Bài giảng thông tin vệ tinh

Chia sẻ: Hikaru Hikaru | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:68

3
2.222
lượt xem
1.408
download

Bài giảng thông tin vệ tinh

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tài liệu tham khảo về thông tin về tinh. Lịch sử phát triển thông tin vệ tinh. Vào cuối thế kỷ 19, nhà bác học Nga Tsiolkovsky (1857-1035) đã đưa ra các khái niệm cơ bản về tên lửa đẩy dùng nhiên liệu lỏng. Ông cũng đưa ra ý tưởng...

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Bài giảng thông tin vệ tinh

  1. z  Bài giảng thông tin vệ tinh
  2. NguyÔn Trung TÊn Trung t©m Kü thuËt ViÔn th«ng 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 c¸c 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, c¸c 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. C¸c 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 Khoa V« tuyÕn §iÖn tö Häc viÖn Kü thuËt Qu©n sù
  3. http://www.ebook.edu.vn Trang: 1 phÈm 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 c¸o 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 c¸c 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. c¸c vÖ tinh trªn quü ®¹o ®−îc ph©n biÖt bëi c¸c 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 2b b: B¸n trôc ng¾n 2a ha: §é cao viÔn ®iÓm hb: §é cao cËn ®iÓm e: §é lÖch t©m x¸c ®Þnh h×nh d¹ng ellip . ha hb a2 − b2 e= a 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:
  4. http://www.ebook.edu.vn Trang: 2 VÖ 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 c¸c 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: T1 - VÖ tinh chuyÓn ®éng víi vËn tèc nhanh h¬n T2 S1 S2 khi gÇn tr¸i ®Êt vµ chËm h¬n khi xa tr¸i ®Êt. Vmax Vmin - 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 mMG mV 2 GM 630 ly t©m 2 = , cã vËn tèc lµ V = = (Km / s ) vµ chu kú lµ R R R R 2πR T= ≈ 10 − 2 R 3 (s) . V -mV2/R Trong ®ã: V + G lµ h»ng sè hÊp dÉn (6,674.10-8 cm3/gs2) 27 mMG/R2 + M lµ khèi l−îng cña tr¸i ®Êt (5,974.10 g) + m lµ khèi l−îng cña qu¶ vÖ tinh (g) + R lµ kho¶ng c¸ch tõ t©m tr¸i ®Êt ®Õn vÖ tinh (km) rE 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. T 2 = ka 3 , 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. C¸c quü ®¹o a. Quü ®¹o ®ång bé - ®Üa tÜnh (GEO - Geostationalry Earth Orbit): Quü ®¹o ®Þa tÜnh 62.000Km 36.000Km Qu¶ ®Êt §−êng xÝch ®¹o ♦ Lµ quü ®¹o tho¶ m·n c¸c ®iÒu kiÖn sau:
  5. 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. MGT 2 ¸p dông c¸c c«ng thøc trªn ta cã R = = 42.164 Km , ®é cao cña qu¶ vÖ tinh so 4π 2 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 c¸c 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. - C¸c 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 c¸c 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 c¸c vïng cã vÜ ®é nhá h¬n 81,30. b. QuÜ ®¹o Ellip: ♦ Lµ quü ®¹o tho¶ m·n c¸c ®iÒu kiÖn sau: - MÆt ph¼ng quü ®¹o nghiªng so víi mÆt ph¼ng xÝch ®¹o 630 26’ 40.000 K - Cã viÔn ®iÓm = 40.000Km vµ cËn ®iÓm 500Km. Quü ®¹o Ellip
  6. http://www.ebook.edu.vn Trang: 4 - VÖ tinh quay tõ T©y sang §«ng. ♦ ¦u ®iÓm: - Phñ sãng ®−îc c¸c vïng cã vÜ ®é cao > 81,30. - Gãc ngÉng lín nªn gi¶m ®−îc t¹p ©m do mÆt ®Êt g©y ra. ♦ Nh−îc ®iÓm: - 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 c¸c vïng cã vÜ ®é lín h¬n 81,30. c. QuÜ ®¹o LEO vµ MEO: ♦ Lµ quü ®¹o trong tho¶ m·n c¸c ®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. ♦ Nh−îc ®iÓm: - §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) c¸c vÖ tinh th«ng tin bay ë quÜ ®¹o trßn c¸ch mÆt ®Êt 1410km, nghiªng 520, c¸c 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 c¸ch mÆt ®Êt 780km, c¸c 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 c¸c 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.
