Bai Giang Thong Tin Ve Tinh 5561

z

Bài giảng thông tin vệ tinh

NguyÔn Trung TÊn Trung t©m Kü thuËt ViÔn th«ng

Khoa V« tuyÕn §iÖn tö Häc viÖn Kü thuËt Qu©n sù

Bμi gi¶ng th«ng tin vÖ tinh dïng cho hÖ ®µo t¹o dµi h¹n

(45 tiÕt- dù th¶o)

Ch−¬ng 1: Tæng quan vÒ th«ng tin vÖ tinh (8 tiÕt) 1.1. LÞch sö ph¸t triÓn th«ng tin vÖ tinh.

♦ Vµo cuèi thÕ kû 19, nhµ b¸c häc Nga Tsiolkovsky (1857-1035) ®· ®−a ra çc kh¸i niÖm c¬ b¶n vÒ tªn löa ®Èy dïng nhiªn liÖu láng. ¤ng còng ®−a ra ý t−ëng vÒ tªn löa ®Èy nhiÒu tÇng, çc tµu vò trô cã ng−êi ®iÒu khiÓn dïng ®Ó th¨m dß vò trô.

♦ N¨m 1926 Robert Hutchinson Goddard thö nghiÖm thµnh c«ng tªn löa ®Èy dïng nhiªn liÖu láng.

♦ Th¸ng 5 n¨m 1945 Arthur Clarke nhµ vËt lý næi tiÕng ng−êi Anh ®ång thêi lµ t¸c gi¶ cña m« h×nh viÔn t−ëng th«ng tin toµn cÇu, ®· ®−a ra ý t−ëng sö dông mét hÖ thèng gåm 3 vÖ tinh ®Þa tÜnh dïng ®Ó ph¸t thanh qu¶ng b¸ trªn toµn thÕ giíi.

♦ Th¸ng 10 / 1957 lÇn ®Çu tiªn trªn thÕ giíi, Liªn X« phãng thµnh c«ng vÖ tinh nh©n t¹o SPUTNIK – 1. §¸nh dÊu mét kû nguyªn vÒ TTVT.

♦ N¨m 1958 bøc ®iÖn ®Çu tiªn ®−îc ph¸t qua vÖ tinh SCORE cña Mü, bay ë quü ®¹o thÊp.

♦ N¨m 1964 thµnh lËp tæ chøc TTVT quèc tÕ INTELSAT.

♦ N¨m 1965 ra ®êi hÖ thèng TTVT th−¬ng m¹i ®Çu tiªn INTELSAT-1 víi tªn gäi Early Bird.

♦ Cuèi n¨m 1965 Liªn X« phãng TTVT MOLNYA lªn quü ®¹o elÝp.

♦ N¨m 1971 thµnh lËp tæ chøc TTVT quèc tÕ INTERSPUTNIK gåm Liªn X« vµ 9 n−íc XHCN.

♦ N¨m 1972-1976 Canada, Mü, Liªn X« vµ Indonesia sö dông vÖ tinh cho th«ng tin néi ®Þa.

♦ N¨m 1979 thµnh lËp tæ chøc th«ng tin hµng h¶i quèc tÕ qua vÖ tinh INMARSAT.

♦ N¨m 1984 NhËt b¶n ®−a vµo sö dông hÖ thèng truyÒn h×nh trùc tiÕp qua vÖ tinh.

♦ N¨m 1987 Thö nghiÖm thµnh c«ng vÖ tinh phôc vô cho th«ng tin di ®éng qua vÖ tinh.

♦ Thêi kú nh÷ng n¨m 1999 ®Õn nay, ra ®êi ý t−ëng vµ h×nh thµnh nh÷ng hÖ thèng th«ng tin di ®éng vµ th«ng tin b¨ng réng toµn cÇu sö dông vÖ tinh. Çc hÖ thèng ®iÓn h×nh nh− GLOBAL STAR, IRIDIUM, ICO, SKYBRIGDE, TELEDESIC.

♣ Mét sè mèc ®¸nh dÊu sù ph¸t triÓn cña hÖ thèng TTVT ë ViÖt Nam:

♦ N¨m 1980 kh¸nh thµnh tr¹m TTVT mÆt ®Êt Hoasen-1, n»m trong hÖ thèng TTVT INTERPUTNIK, ®−îc ®Æt t¹o lµng Do LÔ – Kim B¶ng – Hµ Nam. §µi Hoasen-1 lµ s¶n

http://www.ebook.edu.vn Trang: 1phÈm cña nhµ n−íc Liªn X« tÆng nh©n d©n ViÖt Nam vµ ®· kÞp thêi truyÒn ®i trùc tiÕp nh÷ng h×nh ¶nh vÒ Olimpic 1980 tæ chøc t¹i Liªn X«.

♦ N¨m 1984 kh¸nh thµnh tr¹m mÆt ®Êt Hoasen-2 ®Æt t¹i Tp. HCM.

♦ Ngµy 24/9/1998 Thñ t−íng chÝnh phñ ra quyÕt ®Þnh 868/Q§-TTG vÒ viÖc th«ng qua b¸o ço tiÒn kh¶ thi dù ¸n phãng vÖ tinh viÔn th«ng ViNaSAT lªn quü ®¹o ®Þa tÜnh do tæng c«ng ty B−u chÝnh viÔn th«ng ViÖt Nam lµm chñ ®Çu t−.

♦ HiÖn nay m¹ng l−íi th«ng tin vÖ tinh cña viÖt nam ®ang chØ sö dông çc tr¹m mÆt ®Êt nh−: §µi truyÒn h×nh ViÖt Nam thuª vÖ tinh MEASAT vµ THAICOM-3, ®µi tiÕg nãi ViÖt Nam thuª vÖ tinh PALAPA ®Ó ph¸t thanh ch−¬ng tr×nh quèc tÕ...

1.2. Quü ®¹o cña vÖ tinh.

çc vÖ tinh trªn quü ®¹o ®−îc ph©n biÖt bëi çc tham sè sau ®©y:

- D¹ng cña quü ®¹o (trßn hay ellip)

- §é cao cña quü ®¹o so víi mÆt ®Êt.

- §é nghiªng cña mÆt ph¼ng quü ®¹o so víi mÆt ph¼ng xÝch ®¹o.

Sù chuyÓn ®éng cña vÖ tinh vßng quanh tr¸i ®Êt ®−îc tu©n theo ®Þnh luËt Kepler, ®©y lµ ®Þnh luËt x¸c ®Þnh quy luËt chuyÓn ®éng cña hµnh tinh xung quanh mÆt trêi. Nh− vËy, vÖ tinh quü ®¹o tr¸i ®Êt buéc ph¶i chuyÓn ®éng theo mét quü ®¹o mµ mÆt ph¼ng quü ®¹o cña nã ®i qua t©m tr¸i ®Êt.

• §Þnh luËt kepler thø nhÊt:

VÖ tinh chuyÓn ®éng vßng quanh tr¸i ®Êt theo mét quü ®¹o Ellip víi t©m tr¸i ®Êt n»m ë mét trong hai tiªu ®iÓm cña Ellip. §iÓm xa nhÊt cña quü ®¹o so víi t©m tr¸i ®Êt n»m ë phÝa cña tiªu ®iÓm thø hai, ®−îc gäi lµ viÔn ®iÓm cßn ®iÓm gÇn nhÊt cña quü ®¹o ®−îc gäi lµ cËn ®iÓm

a: B¸n trôc dµi

b: B¸n trôc ng¾n

ha: §é cao viÔn ®iÓm

hb: §é cao cËn ®iÓm

e: §é lÖch t©m x¸c ®Þnh h×nh d¹ng ellip .

abae

22 −=

ý nghÜa:

- VÖ tinh chuyÓn ®éng theo quü ®¹o trßn hoÆc Ellip.

- T©m tr¸i ®Êt n»m 1 trong 2 tiªu ®iÓm cña quü ®¹o Ellip.

- NÕu lµ quü ®¹o trßn th× t©m cña quü ®¹o trïng víi t©m cña tr¸i ®Êt.

- Khi e = 0, th× quü ®¹o vÖ tinh lµ quü ®¹o trßn.

b. §Þnh luËt kepler thø hai:

2a 2b

ha hb

http://www.ebook.edu.vn Trang: 2VÖ tinh chuyÓn ®éng theo mét quü ®¹o víi vËn tèc thay ®æi sao cho ®−êng nèi gi÷a t©m tr¸i ®Êt vµ vÖ tinh sÏ quÐt çc diÖn tÝch b»ng nhau khi vÖ tinh chuyÓn ®éng trong cïng mét thêi gian nh− nhau.

