio Regulations)  B¨ng tÇn 2500 – 2690 MHz : TÊt c¶ c¸c tÇn sè trong b¨ng tÇn nµy lµ ®Ó dµnh cho c¸c n-íc vïng 2 vµ vïng 3 (kh«ng cã sù ph©n ®Þnh nµo ®èi víi b¨ng tÇn sè 2,5 – 2,7 GHz cho c¸c dÞch vô vÖ tinh cè ®Þnh trong vïng 1). T¹i b¨ng tÇn 2,5 – 2,7 GHz, suy hao khÝ quyÓn nhá h¬n bÊt kú b¨ng tÇn nµo kh¸c, song v× b-íc sãng t-¬ng ®èi dµi cho nªn kÝch th-íc cña tr¹m anten mÆt ®Êt sÏ ph¶i lín h¬n so víi viÖc sö dông c¸c b¨ng tÇn kh¸c. Ngoµi ra, v× b¨ng tÇn nµy cßn ch-a ®-îc sö dông réng r·i cho nªn rÊt Ýt nhµ s¶n xuÊt chÕ t¹o c¸c thiÕt bÞ tiªu chuÈn thuéc lÜnh vùc nµy. B¨ng tÇn nµy tá râ lîi thÕ cho nh÷ng yªu cÇu khiªm tèn ë nh÷ng ®iÓm kh«ng cã t¾c nghÏn vµ c¸c khe quü ®¹o lµ lu«n lu«n cã s½n ®Ó sö dông. Tuy nhiªn, b¨ng tÇn nµy chung phÇn víi c¸c hÖ thèng t¸n x¹ ®èi l-u vµ cÇn ph¶i phèi hîp víi chóng.  B¨ng tÇn 3400 – 7075 MHz : B¨ng tÇn nµy ®-îc sö dông nhiÒu nhÊt so víi tÊt c¶ c¸c b¨ng tÇn kh¸c. Do ®iÒu ®ã, viÖc s¾p xÕp c¸c khe quü ®¹o lµ t-¬ng ®èi khã. MÆt kh¸c v× cã s½n thÞ tr-êng réng lín cho nªn nhiÒu nhµ s¶n xuÊt chÕ t¹o thiÕt bÞ tiªu chuÈn, gi¶m ®-îc ®¸ng kÓ gi¸ thµnh do c¹nh tranh vµ ®¶m b¶o tÝnh hiÖu qu¶ kinh tÕ do quy m« lín. MÆc dï suy hao khÝ quyÓn h¬i lín h¬n so víi b¨ng 2,5 – 2,7 GHz, kinh nghiÖm lÞch sö cho thÊy r»ng cã thÓ ®¹t ®-îc dÞch vô th«ng tin chÊt l-îng cao thùc tÕ t¹i tÊt c¶ c¸c vïng trªn thÕ giíi. V× cã can nhiÔu víi c¸c hÖ thèng vi ba mÆt ®Êt sö dông b¨ng tÇn nµy, c¸c tr¹m mÆt ®Êt kh«ng ®-îc l¾p ®Æt t¹i nhiÒu vïng thµnh phè. Do vËy viÖc sö dông b¨ng tÇn nµy ®ßi hái phèi hîp chÆt chÏ víi c¸c hÖ thèng trªn mÆt ®Êt ®ang ho¹t ®éng huÆc ®ang trong dù ¸n.  B¨ng tÇn 10,700 – 14,500 GHz : 6 Sinh viªn NguyÔn Xu©n Hoµng Website: http://www.docs.vn Email : [email protected] Tel : 0918.775.368 B¨ng tÇn nµy võa cã lîi thÕ võa cã bÊt lîi so víi b¨ng tÇn 3,4 – 7,1 GHz vèn ®-îc sö dông rÊt réng r·i. N¬i nµo cã b¨ng tÇn nµy nãi chung kh«ng ®-îc sö dông cho c¸c tuyÕn vi ba mÆt ®Êt th× cã thÓ cho c¸c tr¹m mÆt ®Êt ho¹t ®éng t¹i c¸c trung t©m thµnh thÞ. C¸c anten t¹i b¨ng tÇn nµy rÊt nhá so víi c¸c b¨ng tÇn kh¸c, do vËy chóng cã thÓ ®-îc l¾p ®Æt t¹i c¸c m¸i nhµ cña c¸c toµ cao èc. N¬i nµo thùc tÕ kh«ng cã c¸c sãng mang chung trong b¨ng nµy th× c¸c vÖ tinh cã thÓ sö dông c¸c c«ng suÊt cao h¬n v× kh«ng cã c¸c vÊn ®Ò can nhiÔu víi c¸c hÖ thèng trªn mÆt ®Êt. §iÒu bÊt lîi chÝnh cña b¨ng tÇn nµy lµ c¸c ®Æc tÝnh suy hao cña nã gia t¨ng m¹nh trong miÒn khÝ hËu cã nhiÒu s-¬ng mï, cã m-a huÆc cã m©y. 1.4- cÊu tróc tæng qu¸t mét hÖ thèng th«ng tin vÖ tinh Mét hÖ thèng th«ng tin vÖ tinh bao gåm hai phÇn : PhÇn mÆt ®Êt vµ PhÇn kh«ng gian. ®O¹N KH¤NG GIAN VÖ TINH TUYÕN L£N TUYÕN XUèNG TR¹M §IÒU KHIÓN THIÕT BÞ PH¸T THIÕT BÞ THU §O¹N MÆT §ÊT 7 Sinh viªn NguyÔn Xu©n Hoµng Website: http://www.docs.vn Email : [email protected] Tel : 0918.775.368 H×nh 1.4. C¸c thµnh phÇn cña mét hÖ thèng th«ng tin vÖ tinh 1.4.1. PhÇn kh«ng gian. PhÇn kh«ng gian bao gåm vÖ tinh vµ c¸c trang thiÕt bÞ mÆt ®Êt ®Ó ®iÒu khiÓn vµ kiÓm tra theo dâi vÖ tinh nh- sau: HÖ thèng b¸m s¸t, ®o ®¹c vµ ®iÒu khiÓn thùc hiÖn (TT & C) vµ trung t©m ®iÒu khiÓn vÖ tinh, n¬i mµ mäi ho¹t ®éng cña vÖ tinh ®-îc kiÓm tra vµ theo dâi chÆt chÏ. C¸c sãng