Lý thuyết anten - Phần 1 - Chương 2

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:16

Thêm vào BST

Báo xấu

159
lượt xem 38
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

SƠ LƯỢC VỀ ANTEN VÀ THÔNG TIN VỆ TINH. Sơ lược về Anten. Trong một hệ thống vô tuyến, một sóng điện từ lan truyền từ máy phát đến máy thu qua không gian. Việc truyền năng lượng điện từ trong không gian có thể được thực hiện theo hai cách: - Dùng các hệ truyền dẫn nghĩa là các hệ dẫn sóng điện từ như đường dây song hành, đường truyền đồng trục, ống dẫn sóng kim loại hoặc điện môi... Sóng điện từ truyền lan trong các hệ thống này thuộc loại sóng điện từ ràng buộc....

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Lý thuyết anten - Phần 1 - Chương 2

CHÖÔNG II : SÔ LÖÔÏC VEÀ ANTEN VAØ THOÂNG TIN VEÄ TINH. ---oOo--- A. Sô löôïc veà Anten. Trong moät heä thoáng voâ tuyeán, moät soùng ñieän töø lan truyeàn töø maùy phaùt ñeán maùy thu qua khoâng gian. Vieäc truyeàn naêng löôïng ñieän töø trong khoâng gian coù theå ñöôïc thöïc hieän theo hai caùch: - Duøng caùc heä truyeàn daãn nghóa laø caùc heä daãn soùng ñieän töø nhö ñöôøng daây song haønh, ñöôøng truyeàn ñoàng truïc, oáng daãn soùng kim loaïi hoaëc ñieän moâi... Soùng ñieän töø truyeàn lan trong caùc heä thoáng naøy thuoäc loaïi soùng ñieän töø raøng buoäc. - Böùc xaï soùng ra khoâng gian. Soùng seõ ñöôïc truyeàn ñi döôùi daïng soùng ñieän töø töï do. Do ñoù thieát bò duøng ñeå böùc xaï soùng ñieän töø hoaëc thu nhaän soùng töø khoâng gian beân ngoaøi ñöôïc goïi laø Anten. Anten laø moät thieát bò böùc xaï vaø thu naêng löôïng. Chuùng ta ñaõ thaáy anten laø boä phaän quan troïng khoâng theå thieáu ñöôïc cuûa baát kyø heä thoáng voâ tuyeán ñieän naøo, bôûi vì ñaõ laø heä thoáng voâ tuyeán nghóa laø heä thoáng trong ñoù coù söû duïng soùng ñieän töø thì khoâng theå khoâng duøng ñeán thieát bò ñeå böùc xaï hoaëc thu soùng ñieän töø. Anten quyeát ñònh raát nhieàu caùc tính chaát khaùc nhau cuûa tuyeán thoâng tin lieân laïc. Anten coù nhieàu daïng vaø nhieàu caáu truùc khaùc nhau coù loaïi raát ñôn giaûn nhöng coù loaïi raát phöùc taïp. Ta coù hai loaïi anten laø anten voâ höôùng vaø anten coù höôùng. a. Anten voâ höôùng: laø anten coù böùc xaï coâng suaát moät caùch ñoàng nhaát trong moät goùc khoái 4π. b. Anten coù höôùng: laø anten maø noù taäp trung coâng suaát theo moät höôùng nhaát ñònh vì vaäy noù phuï thuoäc vaøo heä soá höôùng tính D( θ,φ ) vaø ñoä lôïiG( θ,φ ). D( θ,φ) moâ taû kieåu böùc xaï, G( θ,φ ) cho ta bieát söï toån hao( nhieät hay coâng suaát böùc xaï vaøo caùc buùp phuï ) http://www.ebook.edu.vn
Tuy nhieân phaàn töû phaùt xaï chính vaø thu chính chính laø phaàn töû ñoái xöùng vaø khoâng ñoái xöùng. Thoâng thöôøng giöûa anten phaùt vaø anten thu khoâng noái tröïc tieáp vôùi nhau maø ñöôïc gheùp vôùi nhau qua ñöôøng truyeàn naêng löôïng ñieän töø, goïi laø fiñe. Anten phaùt coù nhieäm vuï bieán ñoåi soùng ñieän töø raøng buoäc trong fiñe thaønh soùng ñieän töø do böùc xaï ra khoâng gian. Anten thu thì coù nhieäm vuï ngöôïc vôùi anten phaùt laø tieáp nhaän soùng ñieän töø töï do töø khoâng gian beân ngoaøi vaø bieán ñoåi chuùng thaønh soùng ñieän töø raøng buoäc. Soùng naøy ñöôïc truyeàn theo caùc fiñe. Yeâu caàu cuûa thieát bò anten – fiñe laø phaûi thöïc hieän vieäc truyeàn vaø bieán ñoåi naêng löôïng vôùi hieäu suaát cao nhaát vaø khoâng gaây meùo daïng tín hieäu. - Chaán töû ñoái xöùng laø moät trong nhöõng nguoàn böùc xaï ñöôïc söû duïng khaù phoå bieán trong kyõ thuaät anten. Noù goàm hai daây daøi baèng nhau(hình truï, choùp, elipsoâit) giöõa daây fiñe nhö hình (2.1). Thöôøng duøng nhaát laø chaán töû ñoái xöùng coù chieàu daøi baèng nöûa böôùc soùng vaø ñöôïc