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 – 20Log3dB
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/4R2)/(A/R2) = .A
(W)
§¹i l-îng = GT.PT/4R2 ®-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/4R2. 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/4R2)( 2/4).GR = (GT.PT)( /4R)2.GR
= (GT.PT)(1/LES).GR
(2.7)
Trong ®ã LES = (4R/)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