báo cáo truyền thông vệ tinh bài phân cực

Click to edit Master title style
BÀI 5: PHÂN CỰC
1
Giáo viên hướng dẫn: - Ths. Trần Thị Huỳnh Vân
Nhóm thực hiện: - VT
BÁO CÁO TRUYỀN THÔNG VỆ TINH
Click to edit Master title style
STT Họ và tên MSSV
1 Trần Trọng Tiến 1020229
2 Đỗ Văn Tình 1020232
3 Phan Hoàng Vũ 1020276
4 Huỳnh Minh Triết 1020238
5 Trần Thị Hiền Thu 1020222
2
DANH SÁCH NHÓM VT
Click to edit Master title style
I. Giới thiệu về phân cực
II. Phân cực anten
III. Phân cực của các tín hiệu vệ tinh
IV. Sự phân biệt phân cực chéo
V. Sự khử cực ở tầng điện ly
VI. Phân cực mưa
VII. Phân cực băng
3
MỤC LỤC
Click to edit Master title style

Trong khu vực trường xa của một ăng ten phát, làn sóng bức xạ mang những đặc điểm của
một điện từ (TEM) sóng ngang. Vùng trường xa là vùng tại khoảng cách lớn hơn 2D
2
/ so

với anten, trong đó D là kích thước tuyến tính (1 chiều) lớn nhất của anten và là bước
sóng. Đối với một anten parabol đường kính 3m truyền một làn sóng 6GHz (=5cm), khu
vực trường xa bắt đầu vào khoảng 360m. TEM được minh họa như hình 5.1, nơi nó có thể
được nhìn thấy rằng cả hai từ trường H và điện trường E đều vuông góc với nhau và vuông
góc với phương truyền sóng kí hiệu là vector k.


4
I. Giới thiệu về phân cực
Click to edit Master title style

E, H, và k là các vector tạo lập nên quy tắc bàn tay phải, và tuân theo quy tắc vặn nút
chai (đinh ốc) bàn tay phải. Khi nhìn theo phương truyền sóng k, vòng xoay từ E đến
H là theo hướng quay của một đinh ốc quy tắc bàn tay phải. Dạng sóng luôn luôn giữ
lại tính chất định hướng của quy tắc bàn tay phải, ngay cả khi phản xạ, ví dụ. Một
cách để nhớ cách thiết lập quy tắc bàn tay phải là chữ E đứng trước H trong bảng
chữ cái, và quay từ E đến H theo phương truyền sóng.
5
I. Giới thiệu về phân cực
Click to edit Master title style

Ở những khoảng cách xa hơn so với anten phát, là các hệ thống thường gặp
phải trong hệ thống vô tuyến, sóng TEM có thể được coi là phẳng. Điều này có
nghĩa rằng vector E và H nằm trong một mặt phẳng vuông góc với vector k.
Vector k được coi là vuông góc với mặt phẳng này. Quan hệ giữa các đại lượng
này E = HZ
0
, nơi Z
0
=120 ohms.



6
I. Giới thiệu về phân cực
Click to edit Master title style
7
I. Giới thiệu về phân cực
Hình 5.1. Biểu đồ vector đối với sóng điện từ ngang (TEM)
Click to edit Master title style

Phương của đường do đầu mút của trường điện vẽ lên sẽ xác định phân cực
sóng. Cần nhớ rằng trường điện và trường từ là các hàm thay đổi theo thời gian.
Trường từ thay đổi đồng pha với trường điện và biên độ của nó tỷ lệ với biên độ
của trường điện. Vì thế ta chỉ cần xét trường điện.

Đầu mút của vector E có thể vẽ lên một đường thẳng, trong trường hợp này ta
có phân cực tuyến tính, các dạng khác như phân cực elip và tròn sẽ được xét
phần dưới.
8
I. Giới thiệu về phân cực
Click to edit Master title style
9
I. Giới thiệu về phân cực

Hầu hết truyền dẫn vô tuyến dùng phân cực tuyến tính, trong đó phân cực đứng
được gọi là phân cực trường điện vuông góc với mặt đất và phân cực ngang
được gọi là phân cực trường điện song song với mặt đất.