goïi laø chaán töû nöõa böôùc soùng. - Chaán töû khoâng ñoái xöùng coù moät ñaàu daây noái vaø moät ñaàu cuûa maùy phaùt(hay maùy thu )coøn ñaàu coøn laïi cuûa maùy phaùt (hay maùy thu ) thì ñöôïc noái ñaát hình (2.2). Hình 2-1.Chaán töû ñoái xöùng. Hình 2-2.chaán töû khoâng ñoái xöùng. Tuøy theo öùng duïng cuûa anten trong caùc heä thoáng thoâng tin voâ tuyeán, voâ tuyeán truyeàn thanh, truyeàn hình, voâ tuyeán ñaïo haøng, voâ tuyeán thieân vaên, voâ tuyeán ñieàu khieån töø xa , rada... maø ngöôøi ta duøng caùc keát caáu töông töï cuûa anten. - Ñoái vôùi caùc ñaøi phaùt thanh vaø voâ tuyeán truyeàn hình thì anten caàn böùc xaï ñoàng ñeàu trong maët phaúng ngang (maët ñaát ), ñeå cho caùc maùy thu ñaëc ôû caùc höôùng baát kyø ñeàu coù theå thu ñöôïc tín hieäu cuûa ñaøi phaùt. Song anten caàn böùc xaï ñònh höôùng trong maët phaúng ñöùng, vôùi höôùng cöïc ñaïi song song maët ñaát ñeå caùc ñaøi thu treân maët ñaát coù theå nhaän ñöôïc tín hieäu lôùn nhaát vaø ñeå giaûm nhoû naêng löôïng böùc xaï theo caùc höôùng khoâng caàn thieát. - Trong thoâng tin maët ñaát hay vuõ truï thoâng tin chuyeån tieáp, rada, voâ tuyeán ñieàu khieån töø xa...thì yeâu caàu anten böùc xaï vôùi höôùng tính cao, nghóa laø soùng böùc xaï chæ taäp trung vaøo moät goùc heïp trong khoâng gian. Nhö vaäy nhieäm vuï cuûa anten khoâng phaûi chæ ñôn giaûn laø bieán ñoåi naêng löôïng ñieän töø cao taàn thaønh soùng ñieän töø töï do maø phaûi böùc xaï soùng aáy theo nhöõng höôùng nhaát ñònh, vôùi caùc yeâu caàu kyõ thuaät cho tröôùc. http://www.ebook.edu.vn
I. Nguoàn böùc xaï nguyeân toá cuûa anten. Khi khaûo saùt cuûa anten phöùc taïp, ta phaûi khaûo saùt caùc nguoàn böùc xaï nguyeân toá ñeå laøm cô sôû. Nguoàn böùc xaï nguyeân toá goàm coù: löôõng cöïc ñieän vaø löôõng cöïc töø. 1.Löôõng cöïc ñieän. Löôõng cöïc ñieän laø moät ñoaïn daây daãn maõnh vaø chieàu daøi l raát nhoû so vôùi böôùc soùng (l>l cöôøng ñoä ñieän tröôøng xaùc ñònh baèng bieåu thöùc : E( θ) θ r ϕ 30 KIlsisn θ e − jKr E( θ ) = j (2.1) r 2π Vôùi K= , λ : böôùc soùng λ Ta thaáy cöôøng ñoä tröôøng phuï thuoäc vaøo toaï ñoä khaûo saùt, doøng ñieän treân löôõng cöïc vaø böôùc soùng. II. Löôõng cöïc töø. Voøng daây coù dieän tích s
Cöôøng ñoä tröôøng cuûa löôõng cöïc töø phuï thuoäc vaøo doøng töø, kích thöôùc cuûa noù trong toïa ñoä vaø böôùc soùng. Tröôøng böùc xaï cuûa moät heä thoáng anten ñöôïc tính baèng caùch coäng caùc tröôøng böùc xaï cuûa caùc nguyeân toá rieâng reõ cuûa heä thoáng anten. Khi coäng ngoaøi bieân ñoä phaûi chuù yù goùc pha. II. Caùc thoâng soá cuûa anten phaùt. 1. Ñieän trôû böùc xaï cuûa anten Rbx (Ω ). Rbx laø 1 tham soá bieåu thò quan heä giöõa coâng suaát böùc xaï (W) vôùi doøng ñieän (A) chaïy qua moät ñieåm naøo ñoù cuûa anten. Pbx Rbx= (2.3) Iì Ngöôøi ta thöôøng xaùc ñònh Rbx ôû ñoaïn anten maø doøng ñieän coù bieân ñoä cöïc ñaïi hoaëc ôû caùc ñaàu vaøo. Rbx phuï thuoäc vaøo kích thöôùc cuûa anten so vôùi böôùc soùng, hình daïng anten vaø caùc yeáu toá khaùc. Ñieän trôû böùc xaï laø moät haøm theo (l;λ )ñoái vôùi chaán töû ñoái xöùng, noù chæ phuï thuoäc vaøo ñoä daøi chaán töû chöù khoâng phuï thuoäc ñöôøng kính cuûa chaán töû. http://www.ebook.edu.vn
