Xây dựng mô hình truyền sóng ngắn và ứng dụng tính toán đường truyền trong dải tần từ 6MHZ đến 16MHZ

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
---------------------------------------

Nguyễn Văn Chung

XÂY DỰNG MÔ HÌNH TRUYỀN SÓNG NGẮN VÀ ỨNG DỤNG TÍNH
TOÁN ĐƯỜNG TRUYỀN TRONG DẢI TẦN 6MHZ – 16MHZ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
(Theo định hướng ứng dụng)

HÀ NỘI - 2016


HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
---------------------------------------

Nguyễn Văn Chung

XÂY DỰNG MÔ HÌNH TRUYỀN SÓNG NGẮN VÀ ỨNG DỤNG TÍNH
TOÁN ĐƯỜNG TRUYỀN TRONG DẢI TẦN 6MHZ – 16MHZ

Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông
Mã số: 60.52.02.08

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
(Theo định hướng ứng dụng)

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
TS NGUYỄN ĐỨC NHÂN

HÀ NỘI - 2016


HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
---------------------------------------

Nguyễn Văn Chung

XÂY DỰNG MÔ HÌNH TRUYỀN SÓNG NGẮN VÀ ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN
ĐƯỜNG TRUYỀN TRONG DẢI TẦN 6MHZ – 16MHZ

Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông
Mã số: 60.52.02.08

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI - 2016


Luận văn được hoàn thành tại:
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

Người hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Đức Nhân

Phản biện 1: TS. Nguyễn Tài Hưng

Phản biện 2: TS. Lê Xuân Công

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ tại Học viện Công nghệ Bưu
chính Viễn thông

Vào lúc:

08 giờ 00 ngày 20 tháng 08 năm 2016

Có thể tìm hiểu luận văn tại:
- Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông


LUẬN VĂN THẠC SĨ

TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG
MÃ SỐ: 60.52.02.08

Nguyễn Văn Chung

HÀ NỘI - 2016

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ
BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ
Học viên:

Nguyễn Văn Chung

Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông
Mã chuyên ngành: 60.52.02.08
Khóa: 2016

TÊN ĐỀ TÀI:

XÂY DỰNG MÔ HÌNH TRUYỀN SÓNG NGẮN
VÀ ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN ĐƯỜNG
TRUYỀN TRONG DẢI TẦN 6MHZ – 16MHZ
HÀ NỘI- 2016


HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ
BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ
Học viên:

Nguyễn Văn Chung

Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông
Mã chuyên ngành: 60.52.02.08
Khóa: 2016

TÊN ĐỀ TÀI:

XÂY DỰNG MÔ HÌNH TRUYỀN SÓNG NGẮN
VÀ ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN ĐƯỜNG
TRUYỀN TRONG DẢI TẦN 6MHZ – 16MHZ
HÀ NỘI- 2016


i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả luận văn

Nguyễn Văn Chung


ii

LỜI CẢM ƠN
Sau hai năm học tập tại Học Viện Công Nghệ Bƣu Chính Viễn Thông, tôi đã
đƣợc các thầy, cô truyền đạt nhiều kiến thức quý giá. Trong thời gian làm luận văn
tốt nghiệp tôi đã xây dựng cho mình một phƣơng pháp làm việc, nghiên cứu khoa
học ngày càng hiệu quả hơn. Một bài luận văn hoàn chỉnh không chỉ là công sức
của mỗi cá nhân thực hiện mà còn có sự giúp sức từ các thầy cô, bạn bè và gia đình.
Trong khuôn khổ một luận văn tốt nghiệp, với thời gian nghiên cứu có hạn,
lĩnh vực nghiên cứu rất rộng, kết quả nghiên cứu chắc chắn chƣa thể thỏa mãn đƣợc
yêu cầu ở mức độ cao. Tuy nhiên, với sự nỗ lực của bản thân và kết quả đã đạt
đƣợc, hy vọng luận văn sẽ là những gợi mở cần thiết cho các nghiên cứu sâu hơn về
sau. Tôi xin chân thành cám ơn các Thầy Cô của trƣờng đã truyền đạt kiến thức
cho tôi trong suốt quá trình học. Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến TS
Nguyễn Đức Nhân khoa VT1 – Học viện CNBCVT đã tận tình giúp đỡ tôi trong
thời gian làm luận văn.
Hà Nội, Ngày tháng năm 2016

Nguyễn Văn Chung

iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................................ii
MỤC LỤC ...................................................................................................................... iii
DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT ..................................................... v
DANH MỤC CÁC BẢNG..............................................................................................vi
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ..................................................................................vi
MỞ ĐẦU .......................................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN SÓNG NGẮN ................. 3
1.1 Tổng quan chung về truyền sóng vô tuyến ........................................................... 3
1.1.1 Khái niệm về sóng vô tuyến điện và phân dải sóng vô tuyến điện................. 3
1.1.2 Công thức truyền sóng lý tƣởng ..................................................................... 7
1.1.3 Các phƣơng thức truyền sóng ......................................................................... 8
1.2 Hệ thống thông tin vô tuyến ................................................................................ 10
1.2.1 Sơ đồ tổng quát hệ thống thông tin vô tuyến ................................................ 10
1.2.2 Giới thiệu máy phát vô tuyến điện............................................................... 12
1.3 Lý thuyết điều chế cho sóng ngắn ....................................................................... 13
1.3.1 Khái niệm ...................................................................................................... 13
1.3.2 Điều chế biên độ ( Amplitude Modulation, AM ) ........................................ 14
1.3.3 Điều chế góc (Angle modulation) ................................................................. 15
1.4 Giới thiệu về anten sóng ngắn ............................................................................. 15
CHƢƠNG 2: TRUYỀN SÓNG VÔ TUYẾN DẢI TẦN SÓNG NGẮN ...................... 18
2.1 Những đặc điểm cơ bản của truyền lan sóng ngắn.............................................. 18
2.1.1 Giới hạn của dải tần số công tác ................................................................... 18
2.1.2 Miền im lặng ................................................................................................. 20
2.1.3 Hiện tƣợng pha đinh trong dải sóng ngắn ..................................................... 20
2.1.4 Hiện tƣợng hồi âm ....................................................................................... 21