v« tuyÕn truyÒn tõ c¸c tr¹m mÆt ®Êt lªn vÖ tinh ®-îc gäi lµ ®-êng lªn (uplink). VÖ tinh, ®Õn l-ît truyÒn c¸c sãng v« tuyÕn tíi c¸c tr¹m thu t¹i mÆt ®Êt - ®-êng xuèng (downlink). ChÊt l-îng cña mét liªn l¹c v« tuyÕn ®-îc x¸c ®Þnh bëi tû sè sãng mang trªn t¹p ©m (C/N). VÖ tinh h×nh thµnh mét ®iÓm trung chuyÓn tr¹ng th¸i do c¸c nhãm liªn l¹c song song. Khi ®ã nã ®-îc xem nh- lµ ®iÓm nót cña m¹ng, truy nhËp víi vÖ tinh vµ tíi bé ph¸t ®¸p vÖ tinh bëi mét vµi sãng m¹ng cã nghÜa lµ sö dông c¸c kü thuËt ®Æc biÖt, ®-îc gäi lµ c¸c kü thuËt ®a truy nhËp. VÖ tinh bao gåm phÇn träng t¶i (payload) vµ phÇn nÒn (platfom). PhÇn payload bao gåm c¸c anten thu vµ tÊt c¶ c¸c thiÕt bÞ ®iÖn tö phôc vô cho viÖc truyÒn dÉn c¸c sãng mang. PhÇn flatfom bao gåm c¸c hÖ thèng phô phôc vô cho phÇn payload ho¹t ®éng. Chóng bao gåm: + CÊu tróc. + Nguån cung cÊp ®iÖn. + §iÒu khiÓn nhiÖt ®é. + §iÒu khiÓn h-íng vµ qòy ®¹o. + ThiÕt bÞ ®Èy. + ThiÕt bÞ b¸m, ®o ®¹c vµ ®iÒu khiÓn thùc hiÖn.  VÖ tinh cã hai vai trß sau: + KhuÕch ®¹i c¸c sãng mang thu ®-îc tõ tuyÕn lªn sö dông cho viÖc truyÒn dÉn l¹i trªn tÇng xuèng. N¨ng l-îng sãng mang t¹i ®Çu vµo cña m¸y thu vÖ tinh yªu cÇu tõ 100pW ®Õn 1nW, cßn n¨ng l-îng t¹i ®Çu ra cña bé khuyÕch ®¹i c«ng suÊt ph¸t cho tuyÕn xuèng yªu cÇu tõ 10 – 100W. Do ®ã ®é lîi c«ng suÊt cã yªu cÇu tõ 100 – 130dB. + Thay ®æi tÇn sè sãng m¹ng nh»m tr¸nh hiÖn t-îng mét phÇn c«ng suÊt ph¸t ®i quay trë vÒ ®Çu thu, kh¶ n¨ng lo¹i bá cña ®Çu vµo c¸c bé läc tÇn sè tuyÕn xuèng kÕt hîp víi ®é t¨ng Ých anten thÊp gi÷a ®Çu ra phÇn ph¸t vµ ®Çu vµo phÇn thu ®Ó ®¶m b¶o c«ng suÊt cì 150dB. §Ó hoµn thµnh chøc n¨ng cña m×nh th× vÖ tinh cã thÓ ho¹t ®éng nh- mét R¬le ®¬n gi¶n. Sù thay ®æi tÇn sè th«ng qua mét bé biÕn ®æi tÇn sè. §iÒu nµy thÊy râ trong c¸c vÖ tinh th-¬ng m¹i ®-îc vËn hµnh hiÖn nay. Ng-êi ta gäi chóng l¯ c¸c vÖ tinh ‚quy ­íc‛ hay ‚trong suèt‛. Tuy nhiªn, mét thÕ hÖ vÖ tinh míi (b¾t ®Çu tõ ACTS vµ ITALSAT) ®ang næi lªn, chóng ®-îc gäi lµ c¸c vÖ tinh t¸i sinh vµ ®-îc tr¹ng bÞ c¸c bé gi¶i ®iÒu chÕ, c¸c tÝn hiÖu b¨ng c¬ b¶n 8 Sinh viªn NguyÔn Xu©n Hoµng Website: http://www.docs.vn Email : [email protected] Tel : 0918.775.368 ®-îc ®Æt s½n trªn vÖ tinh. Sù thay ®æi tÇn sè ®¹t ®-îc bëi viÖc ®iÒu chÕ mét sãng m¹ng míi cho tÇng xuèng. ViÖc vËn hµnh cÆp ®iÒu chÕ vµ d¶i ®iÒu chÕ cã thÓ ®-îc ®i kÌm theo víi viÖc xö lý b¨ng c¬ b¶n ë c¸c møc ®é phøc t¹p kh¸c nhau. §Ó ®¶m b¶o tÝnh s½n sµng cung cÊp c¸c dÞch vô, mét hÖ thèng vÖ tinh ph¶i bao gåm mét sè vÖ tinh ®Ó dù tr÷, ®Ó thay thÕ cho mét vÖ tinh nµo ®ã bÞ háng hay ®· hÕt h¹n sö dông trong tr-êng hîp nµy chóng ta cÇn ph©n biÖt tuæi thä vµ ®é tin cËy cña mét vÖ tinh. §é tin cËy cña mét vÖ tinh ®-îc ®¸nh gi¸ dùa trªn c¸c yÕu tè: kh¶ n¨ng dÉn ®Õn hang hãc, ®é tin cËy thiÕt bÞ cña vÖ tinh vµ c¸c ph-¬ng ¸n dù phßng. Tuæi thä cña vÖ tinh phô thuéc vµo kh¶ n¨ng duy tr× vÖ tinh trªn c¸c tr¹m trong tr¹ng th¸i tèi thiÓu. 