Baûng (1). Ñieän trôû böùc xaï cuûa chaán töû ñoái xöùng coù ñoäi daøi khaùc nhau: L/λ RΣb l/λ RΣb l/λ RΣb 0.250 6.4 0.650 144 1.050 185 0.300 13 0.700 168 1.100 166 0.350 23 0.750 187 1.150 145 0.400 36 0.800 200 1.200 121 0.450 54 0.850 209 1.250 105 0.500 73.1 0.900 212 1.300 93 0.550 96 0.950 210 1.350 87 0.600 120 1.00 199 1.400 85 2. Toång trôû cuûa anten :Ra Toång trôû cuûa anten goàm ñieän trôû böùc xaï (Rbx ) vaø ñieän trôû toån thao (Rth). Rth bieåu thò naêng löôïng toån hao vaøo vieäc nung noùng daây daãn vaø vaät caùch ñieän. Ra =Rbx +Rth (2.4) Neáu tính toång trôû ñoái voái doøng ñieän ôû caùc ñaàu caém anten thì goïi laø ñieän trôû vaøo cuûa anten (Ra vaøo). Rth phuï thuoäc vaøo keát caáu anten vaø daûi soùng laøm vieäc. Khi böôùc soùng giaûm thì Rth giaûm. ÔÛ caùc daûi soùng ngaén thöôøng coù theå boû qua Rth. 3.Hieäu suaát cuûa anten. Hieäu suaát cuûa anten laø quan heä giöõa coâng suaát böùc xaï (Pbx)vôùi toaøn boä coâng suaát ñöa vaøo anten. Toaøn boä coâng suaát ñöa vaøo anten ñöôïc baèng coâng coäng vôùi coâng suaát toån hao (Pth ). 2 Rbx Pbx 1 ηA = (2.5) = = A Pbx + Pth ( Rbx + Rth) 2 Rth 1+ A Rbx Hieäu suaát cuûa anten cuõng laø moät trong caùc thoâng soá quan troïng ñaëc tröng cho möùc ñoä toån hao coâng suaát cuûa anten. 4. Ñoà thò phöông höôùng cuûa anten. http://www.ebook.edu.vn
Bieåu thò söï phuï thuoäc bieân ñoä theo phöông höôùng baèng phöông phaùp toaùn hoïc hoaëc ñoà thò. Khi bieåu thò ñaëc tính phuông höôùng baèng ñoà thò ngöôøi ta duøng caùc ñöôøng cong phaúng veõ ñaëc tính phöông höôùng theo hai maët phaúng chính, maët phaúng ngang vaø maët phaúng ñöùng (ñoái vôùi maët ñaát ). Buùp cuûa ñaëc tính phöông höôùng öùng vôùi höôùng phaùt cöïc ñaïi goïi laø buùp chính coøn caùc buùp khaùc goïi laø buùp phuï. Ví duï : buùp höôùng cuûa anten ñöùng noái ñaát. Hình 2-3.Buùp höôùng cuûa anten noái ñaát. 5. Heä soá taùc duïng phöông höôùng D. Ñoù laø tyû soá cuûa bình phöông cöôøng ñoä tröôøng ôû höôùng khaûo saùt treân cöôøng ñoä ñieän tröôøng trung bình hay noùi caùch khaùc ñoù laø tæ soá cuûa maät ñoä coâng suaát böùc xaï bôûi anten ôû ñieåm naøo ñoù naèm treân höôùng aáy, treân maät ñoä coâng suaát böùc xaï bôûi anten chuaån cuõng taïi höôùng vaø khoaûng caùch treân. E (θ ) 2 D= (2.6) Etb Ñieän tröôøng trung bình suy ra töø coâng suaát böùc xaï: ρ ∑ = 4π rο2 Stb (2.7) Stb :maät ñoä coâng suaát böùc xaï trung bình . Etb 2 Stb= (2.8) 240π 60 ρ ∑ Suy ra: Etb= (2.9) rο2 E (θ ) rο2 2 Vaäy: D= (2.10) 60 ρ ∑ Chuù yù : khi duøng anten coù tính phöông höôùng thì ñieàu quan troïng laø phaûi höôùng thaät ñuùng höôùng böùc xaï cöïc ñaïi veà phía maø ta ñònh thoâng tin. 6. Heä soá taêng tích cuûa anten (G). http://www.ebook.edu.vn
Heä soá taêng tích cuûa anten laø moät thoâng soá bieåu thò cho ñaëc tính böùc xaï cuûa anten so vôùi heä soá ñònh höôùng vì noù khoâng chæ bieåu thò ñôn thuaàn ñaëc tính ñònh höôùng cuûa anten maø coøn bieåu thò söï toån hao treân anten. Heä soá taêng tích laø tích soá cuûa heä soá taùc duïng phöông höôùng vôùi hieäu suaát anten. G laø moät tham soá ñaày ñuû hôn nhaát vì noù khoâng nhöõng keå ñeán taùc duïng phöông höôùng maø coøn keå ñeán caû coâng suaát tieâu hao voâ ích trong anten. 7. Ñaëc tính taàn soá vôùi daûi thoâng taàn cuûa anten. Anten cuõng laø moät heä thoáng dao ñoäng coù tính choïn loïc. Anten phaûi baûo ñaûm ñöôïc hieäu suaát böùc xaï cuõng nhö ñaëc tính phöông höôùng trong baûng taàn soá laøm vieäc. Ngöôøi ta chia ra : a. Anten daûi roäng:laø anten duøng ñeå laøm vieäc ôû moät taàn soá soùng mang nhöng baûo ñaûm böùc xaï khoâng meùo nhöng tín hieäu coù daûi taàn soá raát roäng. b. Anten baêng soùng: laø anten laøm vieäc ôû moät vaøi taàn soá soùng mang. 8. Heä soá khueách ñaïi ε cuûa anten. Heä soá khueách ñaïi ε laø tích soá cuûa heä soá tính phöông höôùng D vôùi hieäu suaát η: ε = D.η (2.11) ε: bieåu thò maät ñoä coâng suaát böùc xaï ôû moät ñieåm quan saùt naùo ñoù lôùn hôn bao nhieâu laàn so vôùi tröôøng hôïp coâng suaát vaøo Pv cuûa anten ñöôïc phaân boá ñeàu trong khoâng gian. 9. Ñoä daøi hieäu duïng. Ñoä daøi hieäu duïng laø chieàu daøi cuûa moät caïnh hình chöõ nhaät, coù dieän tích baèng tích cuûa bieân ñoä doøng ñieän taïi ñieåm caáp ñieän vaø ñoä daøi aáy. Töø ñaây ta coù theå noùi: ñoä daøi hieäu duïng cuûa anten laø ñoä daøi cuûa moät anten daây giaû ñònh coù doøng ñieän phaân boá ñoàng ñeàu vôùi bieân ñoä baèng bieân ñoä doøng ñieän taïi ñieåm caáp ñieän cuûa anten khaûo saùt. Ñoä daøi hieäu duïng cuûa anten coù giaù trò khaùc ñoä daøi hình hoïc, vaø phuï thuoäc vaøo λ böôùc soùng. Ñoái vôùi daây daãn coù ñoä daøi l= thì ñoä daøi hieäu duïng coù 2 λ giaù trò nghóa laø chæ baèng 0.637l. Tröôøng hôïp daây daãn coù ñoä daøi raát π http://www.ebook.edu.vn