  7. http://www.ebook.edu.vn Trang: 5 a. PhÇn kh«ng gian: bao gåm vÖ tinh th«ng tin vµ c¸c 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 c¸c 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¶ c¸c thiÕt bÞ ®iÖn tö hç trî truyÒn dÉn c¸c sãng mang. - C¸c 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 PhÇn kh«ng gian + ThiÕt bÞ TT&C Quü ®¹o VÖ tinh §−êng lªn (Uplink) §−êng xuèng (Douwlink) Tr¹m ®iÒu khiÓn TT&C Tr¹m Tr¹m mÆt ®Êt 1 PhÇn mÆt ®Êt mÆt ®Êt 2 - 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 c¸c 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 c¸c bé ®æi tÇn. vÖ tinh lo¹i nµy ®−îc gäi lµ “Transparent satellite”. NÕu c¸c sãng mang ®−îc gi¶i ®iÒu chÕ trªn vÖ tinh, thay ®æi tÇn sè sÏ ®¹t ®−îc b»ng c¸ch ®iÒu chÕ c¸c sãng mang míi cho ®−êng xuèng. C¸c vÖ tinh lo¹i nµy ®−îc trang bÞ c¸c bé xö lý b¨ng gèc vµ ®−îc gäi lµ “Regenerative satellite”. b. PhÇn mÆt ®Êt: bao gåm tÊt c¶ c¸c tr¹m mÆt ®Êt, nh÷ng tr¹m nµy th−êng ®−îc nèi trùc tiÕp hoÆc th«ng qua c¸c m¹ng mÆt ®Êt ®Ó ®Õn c¸c thiÕt bÞ ®Çu cuèi cña ng−êi sö dông.
  8. http://www.ebook.edu.vn Trang: 6 • NhiÖu vô tr¹m mÆt ®Êt ph¸t: TiÕp nhËn c¸c tÝn hiÖu tõ m¹ng mÆt ®Êt hoÆc trùc tiÕp tõ c¸c thiÕt bÞ ®Çu cuèi cña ng−êi sö dông, xö lý c¸c 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 c¸c sãng mang trªn ®−êng xuèng cña vÖ tinh ë tÇn sè chän tr−íc, xö lý tÝn hiÖu nµy trong tr¹m ®Ó chuyÓn thµnh c¸c tÝn hiÖu b¨ng gèc sau ®ã cung cÊp cho c¸c m¹ng mÆt ®Êt hoÆc trùc tiÕp tíi c¸c 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 c¸ch ®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 c¸c tr¹m mÆt ®Êt truy nhËp bé ph¸t ®¸p vÖ tinh, víi yªu cÇu sãng VT§ tõ c¸c tr¹m mÆt ®Êt riªng lÎ kh«ng can nhiÔu lÉn nhau. a. §a truy nhËp ph©n chia theo tÇn sè (FDMA): ♦ C¸c tr¹m mÆt ®Êt sö dông c¸c tÇn sè sãng mang kh¸c nhau vµ cïng chung mét bé ph¸t ®¸p. D¶i th«ng bé ph¸t ®¸p t Frequency Division Multiple Access ♦ ¦u ®iÓm: f - Thñ tôc truy nhËp ®¬n gi¶n. fB fA fC fD fA - CÊu h×nh tr¹m mÆt ®Êt ®¬n gi¶n. ♦ Nh−îc ®iÓm: - 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): ♦ C¸c 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. A D t cïng tÇn sè F C B TF TF Thêi gian A 1 khung f0 f ♦ ¦u ®iÓm: A B C D E F phÝa ph¸t phÝa thu
  9. http://www.ebook.edu.vn Trang: 7 - 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): ♦ C¸c 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·. Code Division C ♦ ¦u ®iÓm: Multiple Access B - ChÞu ®−îc t¹p nhiÔu vµ mÐo. A f - f0 ChÞu ®−îc sù thay ®æi c¸c th«ng sè kh¸c nhau cña ®−êng truyÒn. - Dung l−îng cao. - B¶o mËt cao. ♦ Nh−îc ®iÓm: - §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 c¸c vïng kh¸c nhau trªn mÆt ®Êt vµ ph−¬ng ph¸p sö dông c¸c 