1.4.2. PhÇn mÆt ®Êt. PhÇn mÆt ®Êt bao gåm tÊt c¶ c¸c tr¹m ë mÆt ®Êt, chóng th-êng ®-îc nèi tíi thiÕt bÞ cña ng-êi sö dông th«ng qua m¹ng mÆt ®Êt. Trong tr-êng hîp c¸c tr¹m nhá nh- VSAT, chóng ®-îc nèi trùc tiÕp tíi c¸c thiÕt bÞ cña ng-êi sö dông. C¸c tr¹m lín hay nhá tuú thuéc vµo khèi l-îng th«ng tin vµ lo¹i h×nh th«ng tin ®-îc truyÒn (tho¹i, h×nh ¶nh hay d÷ liÖu), tr¹m lín nhÊt ®-îc trang bÞ anten cã ®-êng kÝnh 30m (chuÈn A cña m¹ng ITALSAT) tr¹m nhá nhÊt ®-îc trang bÞ anten cã ®-êng kÝnh 0,6m (c¸c tr¹m thu trùc tiÕp tÝn hiÖu h×nh ¶nh). C¸c tr¹m cè ®Þnh, vËn chuyÓn ®-îc vµ di ®éng còng cã thÓ cã c¸c lo¹i kh¸c nhau. Mét sè tr¹m chØ thu tÝn hiÖu nh-ng còng cã tr¹m võa thu võa ph¸t tÝn hiÖu. Trôc anten Gãc ngÉng B §-êng ch©n trêi Bé ph©n tuyÕn DÉn ®-êng Gi¸m s¸t vµ ®iÒu khiÓn KhuÕch ®¹i c«ng suÊt RF §iÒu chÕ IF KhuÕch ®¹i t¹p ©m thÊp Gi¶i ®iÒu chÕ IF C¸c tÝn hiÖu b¨ng c¬ së (Tõ ng-êi sö dông ) C¸c tÝn hiÖu b¨ng c¬ së (§Õn ng-êi sö dông ) H×nh 1.5. M« t¶ cÊu tróc tæng qu¸t cña mét tr¹m mÆt ®Êt. 9 Sinh viªn NguyÔn Xu©n Hoµng Website: http://www.docs.vn Email : [email protected] Tel : 0918.775.368 Ch-¬ng 2 Ph©n tÝch tuyÕn liªn l¹c trong th«ng tin vÖ tinh 2.1- c¸c th«ng sè ®Æc tr-ng cña mét anten 2.1.1. §é t¨ng Ých cña anten §é t¨ng Ých cña anten lµ tØ sè gi÷a n¨ng l-îng bøc x¹ (hÊp thô) trªn mét ®¬n vÞ gãc ®Çy cña mét anten t¹i h-íng x¸c ®Þnh vµ n¨ng l-îng bøc x¹ (hÊp thô) trªn mét ®¬n vÞ gãc ®Çy cña mét anten ®¼ng h-íng. Hai anten nµy ®-îc cung cÊp cïng mét møc c«ng su©t. §é t¨ng Ých ®¹t gi¸ trÞ lín nhÊt t¹i h-íng bøc x¹ cùc ®¹i vµ ®-îc x¸c ®Þnh bëi c«ng thøc : Gmax = (4 / 2)Aeff Trong ®ã :  = c/f C lµ tèc ®é ¸nh s¸ng: C = 3.108 m/s f lµ tÇn sè sãng ®iÖn tr-êng. Aeff lµ diÖn tÝch hiÖu dông cña anten, ®èi víi anten cã khe hë trßn hay ®-êng kÝnh ph¶n x¹ lµ D th× diÖn tÝch h×nh häc cña A cã gi¸ trÞ lµ : A = .D2/ 4 vµ gi¸ trÞ hiÖu dông cña anten lµ : Aeff = .A víi  lµ hiÖu suet cña anten. Do ®ã : Gmax = .(.D/)2 = .(.D.f/c)2 (2.1) NÕu biÓu diÔn d-íi d¹ng dB th× ®é t¨ng Ých cña anten trong thùc tÕ lµ : Gmax.dB = 10.log.(.D/)2 = 10 log.(.D.f/c)2 HiÖu suÊt  lµ tÝch c¸c hiÖu suÊt thµnh phÇn, bao gåm hiÖu suÊt chiÕu s¸ng, suy hao do trµn, sù suy bÒ mÆt, nh÷ng suy hao do ®iÖn trë hay ghÐp kh«ng ®èi xøng ..v..v..  = i .s .f .z …. (2.2) HiÖu suÊt chiÕu s¸ng i ®-îc x¸c ®Þnh theo luËt chiÕu s¸ng cña vËt ph¶n x¹ trong m«i tr-êng chiÕu s¸ng ®ång nhÊt. Sù chiÕu s¸ng ®ång nhÊt (i = 1) t¹o ra møc cao cña c¸c cùc ®¹i thø cÊp. CÇn ph¶i cã ®iÒu kiÖn víi sù suy gi¶m chiÕu s¸ng t¹i c¸c ®-êng biÖn cña vËt ph¶n x¹. HiÖu suÊt trµn s ®-îc ®Þnh nghÜa lµ tû sè gi÷a c«ng suÊt cña nguån chÝnh bÞ ch¾n bëi vËt ph¶n x¹ so víi toµn bé c«ng suÊt cña nguån chÝnh. Gãc nh×n 10 Sinh viªn NguyÔn Xu©n Hoµng Website: http://www.docs.vn Email : [email protected] Tel : 0918.775.368 vËt ph¶n x¹ tõ nguån chÝnh cµng lín th× hiÖu suÊt trµn cµng lín. Tuy nhiªn, ®èi víi nguån bøc x¹ cô thÓ, møc chiÕu s¸ng t¹i c¸c ®-êng biªn sÏ nhá ®i khi c¸c gi¸ trÞ cña gãc nh×n lín vµ hiÖu suÊt chiÕu s¸ng sÏ gi¶m xuèng. HiÖu suÊt kÕt thóc bÒ mÆt f cã tÝnh ®Õn t¸c ®éng cña sù suy yÕu bÒ mÆt lªn ®é t¨ng Ých cña anten. MÆt nghiªng cña ®-êng Parabol trong thùc tÕ kh¸c víi lý thuyÕt. Gia sè vÒ ®é t¨ng Ých cña anten ®-îc tÝnh theo c«ng thøc sau : G = exp [-B(4/)2] Trong ®ã: +  lµ sai sè do s¶n xuÊt. + B lµ hÖ sè, hÖ sè nµy t¨ng khi b¸n kÝnh cong cña mÆt lâm gi¶m (B  1). Trong thùc tÕ, B cì 0,7 vµ  cì /16. §iÒu nµy lµm cho hiÖu suÊt kÕt thóc bÒ mÆt ®¹t kho¶ng 90%. Nh÷ng suy hao kh¸c, bao gåm suy hao nhiÖt vµ suy hao do trë kh¸ng cña ghÐp kh«ng ®èi xøng z th× Ýt quan träng h¬n. Tæng qu¸t, hiÖu suÊt tæng thÓ  cña anten lµ tÝch cña c¸c hiÖu suÊt biÕn ®æi, th«ng th-êng n»m trong kho¶ng (55  75)%. 