nhoû so vôùi böôùc soùng thì ñoä daøi hieäu duïng tieán ñeán ñoä daøi hình hoïc cuûa anten. Anten coù keát caáu hình hoïc khaùc nhau nhöng neáu coù cuøng chieàu cao hieäu duïng nhö nhau thì möùc ñoä thu nhö nhau. B. Giôùi thieäu thoâng tin veä tinh. I. Giôùi thieäu chung. Chuùng ta ñang soáng trong thôøi kyø quaù ñoä tôùi moät xaõ hoäi ñònh höôùng thoâng tin tieân tieán nhôø coù caùc coâng ngheä môùi trong nhieàu lónh vöïc khaùc nhau. Caùc loaïi thoâng tin truyeàn treân soùng voâ tuyeán, ñoù laø vieãn thoâng voâ tuyeán, ñaõ ñi vaøo ñôøi soáng haèng ngaøy cuûa chuùng ta vaø chuùng ta coù theå caûm nhaän cuoäc soáng hieän taïi cuûa theá giôùi xung quanh chuùng ta nhôø caùc phöông tieän truyeàn hình vaø ñieän thoaïi quoác teá. Veà ñaïi theå caùc thoâng tin coù theå ñöôïc phaân ra caùc loaïi nhö thoâng tin duøng caùp ñoàng truïc hoaëc caùp sôïi quang vaø thoâng tin voâ tuyeán söû duïng soùng voâ tuyeán ñieän noái lieàn nhieàu nôi treân theá giôùi vöôït qua thôøi gian vaø khoâng gian. Hieän nay, caùc heä thoáng caùp bieån dung löôïng lôùn söû duïng caùc caùp sôï quang ñaõ ñöôïc ñöa vaøo söû duïng cho thoâng tin quoác teá. Ñoái vôùi thoâng tin voâ tuyeán quoác teá, thoâng tin veä tinh ñaõ cung caáp caùc ñöôøng thoâng tin dung löôïng lôùn thay theá cho thoâng tin soùng ngaén tröôùc ñaây ñöôïc söû duïng thöôøng xuyeân hôn. Ñeå ñaït ñöôïc thoâng tin veä tinh hieäu quaû hôn, caàn phaûi hieåu roõ heä thoáng truyeàn daãn, caùc coâng ngheä vaø caáu hình heä thoáng traïm maët ñaát. 1. Nguyeân lyù thoâng tin veä tinh. Moät veä tinh, coù khaû naêng thu, phaùt soùng voâ tuyeán ñieän sau khi ñöôïc phoùng vaøo vuõ truï duøng cho thoâng tin veä tinh; khi ñoù veä tinh seõ khueách ñaïi soùng voâ tuyeán ñieän nhaän ñöôïc töø caùc traïm maët ñaát vaø phaùt laïi soùng voâ tuyeán ñeán caùc traïm maët ñaát khaùc. Loaïi veä tinh nhaân taïo söû duïng cho thoâng tin veä tinh nhö theá ñöôïc goïi laø veä tinh thoâng tin. Do veä tinh chuyeån ñoäng khaùc nhau khi quan saùt töø maët ñaát, phuï thuoäc vaøo quyõ ñaïo bay cuûa veä tinh, veä tinh coù theå ñöôïc phaân ra veä tinh quyõ ñaïo thaáp vaø veä tinh ñòa tónh. Veä tinh quyõ ñaïo thaáp laø veä tónh maø nhìn töø maët ñaát noù chuyeån ñoäng lieân tuïc, thôøi gian caàn thieát cho veä tinh ñeå chuyeån ñoäng xung quanh quyõ ñaïo cuûa noù khaùc vôùi chu kyø quay cuûa quaû ñaát xung quanh truïc cuûa noù.Veä tinh ñòa tónh laø veä tinh ñöôïc phoùng leân quyõ ñaïo troøn ôû http://www.ebook.edu.vn
ñoä cao khoaûng 36.000 km so vôùi ñöôøng xích ñaïo. Veä tinh loaïi naøy bay xung quanh quaû ñaát moät voøng maát 24 giôø. Do chu kyø bay cuûa veä tinh baèng chu kyø quay cuûa quaû ñaát xung quanh truïc cuûa noù theo höôùng ñoâng cuøng vôùi höôùng quay cuûa quaû ñaát, bôûi vaäy veä tinh döôøng nhö ñöùng yeân khi quan saùt töø maët ñaát. Do vaäy noù ñöôïc goïi laø veä tinh ñòa tónh. Bôûi vì moät veä tinh ñòa tónh coù theå baûo ñaûm thoâng oån ñònh lieân tuïc neân coù nhieàu öu ñieåm hôn veä tinh quyõ ñaïo thaáp duøng laøm veä tinh thoâng tin. Neáu ba veä tinh ñòa tónh ñöôïc ñaët ôû caùc vò trí caùch ñieàu nhau beân treân xích ñaïo thì coù theå thieát laäp thoâng tin haàu heát caùc vuøng treân quaû ñaát baèng caùch chuyeån