Nghiên cứu thiết kế antenna vi dải cho hệ thống thu vệ tinh tầm thấp LEO.

- Nghiên cứu thiết kế antenna vi dải cho hệ thống thu vệ tinh tầm thấp LEO 1 LỜI NÓI ĐẦU Lời đầu tiên, tôi muốn bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và sự kính trọng của mình tới TS.
- Tác giả Nghiên cứu thiết kế antenna vi dải cho hệ thống thu vệ tinh tầm thấp LEO 2 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU.
- 10 CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN VỆ TINH.
- Các loại quỹ đạo trong thông tin vệ tinh.
- Phân bổ tần số trong thông tin vệ tinh.
- Các hệ thống thông tin liên lạc vệ tinh.
- Hệ thống vệ tinh tầm thấp LEO.
- 16 CHƢƠNG 2 : LÝ THUYẾT CHUNG VỀ ANTEN VÀ ANTEN VI DẢI .
- GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ANTEN VI DẢI.
- Các hình dạng cơ bản của anten vi dải.
- Đặc tính của anten vi dải (Microstrip antenna - MSA.
- Các kỹ thuật cấp nguồn cho anten vi dải (feed method.
- 28 Nghiên cứu thiết kế antenna vi dải cho hệ thống thu vệ tinh tầm thấp LEO 3 2.2.4.
- Nguyên lý bức xạ của anten vi dải.
- Trường bức xạ của anten vi dải.
- CÁC MÔ HÌNH PHÂN TÍCH ANTEN VI DẢI.
- Yêu cầu thiết kế phần tử anten đơn.
- 72 Nghiên cứu thiết kế antenna vi dải cho hệ thống thu vệ tinh tầm thấp LEO 4 4.1.2.1.
- Thiết kế bộ chia công suất đồng pha.
- Thiết kế và chế tạo mảng 4 phần tử.
- Thiết kế và chế tạo mảng 16 phần tử.
- Chế tạo và đo kiểm mảng anten 16 phần tử phân cực tròn cho ứng dụng vệ tinh băng tần L,S.
- 97 Nghiên cứu thiết kế antenna vi dải cho hệ thống thu vệ tinh tầm thấp LEO 5 KÝ HIỆU, THUẬT NGỮ ANH VIỆT AR Axis Ratio Tỷ số trục BW Bandwidth Băng thông EIRP Equivalent Isotropic Radiated Power Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương G Gain Hệ số tăng ích của anten GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu GSM Global System for Mobile Communications Hệ thống thông tin di động toàn cầu GSO Geostationary Orbit Quỹ đạo địa tĩnh HFSS High Frequency Structural Simulator Phần mềm mô phỏng cấu trúc cao tần của ANSOFT HPBW Half-Power Beam Width Búp sóng nửa công suất L L Frequency band Băng tần L LEO Low Earth Orbit Quỹ đạo thấp MSA Microstrip antenna Anten vi dải MTA Microstrip Traveling-Wave Antennas Anten vi dải sóng chạy PNA Network Analyzers Máy phân tích mạng cao tần PSTN Public Switched Telephone Network Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng S S Frequency band Băng tần S VSWR Voltage Standing Wave Ratio Hệ số sóng đứng Nghiên cứu thiết kế antenna vi dải cho hệ thống thu vệ tinh tầm thấp LEO 6 DANH MỤC BẢNG Bảng 1-1 : Các ký hiệu băng tần.
- 14 Bảng 1-2 : Các hệ thống LEO và hệ thống tương ứng mặt đất.
- 17 Bảng 1-3 : Các dịch vụ của hệ thống LEO.
- 68 Nghiên cứu thiết kế antenna vi dải cho hệ thống thu vệ tinh tầm thấp LEO 7 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2-1 : Một số loại anten.
- 19 Hình 2-2 : Sơ đồ hệ thống vô tuyến điện đơn giản.
- 22 Hình 2-4 : Anten vi dải.
- 23 Hình 2-5 : Các dạng anten vi dải thông dụng.
- 24 Hình 2-6 : Anten vi dải lưỡng cực.
- 25 Hình 2-7 : Anten vi dải khe mạch in.
- 26 Hình 2-8 : Anten vi dải sóng chạy.
- 27 Hình 2-9 : Cấp nguồn dùng đường truyền vi dải.
- 31 Hình 2-13 : Phân bố điện tích và dòng điện trong anten vi dải hình chữ nhật.
- 50 Hình 2-19 : Phân tích mô hình anten vi dải trên trục tọa độ.
