TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MỘT TRẠM MẶT ĐẤT TẠI THÀNH PHỐ VINH LIÊN LẠC VỚI VỆ TINH ĐỊA TĨNH VINASAT 1

1

Lời nói đầu
Công nghệ thông tin vệ tinh đóng một vai trò rất quan trọng trong viễn
thông. Thông tin vệ tinh đảm bảo các kết nối giữa các lục địa, các quốc gia trong
khu vực và trên toàn thế giới cũng nh các vùng trong một quốc gia. Thông tin vệ
tinh rất đa dạng về loại hình dịch vụ cung cấp (thoại, dữ liệu, hình ảnh, phát thanh -
truyền hình, thông tin di động, định vị dẫn đờng, khí tợng, dịch vụ trực tuyến,).
Một tuyến liên lạc vệ tinh có thể cung cấp dung lợng lớn và có thể thay đổi theo
nhu cầu với độ tin cậy cao, việc thiết lập tuyến cũng nhanh chóng.
Với sự kiện Việt Nam vừa phóng thành công vệ tinh địa tĩnh Vinasat -1 vừa
qua đã nâng tầm quan trọng và tính tất yếu của thông tin vệ tinh ở Việt Nam và các
nớc trong khu vực lên một tầm cao mới. Kèm theo đó cùng với sự phát triển mạnh
mẽ của công nghệ vi điện tử số, giá thành các thiết bị đầu cuối thông tin vệ tinh
giảm trong khi các tính năng thì ngày càng đợc bổ sung và hoàn thiện hơn. Tất cả
các yếu tố trên sẽ góp phần định hớng phát triển mạnh mẽ các dịch vụ thông tin vệ
tinh trong tơng lai.
Với sự hớng dẫn của PGS.TS Thái Hồng Nhị, tác giả đã thực hiện luận văn
với đề tài Tính toán thiết kế một trạm mặt đất tại thành phố Vinh liên lạc với vệ
tinh địa tĩnh VinaSat -1 . Dự kiến trạm mặt đất làm việc nh một trạm HUB mặt
đất kết nối với vệ tinh địa tĩnh Vinasat -1 ở băng tần C và băng tần Ku. Bản luận
văn này đề cập các kiến thực cơ bản của trạm mặt đất và tính toán thiết kế các đờng
truyền phục vụ kết nối giữa trạm mặt đất và vệ tinh. Nội dung luận văn gồm:
Chơng 1. Tổng quan về trạm mặt đất
Chơng 2. Các thông số và các biểu thức tính toán trong các trạm mặt đất và
đờng truyền trạm mặt đất - vệ tinh
Chơng 3. Dự kiến tính toán thiết kế một trạm mặt đất tại thành phố Vinh -
Nghệ An để liên lạc với vệ tinh Vinasat-1 của Việt Nam.
Tác giả xin đợc trân trọng bày tỏ lòng biết ơn sự hớng dẫn tận tình của
PGS.TS Thái Hồng Nhị đã giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn này. Tác giả cũng
xin cảm ơn sự giúp đỡ, góp ý quý báu của các đồng nghiệp, bạn bè để bản luận văn

này đợc hoàn thành. Vì thời gian có hạn nên bản luận văn chắc chắn còn nhiều
thiếu sót. Tác giả rất mong đợc sự chỉ bảo của các Thầy, Cô, bạn bè, đồng nghiệp
để hoàn thiện các vấn đề đã nêu trong bản luận văn này.
Hà Nội, ngày 20 tháng 08 năm 2008
Học viên: Tôn Anh Nhật
TP ON BU CHNH VIN THễNG VIT NAM
HC VIN CễNG NGH BU CHNH VIN THễNG

TễN ANH NHT
TNH TON THIT K MT TRM MT T TI THNH PH
VINH LIấN LC VI V TINH
A TNH VINASAT -1
LUN VN THC S K THUT
1
2

MụC LụC
Lời nói đầu
Mục lục. i
Danh mục các hình vẽ đồ
iv
Danh mục các ký hiệu viết tắt

vi
ch ơng 1. tổng quan về trạm mặt Đất
1
1.1. Chức năng và cấu hình của trạm mặt đất .
1
1.2. Phân hệ anten.
2

1.2.1. Các loại anten trạm mặt đất
2
1.2.1.1. Anten g ơng Parrabol.
2
1.2.1.2. Anten Cassegrain
7
1.2.2. Bức xạ của búp sóng chính và búp sóng phụ
9
1.2.3. Góc định vị của anten trạm mặt đất
10
1.2.4. Bám vệ tinh.
11
1.2.4.1. Tổng quan
11
1.2.4.2. Anten trạm mặt đất đ ợc đặt cố định không dùng hệ thống bám
12
1.2.4.3. Anten trạm mặt đất có sử dụng hệ thống bám.
12
1.3. Phân hệ tần số vô tuyến.
13
1.3.1. Tổng quan
13
1.3.2. Phần thu
13
1.3.2.1. Hệ số phẩm chất G/T và nhiệt độ tạp âm của máy thu
13
1.3.2.2. Bộ khuếch đại tham số.
14
1.3.2.3. Bộ khuếch đại dùng transitor
16

1.3.2.4. Bộ khuếch đại đ ợc làm lạnh
16
1.3.2.5. Bộ phân phối sóng mang và chuyển đổi tần số
16
1.3.3. Phần phát
17
1.3.3.1. Công suất phát
17
1.3.3.2. Bộ khuếch đại công suất phát dùng đèn điện tử
18
1.3.3.3. Bộ khuếch đại công suất phát dùng chất bán dẫn
20
1.3.3.4. Đặc tuyến của bộ khuếch đại công suất và việc lựa chọn chế độ
làm việc
20
1.4. Phân hệ xử lý tín hiệu trung ian.
21
1.4.1. Tổng quan
21
1.4.2. Biến tần và khối trung tần
22
1.4.2.1. Tần số trung gian.
22
2
3