tieáp qua moät hoaëc hai veä tinh. Caáu hình cô baûn nhaát cuûa moät heä thoáng thoâng tin töø traïm maët ñaát qua veä tinh ñeán traïm maët ñaát khaùc ñöôïc trình baøy nhö hình (2.5): Hình 2-5. Caáu hình cô baûn cuûa moät heä thoáng thoâng tin. Ñöôøng höôùng töø traïm maët ñaát phaùt ñeán veä tinh ñöôïc goïi laø ñöôøng leân vaø ñöôøng höôùng töø veä tinh ñeán traïm maët ñaát thu goïi laø ñöôøng xuoáng. Haàu heát, caùc taàn soá trong khoaûng 6 GHz vaø/hoaëc 14GHz ñöôïc duøng cho ñöôøng leân vaø caùc taàn soá ôû khoaûng 4GHz hoaëc 11GHz ñöôïc söû duïng cho ñöôøng xuoáng. Quyõ ñaïo cuûa veä tinh nhaân taïo coù ba thoâng soá quan troïng: khoaûng caùch töø quyõ ñaïo veä tinh ñeán maët ñaát, hình daïng vaø goùc nghieâng so vôùi maët bình ñoä. Moät thoâng soá chung laø maët phaúng chuyeån ñoäng cuûa veä tinh phaûi ñi qua taâm quaû ñaát. Thôøi gian veä tinh ñi heát moät ñöôøng quyõ ñaïo tæ leä thuaän vôùi caên baäc ba cuûa phaân nöûa truïc quyõ ñaïo. Coù ba daïng quyõ ñaïo cô baûn ñöôïc duøng cho veä tinh: quyõ ñaïo eâllip, quyõ ñaïo ñoàng boä con, quyõ ñaïo ñòa tónh. Ñoái vôùi quyõ ñaïo eâlip vaø quyõ ñaïo ñoàng boä con, thôøi gian ñi cuûa veä tinh heát moät quyõ ñaïo khaùc vôùi thôøi gian quay quanh truïc cuûa veä tinh, nghóa laø veä tinh chuyeån ñoäng nhanh hôn khi caøng gaàn maët ñaát. Caùc veä tinh vieãn thoâng ñaàu tieân ñöôïc ñaët treân caùc quyõ ñaïo thaáp, töø 200 ñeán 500km. Chuùng quay voøng quanh traùi ñaát trong khoaûng hai tieáng ñoàng hoà. Caùc veä tinh chuïp aûnh, hay quan saùt maët ñaát, cuõng nhö caùc taøu con thoi vaø phoøng thí nghieäm vuõ truï, luoân luoân ñöôïc ñaët treân quyõ ñaïo thaáp. Caùc loaïi veä tinh naøy ñöôïc goïi laø veä tinh tònh tieán. Noù ñoøi hoûi anten thu http://www.ebook.edu.vn
luoân luoân phaûi di chuyeån theo chuùng, trong thôøi gian noù xuaát hieän. Thôøi gian naøy baèng khoaûng moät nöûa thôøi gian toàn taïi cuûa noù. Nhôø vaøo söï phaùt trieån cuûa teân löûa phoùng vaø caùc veä tinh neân coù theå ñaït ñeán quyõ ñaïo maø thôøi gian di chuyeån cuûa veä tinh chung quanh traùi ñaát trong 24 giôø, quyõ ñaïo naøy goïi laø quyõ ñaïo ñòa tónh vaø veä tinh naèm treân noù goïi laø veä tinh ñòa tónh. Caùc ñònh luaät cô hoïc trong khoâng gian, hay ñònh luaät Kepler ñaët ra ba ñieàu kieän: * Quyõ ñaïo phaûi naèm ôû möùc xích ñaïo ñeå veä tinh di chuyeån khoâng leäch höôùng. * Quyõ ñaïo phaûi troøn ñeå toác ñoä veä tinh khoâng thay ñoåi. * Baùn kính quyõ ñaïo phaûi ñaït 42.200km hay 35.800km caùch maët ñaát, do baùn kính traùi ñaát laø 6.366km. Vôùi ñieàu kieän nhö vaäy thì chu kyø quay voøng cuûa veä tinh coù thôøi gian baèng vôùi traùi ñaát töùc laø 23 giôø 56 phuùt. Löïc huùt cuûa traùi ñaát vôùi löïc li taâm cuûa veä tinh seõ baèng nhau. Baùn kính cuûa quyõ ñaïo, khoâng leä thuoäc vaøo khoái löôïng cuûa veä tinh, maø leä thuoäc vaøo toác ñoä goùc cuûa toác ñoä goùc cuûa voøng quay. Veä tinh ñòa tónh chuyeån ñoäng vôùi quyõ ñaïo truøng vôùi chieàu quay cuûa traùi ñaát seõ coù toác ñoä goùc gioáng nhö toác ñoä goùc cuûa traùi ñaát. Vaän toác cuûa veä tinh trong quyõ ñaïo ñòa tónh laø 3075m/s. Vì lyù do naøy maø khoâng coù söï chuyeån ñoäng töông ñoái giöõa veä tinh ñòa tónh vaø traùi ñaát. Quyõ ñaïo ñòa tónh ngaøy nay ñöôïc söû duïng phoå bieán cho vieäc thöïc hieän truyeàn hình töø veä tinh. a.Tæ soá soùng mang treân nhieãu C/N (Carrier/Noise). Ñoù laø tæ soá giöõa coâng suaát cuûa tín hieäu nhaän ñöôïc vôùi coâng suaát N cuûa tieáng oàn: C/N = E+G-A-10logT-10logB-logK (2.12) Trong ñoù: E = PIRE (dBW): coâng suaát ñaúng höôùng böùc xaï töông ñöông PIRE ñöôïc tính theo coâng suaát cuûa maùy phaùt soùng vaø ñoä lôïi cuûa anten: PIRE = 10log( PtG) (2.13) Vôùi maät ñoä coâng suaát treân dieän tích phía beân trong hình caàu laø Pt /4πR 2 (W/ m2). G: ñoä lôïi anten (dB). A: söï suy giaûm chung (dB). http://www.ebook.edu.vn