Víi: T1 = T2 th× S1 = S2

ý nghÜa:

- VÖ tinh chuyÓn ®éng víi vËn tèc nhanh h¬n khi gÇn tr¸i ®Êt vµ chËm h¬n khi xa tr¸i ®Êt.

- VËn tèc chuyÓn ®éng cña vÖ tinh trªn quü ®¹o trßn lµ kh«ng ®æi vµ ®−îc x¸c ®Þnh:

VÖ tinh bay ë quü ®¹o trßn cã b¸n kÝnh R sÏ lµ mét ®¹i l−îng kh«ng ®æi, ®−îc x¸c ®Þnh khi thùc hiÖn phÐp lÊy c©n b»ng lùc hót vµ lùc

ly t©m RmV

RmMG 2

2 = , cã vËn tèc lµ ( )sKmRR

GMV / 630== vµ chu kú lµ

(s) 102 32 RVRT −≈= π

.

Trong ®ã:

+ G lµ h»ng sè hÊp dÉn (6,674.10-8 cm3/gs2)

+ M lµ khèi l−îng cña tr¸i ®Êt (5,974.1027g)

+ m lµ khèi l−îng cña qu¶ vÖ tinh (g)

+ R lµ kho¶ng çch tõ t©m tr¸i ®Êt ®Õn vÖ tinh (km)

c. §Þnh luËt kepler thø ba:

B×nh ph−¬ng cña chu kú quay tû lÖ thuËn víi luü thõa bËc ba cña b¸n trôc lín cña quü ®¹o Ellip.

32 kaT = ,

k lµ hÖ sè tû lÖ, cã gi¸ trÞ kh«ng ®æi ®èi víi mét vËt thÓ x¸c ®Þnh trªn quü ®¹o.

1.2.2. Çc quü ®¹o

a. Quü ®¹o ®ång bé - ®Üa tÜnh (GEO - Geostationalry Earth Orbit):

♦ Lµ quü ®¹o tho¶ m·n çc ®iÒu kiÖn sau:

S1 S2

Vmax Vmin

T2

T1

Qu¶ ®Êt

Quü ®¹o ®Þa tÜnh

§−êng xÝch ®¹o

62.000Km

36.000Km

rE

mMG/R2

-mV2/R

V

http://www.ebook.edu.vn Trang: 3

- Lµ quü ®¹o ®ång bé víi tr¸i ®Êt: cã nghÜa lµ chu kú quay b»ng chu kú quay cña tr¸i ®Êt xung quanh trôc B¾c Nam.

- MÆt ph¼ng quü ®¹o n¨m trong mÆt ph¼ng xÝch ®¹o cña tr¸i ®Êt: cã nghÜa lµ gãc nghiªng b»ng 0.

- Cã cïng chiÒu quay víi chiÒu quay cña tr¸i ®Êt: tõ T©y sang §«ng.

¸p dông çc c«ng thøc trªn ta cã Km 164.424 2

2

==π

MGTR , ®é cao cña qu¶ vÖ tinh so

víi mÆt ®Êt lµ 42.164 – 6378 = 35.786 Km ≈ 36.000Km, vËn tèc V = 3,074662 Km/s vµ

chu kú T = 23h 56’ 4,096’’≈ 24 giê .

♦ ¦u ®iÓm:

- HiÖu øng Dopler rÊt nhá do ®ã viÖc ®iÒu chØnh an ten tr¹m mÆt ®Êt lµ kh«ng cÇn thiÕt.

- VÖ tinh ®−îc coi lµ ®øng yªn so víi tr¹m mÆt ®Êt. Do vËy, ®©y lµ quÜ ®¹o lý t−ëng cho çc vÖ tinh th«ng tin, nã ®¶m b¶o th«ng tin æn ®Þnh vµ liªn tôc suèt 24 giê trong ngµy.

- Vïng phñ sãng cña vÖ tinh lín, b»ng 42,2% bÒ mÆt tr¸i ®Êt.

- Çc tr¹m mÆt ®Êt ë xa cã thÓ liªn l¹c trùc tiÕp vµ hÖ thèng 3 qu¶ vÖ tinh cã thÓ phñ sãng toµn cÇu.

♦ Nh−îc ®iÓm:

+ QuÜ ®¹o ®Þa tÜnh lµ quÜ ®¹o duy nhÊt tån t¹i trong vò trô vµ ®−îc cä lµ mét tµi nguyªn thiªn nhiªn cã h¹n. Tµi nguyªn nµy ®ang c¹n kiÖt do sè l−îng vÖ tinh cña çc n−íc phãng lªn ngµy cµng nhiÒu.

+ Kh«ng phñ sãng ®−îc nh÷ng vïng cã vÜ ®é lín h¬n 81,30.

+ ChÊt l−îng ®−êng truyÒn phô thuéc vµo thêi tiÕt.

+ Thêi gian trÔ truyÒn lan lín, theo ®−êng ng¾n nhÊt cã:

Tõ: tr¹m - vÖ tinh - tr¹m (72.000Km) ≈ 240ms.

Tõ: tr¹m - vÖ tinh - tr¹m Hub - vÖ tinh - tr¹m (154.000Km) ≈ 513ms.

Tõ: tr¹m - vÖ tinh - vÖ tinh - tr¹m (134.000Km) ≈ 447ms.

+ TÝnh b¶o mËt kh«ng cao.

+ Suy hao c«ng suÊt trong truyÒn sãng lín (gÇn 200dB).

♦ øng dông: §−îc sö dông lµm quü ®¹o cho vÖ tinh th«ng tin b¶o ®¶m th«ng tin cho çc

vïng cã vÜ ®é nhá h¬n 81,30.

b. QuÜ ®¹o Ellip:

♦ Lµ quü ®¹o tho¶ m·n çc ®iÒu kiÖn sau:

- MÆt ph¼ng quü ®¹o nghiªng so víi mÆt ph¼ng xÝch ®¹o 630 26’

- Cã viÔn ®iÓm = 40.000Km vµ cËn ®iÓm 500Km.

Quü ®¹o Ellip

40.000 K


- VÖ tinh quay tõ T©y sang §«ng.

♦ ¦u ®iÓm:

- Phñ sãng ®−îc çc vïng cã vÜ ®é cao > 81,30.

- Gãc ngÉng lín nªn gi¶m ®−îc t¹p ©m do mÆt ®Êt g©y ra.


- Mçi tr¹m ph¶i cã Ýt nhÊt 2 an ten vµ an ten ph¶i cã c¬ cÊu ®iÒu chØnh chïm tia.

- §Ó ®¶m b¶o liªn l¹c liªn tôc 24h th× ph¶i cÇn nhiÒu vÖ tinh.

♦ øng dông: §−îc sö dông lµm quü ®¹o cho vÖ tinh th«ng

tin b¶o ®¶m th«ng tin cho çc vïng cã vÜ ®é lín h¬n 81,30.

c. QuÜ ®¹o LEO vµ MEO:

♦ Lµ quü ®¹o trong tho¶ m·n çc ®iÒu kiÖn sau:

- Lµ quü ®¹o cã ®é cao 500Km < h < 20.000Km.

( 500Km < h < 10.000Km lµ LEO vµ 10.000Km < h < 20.000Km lµ MEO)

- Cã vËn tèc gãc nhá lín h¬n vËn tèc gãc cña tr¸i ®Êt.

- Cã chiÒu quay tõ T©y sang §«ng.

♦ ¦u ®iÓm:

- Tæn hao ®−êng truyÒn nhá do vÖ tinh bay ë ®é cao thÊp, nªn phï hîp víi th«ng tin di ®éng.

- TrÔ truyÒn lan nhá.


- §Ó ®¶m b¶o th«ng tin liªn tôc trong 24h vµ phñ sãng toµn cÇu th× cÇn rÊt nhiÒu vÖ tinh (§Ó phñ sãng toµn cÇu hÖ thèng Globalstar cÇn ®Õn 48 vÖ tinh (vµ 8 vÖ tinh dù phßng) çc vÖ tinh th«ng tin bay ë quÜ ®¹o trßn çch mÆt ®Êt 1410km, nghiªng 520, çc vÖ tinh nµy bay trªn 8 mÆt ph¼ng quÜ ®¹o mçi mÆt ph¼ng cã 6 vÖ tinh, chu kú vÖ tinh 114 phót. TËp ®oµn Irdium (cña Motorola) cÇn 66 + 6 vÖ tinh bay ë quÜ ®¹o trßn nghiªng 84,60 çch mÆt ®Êt 780km, çc vÖ tinh bay ë 11 mÆt ph¼ng quÜ ®¹o, chu kú vÖ tinh 106 phót).