1.4.2.2. Biến tần đơn.
22
1.4.2.3. Biến tần hai lần
23

1.4.2.4. Khuếch đại trung tần và các bộ lọc
25
1.4.2.5. Điều chế và giải điều chế
26
1.5. Phân hệ giao diện mạng.
26
1.5.1. Ghép kênh và tách kênh
26
1.5.2. Ghép kênh phân chia theo tần số và đa truy nhập FDMA
26
1.5.3. Ghép kênh phân chia theo thời gian và đa truy nhập TDMA.
32
1.5.4. Trạm mặt đất và đa truy nhập CDMA
35
1.6. Phân hệ điều khiển và giám
sát.
41
1.7. Nhận xét
chung
41
Ch ơng 2. Các thông số và các biểu thức tính toán trong
cáC trạm mặt đất và đ ờng truyền trạm mặt đất - Vệ
tinh
43
2.1. Tổn hao lùi công suất phát.
43
2.2. Công suất phát và năng l ợng Bit
44
2.3. Công suất bức xạ đẳng h ớng t ơng đ ơng
44

2.4. Nhiệt độ tạp âm t ơng đ ơng.
45
2.5. Mật độ tạp âm
46
2.6. Tỷ số mật độ công suất sóng mang trên tạp âm.
46
2.7. Tỷ số mật độ năng l ợng bit trên tạp âm
47
2.8. Tỷ số tăng ích trên nhiệt độ tạp âm t ơng đ ơng
49
2.9. Các tham số tính toán trong tuyến liên lạc thông tin vệ tinh
49
2.10. Các biểu thức tính toán tuyến liên lạc
50
2.11. Định vị vệ tinh theo các góc nhìn.
53
2.11.1. Định nghĩa
53
2.11.2. Góc ngẫng.
53
2.11.3. Góc ph ơng vị 54
2.11.4. Góc ngẫng tối thiểu - khả năng nhìn thấy vệ
tinh.
55
2.11.5. Định vị vệ tinh địa
tĩnh
55
Ch ơng 3. Dự kiến tính toán thiết kế một trạm mặt đất
tại thành phố vinh-nghệ an để liên lạc với vệ tinh
vinasat-1 của việt Nam .

57
3.1. Khảo sát thực trạng mạng viễn thông của tỉnh Nghệ An
57
3.1.1. Mạng điện thoại cố định và kết nối.
57
3
4

3.1.2. Mạng di động.
58
3.1.3. Các mạng viễn thông khác
58
3.2. Nhu cầu phát triển dịch vụ viễn thông ở tỉnh Nghệ An dự kiến đến 2012.
59
3.2.1. Điện thoại
59
3.2.2. Di động
59
3.2.3. Vệ tinh
60
3.2.4. Các dịch vụ thông tin vệ tinh
60
3.3. Dự kiến thiết kế trạm mặt đất đặt tại thành phố Vinh - Nghệ An để liên lạc
với vệ tinh Vinasat -1
60
3.3.1. Dự kiến quy mô mạng thông tin vệ tinh Vinh - Nghệ An
60
3.3.2. Tính toán khoảng cách truyền sóng giữa trạm mặt đất đặt tại Vinh -
Nghệ An với vệ tinh Vinasat -1
61

3.3.3. Góc ph ơng vị của Anten trạm mặt đất
62
3.3.4. Góc ngẩng của Anten trạm mặt
đất
63
3.3.5. Công suất bức xạ đẳng h ớng t ơng đ ơng EIRP 64
3.3.6. Tính dự trữ
tuyến
65
3.3.7. Kết nối trạm mặt đất với vệ tinh Vinasat
-1
67
3.4. Kết luận
chung
70
Tài liệu tham khảo
Phụ lục 01
Phụ lục 02
chơng 1. tổng quan về trạm mặt đất
1.1. Chức năng và cấu hình của trạm mặt đất

!"#$%&'
()"*+,#-./"*-"012##
3456$7%8.,#$0"9&&#!:%;
#!"%;<#&2,=*)
>)#.#!"7#$74%8&#!?@
&,#0 AB?#*./"*"
"012##3456)
4
5

C&6#D*.;#;$EF=01
E*6?:#G?0.)H6#E&!;#2#6?
&?I*.&#J#)K,
56KLM%%!J6#,##!:
N&#!:)OE?=01;#!?
$P*G;.5G")
QN()(IARG E?N)S#
@RT*U'
HU*AV
HU#V
HU*.V
HUP*G;&5V
HU0.&:#G?V
W<E*U,,#$0R *U#'
()HUV
>)HU2#!"V
X)HU7%8,##V
Y)HUP*G;&5V
T)HU..$0.&:#G?V
5
6

H×nh 1.1. S¬ ®å khèi chøc n¨ng mét tr¹m mÆt ®Êt ®iÓn h×nh
6
7
1.2. Ph©n hÖ anten
1.2.1. C¸c lo¹i anten tr¹m mÆt ®Êt
Z;#2#2#;%&E ,%<&0@*[<
:*,):#3=*#&*.3=

456#&,##3#D*.=.0#\#E
0EF[0E*+%#R)S%=456*90"B
.%&'H0%7G7&
S)
1.2.1.1. Anten g¬ng Parrabol
S#@H0%R0E*+!"#' ch¶o ph¶n x¹ h×nh
parabol&*24,/=[%&bé chiÕu x¹)/0E"#7%&E
A*?%&E5*%$5&5*%%$07-<
:I*0%*I7*0%])^A*I7%&E"016
E$J6*I7 %=+*#&0@*_*
<=%)*I7<=%%&.
*`$.R*A)
a:#?/=G[*AN
A.074#RA*
;#?A#G*I7&#!:b
AE5&30c#:#5&
\#%E#)a:#G&!*d=*<A*0% 
0E"#7;#?)
/+!$I4EA*I7*0%&0E*.7*.N2#
;#?e<.G,<G8#BN()>)f"c$*`$
3*0%*AN.[y = ax
2
&=1g%&\#h,.
?&9GI.-.?";#?&".3#i%&
Ec)C0?#1BN()>$N\#%&'
FA + AA' = FB + BB' = FC + CC' = k ()(
&'
7
Anten Parabol
7