T. nhieät ñoä tieáng oàn cuûa anten vaø ñaàu thu SHF( ο K). B: ñoä roäng daûi taàn F cuûa maùy thu (MHz). vôùi 10logK=+226.6 dB (haèng soá Boltzmann). Tæ soá C/N = 6:quaù oàn chaát löôïng xaáu. 8:möùc giôùi haïn, moät vaøi veät nhieãu. 10: thu toát, maøu saéc ñeïp. 12: thu raát toát, chaát löôïng truyeàn hình baèng caùp Ñeå ñaûm baûo tæ soá tín hieäu treân nhieãu taïi ñieåm thu caàn ñaûm baûo caùc thoâng soá sau: - Ñoä taêng tích cuûa anten: khoaûng 48.5dB (ñoái vôùi anten thu 3m). - Nhieät ñoä nhieãu cuûa anten: khoaûng 23 ο K . - Maät ñoä coâng suaát taïi ngoõ vaøo maùy thu: khoaûng – 110dBw/ m 2 . b. Heä soá nhieãu nhieät G/T cuûa traïm thu. Heä soá naøy bieåu thò aûnh höôûng cuûa nhieät ñoä leân ñoä lôïi cuûa veä tinh. Nhieät ñoä caøng taêng thì nhieãu caøng lôùn, thöôøng taïi giaù trò nhieät ñoä laø 0 ο K thì khoâng bò aûnh höôûng cuûa nhieãu. Giaù trò naøy cho pheùp choïn anten thu thích hôïp tuøy theo C/N. Chuùng ta coù: G/T = C/N+E+A+logB+10logK (2.14) Tuøy theo PIRE cuûa veä tinh, chuùng ta seõ khaúng ñònh chaát löôïng hình aûnh C/N. Sau ñoù choïn giaù trò tieáng oàn cuûa ñaàu SHF theâm vaøo, söï suy giaûm chung A, ñoä roäng daûi taàn B vaø 10logK seõ cho ra giaù trò cuûa ñoä lôïi anten tính baèng dB. c. Goùc ngaång toái thieåu. Vuøng phuû soùng cuûa moät veä tinh ñöôïc giôùi haïn bôûi goùc ngaång. Ñoù laø goùc buø hình thaønh töø ñöôøng thaúng noái lieàn nôi thu ñeán veä tinh, vôùi ñöôøng thaúng ñöùng taïi nôi thu. Veà maët lyù thuyeát veä tinh ñòa tónh coù theå phuû soùng 1/3 traùi ñaát. Tuy nhieân, trong thöïc teá khoâng theå thöïc hieän ñöôïc, bôûi vì goùc ngaång cuûa anten bò haïn cheá ñeå loaïi tröù söï che khuaát cuûa ñòa hình. Goùc ngaång naøy khoâng theå nhoû hôn 20 ο , vì vaäy vuøng thu http://www.ebook.edu.vn
tín hieäu treân maët ñaát giôùi haïn giöõa 60 ο kinh tuyeán baéc-nam vaø 60 ο vó tuyeán ñoâng- baéc. Caùc vuøng röøng nuùi, thung luõng goùc ngaång toái thieåu phaûi laø 30 ο . Caùc veä tinh cuøng coâng taùc trong moät daûi taàn soá phaûi ñöôïc ñaët trong quyõ ñaïo ñòa tónh vôùi goùc cheânh leäch nhau 2 ο −3ο vaø ñaûm baûo vò trí veä tinh sao cho anten phaùt luoân höôùng ñuùng veà vuøng phuû soùng treân maët ñaát.Ñieàu naøy raát quan troïng vì anten phaùt treân veä tinh coù tính ñònh höôùng cao. Neáu khoâng ñaûm baûo toát ñieàu kieän naøy thì vuøng phuû soùng cuûa anten seõ leäch sang moät soá nöôùc laân caän. Goùc ngaång (E) vaø goùc phöông vò (Az) seõ ñònh vò anten thu ñeå thu baát kyø moät quaû veä tinh naøo, caùc quaû veä tinh khaùc nhau thì hai thoâng soá treân cuûa anten phaûi ñöôïc tính toaùn ñuùng vò trí cuûa anten phaùt treân veä tinh coù kinh ñoä khaùc nhau treân töøng veä tinh. Anten thu seõ coù caùc giaù trò goùc ngaång vaø goùc phöông vò töông öùng khaùc nhau, phuø hôïp vôùi quaû veä tinh caàn thu. Ta coù theå duøng moät göông anten thu cuøng 3 quaû veä tinh ñoàng thôøi vaø coù öu ñieåm: - Tieát kieäm ñöôïc göông anten thu. - Naâng cao hieäu quaû thu xem chöông trình ñöôïc nhieàu keânh hôn. - Khoâng chieám nhieàu dieän tích maët baèng ñaët anten. ÔÛ Vieät Nam toaøn boä caùc traïm maët ñaát hieän höõu ñeàu thu phaùt ôû taàn soá baêng C(phaùt 6GHz, thu 4GHz). Thoâng soá quan troïng veà chaát löôïng tín hieäu thu ñöôïc laø tæ soá tìn hieäu treân nhieãu cuûa keânh hình. Tæ soá naøy phaûi ñaït töø 45dB trôû leân trong suoát 99% thôøi gian thu caû naêm. Tín hieäu hình phaùt töø veä tinh vôùi coâng suaát coá ñònh. Bieân ñoä tín hieäu hình thu ñöôïc laø keát quaû cuûa quaù trình truyeàn lan trong khí quyeån. Chaát löôïng hình aûnh thu ñöôïc phuï thuoäc raát