- Mçi tr¹m ph¶i cã Ýt nhÊt 2 an ten vµ an ten ph¶i cã c¬ cÊu ®iÒu chØnh chïm tia.

- §iÒu khiÓn hÖ thèng TTVT rÊt phøc t¹p

- Tuæi thä cña vÖ tinh kh«ng cao khi bay ë quü ®¹o LEO do thuéc vµnh ®ai Ion ho¸.

♦ øng dông: §−îc sö dông lµm quü ®¹o cho vÖ tinh th«ng tin b¶o ®¶m th«ng tin cho çc

tr¹m mÆt ®Êt di ®éng.

1.3. HÖ thèng th«ng tin vÖ tinh.

Mét hÖ thèng th«ng tin vÖ tinh bao gåm phÇn kh«ng gian vµ phÇn mÆt ®Êt.

http://www.ebook.edu.vn Trang: 5a. PhÇn kh«ng gian: bao gåm vÖ tinh th«ng tin vµ çc tr¹m ®iÒu khiÓn TT&C (Telemetry, Tracking& Command: ®o l−êng tõ xa, b¸m vµ lÖnh) ë mÆt ®Êt. §èi víi vÖ tinh bao gåm ph©n hÖ th«ng tin (payload) vµ çc ph©n hÖ phô trî cho ph©n hÖ th«ng tin:

- Ph©n hÖ th«ng tin bao gåm hÖ thèng anten thu ph¸t vµ tÊt c¶ çc thiÕt bÞ ®iÖn tö hç trî truyÒn dÉn çc sãng mang.

- Çc ph©n hÖ phô trë gåm:

+ Khung vÖ tinh

+ Ph©n hÖ cung cÊp n¨ng l−îng

+ Ph©n hÖ ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é

+ Ph©n hÖ ®iÒu khiÓn quü ®¹o vµ t− thÕ cña vÖ tinh

+ Ph©n hÖ ®Èy

+ ThiÕt bÞ TT&C

- NhiÖm vô ph©n hÖ th«ng tin:

+ KhuyÕch ®¹i sãng mang thu ®−îc phôc vô cho viÖc ph¸t l¹i trªn ®−êng xuèng. C«ng suÊt sãng m¹ng t¹i ®Çu vµo cña m¸y thu vÖ tinh n»m trong kho¶ng 100 pW ®Õn 1 PW. C«ng suÊt sãng mang t¹i ®Çu ra bé khuÕch ®¹i c«ng suÊt cao n»m trong kho¶ng 10 W ®Õn 100 W. Do vËy, bé khuÕch ®¹i c«ng suÊt cña bé ph¸t ®¸p vÖ tinh kho¶ng 100dB ®Õn 130dB.

+ Thay ®æi tÇn sè sãng mang ®Ó tr¸nh mét phÇn c«ng suÊt ph¸t ®i vµo m¸y thu vÖ tinh.

§Ó thùc hiÖn çc chøc n¨ng trªn, vÖ tinh ho¹t ®éng nh− mét tr¹m chuyÓn tiÕp ®¬n gi¶i. Thay ®æi tÇn sè trªn vÖ tinh ®−îc thùc hiÖn b»ng çc bé ®æi tÇn. vÖ tinh lo¹i nµy ®−îc gäi lµ “Transparent satellite”. NÕu çc sãng mang ®−îc gi¶i ®iÒu chÕ trªn vÖ tinh, thay ®æi tÇn sè sÏ ®¹t ®−îc b»ng çch ®iÒu chÕ çc sãng mang míi cho ®−êng xuèng. Çc vÖ tinh lo¹i nµy ®−îc trang bÞ çc bé xö lý b¨ng gèc vµ ®−îc gäi lµ “Regenerative satellite”.

b. PhÇn mÆt ®Êt: bao gåm tÊt c¶ çc tr¹m mÆt ®Êt, nh÷ng tr¹m nµy th−êng ®−îc nèi trùc tiÕp hoÆc th«ng qua çc m¹ng mÆt ®Êt ®Ó ®Õn çc thiÕt bÞ ®Çu cuèi cña ng−êi sö dông.

Tr¹m mÆt ®Êt 1

Quü ®¹o VÖ tinh

Tr¹m mÆt ®Êt 2

§−êng lªn (Uplink) §−êng xuèng

(Douwlink)

PhÇn mÆt ®Êt

PhÇn kh«ng gian

Tr¹m ®iÒu khiÓn TT&C


• NhiÖu vô tr¹m mÆt ®Êt ph¸t: TiÕp nhËn çc tÝn hiÖu tõ m¹ng mÆt ®Êt hoÆc trùc tiÕp tõ çc thiÕt bÞ ®Çu cuèi cña ng−êi sö dông, xö lý çc tÝn hiÖu nµy trong tr¹m mÆt ®Êt sau ®ã ph¸t tÝn hiÖu nµy ë tÇn sè vµ møc ®é c«ng suÊt thÝch hîp cho sù ho¹t ®éng cña vÖ tinh.

• NhiÖu vô tr¹m mÆt ®Êt thu: Thu çc sãng mang trªn ®−êng xuèng cña vÖ tinh ë tÇn sè chän tr−íc, xö lý tÝn hiÖu nµy trong tr¹m ®Ó chuyÓn thµnh çc tÝn hiÖu b¨ng gèc sau ®ã cung cÊp cho çc m¹ng mÆt ®Êt hoÆc trùc tiÕp tíi çc thiÕt bÞ ®Çu cuèi cña ng−êi sö dông.

• Mét tr¹m mÆt ®Êt cã thÓ cã kh¶ n¨ng thu vµ ph¸t l−u l−îng mét çch ®ång thêi hoÆc tr¹m chØ ph¸t hoÆc chØ thu.

1.4. §a truy nhËp trong th«ng tin vÖ tinh. Trong thùc tÕ, mét bé ph¸t ®¸p cã thÓ phôc vô cïng mét lóc nhiÒu tr¹m mÆt ®Êt kh¸c nhau. Kü thuËt ®a truy nhËp lµ kü thuËt çc tr¹m mÆt ®Êt truy nhËp bé ph¸t ®¸p vÖ tinh, víi yªu cÇu sãng VT§ tõ çc tr¹m mÆt ®Êt riªng lÎ kh«ng can nhiÔu lÉn nhau.

a. §a truy nhËp ph©n chia theo tÇn sè (FDMA):

♦ Çc tr¹m mÆt ®Êt sö dông çc tÇn sè sãng mang kh¸c nhau vµ cïng chung mét bé ph¸t ®¸p.

♦ ¦u ®iÓm:

- Thñ tôc truy nhËp ®¬n gi¶n.

- CÊu h×nh tr¹m mÆt ®Êt ®¬n gi¶n.


- Kh«ng linh ho¹t thay ®æi tuyÕn.

- HiÖu qu¶ thÊp khi sö dông nhiÒu kªnh, dung l−îng thÊp vµ chÊt l−îng thÊp.

b. §a truy nhËp ph©n chia theo thêi gian (TDMA):

♦ Çc tr¹m mÆt ®Êt sö dông cïng mét tÇn sè sãng mang vµ cïng chung mét bé ph¸t ®¸p nh−ng dùa trªn ph©n chia theo thêi gian.

♦ ¦u ®iÓm:

f

t

fA fB fC fD fA

D¶i th«ng bé ph¸t ®¸p

Frequency Division Multiple Access

f

t

f0

A B

C D

A

Thêi gian 1 khung

TF

cïng tÇn sè F

TF

phÝa ph¸t phÝa thuA B C D E F


- Linh ho¹t trong thay ®æi tuyÕn.

- HiÖu qu¶ sö dông tuyÕn cao ngay c¶ khi t¨ng sè l−îng tr¹m truy nhËp

♦ Nh−îc ®iÓm: Yªu cÇu cÇu ®ång bé côm.

c. §a truy nhËp ph©n chia theo m∙ (CDMA):

♦ Çc tr¹m mÆt ®Êt sö dông cïng mét tÇn sè sãng mang vµ cïng chung mét bé ph¸t ®¸p nh−ng dùa trªn ph©n chia theo m·.