8
FX %&;#/*0%V
k%&cV
jk;#/&3G,AFX/WZ=[%&jGi#
E$F[l%&Gi#E*#*0%)
C %=-=*I7-A&+*#7#\#6m$Z=[
%&0@*,R1*A<$E0@**65&
i#N()>)
aEE0@*,$,BX5fR1*A<
*0%?,0?#2@)

3
70
dB
D



=
()>
8
Hình 1.2. Mô tả kích thuớc hình học và đồ thị phơng hớng của anten Parabol
8
9
' 
70c
fD
θ
=
  ()>0

'
θ
%&EE0@*<4#
n
V
λ
%&0<.V
c%&E#!:oX)(n
p
DV
D %&3G,V
f %&2QqV
&
φ
0
o>
θ
()X

φ
0
%&B<#G<07,
n
)
f?#()>$()>0&()X,7.<*0%Gi#E%<0@*
_*)
* HiÖu suÊt cña anten parabol (
η
)
ë*0%$G*II. %=07-#RA*

0E"#7:#=*I7-A*0%)OE %==*6-
A&E %=G.r01s77#\#P*A)Q=
E&%#Gh#+[%&=rß rØ&trµn$ %=07-0E
"#J=*I7-AGITntuTt);&$0E"#7G
*I%&E#R?$Ed,k#&c5<
A)KdG#;Ed5<A)SvN.%85&
/"##*0%=GITTt#07-0E
"#7)
* HÖ sè t¨ng Ých cña anten parabol
Q ,*0%G
P
$?,0?#2@)
9
9
10
G
P
o
2






λ
π
η
D
 ()Y

'
η
%&##V
D%&3G,*0%V
λ
%&0<.V
K<##;#0?#%&TTt
η
on$TT$0?#()Y?"'
G
p
o
2 2
2
5,4D f
c
()Y0
'coX)(n
p
D%&E#!:&f%&2V?"5<5
5f'
G
p
o5fo>n%f OQqw>n%DY>$> ()Y
C"# ##%&(nntNE;>$xx5f&0?#
()Y))
-.0?#()Y$0$+!c$ ,*0%j
%#+<0N*A2&0N*A3G,*0%)a:#
g%&$2&&A*0%&%<N ,^
*

$*0%
&%<)Q.G.j,#56;0<.
&%<N ,&%<)a<*0%5d%&
#NG*I&0E5,0:A*I7=*I7
$5d5,#%/*I7r0PAd,/",
.)W,/"#*0%#A
R
?,0?#)
A
R
= k.A
P
()T
' A
p
%&5,/"
>
V
k%&*6#E&N5G,<kon$TT<
A*I7*0%&0E#7%&44)
10
10
11
C+! ,*0%#$G
R
r%&'
G
R
=
2 2

4 . 4 . .
R R
A k A
π π
λ λ
=
()x)
!"5,*0%&()x)&##%!%&n$TT
N%@ ,*0%#?,0?#2@'
G
T
oT$Y
2
D
λ
 
 ÷
 
()x0
' D%&3G,*0%V
λ
%&0<V
Q k ()T =[%& hiÖu suÊt ph¶n x¹  hiÖu suÊt khÈu ®é$
:##Gi#Ek?%;\#"R1*A<0E
#7&jk;#/*0%&3G,*0%)
* Bé chiÕu x¹
fE"#7B*0%5d?07 %=-%;A
*I7F=[%&A**!)fBN0E"#7=B
;#?*0%;0IUr;E0G#&Gh
#+[%&hiÖu øng bãng khuÊt5yz)"G"?l

0G#<07,%&?#)S05A*
0E"#7<A*I7*0%3*%&'S"#7BU$
"#75%&"#7G?#S)QN()XIE50E
"#7*0%)
aEE0@*0E"#75d%<5{$
*`E&*`H$=,0?#2@#'
E
E
d
λ
θ
56
=
 ()u
11
11
12
H
H
d
λ
θ
56
=
 ()u0
'
θ
E
%&B4#*`
n

V
θ
H
%&B4#*`Q
n
V
λ
%&0<.V
d
E
%&G,<%E*`$V
d
H
%&G,<%E*`Q$V
1.2.1.2. Anten Cassegrain
|S%&A*I7*0% &
0E"#7G?#S$;E&; 
[&#"Gj(p*.&=4562#
;B.G,s[; )E&%#
SF=[%&AGP*)QN()Y
I0,N[ES)
S#SR'(A*I 7
*0%F[%&A,V>A*I7!*0%5F[%&A*6&
X0E"#75d%<5{*);#?A*6
!*0%=0,d<;#?A,*0%?F
1
);#/
.!*0%.IcBJ*0%;6,A
12
H×nh 1.3. M« t¶ mét sè d¹ng bé chiÕu x¹ cña Anten Parabol

Anten Cassegrain
12
13
?F
2
)fE"#7=%l*P*U%cBkJ*0%?
F
2
)
-=07-0E"#7%=#!:"A*6
!*0%$*I7B%&A,*0%&-U!r="*6*I
7%2&=#!:)
^I"c$07-0E"#7%&.2#N,
*0%&!*0%*I7%2%&.*`)O*`SS};
N()Y%&R*)
/+!$,!*0%!*0%%&\#h,.?&
#GI.-;#?%&c$.10cGI.k
J.r'
F
2
A - F
1
A = F
2
A' - F
1
A' = 2a ()p
13
H×nh 1.4. Anten Cassegrain vµ c¸c ký hiÖu h×nh häc
13