nhieàu ñieàu kieän truyeàn soùng trong khoâng gian vuõ truï vaø trong khí quyeån cuûa traùi ñaát. Möa coù theå laøm taêng ñoä suy hao tín hieäu treân 7dB, coù theå daãn ñeán laøm giaùn ñoaïn vieäc thu. Thöôøng khí quyeån coù söï bieán ñoäng trong khi möa vaø laøm suy hao trong phaïm vi 2dB. Hieän töôïng naøy thöôøng lieân quan ñeán vieäc phaù vôõ ñònh höôùng truyeàn soùng. Nhieàu thöïc nghieäm vaø ño ñaïc thoáng keâ cho thaáy raèng suy hao treân 2dB thöôøng xaûy ra khoaûng 0.06% thôøi gian thu, treân 4.5dB chieám 0.01% thôøi gian thu. http://www.ebook.edu.vn
Möùc ñoä nhaän thaáy nhieãu treân hình aûnh thu phuï thuoäc vaøo tæ soá daûi taàn hình treân nhieãu C/N (Carrier/Noise). Cöôøng ñoä ñieän tröôøng vuøng phuû soùng caàn ñaûm baûo 63-65dBw ñeå cho chaát löôïng hình aûnh thu toát trong suoát 90% thôøi gian veä tinh hoaït ñoäng trong caùc ñieàu kieän coù möa. d. Caùc daûi taàn soá duøng cho truyeàn thoâng baèng veä tinh. Teân daûi taàn Taàn soá (GHz) L 1.53 ÷ 1.71 S 2.50 ÷ 2.69 C 3.40 ÷ 4.20 4.50 ÷ 4.80 5.725 ÷ 7.075 7.90 ÷ 8.40 Ku 10.70 ÷ 14.80 Ka 17.70 ÷ 21.20 K 27.00 ÷ 31.00 Milimet 35.50 ÷ 275 Vôùi taàn soá thaáp thì anten phaùt treân veä tinh vaø anten thu treân maët ñaát phaûi coù kích thöôùc lôùn, seõ toán keùm khoù khai thaùc. Daûi taàn 0.7 GHz deã bò nhieãu tín hieäu khaùc treân maët ñaát nhö baêng UHF. Daûi taàn 2.5 ÷ 4.2 GHz ñöôïc söû duïng nhieäu cho thoâng tin maët ñaát, ñaëc bieät laø caùc tuyeán viba. Vieäc söû duïng daûi taàn naøy ñaëc bieät quan troïng ñoái vôùi caùc nöôùc vuøng nhieät ñôùi, vì ñoä suy giaûm do möa. Daûi taàn 12 GHz hieän nay ñang ñöôïc söû duïng cho caùc tuyeán viba treân maët ñaát coøn ít, do ñoù ít bò nhieãu neáu söû duïng daûi taàn naøy cho truyeàn hình veä tinh. Vôùi daûi taàn 12 GHz cho pheùp ñaït chuøm soùng raát heïp töø anten phaùt vaø anten thu coù kích thöôùc nhoû. 2. Öu vaø khuyeát ñieåm cuûa quyõ ñaïo ñòa tónh. http://www.ebook.edu.vn
Ñoái vôùi quyõ ñaïo ñòa tónh, khi ñoä nghieâng vaø ñoä leäch taâm cuûa quyõ ñaïo baèng khoâng, nghóa laø quyõ ñaïo troøn, thì veä tinh coá ñònh ñoái vôùi moät ñieåm xaùc ñònh tröôùc treân maët ñaát. Trong thöïc teá, ñoä nghieâng vaø ñoä leäch taâm hieám khi baèng khoâng. Vì vaäy, veä tinh moãi ngaøy leäch moät ít so vôùi traùi ñaát. Quyõ ñaïo ñòa tónh coù nhieàu öu ñieåm, do ñoù quyõ ñaïo naøy ñöôïc söû duïng roäng raõi trong truyeàn thoâng. Moät veä tinh maø xuaát hieän coá ñònh so vôùi taát caû caùc traïm maët ñaát trong taàng ñoái löu, seõ giaûm ñeán möùc toái thieåu caùc yeâu caàu, choïn löïa cho thieát bò ñaàu cuoái, vaø caùc thoâng soá truyeàn daãn nhö toån hao ñöôøng truyeàn laø baát bieán. Hôn nöõa, vuøng thu tín hieäu veä tinh ñòa tónh toát laø phuø hôïp vôùi vuøng ñoâng daân. Moät öu ñieåm khaùc laø ñoä dòch Doppler raát nhoû vaø coù theå döï ñoaùn nhieãu töø nhöõng heä thoáng radio khaùc nhôø hình daïng hình hoïc coá ñònh cuûa noù. Tuy nhieân, coù moät vaøi khuyeát ñieåm voán coù cuûa loaïi veä tinh naøy. Thôøi gian treã do truyeàn lan lôùn, khoaûng 25ms, vì taàm truyeàn ñaït cuûa veä tinh lôùn. Thôøi gian treã naøy laø thích hôïp cho moät cuoäc noùi chuyeän ñieän thoaïi ñoâi thì quaù khoù khaên. Hôn nöõa, khi maët trôøi xuaát hieän trong khoaûng caùch soùng cuûa anten traïm maët ñaát, thì maët trôøi trôû thaønh moät nguoàn nhieãu maïnh. Maët khaùc, söï baát lôïi cuûa quyõ ñaïo naøy laø khoâng coù khaû naêng bao phuû cho toaøn boä maët ñaát. Moät haïn cheá cuûa quyõ ñaïo ñòa tónh ñöôïc ñeà caäp ñeán gaàn ñaây coù lieân quan ñeán nhöõng öùng duïng cuûa noù trong thoâng tin mobile. ÔÛ nhöõng vuøng maø goùc ngaång cuûa veä tinh nhoû thì toån hao truyeàn lan lôùn do caùc vaät caûn nhö: nhaø, caây coái,..., laøm giôùi haïn khaû naêng