♦ ¦u ®iÓm:

- ChÞu ®−îc t¹p nhiÔu vµ mÐo.

- ChÞu ®−îc sù thay ®æi çc th«ng sè kh¸c nhau cña ®−êng truyÒn.

- Dung l−îng cao.

- B¶o mËt cao.


- §é réng b¨ng tÇn truyÒn dÉn yªu cÇu cao

- HiÖu qu¶ sö dông b¨ng tÇn kÐm.

CDMA lµ kü thuËt ®a truy nhËp míi vµ cÊch l−îng tèt nhÊt hiÖn nay!

d. §a truy nhËp ph©n chia theo kh«ng gian (SDMA)

ViÖc phñ sãng çc vïng kh¸c nhau trªn mÆt ®Êt vµ ph−¬ng ph¸p sö dông çc ph©n cùc sãng kh¸c nhau th× víi phæ tÇn gièng nhau cã thÓ sö dông l¹i vµi lÇn mµ can nhiÔu bÞ h¹n chÕ gi÷a çc ng−êi sö dông

- Ph©n cùc: cã çc lo¹i ph©n cùc th¼ng ®øng (VP) vµ ph©n cùc n»m ngang (HP). Ph©n cùc trßn cã ph©n cùc trßn bªn tr¸i (LHCP) vµ ph©n cùc trßn bªn ph¶i (RHCP), cã thÓ ®−îc ph¸t ®i cïng tÇn sè tõ vÖ tinh nh−ng víi hai ph©n cùc kh¸c nhau mµ çc tr¹m mÆt ®Êt thu ®óng tÝn hiÖu cña tr¹m m×nh mµ kh«ng bÞ can nhiÔu do sö dông çc anten thu cã ph©n cùc kh¸c nhau.

- VÖ tinh víi viÖc sö dông çc lo¹i anten kh¸c nhau cã kÝch th−íc kh¸c nhau, cã thÓ phñ sãng lªn mÆt ®Êt víi çc vïng phñ sãng cã diÖn tÝch vµ h×nh d¹ng kh¸c nhau. Cã bèn d¹ng phñ sãng c¬ b¶n ®ã lµ: phñ sãng toµn cÇu, lµ vïng phñ sãng réng nhÊt mµ vÖ tinh cã thÓ phñ ®−îc; phñ sãng b¸n cÇu lµ vïng phñ sãng mét nöa b¸n cÇu phÝa ®«ng vµ phÝa t©y cña qu¶ ®Êt; phñ sãng khu vùc lµ vïng phñ sãng mét khu vùc kh¸ lín nh− b¾c Mü, ch©u ¢u hoÆc §«ng Nam ¸ vµ vïng phñ sãng “®èm” lµ vïng phñ sãng víi diÖn tÝch nhá nhÊt so víi ba vïng trªn.

NÕu çc vïng phñ sãng kh«ng chång lÊn lªn nhau vµ n¨ng l−îng bøc x¹ cña çc bóp phô phñ sãng lªn çc vïng kh¸c thÊp d−íi møc cho phÐp th× trong mçi vïng phñ sãng ®ã cã thÓ sö dông phæ tÇn nh− nhau.

1.5. Ph©n bæ tÇn sè trong th«ng tin vÖ tinh.

ff0

A

B

CCode Division Multiple Access

http://www.ebook.edu.vn Trang: 8 Phæ tÇn sè v« tuyÕn ®iÖn lµ mét nguån tµi nguyªn thiªn nhiªn h÷u h¹n, v× vËy nhÊt thiÕt ph¶i sö dông nguån tµi nguyªn nµy mét çch hîp lÝ, kinh tÕ vµ cã hiÖu qu¶.

a. Cöa sæ tÇn sè v« tuyÕn ®iÖn

§−êng truyÒn cña th«ng tin vÖ tinh bÞ ¶nh h−ëng chñ yÕu do tÇng ®iÖn ly ë tÇn sè thÊp vµ

do m−a ë tÇn sè cao. D¶i tÇn 1GHz÷10GHz Ýt bÞ ¶nh h−ëng bëi tÇng ®iÖn ly vµ m−a nªn ®−îc gäi lµ cùa sæ tÇn sè VT§ vµ ®−îc chØ ra trong ®å thÞ sau:

Tuy nhiªn, d¶i tÇn 1GHz÷10GHz còng ®−îc sö dông nhiÒu cho çc ®−êng th«ng tin vi ba trªn mÆt ®Êt, do ®ã sÏ cã sù can nhiÔu lÉn nhau gi÷a hai hÖ thèng. Ngoµi ra ®Ó më r«ng b¨ng th«ng ng−êi ta ph¶i chÊp nhËn sö dông c¶ d¶i tÇn ngoµi cöa sæ.

b. B¶ng ph©n chia b¨ng tÇn

Ký hiÖu D¶i tÇn Ph¹m vi sö dông

L (1 - 2)GHz TTVT di ®éng, ph¸t thanh qu¶ng b¸, v« tuyÕn ®Þnh vÞ.

S (2 - 4) GHz TTVT di ®éng, hµng h¶i

C (4 -8)GHz TTVT cè ®Þnh

X (8 -12)GHz TTVT Qu©n sù vµ chÝnh phñ

Ku (12 - 18)GHz TTVT cè ®Þnh, truyÒn h×nh qu¶ng b¸.

K (18 -27)GHz Tr¹m cè ®Þnh

Ka (27 -40)GHz TTVT cè ®Þnh, truyÒn h×nh qu¶ng b¸, liªn l¹c gi÷a çc vÖ tinh.

Sãng mm > 40GHz Liªn l¹c gi÷a çc vÖ tinh.

c. Ph©n bæ tÇn sè trong th«ng tin vÖ tinh

- Khu vùc I (V1): Bao gåm Ch©u ¢u, Ch©u Phi, mét phÇn Ch©u ¸ vµ Liªn bang Nga.

- Khu vùc II (V2): Çc n−íc nam vµ b¾c Mü.

- Khu vùc III (V3): Gåm Ch©u óc, phÇn cßn l¹i cña Ch©u ¸ vµ Th¸i B×nh D−¬ng. Trong ®ã cã ViÖt Nam.

GHz

Cöa sæ tÇn sè v« tuyÕn ®iÖn

1 10 100

dB

0,1 1 5

10

50

100 Suy hao do tÇng ®iÖn ly

Suy hao do tÇng ®iÖn ly

Suy hao do m−a

http://www.ebook.edu.vn Trang: 9ITU ph©n chia d¶i tÇn theo vïng nh− b¶ng sau.

1.6. Çc lo¹i h×nh dÞch vô trong trong th«ng tin vÖ tinh. Dù vµo ®Æc ®iÓm cña vÖ tinh th«ng ti lµ cã kh¶ n¨ng ph¸t qu¶ng b¸ trªn mét vïng ®Þa lý rÊt réng, th«ng tin vÖ tinh ®· ®−îc sö dông ®Ó thµnh lËp çc tuyÕn th«ng tin ®iÓm nèi ®iÓm vµ ®iÓm nèi ®a tiÓm. Trªn c¬ së çc tuyÕn th«ng tin trªn, th«ng tin vÖ tinh ®−îc sö dông ®Ó cung cÊp çc dÞch vô cè ®Þnh vµ di ®éng. Mét sè lo¹i dÞch vô sau:

a. DÞch vô ®iÖn tho¹i ®−êng dµi: cung cÊp çc tuyÕn ®−êng trôc mµ m¹ng mÆt ®Êt ch−a triÓn khai tíi hoÆc khi çc m¹ng mÆt ®Êt qu¸ t¶i trong giê cao ®iÓm vµ lµm tuyÕn dù phßng cho çc tuyÕn ®−êng trôc mÆt ®Êt khi cã sù cè.

b. DÞch vô viÔn th«ng n«ng th«n: cung cÊp çc dÞch vô viÔn th«ng nh− tho¹i, fax cho çc vïng xa x«i hÎo l¸nh, çc h¶i ®¶o nh÷ng n¬i mµ m¹ng mÆt ®Êt ch−a tíi hoÆc x©y dùng kh«ng kinh tÕ.

c. M¹ng dïng riªng: cung cÊp çc dÞch vô viÔn th«ng nh− tho¹i, fax, truyÒn sè liÖu cho çc c¬ quan nhµ n−íc, çc c«ng ty cÇn ®−êng truyÒn cã ®é s½n sµng cao.