2.1.5 Sự khuếch tán sóng ngắn tại mặt đất ............................................................ 22
2.1.6 Sự phá hoại thông tin do nhiễu loạn tầng điện ly ......................................... 23


iv

2.2 Cơ sở lý thuyết quá trình truyền sóng nhờ tầng điện ly ...................................... 25
2.2.1 Đặc điểm, cấu trúc và các tham số của tầng điện ly ..................................... 25
2.2.2 Tổn hao khi truyền sóng phản xạ từ tầng điện ly ......................................... 28
2.2.3 Điều kiện để đảm bảo liên lạc của thông tin sóng ngắn ............................... 30
2.2.4 Các thông số đƣờng truyền ........................................................................... 32
2.2.5 Xác định cƣờng độ trƣờng tại điểm thu ........................................................ 34
2.3 Các yếu tố ảnh hƣởng của mặt đất đến quá trình truyền sóng ngắn ................... 35
2.3.1 Đặc điểm của mặt đất và phƣơng pháp khảo sát .......................................... 35
CHƢƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH TRUYỀN SÓNG NGẮN VÀ ỨNG DỤNG
TÍNH TOÁN ĐƢỜNG TRUYỀN ................................................................................. 39
3.1 Mô hình dò tia cho truyền sóng ngắn (IONORT) ............................................... 39
3.1.1 Giới thiệu phần mềm IONORT (IONOspheric Ray Tracing) ...................... 39
3.1.2 Tổng quan của thuật toán rò tia từ tầng điện ly ............................................ 39
3.1.3 Mô tả chƣơng trình IONORT ....................................................................... 41
3.2 Mô hình tính toán đƣờng truyền sóng nhờ tầng điện ly (REC533) .................... 44
3.2.1 Phƣơng pháp dự đoán kênh truyền sóng ngắn của ITU-T P.533 ................. 44
3.2.2 Chƣơng trình dự đoán kênh REC533 ........................................................... 45
3.2.3 Khảo sát dự đoán một số tần số .................................................................... 49
3.3 Xây dựng mô hình thực tế ................................................................................... 54
3.3.1 Mô hình truyền sóng của Trung tâm phát Hà Nội ........................................ 55
3.3.2 Mô hình truyền sóng của Trung tâm phát Thành phố Hồ Chí Minh ............ 57
3.3.3 Tiến hành khảo sát và đo kiểm ..................................................................... 57
3.4 Ứng dụng mô hình (REC533) để tính toán thông số đo kiểm đƣợc ................... 59
3.4.1 Xét tuyến Hà Nội – Gia Lai với tần số 9.920MHz lúc 14h – 15h ................ 59

3.4.2 Xét tuyến Hà Nội – Đắk Lắk với tần số 13.735MHz lúc 8h – 9h ............... 63
3.5 Kết Luận .............................................................................................................. 68
KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ ................................................................................ 69
DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................. 70


v

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT
Viết tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt

AM

Amplitude Modulation

Điều chế biên độ

ASK

Amplitude Shift Keying

Khóa dịch biên độ

FEC

Forward Error Correction

Sửa lỗi trƣớc

FSK

Frequence Shift Key

Khóa dịch tần

FM

Frequency Modulation

Điều tần

HF

High Frequency

Sóng ngắn

ITU

International Telecommunication Union

Tổ chức viễn thông quốc tế

LUF

Lowest Usable Frequency

Tần số khả dụng nhỏ nhất

MUF

Maximum Usable Frequency

Tần số khả dụng cực đại

MF

Medium Frequency

Sóng trung

REC

Recommendation

Giới thiệu

PCA

Polar Cap Absorption

Hấp thụ trong vùng chỏm cực

PSK

Phase Shift Keying

Khóa dịch pha

SNR

Signal to Noise Ratio

Tỉ lệ tín hiệu trên tạp âm

SSB

Single Side Band

Đơn biên

VHF

Very High Frequency

Sóng cực ngắn


vi

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Bảng phân băng tần số vô tuyến ..................................................................... 5
Bảng 2.1: Thông số tƣơng đƣơng của một số loại mặt đất ........................................... 37
Bảng 3.1: Nhập các thông số cơ bản ............................................................................. 46
Bảng 3.2: Nhập tham số tháng và SSN ......................................................................... 47
Bảng 3.3: Nhập tham số cho tần số khảo sát ................................................................ 49

Bảng 3.4: Cƣờng độ trƣờng tại Tây Nguyên ................................................................. 58

