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

1

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài đề tài:
Hệ thống phát thông tin sóng ngắn đã được 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 phương, 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 trường truyền sóng như 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 như sau: Xác định cường độ trường tại điểm thu khi biết các thông số của máy phát,
anten và xác định điều kiện để thu được cường độ trường 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 thường xuyên tới Công an
đia phương, hỗ trợ cho các biện pháp đấu tranh khác của lực lượng 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
truyền sóng tại các vùng này ta phải dùng sóng trời, phụ thuộc rất nhiều vào môi trường
truyền sóng (tầng điện ly) và tần số phát.
Vì vậy “Xây dựng mô hình truyền sóng ngắn và ứng dụng tính toán đường 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 như vậy sẽ tạo điều kiện cho chúng ta tổng hợp và đưa ra được các phương
án tác chiến thích hợp, bên cạnh đó nắm rõ được khoa học kỹ thuật cũng có thể giúp ta định
hướng được các hoạt động tác chiến trong tương lai đúng hướng.

2. Mục đích nghiên cứu:
Nghiên cứu, xây dựng mô hình đường truyền sóng ngắn phù hợp với điều kiện hoạt
động thực tế của Việt Nam, từ đó xác định được các giải pháp và mô hình kỹ thuật để chế
áp các đài phát thanh phản động phát vào Việt Nam trên dải sóng ngắn.

3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu:
Đường truyền sóng vô tuyến, quá trình truyền sóng qua tầng điện ly trong dải tần từ 6
đến 16 MHz.


2

4. Phƣơng pháp nghiên cứu:
Dựa trên các công cụ toán học, lý thuyết truyền sóng, phần mềm khảo sát REC533,
phần mềm MATLAB để làm rõ mô hình.
Sử dụng các kết quả đo kiểm thực tế để xác định và hiệu chỉnh các tham số của mô
hình phù hợp với điều kiện hoạt động thực tế.

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:
Hệ thống hóa cơ sở lý luận về vấn đề cần xây dựng mô hình, kiểm chứng bằng thực
nghiệm mô hình thực tế với mô hình truyền sóng ở dải tần sóng ngắn.

6. Kết cấu của luận văn:
Ngoài phần mở đầu, tài liệu tham khảo, luận văn gồm 3 chương:
Chương 1: Tổng quan về hệ thống thông tin sóng ngắn
Chương 2: Truyền sóng vô tuyến dải tần sóng ngắn
Chương 3: Xây dựng mô hình truyền sóng và ứng dụng tính toán đường truyền Xây
dựng mô hình truyền sóng ngắn

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
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

Thông tin dưới nước 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


3
Tần số rất cao

VHF

30 →300MHz

Tần số cực cao

UHF

300 →3000MHz

Tần số siêu cao

SHF

3→ 30GHz

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

Sub

Dưới milimet

milimet

300 →3000GHz

Nghiên cứu và thí nghiệm

Cơ sở đặt vấn đề nghiên cứu lý thuyết
Xác định cường độ trường tại đểm thu khi biết các thông số của máy phát và xác
định điều kiện để thu được cường độ trường lớn nhất.

1.1.2 Công thức truyền sóng lý tưởng
+ Khi sóng lan truyền trong không gian tự do :
Eh = 173.

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

[mV/m]

(1.1)

P : công suất máy phát (Kw)
D : hệ số định hướng của anten (lần)
r : khoảng cách từ anten phát đến điểm xác định E (Km)
Emax = Eh .

2

+ Khi kể đến ảnh hưởng của mặt đất :
Eh = 245.

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

Emax = Eh .

[mV/m]

(1.2)

2

1.1.3 Các phương thức truyền sóng
a. Sóng đất
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


4

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
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 truyền lan trực tiếp ( sóng thẳng) giữa mặt đất và các đối tượng khác
ngoài vũ trụ được gọi là sóng vũ trụ.

1.2 Hệ thống thông tin vô tuyến
1.2.1 Sơ đồ tổng quát hệ thống thông tin vô tuyến
Thiết bị phát là tập hợp các phương tiện kỹ thuật, nằm giữa nguồn các tín hiệu điện
sơ cấp và môi trường truyền sóng.
Thiết bị thu là tập hợp các phương tiện kỹ thuật, nằm giữa môi trường truyền sóng và
nguồn tiêu thụ các tín hiệu điện sơ cấp.