d. DÞch vô l−u ®éng: cung cÊp çc dÞch vô truyÒn sè liÖu víi tèc ®é thÊp gi÷a çc ®µi di ®éng nh− xe t¶i, tµu biÓn ... víi trung t©m ®iÒu hµnh çc ®µi di ®éng.

e. ChuyÓn tiÕp ch−¬ng tr×nh truyÒn h×nh vµ ph¸t thanh: cung cÊp ®−êng truyÒn gi÷a çc tr¹m HUB cña trung t©m truyÒn h×nh ®Õn çc tr¹m ph¸t chuyÓn tiÕp ®Æt t¹i çc vÞ trÝ çch xa trung t©m.

f. TruyÒn h×nh trùc tiÕp: cung cÊp çc kªnh truyÒn h×nh mµ ng−êi xem cã thÓ thu trùc tiÕp ch−¬ng tr×nh tõ vÖ tinh b»ng mét anten thu cã ®−êng kÝnh 60 cm. DÞch vô nµy kh¸ch hµng tr¶ tiÒn c−íc phÝo hµng th¸ng tuú thuéc vµo sè kªnh.

g. DÞch vô b¨ng tÇn theo yªu cÇu: cung cÊp çc dÞch vô theo yªu cÇu cña kh¸ch hµng nh− truyÒn sè liÖu tèc ®é cao cã giao tiÕp hoÆc kh«ng cã giao tiÕp. DÞch vô nµy kh¸ch hµng tr¶ tiÒn theo sè lÒn truyÒn.

h. DÞch vô Internet qua vÖ tinh: cung cÊp ®−êng truyÒn d÷ liÖu tèc ®é cao tõ nhµ cung cÊp dÞch vô Internet (IPS) ®Õn çc thuª bao dÞch vô.

i. DÞch vô chuÈn ®o¸n bÖnh tõ xa: cung cÊp çc dÞch vô t− vÊn y tÕ cho çc bÖnh viÖn ë xa trung t©m y tÕ vµ gi÷a çc trung t©m y tÕ víi nhau.

j. DÞch vô ®µo t¹o tõ xa: cung cÊp dÞch vô ®µo t¹o tõ xa cho çc trung t©m ®µo t¹o.

1.7. Phãng vÖ tinh, ®Þnh vÞ vμ duy tr× vÖ tinh trªn quü ®¹o.

a. Phãng vÖ tinh lªn quü ®¹o ®Þa tÜnh

• Ph−¬ng tiÖn phãng:

- Dïng tµu con thoi: Lo¹i nµy ®−îc dïng l¹i nhiÒu lÇn, ®é tin cËy cao, gi¸ thµnh ®¾t. Nh− tµu con thoi Mü, Colombia...


- Dïng tªn löa ®Èy nhiÒu tÇng: Lo¹i nµy kh«ng sö dông l¹i ®−îc, gi¸ thµnh phãng rÎ, ngµy nµy dïng tªn löa ®Èy nhiÒu tÇng ®ang ®−îc sö dông réng r·i. Nh− tªn löa Proton (Nga), Delta (My), Long March (Trung Quèc).

Qu¸ tr×nh phãng vÖ tinh lªn quü ®¹o phô thuéc vµo lo¹i tªn lö ®Èy, vÞ trÝ ®Þa lý cña b·i phãng vµ çc vÊn ®Ò liªn quan ®Õn ph©n hÖ th«ng tin. Song ph−¬ng ph¸p phãng kinh tÕ vµ quy chuÈn nhÊt lµ dù trªn quü ®¹o chuyÓn tiÕp Hohmann.

• Ph−¬ng ph¸p phãng dùa trªn quü ®¹o Hohmann:

- Giai ®o¹n 1: Dïng tªn löa ®Èy nhiÒu tÇng ®Ó ®−a vÖ tinh lªn quü ®¹o LEO cã ®é cao 200Km, V = 7.784m/s.

- Giai ®o¹n 2: T¹i ®iÓm n©ng cña quü ®¹o LEO, dïng tªn löa ®Èy nhiÒu tÇng thùc hiÖn t¨ng tèc víi VPhãng= 10.234m/s ®Ó ®−a vÖ tinh sang quü ®¹o chuyÓn tiÕp Ellip cã viÔn ®iÓm thuéc quü ®¹o ®Þa tÜnh (h=35.786 Km) vµ cËn ®iÓm thuéc quü ®¹o LEO (h=200Km), cßn ®−îc gäi lµ quü ®¹o Hohmann.

- Giai ®o¹n 3: Khi vÖ tinh chuyÓn ®éng qua viÔn ®iÓm cña quü ®¹o Hohmann th× sö dông ®éng c¬ ®Èy viÔn ®iÓm ®Æt trong vÖ tinh ®Ó ®−a vÖ tinh vÒ quü ®¹o ®Üa tÜnh vµ vÒ vÞ trÝ cña nã.

b. §−a vÖ tinh vµo quü ®¹o ®Üa tÜnh: Qu¸ tr×nh ®Þnh vÞ vÖ tinh b¾t ®Çu khi vÖ tinh ®−îc ®−a vµo quü ®¹o chuyÓn tiÕp bao gåm qu¸ tr×nh ®−a vªn tinh vµo quü ®¹o xÝch ®¹o vµ sau ®ã tõ tõ ®−a vÖ tinh vµo vÞ trÝ ®Þa tÜnh cña nã. §Ó thùc hiÖn ®−îc qu¸ tr×nh nµy, çc ®éng c¬ ®Èy viÔn ®iÓm APM, çc ®éng c¬ ph¶n lùc cña vÖ tinh ®−îc ®iÒu khiÓn b»ng çc trung t©m vµ çc tr¹m ®iÒu khiÓn ®Æt t¹i çc vÞ trÝ kh¸c nhau cña tr¸i ®Êt. Çc trung t©m ®iÒu khiÓn thùc hiÖn çc chøc n¨ng sau:

- X¸c ®Þnh t− thÕ cña vÖ tinh

- TÝnh to¸n çc th«ng sè tèi −u cho qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn vÖ tinh tõ quü ®¹o Hohmann sang quü ®¹o trßn

- X¸c ®Þnh çc th«ng sè cña ®éng c¬ hiÖu chØnh h−íng cña vÖ tinh

Q§

Quü ®¹o LEOh=200Km

V=7.784m/s

Quü ®¹o GEO h=35.786Km V=3.075m/s

Quü

®¹o

Hoh

man

n h V

= 3

5.78

6Km

h C

= 2

00K

m

VPhãng=10.234m/s

VPhãng=10.234m/s

http://www.ebook.edu.vn Trang: 11 - Gi¸m s¸t vµ ®o çc th«ng sè quü ®¹o cña vÖ tinh so s¸nh víi tr¹ng th¸i cuèi cïng cña vÖ tinh nh− dù kiÕn.

c. Duy tr× vÖ tinh trªn quü ®¹o: çc c«ng viÖc chÝnh ®−îc thùc hiÖn trong qu¸ tr×nh duy tr× vÖ tinh trªn quü ®¹o lµ:

- Çc dao ®éng cña vÖ tinh xung quanh vÞ trÝ quü ®¹o theo h−íng §«ng T©y, Nam B¾c

ph¶i ®−îc duy tr× trong kho¶ng ± 0.10.

- T− thÕ vÖ tinh ph¶i ®−îc gi¸m s¸t vµ hiÖu chØnh ®Ó b¶o ®¶m anten vÖ tinh lu«n lu«n h−íng vÒ çc vïng mong muèn cña tr¸i ®Êt.