Giả thiết rằng phương ngang và đứng được coi là trục x và y (hình 5.2a) trường
điện phân cực có thể được trình bày như sau:

y
= sin (5.1)


Click to edit Master title style

Tương tự như vậy sóng phân cực ngang có thể được trình bày như sau:
x
= sin (5.2)

Cả hai trường này đều vẽ nên các đường thẳng (Hình 3.2b). Bây giờ ta xét trường hợp
khi cả hai trường đều có mặt đồng thời. Chúng sẽ cộng với nhau theo vector và trường
tổng sẽ là vector hợp với trục ngang một góc được xác định như sau:
= arctang (5.3)


I. Giới thiệu về phân cực
Click to edit Master title style
11
I. Giới thiệu về phân cực

Lưu ý rằng vector vẫn có phân cực tuyến tính nhưng không thể đơn giản coi là
phân cực ngang hoặc phân cực đứng. Nếu xét ngược lại ta thấy rằng vector có
thể được phân tích thành các thành phần đứng và thành phần ngang, và đây là
phần rất quan trọng trong các hệ thống truyền dẫn thực tế.


Click to edit Master title style
12
I. Giới thiệu về phân cực

Hình 5.2 Các thành phần ngang và đứng của phân cực tuyến
tính
Click to edit Master title style

Bây giờ ta đi xét trường hợp hai trường có biên độ bằng nhau (kí hiệu là E)
nhưng một trường nhanh pha hơn 90
o
các phương trình thể hiện trong trường
hợp này như sau:
y
= E sin (5.4a)
x
= E cos (5.4b)


13
I. Giới thiệu về phân cực
Click to edit Master title style

Áp dụng phương trình (3.3) cho trường hợp này ta được = t. Biên độ vector tổng là E. Đầu mút
của vector trường điện vẽ lên đường tròn (Hình 5.3a) và sóng tổng hợp được gọi là phân cực tròn.
Hướng của phân cực tròn được định nghĩa bởi phương quay của vector điện nhưng điều này đòi
hỏi ta phải quan sát cả chiều quay của vector. Theo định nghĩa của IEEE thì phân cực tròn tay phải
(RHC: Right-Hand Circular) là phân cực quay theo chiều kim đồng hồ dọc theo phương truyền
sóng (Hình 5.3b), còn phân cực tròn tay trái (LHC: Left-Hand Circular) là phân cực quay ngược
chiều kim đồng hồ khi nhìn dọc theo phương truyền sóng (Hình 5.3c). Các phân cực RHC và LHC
trực giao nhau. Phương truyền sóng dọc theo chiều z dương.


14

I. Giới thiệu về phân cực
Click to edit Master title style

Phân cực của anten phát được định nghĩa bởi sự phân cực của sóng truyền đi.

Các anten định hướng phân cực thẳng theo chiều dọc hoặc theo chiều ngang
15
II. Phân cực anten
Click to edit Master title style

Bức xạ phân cực tròn có thể được coi như là tổng hợp của các sóng phân cực dọc và phân
cực ngang có sự sai khác 90
o
về pha. Bằng cách điều chỉnh tỉ lệ của các thành phần ngang
và dọc, và mối quan hệ về pha giữa chúng , ta có thể tạo ra các sóng phân cực elip được
định hướng tùy ý.
16
II. Phân cực anten
Click to edit Master title style

Anten thu phải có phân cực giống như phân cực của sóng nhận để thu nhận được công suất
lớn nhất.
V=V
max
cosα

Phân cực dọc thường được dùng trong mạng WLAN là vuông góc với mặt phẳng trái đất.

Các anten có phân cực không giống nhau thì không thể giao tiếp được với nhau một cách
hiệu quả.