2.1.2. §å thÞ ph-¬ng h-íng bøc x¹ §å thÞ ph-¬ng h-íng bøc x¹ cña anten cho biÕt sù biÕn ®æi ®é t¨ng Ých cña anten theo h-íng. §èi víi mét anten cã gãc më trßn hay vËt ph¶n x¹ th× ®å thÞ nµy cã d¹ng ®èi xøng trßn xoay vµ cã thÓ biÓu thÞ chóng trong mÆt ph¼ng ë d¹ng to¹ ®é cùc hay to¹ ®é Decac. C¸c cùc ®¹i phô vµ cùc ®¹i chÝnh bao gåm h-íng bøc x¹ cùc ®¹i cã thÓ ®-îc x¸c ®Þnh . (a): Trong to¹ ®é cùc ; (b): Trong to¹ ®é vu«ng gãc Decac. H×nh 2.1. §å thÞ ph-¬ng h-íng bøc x¹ cña anten 2.1.3. §é r«ng cña bóp sãng. §©y lµ gãc ®-îc x¸c ®Þnh bëi c¸c h-íng trong ®å thÞ ph-¬ng h-íng cô thÓ biÓu diÔn gi¸ trÞ lín nhÊt ®é t¨ng Ých cña anten. §é réng 3dB ®-îc x¸c ®Þnh trªn h×nh b»ng gãc 3dB vµ rÊt hay ®-îc sö dông. §é réng 3dB t-¬ng øng víi gãc gi÷a hai h-íng mµ t¹i ®ã gi¸ trÞ lín nhÊt cña ®é t¨ng Ých gi¶m xuèng mét nöa. §é réng 3dB phô thuéc vµo tû sè /D bëi hÖ sè mµ gi¸ trÞ cña nã phô 11 Sinh viªn NguyÔn Xu©n Hoµng Website: http://www.docs.vn Email : [email protected] Tel : 0918.775.368 thuéc vµo luËt chiÕu s¸ng ®-îc chän. §èi víi luËt chiÕu s¸ng ®ång nhÊt, hÖ sè nµy ®¹t gi¸ trÞ 58,50. §èi víi luËt chiÕu s¸ng kh«ng ®ång nhÊt, g©y sù suy gi¶m l¹i c¸c ®-êng biªn cña vËt ph¶n x¹, ®é réng 3dB t¨ng vµ gi¸ trÞ cña hÖ sè phô thuéc vµo c¸c tÝnh chÊt ®Æc biÖt cña luËt. Gi¸ trÞ mµ hiÖn nay sö dông lµ 700 , do ®ã ta cã c«ng thøc sau : 3dB = 70(/D) = 70(c/f.D) (®é) (2.3) T¹i h-íng , ®èi víi tÇm nh×n th¼ng, gi¸ trÞ ®é t¨ng Ých ®-îc x¸c ®Þnh bëi biÓu thøc : G()dB = GmaxdB – 12.( /3dB)2 (dB) (2.4) C«ng thøc nµy chØ ®óng khi c¸c gãc ®ñ nhá (n»m trong kho¶ng tõ 0 tíi 3dB/2) KÕt hîp c«ng thøc (2.2) vµ c«ng thøc (2.3) sÏ cho ta gi¸ trÞ lín nhÊt cña ®é t¨ng Ých lµ hµm cña ®é réng 3dB vµ quan hÖ nµy kh«ng phô thuéc vµo tÇn sè. .D.f 2 70 .  2 Gmax = . = . (2.5) c 3dB NÕu gi¸ trÞ  = 0.6 th× Gmax = 29000 / (3dB)2 (2.6) Trong ®ã : 3dB ®-îc tÝnh b»ng ®é. Gmax = 44,6 – 20Log3dB 170 = 3dB (Gmax.dB / 20) 10 2.1.4. Sù ph©n cùc cña sãng. Sãng ®iÖn tõ ®-îc bøc x¹ bëi anten bao gåm mét thµnh phÇn ®iÖn tr-êng vµ mét thµnh phÇn tõ tr-êng. Hai thµnh phÇn nµy trùc giao vµ vu«ng gãc víi h-íng truyÒn sãng, chóng biÕn ®æi theo tÇn sè cña sãng. Theo quy -íc sù ph©n cùc cña sãng ®-îc x¸c ®Þnh bëi h-íng cña ®iÖn tr-êng. Nãi chung h-íng cña ®iÖn tr-êng kh«ng cè ®Þnh vµ biªn ®é cña nã kh«ng ph¶i lµ h»ng sè. H×nh 2.2. M« t¶ sù ph©n cùc cña sãng ®iÖn tõ trong kh«ng gian 12 Sinh viªn NguyÔn Xu©n Hoµng Website: http://www.docs.vn Email : [email protected] Tel : 0918.775.368 Trong mét chu kú h×nh chiÕu cña mét mòi vÐc t¬ ®¹i diÖn cho ®iÖn tr-êng trªn mÆt ph¼ng vu«ng gãc víi h-íng truyÒn sãng vµ trong tr-êng hîp tæng qu¸t cã d¹ng h×nh elip.  