Công nghệ máy phát

Công nghệ máy phát
Các trạm mặt đất thường làm việc ở chế độ song công có sơ đồ khối
chung như đã giới thiệu trong tiết 3.1. Nhiệm vụ phát bao gồm: tín hiệu từ
người sử dụng hay mạng mặt đất được đưa đến bộ ghép kênh rồi đến thiết bị xử
lý tín hiệu, đến bộ điều chế dao động trung tần thường có tần số 70 MHz hoặc
140 MHz, sauđó qua bộ nâng tần dể nâng lên tần số phát (ví dụ 6 GHz ở băng
C hoặc 14 GHz cho băng K
u
). Các kênh với phổ tần vi ba khác nhau phụ thuộc
băng tần quy định và loại dịch vụ thông tin sẽ được tập hợp lại lên băng tần
phát chung nhờ bộ kết hợp, toàn bộ băng tần đó sẽ được đưa tới một bộ khuếch
đại công suất cao (HPA) chung để khuếch đại lên công suất yêu cầu. Trong
trường hợp mỗi HPA khuếch đại một sóng mang thì mỗi tín hiệu có phổ tần vi
ba nhất định được đưa tới một HPA khác nhau sau đó mới đến bộ kết hợp. Tín
hiệu có công suất lớn qua bộ lọc song công theo bộ tiếp sóng ra anten để phát
đến vệ tinh. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các bộ phận sẽ được lần lượi
giới thiệu ở những phần sau
1. Phân loại bộ khuếch đại công suất cao
Trong thông tin vệ tinh, khoảng cách từ trạm mặt đất đến vệ tinh rất lớn
nên suy hao truyền sóng lớn khoảng trên dưới 200 dB, do đó đòi hỏi trạm mặt
đất phát phải cho ra công suất lớn, nghĩa là phải có tầng khuếch đại công suất
cao (HPA). Trạm mặt đất cho thông tin quốc tế, tầng khuếch đại công suất cao
có công suất khoảng từ vài trăm Wat đến vài kilôWat. Với các hệ thống thông
tin vệ tinh nội địa HPA có thể có công suất khoảng 50 Wat hay nhỏ hơn đối với
các trạm có lưu lượng thoại thấp.
Trong một số trường hợp bộ khuếch đại công suất cao dùng bán dẫn
(SSPA) với công suất từ 1 Wat đến 10 Wat cũng được sử dụng cho dịch vụ một
vài kênh thuê riêng (SCPC)
Nói chung hầu hết các trạm mặt đất máy phát đều sử dụng bộ khuếch đại
công suất cao dùng klystron (KPA) và đèn sóng chạy (TWTA). Giữa chúng có
những đặc tính khác nhau, khi sử dụng loại nào cần phải biết sự khác nhau này

để có thể lựa chọn loại HPA nào cho phù hợp với yêu cầu thực tế của thông
tin.
Tuy nhỉên trong một số trường hợp yêu cầu công suất nhỏ như mạng
VSAT và các trạm có dung lượng thấp hoặc sử dụng anten loại A cũ có hệ số
tăng ích lớn bù lại cho công suất nhỏ thì có thể sử dụng bộ khuếch đại công
suất tranzitor (SSPA)
2. Các đặc tính của bộ khuếch đại công suất
Mặc dù đặc tuyến truyền đat của bộ khuếch đại công suất cao nói chung
là tuyến tính nhưng ở vùng lân cận điểm bảo hoà là không tuyến tính,. Bởi vậy
khi một HPA khuếch đại đồng thời nhiều sóng mang nếu điểm làm việc nằm
trong đoạn đặc tuyến đó thì sẽ xuất hiện các tần số mới là hài của các tần số
sóng mang đó. Hiện tượng đó gọi là “nhiễu điều chế”, sinh ra tạp âm ở tần số
khác. Điều này có thể giải thích như sau:
Ba tín hiệu được đưa đồng thời vào đầu vào HPA, đầu ra sẽ nhận được
các thành phần sau:
Giả thiết đặc tuyến truyền đạt của HPA được biểu thị bằng biểu thức:
K = C
1
x + C
3
x
3
Ba sóng mang có các tần số góc ω
1
, ω
2
, ω
3
với biên độ A
1

, A
2
, A
3
có
dạng:
P
in
= A
1
cosω
1
t + A
2
cosω
2
t + A
3
cosω
3
t (3.20)
P
ou
= C
1
+ 3/4C
3
(2A
1
2

+ 2A
2
2
+ 2A
3
2
) A
1
cosω
1
t
+ C
1
+ 3/4C
3
(2A
1
2
+ 2A
2
2
+ 2A
3
2
) A
2
cosω
2
t
+ C

1
+ 3/4C
3
(2A
1
2
+ 2A
2
2
+ 2A
3
2
) A
3
cosω
3
t
+ 3/4C
3
A
1
2
A
2
cos(2ω
1
- ω
2
)t + A
1

A
2
2
cos(2ω
2
- ω
1
)t
+ A
2
2
A
3
cos(2ω
2
- ω
3
)t + A
2
A
3
2
cos(2ω
3
- ω
2
)t
+ A
3
A

1
2
cos(2ω
3
- ω
1
)t + A
1
2
A
3
cos(2ω
1
- ω
3
)t
+ 3/4C
3
A
1
A
2
A
3
cos(ω
1
+ ω
2
+ ω
3

)t + cos(ω
1
- ω
2
+ ω
3
)t
các th nh phà ần tần
số mong muốn
các th nh phà ần
tần số không
mong muốn
+ cos(ω
2
+ ω
3
- ω
1
)t (3.21)
Quá trình trên được minh hoạ bằng đồ thị hình 3.29
Có nhiều tần số điều chế được tạo ra do điểm làm việc nằm trong vùng
đặc tuyến không đường thẳng, nhưng chỉ những tần số lân cận nằm trong giải
thông của bộ lọc đối với các tần số tín hiệu f
1
, f
2
, và f
3
là gây ra nhiễu điều chế
ở đầu ra của bộ khuếch đại.