(W/Hz)

N0

B TÇn sè (Hz)

N0(f)

H×nh 2.1: MËt ®é phæ t¹p ©m cña t¹p ©m tr¾ng

Ch−¬ng 2: NhiÔu vμ t¹p ©m trong hÖ thèng tTVT. (6 tiÕt)

2.1. Çc nguån nhiÔu trong hÖ thèng th«ng tin. T¹p ©m do can nhiÔu tõ çc hÖ thèng kh¸c g©y ra. çc nguån can nhiÔu cã thÓ chia lµm hai lo¹i: - Can nhiÔu do çc hÖ thèng v« tuyÕn ®iÖn chuyÓn tiÕp mÆt ®Êt cã cïng b¨ng tÇn: - Can nhiÔu tõ çc hÖ thèng vÖ tinh kh¸c:

2.2. T¹p ©m trong hÖ thèng th«ng tin. b. Nguån t¹p ©m:

T¹p ©m lµ tÝn hiÖu kh«ng n»m trong néi dung th«ng tin, t¸c ®éng lªn tÝn hiÖu cã Ých. Nã lµm gi¶m kh¶ n¨ng kh«i phôc l¹i néi dung th«ng tin cña m¸y thu. Çc nguån t¹p ©m bao gåm:

- T¹p ©m ph¸t ra tõ çc nguån tù nhiªn trong khu vùc ®Æt anten thu. - T¹p ©m t¹o ra bëi çc linh kiÖn ®iÖn tö trong thiÕt bÞ Çc tÝn hiÖu tõ çc m¸y ph¸t kh¸c t¸c ®éng lªn m¸y thu còng g©y nªn t¹p ©m. T¹p

©m nµy ®−îc gäi lµ can nhiÔu. b. §Æc tÝnh vµ x¸c ®Þnh t¹p ©m:

C«ng suÊt t¹p ©m n»m trong ®é réng b¨ng cña tÝn hiÖu cã Ých. Th−êng ®ã lµ b¨ng th«ng cña m¸y thu. Mét kiÓu t¹p ©m dïng rÊt nhiÒu ®ã lµ t¹p ©m tr¾ng lµ mËt ®é phæ t¹p ©m No (W/Hz) b»ng h»ng sè trong b¨ng tÇn yªu cÇu (h×nh 2.10).

C«ng suÊt t¹p ©m t−¬ng ®−¬ng N (W) ®o ®−îc trong ®é réng b¨ng BN (Hz) cã gi¸ trÞ : N = NoBN (W) (4.38) NhiÖt t¹p ©m cña mét nguån t¹p ©m cã c«ng suÊt t¹p ©m N cho bëi: T = N/kB = No/k (K) (4.39)

T R

R T R T R T

4GHz

4GHz

4GH

z

6GH

z

6GHz

6GHz

Tr¹m viba 4GHz

Tr¹m mÆt ®Êt 4/6 GHz

Tr¹m viba 6GHz

VÖ tinh

H×nh 2,1: Can nhiÔu tõ çc hÖ thèng th«ng tin viba mÆt ®Êt

H×nh 2,2: Can nhiÔu tõ çc hÖ thèng vÖ tinh kh¸c

T R T R

R T R T R T R T Tr¹m mÆt

®Êt A1 Tr¹m mÆt

®Êt A2 Tr¹m mÆt

®Êt B1 Tr¹m mÆt

®Êt B2


G lµ hÖ sè khuyÕch ®¹i c«ng suÊt cña hÖ thèng

nhiÖt ®é vËt lý T = Te

kh«ng cã t¹p ©m ®Çu vµo. T = 0

HÖ thèng thùc

hÖ thèng t¹p ©m tù do

C«ng suÊt t¹p ©m cã gi¸ trÞ nh− nhau

H×nh 4.14: NhiÖt t¹p ©m ®Çu vµo t−¬ng ®−¬ng cña hÖ thèng

nhiÖt ®é vËt lý cã thÓ kh«ng ph¶i lµ T

nguån t¹p ©m

nhiÖt ®é vËt lý T

c«ng suÊt cã gi¸ trÞ (W): N = kTB

H×nh 4.13: X¸c ®Þnh nhiÖt t¹p ©m cña mét nguån t¹p ©m

ë ®©y k lµ h»ng sè Boltzmann = 1,379. 10-23 = - 228,6 dB (W/HzK), T lµ nhiÖt ®é cña mét ®iÖn trë t¹o ra gi¸ trÞ c«ng suÊt t¹p ©m nh− nguån xem xÐt (h×nh 4.13). C«ng suÊt t¹p ©m cã gi¸ trÞ lµ c«ng suÊt t¹o ra bëi nguån cã trë kh¸ng phï hîp víi nguån.

NhiÖt t¹p ©m Te cña mét phÇn tö 4 cùc lµ nhiÖt ®é cña mét ®iÖn trë ®Æt t¹i ®Çu vµo cña phÇn tö gi¶ ®Þnh víi t¹p ©m tù do, t¹o ra c«ng suÊt t¹p ©m cã gi¸ trÞ nh− nhau t¹i ®Çu ra cña phÇn tö khi phÇn tö thùc kh«ng cã nguån t¹p ©m ë ®Çu vµo (h×nh 4.14). Te lµ t¹p ©m bªn trong cña phÇn tö bèn cùc.

HÖ sè t¹p ©m cña phÇn tö bèn cùc lµ tû sè cña tæng c«ng suÊt t¹p ©m ë ®Çu ra cña phÇn tö trªn thanh phÇn cña c«ng suÊt nµy sinh ra bëi mét nguån ë ®Çu vµo cña phÇn tö ®ã víi nhiÖt t¹p ©m b»ng nhiÖt t¹p ©m chuÈn To = 290 K. Gi¶ thiÕt r»ng phÇn tö cã hÖ sè khuÕch ®¹i c«ng suÊt G, ®é réng b¨ng tÇn B vµ bÞ t¸c ®éng bëi mét nguån nhiÖt t¹p ©m To; c«ng suÊt tæng t¹i ®Çu ra lµ Gk(Te+T0)B. Gi¸ trÞ cña c«ng suÊt nµy ban ®Çu tõ nguån lµ GkT0B. V¹y hÖ sè t¹p ©m sÏ lµ: F = {Gk(Te+T0)B} = (Te+T0)/T0 = 1+Te/T0 (4.40)

2.3. T¹p ©m nhiÖt vμ çc nguån t¹p ©m nhiÖt a. NhiÖt t¹p ©m cña anten Mét anten thu t¹p ©m tõ çc vËt thÓ bøc x¹ n»m trong ®å thÞ bøc x¹ cña nã. T¹p ©m ®Çu ra cña anten lµ mét hµm cña tÝnh h−íng , ®å thÞ bøc x¹ vµ tr¹ng th¸i cña m«i tr−êng xung quanh. Anten ®−îc coi nh− mét nguån t¹p ©m ®Æc tr−ng bëi nhiÖt t¹p ©m vµ gäi lµ nhiÖt t¹p ©m cña anten TA (K).

NÕu gäi Tb(θ,ϕ)lµ nhiÖt ®é chiÕu s¸ng cña mét vËt thÓ bøc x¹ n»m trong h−íng (θ,ϕ) mµ ë h−íng ®ã hÖ sè t¨ng Ých cña anten cã gi¸ trÞ G(θ,ϕ). NhiÖt t¹p ©m cña anten


H×nh 4.15: Mét hÖ thèng thu

TR

TA

TF LRX

phide

T2

T1

M¸y thu

thu ®−îc b»ng viÖc kÕt hîp tÊt c¶ çc vËt thÓ bøc x¹ trong vïng bøc x¹ cña anten. NhiÖt t¹m ©m cña anten sÏ lµ:

TA = (1/4π)∫∫ Tb(θ,ϕ)G(θ,ϕ)dΩ b. NhiÖt t¹p ©m cña bé suy hao Mét bé suy hao lµ mét phÇn tö bèn cùc gåm nh÷ng phÇn tö thô ®éng (cã thÓ lµ çc ®iÖn kh¸ng) tÊt c¶ cã nhiÖt ®é TF lµ nhiÖt ®é xung quanh. NÕu LF lµ suy hao g©y ra bëi bé suy hao, th× nhiÖt t¹p ©m cña bé suy hao sÏ lµ:

Te = (LF - 1)TF (K) (4.42) NÕu TF = T0 b»ng çch so s¸nh 4.40 vµ 4.42 th× hÖ sè t¹p ©m cña bé suy hao b»ng: FF = LF

c. NhiÖt t¹p ©m cña mét thiÕt bÞ cã nhiÒu phÇn tö trong tÇng Gi¶ sö mét thiÕt bÞ bao gåm mét d·y N phÇn tö bèn cùc trong tÇng, mçi phÇn tö j cã hÖ sè khuÕch ®¹i c«ng suÊt Gj (j = 1,2,3, ... N) vµ nhiÖt t¹p ©m lµ TÑj. NhiÖt t¹p ©m cña thiÕt bÞ lµ:

Te = Te1 + Te2/G1 + Te3/G1G2 +...+ TN/G1G2 ....GN-1 (K) (4.43) HÖ sè t¹p ©m nhËn ®−îc tõ (2.19)

F = F1 + (F2 - 1)/G1 + (F3 - 1)/G1G2 + ....+ (FN - 1)/G1G2....GN-1 (4.44)

d. NhiÖt t¹p ©m cña m¸y thu XÐt thiÕt bÞ thu chØ ra trªn h×nh 4.15 gåm mét anten nèi ®Õn mét m¸y thu qua phide. ViÖc ®Êu nèi g©y mÊt m¸t vµ ë nhiÖt ®é ®o ®−îc TF (gÇn víi T0 = 290 K). G©y ra suy hao LFRX t−¬ng øng víi hÖ sè t¨ng Ých GFRX = 1/LFRX vµ nhá h¬n 1. NhiÖt t¹p ©m cña hÖ thèng sÏ ®−îc quyÕt ®Þnh ë hai ®iÓm sau:

- T¹i ®Çu ra anten, tr−íc mÊt m¸t ®Êu nèi, nhiÖt ®é T1

- T¹i ®Çu vµo m¸y thu, sau mÊt m¸t, nhiÖt ®é T2.