C¸c tÝnh chÊt cña sù ph©n cùc thÓ hiÖn qua c¸c th«ng sè sau : + H-íng quay (®èi víi h-íng truyÒn dÉn) tay ph¶i (theo h-íng kim ®ång hå) huÆc tay tr¸i (ng-îc chiÒu kim ®ång hå), (cßn gäi lµ chiÒu quay cña vÐc t¬ E) + Tû lÖ trôc (AR – Axial Ratio) AR = Emax / Emin ; ®ã lµ tû lÖ cña trôc lín trªn trôc nhá cña h×nh elip. Khi Elip cã tû lÖ trôc lµ 1 (= 0dB), ®ã lµ ph©n cùc trßn. Khi Elip gi¶m xuèng chØ cßn mét trôc (Tû sè trôc kh«ng x¸c ®Þnh, ®iÖn tr-êng lµ mét h-íng kh«ng x¸c ®Þnh) ®ã lµ ph©n cùc th¼ng. + §é nghiªng  cña Elip Hai sãng ®-îc gäi lµ ph©n cùc trùc giao nhau nÕu nh- c¸c Elip biÓu thÞ ®iÖn tr-êng ®ã gièng hÖt nhau nh-ng ë c¸c ph-¬ng ®èi nhau. Cã thÓ cã c¸c tr-êng hîp riªng sau : - Hai ph©n cùc trßn trùc giao ®-îc gäi lµ ph©n cùc trßn theo h-íng quay tay ph¶i vµ tay tr¸i (h-íng quay ®èi víi ng-êi quan s¸t ®ang nh×n theo h-íng truyÒn). - Hai ph©n cùc th¼ng trùc giao ®-îc gäi lµ ph©n cùc theo ph-¬ng däc vµ ph-¬ng ngang. Mét anten ®-îc thiÕt kÕ ®Ó ph¸t hay thu mét sãng ph©n cùc cô thÓ vµ còng cã thÓ kh«ng ph¸t mµ còng kh«ng thu c¸c ®iÓm ph©n cùc trùc giao víi chóng. TÝnh chÊt nµy cho phÐp hai liªn l¹c song song ®-îc thiÕt lËp t¹i cïng mét tÇn sè gi÷a hai ®Þa ®iÓm gièng hÖt nhau. Tuy nhiªn cÇn tÝnh ®Õn sù kh«ng hoµn h¶o cña c¸c anten vµ sù thay ®æi cùc cña sãng khi qua m«i tr-êng truyÒn dÉn. Còng cã thÓ g©y ra nhiÔu lÉn nhau gi÷a hai ®-êng kiªn l¹c. MÆt ph¼ng ®øng a ac bx T¹i anten ph¸t T¹i anten thu ax b bc MÆt ph¼ng ngang H×nh 2.2. M« t¶ biªn ®é cña c-êng ®é ®iÖn tr-êng ph¸t vµ thu trong tr-êng hîp ph©n cùc tuyÕn tÝnh trùc giao Theo h×nh vÏ, gi¶ thiÕt r»ng a vµ b lµ c¸c biªn ®é (®-îc xem lµ b»ng nhau), ®iÖn tr-êng cña hai sãng ®-îc truyÒn song song víi ph©n cùc th¼ng a c vµ bc lµ c¸c biªn ®é ®-îc thu cïng víi mét ph©n cùc ax ®-îc thu víi ph©n cùc trùc giao. Cã thÓ x¸c ®Þnh ®-îc : 13 Sinh viªn NguyÔn Xu©n Hoµng Website: http://www.docs.vn Email : [email protected] Tel : 0918.775.368 - Sù c¸ch ly ph©n cùc chÐo : XPI = ac / bx huÆc bc / ax ; do ®ã : XPI(dB) = 20log(ac / bx) hay 20log(bc / ax) - Sù ph©n biÖt ph©n cùc chÐo (khi mét ph©n cùc ®¬n ®-îc truyÒn) : XPD(dB) = 20log(ac / ax) Trong thùc tÕ XPI vµ XPD cã thÓ so s¸nh ®-îc vµ th-êng hay bÞ nhÇm lÉn vÒ mÆt c¸ch ly. §èi víi ph©n cùc gÇn trßn, c¸c tÝnh chÊt ®-îc x¸c ®Þnh th«ng qua gi¸ trÞ tû lÖ trôc, sù ph©n biÖt ph©n cùc chÐo ®-îc ®Þnh nghÜa lµ : XPD(dB) = 20log[(AR+1)/(AR-1)] Tr¸i l¹i, tû lÖ trôc AR ®-îc biÓu diÔn theo hµm XPD qua c«ng thøc : AR = (10XPD/20 + 1)/( 10XPD/20 - 1) Bëi vËy, anten ®-îc ®Æc tr-ng bëi mét ph©n cùc ®· cho bëi mét ®å thÞ ph-¬ng h-íng bøc x¹ cña ph©n cùc danh nghÜa vµ mét ®å thÞ bøc x¹ cña ph©n cùc trùc giao. Sù ph©n cùc chÐo th«ng th-êng cã gi¸ trÞ lín nhÊt trªn trôc anten vµ suy biÕn ®èi víi c¸c h-íng kh¸c. 2.2- c«ng suÊt bøc x¹ (ph¸t). 2.2.1. C«ng suÊt bøc x¹ ®¼ng h-íng t-¬ng ®-¬ng (EIRP). C«ng suÊt ®-îc bøc x¹ trªn mét ®¬n vÞ gãc ®Æc bëi mét anten ®¼ng h-íng ®-îc cung cÊp tõ mét nguån c«ng suÊt tÇn sè v« tuyÕn PT ®-îc x¸c ®Þnh bëi biÓu thøc : PT / 4 (W / Steradian) T¹i mét h-íng, víi gi¸ trÞ ®é t¨ng Ých cña truyÒn dÉn lµ GT bøc x¹ c«ng suÊt cña bÊt kú anten nµo trªn mét ®¬n vÞ gãc ®Çy t-¬ng ®-¬ng víi : GT.PT / 4 (W / Steradian) TÝch (GT.PT) ®-îc gäi lµ c«ng suÊt bøc x¹ ®¼ng h-íng t-¬ng ®-¬ng víi kÝ hiÖu lµ EIRP, ®¬n vÞ lµ W. 2.2.2. MËt ®é th«ng l-îng c«ng suÊt. BÒ mÆt cña ®iÖn tÝch hiÖu dông A n»m c¸ch anten ph¸t mét kho¶ng R tr-¬ng cung mét gãc ®Çy A/R2 ®èi víi anten ph¸t, nã nhËn c«ng suÊt PR b»ng víi gi¸ trÞ : PR = (GT.PT/4R2)/(A/R2) = .A (W) §¹i l-îng  = GT.PT/4R2 ®-îc gäi lµ mËt ®é th«ng l-îng, ®¬n vÞ cña nã lµ W/m2. 