Để khử nhiễu điều chế có nhiều biện pháp:
- Sử dụng một HPA chỉ khuếch đại một sóng mang
- Nếu một HPA khuếch đại đồng thời nhiếu sóng mang, điểm làm việc
của bộ khuyéch đại phải lựa chọn sao cho điểm làm việc nằm trên đoạn thẳng
của đặc tuyến. Nghĩa là phải giảm công suất đầu vào một giá trị nào đó được
gọi là “độ lùi đầu vào” (IBO), lúc đó công suất ra cũng giảm đi một lượng
tương ứng gọi là “độ lùi đầu ra” (OBO). Thường công suất ra thấp hơn so với
mức công suất bão hoà 6 đến 10 dB. Như vậy là không tận dụng hết khả năng
khuếch đại của HPA
- Một biện pháp khác để khử nhiễu xuyên điều chế là sử dụng bộ tuyến
tính hoá bằng cách lắp vào trước HPA một mạch sửa méo trước như chỉ ra trên
hình 3.30
f
1
+f
2
-f
3
2f
2
-f
1
phổ tần số đầu v o à đặc tuyến truyền đạt phổ tần số đầu ra
f
1
f
2
f
3
f

1
f
2
f
3

2f
1
-f
2
f
1
–f
2
+f
3
f
2
+f
3
-f
1
Hình 3.29: Nhiễu điều chế của HPA
cân bằng
biên độ
v phaà
bộ suy hao trượt pha
đường không
đường thẳng
0

o
60
o
bộ
chia
3dB
bộ nối
ghép
3dB
K.Đ công suất
Hình 3.30: Bộ tuyến tính hoá HPA
Bộ tuyến tính hoá có đặc tuyến không đường thẳng ngược với đặc tuyến
của HPA để có một đặc tuyến đường thẳng như chỉ ra trên hình 3.31
3. Công nghệ máy thu
Như ở sơ đồ khối chung đã chỉ ra, tín hiệu thu được từ vệ tinh bởi anten
thu qua bộ lọc phân hướng đến bộ khuếch đại tạp âm thấp (LNA), đến bộ biến
đổi hạ tần ra trung tần, qua các tầng khuếch đại trung gian, đến bộ giải điều chế
ra tín hiệu băng tần cơ sở, qua bộ xử lý tín hiệu đến bộ phân kênh, ra thiết bị
giao tiếp với mặt đất để đưa tới người sử dụng. Công suất anten thu của trạm
mặt đất thu được từ vệ tinh là vô cùng bé do bị suy hao truyền sóng rất lớn.
Giảm đi khoảng 10
20
đến 10
21
lần so với mức phát đi từ vệ tinh khoảng vài chục
dến vài trăm wat. An ten thu trạm mặt đất có thể tăng lên khoảng 10
5
đến 10
6
lần nhờ hệ số tăng ích của nó. Tuy nhiên điều đó chưa đủ để các thiết bị trạm

mặt đất làm việc. Do đó cần phải khuếch đại chúng lên một mức có thể giải
điều chế được, với mức tạp âm thêm vào là nhỏ nhất. Bởi vậy bộ khuếch đại
tạp âm thấp (LNA) đóng một vai trò quan trọng trong việc bảo đảm chất lượng
tín hiệu của trạm mặt đất
Đặc tuyến méo trước Đặc tuyến của HPA Đặc tuyến của HPA sau
của bộ tuyến tính hoá khi bù
Hình3.31: Quá trình tuyến tính hóa
4. Hệ số tạp âm
Tạp âm sinh ra trong một mạng bốn cực (có thể là bộ khuếch đại hay bộ
tiêu hao) thường được biểu thị bởi hệ số tạp âm F
Hệ số tạp âm của một mạng 4 cực bằng tỷ tín hiệu trên tạp âm ở đầu vào
trên tỷ số tín hiệu trên tạp âm ở đầu ra của mạng

Tuy nhiên khi làm việc với các tín hiệu yếu như trong thông tin vệ tinh
thì tạp âm N thường được biểu thị bởi nhiệt tạp âm tương đương T (K: độ
kelvin)
Tất cả các vật thể có nhiệt độ vật lý T (K) sẽ bức xạ ra sóng điện từ, một
phần của bức xạ này nằm trong băng tần vibavà sẽ gây ra tạp âm như một
nguồn tạp âm. Vậy:
Nhiệt tạp âm tương đương là nhiệt độ của một điện trở tương đương sinh
ra tạp âm có công suất như của nguồn tạp âm tạo ra, như minh hoạ trên hình
3.37
S
i
/N
i
F = (3.22)
S
o
/N

o
S
o
/N
o
S
i
/N
i
mạng 4 cực
Hình 3.36: hệ số tap âm
Nguồn tạp âm với một
nhiệt độ vật lý n o à đố
có thẻ không phải l T à
có tạp âm N (W)
nhiệt độ vật lý
T (K)
Giá trị công suất tạp
âm tạo ra:
N = kTB (W)
Hình 3.37: Nhiệt tạp âm tương đương