NhiÖt t¹p ©m T1 t¹i ®Çu ra anten lµ tæng cña nhiÖt t¹p ©m anten TA vµ nhiÖt t¹p ©m cña ph©n hÖ bao gåm ®Êu nèi vµ m¸y thu trong çc tÇng. NhiÖt t¹p ©m ®Êu nèi cho bëi 4.42. Tõ 4.43 nhiÖt t¹p ©m cña ph©n hÖ lµ (LFRX - 1)TF + TR/GFRX.. Thªm vµo anten, t−¬ng tù nh− mét nguån t¹p ©m, §iÒu ®ã cã ®−îc:

T1 = TA + (LFRX - 1)TF + TR/GFRX (K) (4.45) B©y giê xem xÐt ®Çu vµo m¸y thu, t¹p ©m nµy bÞ suy hao bëi mét hÖ sè LFRX . Thay thÕ GFRX b»ng 1/LFRX, nhiÖt t¹p ©m ®Çu vµo m¸y thu sÏ lµ:

http://www.ebook.edu.vn Trang: 15 T2 = T1/LFRX = TA/LFRX + TF(1- 1/LFRX) + TR (K) (4.46) NhiÖt t¹p ©m nµy ®−a ra cho viÖc tÝnh t¹p ©m t¹o ra bëi anten vµ sù ®Êu nèi ®ång thêi víi t¹p ©m m¸y thu ®−îc gäi lµ nhiÖt t¹p ©m hÖ thèng. Chó ý r»ng viÖc ®o l−êng t¹p ©m t¹i ®iÓm nµy chØ ph¶n ¸nh t¹p ©m cña anten vµ ®Êu nèi. Tãm l¹i: t¹p ©m trong mét hÖ thèng thu ®−îc quyÕt ®Þnh bëi nhiÖt t¹p ©m t¹i mét ®iÓm ®· cho trong hÖ thèng, hÇu hÕt th−êng ë ®Çu vµo m¸y thu; nhiÖt t¹p ©m nµy ®−îc gäi lµ nhiÖt t¹p ©m hÖ thèng. Nã lµ tæng t¹i ®iÓm ®ã, tÊt c¶ nhiÖt t¹p ©m t−¬ng øng t¹o ra t¹p ©m phÝa trªn vµ tÊt c¶ nhiÖt t¹p ©m t−¬ng ®−¬ng ®èi víi t¹p ©m t¹o ra ë phÝa d−íi cña cña ®iÓm xem xÐt.

2.4. T¹p ©m anten thu Cã hai tr−êng hîp ®−îc xem xÐt:

- Anten vÖ tinh (tuyÕn lªn)

- Anten tr¹m mÆt ®Êt (tuyÕn xuèng)

a. Anten vÖ tinh tuyÕn lªn

T¹p ©m nhËn ®−îc bëi anten lµ t¹p ©m tõ mÆt ®Êt vµ t¹p ©m tõ kh«ng gian bªn ngoµi. §é réng bóp sãng cña anten vÖ tinh b»ng hoÆc nhá h¬n gãc quan s¸t tõ vÖ tinh xuèng qu¶ ®Êt, víi vÖ tinh ®Þa tÜnh gãc quan s¸t lµ 17,5o. Víi çc ®iÒu kiÖn nh− vËy

¶nh h−ëng chñ yÕu lµ tõ mÆt ®Êt. Víi anten cã ®é réng bóp sãng θ3dB b»ng 17,5o th× nhiÖt t¹p ©m anten cho ë h×nh 4.16. Phô thuéc vµo tÇn sè vµ vÞ trÝ quü ®¹o cña vÖ tinh. Khi ®é réng nhá h¬n ( mét bóp sãng hÑp) nhiÖt ®é phô thuéc vµo tÇn sè vµ vïng phñ sãng; ®Êt liÒn bøc x¹ t¹p ©m lín h¬n ®¹i d−¬ng. Th−êng lÊy gi¸ trÞ t¹p ©m anten b»ng 290 K. NhiÖt t¹p ©m ®Çu vµo bé khuÕch ®¹i t¹p ©m thÊp cña vÖ tinh b»ng:

TSL = T1/LFRX + TF(1 - 1/LFRX) + TR (4.50)

b. Anten tr¹m mÆt ®Êt (tuyÕn xuèng)

T¹p ©m g©y ra cho anten bao gåm t¹p ©m tõ bÇu trêi vµ t¹p ©m do bøc x¹ tõ mÆt ®Êt.

• Tr−êng hîp trêi trong. ë nh÷ng tÇn sè lín h¬n 2 GHz ¶nh h−ëng kh«ng ph¶i vïng ion cña khÝ quyÓn mµ lµ m«i tr−êng hÊp thô, nh− lµ mét nguån t¹p ©m. Khi kh«ng xÈy ra çc hiÖn t−îng khÝ t−îng (®ù¬c gäi lµ bÇu trêi trong) nhiÖt t¹p ©m anten bao gåm nhiÖt t¹p ©m cña bÇu trêi vµ mÆt ®Êt xung quanh.

T¹p ©m bÇu trêi ®−îc x¸c ®Þnh tõ biÓu thøc 4.41, trong ®ã Tb(θ,ϕ) lµ nhiÖt ®é

vïng chiÕu s¸ng cña bÇu trêi ë h−íng (θ,ϕ). Trong thùc tÕ chØ cã mét phÇn cña bÇu trêi n»m trong h−íng anten cã hÖ sè t¨ng Ých lín. Nh− vËy ¶nh h−ëng cña t¹p ©m bÇu trêi trong Tsky chØ cã thÓ cã t¸c dông nhiÖt ®é vïng phñ sãng ®èi víi gãc ngÈng cña anten. H×nh 4.18 chØ ra nhiÖt t¹p ©m bÇu trêi trong nh− lµ hµm cña tÇn sè vµ gãc ngÈng [khuyÕn nghÞ 720, CCIR]


Bøc x¹ tõ mÆt ®Êt ë vïng l©n cËn tr¹m g©y ra do çc bóp phô cña anten vµ mét phÇn bëi bóp chÝnh khi gãc tµ nhá. NhiÖt t¹p ©m do mçi bóp phô ®−îc tÝnh bëi Ti =

Gi(Ω/4π)TG, trong ®ã Gi lµ gi¸ trÞ hÖ sè t¨ng Ých cña bóp phô cã gãc ®Æc Ωi vµ TG lµ nhiÖt ®é vïng chiÕu s¸ng cña mÆt ®Êt. Tæng cña çc ¶nh h−ëng nµy lµ gi¸ trÞ Tm.®Êt b»ng:

∑=

=i

nidatm TT

1. (4.51)

Sau ®©y mét sè gi¸ trÞ gÇn ®óng cña TG [khuyÕn nghÞ 390 CCIR]

- TG = 290 K ®èi víi çc bóp phô cã gãc tµ E nhá h¬n - 10o

- TG = 150 K ®èi víi - 10o < E < 0o

- TG = 50 K ®èi víi 0o < E < 10o

- TG = 10 K ®èi víi 10o < E < 90o

NhiÖt t¹p ©m anten sÏ lµ:

TA = Tb.trêi + Tm.®Êt (K) (4.52)

