Thiết kế bộ thu anten parabol cho hệ thống TVRO

LVTN: Thiết Kế Bộ Thu Anten Parabol Cho Hệ Thống TVRO
Phần 1:
Tổng quan
Hệ thống thông tin vệ tinh
và TVRO
Trang- 1 -
LVTN: Thiết Kế Bộ Thu Anten Parabol Cho Hệ Thống TVRO
Chương I:
Tổng Quan Về Thông Tin Vệ Tinh
1.1 GIỚI THIỆU CHUNG
Thông tin vệ tinh là lónh vực kỹ thuật có tuổi đời khá trẻ so với nhiều lónh vực
khoa học kỹ thuật khác. Nó chỉ thực sự ra đời vào năm 1957, khi Liên Xô lần đầu tiên
phóng thành công vệ tinh lên quỹ đạo. Với sự phát triển nhanh chóng, và thành tựu, lợi ích
to lớn, thông tin vệ tin đang dần đưa xã hội chúng ta tới một xã hội tiên tiến. Ngày nay,
chúng ta có thể cảm nhận một phần của thế giới hiện đại đó nhờ các phương tiện truyền
hình vệ tinh TVRO hay điện thoại vô tuyến quốc tế
1.1.1 Nguyên lý thông tin vệ tinh
Một vệ tinh, có khả năng thu, phát sóng vô tuyến điện sau khi được phóng vào
không gian dùng cho thông tin vệ tinh; khi đó vệ tinh sẽ khuếch đại sóng vô tuyến điện
nhận được từ các trạm mặt đất và phát sóng vô tuyến điện đến các trạm mặt đất khác.
Loại vệ tinh nhân tạo sử dụng cho thông tin vệ tinh như thế được gọi là vệ tinh thông tin.
Do vệ tinh chuyển động khác nhau khi quan sát từ mặt đất, phụ thuộc vào quỹ
đạo bay của vệ tinh, vệ tinh có thể được phân ra vệ tinh quỹ đạo thấp và vệ tinh đòa tónh.
Vệ tinh quỹ đạo thấp là vệ tinh mà nhìn từ mặt đất nó chuyển động liên tục, thời
gian cần thiết cho vệ tinh để chuyển động xung quanh quỹ đạo của nó khác với chu kỳ
quay của trái đất xung quanh trục.
Vệ tinh đòa tónh là vệ tinh được phóng lên quỹ đạo tròn ở độ cao khoảng 36.000
km so với đường xích đạo. Vệ tinh loại này bay xung quanh trái đất một vòng mất 24 giờ.
Do chu kỳ bay của vệ tinh bằng chu kỳ quay của trái đất xung quanh trục của nó theo
hướng đông cùng với hướng quay của trái đất, bởi vậy vệ tinh dường như đứng yên khi
quan sát từ mặt đất. Do vậy nó được gọi là vệ tinh đòa tónh. Một vệ tinh đòa tónh có thể bảo

đảm thông ổn đònh liên tục nên có nhiều ưu điểm hơn vệ tinh quỹ đạo thấp dùng làm vệ
tinh thông tin.
Một hệ thống thông tin vệ tinh gồm một vệ tinh trên quỹ đạo và các trạm mặt đất,
các trạm này có thể truy cập đến vệ tinh. Hình 1.1 cho ta thấy cấu hình cơ bản nhất của
một hệ thống thông tin từ trạm mặt đất qua vệ tinh đến trạm mặt đất khác.
Đường hướng từ trạm mặt đất phát đến vệ tinh được gọi là đường lên và đường
hướng từ vệ tinh đến trạm mặt đất thu gọi là đường xuống.
Hầu hết, các tần số trong khoảng 6GHz được dùng cho đường lên và các tần số ở
khoảng 4GHz hoặc 11GHz được sử dụng cho đường xuống.
Trang- 2 -
LVTN: Thiết Kế Bộ Thu Anten Parabol Cho Hệ Thống TVRO

Hình 1.1: Hệ thống thông tin vệ tinh

1.1.2 Các đặc điểm của thông tin vệ tinh
Các ưu điểm chính của thông tin vệ tinh so với các phương tiện thông tin dưới
biển và trên mặt đất như hệ thống cáp và hệ thống chuyển tiếp viba là:
• Có khả năng đa truy nhập
• Vùng phủ sóng rộng
• Ổn đònh cao, chất lượng và khả năng cao về thông tin băng rộng.
• Có thể ứng dụng cho thông tin di động.
• Hiệu quả kinh tế cao trong thông tin cựa ly lớn, đặc biệt trong thông tin
xuyên lục đòa.
Sóng vô tuyến phát đi từ một vệ tinh ở quỹ đạo vệ tinh đòa tónh có thể bao phủ 1/3
toàn bộ bề mặt trái đất. Bởi vậy những trạm mặt đất đặt trong vùng đó có thể thông tin
trực tiếp với bất kỳ một trạm mặt đất khác trong vùng qua một vệ tinh thông tin.
Kỹ thuật sử dụng một vệ tinh chung cho nhiều trạm mặt đất và việc tăng hiệu quả
sử dụng của nó tới cực đại được gọi là đa truy cập. Nói cách khác đa truy cập là phương
pháp dùng một bộ phát đáp trên vệ tinh chung cho nhiều trạm mặt đất.
Trong đa truy cập cần làm sao cho sóng vô tuyến điện phát từ trạm mặt đất riêng