2.3- c«ng suÊt tÝn hiÖu thu. 2.3.1.C«ng suÊt nhËn ®-îc bëi anten thu. 14 Sinh viªn NguyÔn Xu©n Hoµng Website: http://www.docs.vn Email : [email protected] Tel : 0918.775.368 H×nh 2.3. C«ng suÊt thu ®-îc tõ anten thu. Mét anten thu cã diÖn tÝch hiÖu dông AReff c¸ch anten ph¸t mét kho¶ng c¸ch R, thu ®-îc c«ng suÊt lµ : PR = . AReff = GT.PT/4R2. AReff (W) DiÖn tÝch t-¬ng ®-¬ng cña mét anten ®-îc biÓu diÔn víi ®é t¨ng Ých G R cña anten thu th«ng qua biÓu thøc : AReff = GT.PT / (4/2) Do ®ã c«ng suÊt thu ®-îc lµ : PR = (GT.PT/4R2)( 2/4).GR = (GT.PT)( /4R)2.GR = (GT.PT)(1/LES).GR (2.7) Trong ®ã LES = (4R/)2 ®-îc gäi lµ suy hao kh«ng gian tù do vµ biÓu thÞ cho tû sè c«ng suÊt thu vµ ph¸t trong mét liªn l¹c gi÷a hai anten ®¼ng h-íng. 2.3.2.Tr-êng hîp thùc tÕ. Trong tr-êng hîp thùc tÕ, cÇn ph¶i tÝnh ®Õn nh÷ng suy hao kh¸c nh- : - Suy hao do sù suy gi¶m cña c¸c sãng khi truyÒn trong kh«ng gian. - Suy hao t¹i b¶n th©n thiÕt bÞ thu vµ ph¸t. - Suy hao do sù kh«ng th¼ng hµng cña anten. - Suy hao do sù ph©n cùc ghÐp kh«ng ®èi xøng. a. Sù suy gi¶m trong kh«ng khÝ. Sù suy gi¶m cña c¸c sãng trong khÝ quyÓn ®-îc x¸c ®Þnh bëi L A (A:Atmotphere), lµ sù xuÊt hiÖn c¸c thµnh phÇn thÓ khÝ trong tÇng ®èi l-u (n-íc, m©y, m-a, tuyÕt, . . .) vµ tÇng i«n. Bëi vËy t¸c ®éng tæng thÓ lªn c«ng suÊt tÝn hiÖu thu trong thùc tÕ lµm thay ®æi LES trong c«ng thøc (2.7) thµnh L ®-îc gäi lµ suy hao tuyÕn. Trong ®ã : L = LES.LA b. Sù suy hao t¹i thiÕt bÞ thu vµ ph¸t. 15 Sinh viªn NguyÔn Xu©n Hoµng Website: http://www.docs.vn Email : [email protected] Tel : 0918.775.368 - - H×nh 2.4. Suy hao trªn thiÕt bÞ ®Çu cuèi. Suy hao LFTX gi÷a m¸y ph¸t vµ anten : ®Ó cÊp cho anten mét c«ng suÊt PT cÇn cÊp mét c«ng suÊt PTX t¹i ®Çu ra m¸y khuÕch ®¹i ph¸t lµ : PTX = PT.LFTX (W) C«ng suÊt cña bé khuÕch ®¹i ph¸t cã thÓ biÓu thÞ d-íi d¹ng hµm cña th«ng sè EIRP, do ®ã c«ng suÊt bøc x¹ ®¼ng h-íng hiÖu dông EIRP cã thÓ viÕt : EIRP = PT.GT = (PT.GT)/LFTX (W) Suy hao gi÷a anten vµ m¸y thu : C«ng suÊt tÝn hiÖu PRX t¹i ®Çu vµo cña m¸y thu ®-îc x¸c ®Þnh bëi biÓu thøc : PRX = PR/LFRX c. Suy hao do sù kh«ng th¼ng hµng cña anten. H×nh 2.5. M« t¶ h×nh häc biÓu thÞ sù kh«ng th¼ng hµng gi÷a hai anten thu vµ ph¸t. LT lµ suy hao do sù kh«ng th¼ng hµng trªn tuyÕn ph¸t cßn L R lµ suy hao do sù kh«ng th¼ng trªn tuyÕn thu. Nh÷ng suy hao nµy lµ hµm cña c¸c gãc kh«ng th¼ng hµng trªn tuyÕn ph¸t (T) vµ trªn tuyÕn thu (R) ®-îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc : 16 Sinh viªn NguyÔn Xu©n Hoµng Website: http://www.docs.vn Email : [email protected] Tel : 0918.775.368 G()dB = GMax.dB – 12.