T¹p ©m nµy cã thÓ t¨ng thªm bëi çc nguån riªng lÎ n»m trong khu vùc l©n cËn

cña tÝnh h−íng anten. §èi víi mét nguån v« tuyÕn ®−êng kÝnh gãc biÓu kiÕn α vµ nhiÖt t¹p ©m Tn t¹i tÇn sè xem xÐt vµ ®o ë møc mÆt ®Êt sau suy hao bëi khÝ quyÓn th×

nhiÖt t¹p ©m thªm vµo ΔTA ®èi víi mét anten cã ®é réng bóp sãng θ3dB ®−îc cho bëi :

ΔTA = Tn(α/θ3dB)2 nÕu θ3dB > α (K)

ΔTA = Tn nÕu θ3dB < α (K) (4.53)

ChØ cã mÆt trêi vµ mÆt tr¨ng ®−îc kÓ ®Õn ®èi víi çc tr¹m mÆt ®Êt h−íng vÒ vÖ tinh ®Þa tÜnh. MÆt trêi vµ mÆt tr¨ng cã mét ®−êng kÝnh gãc t−¬ng ®−¬ng 0,5o. NhiÖt t¹p ©m sÏ t¨ng lªn khi cã çc vËt thÓ trªn bÇu trêi n»m th¼ng hµng víi tr¹m mÆt ®Êt vµ vÖ tinh. §iÒu kiÖn ®Æc biÖt nµy cã thÓ biÕt tr−íc. §Ó râ h¬n, t¹i tÇn sè 12 GHz mét anten 13 m nhiÖt t¹p ©m t¨ng lªn do mÆt trêi t¹i thêi gian ®ã cã gi¸ trÞ b»ng 12.000 K. Çc

®iÒu kiÖn xÈy ra vµ gi¸ trÞ cña ΔTA lµ hµm cña ®−êng kÝnh anten vµ tÇn sè. §èi víi mÆt tr¨ng t¨ng lªn kho¶ng 250 K t¹i 4 GHz [theo khuÕn nghÞ 390, CCIR].

Tb.trêi/A

Tm.®Êt

Tm = (1- 1/Am)

bÇu trêi

Tm®Êt

H×nh : ¶nh h−ëng cña nhiÖt t¹p ©m lªn anten tr¹m mÆt ®Êt

Tbtrêi

bÇu trêi m−a = bé suy hao Tm Am−a


• Tr−êng hîp cã m−a. NhiÖt t¹p ©m anten t¨ng do ®iÒu khiÖn khÝ t−îng nh− m©y vµ m−a lµm t¨ng hÊp thô. Tõ biÓu thøc 4.45, nhiÖt t¹p ©m anten trë thµnh:

TA = Tb.trêi/Am−a + Tm(1 - 1/Am−a) + Tm.®Êt (K) (4.54)

Trong ®ã Am−a lµ suy hao trong m−a vµ Tm lµ gi¸ trÞ cña nhiÖt ®é trung b×nh hiÖu dông. Tm cã gi¸ trÞ b»ng 260 K ®Õn 280 K [khuyÕn nghÞ 564, CCIR].

Tãm l¹i, nhiÖt t¹p ©m anten TA lµ mét hµm cña :

- TÇn sè

- Gãc ngÈng

- §iÒu khiÖn khÝ quyÓn (bÇu trêi trong hay m−a)

Do vËy, hÖ sè phÈm chÊt cña mét tr¹m mÆt ®Êt cÇn ph¶i ®−îc x¸c ®Þnh râ ®iÒu kiÖn thùc tÕ vÒ tÇn sè, gãc ngÈng, vµ t×nh tr¹ng cña khÝ quyÓn.

2.5. HÖ sè t¹p ©m: - HÖ sè t¹p ©m cña m¹ng 4 cùc. T¹p ©m sinh ra trong mét m¹ng bèn cùc (cã thÓ lµ bé khuÕch ®¹i hay bé tiªu hao) th−êng ®−îc biÓu thÞ bëi hÖ sè t¹p ©m F HÖ sè t¹p ©m cña mét m¹ng 4 cùc b»ng tû tÝn hiÖu trªn t¹p ©m ë ®Çu vµo trªn tû sè tÝn hiÖu trªn t¹p ©m ë ®Çu ra cña m¹ng

00 NSNS

F ii=

Tuy nhiªn khi lµm viÖc víi çc tÝn hiÖu yÕu nh− trong th«ng tin vÖ tinh th× t¹p ©m N th−êng ®−îc biÓu thÞ bëi nhiÖt t¹p ©m t−¬ng ®−¬ng T (K: ®é kelvin) TÊt c¶ çc vËt thÓ cã nhiÖt ®é vËt lý T (K) sÏ bøc x¹ ra sãng ®iÖn tõ, mét phÇn cña bøc x¹ nµy n»m trong b¨ng tÇn viba vµ sÏ g©y ra t¹p ©m nh− mét nguån t¹p ©m. VËy: NhiÖt t¹p ©m t−¬ng ®−¬ng lµ nhiÖt ®é cña mét ®iÖn trë t−¬ng ®−¬ng sinh ra t¹p ©m cã c«ng suÊt nh− cña nguån t¹p ©m t¹o ra, nh− minh ho¹ trªn h×nh 3.37

Nguån t¹p ©m víi mét nhiÖt ®é vËt lý nµo ®è cã thÎ kh«ng ph¶i lµ T cã t¹p ©m N (W)

nhiÖt ®é vËt lý T (K)

Gi¸ trÞ c«ng suÊt t¹p ©m t¹o ra: N = kTB (W)

H×nh 3.37: NhiÖt t¹p ©m t−¬ng ®−¬ng

So/No Si/Ni m¹ng 4 cùc

H×nh 2.36: hÖ sè tap ©m


G1

T1

G2

T2

G3 T3

H×nh 3.39: M¹ng 4 cùc cã nhiÒu tÇng

C«ng suÊt t¹p ©m trong mét ®é réng b¨ng tÇn B sÏ lµ: N = kTB (W) (3.23)

Trong ®ã k lµ h»ng sè Boltzmann:

k = 1,3806 × 10-23+ W s/K = - 228,60 dBW/Hz.K (3.24)

T lµ nhiÖt ®é tuyÖt ®èi (K), B gi¶i th«ng cña t¹p ©m (Hz) Víi nhiÖt ®é 290 K trong ®é réng b¨ng 50 MHz c«ng suÊt t¹p ©m sÏ lμ:

0,2 × 10-12 = 0,2pW. Mét anten cã nhiÖt ®é mÆt ngoµi lµ 290 K sÏ thu ®−îc c«ng suÊt t¹p ©m 0,2pW trong b¨ng tÇn 50 MHz. Quan hÖ gi÷a hÖ sè t¹p ©m vµ nhiÖt t¹ ©m cña mét m¹ng 4 cùc sÏ lµ: NÕu nhiÖt t¹p ©m ®Çu vµo lµ To , m¹ng 4 cùc cã hÖ sè truyÒn ®¹t lµ G, nhiÖt t¹p ©m t−¬ng ®−¬ng cña m¹ng 4 cùc lµ Te nh− biÓu thÞ trªn h×nh 3.38 th×: Si /Ni = Si/kToB, So/No = GSi/Gk(To + Te)B thay vµo c«ng thøc 3.22 nhËn ®−îc:

( ) 00

0

0

0 1TT

TTT

BTTGkGSBkTS

F ee

ei

i +=+

=+

= (3.25)

Tõ 3.25 cã thÓ rót ra: Te = (F - 1)To (3.26) - HÖ sè t¹p ©m cña m¹ng 4 cùc thô ®éng. - HÖ sè t¹p ©m cña m¹ng 4 cùc m¾c nèi tiÕp. NÕu m¹ng 4 cùc gåm nhiÒu tÇng nh− chØ ra trªn h×nh 3.39 th× t¹p ©m ®Çu ra sÏ ®−îc tÝnh: T¹p ©m do nguån ngoµi t¸c ®éng vµo ®Çu vµo ë®Çu ra cña m¹ng 4 cùc 3 tÇng: N01 = G1G2G3kT0B T¹p ©m cña tÇng thø nhÊt ë ®Çu ra cña m¹ng, ®−îc khuÕch ®¹i bëi tÇng thø hai vµ ba:

®Çu vµo Ni =kToB

nguån t¹p ©m NhiÖt ®é To

M¸y thu hÖ sè k.®¹i G gi¶i th«ng B nhiÖt t¹p ©m t−¬ng ®−¬ng Te

®Çu ra

H×nh 3.38: hÖ sè t¹p ©m vµ nhiÖt

Bai Giang Thong Tin Ve Tinh 5561

Documents