lẻ không thể can nhiễu nhau được.Vì mục đích này, nên phải phân chia tần số, thời gian
hoặc không gian của sóng vô tuyến cần thiết để truyền tin tức thông tin và phải phân phối
các tần số, các khe thời gian hoặc không gian đã chia một cách thích hợp cho tường trạm
mặt đất.
Từ quan điểm ghép sóng mang trong một bộ phát đáp vệ tinh, đa truy cập có thể
phân chia ra ba dạng như sau:
FDMA: Đa truy cập phân chia theo tần số
TDMA:Đa truy cập phân chia theo thời gian
CDMA:Đa truy cập phân chia theo mã
Trang- 3 -
LVTN: Thiết Kế Bộ Thu Anten Parabol Cho Hệ Thống TVRO
1.2 VỆ TINH THÔNG TIN
1.2.1 Sự ổn đònh trạng thái vệ tinh
Trạng thái vệ tinh và đònh hướng anten của một vệ tin thông tin cần phải được
điều khiển sau cho búp sóng anten thông tin hướng bức xạ đúng vào cùng dòch vụ yêu cầu.
Tuy nhiên vệ tinh luôn luôn bò ảnh hưởng của các tác động bên ngoài như áp lực bức xạ từ
mặt trời và mô men xoắn của từ trường trái đất nên cần phải thực hiện các biện pháp phù
hợp để duy trì trạng thái ổn đònh của vệ tinh.
Trong số các biện pháp có hiệu quả đối với sự ổn đònh trạng thái vệ tinh, phương
pháp điển hình hiện nay là ổn đònh quay và ổn đònh ba trục.
• Ổn đònh quay
• Ổn đònh ba trục
Ổn đònh quay là phương pháp ổn đònh trạng thái vệ tinh dùng nguyên lý con quay
ở tốc độ cao duy trì một trạng thái không đổi. Vệ tinh quay xung quanh một trục riêng
(trục quay). Momen xoắn tạo ra bởi con quay được dùng để hạng chế tác động của các
ảnh hưởng bên ngoài và ổn đònh trạng thái vệ tinh.
Điều khiển trạng thái ba trục là phương pháp điều khiển trạng thái vệ tinh bằng
cách hấp thu các momen xoắn nhiễu loạn bên ngoài tạo ra bởi các nguyên nhân khác
nhau. Phương pháp này sử dụng các bánh xe quay trên ba trục vệ tinh, đó là các trục x, y
và z.

1.2.2 Cấu hình của các vệ tinh thông tin
Một vệ tinh bao gồm tải nhiệm vụ (payload) và thân vệ tinh (bus), tải nhiệm vụ
để thực hiện nhiệm vụ của vệ tinh và thân củavệ tinh để mang tải nhiệm vụ.Tải nhiệm vụ
của một vệ tinh thông tin bao gồm anten để thông tin và một bộ phát đáp.
Bộ phát đáp thực hiện chức năng chính của vệ tinh thông tin là thu sóng vô tuyến
điện từ các trạm mặt đất, khuếch đại và biến đổi tần số của chúng, rồi truyền chúng trở lại
các trạm mặt đất.
Như vậy bộ phát đáp của vệ tinh thông tin bảo đảm một số các chức năng như
một bộ phát đáp tích cực trên quỹ đạo, nhưng khác bộ phát đáp trên mặt đất, nó yêu cầu
độ tin cậy cao, nhỏ gọn, trọng lượng nhỏ và tiêu thụ ít công suất vì nó phải tự cung cấp
công suất cần thiết .
Trang- 4 -
LVTN: Thiết Kế Bộ Thu Anten Parabol Cho Hệ Thống TVRO
1.3 TRẠM MẶT ĐẤT
1.3.1 Yêu cầu đối với trạm
Như chúng ta đã biết một vệ tinh đòa tónh còn được gọi là vệ tinh đồng bộ với trái
đất, vì nó quay xung quanh trái đất với chu kỳ giống như chu kỳ quay của trái đất xung
quanh trục của nó, do vệ tinh dường như cố đònh ở một điểm khi quan sát từ trái đất. Tuy
nhiên nó đang chuyển động với tốc độ khoảng 10 lần tốc độ âm thanh.
Việc bám chính xác là yêu cầu thường xuyên để duy trì đường thông tin với chất
lượng cao. Các trạm mặt đất là các phương tiện trên trái đất để thực hiện thông tin vệ tinh
có hiệu quả
Để xây dựng các trạm mặt đất này cần xét các yêu cầu sau:
o Lựa chọn vò trí mỗi trạm đất sau cho gốc ngẩng anten đạt được càng cao
càng tốt hướng vào vệ tinh và
o Bảo đảm khoảng hở đủ trên đường chân trời ở hướng góc ngẩng anten.
Các yêu cầu này là cần thiết để ngăn ngừa can nhiểu từ hoặc tới các sóng vô
tuyến khác nhau vì các tần số viba sử dụng cho thông tinh vệ tinh là chung cho các hệ
thống thông tin khác nhau trên mặt đất .
1.3.2 Cấu hình của một trạm mặt đất

Một trạm mặt đất bao gồm:thiết bò thông tin, thiết bò truyền dẫn mặt đất, thiết bò
cung cấp nguồn và nhà điều khiển. Thiết bò thông tin gồm có một anten, một máy phát
công suất cao, một máy thu tạp âm thấp, cùng với thiết bò đa truy cập / điều chế và giải
điều chế.
• Anten: anten của một trạm mặt đất phải có hệ số độ lợi lớn, búp phụ nhỏ, độ
phân cực rất tốt và tạp âm thấp.
• HPA: Để bù vào suy hao truyền sóng lớn trong thông tin vệ tinh, đầu ra máy
phát cần phải có công suất càng lớn càng tốt, do vậy ở trạm mặt đất sử dụng bộ
khuếch đại công suất cao (HPA).
• LNA: Sóng bức xạ từ vệ tinh bò hấp thụ rất lớn cho tới khi chúng tới mặt đất.Ví
dụ sóng băng Ku bò suy yếu đi khoảng 1/10
21
so với tín hiệu ban đầu. Nếu thu
bằng một anten có đường kính 3.3m thì ở băng Ku mức thu được tăng lên
khoảng 10
6
lần. Tuy nhiên điều đó chưa đủ lớn. Do đó cần phải khuếch đại
chúng lên một mức có thể giải điều chế được. Kỹ thuật bộ khuếch đại tạp âm
thấp với nhiệt độ tạp âm thấp đóng vai trò rất quan trọng trong việc bảo đảm
chất lượng tín hiệu.
Trang- 5 -
LVTN: Thiết Kế Bộ Thu Anten Parabol Cho Hệ Thống TVRO
Hình 1.2 Cấu hình của một trạm mặt đất
Trang- 6 -
Thiết bò bám
Hệ thống