17
II. Phân cực anten
Click to edit Master title style
18
III. Phân cực của các tín hiệu vệ tinh

Đối với một vệ tinh quay quanh quỹ đạo Trái Đất truyền một làn sóng tuyến tính phân
cực, phân cực ngang của nó sẽ là nơi điện trường song song với mặt phẳng xích đạo của
Trái đất và sự phân cực theo chiều dọc của nó là nơi điện trường song song với trục của
Trái Đất

Cho thời điểm tiểu vệ tinh nằm trên đường xích đạo, cả hai vectơ phân cực sẽ là một số
góc liên quan đến một mặt phẳng tham chiếu. Mặt phẳng tham chiếu có hướng truyền và
hướng trọng lực của vệ tinh được xác định trong hình bên dưới.
Click to edit Master title style
19
III. Phân cực của các tín hiệu vệ tinh
Hình 5.6: Mặt phẳng tham khảo các hướng truyền, hướng trọng lực vệ tinh.
Click to edit Master title style
20
III. Phân cực của các tín hiệu vệ tinh
Nguồn gốc:
Cho k -> Hướng truyền
r -> Hướng trọng lực
f -> Hướng trực giao với mặt phẳng tham chiếu.
f = k.r
p -> Vector phân cực đơn vị tại trạm mặt đất
n -> Góc giữa p và f cho bởi vector
n = arcos (p.f / |f|)
Góc giữa p và mặt phẳng tham chiếu của nó được cho bởi:

ξ = |900 – n|
ξ = |arcsin (p.f) / |f| |
Lưu ý: Vector phân cực luôn luôn vuông góc với hướng truyền.
Mối quan hệ giữa p và e
p -> Vector phân cực
Click to edit Master title style
21
III. Phân cực của các tín hiệu vệ tinh
e -> Độ phân cực tại vệ tinh
Vp -> Nằm song song với trục Bắc Nam của Trái Đất
Hp -> Nằm trong mặt phẳng xích đạo vuông góc với bán kính địa tĩnh a
gso
đến vệ tinh.
Có công thức: g = k x e
g -> trực giao với mặt phẳng chứa e và k
Sự liên hệ giữa g và k được cho bởi h:
H = g x k
Đơn vị vector phân cực tại Trái Đất:
P = h / |h|
Lấy kinh độ của vệ tinh như tài liệu tham khảo, các vệ tinh được đặt dọc theo trục x tại
xs = agso
Tọa độ của Trái Đất tại vị trí vector R là:
Rx: R cos λ cos B
Ry: R cos λ sin B
Rz: R sin λ
Nơi B = ΦE - ΦSS (vĩ độ của trạm mặt đất và vệ tinh)
Click to edit Master title style
22
III. Phân cực của các tín hiệu vệ tinh
Hình 5.7: Vectors g = k x e and h = g x k

Click to edit Master title style

Đường truyền của một tín hiệu có đi qua tầng điện ly để tiếp cận các vệ tinh từ
trạm mặt đất và ngược lại. Những tín hiệu đôi khi cũng đi qua đám mây, tinh thể
mưa…tất cả những yếu tố làm thay đổi sự phân cực của một tín hiệu. Đôi khi một
tín hiệu trực giao thêm có thể nhận được tạo ra dẫn đến hiệu quả của quá trình
khử cực. Sau đây là hai biện pháp được sử dụng để tính toán hiệu quả của quá
trình khử cực.
23
IV. Phân biệt phân cực chéo
Click to edit Master title style

Phân biệt phân cực chéo (XPD).
Đây là phương pháp sử dụng rộng rãi nhất. Điện trường truyền đi có độ lớn E1
trước khi đưa vào môi trường. Khi vào môi trường, E1 cũng được khử. Do đó tại
tiếp nhận cuối ăng-ten, điện trường có thể có hai phần:
- Thành phần đồng cực với cường độ E11.
- Thành phần chéo cực với cường độ E12.
XPD tính theo decibels: XPD = 20 log E11 / E12
24
IV. Phân biệt phân cực chéo
Click to edit Master title style
25
IV. Phân biệt phân cực chéo
Vector xác định phân biệt phân cực chéo