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Mật độ công suất bức xạ trên một đơn vị diện tích......................................... 7
Hình 1.2: Sơ đồ cấu trúc tổng quát của hệ thống thông tin vô tuyến ............................ 11
Hình 1.3: Vẽ dạng sóng và phổ tần của tín hiệu AM .................................................... 14
Hình 1.4: Minh họa tín hiệu ASK ................................................................................. 15
Hình 2.2: Hiện tƣợng pha đinh sóng ngắn ................................................................... 20
Hình 2.3: Hiện tƣợng hổi âm ....................................................................................... 22
Hình 2.4: Sự khuếch tán sóng ngắn tại mặt đất ............................................................ 23
Hình 2.5: Đồ thị mật độ điện tử trong ........................................................................... 26
Hình 2.6: Các lớp trong tầng điện ly ............................................................................. 28
Hình 2.7: Sự thay đổi hệ số hấp thụ theo tần số ............................................................ 30
Hình 2.8: Truyền lan sóng có ........................................................................................ 31
Hình 2.9: Truyền lan sóng ............................................................................................. 31
Hình 2.10: Phân bổ các thời gian trong ngày ................................................................ 32
Hình 2.11: Sơ đồ tuyến cự ly thông tin sóng ngắn qua tầng điện ly ............................. 32
Hình 3.1: Mô phỏng đƣờng tia TX đến tia RX ............................................................. 40
Hình 3.2: Hệ tọa độ tâm đia cầu (r, θ, υ) ...................................................................... 41
Hình 3.3: Mô tả khảo sát về góc ngẩng với bƣớc nhảy 50 ............................................ 43
Hình 3.4: Mô tả khảo sát về tần số với bƣớc nhảy 2MHz ............................................ 43
Hình 3.5: Màn hình chính REC533 .............................................................................. 46


vii

Hình 3.6: Màn hình nhập tham số tháng và SSN .......................................................... 47
Hình 3.7: Vệt đen mặt trời các năm .............................................................................. 48
Hình 3.9: Khảo sát về góc ngẩng trong 24h .................................................................. 50
Hình 3.10: Khảo sát về cƣờng độ trƣờng trong 24h ..................................................... 50

Hình 3.11: Khảo sát MUF của các tần số phụ thuộc khoảng cách ............................... 51
Hình 3.12: Khảo sát góc ngẩng của các tần số phụ thuộc khoảng cách ....................... 52
Hình 3.14: Khảo sát MUF của các tần số phụ thuộc thời gian ..................................... 53
Hình 3.15: Khảo sát góc ngẩng của các tần số phụ thuộc thời gian ............................. 53
Hình 3.16: Khảo sát cƣờng độ trƣờng của các tần số phụ thuộc thời gian ................... 54
Hình 3.18: Máy phát thông tin sóng ngắn 5KW ........................................................... 56
Hình 3.17: Mô hình phát sóng Trung tâm phát Hà Nội ................................................ 55
Hình 3.19: Anten Lồng ................................................................................................. 57
Hình 3.20: Máy phân tích phổ IFR 2399B .................................................................... 58
Hình 3.21: Sơ đồ tuyến cự ly thông tin Hà Nội – Gia Lai ............................................ 59
Hình 3.22: Dùng IONORT khảo sát góc ngẩng anten ở tần số 9.920MHz .................. 60
Hình 3.23: Mô tả góc ngẩng anten ở tần số 9.920MHz ................................................ 61
Hình 3.24: Mô tả tần số sử dụng cao nhất các giờ của tần số 9.920MHz ..................... 61
Hình 3.25: Mô tả các thông số của tần số 9.920MHz ................................................... 62
Hình 3.26: Sơ đồ tuyến cự ly thông tin Hà Nội – Đắk Lắk .......................................... 64
Hình 3.27: Dùng IONORT khảo sát góc ngẩng anten ở tần số 13.735MHz ................ 65
Hình 3.28 : Mô tả góc ngẩng anten ở tần số 13.735MHz ............................................. 65
Hình 3.29: Mô tả tần số sử dụng cao nhất các giờ của tần số 13.735MHz ................... 66
Hình 3.30: Mô tả các thông số của tần số 13.735MHz ................................................. 67


1

MỞ ĐẦU
Hệ thống phát thông tin sóng ngắn đã đƣợc triển khai tại Cục thông tin liên
lạc – Bộ công An, có nhiệm vụ phát sóng đảm bảo thông tin liên lạc vô tuyến điện
sóng ngắn mạng cấp 1 giữa Bộ công an và Công an địa phƣơng, ngoài ra còn phục
vụ các yêu cầu khác, thực hiện các nhiệm vụ chính trị mà Đảng và Chính phủ giao.
Nghiên cứu về truyền sóng là tính đến khả năng phủ sóng của thiết bị dựa trên các
tiêu chuẩn sản xuất mà tại đó các yếu tố địa lý, các tác động môi trƣờng truyền sóng