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 c¸c ng−êi sö dông - Ph©n cùc: cã c¸c 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 c¸c tr¹m mÆt ®Êt thu ®óng tÝn hiÖu cña tr¹m m×nh mµ kh«ng bÞ can nhiÔu do sö dông c¸c anten thu cã ph©n cùc kh¸c nhau. - VÖ tinh víi viÖc sö dông c¸c lo¹i anten kh¸c nhau cã kÝch th−íc kh¸c nhau, cã thÓ phñ sãng lªn mÆt ®Êt víi c¸c 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 c¸c vïng phñ sãng kh«ng chång lÊn lªn nhau vµ n¨ng l−îng bøc x¹ cña c¸c bóp phô phñ sãng lªn c¸c 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.
  10. 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 c¸ch 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: dB 100 Suy hao do do Suy hao tÇng Suy hao do ®iÖn ly tÇng ®iÖn ly m−a 50 Cöa sæ tÇn sè v« tuyÕn ®iÖn 10 5 1 GHz 0,1 1 10 100 Tuy nhiªn, d¶i tÇn 1GHz÷10GHz còng ®−îc sö dông nhiÒu cho c¸c ®−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 c¸c vÖ tinh. Sãng mm > 40GHz Liªn l¹c gi÷a c¸c 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): C¸c 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.
  11. http://www.ebook.edu.vn Trang: 9 ITU ph©n chia d¶i tÇn theo vïng nh− b¶ng sau. 1.6. C¸c 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 c¸c tuyÕn th«ng tin ®iÓm nèi ®iÓm vµ ®iÓm nèi ®a tiÓm. Trªn c¬ së c¸c tuyÕn th«ng tin trªn, th«ng tin vÖ tinh ®−îc sö dông ®Ó cung cÊp c¸c dÞch vô cè ®Þnh vµ di ®éng. Mét sè lo¹i dÞch vô sau: a. DÞch vô ®iÖn tho¹i ®−êng dµi: cung cÊp c¸c tuyÕn ®−êng trôc mµ m¹ng mÆt ®Êt ch−a triÓn khai tíi hoÆc khi c¸c m¹ng mÆt ®Êt qu¸ t¶i trong giê cao ®iÓm vµ lµm tuyÕn dù phßng cho c¸c tuyÕn ®−êng trôc mÆt ®Êt khi cã sù cè. b. DÞch vô viÔn th«ng n«ng th«n: cung cÊp c¸c dÞch vô viÔn th«ng nh− tho¹i, fax cho c¸c vïng xa x«i hÎo l¸nh, c¸c 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 c¸c dÞch vô viÔn th«ng nh− tho¹i, fax, truyÒn sè liÖu cho c¸c c¬ quan nhµ n−íc, c¸c c«ng ty cÇn ®−êng truyÒn cã ®é s½n sµng cao. d. DÞch vô l−u ®éng: cung cÊp c¸c dÞch vô truyÒn sè liÖu víi tèc ®é thÊp gi÷a c¸c ®µi di ®éng nh− xe t¶i, tµu biÓn ... víi trung t©m ®iÒu hµnh c¸c ®µi di ®éng. e. ChuyÓn tiÕp ch−¬ng tr×nh truyÒn h×nh vµ ph¸t thanh: cung cÊp ®−êng truyÒn gi÷a c¸c tr¹m HUB cña trung t©m truyÒn h×nh ®Õn c¸c tr¹m ph¸t chuyÓn tiÕp ®Æt t¹i c¸c vÞ trÝ c¸ch xa trung t©m. f. TruyÒn h×nh trùc tiÕp: cung cÊp c¸c 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 c¸c 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 c¸c thuª bao dÞch vô. i. DÞch vô chuÈn ®o¸n bÖnh tõ xa: cung cÊp c¸c dÞch vô t− vÊn y tÕ cho c¸c bÖnh viÖn ë xa trung t©m y tÕ vµ gi÷a c¸c trung t©m y tÕ víi nhau. j. DÞch vô ®µo t¹o tõ xa: cung cÊp dÞch vô ®µo t¹o tõ xa cho c¸c 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...