vaø ñoä tin caäy cuûa tuyeán lieân laïc. Maëc duø vaäy, nhöõng öu ñieåm cuûa quyõ ñaïo ñòa tónh vaãn hôn haún nhöõng khuyeát ñieåm cuûa noù trong haàu heát caùc öùng duïng vaø vì quyõ ñaïo ñòa tónh ñöôïc söû duïng trong haàu heát caùc heä thoáng truyeàn thoâng veä tinh. Do yeâu caàu ñeà taøi laø thieát keá anten Cassegrain, maø anten naøy ñöôïc söû duïng roäng raõi cho caùc traïm maët ñaát vaø maïng thoâng tin veä tinh ñòa tónh. Em xin trình baøy moät maïng thoâng tin veä tinh ñòa tónh ñoù laø maïng VSAT. Chuùng ta cuõng neân ñeà caäp ñeán moät soá yeâu caàu veà vieäc thieát keá maïng VSAT. Giôùi thieäu chung veà maïng VSAT. Trong thieát keá maïng VSAT quan troïng nhaát laø vieäc tính toaùn, löïa choïn caáu hình vaø kích côõ caùc traïm sao cho giaù thaønh thieát bò, chi phí thueâ keânh veä tinh laø nhoû nhaát maø vaãn ñaûm baûo ñöôïc chaát löôïng tín hieäu yeâu caàu. Ngoaøi ra, nhö moät ñaëc ñieåm lôùn cuûa thoâng tin veä tinh, moâi tröôøng truyeàn soùng coù aûnh höôûng ñaùng keå ñeán chaát löôïng tín hieäu, vaø http://www.ebook.edu.vn
baûn thaân noù laïi thöôøng thay ñoåi. Vì vaäy, khi choïn löïa tham soá caùc traïm VSAT caàn tính ñeán heä soá döï phoøng ñeå duy trì möùc tín hieäu luoân luoân trong giôùi haïn cho pheùp vôùi moät daûi thay ñoåi roäng caùc ñieàu kieän khí haäu, ñaëc bieät laø khi coù möa lôùn. Muïc ñích chính cuûa vieäc thieát keá maïng maët ñaát thoâng tin veä tinh laø tính toaùn, löïa choïn traïm VSAT coù kích côõ toái thieåu, yeâu caàu taøi nguyeân baêng thoâng, coâng suaát nhoû nhaát nhöng vaãn ñaùp öùng chaát löôïng tín hieäu truyeàn ñoøi hoûi. Caáu hình traïm maët ñaát caàn choïn chuû yeáu laø caùc tham soá: - Loaïi anten (ñöôøng kính, hieäu suaát, heä soá phaåm chaát, nhieät ñoä taïp aâm). - Coâng suaát maùy phaùt. - Kieåu modem. Caùc tham soá söû duïng trong tính toaùn thieát keá coù theå phaân chia theo thaønh phaàn heä thoáng lieân quan nhö: - Traïm maët ñaát. - Veä tinh. - Keânh thoâng tin. Traïm maët ñaát: + Vò trí ñòa lyù cuûa traïm: cho bieát caùc thoâng soá nhö suy hao do möa, goùc nhìn veä tinh, möùc coâng suaát phaùt xaï ñaúng höôùng töông ñöông (EIRP), heä soá phaåm chaát(G/T) cuûa anten veä tinh theo höôùng traïm vaø suy hao ñöôøng truyeàn giöõa traïm maët ñaát – veä tinh. + Coâng suaát phaùt xaï, heä soá khueách ñaïi vaø heä soá phaåm chaát G/T cuûa anten traïm. + Nhieät ñoä taïp aâm heä thoáng: lieân quan tôùi ñoä nhaïy vaø tyû soá G/T. + Aûnh höôûng cuûa taïp aâm ñieàu cheá beân trong tôùi tyû soá tín hieäu/taïp aâm. + Caùc ñaëc ñieåm cuûa thieát bò (suy hao caùp tín hieäu, phaân caùch phaân cöïc anten, ñaëc tính boä loïc,...) ñeå bieát heä soá döï tröõ keát noái. Veä tinh: + Vò trí cuûa veä tinh treân quyõ ñaïo: cho bieát vuøng phuû soùng vaø goùc nhìn traïm maët ñaát, khoaûng caùch traïm maët ñaát – veä tinh. http://www.ebook.edu.vn
+ Möùc EIRP, heä soá phaåm chaát G/T cuûa veä tinh ôû vò trí traïm maët ñaát. + Baêng thoâng maùy phaùt ñaùp, daïng phaân cöïc. + Maät ñoä doøng coâng suaát baûo hoøa. Caùc thoâng soá veä tinh. - Möùc coâng suaát phaùt xaï ñaúng höôùng töông ñöông EIRP vaø heä soá phaåm chaát G/T cuûa anten veä tinh theo höôùng traïm maët ñaát. Giaù trò EIRP vaø G/T coù theå bieát qua baûn ñoà caùc ñöôøng möùc EIRP, G/T cuûa nhaø quaûn lyù vaän haønh veä tinh. - Maät ñoä doøng coâng suaát baûo hoøa (SFD) vaø baêng thoâng cuûa maùy phaùt ñaùp. - Daûi taàn laøm vieäc, daïng phaân cöïc. - Möùc luøi coâng suaát ñaàu vaøo (IBO), ñaàu ra (OBO). Keânh thoâng tin: + Daûi taàn soá laøm vieäc: cho bieát suy hao ñöôøng truyeàn, möùc döï tröõ keát noái. + Toác ñoä luoàn thoâng tin. + Ñaëc ñieåm maõ hoùa, ñieàu cheá. + Kieåu truy nhaäp veä tinh cuûa maïng. http://www.ebook.edu.vn