fiđơ
LNA
Bộ đổi tần

xuống
Khuếch
đại IF
Giải điều chế
Bộ đa truy nhập
Điều chế
HPA
Bộ dao
dộng
Thiết bi anten bám
Máy thu tạp âm thấp
Máy phát công suất lớn
Bộ dao
dộng
Bộ đổi
tần lên
Khuếch
đại IF
LVTN: Thiết Kế Bộ Thu Anten Parabol Cho Hệ Thống TVRO
1.4 SỰ LAN TRUYỀN SÓNG VÔ TUYẾN ĐIỆN
1.4.1 Phân đònh tần số trong thông tinh vệ tinh cố đònh
Việc phân đònh tần số được thực hiện theo điều lệ vô tuyến ở mỗi khu vực của
ITU. ITU chia làm 3 khu vực:
+Khu vực 1 (R1): Châu Âu, Châu Phi, Liên bang Xô viết cũ và các nước Đông
Âu
+Khu vực 2 (R2): Các nước Nam và Bắc Mỹ
+Khu vực 3 (R3): Châu Á và Châu Đại Dương
Các tần số sử dụng cho thông tin vệ tinh cố đònh:
Việc phân đònh tần số cho các dòch vụ thông tin vệ tinh cố đònh, nghóa là thông tin
vệ tinh giữa các điểm cố đònh được trình bày như bảng sau:

Khoảng tần số (GHz)
Dòch vụ thông tin vệ tinh cố đònh
Dòch vụ giữa các
vệ tinh chung cho
3 khu vực.
Đường lên Đường xuống
R1 R2 R3 R1 R2 R3
2,5 ->2,535
2,535 ->2,655
2,655 ->2,690
3,4 ->4,2
4,5 ->4,8
5,725 ->5,85
5,85 ->7,075
7,25 ->7,75
7,9 ->8,4
10,7 ->11,7
11,7 ->12,2
12,2 ->12,3
12,3 ->12,5
12,5 ->12,7
12,7 ->12,75
12,75 ->13,25
14 ->14,5
14,5 ->14,8
17,3 ->17,7
17,7 ->18,1
18,1 ->21,2
22,55 ->23,55
Trang- 7 -

LVTN: Thiết Kế Bộ Thu Anten Parabol Cho Hệ Thống TVRO
27 ->27,5
27,5 ->31
32 ->33
37,5 ->40,5
42,5 ->43,5
50,4 ->51,4
Bảng 1.1: Phân đònh tần số cho các dòch vụ thông tin vệ tinh cố đònh
1.4.2 Sự tiêu hao sóng vô tuyến điện
Có nhiều vấn đề khác liên quan đến sự lan truyền sóng vô tuyến điện trong thông
tin vệ tinh, vì việc phát và thu sóng thực hiện giữa một trạm mặt đất và một vệ tinh thông
tin ở rất xa trong không gian. Vấn đề lớn nhất là sóng bò tiêu hao khi truyền giữa trạm mặt
đất và vệ tinh . Ngoài tiêu hao truyền sóng, sóng vô tuyến điện còn bò hấp thu bởi tầng
điện ly, khí quyển và mưa, cũng như tạp âm gây bởi các yếu tố trên.
Tổn hao trong không gian tự do
Khi sóng vô tuyến điện truyền trong không gian tự do tỷ số công suất phát trên
công suất thu tại điểm cách nơi phát một khoảng R(m) sẽ là
γ = (4πR/λ)
2
λ: bước sóng của sóng vô tuyến điện
Tỷ số này được gọi là tổn hao không gian tự do.
1.4.3 EIRP đặc trưng khả năng phát
Tích số giữa hệ số độ lợi của anten và công suất máy phát cung cấp cho anten gọi
là “EIRP”, đây là một thông số cơ bản biểu thò khả năng phát. Ví dụ một anten có đường
kính gương phản xạ 30m, làm việc ở tần số 6GHz, có độ lợi xấp xỉ 63 dB, nếu công suất
máy phát là 100W thì EIRP sẽ là 83 dBW (xấp xỉ 200 triệu W).
1.4.4 G/T đặc trưng độ nhạy thu
Tỷ số hệ số độ lợi anten (G) trên nhiệt tạp âm toàn phần của hệ thống thu (T)
được gọi là tỷ số G/T và biểu thò hệ số phẩm chất của trạm mặt đất .
Hệ số phẩm chất  G/T

Trang- 8 -
LVTN: Thiết Kế Bộ Thu Anten Parabol Cho Hệ Thống TVRO
Công suất tín hiệu thu tỷ lệ với hệ số độ lợi của anten thu (G) khi công suất phát từ vệ tinh
là hằng số. Mặt khác công suất tạp âm đầu vào máy thu kTB tỷ lệ với T. Do đó G/T tỷ lệ
với tỷ số công suất tín hiệu trên tạp âm của sóng mang trong một độ rộng băng thông nào
đó. G/T luôn luôn được dùng như một hệ số chất lượng cho toàn bộ hệ thống thu bao gồm
cả anten của nó. Đơn vò sử dụng cho G/T là dB/
0
K. Ví dụ, khi hệ số độ lợi của anten thu là
60 dB và nhiệt tạp âm là 100
0
K, thì G/T=40 dB/
0
K
Trang- 9 -
LVTN: Thiết Kế Bộ Thu Anten Parabol Cho Hệ Thống TVRO
Chương 2:
Hệ thống TVRO
2.1 CÁC THÀNH PHẦN TÍN HIỆU HÌNH VÀ
CÁC HỆ TRUYỀN HÌNH MÀU
2.1.1 Các thành phần tín hiệu hình
Các hệ truyền hình màu được xây dựng trên nhiều cơ sở vật lý, song cơ sở tổ hợp
màu được đặc biệt quan tâm. Xét về phương diện cảm nhận màu, ta có khả năng phỏng
tạo phần lớn các màu sắc tồn tại trong tự nhiên, bằng cách trộn ba màu cơ bản theo các tỷ
lệ khác nhau. Điều này làm cho việc truyền và tạo lại ảnh màu trở nên đơn giản. Nó là cơ
sở của kỷ thuật truyền hình màu hiện nay.
Tổ hợp ba màu được xem là ba màu cơ bản khi chúng thỏa mãn yêu cầu: ba màu
đó độc lập tuyến tính. Nghóa là: trộn hai màu bất kỳ trong ba màu đó trong điều kiện bất
kỳ, theo tỷ lệ bất kỳ đều không thể tạo ra màu thứ ba.
Đã có rất nhiều tổ hợp màu cơ bản được đề nghò sử dụng. Để chuẩn hóa, CIE đã