  12. http://www.ebook.edu.vn Trang: 10 - 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 c¸c 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: VPhãng=10.234m/s Quü ®¹o GEO h=35.786Km Quü ®¹o Hohmann V=3.075m/s hV= 35.786Km hC= 200Km Quü ®¹o LEO h=200Km V=7.784m/s Q§ VPhãng=10.234m/s - 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, c¸c ®éng c¬ ®Èy viÔn ®iÓm APM, c¸c ®éng c¬ ph¶n lùc cña vÖ tinh ®−îc ®iÒu khiÓn b»ng c¸c trung t©m vµ c¸c tr¹m ®iÒu khiÓn ®Æt t¹i c¸c vÞ trÝ kh¸c nhau cña tr¸i ®Êt. C¸c trung t©m ®iÒu khiÓn thùc hiÖn c¸c chøc n¨ng sau: - X¸c ®Þnh t− thÕ cña vÖ tinh - TÝnh to¸n c¸c th«ng sè tèi −u cho qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn vÖ tinh tõ quü ®¹o Hohmann sang quü ®¹o trßn - X¸c ®Þnh c¸c th«ng sè cña ®éng c¬ hiÖu chØnh h−íng cña vÖ tinh
  13. http://www.ebook.edu.vn Trang: 11 - Gi¸m s¸t vµ ®o c¸c 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: c¸c c«ng viÖc chÝnh ®−îc thùc hiÖn trong qu¸ tr×nh duy tr× vÖ tinh trªn quü ®¹o lµ: - C¸c 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 c¸c vïng mong muèn cña tr¸i ®Êt.
  14. http://www.ebook.edu.vn Trang: 12 Ch−¬ng 2: NhiÔu vμ t¹p ©m trong hÖ thèng tTVT. (6 tiÕt) 2.1. C¸c nguån nhiÔu trong hÖ thèng th«ng tin. T¹p ©m do can nhiÔu tõ c¸c hÖ thèng kh¸c g©y ra. c¸c nguån can nhiÔu cã thÓ chia lµm hai lo¹i: - Can nhiÔu do c¸c hÖ thèng v« tuyÕn ®iÖn chuyÓn tiÕp mÆt ®Êt cã cïng b¨ng tÇn: - Can nhiÔu tõ c¸c hÖ thèng vÖ tinh kh¸c: TR VÖ tinh TR TR 4GHz 6GHz 4GHz 6GHz 4GHz 6GHz RT RT RT RT RT RT RT Tr¹m viba Tr¹m mÆt ®Êt Tr¹m viba Tr¹m mÆt Tr¹m mÆt Tr¹m mÆt Tr¹m mÆt 4GHz 4/6 GHz 6GHz ®Êt A1 ®Êt A2 ®Êt B1 ®Êt B2 H×nh 2,1: Can nhiÔu tõ c¸c hÖ thèng H×nh 2,2: Can nhiÔu tõ c¸c hÖ thèng th«ng tin viba mÆt ®Êt 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. C¸c nguån t¹p ©m bao gåm: - T¹p ©m ph¸t ra tõ c¸c nguån tù nhiªn trong khu vùc ®Æt anten thu. - T¹p ©m t¹o ra bëi c¸c linh kiÖn ®iÖn tö trong thiÕt bÞ C¸c tÝn hiÖu tõ c¸c 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). N0 (f) (W/Hz) N0 B TÇn sè (Hz) H×nh 2.1: MËt ®é phæ t¹p ©m cña t¹p ©m tr¾ng 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)
  15. http://www.ebook.edu.vn Trang: 13 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. nguån t¹p ©m c«ng suÊt cã gi¸ nhiÖt ®é vËt lý cã thÓ kh«ng ph¶i lµ T trÞ (W): N = kTB nhiÖt ®é vËt lý T H×nh 4.13: X¸c ®Þnh nhiÖt t¹p ©m cña mét nguån t¹p ©m 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 thèng kh«ng cã thùc C«ng suÊt t¹p ©m t¹p ©m cã ®Çu vµo. gi¸ trÞ nh− T=0 nhau hÖ thèng nhiÖt ®é t¹p ©m tù G lµ hÖ sè khuyÕch ®¹i vËt lý do c«ng suÊt cña hÖ thèng T = Te H×nh 4.14: NhiÖt t¹p ©m ®Çu vµo t−¬ng ®−¬ng cña hÖ thèng 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 c¸c nguån t¹p ©m nhiÖt a. NhiÖt t¹p ©m cña anten Mét anten thu t¹p ©m tõ c¸c 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