14
,,*0%r'
F
2
A + AB + BC = F
1
A' + A'B' + B'C' = 2f + Z
0
()p0
'
f%&#/#V
Z
0
%&GI.-;#/"*`\#.V
2a%&GI.kAV
fBNA!*0%3G,<~;'
F
2

≈
F
1
A + 2a  ()p
-'
F
2
A + AB + BC = F
1
A + AB + BC + 2a
= F

1
A' + A'B' + B'C' = 2f + Z
0
+ 2a = const ()p5
-+!c$9E5&3.7#*.-0E
"#7$*I7%2A!*0%$*I7%2A*0%
&#!:bE*`&r%&Ec)C.G.$.*`
<A%&.07R*)
C+!$Sv=#\#I0"92#&
*`)C?%&EA0E"#7I;#?)
•#?S%&EE0@*,R1*A
<6~A<*0%A&0E"#7=!BJ*0%
;%=*)#!+!Sv=?%&A
!*0%"E*2GB<A,*0%U!Ed$
&:#r5{"0;E3GR:#$IB"1
<)
|Sv=456?#.,#!"#&3
=*3#!:5{-.!#5&N?0E:G#"*U
*%y**%!B0E#7)
14
14
15
S*A*.*?,.A$%&'(0&.#+$,
307AG0"3070E"#7%8#!"
07&>%&0&.=$0c.7.1G,<N[A&
,*A<2"0E"#7?I0I!;#2#:R
1*A<)
S.0&.S3=\#!:0&.*I7A
*0%<G,<AA)
1.2.2. Bøc x¹ cña bóp sãng chÝnh vµ bóp sãng phô.

f"c.\#[E%&
,070@*,0BE ,G$EE0@*
θ
-3dB
&
E.%!*U/)aE ,\#/"*<#07
`<AA€LH&jG/T)aEE0@*v
R3%;\#"0.)^.1E.%!*U/7.1
5#%=E3=*456*U//)
H2%<#=07=#0@*,)/
"$E*2#=*U.B.0@**6)S#07-.
0@**6rU!s#.G.;\#h3=*
*.$#.s#3=*#)a?<EU!s#
.%U+)Q*Es•#"€‚vƒ.#i
G#!"1:"s#.0@**6<.%*.
<.3G,G.#„SS€LTpn…)K,56$G#!"..&
I7#.1 ,0@**6G
=\#.)
G
bóp phô
(
θ
)o>†>T%
θ
 ()†

θ
%&%A<0@**677P)
‡#!"1v;#%;E"N()T„SS€LX†(…)
15

15
16
1.2.3. Góc định vị của anten trạm mặt đất
Biết rằng, phơng của một điểm bất kỳ trên bề mặt quả đất hớng về vệ tinh đợc
xác định bởi hai góc, đó là góc phơng vị và góc ngẩng. Đây cũng chính là hai góc định
vị của anten trạm mặt đất đối với vệ tinh. Các góc đó đợc tính toán theo các giá trị của
vĩ độ l và kinh độ tơng đối L của trạm mặt đất (L là giá trị tuyệt đối của hiệu số giữa
kinh độ của vệ tinh và kinh độ của trạm mặt đất).
Góc phơng vị (azimuth angle) là góc mà anten trạm mặt đất cần phải quay
quanh trục thẳng đứng, theo hớng chiều kim đồng hồ tính từ điểm gốc là cực Bắc, đến
trục của anten nằm trong mặt phẳng đứng có chứa phơng của vệ tinh. Mặt phẳng đó
qua các điểm: tâm quả đất, trạm mặt đất và vệ sinh (hình 1.6a). Góc phơng vị A có giá
trị trong khoảng từ 0 đến 360
0
. Các giá trị đó có thể tính theo đồ thị hình 1.6.
Góc ngẩng E (elevation angle) là góc anten cần phải quay trong mặt phẳng
đứng có chứa vệ tinh, tính từ mặt phẳng nằm ngang cho đến khi nhìn thấy vệ tinh (hình
1.6b). Đồ thị hình 1.6 cũng mô tả các giá trị của các góc ngẩng E tơng ứng theo các
giá trị về vĩ độ của trạm mặt đất và kinh độ tơng đối của vệ tinh. Trong đồ thị đó tham
số a là một giá trị trung gian tính toán với:
a = arctg (tgL/ sinl)
16
Hình 1.5. Tăng ích của anten trạm mặt đất theo khuyến nghị của ITU
16
17
Huíng B¾c
MÆt ph¼ng ngang
§Õn vÖ tinh
ES
A

y
l
L
l
L
E
y
Ro
ES
SL
e
VÖ tinh ë
phÝa ®«ng
tr¹m mÆt
®Êt
VÖ tinh ë
phÝa t©y
tr¹m mÆt ®Êt
Tr¹m mÆt A = 180
o
- a A = 180
o
+ a
17
17
18
đất ở Bắc
bán cầu
Trạm mặt
đất ở Nam

bán cầu
A = a A = 360
o
- a
1.2.4. Bám vệ tinh
1.2.4.1. Tổng quan
Bám vệ tinh là giữ cho trục búp sóng chính của anten trạm mặt đất đúng theo h-
ớng của vệ tinh dù cho có sự chuyển động nào đó của vệ tinh hoặc của trạm mặt đất.
Có thể có một số dạng (kiểu) bám vệ tinh và mỗi kiểu đợc đặc trng bởi sai số bám (sai
số góc định vị). Việc chọn sử dụng kiểu bám nào phụ thuộc vào độ rộng búp sóng của
anten trạm mặt đất và biên độ chuyển động biểu kiến của vệ tinh. Theo lý thuyết
anten, độ rộng búp sóng

3dB
đối với anten phản xạ gơng parabol ứng với các bớc sóng
công tác khác nhau phụ thuộc vào đờng kính D của miệng parabol theo biểu thức:
o
3dB
70 ( )
D