nhƣ lớp khí quyển, mặt đất…sẽ có tác động lên sóng lan truyền đó, khi nghiên cứu
về truyền sóng chính là ta đang phải nghiên cứu những vấn đề chính nhƣ sau: Xác
định cƣờng độ trƣờng tại điểm thu khi biết các thông số của máy phát, anten và xác
định điều kiện để thu đƣợc cƣờng độ trƣờng tốt nhất. Nghiên cứu fading, suy hao
trong quá trình truyền sóng từ đó tìm biện pháp để giảm thiểu nhỏ nhất suy hao và
fading.
Trong thời gian qua, Bộ Công an đã tổ chức truyền sóng thƣờng xuyên tới
các Công an địa phƣơng, hỗ trợ cho các biện pháp đấu tranh khác của lực lƣợng
Công an. Tuy nhiên, khi tổ chức truyền sóng chúng ta cũng gặp nhiều khó khăn sau
đây:
- Vùng tập trung đồng bào dân tộc là các vùng sâu, vùng xa hẻo lánh, thực
hiện phát sóng tại các vùng này ta phải dùng sóng trời, phụ thuộc rất nhiều vào môi
trƣờng truyền sóng (tầng điện ly) và tần số phát.
Chính vì những lý do đó mà tôi chọn đề tài “Xây dựng mô hình truyền sóng
ngắn và ứng dụng tính toán đƣờng truyền trong dải tần từ 6MHz – 16MHz” là một
đề tài có tính cấp thiết, thực tế trong lĩnh vực an ninh. Một đề tài nhƣ vậy sẽ tạo
điều kiện cho chúng ta tổng hợp và đƣa ra đƣợc các giải pháp kỹ thuật truyền sóng
thích hợp, bên cạnh đó nắm rõ đƣợc khoa học kỹ thuật cũng có thể giúp ta định
hƣớng đƣợc các hoạt động tác chiến trong tƣơng lai đúng hƣớng: Nội dung luận văn
gồm 3 chƣơng; chƣơng 1 trình bày về tổng quan về truyền sóng gồm khái niệm hệ
thống, điều chế và anten cho truyền sóng, các vấn đề chung về truyền sóng; chƣơng
2 trình bày về nghiên cứu về truyền sóng và những ảnh hƣởng đến quá trình truyền


2

sóng vô tuyến điện ứng dụng cho dải tần sóng ngắn gồm đặc điểm cơ bản của
truyền lan sóng ngắn, truyền sóng trong tầng điện ly, các ảnh hƣởng của mặt đất đến
truyền sóng vô tuyến điện; chƣơng 3 trình bày về xây dựng mô hình truyền sóng
ngắn và ứng dụng tính toán đƣờng truyền trong dải tần từ 6MHz đến 16MHz gồm

khảo sát và tiến hành đo kiểm thông số kỹ thuật cơ bản, đƣa ra công thức để tính
toán và mô hình hóa bằng lý thuyết, kiểm chứng các thông sô đo kiểm đƣợc bằng
phần mềm khảo sát REC533 từ đó rút ra kết luận đánh giá.


3

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN
SÓNG NGẮN
1.1 Tổng quan chung về truyền sóng vô tuyến
1.1.1 Khái niệm về sóng vô tuyến điện và phân dải sóng vô tuyến điện
a. Khái niệm
Các sóng vô tuyến điện (VTĐ) dùng trong kỹ thuật thông tin, tia hồng ngoại
mà chúng ta cảm nhận đƣợc hiệu ứng nhiệt trên da hoặc ánh sáng thấy đƣợc từ màu
tím đến màu đỏ, hay tia tử ngoại, tia X, tia Gama phát từ các chất phóng xạ…đều là
những sóng có tần số khác nhau của bức xạ từ. Bức xạ điện từ còn gọi là sóng điện
từ, nó có thể chuyển đổi lẫn nhau trong không gian truyền dẫn từ dạng điện trƣờng
sang dạng từ trƣờng và ngƣợc lại.
Sóng điện từ lan truyền trong không gian với vận tốc 3.108 m/s.
Nếu gọi c là vận tốc truyền sóng
f là tần số (Hz) ; λ là bƣớc sóng của bức xạ
Ta có : f = c/λ. Trong kỹ thuật thông tin vô tuyến điện có bƣớc sóng λ tính
bằng mét (m) hay centimet (cm).
b. Phân dải sóng vô tuyến điện
Trong các tài liệu khác nhau thì phân dải sóng vô tuyến điện khác nhau.
Theo phân loại trƣớc đây, những sóng điện từ nằm trong dải tần số có giới hạn dƣới
là f = 103Hz (tƣơng ứng với bƣớc sóng λ = 300Km) và giới hạn trên f = 1012Hz
(tƣơng ứng với bƣớc sóng λ = 0,3mm) đều gọi là sóng vô tuyến hay sóng radio.
Nhƣng trong nghiên cứu thông tin vô tuyến thì nên phân theo phƣơng thức truyền
lan của sóng. Có các dải sóng chính :

o Dải sóng cực dài λ > 10km (f < 30 KHz)
o Dải sóng dài 10km > λ > 1km ( 30KHz o Dải sóng trung 1km> λ > 100m ( 300 KHz < f < 3 MHz)
o Dải sóng ngắn 100m > λ > 10m ( 3MHz < f < 30 MHz)
o Dải sóng cực ngắn 10m > λ > 1mm ( 30MHz < f < 300 GHz)