quy đònh ba màu cơ bản và ngày nay được sử dụng trong lónh vực truyền hình màu, gọi là
hệ màu R.G.B. ba màu cơ bản đó là:
+ Màu đỏ, ký hiệu R, có bước sóng λ
R
= 700 nm
+ Màu lục, ký hiệu G, có bước sóng λ
G
= 546.8 nm
+ Màu lam, ký hiệu B, có bước sóng λ
B
= 435.8 nm.
Biến đổi ba ảnh đơn màu trên thành tin hiệu điện biến thiên theo thời gian, ta
được các tín hiệu e
R
(t), e
G
(t), e
B
(t). Các tín hiệu này được gọi là các tín hiệu màu cơ bản
và thường được ký hiệu là E
R
, E
G
,E
B
.
a) Tín hiệu chói E’
Y

Để máy thu hình đen trắng lúc thu chương trình truyền hình màu vẫn nhận được

ảnh đen trắng bình thường với các bậc sáng tối chính xác như ở ảnh truyền đi, các hệ
truyền hình màu đại chúng, ngoài các tín hiệu phản ánh tin tức màu, còn phải tạo ra và
truyền sang phía thu tín hiệu phản ánh tin tức chói của ảnh màu. Tín hiệu này gọi là tín
hiệu chói và thường được ký hiệu E
Y
. Tín hiệu chói chính là tín hiệu hình ở truyền hình
đen trắng.
Tín hiệu chói được xác đònh theo biểu thức:
E
Y
= L
R
E
R
+ L
G
E
G
+ L
B
E
B
. (2.1.1)
Xét đến tính phi tuyến của đặc tuyến điều chế của đèn hình, tín hiệu chói có
dạng:
Trang- 10 -
LVTN: Thiết Kế Bộ Thu Anten Parabol Cho Hệ Thống TVRO
E
Y
1/

γ
= (L
R
E
R
+ L
G
E
G
+ L
B
E
B
)
1/
γ
(2.1.2)
Sử dụng tín hiệu E
Y
1/
γ
, tuy độ chói của cảnh truyền đi được khôi phục chính xác,
nhưng mạch điện máy thu hình khá phức tạp. Để đơn giản máy thu hình, tín hiệu chói
được xác đònh theo:
E’
Y
= L
R
E’
R

+ L
G
E’
G
+ L
B
E’
B
. (2.1.3)
Với E’
i
= E
i
1/
γ
, i = R,G,B.
L
R
, L
G
, L
B
là các hệ số chói tương đối cùa các màu cơ bản R, G, B. Giá trò
của L
R
, L
G
, L
B
tuỳ thuộc vào loại tiêu chuẩn màu cơ bản.

Đối với các màu cơ bản máy thu hình theo tiêu chuẩn NTSC, để tạo được màu
trắng chuẩn C, thì tín hiệu chói xác đònh theo:
E’
Y
= 0.299 E’
R
+ 0.587 E’
G
+ 0.114 E’
B
(2.1.4)
Hiện nay, nay các hệ NTSC, PAL, SECAM III B đều sử dụng biểu thức (2.1.4)
để hình thành tín hiệu chói ở bộ lập mã màu. Chổ khác nhau giữa các hệ này là độ rộng
dải tần tín hiệu chói. Độ rộng dải tần tín hiệu chói bằng độ rộng dải tần tín hiệu hình ở hệ
truyền hình đen trắng cùng tiêu chuẩn.
b) Các tín hiệu màu
Tín hiệu chói về lý thuyết chứa toàn bộ tin tức về độ chói của cảnh vật truyền đi.
Vì vậy, để truyền tất cả tin tức về màu sắc của cảnh vật, chỉ cần thêm một tín hiệu nữa,
nó chỉ chứa thông tin về toàn bộ tính màu. Các hệ NTSC, PAL, SECAM III B đều dùng tổ
hợp tuyến tính của các màu cơ bản cho việc này.
Các tín hiệu hiệu màu:
E
R-Y
= E
R
– E
Y
(2.1.5a)
E
R-Y

= E
G
– E
Y
(2.1.5b)
E
B-Y
= E
B
– E
Y
(2.1.5c)
Nếu xét đến sửa méo gamma thì:
E’
R-Y
= E’
R
– E’
Y
= 0.701E’
R
– 0.587E’
G
– 0.114E’
B
(2.1.6a)
E’
G-Y
= E’
G

– E’
Y
= -0.299E’
R
+ 0.413E’
G
– 0.114E’
B
(2.1.6b)
E’
B-Y
= E’
R
– E’
Y
= -0.299E’
R
– 0.587E’
G
+ 0.886E’
B
(2.1.6c)
Về lý thuyết, các tín hiệu hiệu màu chỉ chứa các tin tức về tính màu, không chứa
tin tức về độ chói của cảnh vật truyền đi.
Ở hệ truyền hình PAL, SECAM III B chỉ truyền aE’
R-Y
và bE’
B-Y
(a và b là các
hằng số, hệ PAL và hệ SECAM chọn khác nhau). Không truyền tín hiệu E’