  16. http://www.ebook.edu.vn Trang: 14 thu ®−îc b»ng viÖc kÕt hîp tÊt c¶ c¸c 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 c¸c ®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 c¸ch so s¸nh 4.40 vµ 4.42 th× hÖ sè t¹p ©m cña bé suy hao b»ng: FF = L F 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. TA T1 LRX TF phide M¸y thu T2 TR H×nh 4.15: Mét hÖ thèng thu 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 c¸c 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:
  17. 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 c¸c ®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 c¸c 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]
  18. http://www.ebook.edu.vn Trang: 16 bÇu trêi m−a = bé suy bÇu trêi hao Tm Am−a Tbtrêi Tb.trêi/ A Tm = (1- 1/Am) Tm®Êt Tm.®Êt H×nh : ¶nh h−ëng cña nhiÖt t¹p ©m lªn anten tr¹m mÆt ®Êt Bøc x¹ tõ mÆt ®Êt ë vïng l©n cËn tr¹m g©y ra do c¸c 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 c¸c ¶nh h−ëng nµy lµ gi¸ trÞ Tm.®Êt b»ng: i Tm.dat = ∑ Ti (4.51) n =1 Sau ®©y mét sè gi¸ trÞ gÇn ®óng cña TG [khuyÕn nghÞ 390 CCIR] - TG = 290 K ®èi víi c¸c 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 c¸c 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 c¸c 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 c¸c 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. C¸c ®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].
  19. http://www.ebook.edu.vn Trang: 17 • 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 Si N i F= S0 N 0 Si/Ni So/No m¹ng 4 cùc H×nh 2.36: hÖ sè tap ©m Tuy nhiªn khi lµm viÖc víi c¸c 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¶ c¸c 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) Gi¸ trÞ c«ng suÊt t¹p ©m t¹o ra: N = kTB (W) nhiÖt ®é vËt lý T (K) H×nh 3.37: NhiÖt t¹p ©m t−¬ng ®−¬ng
  20. http://www.ebook.edu.vn Trang: 18 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×: M¸y thu nguån hÖ sè k.®¹i G t¹p ©m ®Çu vµo gi¶i th«ng B ®Çu ra NhiÖt ®é Ni =kToB nhiÖt t¹p ©m To t−¬ng ®−¬ng Te H×nh 3.38: hÖ sè t¹p ©m vµ nhiÖt Si /Ni = Si/kToB, So/No = GSi/Gk(To + Te)B thay vµo c«ng thøc 3.22 nhËn ®−îc: S i kT0 B T + Te T F= = 0 = 1+ e (3.25) GS i Gk (T0 + Te )B T0 T0 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. G1 G2 G3 T1 T2 T3 H×nh 3.39: M¹ng 4 cùc cã nhiÒu tÇng 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:
Đồng bộ tài khoản