4

- Dải sóng cực dài và dải sóng dài : mặt đất gần với môi trƣờng điện dẫn nên
sóng truyền lan chủ yếu là sóng bề mặt – sóng đất. λ lớn nên có khả năng nhiễu xạ
qua các chƣớng ngại vật lớn → ngƣời ta sử dụng trong thông tin hàng không và
hàng hải (ít sử dụng).
- Dải sóng trung : truyền lan đƣợc cả sóng bề mặt và cả sóng tầng điện li (sóng
trời). Đặc điểm sóng tầng điện li chỉ truyền lan đƣợc vào ban đêm, ban ngày tầng
điện li hấp thụ. Sóng trung hiện nay chỉ khai thác ở phát AM quảng bá.
- Dải sóng ngắn : mặt đất là môi trƣờng bán dẫn điện nên hệ số suy hao α =

lớn, truyền lan sóng bề mặt, đi đƣợc cự li gần nên truyền lan chủ yếu là
2

truyền sóng tầng điện ly (sóng trời). Nhờ có truyền lan sóng tầng điện ly nên có khả
năng truyền lan đƣợc xa khi công suất máy phát bé. Sóng ngắn đƣợc sử dụng nhiều
trong thông tin. Trong lĩnh vực viễn thông hiện nay thông tin sóng ngắn là hệ thống
thông tin dự phòng T3 của quốc gia (cáp quang – viba – sóng ngắn).
- Dải sóng cực ngắn : truyền lan trong tầm nhìn thẳng (anten phát và thu nhìn
thấy nhau). Ƣu điểm : tín hiệu thu đƣợc ổn định, độ tin cậy cao, cự li thông tin gần.
Hầu hết các lĩnh vực thông tin đều nằm ở dải sóng cực ngắn (phát thanh FM, truyền
hình, hệ thống ra đa vi ba, di động….)
Việc sử dụng những sóng ngắn nằm ngoài dải tần số phân theo băng sóng

ngƣời ta gọi trực tiếp tên theo bƣớc sóng hay tần số của nó.
Ví dụ : thiết bị làm việc ở dải sóng µm ; nm (10-6 →10-9)
Dải cực ngắn còn đƣợc gọi là dải siêu cao (viba).
Trong những năm gần đây, với sự phát triển mạnh của khoa học công nghệ,
đặc biệt là một số lĩnh vự công nghệ mới đã sử dụng những sóng điện từ có tần số
vƣợt quá giới hạn của dải tần đã nêu ở trên. Do đó khái niệm về giới hạn của dải tần
vô tuyến điện cũng cần đƣợc mở rộng hơn.
Ngày nay, sóng vô tuyến điện đƣợc coi là những sóng điện từ có giới hạn
dƣới của dải tần số xuống tới 3.10-3 Hz (sóng miliHec), tƣơng ứng với bƣớc sóng
1011 m và gới hạn trên lên tới 1016 Hz, ứng với bƣớc sóng 3.10-8 (sóng ánh sáng).


5

Mỗi băng sóng có đặc điểm truyền lan riêng. Tuy nhiên giữa hai băng sóng
gần nhau thì sự biến đổi đặc tính truyền lan của chúng thƣờng là không rõ rệt.
Trong môi trƣờng đồng nhất, sóng truyền lan với vận tốc không đổi.
Sự phân loại nhƣ trên là thích hợp cho việc nghiên cứu về sóng. Tuy nhiên
để thuận tiện cho việc phân định tần số sử dụng cho các lĩnh vực hoạt động khác
nhau, ngƣời ta chia nhỏ hơn 5 băng sóng trên thành 11 tần số, lấy khoảng từ 30
300 GHz, tên các băng tần, phạm vi tần số và lĩnh vực cụ thể theo bảng 1.1 sau [2]:
Bảng 1.1: Bảng phân băng tần số vô tuyến
Tên băng tần

Tên viết tắt

Phạm vi tần số

Lĩnh vực sử dụng

Tần số cực kỳ thấp

ULF

30→ 300Hz

Vật lý

Tần số cực thấp

ELF

300Hz →3KHz

Tần số rất thấp

VLF

3KHz →30KHz

Tần số thấp

LF

30 →300KHz

Tần số trung bình

MF

300→ 3000KHz

Tần số cao

HF

3MHz→ 30MHz

Tần số rất cao

VHF

30 →300MHz

Tần số cực cao

UHF

300 →3000MHz

Tần số siêu cao

SHF

3→ 30GHz

Thông tin dƣới nƣớc và trong lòng
đất
Vô tuyến đạo hàng thông tin di
động trên biển

Vô tuyến đạo hàng thông tin di
động trên không
Phát thanh, thông tin hàng hải, vô
tuyến đạo hàng
Phát thanh sóng ngắn, thông tin di
động các loại, thông tin quốc tế
Truyền hình và phát thanh sóng
FM
Truyền hình các loại thông tin di
động, các loại thông tin cố định
Thông tin vệ tinh ra đa, viễn thông
công cộng, vô tuyến thiên văn
Vô tuyến thiên văn, ra đa sóng