B-Y
, nhằm mục
đích cải thiện tính chống nhiễu của hệ truyền hình. Ở hệ NTSC truyền tín hiệu I và Q. nó
là tổ hợp tuyến tính của E’
R-Y
và E’
B-Y
. Ở phía thu có thể nhận lại được tín hiệu E’
B-Y
từ các
tín hiệu E’
R-Y
và E’
B-Y
, theo biểu thức sau
E’
G-Y
= -0.510 E’
R-Y
– 0.195 E’
B-Y
(2.1.7)
Trang- 11 -
LVTN: Thiết Kế Bộ Thu Anten Parabol Cho Hệ Thống TVRO
Từ ba tín hiệu E’
R-Y
, E’
G-Y
, E’
B-Y

ở phía thu cộng với E’Y và nhận lại được các
thành phần màu cơ bản E’
R
, E’
G
, E’
B
.
c) Cài phổ tần tín hiệu màu vào phổ tần tín hiệu chói
Phổ tần các tín hiệu E’
R
, E’
G
, E’
B
giống nhau và là phổ rời rạc. Vì vậy, tín hiệu
chói E’Y và các tín hiệu màu, là tổ hợp tuyến tính của các tín hiệu E’
R
, E’
G
, E’
B
, nên
chúng cũng có phổ rời rạc và hoàn toàn giống nhau. Vì thế không thể đồng thời truyền
trực tiếp tín hiệu chói và hai tín hiệu hiệu màu theo một đường truyền; mà chỉ có tín hiệu
chói được truyền trực tiếp, còn tín hiệu` màu phải dòch phổ về phía tần số cao nhờ
sóng mang phụ.
Hình 2.1
Trò số tần số sóng mang phụ phụ thuộc vào nhiều yếu tố: độ rộng dải tần tín hiệu
chói, phương thức điều chế sóng mang phụ…

Trang- 12 -
f
s
E’
Y
f (MHz)
LVTN: Thiết Kế Bộ Thu Anten Parabol Cho Hệ Thống TVRO
2.1.2 Hệ NTSC
Hệ NTSC là hệ truyền hình màu đại chúng có tính tương hợp đầu tiên trên thế
giới, được nghiên cứu trong khoảng thời gian 1950-1953, và sử dụng từ năm 1954 ở Mỹ.
Đây là hệ truyền hình màu đồng thời. Hai tín hiệu E
I
và E
Q
đều truyền cùng lúc với tín
hiệu chói E
Y
theo phương thức điều chế cầu phương trên một sóng mang phụ.
Điều chế vuông góc (Quadrature Modulation)
Đặc điểm của điều chế vuông góc trong hệ NTSC là dùng hai mạch điều biên cân
bằng như hình 2.2, E’
I
và E’
Q
là hai tín hiệu màu.

Hình 2.2
Với: E’
I
= 0.596E’

R
– 0.274E’
G
– 0.322E’
B
(2.1.8a)
E’
Q
= 0.211E’
R
– 0.523E’
G
+ 0.311E’
B
(2.1.8b)
Tần số sóng mang phụ
Tần số sóng mang phụ ở hệ NTSC được chọn thỏa mãn các yêu cầu sau:
+ Tần số sóng mang f
s
phải cao để giảm nhiễu do tín hiệu màu gây ra trên ảnh
truyền hình; nhưng lại phải đảm bảo tần số của phổ tần tín hiệu cao nhất của ảnh màu
phải nhỏ hơn tần số cao nhất của phổ tần tín hiệu chói (= 4.2 MHz).
+ Tần số sóng mang phụ phải là bội số lẽ của nữa tần số dòng
f
s
= (2n + 1)
2
H
f
(2.1.9)

trong đó f
H
là tần số dòng, n là những số nguyên dương.
Ở hệ NTSC tiêu chuẩn (525 dòng), f
H
≈ 15735 Hz, n trong biểu thức chọn bằng
227, ta có được
Trang- 13 -
Điều biên
cân bằng
Điều biên
cân bằng
90
0
cosω
s
t
sinω
s
t
f
s
+
E’
I
E’
Q
E’
Q
sinω

s
t
E’
I
cosω
s
t
E’
I
cosω
s
t + E’
Q
sinω
s
t
LVTN: Thiết Kế Bộ Thu Anten Parabol Cho Hệ Thống TVRO
f
s
= (2×227 + 1)
2
15735
= 3.58 MHz
Phổ tần các tín hiệu
Dải tần tín hiệu chói từ 0 đến 4.2 MHz; của tín hiệu E’
Q
từ 3 MHz đến 4.2 MHz;
của tín hiệu E’
Q
từ 2.3 MHz đến 4.2 MHz. Cấu trúc phổ tần các tín hiệu được cho bởi hình

2.3. Từ hình vẽ cho thấy, cả hai dải biên tần của tín hiệu E’
Q
đều được truyền sang phía
thu; còn đối với tín hiệu E’
I
, chỉ truyền toàn bộ dải biên tần dưới, còn dải biên tần trên chỉ
truyền một phần.
Hình 2.3
Trang- 14 -
3.58
E’
Y
f (MHz)4.2
3
2
LVTN: Thiết Kế Bộ Thu Anten Parabol Cho Hệ Thống TVRO
2.1.3 Hệ PAL
Ở hệ PAL, tín hiệu chói vẫn được xác đònh theo biểu thức (2.1.4) nhưng dải tần
rông tới 5MHz ( theo tiêu chuẩn B,G).
Hai tín hiệu màu:
E’
V
= 0.877E’
R-Y
= 0.615E’
R
– 0.515 E’
G
– 0.100E’
B

(2.1.10a)
E’
U
= 0.493E’
B-Y
= -0.147E’
R
– 0.293E’
G
+ 0.437E’
B
(2.1.10b)
Hai tín hiệu màu có độ rộng dải tần bằng nhau, và bằng 1.3 MHz. Cũng như hệ
NTSC, hai tín hiệu V và U, điều chế trên một sóng mang phụ theo phương pháp điều chế
vuông góc. Nhưng khác với hệ NTSC ở chổ: thành phần sóng mang phụ của V đảo pha
(góc pha thay đổi180
0
) theo từng dòng quét. Việc đảo pha này xảy ra trong thời gian quét
ngược dòng. Hình 2.4 là sơ đồ chức năng của bộ điều chế vuông góc.
Hình 2.4
Như vậy, tín hiệu màu ở hệ PAL
u
m
= u
V
+ u
U
= ± E’
V
cosω

s
t + E’
U
sin ω
s
t (2.1.11)
Chọn tần số sóng mang phụ
Việc chọn tần số sóng mang phụ ở hê PAL cũng được dựa trên nhiều yếu tố khác
nhau, nhưng tổng hợp lại ta được biểu thức sau
f
s
= (2n -
)
2
1
22
V
H
f
f
+
(2.1.12)
với: f
H
là tần số dòng
f
V
là tần số mặt
Với hệ PAL 625 dòng (tiêu chuẩn B, G, I, H); chọn n = 284; f
H