( /3dB)2 Gi¸ trÞ cña chóng tÝnh theo dB ®-îc x¸c ®Þnh bëi : LT = 12. ( T/3dB)2 (dB) 2 LR = 12. ( R/3dB) (dB) d. Suy hao do ghÐp kh«ng ®èi xøng ph©n cùc. CÇn ph¶i tÝnh ®Õn suy hao do sù ghÐp kh«ng ®èi xøng L POL cña ph©n cùc khi anten thu kh«ng ®-îc ®Þnh h-íng t-¬ng ®-¬ng víi sù ph©n cùc cña sãng ®-îc thu. Trong mét liªn l¹c víi ph©n cùc trßn, sãng ®-îc ph¸t bÞ ph©n cùc trßn trªn trôc cña anten vµ trë thµnh Elip khi rêi trôc anten. ViÖc truyÒn qua tÇng khÝ quyÓn cã thÓ lµm thay ®æi ph©n cùc trßn thµnh ph©n cùc Elip. Trong liªn l¹c ph©n cùc ®-êng th¼ng, sãng cã thÓ bÞ quay trong mÆt ph¼ng ph©n cùc cña nã khi nã truyÒn qua tÇng khÝ quyÓn. Cuèi cïng, anten thu cã thÓ kh«ng cã mÆt ph¼ng ph©n cùc t-¬ng øng víi mÆt ph¼ng ph©n cùc cña sãng tíi. NÕu  lµ gãc gi÷a hai mÆt ph¼ng, suy hao do sù ghÐp kh«ng ®èi xøng cña ph©n cùc ®ã cã gi¸ trÞ LPOL(dB) = 20log(cos) Trong tr-êng hîp anten thu ph©n cùc trßn nh-ng thu sãng ph©n cùc trong mÆt ph¼ng th× gi¸ trÞ LPOL = 3dB. Gi¶ sö r»ng nÕu tÝnh tÊt c¶ c¸c nguån cña suy hao, c«ng thøc (2.7) cña c«ng suÊt tÝn hiÖu thu t¹i ®Çu vµo m¸y thu trë thµnh : (2.8) PR.GMax 1 GR Max PRX = (2.8) LT.LFTX LES . LA LR.LFRN.LPOL e. KÕt luËn BiÓu thøc (2.7) vµ (2.8) biÓu diÔn c«ng suÊt cña tÝn hiÖu t¹i ®Çu vµo cña m¸y thu lµ cïng mét d¹ng; chóng lµ tÝch cña 3 thµnh phÇn : (1) : (EIRP) nªu ®Æc tÝnh cña tÝn hiÖu ph¸t. (2) : (1/L) nªu dÆc tÝnh cña m«i tr-êng truyÒn dÉn. (3) : (§é t¨ng Ých cña m¸y thu) nªu ®Æc tÝnh cña thiÕt bÞ thu. ë d¹ng tæng qu¸t nhÊt nh- trong biÓu thøc (2.8) th× gi¸ trÞ cña 3 thµnh phÇn nµy lµ : EIRP = PTX.GTmax/LT.LFTX (W) BiÓu thøc nµy tÝnh ®Õn sù suy hao LFTX gi÷a m¸y khuÕch ®¹i ph¸t víi anten vµ sù suy gi¶m ®é t¨ng Ých cña anten LT do sù kh«ng th¼ng hµng cña anten ph¸t. 1/L = 1/LES.LA Suy hao tuyÕn L tÝnh ®Õn sù suy gi¶m bÒ mÆt tù do LES vµ sù suy gi¶m trong tÇng khÝ quyÓn LA. 17 Sinh viªn NguyÔn Xu©n Hoµng Website: http://www.docs.vn Email : [email protected] Tel : 0918.775.368 §é t¨ng Ých cña thiÕt bÞ thu : GR max G = LR . LFRX . LPOL C«ng thøc nµy cã tÝnh ®Õn suy hao LFRX gi÷a m¸y thu vµ anten thu, suy hao cña ®é t¨ng Ých anten LR do sù kh«ng th¼ng hµng cña anten thu vµ c¸c suy hao do sù ph©n cùc cña ghÐp kh«ng ®èi xøng LPOL. 2.4- c«ng suÊt t¹p ©m t¹i ®Çu vµo m¸y thu. 2.4.1.Nguån gèc g©y t¹p ©m. T¹p ©m lµ mét d¹ng tÝn hiÖu khoong chøa th«ng tin ®-îc truyÒn lÉn víi tÝn hiÖu mang th«ng tin. Nã lµm gi¶m ®é chÝnh x¸c khi håi phôc néi dung th«ng tin ®-îc truyÒn t¹i m¸y thu. Nguån g©y ra t¹p ©m bao gåm c¸c nguån sau: - T¹p ©m ®-îc ph¸t ra tõ nh÷ng nguån bøc x¹ tù nhiªn trong vïng thu sãng cña anten. - T¹p ©m ®-îc t¹o bëi c¸c thµnh phÇn ®iÖn tö trong b¶n th©n thiÕt bÞ. C¸c tÝn hiÖu tõ m¸y ph¸t kh¸c mµ kh«ng ph¶i lµ th«ng tin cÇn truyÒn còng ®-îc coi lµ t¹p ©m, t¹p ©m nµy ®-îc gäi lµ nhiÔu. 2.4.2.§Þnh nghÜa vµ ®Æc tr-ng cña t¹p ©m. C«ng suÊt t¹p ©m g©y h¹i lµ nh÷ng nguån c«ng suÊt t¹p ©m xuÊt hiÖn trong b¨ng tÇn cña tÝn hiÖu mang th«ng tin. Th«ng th-êng nã lµ nguån c«ng suÊt t¹i m¸y thu. D¹ng t¹p ©m th-êng hay xuÊt hiÖn lµ t¹p ©m tr¾ng cã mËt ®é phæ c«ng suÊt N0(W/Hz) vµ lµ h»ng cña b¨ng tÇn cã liªn quan. N0(T) (W/Hz) N0 B TÇn sè (Hz) H×nh 2.6. MËt ®é phæ cña t¹p ©m tr¾ng. C«ng suÊt t¹p ©m t-¬ng ®-¬ng N(W) ®-îc ®o b»ng ®é réng b¨ng BN(Hz) vµ cã gi¸ trÞ N = N0.BN (W) (2.9) C¸c nguån t¹p ©m thùc th-êng kh«ng ph¶i lµ d¹ng mËt ®é c«ng suÊt kh«ng ®æi nh-ng d¹ng t¹p ©m thùc rÊt dÔ quan s¸t víi ®é réng b¨ng tÇn giíi h¹n. a. NhiÖt ®é t¹p ©m cña nguån t¹p ©m 2 cùc. 18 Sinh viªn NguyÔn Xu©n Hoµng Website: http://www.docs.vn Email : [email protected] Tel : 0918.775.368 NhiÖt ®é t¹p ©m cña mét nguån t¹p ©m cña phÇn