=
(1.15)
trong đó:

3dB
là độ rộng búp sóng (
o
) ứng với mức nửa công suất.

là công tác
D là đờng kính của gơng phản xạ parabol.
Nếu nh góc lệch định vị so với phơng trục tăng ích cực đại có giá trị là

thì sẽ
có giá trị mất mát tăng ích tơng ứng là

G đợc xác định theo biểu thức:

G(

) = -12 (

/

3dB
)
2
(dB) (1.16)
Việc lựa chọn quyết định kiểu lắp đặt anten hoặc thủ tục bám tuỳ thuộc vào độ
rộng búp sóng của anten trạm mặt đất cùng với giá trị biên độ của chuyển động biểu
kiến của vệ tinh.
1.2.4.2. Anten trạm mặt đất đợc đặt cố định không dùng hệ thống bám
Trong nhiều trờng hợp anten trạm mặt đất không cần có hệ thống bám khi mà
độ rộng búp sóng của anten đủ rộng so với cửa sổ của vệ tinh địa tĩnh dành cho trạm
mặt đất, hoặc nếu là vệ tinh có quỹ đạo elip nghiêng thì là trờng hợp khi mà độ rộng
búp sóng vợt khá nhiều góc đẩy đối với chuyển động biểu kiến của vệ tinh. Việc lựa
chọn tùy thuộc vào tuyến liên lạc giữa trạm mặt đất và vệ tinh trong giới hạn độ lợi
cho phép.
Trong trờng hợp việc định vị anten trạm mặt đất hớng về vệ tinh địa tĩnh thì góc

lệch định vị cực đại có thể đợc giảm thiểu theo độ rộng cửa sổ cho và độ rộng của búp
sóng anten (

3dB
), hoặc theo tỷ số

/D để xác định việc định vị trí khi mà vệ tinh nằm ở
vị trí giữa cửa sổ. Việc điều chỉnh thô anten có thể dựa vào các biểu thức tính toán góc
18
Hình 1.6. Mô tả gócphơng vị (A) và góc ngẩng (E)
18
19
phơng vị và góc ngẩng của anten đối với vệ tinh. Việc điều chỉnh tính sau đó có thể
dựa vào việc dò tìm tín hiệu dẫn đờng (beacon signal) ứng với mức thu cực đại. Tín
hiệu dẫn đờng đó đợc phát từ vệ tinh.
1.2.4.3. Anten trạm mặt đất có sử dụng hệ thống bám
Nhiệm vụ của hệ thống bám là phục vụ điều chỉnh anten trạm mặt đất sao cho
hớng búp sóng chính hớng đúng vào vệ tinh. Có thể có nhiều hệ thống bám hoạt động
theo các phơng pháp khác nhau. Sau đây là một số hệ thống bám thờng gặp :
- Hệ thống bám vệ tinh theo chơng trình: Trong trờng hợp này các giá trị của
góc phơng vị và góc ngẩng của anten đợc tính toán trớc với các thông số cho theo ch-
ơng trình lập sẵn. Anten đợc điều chỉnh theo các giá trị tính toán góc phơng vị và góc
ngẩng ứng với mỗi thời điểm cho. Các thông số tính toán đợc lu giữ trớc trong bộ nhớ
trong đó có tính đến sự chuyển động biểu kiến của vệ tinh. Sai số định vị trong trờng
hợp này phụ thuộc vào độ chính xác tham số cho. Hệ thống bám vệ tinh theo chơng
trình lập sẵn thờng đợc sử dụng với các vệ tinh quỹ đạo, anten trạm mặt đất có tỷ số

/D lớn (tức búp sóng chính của anten có độ rộng khá lớn) và các hệ thống không yêu
cầu độ định vị thật chính xác. Nếu nh hệ thống có yêu cầu độ chính xác định vị cao
(trờng hợp tỷ số

/D nhỏ) thì việc bám theo chơng trình chỉ sử dụng để điều chỉnh sơ
bộ anten hớng vào vùng không gian vệ tinh xuất hiện để có thể thu đợc tín hiệu dẫn đ-
ờng phát từ vệ tinh.
Hệ thống bám chơng trình đôi lúc cũng đợc sử dụng đối với vệ tinh địa tĩnh nếu
nh hệ thống có giá trị tỷ số

/D lớn, còn trong trờng hợp nếu tỷ số

/D nhỏ thì thờng
anten đợc lắp đặt cố định và sử dụng tín hiệu dẫn đờng để điều chỉnh anten.
- Cũng có trờng hợp hệ thống có giá trị tỷ số

/D trung bình thì có thể sử dụng
một máy tính để tính toán điều khiển bám vệ tinh với các thông số thờng xuyên đợc
cập nhật (thờng là vài ngày một lần).
- Trong nhiều trờng hợp khi mà giá trị tỷ số

/D nhỏ, tức anten có độ rộng búp
sóng nhỏ hoặc trạm mặt đất di động thì việc bám vệ tinh thờng dựa vào tín hiệu dẫn đ-
ờng đợc phát từ vệ tinh. Độ chính xác định vị trong trờng hợp này phụ thuộc vào ph-
ơng pháp đợc sử dụng để định hớng sóng dẫn đờng thu đợc từ vệ tinh và các sai số
truyền sóng.
1.3. Phân hệ tần số vô tuyến
1.3.1. Tổng quan
Phân hệ tần số vô tuyến của trạm mặt đất trong trờng hợp tổng quát bao gồm
hai phần: phần thu và phần phát.
Phần thu bao gồm: bộ khuếch đại tạp âm thấp, bộ chuyển đổi tần số xuống và
thiết bị để định tuyến các sóng mang thu đợc đến các kênh giải điều chế tơng ứng.
Phần phát bao gồm: thiết bị ghép các sóng mang đợc phát, các bộ chuyển đổi