= 15625 Hz; f
V
=
50 Hz, ta được
MHzf
s
43.4
2
50
2
15625
)
2
1
2842( ≈+−×=

Trang- 15 -
Điều biên
cân bằng
Điều biên
cân bằng
+
-90
0
180
0
f
H
f
s

V
U
u
m
LVTN: Thiết Kế Bộ Thu Anten Parabol Cho Hệ Thống TVRO
2.1.4 Hệ SECAM
Ở hệ SECAM III B, tín hiệu chói E’
Y
truyền ở tất cà các dòng, còn hai tín hiệu
màu D’
R
và D’
B
truyền lần lược theo dòng quét trên hai sóng mang phụ có tần số trung
tâm là f
OR
và f
OB
tương ứng; theo phương thức điều tần.
Tín hiệu chói E’
Y
vẫn xác đònh theo biểu thức:
E’
Y
= 0.229 E’
R
+ 0.587 E’
R
+ 0.114 E’
B

(2.1.13)
Với tín hiệu trắng chuẩn C, và dải tần bằng 6 MHz đối với tiêu chuẩn
truyền hình D.K.
Hai tín hiệu màu:
D’
R
= - k
R
E’
R-Y
= - 1.9 E’
R-Y
(2.1.14a)
D’
B
= + k
B
E’
B-Y
= 1.5 E’
B-Y
(2.1.14b)
Hai tín hiệu màu có dải tần bằng nhau và bằng 1.3 MHz.
Ở hệ SECAM III B chọn hai tần số sóng mang phụ như sau:
* Ở các dòng truyền tín hiệu D’
R
:
f
OR
= 282 f

H
= 4.40625 MHz ± 2 kHz (2.1.15)
* Ở các dòng truyền tín hiệu D’
B
:
f
OB
= 272 f
H
=

4.25 MHz ± 2 kHz (2.1.16)
trong đó f
H
= 15625 Hz.
Độ dòch tần ở hệ SECAM III B quy đònh như sau:
* Ở các dòng truyền tín hiệu D’
R
, khi mà D’
R
= ± 1, độ dòch tần danh đònh là
∆f
R
= ± 280 kHz ± 9 kHz
* Ở các dòng truyền tín hiệu D’
B
, khi mà D’
B
= ± 1, độ dòch tần danh đònh là
∆f

B
= ± 230 kHz ± 7 kHz
Với giá trò bất kỳ của tín hiệu D’
R
và D’
B
, độ dòch tần số tức thời của tín hiệu màu
so với tần số trung tâm f
OR
và tần số trung tâm f
OB
tương ứng:
∆f
R
= 280 D’
R
= -532 E’
R-Y
(2.1.17a)
và ∆f
B
= 230 D’
B
= 345 E’
B-Y
(2.1.17b)
Trang- 16 -
LVTN: Thiết Kế Bộ Thu Anten Parabol Cho Hệ Thống TVRO
2.2 TRUYỀN HÌNH VỆ TINH
Tín hiệu TV chuyển tiếp qua vệ tinh lần đầu tiên trở thành hiện thực vào đầu

những năm 1970.
Hoạt động chuyển tiếp vệ tinh cần có một trạm mặt đất công suất lớn truyền tín
hiệu lên ở dải tần 5.9 GHz đến 6.4 GHz, hoạt động nhận xuống từ vệ tinh trong tầm
3.7Ghz đến 4.2 GHz. Băng thông cho hoạt đông này là 484 MHz, được chia làm 12 “khe”
tần số TV độ rộng 40 MHz, và một kênh bảo vệ rộng 4 MHz được đặt giữa khe tần số 1
và 2. 12 khe tần số này có thể trở thành 24 kênh TV thật sự nhờ việc sử dụng kỹ thuật
phân cực theo các hướng khác nhau.
Công suất tương đương đẳng hướng EIRP của tín hiệu mỗi kênh bức xạ từ vệ tinh
chuyển tiếp tiêu biểu nằm trong khoảng 25 đến 40 dBW. Tổn hao không gian tự do tại tần
số 4 GHz vào khoảng -196 dB, mật độ công suất nhận tại bề mặt đất khoảng 10
-12
W/m
2
.
Điều này yêu cầu thiết yếu một anten lớn và một bộ thu đặc biệt với hệ số nhiễu thấp.
Nguyên tắc điều chế được sử dụng truyền hình vệ tinh là điều chế FM băng rộng
tín hiệu cao tần bởi tín hiệu bao gồm tín hiệu hình ảnh (video) cộng với tín hiệu âm thanh
đã được điều chế FM tại tần số 6.2, 6.8 hay 7.4 GHz. Toàn bộ tín hiệu FM phủ trên dải tần
rộng khoảng 36 MHz. Bộ thu cho hệ thống TVRO thường bao gồm bộ lọc thông dải
(3.7GHz đến 4.2 GHz) theo sau là bộ khuếch đại nhiễu thấp và bộ trộn tần chuyển tín
hiệu 3.7 GHz – 4.2 Ghz xuống tín hiệu IF 70 MHz. Tín hiệu IF được tách sóng FM, ngõ ra
được lọc thông thấp trực tiếp để nhận tín hiệu hình ảnh và lọc thông dải sau đó giải điều
chế FM tại tần số 6.2, 6.8, hay 7.4 GHz để nhận tính hiệu âm thanh.