Hình 1.1: Sơ đồ cấu trúc tổng quát của hệ thống thông tin vô tuyến

1.2.2 Giới thiệu máy phát sóng ngắn 5KW( ВЯЗ – M2)
Từ việc nghiên cứu mô hình đường truyền sóng ngắn và ứng dụng tính toán đường 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.
Các chỉ tiêu kỹ thuật chủ yếu:
1. Dải tần công tác: Máy làm việc với dải tần từ 3 - 24 Mhz
2. Công xuất đưa ra phi đơ anten:
- Chế độ báo không quá 5KW


5

- Chế độ thoại không quá 2,5KW

1.3 Lý thuyết điều chế cho sóng ngắn
1.3.1 Khái niệm

Thông tin vô tuyến điện là phương thức thông tin sử dụng năng lượng sóng điện từ
truyền lan trong không gian để truyền tin tức. Các tín hiệu cần truyền như âm thanh, hình
ảnh… không thể bức xạ trực tiếp từ anten máy phát nên cần “đặt” các tín hiệu cần truyền
vào sóng cao tần (sóng mang) thì mới truyền tin tức đi xa được bằng phương thức vô tuyến.
Một cách tổng quát, phương pháp điều chế là dùng tín hiệu cần truyền làm thay đổi một
thông số nào đó của sóng mang (biên độ, tần số, pha....). Tùy theo thông số được lựa chọn mà ta
có các phương pháp điều chế khác nhau: điều chế biên độ (AM), điều chế tần số (FM).

1.3.2 Điều chế biên độ (Amplitude Modulation, AM )
1.3.3 Điều chế góc (Angle modulation)
1.4 Giới thiệu về anten sóng ngắn
Anten sóng ngắn là anten dùng trong dải sóng 10 – 100 m . Những anten sóng ngắn
thường dùng trong quân sự, hàng không, thông tin cự ly xa và phát thanh.
+ Các loại Anten hiện đang sử dụng tại Trung tâm phát Hà Nội:
- Anten Lồng
- Anten Lô Ga rít.
- Anten Trám
Tất cả các loại Anten đang sử dụng tại trung tâm phát Hà Nội đều có trở kháng vào là
300  , phối hợp tốt với máy phát của Liên Xô cũ có trở kháng ra là 300  .

CHƢƠNG 2: TRUYỀN SÓNG VÔ TUYẾN DẢI TẦN SÓNG NGẮN
2.1 Những đặc điểm cơ bản của truyền lan sóng ngắn
Đối với sóng ngắn, khi tần số tăng thì sự hấp thụ của mặt đất đối với sóng đất tăng.
Với máy phát trung bình chỉ có thể thiết lập được một kênh thông tin cự ly khoảng vài chục
km với sóng đất. Để tính cường độ trường của sóng đất có thể áp dụng công thức Sulâykin –
Vander Pol. Với cự ly xa hơn ta phải thực hiện truyền sóng bằng sóng điện ly. Khi ấy chỉ
cần dùng máy phát cỡ trung bình cũng có thể thông tin được với những cự ly rất xa, tới hàng
nghìn km.

6

2.1.1 Giới hạn của dải tần số công tác
Để có thể thu được sóng ở một cự ly nhất định xa đài phát, cần phải thực hiện các
điều kiện :
- Sóng phải phản xạ được trên tầng điện ly, tức là phải thực hiện được điều kiện phản xạ.
- Cường độ trường điểm thu phải đủ lớn, nghĩa là sóng không bị hấp thụ nhiều bởi
tầng điện ly.

2.1.2 Miền im lặng
Khi thông tin sóng ngắn, trong quá trình khảo sát người ta thấy hiện tượng sau : Khi
dịch chuyển điểm thu xa dần đài phát, đến một cự ly nào đó thì không thu được (với những
sóng có bước sóng ngắn hơn 50m, cự ly này vào khoảng 100km). Nếu cứ dịch chuyển xa
nữa thì lại thu được cho đến một cự ly rất xa, vài ngàn km. Vùng bán kính trong đó tín hiệu
bị mất, không thu được chính là “miền im lặng”.

2.1.3 Hiện tượng pha đinh trong dải sóng ngắn
2.1.4 Hiện tượng hồi âm
2.1.5 Sự khuếch tán sóng ngắn tại mặt đất
2.1.6 Sự phá hoại thông tin do nhiễu loạn tầng điện ly
2.2 Cơ sở lý thuyết quá trình truyền sóng nhờ tầng điện ly
2.2.1 Đặc điểm, cấu trúc và các tham số của tầng điện ly
a. Đặc điểm và cấu trúc của tầng điện ly

Hình 2.1: Đồ thị mật độ điện tử trong


7

Hình 2.2: Các lớp trong tầng điện ly

b. Các tham số cơ bản của tầng điện ly
Tầng điện ly được đặc trưng bởi hai tham số cơ bản:
Độ điện thẩm tương đối của tầng điện ly được tính bằng biểu thức:
  1  3,19.103

N e h 

 2  2

(2.1)

Trong đó  là tần số góc của sóng,   2.f (Radian); f là tần số tín hiệu sóng (Hz);

N e là mật độ điện tử (e/Cm3) tại độ cao h;  là tần số va chạm (lần/giây).
Độ điện dẫn của tầng điện ly được tính bằng biểu thức:

  2,82.10 8

N e (h ).
2   2

2.2.2 Tổn hao khi truyền sóng phản xạ từ tầng điện ly

Hình 2.3: Sự thay đổi hệ số hấp thụ theo tần số

(2.2)