tần số và các bộ khuếch đại công suất.
19
19
20
Tuỳ thuộc vào cấu hình trạm mặt đất mà có thể có trạm mặt đất làm nhiệm vụ
cả phát và thu hoặc có thể trạm mặt đất chỉ làm nhiệm vụ thu (ví dụ trạm TVRO -
television receiver only).
1.3.2. Phần thu.
1.3.2.1. Hệ số phẩm chất G/T và nhiệt độ tạp âm của máy thu:
Một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lợng thiết bị thu của trạm
mặt đất là tỷ số giữa độ lợi (hệ số khuếch đại) G và nhiệt độ tạp âm T của thiết bị thu
(tỷ số G/T) hoặc còn gọi là hệ số phẩm chất của thiết bị thu.
Giá trị nhiệt độ tạp âm của thiết bị thu (T) đợc xác định bởi biểu thức:
T = (T
A
/ L
FRX
) + T
F
(1 - 1/ L
FRX
) + T
R
trong đó: T là nhiệt độ tạp âm của hệ thống
T
A
là nhiệt độ tạp âm của anten
L
FRX
là tổn hao kết nối giữa giao diện anten và đầu vào thiết bị thu.

T
F
là nhiệt độ vật lý của kết nối
T
R
là nhiệt độ tạp âm tơng đơng của máy thu.
ứng với một giá trị tạp âm cho thì nhiệt độ tạp âm của hệ thống (T) sẽ đợc giảm
thiểu khi giảm thiểu tổn hao kết nối giữa giao diện anten và đầu vào thiết bị thu cùng
với sự giới hạn nhiệt độ tạp âm tham chiếu ở đầu vào máy thu.
Lý thuyết về máy thu cũng đã chứng minh rằng, nhiệt độ tạp âm tơng đơng của
máy thu phụ thuộc chủ yếu vào tầng đầu tiên của máy thu (cần có hệ số tạp âm bé và
hệ số tăng ích lớn). Cũng vì lý do đó mà trong phần lớn các thiết bị thu, tầng đầu tiên
thờng là tầng khuếch đại tạp âm thấp LNA (low noise amplifier).
Hình 1.7 mô tả sơ đồ khối chức năng các tầng đầu vào (phần cao tần) của một
máy thu trạm mặt đất.
Trong sơ đồ hình 1.7 có ghi các tham số nhiệt độ tạp âm T và độ lợi G ứng với
phần tử tơng ứng. Hệ thống có thể theo đờng (a) sử dụng bộ trộn tần chung hoặc đi
theo đờng (b) chuyển đổi tần số theo từng sóng mang. Có thể có nhiều kiểu khuếch đại
tạp âm thấp (LNA) khác nhau, sau đây sẽ giới thiệu một số kiểu LNA thờng gặp.
20
Hình 1.7. Mô tả các tầng đầu vào máy thu.
a/ Chuyển đổi tần số theo khối;
20
21
1.3.2.2. Bộ khuếch đại tham số
Hình 1.8 mô tả sơ đồ khối chức năng một bộ khuếch đại tham số (parametric
amplifier), một kiểu khuếch đại tạp âm thấp. Bộ khuếch đại tham số là bộ khuếch đại
làm việc theo nguyên lý phản xạ theo đó tín hiệu (công suất) đợc khuếch đại là do sự
phản xạ của tín hiệu từ một phần tử tích cực (active element). Định tuyến giữa tín hiệu
đến và tín hiệu phản xạ đợc thực hiện bởi vòng định tuyến (circulator). Phần tử tích

cực ở đây là một điốt có điện dung đổi (còn gọi là điốt varicap) và nó làm việc nh một
trở kháng âm đối với tín hiệu đó. Điốt varicap đó có ba đờng tín hiệu kết nối (hình
1.8).
Tín hiệu có tần số F
s
, là tín hiệu thu đợc, tín hiệu có tần số F
P
là của bộ tạo
sóng bơm (pump oscillator) và F
i
là tín hiệu tần số ảnh (image frequency). Khi mà F
P
> F, và F
1
= F
p
- F
s
, thì theo các biểu thức đã chứng minh của Manley Rowe, có sự
khuếch đại xuất hiện tần số F
s
, và công suất cung cấp cho mạch ngoài sẽ là P
s
=
P
P
(F
S
/F
P

), trong đó P
s
và -P
p
là công suất tại đầu ra của điốt điện dung ứng với các tần
số F
s
và F
p
. Đây đợc xem nh là một sự chuyển đổi từ công suất bơm sang công suất tín
hiệu. Vòng định tuyến có nhiệm vụ định tuyến tín hiệu thu đợc từ anten (cổng 1) sang
điốt điện dung (cổng 2) và điốt điện dung (cổng 2) sang đầu ra (cổng 2) sau khi tín
hiệu đã đợc khuếch đại.
Ưu điểm của điốt varicap là nó cho phép thực hiện việc khuếch đại với một trở
kháng mà về lý thuyết là không có các phần tử điện trở tạp âm.
Nếu nh B
s
và B
i
là độ rộng dải tần của các mạch đợc điều chuẩn ứng với tần số
của tín hiệu (F
s
) và tần số ảnh (F
i
) thì độ khuếch đại công suất G và độ rộng dải tần B
có quan hệ theo biểu thức gần đúng sau:
QB
= 2[(1/B
s
) + (1/B