Hình 2.5: Cấu trúc phổ tín hiệu tiêu biểu bên phía phát
Trang- 17 -
0
0
15K
Hz

5MHz
Audio
Video
FM
0
5MHz
Video
FM+
đổi tần
lên
5.9GHz
6.4GHz
6.8 Mhz
6.8 Mhz
LVTN: Thiết Kế Bộ Thu Anten Parabol Cho Hệ Thống TVRO
2.2.1 K hối thu ngoài (tạm dòch từ, Ourdoor Electronics Unit)
Đối với những tầng đầu xử lý tín hiệu, kỹ thuật nhiễu thấp được sử dụng với tầm
quan trọng đặc biệt, nó quyết đònh đến chất lượng của toàn bộ thu. Vì mức tín hiệu nhận
từ vệ tinh là rất nhỏ, tiêu biểu 10 pW hay nhỏ hơn, hoạt đọâng của khối ngoài hay khối đầu
được xem xét một cách cụ thể. Phần này, sơ đồ khối được cho ở hình 2.1 thường được biết
đến như là khối đổi tần nhiễu thấp (low noise block-converter, LNB). Khối này bao gồm
một vài tầng khuếch đại nhiễu thấp (LNA) và một bộ đổi tần nhiễu thấp (LNC). Hình 2.1
đưa ra cấu hình tiêu biểu của một LNB.
Hình 2.6 Sơ đồ khối LNB
Bộ lọc band pass được dùng nhằm để giảm sự giao nhau giữa các kênh và giảm
bức xạ của bộ dao động. Kế đến là ba hoặc bốn tầng khuếch đại RF, được thiết kế thỏa
mãn độ lợi yêu cầu và mức nhiễu chấp nhận được. Bộ dao động và bộ trộn cũng được
thiết kế với yêu cầu nhiễu thấp. Bộ dao động thông thường sử dụng cộng hưởng điện môi
nhằm ổn đònh tần số cao. Bộ trộn là nơi gây nhiễu nhất trong bộ thu, do tính chất hoạt
động không tuyến tính, nó tạo ra những méo dạng hài. Một phương pháp khắc phục là sử

dụng hai diode trong cấu hình bộ trộn cân bằng. Tại ngõ ra của LNB, nó thường bao gồm
mạch IF ngõ ra với hai hoặc ba tầng khuếch đại. Nguồn cho LNB được cung cấp từ mạch
thu chính thông qua cáp đồng trục. Hình 2.7 mô tả một LNB thực tế.
Trang- 18 -
Lọc
band pass
Bộ trộn
Bộ dao động
Khuếch đại
RF
Khuếch đại
IF
IF 1
output
LVTN: Thieỏt Keỏ Boọ Thu Anten Parabol Cho Heọ Thoỏng TVRO
Trang- 19 -
Hỡnh 2.7: LNB thửùc teỏ (Philips Components Ltd)
LVTN: Thiết Kế Bộ Thu Anten Parabol Cho Hệ Thống TVRO
2.2 Khối thu chính

Hình 2.4: Sơ đồ khối của khối thu chính
Tín hiệu nhận từ khối LNB, có tần số trong khoảng từ 950 MHz đến 1450 MHz,
được đổi tần xuống lần thứ hai. Bộ dao động VCO và công tác dò tìm kênh truyền hình
được điều khiển nhờ vi điều khiển (microprocessor), với việc sử dụng những dữ liệu được
lưu trong bộ nhớ bán dẫn. Vi điều khiển còn có khả năng cung cấp tín hiệu điều khiển các
đèn hiển thò trạng thái và giao tiếp dữ liệu trực tiếp.
Bộ lọc thông dải kế theo thường có băng thông có thể chọn lựa, bằng việc chuyển
mạch, 18 MHz hoặc 27 MHz. Mạch giải điều chế FM được dùng để nhận lại tín hiệu
video và tín hiệu audio đã được điều chế FM. Giải đếu chế FM lần nữa cho tín hiệu audio
đã được điều chế FM, ta thu được tín hiệu audio.

Trang- 20 -
Video
Giải điều
chế FM
De-emphasis
Ghim
hình
Giải điều
chế tiếng
De-
emphasis
KĐ
hình
KĐ
tiếng
KĐ
IF
2
KĐ
IF
1
Tuning
control
Micro-
processor
Bộ
nhớ
Hiển thò
Audio
900-1450

MHZ
Dao
động
AFC
LVTN: Thiết Kế Bộ Thu Anten Parabol Cho Hệ Thống TVRO
Phần 2:
Lý thuyết mạch siêu cao tần
Trang- 21 -
LVTN: Thiết Kế Bộ Thu Anten Parabol Cho Hệ Thống TVRO
Chương 3:
Lý thuyết cơ sở mạch siêu cao tần
3.1 LÝ THUYẾT ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN SÓNG
3.1.1 Phương trình truyền sóng trên đường dây
Hình 3.1
Ta giả sử chiều dài l lớn hơn nhiều lần so với bước sóng λ nên hệ thống có thông
số phân bố. Trên đoạn vi phân chiều dài ∆x , đoạn chiều dài đường truyền sóng sẽ được
thay thế bằng mạch điện thông số tập trung như hình 3.2
Hình 3.2
Các thông số R [Ω/m], L [H/m], C [F/m], G [S/m] đặc trưng cho các giá trò điện trở, điện
cảm, điện dung và điện dẫn tương đương cho một đơn vò chiều đường dây.
Từ mạch tương đương ở hình 3.2 và dựa vào các đònh luất Kirchhoff ta có phương trình
sau :
V(x) = V(x + ∆x) + (R. ∆x + jωL. ∆x).I(x + ∆x ) (3.1.1a)
I(x) = I(x + ∆x) + (G. ∆x + jωC. ∆x).V(x + ∆x) (3.1.1b)
Trang- 22 -
Đường dây truyền sóng
Tải
Z
L
Nguồn