Tần số vô cùng cao

EHF

30 →300GHz

milimet, thông tin vệ tinh nghiên
cứu và thí nghiệm

Dƣới milimet

Sub milimet

300 →3000GHz

Nghiên cứu và thí nghiệm

6

c. Cơ sở đặt vấn đề nghiên cứu lý thuyết
Tìm hiểu việc truyền sóng chính là chúng ta phải khảo sát về sự lan truyền tự
do của sóng điện từ ở dải tần số vô tuyến điện. Nhờ các sóng này mà ta có thể thiết
lập các kênh thông tin vô tuyến với các cự ly thông tin rất lớn, không kể là trên mặt
đất hay trong khoảng không vũ trụ. Mỗi kênh thông tin gồm có các thiết bị thu phát
đặt ở các trạm đầu cuối, tin tức mang đi nhờ sóng điện từ lan truyền trong môi
trƣờng truyền sóng hay nói cách khác là việc thực hiện khép kín một kênh thông tin
phải có môi trƣờng truyền sóng. Chính vì vậy, môi trƣờng truyền sóng chính là một
bộ phận của kênh thông tin.
Để đảm bảo chất lƣợng một kênh thông tin vô tuyến chúng ta phải đặc biệt
quan tâm đến môi trƣờng truyền sóng và khả năng đáp ứng của thiết bị đầu cuối một
cách hợp lý nhất cho yêu cầu đặt ra, hay nói cách khác là ta phải lựa chọn thiết bị
sao cho phù hợp về công suất phát, tần số làm việc sao cho phù hợp phƣơng thức
truyền sóng đúng đắn nhất mới có hiệu quả.
Môi trƣờng truyền sóng vô tuyến nhƣ lớp khí quyển, mặt đất.. sẽ có hai tác
động lên sóng lan truyền trên đó. Tác động thứ nhất là làm giảm biên độ của sóng;
tác động thứ hai là làm méo dạng tín hiệu (nếu là tín hiệu tƣơng tự) và gây lỗi đối
với tín hiệu dạng số do nhiễu. Vì vậy, khi nghiên cứu truyền sóng vô tuyến ta sẽ tập
trung vào hai nhiệm vụ cụ thể nhƣ sau:
Xác định cƣờng độ trƣờng tại đểm thu khi biết các thông số của máy phát và
xác định điều kiện để thu đƣợc cƣờng độ trƣờng lớn nhất.
Nghiên cứu sự phát sinh dạng méo tín hiệu hoặc gây lỗi trong quá trình
truyền sóng và tìm biện pháp để làm giảm thiểu các lỗi đó.
Ở đây vấn đề giảm yếu của sóng trong quá trình truyền lan bao gồm sự giảm
yếu cƣờng độ trƣờng do bị sự phân tán tất yếu của năng lƣợng khi bức xạ và truyền
lan, sự giảm yếu do sự hấp thụ của môi trƣờng, giảm yếu khi sóng nhiễu xạ quanh

các vật thể gặp phải trên đƣờng truyền lan, hoặc bởi vật cản, sự khuếch tán các vật
thể trong môi trƣờng ….


7

1.1.2 Công thức truyền sóng lý tưởng
Giả sử chúng ta có một không gian đồng nhất rộng vô hạn, trong khoảng
không gian đó, chúng ta đặt một nguồn bức xạ đẳng hƣớng (là một anten chuẩn bức
xạ năng lƣợng sóng điện từ về mọi phía là nhƣ nhau).
P là công suất phát của nguồn (w)
Nhiệm vụ của bài toán đặt ra là phải tính đƣợc giá trị trƣờng ở một điểm thu
M cách nguồn một khoảng là r (m).
Qua M chúng ta vẽ một mặt cầu, tâm là nguồn phát (anten), bán kính r.
Mật độ công suất bức
xạ(trên một đơn vị diện
tích)[4]
S=

P
(W/m2) (1.1)
2
4 r

Hình 1.1: Mật độ công suất bức xạ trên một đơn vị diện tích

Nếu biểu thị cƣờng độ bằng vol/met (V/m) còn từ trƣờng bằng ampe/met
(A/m) thì ta sẽ có :
S = Eh Hh (W/m)

(1.2)

Eh và Hh là giá trị hiệu dụng của cƣờng độ điện trƣờng và từ trƣờng.
Các đại lƣợng này quan hệ nhau bằng hệ thức :
H = E/ Zo (A/m)

(1.3)

Zo là trở kháng sóng của môi trƣờng.
Đối với môi trƣờng là không khí thì :
Zo =

o
=120п (Ω)
o

(1.4)

 Khi sóng lan truyền trong không gian tự do :

Eh  173.

P( Kw).D(l )
r ( Km)

P : công suất máy phát (Kw)

[mV/m]

(1.5)

8

D : hệ số định hƣớng của anten (lần)
r : khoảng cách từ anten phát đến điểm xác định E (km)
Emax = Eh .

2

 Khi kể đến ảnh hƣởng của mặt đất :

Eh  245.

P( Kw).D(l )
r ( Km)

Emax = Eh .

2

[mV/m] (1.6)

1.1.3 Các phương thức truyền sóng
Mỗi băng sóng có phƣơng thức truyền lan riêng, nhƣng giữa hai băng sóng
gần nhau sự biến đổi đặc tính truyền lan giữa chúng là không rõ rệt. Trong môi
trƣờng đồng nhất, sóng sẽ truyền lan theo đƣờng thẳng với vận tốc không đổi. Khi
sóng truyền lan gần mặt đất, sự có mặt của mặt đất bán dẫn điện, một mặt gây phản
xạ sóng từ mặt đất, làm biến dạng cấu trúc của sóng và gây ra hấp thụ sóng trong
đất, mặt khác, do mặt đất có dạng hình cầu, sóng truyền lan trên đó sẽ có hiện tƣợng