i
)] (1.17)
trong đó Q là hệ số phẩm chất của mạch.
21
Hình 1.8. Sơ đồ khối chức năng bộ khuếch đại tham số
21
22
Trong một số trờng hợp, bộ khuếch đại tham số có thể đợc làm lạnh để giảm
thiểu nhiệt độ tạp âm.
1.3.2.3. Bộ khuếch đại dùng transitor
Bộ khuếch đại tạp âm thấp, trong nhiều trờng hợp có thể dùng transitor với
mạch khuếch đại giống khuếch đại thông thờng. Bộ khuếch đại transitor về lý thuyết
chính là một mạng bốn cực, tín hiệu đầu ra đợc khuếch đại. Phần tử tích cực ở đây
chính là transitor có hệ số khuếch đại lớn hơn một, nhng transitor cũng gây ra tạp âm
(tạp âm shot và tạp âm nhiệt). Có thể chọn sử dụng loại transitor thích hợp có tạp âm
thấp. Sự xuất hiện một số loại transitor mới, ví dụ các transitor điện tử chuyển động
cao (HMET - high mobility electron transitor) có thể sử dụng cho các mạch khuếch
đại tạp âm thấp ở các máy thu tần số cao đến 20 GHz.
1.3.2.4. Bộ khuếch đại đợc làm lạnh
Các bộ khuếch đại tham số hoặc các bộ khuếch đại transitor nếu đợc làm lạnh
thì nhiệt độ tạp âm sẽ đợc giảm thiểu đáng kể. Bằng cách sử dụng khí hiếm Helium
hoá lòng có thể làm lạnh thiết bị đến vài chục độ Kelvin. Nhợc điểm của hệ thống có
sử dụng hỗn hợp làm lạnh là thiết bị phức tạp, giá thành cao và phải bảo dỡng.
Trong thực tế sử dụng, điều quan trọng là việc kiểm tra các biến đổi của nhiệt
độ tạp âm và độ lợi trong băng tần công tác với các giới hạn cho phép. Điều đó cũng đ-
ợc thực hiện với tỷ số sóng đứng SWR (standing wave ratio) và nói lên sự phối hợp trở
kháng của anten và đầu vào bộ khuếch đại. Giá trị SWR có thể giảm thiểu nếu sử dụng
một bộ cách ly (isolator) đặt ở đầu vào bộ khuếch đại tạp âm thấp.
1.3.2.5. Bộ phân phối sóng mang và chuyển đổi tần số
Một khi việc khuếch đại tạp âm thấp đợc thực hiện thì cũng có nghĩa là các

sóng mang thu đợc trong dải tần cũng sẽ đợc chuyển đổi sang trung tần (IF) và tại tần
số trung tần đó các công việc nh lọc, xử lý tín hiệu sẽ đợc đơn giản hơn (xem lý thuyết
về máy thu). Việc chuyển đổi sang trung tần có thể thực hiện theo cả gói cho toàn bộ
tần số trong dải tần (đờng a hình 1.8) hoặc có thể chuyển đổi theo từng sóng mang một
(đờng b hình 1.8).
Việc chuyển đổi theo cả gói cho toàn bộ tần số trong băng tần thờng đợc sử
dụng cho các thiết bị thu trong các hệ thống thông tin vệ tinh có các sóng mang đơn
kênh SCPC (single channel per carriers). Việc phân bố các sóng mang đến các giải
điều chế khác nhau đợc thực hiện ở trung tần (ví dụ 140 MHz) và việc lựa chọn một
tần số mang cụ thể (có băng tần hẹp ví dụ 30 kHz) đợc thực hiện ở bộ giải điều chế.
Việc chuyển đổi theo cả cả gói cho toàn bộ tần số trong băng tần cũng thờng đ-
ợc sử dụng với các thiết bị thu tín hiệu truyền hình hoặc dữ liệu dùng anten loại kích
thớc nhỏ. Trong trờng hợp này, bộ đổi tần thờng đợc kết hợp với bộ khuếch đại tạp âm
thấp (LNA) và đợc đặt ngay ở tiêu điểm của anten. Tần số đầu ra của bộ đổi tần trong
trờng hợp này là khoảng 1 GHz (900 - 1700 MHz) và nh vậy có thể giảm đợc tổn hao
trên đờng phiđơ dùng cáp đồng trục giữa bộ đổi tần và thiết bị thu trong trờng hợp thiết
bị thu đặt xa anten.
Việc chuyển đổi tần số theo từng sóng mang một yêu cầu thiết bị chuyển đổi
từng sóng mang sang trung tần tơng ứng với việc điều chuẩn đợc thực hiện tại bộ đổi
22
22
23
tần cùng với bộ tạo sóng nội bộ có điều khiển. Điều đó cho phép chuẩn hoá thiết bị
trung tần và nh vậy giá thành sẽ giảm và việc bảo dỡng cũng đơn giản hơn. Các tần số
trung tần thờng đợc sử dụng là 70 MHz hoặc 140 MHz.
Khi mà trạm mặt đất cần phải giải điều chế đồng thời một vài sóng mang thì lúc
đó cần phải có sự phân phối công suất tại đầu ra của bộ khuếch đại tạp âm thấp LNA
theo các kênh tơng ứng. Việc phân phối đó do bộ chia (splitter) đảm nhiệm.
1.3.3. Phần phát
1.3.3.1. Công suất phát

Hình 1.9 mô tả sơ đồ khối chức năng của phần phát điển hình của một trạm mặt
đất. Tín hiệu băng cơ sở dạng FDM hoặc PCM/TDM qua bộ điều chế trung tần IF
thành cao tần RF, khuếch đại công suất (HPA) và cung cấp cho anten phát (tuyến lên).
Công suất phát P
T
trong các biểu thức tính toán về công suất bức xạ đẳng hớng
tơng đơng EIRP là công suất đa vào anten phát. Nếu gọi P
HPA
là công suất đầu ra của
bộ khuếch đại công suất cao HPA (high power amplifier) thì giữa chúng có quan hệ:
P
T
= (P
HPA
) (1/L
FLX
) (1/L
MC
)
trong đó:
L
FTX
là tổn hao kết nối giữa đầu ra máy phát và anten.
L
MC
là tổn hao đa sóng mang (multi - carrier) phụ thuộc vào số sóng mang đợc
ghép.
Bộ khuếch đại công suất phát thờng đợc sử dụng trong các trạm mặt đất là các
bộ khuếch đại dùng đèn điện tử klyston hoặc đèn sóng chạy TWT (travelling wave
tube) trong trờng hợp công suất ra yêu cầu lớn, hoặc có thể dùng bán dẫn transistor

trong trờng hợp yêu cầu công suất ra bé. Bộ khuếch đại công suất ra đợc nói trên là
bao gồm cả tiền khuếch đại và trong một số trờng hợp bao gồm cả hệ thống thiết bị
làm lạnh đi kèm.
1.3.3.2. Bộ khuếch đại công suất phát dùng đèn điện tử

