View
17
Download
0
Category
Preview:
DESCRIPTION
hay
Citation preview
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 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
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 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
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 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:
- 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 c¸ch 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. C¸c quü ®¹o
a. Quü ®¹o ®ång bé - ®Üa tÜnh (GEO - Geostationalry Earth Orbit):
♦ Lµ quü ®¹o tho¶ m·n c¸c ®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 c¸c 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 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’
- Cã viÔn ®iÓm = 40.000Km vµ cËn ®iÓm 500Km.
Quü ®¹o Ellip
40.000 K
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.
http://www.ebook.edu.vn Trang: 5a. 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
+ 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 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.
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
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.
♦ ¦u ®iÓm:
- Thñ tôc truy nhËp ®¬n gi¶n.
- 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.
♦ ¦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
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·.
♦ ¦u ®iÓm:
- ChÞu ®−îc t¹p nhiÔu vµ mÐo.
- 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.
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 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:
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.
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. 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...
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:
- 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
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 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.
http://www.ebook.edu.vn Trang: 12
(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. 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:
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).
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 c¸c hÖ thèng th«ng tin viba mÆt ®Êt
H×nh 2,2: Can nhiÔu tõ c¸c 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
http://www.ebook.edu.vn Trang: 13
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 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
http://www.ebook.edu.vn Trang: 14
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¶ 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 = 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 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:
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]
http://www.ebook.edu.vn Trang: 16
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
nidatm TT
1. (4.51)
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].
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
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
00 NSNS
F ii=
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)
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
http://www.ebook.edu.vn Trang: 18
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
Recommended