nhiễu xạ.
Nhƣng ta biết hiện tƣợng nhiễu xạ chỉ xảy ra rõ rệt đối với những trƣờng hợp
khi kích thƣớc của vật chƣớng ngại có thể so sánh đƣợc với bƣớc sóng. Vì vậy, chỉ
những sóng dài hoặc cực dài có bƣớc sóng hàng trăm hoặc hàng nghìn mét thì mới
thỏa mãn điều kiện nhiễu xạ quanh mặt đất và dễ dàng phát sinh hiện tƣợng này.
Tuy nhiên, cần chú ý rằng sự nhiễu xạ của sóng chỉ có thể xảy ra trên một
phần mặt cong của trái đất và cả trong những điều kiện thuận lợi nhất (bƣớc sóng
dài nhất) sóng nhiễu xạ cũng không thể truyền lan vƣợt quá cự ly 300 - 400 km.
Có các phƣơng thức truyền sóng nhƣ sau :
a. Sóng đất
Khi sóng truyền lan gần mặt đất, sóng thƣờng bị nhiễu xạ do cấu trúc vật lý
của bề mặt trái đất. Sự có mặt của mặt đất bán dẫn điện, một mặt gây phản xạ sóng,
mặt khác nó lại hấp thụ sóng, làm biến dạng cấu trúc của sóng,mặt khác bề mặt trái
đất là một mặt cầu có cấu trúc địa lý gồ ghề, nhiều chƣớng ngại cho sự truyền lan
của sóng.


9

Những sóng vô tuyến điện truyền lan ở gần mặt đất theo đường thẳng hoặc
bị phản xạ từ mặt đất, hoặc bị uốn cong đi theo độ cong mặt đất do hiện tượng
nhiễu xạ gọi là sóng đất.
b. Sóng tầng đối lƣu
Tầng đối lƣu là tầng khí quyển thấp, có độ cao khoảng 10 đến 15km tính từ
bề mặt trái đất. Đây là môi trƣờng không đồng nhất, tính không đồng nhất của tầng
đối lƣu có nhiều dạng. Một dạng gây ra sự uốn cong quĩ đạo của tia sóng khi truyền
trong đó và tạo khả năng để sóng có thể truyền đi xa trên mặt đất cong. Một dạng
không đồng nhất khác gây ra sự khuếch tán sóng và những sóng khuếch tán đó có
thể đạt tới khoảng cách 1000km kể từ mặt đất.
Ảnh hƣởng của hiện tƣợng khuếch tán chỉ biểu hiện rõ ở những sóng ngắn

hơn 10m.
Ảnh hƣởng của sự uốn cong quĩ đạo sóng do tầng đối lƣu biểu hiện ở những
sóng có bƣớc sóng dài hơn.
Ngoài ra, trong một số trƣờng hợp, với điều kiện khí tƣợng thích hợp thì tầng
đối lƣu lại truyền sóng theo kiểu “ ống sóng” và tại đó nó cho phép những sóng có
bƣớc sóng ngắn hơn (khoảng λ = 3m) truyền lan xa tới những cự ly 800 đến
1000km.
Những sóng vô tuyến điện truyền đi tới các cự ly xa trên bề mặt đất do
khuếch tán trong tầng đối lưu hoăc do tác dụng của “ống dẫn sóng” của tầng đối
lưu được gọi là sóng tầng đối lưu.
c. Sóng tầng điện ly
Tầng điện ly là miền khí quyển có độ cao từ 60 đến 600km bao quanh trái
đất. Do tầng khí quyển ngoài cùng nên tầng điện ly chịu ảnh hƣởng trực tiếp của
bức xạ năng lƣợng mặt trời, của các hạt vũ trụ và các tác động khác làm cho khí
quyển bị ion hóa, tạo nên một số lớn điện tử tự do ( khoảng 102 →106 điện tử trong
một cm3). Đối với sóng vô tuyến điện thì tầng điện ly có thể xem là môi trƣờng bán
dẫn điện và sóng có thể phản xạ từ đó.


10

Qua tính toán và thực nghiệm cho thấy rằng tầng điện ly chỉ có thể phản xạ
đƣợc những sóng có bƣớc sóng dài hơn 10m, với những sóng có bƣớc sóng ngắn
hơn thì tầng điện ly đƣợc coi là môi trƣờng “trong suốt”. Do đƣợc phản xạ một hay
nhiều lần mà sóng có thể truyền đi đƣợc tới những cự ly rất xa. Bên cạnh khả năng
phản xạ sóng vô tuyến điện, do tầng điện ly có các miền không đồng nhất, nó có
khả năng khuếch tán các sóng khi truyền tới. Vì vậy, những sóng có tần số rất cao
có thể không phản xạ đƣợc ở tầng điện ly, nhƣng do khuếch tán ở các lớp ion hóa
nó vẫn có thể truyền tới những cự ly rất xa.
Những sóng vô tuyến điện truyền tới những cự ly xa do phản xạ( một hoặc

nhiều lần) hoặc do khuếch tán từ tầng điện ly được gọi là sóng tầng điện ly.
d. Sóng vũ trụ
Những sóng vô tuyến điện truyền lan giữa các trạm mặt đất và các vệ tinh
bay quanh trái đất, hoặc với các con tàu trong khoảng không vũ trụ là những sóng
không bị tầng điện ly cản trở bởi các hiệu ứng phản xạ, hoặc khuếch tán. Trong quá
trình truyền lan, nó chỉ bị hấp thụ qua các vật cản nhƣ các đám mây mƣa. Tần số
càng cao sự suy giảm càng lớn, hay các đám mƣa càng lớn thì sự suy hao càng
nhiều.
Những sóng truyền lan trực tiếp ( sóng thẳng) giữa mặt đất và các đối tượng
khác ngoài vũ trụ được gọi là sóng vũ trụ.
Chỉ những sóng có tần số cao từ 1GHz trở kên mới thích hợp với điều kiện
truyền lan của sóng vũ trụ [2].

1.2 Hệ thống thông tin vô tuyến
1.2.1 Sơ đồ tổng quát hệ thống thông tin vô tuyến
Để thực tổ chức thực hiện thông tin bằng đƣờng vô tuyến, tại đầu phát cần có
thiết bị phát, tại đầu thu cần có thiết bị thu. Thông thƣờng đối với việc tổ chức
thông tin theo 2 chiều, mỗi đầu cần phải có cả thiết bị phát và thiết bị thu. Sơ đồ
tổng quát của hệ thống thông tin vô tuyến đƣợc chỉ ra trên hình 1.2.


11

Thiết bị phát là tập hợp các phƣơng tiện kỹ thuật, nằm giữa nguồn các tín
hiệu điện sơ cấp và môi trƣờng truyền sóng.
Thiết bị thu là tập hợp các phƣơng tiện kỹ thuật, nằm giữa môi trƣờng truyền
sóng và nguồn tiêu thụ các tín hiệu điện sơ cấp.

Hình 1.2: Sơ đồ cấu trúc tổng quát của hệ thống thông tin vô tuyến

Thiết bị phát bao gồm máy phát và hệ thống anten - phi đơ. Máy phát thực
hiện ba chức năng cơ bản:
1. Biến đổi tín hiệu điện sơ cấp thành dạng tín hiệu cao tần phù hợp với dải
tần số công tác của hệ thống.
2. Tạo dải tần công tác với số lƣợng tần số công tác, độ ổn định tần số và độ
chính xác tần số cho trƣớc.
3. Tạo ra công suất cao tần yêu cầu từ nguồn năng lƣợng tại chỗ.
Khi tính toán công suất phải tính đến cự ly liên lạc yêu cầu, hiệu quả anten
phát và thu đƣợc dùng, phƣơng pháp tiến hành liên lạc.
Máy phát thƣờng gồm bộ kích thích, bộ khuếch đại công suất và thiết bị phối
hợp anten. Bộ kích thích thực hiện biến đổi tín hiệu sơ cấp thành tín hiệu cao tần sơ
cấp (tín hiệu vô tuyến), tổng hợp mạng tần số công tác trong dải tần đã cho, sau đó
chuyển tín hiệu vô tuyến sơ cấp đã chọn lên tần số công tác. Bộ khuếch đại công
suất bảo đảm khuếch đại tín hiệu cao tần lên đủ mức cần thiết, thƣờng gồm nhiều
tầng mắc nối tiếp. Thiết bị phối hợp bảo đảm phối hợp máy phát với thiết bị anten


12

về mặt trở kháng để anten bức xạ công suất cực đại, biến năng lƣợng điện thành
năng lƣợng của sóng điện từ.
Thiết bị thu bao gồm hệ thống anten phi đơ và máy thu. Máy thu gồm có
tuyến thu chung và tuyến thu riêng. Anten thu nhận năng lƣợng các sóng điện từ rồi
nhờ phi đơ đƣa tới lối vào máy thu. Trong máy thu các dạng tín hiệu đƣợc xử lý
theo nguyên tắc Rộng - Hạn chế - Hẹp - Hạn chế cho phép nâng cao độ chọn lọc, độ
nhạy đối với các dạng tín hiệu. Tuyến thu chung đóng vai trò Rộng - Hạn chế, tại
đây tín hiệu có ích đƣợc khuếch đại, lọc dải rộng và biến đổi về thành tín hiệu điện
tần số trung gian. Tuyến thu riêng đóng vai trò Hẹp - Hạn chế, tại đây các dạng tín
hiệu đƣợc phân chia thành các tuyến riêng biệt tiếp tục đƣợc khuếch đại, lọc dải hẹp
và biến đổi thành tín hiệu sơ cấp và đƣa về dạng cần thiết cho sự hoạt động của thiết

bị đầu cuối. Nguồn tin có thể là tín hiệu dạng tƣơng tự hoặc số [5].

1.2.2 Giới thiệu máy phát vô tuyến điện
Máy phát vô tuyến điện là tạo ra tín hiệu dao động điện từ cung cấp cho
anten bức xạ năng lƣợng ra không trung dƣới dạng sóng điện từ tự do. Sóng điện từ
bức xạ chứa tin tức mà sau khi tiếp nhận sóng máy thu sẽ xử lý để nhận lại dạng tin
tức mà phía phát gửi đi.
Từ việc nghiên cứu mô hình đƣờng truyền sóng ngắn và ứng dụng tính toán
đƣờng truyền sóng ngắn và phục vụ cho công tác đo kiểm các thông số em xin giới thiệu
máy phát sóng ngắn 5KW ở Trung tâm phát sóng Hà Nội tại cơ quan em công tác.
Máy phát sóng ngắn 5KW
Các chỉ tiêu kỹ thuật chủ yếu:
1. Máy phát 5KW (B3Я – M2) đƣợc sử dụng trong các trạm viễn thông cố
định hoặc di động (đặt trên ô tô).
2. Máy phát 5KW có khả năng làm việc liên tục không cần nghỉ với các chế
độ làm việc sau:
- Chế độ báo điều biên hoặc điều tần, bằng ma níp hay bằng máy truyền chữ
bô đô CT35. Các chế độ điều biên hoặc điều tần có thể làm ở dạng 1 kênh hoặc 2
kênh.