8

2.2.3 Điều kiện để đảm bảo liên lạc của thông tin sóng ngắn
Điều kiện đảm bảo để có thể thực hiện thông tin sóng ngắn phản xạ từ tầng điện ly là:
1/ Tần số liên lạc f phải nhỏ hơn tần số cực đại fMUF, được xác định bởi các tham số
của tầng điện ly và khoảng cách liên lạc để đảm bảo sóng có thể phản xạ từ lớp F. Nếu f >
fMUF thì sóng không có khả năng phản xạ mà xuyên suốt qua các lớp của tầng điện ly.
2/ Tần số liên lạc phải đảm bảo đủ lớn là f > fLUF cùng với công suất phát cần thiết để
bù trừ cho sự tổn hao của sóng trong lớp D và E sao cho sóng có đủ năng lượng cần thiết
phản xạ từ lớp F và quay về điểm thu.

Hình 2.4: Phân bổ các thời gian trong ngày

2.2.4 Các thông số đường truyền
+ Tìm tần số sử dụng cực đại (MUF):
Qua nghiên cứu, người ta đưa ra phương thức sử dụng dải tần số cao nhất dựa trên
nguyên tắc : Tần số sử dụng cao nhất được chọn sao nhỏ hơn tần số cực đại một ít để đảm
bảo điểm phản xạ thực tế nằm ở dưới chiều cao ứng với lớp điện tử cực đại N max một chút.
Kazansep đã đưa ra biểu thức để xác định tần số cao nhất sau :


9

Hình 2.5: Sơ đồ tuyến cự ly thông tin sóng ngắn qua tầng điện ly

Trong sơ đồ hình 2.5 : r – Cự ly thông tin

υ – Nửa góc tâm trái đất

θ – Góc tới

a – Bán kinh trái đất

h’ – Độ cao ảo của tầng điện ly với mặt đất
fCĐ = fthsecθ

(2.3)

fth  9 Nmax

(2.4)

MUF = fSDCN = 0,9fCĐ

(2.5)

fSD = 80%.fSDCN

(2.6)

fCĐ tần số cực đại; fSD tần số sử dụng; fSDCN tần số sử dụng cao nhất; fth giá trị tần
số tới hạn.
+ Độ cao ảo (Virtual height ): độ cao của điểm giao ngoại suy của tia tới và tia quay
về của 1 lớp trong tầng điện ly [7]: Lớp F2: từ 250-300 km; lớp F1: từ 200-250 km; lớp F
ban đêm ≈ 300km; lớp E 110 km
+ Xác định góc nửa tâm trai đất φ:  

r
(rad )
2a

(2.7)

r
2h '

(2.8)

+ Xác định đƣợc góc tới cực đại θ: tg 

+ Xác định góc ngẩng của anten: Góc ngẩng =  


2




2

 

(2.9)

2.2.5 Xác định cường độ trường tại điểm thu
Khảo sát phương pháp của Kazansep ta thấy :
Sóng truyền lan trong tầng điện ly sẽ bị các lớp hấp thụ. Sự hấp thụ ấy được đánh giá
bởi hệ số γ.


10

Công thức tính trường sẽ là : Thu  0 .e

(2.10)

Trong đó : E0 biên độ cường độ trường khi không tính đến tổn hao
γ: hệ số hấp thụ tổng thể của tầng điện ly
γ = γD + γE + γF1 + γF2
Biết rằng khi truyền lan từ đài phát đến đài thu, sóng có thể đi theo nhiều đường khác
nhau. Vì vậy, sóng truyền tới điểm thu sẽ không phải chỉ có một tia đơn độc mà nó gồm
nhiều tia, những tia này được truyền từ đài phát đến với những bước nhảy khác nhau. Ta có
cường độ trường tổng cộng ở điểm thu là : Ethu 

m

E
i 1

2
i

, V/m

(2.11)

Cường độ trường của một tia sóng khi không xét đến hấp thụ của tầng điện ly:
E0 

245 PD 1 1  R   n1
. .

. R 
r
2  2 

(2.12)

Trong đó : P: công suất bức xạ anten (Kw); D: hệ số định hướng anten
r: khoảng cách (Km);

‫׀‬R‫׀‬: biên độ hệ số phản xạ từ mặt đất

n : số lần phản xạ tầng điện ly.

2.3 Các yếu tố ảnh hƣởng của mặt đất đến quá trình truyền sóng ngắn
2.3.1 Đặc điểm của mặt đất và phương pháp khảo sát
Các thông số điện của đất
Bảng 2.1: Thông số tƣơng đƣơng của một số loại mặt đất
Loại mặt đất

Giới hạn biến đổi

Trị số trung bình

Έ

Σ

έ

σ

Nước biển

80

1 ÷ 4,3

80

4

Nước ngọt

80

10-3 ÷ 2,4.10-2

80

10-2

Đất ẩm

10 – 30

3.10-3 ÷ 3.10-2

10

10-2

Đất khô

3–6

1,1.10-5 ÷ 2.10-3

4

10-3

Rừng cây

1,004 – 1,4

10-6 ÷ 10-5

1,2

10-5

Thành phố lớn

7,5.10-4

Miền rừng núi

7,5.10-4

11

CHƢƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH TRUYỀN SÓNG NGẮN VÀ ỨNG DỤNG
TÍNH TOÁN ĐƢỜNG TRUYỀN
3.1 Mô hình dò tia cho truyền sóng ngắn (IONORT)
3.1.1 Giới thiệu phần mềm IONORT (IONOspheric Ray Tracing)
Ray tracing (rò tia) là một kỹ thuật số sử dụng để xác định đường đi của sóng ngắn
(HF) trong bất đẳng hướng và truyền thông không đồng nhất khác nhau từ khoảng trống
(Budden, 1988). Kỹ thuật này hoạt động đúng nếu chỉ số khúc xạ được giả định là biết tại
mỗi điểm của khu vực xem xét. Trong giới hạn của lý thuyết về tia nó có thể gần đúng các
bước sóng tới không, đơn giản hoá do vậy các phương trình vi phân mô tả sự lan truyền của
sóng một cách phù hợp, là các đường tia.

3.1.2 Tổng quan của thuật toán rò tia từ tầng điện ly
Kỹ thuật rò tia (RT) dựa trên đặc tính của tầng điện ly về mật độ electron, tần số va
chạm các hạt electron, và từ trường. Hình 3.1 cũng cho thấy một đường tia có thể từ một
điểm phát (TX) đến một điểm nhận (RX) đi qua các ô của ma trận mật độ điện tử 3-D với
tần số và hướng của sóng, và vị trí của điểm TX được xác định trước như là đầu vào. Các
thuật toán RT thực hiện tích phân các phương trình vi phân từng phần sau

Hình 3.1: Mô phỏng đƣờng tia TX đến tia RX

dri H (ri , ki )

d
ki

(3.1)

12

dki H (ri , ki )

d
ri

(3.2)

trong đó i = 1, .., 4, H(ri, ki) là Hamilton, ri, và ki, lần lượt là tọa độ tổng quát, và
xung lượng, trong khi các biến độc lập τ là đại lượng tăng đơn điệu theo đường đi của tuyến
[11]. (3.1) và (3.2) được giải trong một hệ tọa độ cầu (r, θ, υ), và theo các thành phần vector
sóng, như thể hiện trong hình 3.2 [11].

3.1.3 Mô tả chương trình IONORT
Chương trình IONORT cấu trúc gồm 3 khối:
a)Đầu vào đồ họa giao diện người dùng
b)Thuật toán tích phân
c)Đầu ra đồ họa giao diện người dùng
IONORT có thể chạy với cả hai tần số, một tần số hoạt động cố định và với một tần
số thay đổi theo một bước nhảy xác định, Tương tự cũng thực hiện tính toán cho tham số độ
cao và góc phương vị. Hình 3.3 và hình 3.4 hiển thị hai ví dụ về thiết lập bằng cách đưa vào
một điểm TX ở vĩ độ 43,06 ° N và kinh độ 10,03 ° E cho một tần số cố định bằng 6 MHz
và cho một góc ngẩng 5 ° với bước nhảy từ 0 ° đến 30 °, sau đó cho một góc ngẩng cố định
bằng 15° và cho một thủ tục quét tần số 2 MHz đến 24 MHz với bước nhảy 2 MHz.

Hình 3.2: Hệ tọa độ tâm đia cầu (r, θ, φ)


13

Hình 3.3: Mô tả khảo sát về góc ngẩng với bƣớc nhảy 5 độ

Hình 3.4: Mô tả khảo sát về tần số với bƣớc nhảy 2MHz

3.2 Mô hình tính toán đƣờng truyền sóng nhờ tầng điện ly (REC533)
3.2.1 Phương pháp dự đoán kênh truyền sóng ngắn của ITU-T P.533
Phương pháp dự đoán kênh truyền sóng ngắn của ITU-T P.533 đưa ra dự báo phân
tích đường truyền cho độ dài lên đến 7000km, đưa ra công thức thực nghiệm phù hợp với
dữ liệu đo được vượt quá 9000km [10].
Các tính toán dự đoán gồm dự đoán hiệu suất của hệ thống phát sóng ngắn (HF),
tham số tần số sử dụng cực đại (MUF), cường độ điện trường và góc ngẩng của ăng ten
…Như vậy là hữu ích trong việc lập kế hoạch và hoạt động của việc truyền sóng HF cho
bốn mùa, các hoạt động vệt đen mặt trời khác nhau, các giờ trong ngày, vị trí địa lý và dự
đoán sự bất ốn về cấu trúc của tầng điện ly [10]
+ Dự đoán tần số sử dụng cực đại (MUF)


14

- MUF của lớp E
n E( D)MUF  foE  sec i110

(3.3)

Trong đó: i110 - góc tới hạn của lớp E ở độ cao 110km; n - số bước nhảy
- MUF của lớp F2
  C 

f

n F 2( D) MUF  1   d  ( B  1)  foF 2  H
2
  C3000 



d 
1 

dmax 


Cd = 0.74 – 0.591Z – 0.424Z2 – 0.090Z3 + 0.088Z4 + 0.181Z5 + 0.096Z6

(3.4)
(

3.5)

với Z = 1 – 2d / dmax
dmax = 4 780 + (12 610 + 2 140 / x2 – 49 720 / x4 + 688 900 / x6) (1 / B – 0.303)

(3.6)


 7.854

B  M (3000)F 2 – 0.124  [[M (3000)F 2]2 – 4]  0.0215  0.005 sin 
– 1.9635  
 x




(3.7)

Trong đó: n : số bước nhảy; fH : Độ cao 300km; d : D/n và dmax là km
C3000 : là hằng số Cd cho d = 3 000 km; x : foF2/foE.
+ Xác định góc ngẩng anten:

d
R0
d 

  arctan  cot
–
cosec
2 R0
R0  hr
2 R0 


(3.8)

d : Độ dài bước nhảy d = D/n
hr : Chiều cao lớp E là hr = 110 km và lớp F2 hr phụ thuộc vào bước nhảy và cự ly
liên lạc
+ Xác định cƣờng độ trƣờng:
Ew = 136.6 + Pt + Gt + 20 log f – Lb dB(1 V/m)

(3.9)

Trong đó f :

Tần số truyền (MHz); Pt : Công suất phát (dB(1 kW)); Gt : Độ lợi anten
(dB)
Lb: Suy hao
với Lb = 32.45 + 20 log f + 20 log p + Li + Lm + Lg + Lh + Lz (3.10)

3.2.2 Chương trình dự đoán kênh REC533
Dựa trên phương pháp tính toán dự đoán trong khuyến nghị P.533, một chương trình
có tên gọi REC533 chạy trên một máy tính Windows đã được phát triển và được duy trì bởi
Bộ thương mại Mỹ, Viễn thông Quốc gia và Cơ quan Thông tin, Viện Khoa học Viễn thông
(NTIA/ITS) ở Boulder, Colorado. Nó kết hợp một giao diện người dùng thân thiện với


15

nhiều màu sắc để dễ dàng chỉnh sửa các biến đầu vào và sản xuất các kết quả mong muốn
[10].
Điều đầu tiên và quan trọng nhất là cần chọn và nhập các giá trị tham số phù hợp cho
việc tính toán và dự đoán đường truyền. Một số thiết lập tham số quan trọng cho một trạm
phát sóng công suất ở Việt Nam được giới thiệu sau đây:

Hình 3.5: Màn hình chính REC533

+ Chọn đúng vệt đen mặt trời

Hình 3.6: Vệt đen mặt trời các năm

16

3.2.3 Khảo sát dự đoán một số tần số
Khảo sát dự đoán tần số với mục đích để dự đoán được với khoảng cách cự ly thông
tin liên lạc ta sử dụng được tần số nào để truyển sóng phù hợp nhất phụ thuộc vào thời gian
trong ngày từ đó cần xác định góc ngẩng anten, cường độ trường để đảm bảo tuyến thông
tin liên lạc được tốt nhất.
Khảo sát một số tần số sau:
- Xét tần số: 9.795MHz, 9.920MHz, 11.695MHz, 11.850MHz, 13.735MHz
- Hà Nội với tọa độ Long/Lat: 105.87E/20.98N
- Gia Lai với tọa độ Long/Lat: 108.01E/ 13.97N
- Cự ly thông tin: 812Km
- Hướng truyền: 163.40độ
- Công suất phát: 5Kw
- Nhập các tham số cơ bản
Bảng 3.1: Nhập tham số cho tần số khảo sát
Tham số

Sự giới thiệu

Năm

2015.

Hệ số

Chọn cơ sở dữ liệu CCIR (Oslo).

Nhóm

Chon tháng 12 khảo sát và vệt đen (SNN) là 60

Thời gian

Chọn UT (Coordinated Universal Time), từ 00h đến 24h

Trạm phát

Nhập tọa độ trạm phát

Trạm nhận

Nhập tọa độ trạm nhận

Đƣờng đi

Chọn đường đi ngắn nhất.

Tần số (MHz)

Nhập tần số khảo sát

Tham số hệ thống

Chọn mặc định

Điều chế

Tương tự

Ăng ten phát

Chọn công suất phát lấy 65% công suất phát thực 5Kw xấp
sỉ là 3Kw, tùy ta chọn loại ăng ten

+ Kết quả khảo sát về thời gian trong ngày
Tần số sử dụng cao nhất trong ngày (MUF) phụ thuộc vào khoảng thời gian 24h
trong ngày: Tần số dao động từ 4.88MHz đến 16.54MHz


17

Hình 3.7: Khảo sát MUF của các tần số phụ thuộc thời gian

Hình 3.8: Khảo sát góc ngẩng của các tần số phụ thuộc thời gian

Hình 3.8 cho ta thấy góc ngẩng phụ thuộc vào thời gian: Góc dao động 25 độ đến 44 độ

Hình 3.9: Khảo sát cƣờng độ trƣờng của các tần số phụ thuộc thời gian

Hình 3.9 cho ta thấy cường độ trường tại điểm thu phụ thuộc vào thời gian trong
ngày: Cường độ trường dao động từ 6.12dBµV đến 57.72dBµV


18

3.3 Xây dựng mô hình thực tế
+ Sở cứ xây dựng mô hình
- Sóng ngắn truyền lan gần mặt đất, do tính chất bán dẫn điện của mặt đất gây ra sự
phản xạ sóng từ mặt đất, làm biến dạng cấu trúc của sóng và gây ra hấp thụ sóng đất, chính

vị vậy do suy hao của mặt đất ta truyền sóng ngăn có công suất lớn cũng không thể đi xa
được.
- Do đặc điểm của tầng điện ly nằm ở độ cao từ 60km đến khoảng 600km trên mặt
đất, ở độ cao này mật độ không khí rất nhỏ và chất khí bị ion hóa tạo nên một số điện tử tự
do ( khoảng 102 đến 106/cm3). Tầng điện ly có thể là môi trường bán dẫn điện và có thể
phản xạ từ đó. Thực nghiệm đã cho thấy tầng điện ly chỉ phản xạ những sóng có bước sóng
dài hơn 10m, với những sóng có bước sóng ngắn hơn tầng điện ly trở nên trong suốt. Bằng
cách phản xạ một hay nhiều lần giữa tầng điện ly và mặt đất sóng vô tuyến có thể truyền đi
xa được.
+ Từ đó bằng kết quả tính toán lý thuyết và thực nghiệm cho thấy, để phát sóng trên
dải tần số sóng ngắn, cần dùng đài phát ở Hà Nội để truyền sóng từ Đà Nẵng trở vào đến Cà
Mau và dùng đài phát ở thành phố Hồ Chí Minh để phát sóng từ Huế đến các tỉnh biên giới
phía Bắc. Như vậy, bằng việc đầu tư cho 2 trung tâm phát trên, cho phép phát sóng trên
phạm vi thuộc lãnh thổ Việt Nam.

3.3.1 Mô hình truyền sóng của Trung tâm phát Hà Nội
Trung tâm phát Hà Nội Phủ sóng cho khu vực phía nam, tập trung vào khu vực TP
Hồ Chí Minh và tập trung vào khu vực đồng bằng sông Cửu Long và biên giới Tây Nam,
khu vực Tây nguyên bằng các anten định hướng khác nhau.
a. Hệ thống Máy phát:
Máy phát thông tin sóng ngắn 5KW (Máy phát B3Я – M2).
b. Hệ thống Anten:
- Các loại anten đang sử dụng tại Trung tâm phát Hà Nội:
+ Anten Lồng; anten Lô Ga Rít; anten Trám

3.3.2. Mô hình truyền sóng của Trung tâm phát Thành phố Hồ Chí Minh
Sử dụng các máy phát 5KW và Anten tương tự Trung tâm Hà Nội Phủ sóng cho khu
vực phía Bắc, tập trung vào khu vực Hà Nội và khu vực Tây bắc, miền núi phía Bắc bằng
các anten định hướng khác nhau.

19

3.3.3 Tiến hành khảo sát và đo kiểm
3.3.3.1 Tiến hành khảo sát các vùng cần đo
+ Khu vực các tỉnh Tây Nguyên: Gia Lai, Đắk Lắk.
+ Thiết bị đo dùng máy phân tích phổ IFR 2399B (9 KHz to 3.0GHz)

3.3.3.2 Kết quả thu kiểm tra tín hiệu của các Trung tâm phát sóng
Dùng máy phân tích phổ IFR 2399B đo cường độ trường các trung tâm phát sóng Hà
Nội kết quả đo được tại các tỉnh như sau:
Khu vực Tây Nguyên: Gia Lai, Đắk Lắk.
Cường độ trường hoạt động của các đài phát nói chung là lớn (trên dưới 50dBμV)
kết quả thu tháng 12 năm 2015 như sau:
Bảng 3.2: Cƣờng độ trƣờng tại Tây Nguyên
Địa Điểm

Thời gian

Tần số

Cường độ trường

(MHz)

(dBm)

(dBμV)

Gia Lai

14h - 15h

9.920

-62

44

Đắk Lắk

8h - 9h

13.735

-70

36

3.4 Ứng dụng mô hình (REC533) để tính toán thông số đo kiểm đƣợc
3.4.1 Xét tuyến Hà Nội – Gia Lai với tần số 9.920MHz lúc 14h – 15h
- Xét tần số: 9.920MHz
- Hà Nội với tọa độ Long/Lat: 105.87E/20.98N
- Gia Lai với tọa độ Long/Lat: 108.01E/ 13.97N
- Cự ly thông tin: 812Km
- Hướng truyền: 163.40độ
- Độ cao tầng điện ly lớp F2: 250Km – 300Km
- Công suất phát: 5Kw
- Hệ số định hướng anten: 2,4 lần, ăng ten CCIR.000 ISOTROPE

20

Hình 3.10: Sơ đồ tuyến cự ly thông tin Hà Nội – Gia Lai

- Xác định độ cao ảo h,: Từ độ cao tầng điện ly lớp F2 = 250Km – 300Km ta giả sử
độ cao ảo là 290Km
- Xác định góc nửa tâm trái đất 𝛗: Từ công thức (2.7) ta có:



r
812

 0.06(rad) Suy ra   3.50
2a 2  6370

- Xác định góc tới cực đại 𝛉: Từ công thức (2.8) ta có:

tg 

r
812

 1,4 Suy ra θ = 54,50
'
2h 2  290

- Xác định góc ngẩng của anten:
Góc ngẩng =  


2




2

     900  54.50  3.50  320

Dùng phương pháp khảo rò tia qua tầng điện ly ta thấy góc ngẩng là 320 phù hợp với
cự ly đường truyền r = 812km.
Sử dụng mô hình dự đoán theo khuyến nghị ITU-T P.533 (REC533 điểm tới điểm)
khảo sát góc ngẩng của ăng ten lúc 14h là 30 độ lệch 2 độ so với tính toán.
- Xác đinh tần số sử dụng cao nhất lúc 14h:
Sử dụng mô hình dự đoán theo khuyến nghị ITU-T P.533 (REC533 điểm tới điểm) ta
tìm được MUF = fSDCN = 0,9fCĐ = 13.15MHz
Từ công thức (2.6) ta có fSD = 0,8fSDCN = 10.52MHz


21

Với tần số sử dụng 10.52MHz tại thời điểm ta truyền tần số 9.920MHz đủ điều kiện
truyền được (còn phụ thuộc ta nhập vệt đen SNN), Để truyền được tần số tốt nhất với
khoảng cách 812Km bằng khảo sát tần số phụ thuộc vào khoảng cách cho ta thấy MUF =
fSDCN = 14.563MHz.
- Xác định cƣờng độ trƣờng tại điểm thu lúc 14h:
Sử dụng mô hình dự đoán theo khuyến nghị ITU-T P.533 (REC533 điểm tới điểm)
khảo sát ta tìm được EThu1= 40dBμV = 0.1mv ở hình 3.11

Hình 3.11: Mô tả các thông số của tần số 9.920MHz

Từ công thức (2.12) ta có: Với n = 1 (phản xạ 1 lần) suy ra R = 1

E0 

245 5  2,4
 0.52mv  54dBV
2  812

Trong khi đo kiểm thực thế EThu2= 44dBμV=0.16mv lớn hơn EThu1= 40dBμV khảo
sát dùng phần mềm REC533:
 thucte  ln

E0
0.52
 ln
 1.18
EThu 2
0.16

 khaosat  ln

E0
0.52
 ln
 1.65
EThu1
0.1

Từ việc khảo sát dự đoán tuyến truyền sóng Hà Nội – Gia Lai: Với tần số 9.920MHz ta
truyền sóng được ở thời điểm khảo sát và thực tế, có thời điểm truyền tần số này không được
trong ngày vì khi đó tần số sử dụng cực đại thấp hơn tần số phát.


22

Dự đoán được góc ngẩng của anten từ đó so sánh đánh gia với mô hình thực tế để
hiệu chỉnh góc ngẩng cho phù hợp lĩnh vực công tác liên lạc.
Dự đoán được cường độ trường cho ta thấy cường độ trường thực tế lớn hơn cường
độ trường khảo sát từ đó để đánh giá phân tích độ suy hao từ đó điều chỉnh công suất của
máy phát phù hợp để phục vụ công tác liên lạc.

3.4.2 Xét tuyến Hà Nội – Đắk Lắk với tần số 13.735MHz lúc 8h – 9h
- Xét tần số: 13.735MHz
- Hà Nội với tọa độ Long/Lat: 105.87E/20.98N
- Đắk Lắk với tọa độ Long/Lat: 108.01E/ 13.97N
- Cự ly thông tin: 950Km
- Hướng truyền: 165.50độ
- Độ cao tầng điện ly lớp F2: 250Km – 300Km
- Công suất phát: 5Kw
- Hệ số định hướng anten: 2,4 lần, ăng ten CCIR.000 ISOTROPE

Hình 3.12: Sơ đồ tuyến cự ly thông tin Hà Nội – Đắk Lắk

- Xác định độ cao ảo h,: Từ độ cao tầng điện ly lớp F2 = 250Km – 300Km ta giả sử
độ cao ảo là 290Km
- Xác định góc nửa tâm trái đất 𝛗: Từ công thức (2.7) ta có:



r
950

 0.075(rad) Suy ra   4.30
2a 2  6370


23

- Xác định góc tới cực đại 𝛉: Từ công thức (2.8) ta có:

tg 

r
950

 1,63 Suy ra θ = 58,50
'
2h 2  290

- Xác định góc ngẩng của anten:
Góc ngẩng =  


2




2

     900  58.50  4.30  27.20

Dùng phương pháp khảo rò tia qua tầng điện ly ta thấy góc ngẩng là 27,20 cho ta r
=1500km không phù hợp, qua khảo sát góc ngẩng khoảng 220 cho r = 1200km gần phù hợp
với cự ly Hà Nội – Đắk Lắk 940km thể hiện ở hình 3.13

Hình 3.13 : Dùng IONORT khảo sát góc ngẩng anten ở tần số 13.735MHz

Sử dụng mô hình dự đoán theo khuyến nghị ITU-T P.533 (REC533 điểm tới điểm)
khảo sát góc ngẩng của ăng ten lúc 8h là 30 độ lệch 3 độ so với tính toán cụ thể.
- Xác đinh tần số sử dụng cao nhất lúc 8h:
Sử dụng mô hình dự đoán theo khuyến nghị ITU-T P.533 (REC533 điểm tới điểm) ta
tìm được MUF = fSDCN = 0,9fCĐ = 17.283MHz
Từ công thức (2.6) ta có fSD = 0,8fSDCN = 13.826MHz
Với tần số sử dụng 13.826MHz tại thời điểm ta truyền tần số 13.735MHz đủ điều
kiện truyền được (còn phụ thuộc ta nhập vệt đen SNN).


24

Hình 3.15: Mô tả các thông số của tần số 13.735MHz

- Xác định cƣờng độ trƣờng tại điểm thu lúc 8h:
Sử dụng mô hình dự đoán theo khuyến nghị ITU-T P.533 (REC533 điểm tới điểm)
khảo sát ta tìm được EThu1= 37dBμV = 0.07mv ở hình 3.15
Từ công thức (2.12) ta có: Với n = 1 (phản xạ 1 lần) suy ra R = 1

E0 

245 5  2,4
 0.45mv  53dBV
2  950

Trong khi đo kiểm thực thế Ethu2= 36dBμV=0.06mv gần bằng Ethu1= 37dBμV khảo
sát dùng phần mềm REC533:
 thucte  ln

E0
0.45
 ln
 2.01
EThu 2
0.06

 khaosat  ln

E0
0.45
 ln
 1.86
EThu1
0.07

Từ việc khảo sát dự đoán tuyến truyền sóng Hà Nội – Đắk Lắk: Với tần số
13.735MHz ta truyền sóng được, có thời điểm truyền tần số này không được trong ngày vì
khi đó tần số sử dụng cực đại thấp hơn tần số phát.
Dự đoán được góc ngẩng của anten từ đó so sánh đánh giá với mô hình thực tế để

hiệu chỉnh góc ngẩng cho phù hợp lĩnh vực công tác liên lạc.


25

Dự đoán được cường độ trường cho ta thấy cường độ trường thực tế gần bằng với
cường độ trường khảo sát chứng tỏ phần mềm dự đoán cũng gần tương đối chính xác giữa
phần mềm dự đoán REC533 và thực tế đo kiểm được.

3.5 Kết Luận
Từ mô hình IONORT là phần mềm với cơ sở tầng điên ly không đổi chỉ cho ta dự
đoán trực quan đường truyền sóng và các điểm phát đến điểm thu có truyền dẫn được hay
không với các góc ngẩng khác nhau. Tuy nhiên mô hình này không cho phép xác định các
tham số quan trọng như tần số sử dụng cực đại, cường độ trường … cái có thể thay đổi trong
ngày và theo mùa cũng như rất quan trọng trong việc dự đoán chất lượng phát sóng. Do vậy
mô hình dự đoán đường truyền sóng ngắn theo khuyến nghị P.533 của ITU cho phép khắc
phục các vấn đề trên thông qua chương trình REC533. Các kết quả tính toán từ mô hình
cũng đã được kiểm chứng bằng kết quả đo thực nghiệm trên 2 tuyến Hà Nội – Gia Lai và
Hà Nội – Đắk Lắk qua đó hiệu chỉnh các tham số tuyến cần thiết phục vụ cho công tác. Mô
hình dự đoán kênh REC533 cho phép ta dự đoán một tần số sóng ngắn có thể phát được
không vào thời điểm nào trong ngày hoặc theo mùa, dự đoán góc ngẩng, cường độ trường,
từ đó tính toán các thông số và hiệu chỉnh các thông số này đưa vào thực tiễn tại cơ quan
(Cục Thông tin liên lạc –BCA) để phục vụ công tác liên lạc cho ngành công an. Ngoài ra kết
quả dự đoán thu được từ đề tài cũng sẽ đóng góp cho cả lĩnh vực phát thanh VOV và công
tác đảm bảo an ninh thông tin sóng ngắn trong lĩnh vực quốc phòng.