Z
S
E
S
0
x
x+∆x
l
R.∆x
L.∆x
C.∆x
G.∆x
I(x)
I(x+∆x)
V(x)
V(x +∆x)
x
x + ∆x
LVTN: Thiết Kế Bộ Thu Anten Parabol Cho Hệ Thống TVRO
Từ hai phương trình trên khi cho ∆x → 0 ta được:
∂
V(x)
= - (R + jωL).I(x) (3.1.2a)
∂
I(x)
= - (G + jωC).V(x) (3.1.2b)
biến đổi hệ phương trình trên bằng cách tính đạo hàm bậc hai theo x, ta được
∂
2
V(x)

= γ
2
(ω).V(x) (3.1.3a)
∂
2
I(x)
= γ
2
(ω) .I(x) (3.1.3b)
với:

γ(ω) = √(R + jωL). (G + jωC)
γ : được gọi là hệ số truyền sóng
Giải hệ phương trình trên ta được nghiệm có dạng như sau:
V(x) = V
+
e
-
γ
(
ω
)x
+ V
-
e
γ
(
ω
)x
(3.1.4a)

I(x) = I
+
e
-
γ
(
ω
)x
+ I
-
e
γ
(
ω
)x
(3.1.4b)
trong đó, V
+
,V
-
, I
+
và I
-
là các hằng số phụ thuộc điều kiện biên. Ta nhận thấy, điện áp
và dòng điện tại một điểm trên đường dây gồm hai thành phần: sóng tới (V
+
,I
+
) và sóng

phản xạ (V
-
,I
-
). Quan hệ giữa điện áp sóng tới với dòng điện sóng tới và điện áp sóng
phản xạ với dòng điện sóng phản xạ được chứng minh như sau
I
+
=
V
+
và I
-
= -
V
-
Z
0
được gọi là trở kháng đặc tính của đường dây, đối với đường dây không tổn
hao.
Trang- 23 -
∂x
∂x
∂x
2
∂x
2
Z
0
Z

0
Z
0
với Z
0
=
CjG
LjR
ω
ω
+
+
C
L
Z =
0
LVTN: Thiết Kế Bộ Thu Anten Parabol Cho Hệ Thống TVRO
3.1.2 Trở kháng đường dây và hệ số phản xạ
Hình 3.3
Trở kháng đường dây
Trở kháng đường dây Z(x) tại điểm x được đònh nghóa là tỉ số giữa điện áp V(x)
và dòng điện I(x), đơn vò của trở kháng đường dây là Ohms:
Tại cuối đường dây tải Z
L
ta luôn có
Gọi d là khoảng cách từ điểm khảo sát x đến tải, d = l – x. Thực hiện biến đổi (3.1.5) ta
nhận được
Vậy, trở kháng đường dây Z(x) tại tọa đôï x bất kỳ phụ thuộc:
• Trở kháng đặc tính Z
0

của đường dây.
• Trở kháng tải Z
L
ở đầu cuối đường dây.
• Khoảng cách d từ điểm khảo sát x đến tải.
Đặc biệt, nếu đường truyền không tổn hao thì
Z
0
= R
0
(điện trở đặc tính )
γ = jβ (thuần ảo) do đó th(γd) = jtg(βd)
và (3.1.6) trở thành:
Trong trường hợp này, do tg(βd) tuần hoàn theo chu kỳ π nên trở kháng Z(x) cũng có giá
trò biến thiên tuần hoàn khi di chuyển trên đường truyền sóng.
Trang- 24 -
V(x)
V(l)
I(x)
I(l)
Z
L
Z(x)
Γ(x)
Z(l)
Γ(l)
Z
S
E
S

x l0
d
)(
)(
)(
xI
xV
xZ =
L
Z
lI
lV
lZ ==
)(
)(
)(
(3.1.5)
)(
)(
)(
0
0
0
dthZZ
dthZZ
ZxZ
L
L
γ
γ

+
+
=
(3.1.6)
)(
)(
)(
0
0
0
dtgjZR
dtgjRZ
RxZ
L
L
β
β
+
+
=
(3.1.7)
LVTN: Thiết Kế Bộ Thu Anten Parabol Cho Hệ Thống TVRO
Hệ số phản xạ
Đònh nghóa: hệ số phản xạ điện áp Γ
v
(x) tại điểm x là tỉ số giữa điện áp sóng phản
xạ và điện áp sóng tới tại diểm x đó
Tại tải (x = l), hệ số phản xạ điện áp là:
Tại toạ độ x bất kỳ, d = l – x
Nếu đường truyền sóng không tổn hao thì

Quỹ tích của Γ
v
lúc này là một vòng tròn tâm gốc toạ độ và đi qua điểm Γ
v
(l). Hệ
số phản xạ điện áp tại một điểm x bất kỳ chỉ xoay pha của hệ số phản xạ điện áp tải Γ
v
(l).
Do đó, Γ
v
(x)= Γ
v
(l)
Tương tự ta đònh nghóa
Vậy, hệ số phản xạ dòng điện là đối của hệ số phản xạ điên áp, do dòng điện phản xạ và
dòng điện tới ngược chiều nhau theo quy ước.
* Trong thực tế, hệ số phản xạ điện áp Γ
v
thường được sử dụng như hệ số phản
xạ Γ của đường dây, do đó khi nói đến hệ số phản là ngầm hiểu đó là hệ số phản xạ điện
áp, Γ(x)≡Γ
v
(x).
Trang- 25 -
x
x
x
v
e
V

V
eV
eV
x
γ
γ
γ
2
)(
+
−
−
+
−
==Γ
(3.1.8)
l
v
e
V
V
l
γ
2
)(
+
−
=Γ
dl
dl

dl
v
ee
V
V
eV
eV
x
γγ
γ
γ
22
)(
)(
)(
−
+
−
−
+
−
−
==Γ
d
vv
elx
γ
2
)()(
−

Γ=Γ
(3.1.9)
dj
vv
elx
β
2
).()(
−
Γ=Γ
x
x
x
i
e
I
I
eI
eI
x
γ
γ
γ
2
)(
+
−
−
+
−

==Γ
(3.1.10)
)(
2
0
0
xe
Z
V
Z
V
v
x
Γ−=
−
=
+
−
γ
(3.1.11)