Bộ khuếch đại công suất dùng đèn klyston
23
Hình 1.9. Mô tả sơ đồ khối chức năng phần phát
23
24
Nguyên lý chung về hoạt động của các đèn điện tử là giống nhau, đó là dùng
một năng lợng nhỏ (năng lợng của tín hiệu) để điều khiển hoặc chuyển hoá một năng
lợng lớn (dòng do chùm tia điện tử phát ra từ ca-tốt) theo quy luật của tín hiệu. Phơng
pháp điều khiển và chuyển hoá năng lợng đó đối với mỗi đèn có khác nhau.
Dòng lớn các điện tử bức xạ từ ca-tốt đợc đốt nóng, chúng đợc hội tụ, gia tốc và
hớng về a-nốt. Hệ thống cấu trúc đó do một số tài liệu còn gọi là "súng điện tử"
(electron gun).
ở đèn klystron, bộ phận chuyển đổi năng lợng gồm một loạt các hốc cộng hởng
viba (microwave resonant cavity) mà búp tia các điện tử sẽ đi qua. Sóng điện tử của tín
hiệu ở mức thấp kích thích hốc đầu tiên tạo nên một sự điều chế tốc độ với chùm tia
điện tử. Sóng điều chế đó lại kích thích hốc thứ hai làm gia tăng điều chế. Quá trình đ-
ợc lặp lại ở các hốc tiếp theo và năng lợng tín hiệu đợc khuếch đại. Sóng tần số vô
tuyến có mức công suất lớn đợc tạo ra ở đầu ra của hốc cuối cùng. Công suất nhận đợc
ở đầu ra của đèn khuếch đại klystron có thể đạt từ vài trăm W (800W) đến vài kW
(5kW). Độ rộng dải thông của đèn khuếch đại klystron có bị giới hạn do sóng tín hiệu
phải qua các hốc cộng hởng. Độ rộng dải thông đó có giá trị là 40 - 80 MHz đối với
băng tần C (6 GHz) và có giá trị là 80 - 100 MHz đối với băng tần K
u
(14 GHz).

Bộ khuếch đại công suất dùng đèn sóng chạy TWT
Bộ phận chủ yếu của bộ khuếch đại công suất dùng đèn sóng chạy TWT là đèn
TWT. Cấu trúc của đèn gồm ca-tốt, các lới điều khiển, cuộn dây sóng chạy và các a-
nốt (hình 6.10).
Các điện tử đợc bức xạ từ ca-tốt đợc đốt nóng chuyển động hớng về a-nốt (cực
dơng). Các lới có nhiệm vụ hội tụ và gia tốc chùm tia điện tử. Hệ thống các bộ phận
này tạo ra chùm tia mãnh, mật độ lớn, tốc độ cao và cũng do đó có tài liệu còn gọi là
súng điện tử (electron gun). Cuộn dây xoắn ốc có đầu vào là tín hiệu vào và đầu ra là
tín hiệu ra (công suất ra của bộ khuếch đại). Dòng năng lợng lớn của chùm tia đi qua
giữa cuộn dây đợc làm chậm và chuyển hoá năng lợng (theo quy luật điện từ). Sóng tín
hiệu trong cuộn dây đợc gia tăng năng lợng và là sóng chạy - cũng vì vậy mà đèn đợc
24
Hình 1.10. Mô tả cấu trúc đèn sóng chạy TWT
24
25
gọi là đèn sóng chạy TWT. Năng lợng tín hiệu đợc gia tăng (khuếch đại) đó đợc lấy ra
ở đầu ra của cuộn dây.
Các a-nốt vừa là nhiệm vụ gia tốc, hớng chùm tia và thu nhận năng lợng d thừa.
Công suất ra của đèn khuếch đại TWT có thể đạt đợc trong khoảng từ vài chục W đến
vài kW. Độ rộng dải thông có giá trị khoảng 600 MHz đối với băng tần C (6 GHz) và
có giá trị khoảng 3 GHz ở băng tần Ka (30 GHz).
S.0EG#"#.3!;#2##
%<53456.G%!)K%/[456%
&%&*6#E&!;#2#6?#$EE5&&.
&)
SE:"2%#8G4560EG#"G%!%&'
.*#*./G.%<?7*7J%<A(nGKV
#*0R=%&G.%<)SvN+!&%=I
%&G.%<$2*IE*6%&%)Q%&
#E%&%?%&<$G,%&%)

1.3.3.3. Bộ khuếch đại công suất phát dùng chất bán dẫn
E3=*$"#!;#2##*.G%<%l&"
01*.!;#2#[_$,56<.K|5E$N0EG#"
#*.?5d0.5{)S.#3=%/
[456%&.#3e5z)S#
/.3=*&!3GI&6)S.e3456%&%
e5%#^|e)#?.0EG#"%&.&
*$[_&5&E)#!+!#01<)
1.3.3.4. Đặc tuyến của bộ khuếch đại công suất và việc lựa chọn chế độ làm việc
a#!"0EG#"#%&30?#1\#k
#P
out
&#&P
m
0EG#"#)j#D
#&P
out
/P
m
,%&G#"#E%=0EG#")
a3#!"0EG#"#53N()(()a
3#!"%&G#!",)
25
25