tö hai cæng (phÇn tö hai cùc) cung cÊp mét nguån c«ng suÊt t¹p ©m N ®-îc x¸c ®Þnh theo biÓu thøc : T = N / kB = N0 / k (K) (2.10) Trong ®ã : k lµ h»ng sè Boltman cã gi¸ trÞ k = 1,736.10-23 = -228,6 dB (W/Hzk) T ®Æc tr-ng cho nhiÖt ®é nhiÖt ®éng cña trë kh¸ng t¹o ra c«ng suÊt t¹p ©m néi t¹i vµ c«ng suÊt ®ã ®-îc xem nh- lµ mét nguån bï. Nguån t¹p ©m (NhiÖt ®é vËt lý cã thÓ kh¸c T) C«ng suÊt t¹p ©m néi t¹i W: N = k.T.B NhiÖt ®é vËt lý T H×nh 2.7. M« t¶ ®Þnh nghÜa vÒ nhiÖt ®é cña nguån t¹p ©m. C«ng suÊt t¹p ©m néi t¹i lµ c«ng suÊt ®-îc cung cÊp bëi nguån tíi thiÕt bÞ mµ cã trë kh¸ng b»ng tr¬e kh¸ng cña nguån. b. NhiÖt ®é t¹p ©m cña phÇn tö 4 cùc. NhiÖt ®é t¹p ©m TC cña phÇn tö 4 cùc lµ nhiÖt ®é nhiÖt ®éng cña trë kh¸ng mµ ®-îc ®Æt t¹i ®Çu vµo cña 4 cùc ®-îc coi lµ kh«ng cã chiªï, t¹o ra cïng c«ng suÊt t¹p ©m néi t¹i ë ®Çu ra cña phÇn tö nh- phÇn tö thùc kh«ng cã t¹p ©m ë ®Çu vµo. Do ®ã TC lµ ®¹i l-îng do t¹p ©m ph¸t sinh bëi thµnh phÇn bªn trong cña phÇn tö 4 cùc. D¹ng c«ng suÊt t¹p ©m cña phÇn tö 4 cùc lµ tû sè gi÷a c«ng suÊt t¹p ©m néi t¹i ®Çu ra cña phÇn tö vµ c«ng suÊt do nguån t¹p ©m ®ã sinh ra t¹i ®Çu vµo cña phÇn tö cã nhiÖt ®é t¹p ©m b»ng nhiÖt ®é tham chiÕu T0 = 2900K. Gi¶ sö r»ng phÇn tö cã ®é t¨ng Ých lµ G, ®é réng b¨ng tÇn lµ B vµ ®-îc truyÒn mét nguån nhiÖt t¹p ©m b»ng nhiÖt ®é T0 ; Tæng c«ng suÊt t¹i ®Çu ra lµ : G.K.(TC+T0).B C«ng suÊt thµnh phÇn xuÊt hiÖn tõ nguån nµy lµ : G.k.T0.B D¹ng t¹p ©m sÏ lµ : [ G.k(TC+T0).B] TC F= = 1+ G.k.T0.B T0 Kh«ng t¹p ©m HÖ thèng trùc 19 Sinh viªn NguyÔn Xu©n Hoµng Cïng c«ng suÊt t¹p ©m : Website: http://www.docs.vn Email : [email protected] Tel : 0918.775.368 ®Çu vµo T = 0 NhiÖt ®é vËt lý T = T0 H×nh 2.8. NhiÖt ®é t¹p ©m t-¬ng ®-¬ng ë ®Çu vµo. 2.4.3.NhiÖt ®é t¹p ©m cña anten. Mét anten cã thÓ thu thËp t¹p nhiÔu tõ c¸c phÇn tö bøc x¹ theo d¹ng ®å thÞ ph-¬ng h-íng bøc x¹ cña anten. §Çu vµo t¹p ©m tõ anten lµ hµm cña h-íng ®Æt anten, ®å thÞ bøc x¹ cña anten vµ tr¹ng th¸i m«i tr-êng xung quanh nã. Gi¶ sö anten cã nguån t¹p ©m ®-îc ®Æc tÝnh ho¸ bëi nhiÖt ®é t¹p ©m ®-îc gäi lµ nhiÖt ®é t¹p ©m cña anten TA(K). Gäi Tb(,) lµ nhiÖt ®é cña phÇn tö bøc x¹ t-¬ng øng víi gãc ph-¬ng h-íng (,), t¹i ®ã ®é t¨ng Ých cña anten cã gi¸ trÞ lµ G(,). NhiÖt ®é t¹p ©m cña anten trong tr-êng hîp nµy ®-îc tÝnh bëi sù tÝch hîp c¸c nguån t¹p ©m cña tÊt c¶ c¸c phÇn tö bøc x¹ trong ®å thÞ ph-¬ng h-íng bøc x¹ cña anten. Do ®ã, nhiÖt ®é t¹p ©m cña anten lµ : 1 TA =  TB(,) . G(,) d 4 2.4.4. NhiÖt ®é t¹p ©m cña suy gi¶m. Suy gi¶m lµ phÇn tö 4 cùc mµ trong ®ã chØ bao gåm c¸c thµnh phÇn thô ®éng(chóng cã thÓ ®-îc xem nh- lµ c¸c trë kh¸ng) t¹i nhiÖt ®é T F th-êng lµ nhiÖt ®é xung quanh. NÕu LF lµ sù suy gi¶m g©y ra bëi phÇn tö suy gi¶m th× nhiÖt ®é t¹p ©m cña phÇn tö suy gi¶m lµ : TE = (LF - 1). TF NÕu TF = T0 d¹ng t¹p ©m cña phÇn tö suy gi¶m, th«ng qua sù so s¸nh c¸c biÓu thøc (2.9) vµ (2.10) lµ : FF = LF 2.4.5. NhiÖt ®é t¹p ©m cña thiÕt bÞ bao gåm mét sè phÇn tö nèi tÇng. Gi¶ sö mét thiÕt bÞ bao gåm mét chuçi N phÇn tö 4 cùc nèi tÇng, mçi phÇn tö j cã ®é t¨ng Ých Gj(j = 1,2,…,N) vµ nhiÖt ®é t¹p ©m Te. 20 Sinh viªn NguyÔn Xu©n Hoµng
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan