hệ thống thông tin vệ tinh 2011 phần 3

Chia sẻ: Thái Duy Ái Ngọc | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:15

Thêm vào BST

Báo xấu

140
lượt xem 61
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo tài liệu 'hệ thống thông tin vệ tinh 2011 phần 3', kỹ thuật - công nghệ, kĩ thuật viễn thông phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: hệ thống thông tin vệ tinh 2011 phần 3

C/I = PR-I Ta nhËn thÊy r»ng, t¹p ©m nhiÔu l ®-îc tÝnh gièng nh- c¸ch tÝnh EIRP. NÕu nh- ta biÕt c¸c ®Æc tÝnh bóp phô antenna vµ c¸c th«ng sè nh- kho¶ng c¸ch ®-êng truyÒn ®èi víi tr¹m g©y nhiÔu. NhiÔu cã thÓ ®-îc x¸c ®Þnh b»ng phÐp ®o thùc tÕ theo nhiÒu c¸ch. VÝ dô, trong thµnh phè n¬i cã nhiÒu vËt c¶n ph¶n x¹, nh- c¸c tßa nhµ gÇn tr¹m , th-êng nhiÔu kh«ng thÓ ®¸nh gi¸ ®-îc b»ng c¸ch tÝnh to¸n, v× thÕ ph-¬ng ph¸p ®o thùc tÕ lµ kh«ng thÓ thiÕu ®-îc. Khi ®ã, thùc hiÖn kÕt hîp C/I vµ C/N ®Ó t×m ra C/N+I b»ng ph-¬ng tr×nh sau: (C/N+I) = -10log10(10-1/10.C/N + 10-1/10.C/I) Sãng ph©n cùc ®øng TÇn Ô Nhieãu phaân cöïc . TÇn Ô Ô Nhieãu keânh laân caän . §¬n vÞ cña C/N, C/I vµ C/N + I lµ dB, v× thÕ tæng cña t¹p ©m vµ nhiÔu cÇn biÕn ®æi thµnh mét sè thùc. §Ó x¸c ®Þnh chÊt l-îng tuyÕn tõ C/N + I , th× thay thÕ C/N trong ®Æc tuyÕn C/N- BER hoÆc ®Æc tuyÕn C/N-S/N b»ng C/N + I. 1.3.4.2 NhiÔu cïng tuyÕn. Ta ®· xÐt nhiÔu tõ c¸c tuyÕn th«ng tin kh¸c, nh-ng nhiÔu còng cã thÓ ®-îc t¹o ra ngay trong tuyÕn. Lo¹i ®Çu ®-îc gäi lµ nhiÔu kh¸c tuyÕn vµ lo¹i sau ®-îc gäi lµ nhiÔu cïng tuyÕn. NhiÔu cïng tuyÕn cã thÓ lµ do c¶ : T¹p ©m nhiÔu khö ph©n cùc vµ T¹p ©m nhiÔu kªnh l©n cËn. NhiÔu khö ph©n cùc x¶y ra trong hÖ thèng th«ng tin ph©n cùc kÐp. Lo¹i nµy bÞ chi phèi bëi c¸c ®Æc tÝnh cña antenna. MÆc kh¸c, ®èi víi nhiÔu kªnh l©n cËn th× thµnh phÇn kªnh l©n cËn cã cïng ph©n cùc víi tuyÕn vÖ tinh th«ng tin bÞ ®iÒu h-ëng bëi c¸c ®Æc tÝnh bé läc m¸y thu. Cã thÓ triÖt nhiÔu kªnh l©n cËn b»ng mét bé läc cã ®Æc tÝnh c¾t nhän, mÆt kh¸c cã mét giíi h¹n cã thÓ thay ®æi bao nhiªu XPD (kh¶ n¨ng ph©n biÖt ph©n cùc chÐo) cña antenna ®Ó triÖt t¹p ©m nhiÔu khö ph©n cùc. NghÜa lµ, XPD cña antenna kho¶ng 30dB, kho¶ng 50dB víi mét hÖ thèng ®iÒu chÕ FM dïng c¸ch xen dßng còng ph¶i chó ý ®é gi¶m XPD do m-a t¹i tÇn sè kho¶ng 10GHz. 1.3.4.3 Suy hao do tap aâm. T¹p ©m nhiÖt ®-îc t¹o ra trong m¸y ph¸t vµ nã kÕt hîp víi t¹p ©m bªn ngoµi ®i vµo antenna thu vµ t¹p ©m bªn trong t¹o ra tõ trong m¸y thu, antenna vµ hÖ thèng fi®¬. MÆc dï sè l-îng t¹p ©m ®-îc t¹o ra ë m¸y ph¸t lµ ®¸ng kÓ, nh-ng nã gi¶m däc theo
®-êng truyÒn lan, v× thÕ kh«ng cÇn xÐt ®Õn lo¹i t¹p ©m nµy. Tuy nhiªn, ta cÇn xÐt ®Õn lo¹i t¹p ©m bªn trong vµ bªn ngoµi. Tap aâm beân ngoaøi T¹p ©m M¸y m¸y ph¸t T¹p ©m Ph©n lo¹i nguån t¹p ©m bªn ®-êng xuèng a.T¹p ©m bªn ngoµi. T¹p ©m bªn ngoµi bao gåm t¹p ©m kh«ng gian, t¹p ©m bÒ mÆt mÆt ®Êt, t¹p ©m khÝ quyÓn vµ t¹p ©m m-a. T¹p ©m hiÖu dông t¹i tr¹m mÆt ®Êt chñ yÕu lµ t¹p ©m m-a, vµ ph¶i coi lµ nguyªn nh©n chÝnh g©y suy hao tÝn hiÖu. Khi trêi quang t¹p ©m g©y ra lµ do khÝ quyÓn vµ kh«ng gian.Tuy nhiªn, ta thÊy r»ng t¹p ©m g©y ra bëi khÝ quyÓn cã nhiÖt ®é ®o ®-îc nhá h¬n 100K, v× thÕ ta cã thÓ bá qua nã trong qu¸ tr×nh thiÕt kÕ tuyÕn s¬ bé. T¹p ©m tõ bÒ mÆt cña tr¸i ®Êt kh«ng ¶nh h-ëng ®Õn tr¹m mÆt ®Êt bëi v× ta sö dông antenna cã h-íng, nh-ng nã ¶nh h-ëng ®Õn vÖ tinh th«ng tin v× antenna cña nã cã h-íng vÒ phÝa tr¸i ®Êt. NhiÖt ®é t¹p ©m cña t¹p ©m bÒ mÆt tr¸i ®Êt thu b»ng vÖ tinh th«ng tin gÇn gièng nh- cña bÒ mÆt tr¸i ®Êt. b.T¹p ©m bªn trong. T¹p ©m bªn trong x¶y ra trong c¸c antenna, c¸c hÖ thèng fi®¬ vµ c¸c m¸y thu, tæng t¹p ©m ®ã lµ toµn bé c«ng suÊt t¹p ©m bªn trong. Tuy nhiªn, t¹p ©m x¶y ra t¹i c¸c ®iÓm kh¸c nhau cã ¶nh h-ëng kh¸c nhau, v× thÕ c«ng suÊt t¹p ©m tÝch hîp kh«ng thÓ ®¸nh gi¸ ®¬n gi¶n b»ng viÖc x¸c ®Þnh trÞ sè c«ng suÊt t¹p ©m. V× C/N lµ trÞ sè ë ®Çu vµo t¹i m¸y thu, nªn ta ph¶i biÕn ®æi t¹p ©m x¶y ra t¹i antenna vµ trong hÖ thèng fi®¬ thµnh mét trÞ sè t¹i ®iÓm ®Çu vµo m¸y thu. Toån hao heä Möùc tín hieäu thoáng phiñô Möùc coâng suaát Taïp aâm maùy thu Ta p aâm anten Ta p aâm heä thoáng phiñô Suy hao heä thoáng phiñô LF Maùy thu Ñöôøng phiñô (oáng daãn soùng) Thay ®æi cña møc t¹p
NhiÖt t¹p ©m anten vµ t¹p ©m hÖ thèng fi®¬ ®-îc xem nh- lµ suy hao hÖ thèng fi®¬. Ta cã thÓ biÓu diÔn t¹p ©m tæng t¹i ®Çu vµo m¸y thu b»ng nhiÖt t¹p ©m nh- sau: TA + TO(LF – 1) TIN = --------------------- + TR LF TIN : T¹p ©m tæng bªn trong. TA : NhiÖt t¹p ©m antenna. TR : NhiÖt t¹p ©m m¸y thu. TO(LF -1): T¹p ©m hÖ thèng fi®¬. TO : NhiÖt ®é m«i tr-êng. LF : Suy hao hÖ thèng fi®¬ ( gi¸ trÞ thùc). C«ng thøc cho ta tÝnh c¸c t¹p ©m x¶y ra trong mçi phÇn quy vÒ ®Çu vµo. Nãi chung, t¹p ©m ®-îc t¹o ra ë mäi n¬i trong thiÕt bÞ, nh-ng chØ dïng c¸c trÞ sè quy vÒ ®Çu vµo cña c¸c t¹p ©m t¹o ra t¹i mçi ®Çu vµo trong thiÕt bÞ. T¹p ©m hÖ thèng fi®¬ ®-îc biÓu diÔn b»ng To(LF-1). §ã lµ c«ng suÊt t¹p ©m quy vÒ ®Çu vµo trong mét ®iÖn trë, ë ®ã c«ng suÊt tÝn hiÖu khi ch¶y qua nã gi¶m xuèng LF t¹i nhiÖt ®é xung quanh lµ To. V× vËy, To(LF-1) t¨ng khi LF hÖ thèng fi®¬ t¨ng, cã nghÜa lµ c«ng suÊt t¹p ©m bªn trong g©y ra bëi hÖ thèng fi®¬ t¨ng lªn. §Ó ng¨n chÆn ®iÒu nµy cÇn thiÕt kÕ c¸c ph-¬ng tiÖn sao cho cã hÖ thèng fi®¬ nhá nhÊt. Nguyªn nh©n chÝnh g©y ra t¹p ©m antenna lµ t¹p ©m nhiÖt x¶y ra t¹i antenna vµ nã cã nhiÖt ®é kho¶ng 30-1000K. Trong mét tr¹m VSAT, ë ®ã cã nhiÖt t¹p ©m m¸y thu cao, cã thÓ bá qua t¹p ©m antenna, nh-ng trong mét tr¹m mÆt ®Êt lín, ng-êi ta sö dông c¸c m¸y thu chÊt l-îng cao, v× thÕ ¶nh h-ëng do t¹p ©m antenna lµ lín trong toµn bé hÖ thèng. NhiÖt t¹p ©m ®èi víi mét m¸y thu b»ng tæng nhiÖt t¹p ©m g©y ra trong mçi phÇn. §èi víi c¸c bé khuÕch ®¹i nèi tiÕp, cã thÓ biÓu diÔn t¹p ©m m¸y thu (TR) b»ng ph-¬ng tr×nh : TR = T1 + (T2/G1) + (T3/G1.G2) + … + (TK/G1.G2.G3….GK) G1,G2,G3...GK :lµ hÖ sè khuÕch ®¹i. T1,T2,T3...TK : lµ nhiÖt t¹p ©m quy vÒ ®Çu vµo. V× tÝn hiÖu trë nªn lín h¬n khi ®i qua mçi tÇng khuÕch ®¹i, nªn t¸c ®éng cña t¹p ©m t¹i mçi tÇng l¹i nhá ®i. NÕu nh- hÖ sè khuÕch ®¹i cña tÇng ®Çu lµ ®ñ lín, th× t¹p ©m x¶y ra t¹i tÇng thø 2 vµ c¸c tÇng khuÕch ®¹i tiÕp theo cã thÓ bá qua. V× vËy, khi cÇn ph¶i gi¶m t¹p ©m trong m¸y thu xuèng nhá h¬n nh- lµ trong hÖ thèng th«ng tin vÖ tinh, th× ph¶i sö dông tÇng khuÕch ®¹i ®Çu tiªn cã hÖ sè khuÕch ®¹i cao vµ cã t¹p ©m thÊp. V× vËy, c¸c m¸y thu th«ng tin vÖ tinh sö dông bé khuÕch ®¹i t¹p ©m thÊp (LNA), víi nhiÖt t¹p ©m ®Çu vµo tÇng ®Çu tiªn lµ 70-3000K.
Boä KÑ K Boä KÑ 1 Boä KÑ 2 Boä KÑ 3 Tín hieäu G1 G2 G3 GK Taïp aâm Taïp aâm Taïp aâm Taïp aâm nhieät T1 nhieät T2 nhieät T3 nhieät TK c. T¹p ©m hÖ thèng. T¹p ©m bªn ngoµi vµ t¹p ©m bªn trong ®Òu tån t¹i trong mét hÖ thèng, v× thÕ t¹p ©m tæng ®èi víi hÖ thèng ®ã b»ng tæng c«ng suÊt t¹p ©m bªn ngoµi vµ bªn trong cña nã. §iÒu nµy cho thÊy ë ph-¬ng tr×nh sau: TS + TA + TO(LF –1) TSYS = --------------------------------- + TR LF Trong ®ã : -TSYS: NhiÖt t¹p ©m hÖ thèng. -TS : NhiÖt t¹p ©m bªn ngoµi. -TA : NhiÖt t¹p ©m antenna. -TR : NhiÖt t¹p ©m m¸y thu. -TO : NhiÖt ®é m«i tr-êng. -LF : Suy hao hÖ thèng fi®¬ (sè thùc). Ph-¬ng tr×nh ®-îc sö dông tr-íc hÕt lµ ®Ó t×m ra nhiÖt t¹p ©m cña tr¹m mÆt ®Êt ë ®-êng xuèng tõ vÖ tinh th«ng tin. §èi víi ®-êng lªn tõ mét tr¹m mÆt ®Êt tíi vÖ tinh, c¸c nguyªn nh©n g©y t¹p ©m chÝnh lµ t¹p ©m m¸y thu vµ t¹p ©m ngoµi ( t¹p ©m bÒ mÆt mÆt ®Êt ). V× thÕ, ta cã thÓ bá qua t¹p ©m hÖ thèng fi®¬ vµ antenna. Nh- vËy, khi bá qua suy hao hÖ thèng fi®¬, th× cã thÓ biÓu diÔn nhiÖt t¹p ©m ®èi víi ®-êng lªn b»ng ph-¬ng tr×nh: TSYS = TS + TR V× thÕ, cã thÓ sö dông nhiÖt t¹p ©m (TSYS) ®Ó tÝnh c«ng suÊt t¹p ©m (NSYS) cho toµn bé hÖ thèng ®-îc biÓu thÞ ë ph-¬ng tr×nh sau : NSYS = 10log(k.TSYS.B) (dB) Trong ®ã : -k lµ h»ng sè Bolzman = 1.38.10-23 (W/Hz/0K). -B lµ ®é réng b¨ng tÇn (Hz). Sö dông NSYS tõ 2 ph-¬ng tr×nh trªn cã thÓ biÓu thÞ C/N b»ng ph-¬ng tr×nh sau : C/N = PR-NSYS = PT-LT+GT-LP+GR-LR-NSYS Trong ®ã: PT : C«ng suÊt m¸y ph¸t. LT: Suy hao hÖ thèng fi®¬ ph¸t. GT: HÖ sè t¨ng Ých antenna ph¸t. LP: Suy hao truyÒn sãng. GR: HÖ sè antenna thu. LR: Suy hao hÖ thèng fi®¬ m¸y thu. GR-LR-NSYS biÓu thÞ c¸c ®Æc tÝnh cña m¸y thu. Tuy nhiªn, th«ng sè G/T dïng TSYS chø kh«ng dïng NSYS trong ph-¬ng tr×nh trªn ®Ó
biÓu thÞ chÊt l-îng m¸y thu, nã cã thÓ biÓu thÞ bëi ph-¬ng tr×nh: G/T = GR - 10log(Tsys) - LR 1.4 TRAÏM MAËT ÑAÁT 1.4.1 Caáu Hình Cuûa Moät Traïm Maët Ñaát 1.4.1.1 Caáu hình vaø nguyeân lyù hoïat ñoäng. a. Caáu hình. Noùi chung moät traïm maët ñaát bao goàm: thieát bò thoâng tin thieát bò truyeàn daãn maët ñaát, thieát bò cung caáp nguoàn vaø nhaø ñieàu khieån. Thieát bò thoâng tin goàm coù moät anten, moät maùy coâng suaát cao, moät maùy thu taïp aâm thaáp cuõng nhö thieát bò ña truy nhaäp, ñieàu cheá vaø giaûi ñieàu cheá. Nhö hình sau : Thieát bò ña truy nhaäp Maùy thu taïp aâm thaáp ñieàu cheá vaø giaûi ñieàu cheá Thieát bò anten baùm LNA Boä ñoåi taàn Boä khueách ñaïi Boä xuoáng IF giaûi ñieàu cheá Thieát bò baùm Thieát bò ña Heä thoáng Boä dao ñoängnhaäp truy fiñô Boä dao ñoäng HPA Boä ñoåi taàn Boä khueách ñaïi Boä leân IF ñieàu cheá Maùy phaùt coâng suaát lôùn b. Nguyeân lyù hoïat ñoäng. Khi phaùt : Moät tín hieäu ñöôïc göûi ñi töø moät thieát bò truyeàn daãn treân maët ñaát (goàm moät boä gheùp keânh,…) ñöôïc ñieàu cheá thoâng qua thieát bò ña truy nhaäp, ñieàu cheá vaø giaûi ñieàu cheá; taàn soá cuûa tín hieäu ñaàu ra ( ôû moät taàn soá trung taàn) ñöôïc bieán ñoåi ra soùng phaùt ôû boä ñoåi taàn ñöôøng leân. Coâng suaát cuûa tín hieäu naøy ñöôïc khueách ñaïi leân ñeán möùc yeâu caàu nhôø boä khueách ñaïi coâng suaát cao, tín hieäu ñaàu ra cuûa noù seõ ñöôïc anten böùc xaï ñeán veä tinh. Khi thu: Anten töø traïm maët ñaát thu tín hieäu töø veä tinh sau ñoù ñöôïc maùy thu taïp aâm thaáp khueách ñaïi ñöa ñeán boä ñoåi taàn ñöôøng xuoáng vaø ñöôïc bieán ñoåi ra taàn soá trung taàn. Sau
ñoù ñöôïc ñöa ñeán thieát bò thoâng tin treân maët ñaát thoâng qua thieát bò ña truy nhaäp ñieàu cheá vaø giaûi ñieàu cheá. 1.4.1.2 Caùc coâng ngheä quan troïng ñoái vôùi traïm maët ñaát. Ta bieát khoaûng caùch töø maët töø moät traïm maët ñaát tôùi moät veä tinh khoaûng 36.000 Km xa hôn khoaûng 700 laàn khoaûng caùch giöõa caùc traïm chuyeån tieáp trong heä thoáng vi ba treân maët ñaát. Do ñoù caàn coù caùc coâng ngheä thu ñöôïc caùc tín hieäu yeáu töø veä tinh, phaùt caùc tín hieäu coâng suaát cao ñeán veä tinh vaø ñoái phoù vôùi thôøi gian treã gaây ra do cöï ly truyeàn soùng daøi. Nhö sau: Coâng ngheä anten caàn coù: • Heä soá taêng ích cao. Hieäu suaát cao. Ñoà thò tính höôùng heïp. Buùp soùng phuï nhoû. Ñaëc tính phaân cöïc toát. Ñaëc tính taïp aâm nhoû. • Coâng ngheä maùy phaùt coâng suaát lôùn ñoøi hoûi : Khueách ñaïi coâng suaát lôùn. Ngaên chaën xuyeân ñieàu cheá. • Coâng ngheä maùy thu taïp aâm thaáp caàn coù: Ñaëc tính taïp aâm thaáp Heä soá khueách ñaïi lôùn. • Coâng ngheä ñieàu khieån tieáng doäi caàn phaûi coù: Haïn cheá tieáng doäi. Giaùm saùt tieáng doäi. Hieäu quaû truyeàn daãn. Ñieàu khieån loãi. 1.4.2 Coâng ngheä maùy phaùt. 1.4.2.1 Maùy phaùt coâng suaát cao. Ñeå buø vaøo suy hao truyeàn lôùn trong thoâng tin veä tinh, ñaàu ra maùy phaùt caàn phaûi coù coâng suïaát caøng lôùn caøng toát, do vaäy traïm maët ñaát phaûi söû duïng boä khueách ñaïi coâng suaát cao HPA (Hight Power Amplifier). Trong caùc heä thoáng voâ tuyeán maët ñaát khoaûng caùch giöõa caùc traïm chuyeån tieáp chæ khoaûng vaøi chuïc km neân coâng suaát ra cuûa maùy phaùt khoaûng 10W laø ñuû. So vôùi heä thoáng thoâng tin veä tinh coù khoaûng caùch lôùn (36.000 Km) neân moät traïm maët ñaát phaûi phaùt vôùi coâng suaát cao khoaûng töø vaøi traêm ñeán vaøi chuïc KW. 1.4.2.2 Phaân loïai caùc boä khueách ñaïi coâng suaát cao. Caùc loïai ñeøn soùng chaïy (TWT), Klytron (KLY), hay transistor hieäu öùng tröôøng (FET) hieän coù treân thò tröôøng ñeàu coù theå duøng trong boä khueácjh ñaïi coâng suaát cao tuøy theo yeâu caàu coâng suaát ra cuûa maùy phaùt vaø baêng taàn. Baûng sau cho thaáy söï khaùc bieät cuûa caùc loïai naøy : Loïai HPA Loïai Klytron Loïai TWT Loïai FET Tham soá Thieát bò söû duïng ñeå Klytron TWT FET khueách ñaïi
Coâng suaát ra Lôùn Lôùn Nhoû Kích thöôùc Lôùn Trung bình Nhoû Baêng taàn Vaøi chuïc MHz Vaøi traêm MHz Vaøi traêm MHz Troïng löôïng Lôùn Trung bình Nhoû Laøm laïnh Laøm laïnh baèng Laøm laïnh baèng Laøm laïnh baèng khoâng khí, khi coâng khoâng khí, khi coâng khoâng khí töï nhieân suaát tôùi vaøi KW suaát tôùi vaøi KW Laøm laïnh baèng nöôùc Laøm laïnh baèng nöôùc khi coâng suaát ra khi coâng suaát ra khoaûng 10KW khoaûng 10KW Ñieän aùp cung caáp Trung bình Cao Thaáp Nhaän xeùt : Vì ñeøn soùng chaïy (TWT) coù baêng taàn roäng, coù theå phuû taát caû caùc baêng taàn phaân ñònh cho truyeàn daãn, ñieàu ñoù coù lôïi cho vieäc söû duïng nhieàu soùng mang hôn. Maëc duø Klytron coù ñoä roäng baêng taàn töông ñoái thaáp, nhöng taàn soá khueách ñaïi coù theå ñieàu chænh ñeán baát kyø giaù trò naøo trong khoaûng taàn soá phaân ñònh cho truïyeàn daãn , thöôøng coù theå choïn 5 ñeán 10 keânh cho moät boä ñieàu höôûng. Loûaïi FET ñöôïc söû duïng ôû traïm dung löôïng thaáp, khi coâng suaát ra nhoû. Coøn muoán coù coâng suaát ra lôùn thì ta coù theå maéc song song caùc FET laïi vôùi nhau. 1.4.2.3 Caáu hình cuûa moät maùy phaùt. Thieát bò anten baùm Thieát bò ña truy nhaäp Maùy phaùt coâng suaát lôùn ñieàu cheá HPA Boä ñoåi taàn Boä khueách ñaïi Boä Leân IF ñieàu cheá Thieát bò baùm Boä dao Thieát bò ña ñoäng Heä thoáng truy nhaäp fiñô Maùy phaùt coâng suaát cao goàm coù moät boä khueách ñaïi trung taàn, moät boä bieán ñoåi taàn soá phaùt vaø moät boä khueách ñaïi coâng suaát cao. Boä khueách ñaïi trung taàn khueách ñaïi tín hieäu töø boä ñieàu cheá ñöa tôùi, taàn soá soùng sau ñoù ñöôïc bieán ñoåi thaønh taàn soá soùng cöïc ngaén nhôø boä ñoåi taàn. Sau ñoù tín hieäu ñöôïc boä khueách ñaïi coâng suaát cao khueách ñaïi leân ñeán möùc yeâu caàu ñeå phaùt ñeán veä tinh. Coù hai loïai maùy phaùt coâng suaát cao nhö sau: a. Maùy phaùt khueách ñaïi ñoàng thôøi nhieàu soùng mang: Caáu hình nhö sau. U/C MOD Combiner HPA U/C MOD U/C MOD
Söû duïng moät HPA Trong tröôøng hôïp naøy caàn naøy caàn thoûa maõn caùc yeâu caàu sau: Ñoä roäng baêng thoâng ñuû roäng ñeå khueách ñaïi moät soùng mang vôùi baát kyø taàn soá naøo vaø coâng suaát ra coù ñoä döï tröõ ñuû sao cho meùo ñieàu cheá phaùt sinh töø söï khueách ñaïi ñoàng thôøi nhieàu tín hieäu ôû döôùi möùc quy ñònh Caáu hình naøy thöôøng maéc khi soá soùng mang nhoû, nhöng thöôøng thuaän lôïi cho khai thaùc. b.Moãi soùng mang ñöôïc khueách ñaïi rieâng baèng moät boä khueách ñaïi coâng suaát cao HPA. Caáu hình nhö sau: HPA U/C MOD Combiner HPA U/C MOD HPA HPA U/C MOD Söû duïng nhieàu boä HPA Trong ñoù: HPA : Boä khueách ñaïi coâng suaát cao. U/C : Boä ñoåi taàn leân. MOD : Boä ñieàu cheá. Trong tröôøng naøy moãi boä khueách ñaïi khoâng yeâu caàu phaûi coù baêng taàn roäng, chi caàn ñuû roäng ñeå khueách ñaïi ñoái vôùi moãi soùng mang cho tröoùc. Caáu hình naøy chæ thích hôïp khi soá soùng mang ít. 1.4.2.4 Ñaëc tröng khaû naêng phaùt EIRP (Equivalent Isotropic Radiated Power- Coâng suaát phaùt xaï voâ höôùng töông ñöông) Tích soá giöõa heä soá taêng ích cuûa anten vaø coâng suaát maùy phaùt cung caáp cho anten goïi laø (EIRP). Ñaây laø moät thoâng soá cô baûn bieåu thò khaû naêng cuûa moät traïm phaùt. Ví duï: Vôùi anten coù ñöôøng kính göông phaûn xaï 30 m, laøm vieäc ôû taàn soá 6 GHz, coù heä soá taêng ích ≈ 63 dB ( 2 trieäu laàn so vôùi anten voâ höôùng ), neáu coâng suaát maùy phaùt laø 100w thì EIRP phía tröôùc laø 200.000.000w. Noùi caùch khaùc baèng coâng suaát cuûa moät anten voâ höôùng vôùi moät maùy phaùt coù coâng suaát baèng 200.000.000 w böùc xaï veà phía tröôùc. 1.4.3 Coâng ngheä maùy thu. 1.4.3.1 Khueách ñaïi taïp aâm thaáp. Soùng böùc xaï töø veä tinh bò haáp thuï raát lôùn cho tôùi khi chuùng tôùi ñöôïc maët ñaát. Ví duï caùc soùng trong baêng Ku bò yeáu ñi khoaûng 1/1021 so vôùi tín hieäu ban ñaàu neáu thu baèng moät anten coù ñöôøng kính 3,3m thì ôû baêng Ku möùc thu taêng leân khoaûng 10 trieäu laàn. Tuy nhieân ñieàu ñoù chöa ñuû lôùn. Do doù caàn phaûi khueách ñaïi chuùng leân moät möùc coù theå giaûi ñieàu cheá ñöôïc. Kyõ thuaät boä khueách ñaïi taïp aâm thaáp vôùi nhieät taïp aâm thaáp ñoùng vai troø raát quan troïng trong vieäc baûo ñaûm chaát löôïng tín hieäu. 1.4.3.2 Nhieät taïp aâm.
Taïp aâm sinh ra trong moät maùy thu thöôøng ñöôïc bieåu thò baèng heä soá nhieät taïp aâm, ñöôïc ñònh nghóa nhö sau:
S/N ôû ñaàu vaøo boä khueách ñaïi S1/N1 F= = S/N ôû ñaàu ra boä khueách ñaïi S0/N0 Maùy thu S1/N1 S0/N0 Tuy nhieân khi laøm vieäc vôùi caùc tín hieäu yeáu nhö trong tröôøng hôïp thoâng tin veä tinh, thì nhieät taïp aâm ñöôïc söû duïng thay theá cho heä soá taïp aâm F Nhieät taïp aâm laø nhieät cuûa moät ñieän trôû gaây ra taïp aâm töông ñöông, sinh ra do boä khueách ñaïi. Noùi caùch khaùc coâng suaát taïp aâm (Pn) sinh ra do moät ñieän trôû ñöôïc bieåu thò baèng coâng thöùc sau: Pn = kTB ÔÛ ñaây : k laø haèng soá Bolzôman, baèng 1.38 x 10-23J/0K T laø nhieät ñoä tuyeät ñoái (273 + 0C) B laø ñoä roäng baêng taàn. Bieåu thöùc treân bieåu thò giaù trò taïp aâm sinh ra do boä khueách ñaïi. Sau ñaây ta coù coâng suaát taïp aâm ñaàu ra No laø: No = Gk(To + Te)B Neân heä soá taïp aâm ñuôïc bieåu thò nhö sau: S.√kTo.B F= = 1 + Te/To GS.√Gk.(To+Te).B Nguoàn Maùy Coâng suaát taïp thu taïp aâm aâm Vôùi: Nhieät ñoä To Heä soá khueách ñaïi G Nhieät taïp aâm töông ñöông Te Quan heä giöõa heä soá taïp aâm F vaø nhieät taïp aâm Te cho trong baûng sau: Heä soá taïp aâm Nhieät taïp aâm Te (oK) F (dB) 0,1 6,8 0,2 14,8 0,3 21,0 0,4 28,0 0,5 35,8 0,6 44,2
0,8 59,2 1,0 75,9 2,0 175,8 3,0 293 4,0 442 5,0 633 6,0 879 7,0 1.172 8,0 1.553 9,0 2.030 10,0 2.673 1.4.3.3 Caùc loïai khueách ñaïi taïp aâm. Coù ba loïai khueách ñaïi taïp aâm nhö sau: a. Khueách ñaïi thoâng soá. Khueách ñaïi thoâng soá hoïat ñoäng nhö sau: Khi moät tín hieäu kích thích ñaët leân moät diode bieán dung thì caùc thoâng soá maïch ñieän cuûa noù thay ñoåi vaø taïo ra ñieän trôû aâm, do ñoù khueách ñaïi tín hieäu ngoõ vaøo. Vì vaäy töø moät söï bieán ñoåi ñieän dung cuûa diode bieán dung do tín hieäu kích thích ñöôïc duøng cho khueách ñaïi, vieäc giaûm ñieän trôû noäi cuûa diode bieán dung, maéc noái tieáp vôùi ñieän dung seõ taïo ra ñaëc tính taïp aâm thaáp. Maùy khueách ñaïi thoâng soá so vôùi maùy khueách ñaïi GaAs-FET coù caùc haïn cheá sau: * Caàn coù maïch taïo tín hieäu kích thích. * Khoù ñieàu chænh vaø khoâng phuø hôïp vôùi vieäc saûn xuaát haøng loïat vì maïch söû duïng oáng daãn soùng. * Baêng taàn heïp. * Baát lôïi veà ñoä tin caäy vaø baûo döôõng. Do ñoù loïai naøy ngaøy nay ít ñöôïc söû duïng. b. Khueách ñaïi GaAs-FET. ( Transistor hieäu öùng tröôøng duøng loïai baùn daãn hoãn hôïp giöõa Gali vaø Arsenic) Khueách ñaïi GaAs-FET ñöôïc söû duïng roäng raõi ôû vuøng taàn soá cao vôùi ñaëc tính baêng taàn roäng, heä soá khueách ñaò cao vaø ñoä tin caäy cao. Chuùng ñöôïc söû duïng roäng raõi cho caùc boä khueách ñaïi taïp aâm thaáp trong thoâng tin veä tinh vì ñaëc tính taïp aâm thaáp ñaõ ñöôïc caûi tieán nhö hình sau:5 Heä soá taïp aâm dB 4 3 2 1 0 1979 1980 1981 1982 1983 Söï caûi tieán GaAs-FET
c. HEMT. (Transistor coù ñoä linh ñoäng ñieän töû cao) Gaàn ñaây HEMT ñaõ ñöôïc ñöa vaøo söû duïng thöïc teá, lôïi duïng hieäu öùng chaát khí ñieän töû hai chieàu vôùi ñoä linh ñoäng cao vaø phuø hôïp ñoái vôùi khueách ñaïi taïp aâm thaáp tín hieäu taàn soá cao. Cô caáu naøy söû duïng tieáp giaùp pha troän giöõa GaAs vaø AlGaAs nhö hình sau: Maøng As(AlGa) loïai n Khoâng pha GaAs Cöïc coång baûo veä ⊕ ⊕ ⊕ Cöïc nguoàn Cöïc maùng ⊕ ⊕ ⊕⊕ (AlGa)As GaAs Phaàn töû Ñieän töû Lôùp ñieän töû Neàn GaAs baùn daãn ion hoùa coù ñoä linh (a) ñoäng cao ⊕⊕⊕⊕⊕ ⊕ Daûi daãn Phaàn töû cho ion hoùa (Si) Daûi hoùa trò (b) Caáu taïo cuûa HEMT Giöõa daûi daãn cuûa AlGaAs coù moät sai khaùc naêng löôïng, daûi naøy kích thích loïai n, coøn GaAs khoâng ñöôïc kích thích. Vì vaäy hình thaønh moât lôùp giaøu ñieän töû trong AlGaAs , gaàn beà maët tieáp giaùp vôùi GaAs. Khi ñaët moät ñieän tröôøng song song vôùi lôùp tieáp giaùp giaøu ñieän töû naøy, caùc ñieän töû seõ chuyeån ñoäng vôùi ñoä linh hoïat ñieän töû raát cao vì chuùng khoâng bò baát kì söï taùn xaï naøo bôûi caùc “nguyeân töû cho”, vì chuùng ñöôïc phaân khoâng gian khoûi caùc “nguyeân töû cho” cuûa caùc vaät lieäu sinh ra chuùng.Caùc ñaëc tính taïp aâm thaáp toát hôn so vôùi GaAs-FET, vôùi chieàu daøi ñieän nhö nhau cuûa cöïc coång nhôø ñoä linh ñoäng cao. Hieäu öùng naøy ñaëc bieät toát khi cô caáu ñöôïc laøm laïnh. HEMT coù ñaëc tính noåi baät nhö baêng taàn roäng, kích thöôùc nhoû, giaù thaønh thaáp, deã baûo döôõng vaø thuaän lôïi cho saûn xuaát haøng loïat. Bôûi vaäy noù ñaõ baét ñaàu ñöôïc söû duïng roäng raõi. Coù hai phöông phaùp laøm laïmnh ñöôïc söû duïng nhö sau: * Laøm laïnh nhieät ñieän (ñoä laïnh xuoáng tôùi khoaûng –400C, söû duïng hieäu öùng Peltieâ) * Laøm laïnh baèng khí Heli ( ñoä laïnh giaûm xuoáng khoaûng –2500C trong moät caùi bình ôû ñoù khí Heli hoùa loûng tröôùc khi chaïy qua). Phöông phaùp thöù hai hieän nay ít duøng do giaù thaønh maéc, baûo döôõng phöùc taïp. Sau ñaây laø baûng so saùnh caùc boä taïp aâm thaáp: LNA Khueách ñaïi thoâng soá GaAs-FET HEMT
Ñieàu kieän laøm vieäc Laøm laïnh Laøm laïnh Khoâng Laøm laïnh Laøm laïnh nhieät ñieän baèng khí baèng laøm laïnh nhieät Heli nhieät nhieät ñoä ñieän ñieän trong phoøng Baêng Baêng 4GHz Xaáp xæ Xaáp xæ Xaáp xæ Xaáp xæ Xaáp xæ 52K taàn 15K 32K 55K 45K Baêng 10GHz --- 900K 180K Xaáp xæ Xaáp xæ 120K hoaëc thaáp hoaëc thaáp 120K hôn hôn Baêng 20GHZ --- 220K 300K 200K Xaáp xæ 160K hoaëc thaáp hoaëc thaáp hoaëc thaáp hôn hôn hôn Baûo döôõng Khoù Vöøa Deã Vöøa Deã Tính naêng Taïp aâm thaáp Chaát löôïng gaàn baèng Taïp aâm thaáp Baêng taàn roäng khueách ñaïi thoâng soá Kích thöôùc voâ cuøng Kích thöôùc nhoû, troïng nhoû löôïng nheï, giaù thaønh Gía thaønh thaáp thaáp 1.4.3.4 Ñaëc tröng khaû naêng thu. a. Nhieät taïp aâm cuûa maùy thu. -Ta bieát taïp aâm trong thoâng tin veä tinh do nhieàu nguoàn sinh ra, nhöng coâng suaát cuûa noù voâ cuøng nhoû. Nhieät taïp aâm ñöôïc duøng laøm ñôn vò ñeå hieån thò cho coâng suaát nhoû nhö theá. -Neáu duøng nhieät taïp aâm (T) thì coâng suaát taïp aâm (P) laø: P= K.T.B. (W) Vôùi : K = haèng soá Bolzman = 3,38.10-23.J/K B= Ñoä roäng baêng thoâng (Hz) T= Nhieät ñoä tuyeät ñoái (0K) -Caùc nguoàn taïp aâm cuûa heä thoáng thu trong thoâng tin veä tinh: Taïp aâm thu ñöôïc töø anten • Taïp aâm töø vuõ truï Taïp aâm töø khí quyeån Taïp aâm do moät buùp phuï Taïp aâm do möa Taïp aâm do tieâu hao töø heä thoáng fidô •
Nhieät taïp aâm taêng ≈ 7K/0,1 dB tieâu hao 0 Nhieät taïp aâm cuûa K heä thoáng thu Goùc ngaång 5 700 Goùc ngaång 90 500 Trong möa 300 Trong thôøi tieát toát 100 1 2 5 10 20 f(Hz) Taïp aâm maùy thu • -Taïp aâm töø vuõ truï haàu nhö khoâng ñaùng keå (vaøi ñoä K) -Taïp aâm töø khí quyeån laø nguyeân nhaân chuû yeáu sinh ra taïp aâm vuõ truï trong thôøi tieát toát. -Taïp aâm do möa phuï thuoäc vaøo cöôøng ñoä möa. -Taïp aâm töø buùp phuï phuï thuoäc vaøo goùc ngaång vaø taàn soá. -Taïp aâm töø fidô vöøa laøm suy giaûm taàn hieäu vöøa sinh ra taïp aâm ( maùy thu ñaët caøng gaàn anten caøng toát). b. Tyû soá G/T Tyû soá heä soá taêng ích (G) veà phía tröôùc anten treân nhieät taïp aâm toång (T): bieåu thò cho chaát löôïng ñoä nhaïy cuûa traïm maët ñaát. G/T: Ñöôïc duøng nhö moät heä soá chaát löôïng cho toaøn boä heä thoáng thu bao goàm caû anten cuûa noù. Ñôn vò söû duïng cho G/T laø dB/0K G/T: chæ phaûn aùnh ñöôïc khi öùng vôùi goùc ngaång Anten trong thôøi tieát toát . Ngoaøi ra caàn phaûi tính rieâng caùc taïp aâm khaùc nhö can nhieãu vôùi caùc heä thoáng veä tinh khaùc. 1.4.4 Coâng ngheä Anten trong thoâng tin veä tinh 1.4.4.1 Yeâu caàu ñoái vôùi Anten trong thoâng tin veä tinh. Ñeå thu ñöôïc nhöõng soùng yeáu ñeán töø veä tinh vaø ñeå coù theå phaùt ñi caùc soùng coù coâng suaát ñuû maïnh leân veä tinh thì anten caàn coù moät soá ñaëc tính sau: * Heä soá taêng ích cao vaø hieäu suaát cao. * Tính höôùng soùng cao vaø buùp soùng phuï nhoû. * Ñaëc tính phaân cöïc toát. * Taïp aâm thaáp. 1.4.4.2 Phaân loïai Anten.
a. Anten parapol coù sô caáp ñaët taïi tieâu ñieåm. Minh hoïa nhö sau: Boä cung caáp, loa Göông chính Ñaây laø Anten coù caáu truùc ñôn giaûn vaø giaù thaønh thaáp nhaát. Noù ñöôïc duøng chuû yeáu ôû caùc traïm chæ thu vaø caùc traïm nhoû ñaëc bieät vôùi dung löôïng thaáp . Tuy nhieân caùc ñaëc tính cuûa noù nhö heä soá taêng ích, buùp soùng phuï khoâng ñöôïc toát. Moät nhöôïc ñieåm khaùc nöõa laø caùp noái töø loa thu phaùt ñeán maùy phaùt thu thöôøng daøi bôûi vaäy noù khoâng ñöôïc söû duïng ôû caùc traïm maët ñaát thoâng thöôøng. b. Anten cassegrain. Minh hoïa nhö sau: Göông phuï Göông chính Boä chieáu xaï Laø loïai anten coù theâm moät göông phaûn xaï phuï vaøo göông phaûn xaï chính, do ñoù heä soá taêng ích cuûa anten ñöôïc naâng cao vaø ñaëc tính buùp phuï cuõng ñöôïc caûi thieän chuùt ít. Anten ñöôïc söû duïng cho caùc traïm bình thöôøng coù quy moâ trung bình. Caûi tieán quan troïng nhaát cuûa anten Cassegrain so vôùi anten parapol laø khoaûng caùch giöõa maùy phaùt vaø anten coù theå ñöôïc ruùt ngaén vì vaäy cho pheùp khai thaùc deã daøng. c. Anten leäch . Anten leäch coù boä phaän fiñô, göông phaûn xaï phuï ñaët leäch moät ít so vôùi höôùng truïc cuûa göông phaûn xaï chính ñeå caùc boä fiñô vaø göông phaûn xaï khoâng chaën ñöôøng ñi cuûa soùng. Do ñoù buùp phuï ñöôïc caûi thieän raát lôùn so vôùi anten Cassegrain, daãn ñeán heä soá taêng ích lôùn hôn. Coù hai loïai anten khaùc cuõng thuoäc loïai anten leäch laø: anten Gregorian leäch coù göông phaûn xaï phuï daïng elip vaø anten Cassegrain leäch coù göông phuï daïng hypepbol. Caùc anten naøy coù hieäu quaû ñaëc bieät khi caàn thieát giaûm can nhieãu töø caùc ñöôøng thoâng tin viba treân maët ñaát hoaëc caùc veä tinh khaùc ôû vò trí keà nhau treân quyõ ñaïo.