- 52 Hình 2-20 : Các mode trường bức xạ anten vi dải.
- 65 Hình 3-7 : Mô hình tương đương của phần tử anten đơn tiếp điện vi dải.
- 66 Hình 3-8 : Cấu trúc tiếp điện đường truyền vi dải.
- 66 Nghiên cứu thiết kế antenna vi dải cho hệ thống thu vệ tinh tầm thấp LEO 8 Hình 3-9 : Bộ biến đổi 1/4 bước sóng.
- 90 Nghiên cứu thiết kế antenna vi dải cho hệ thống thu vệ tinh tầm thấp LEO 9 Hình 4-22 : Kết quả mô phỏng tham số S và tỷ số trục của mảng.
- 95 Nghiên cứu thiết kế antenna vi dải cho hệ thống thu vệ tinh tầm thấp LEO 10 MỞ ĐẦU Hiện nay, thông tin vệ tinh đã trở thành một hình thức thông tin phổ biến và rất đa dạng.
- Nó thể hiện từ các chảo anten truyền hình gia đình cho đến các hệ thống thông tin toàn cầu, nó cung cấp các dịch vụ hết sức đa dạng như các dự báo thời tiết, chụp ảnh, quan sát trái đất, nghiên cứu khoa học hay truyền hình trực tiếp các sự kiện thể thao, văn hóa, chính trị.
- Với ưu điểm về tầm phủ sóng rộng lớn, hệ thống thông tin vệ tinh có thể cung cấp dịch vụ cho những vùng xa xôi, hẻo lánh nhất trên trái đất mà các hình thức thông tin khác không thể hoặc cung cấp với chi phí rất cao.
- Ngày nay, hệ thống thông tin vệ tinh được thiết lập với nhiều quỹ đạo khác nhau, mỗi loại quỹ đạo này đều có những ưu nhược điểm riêng, tùy theo các loại hình dịch vụ mà người ta sử dụng các loại quỹ đạo phù hợp.
- Trong các loại quỹ đạo thông tin vệ tinh, quỹ đạo tầm thấp LEO, đang được sử dụng ngày càng rộng rãi do giá thành thấp và tốc độ cao, độ trễ nhỏ.
- Một trong những thành phần quan trọng nhất, ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng của thông tin vô tuyến nói chung và thông tin vệ tinh nói riêng đó là anten.
- Đối với vệ tinh địa tĩnh, vị trí của vệ tinh cố định so với trái đất nên anten luôn nhìn vệ tinh dưới một góc không đổi, do đó hướng của anten là cố định.
- đối với vệ tinh tầm thấp LEO, quỹ đạo vệ tinh thay đổi nên góc nhìn vệ tinh của anten phải thay đổi, muốn làm điều đó có thể sử dụng 2 biện pháp.
- Trong luận văn này, tôi sẽ trình bày về đề tài Nghiên cứu thiết kế antenna vi dải cho hệ thống thu vệ tinh tầm thấp LEO, với sản phẩm là mảng anten vi dải gồm 16 Nghiên cứu thiết kế antenna vi dải cho hệ thống thu vệ tinh tầm thấp LEO 11 phần tử anten đơn, có thể hoạt động trên 2 băng tần L và S.
- Chương 1 : Tổng quan về thông tin vệ tinh - Chương 2 : Lý thuyết chung về anten và anten vi dải - Chương 3 : Thiết kế và chế tạo phần tử anten đơn hoạt động trên hai băng tần L và S.
- Thiết kế và chế tạo mảng anten hai băng tần L,S Nghiên cứu thiết kế antenna vi dải cho hệ thống thu vệ tinh tầm thấp LEO 12 1.
- CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN VỆ TINH 1.1.
- Lịch sử ra đời - Vệ tinh nhân tạo đầu tiên là Sputnik 1 của Liên Xô, được phóng lên quỹ đạo vào ngày 4 tháng 10 năm 1957.
- Vệ tinh này được trang bị máy phát radio làm việc trên hai tần số 20,005 và 40,002MHz.
- Đây là sự kiện đánh dấu sự bắt đầu của thông tin vệ tinh.
- Năm 1958, bức điện đầu tiên được phát qua vệ tinh SOCRE của Mỹ bay ở quỹ đạo thấp.
- Năm 1964 thành lập tổ chức thông tin vệ tinh quốc tế INTELSAT.
- Cuối năm 1965, Liên Xô phóng vệ tinh thông tin MOLNYA lên quỹ đạo elip.
- Năm Canada, Mỹ, Liên Xô và Indonesia sử dụng vệ tinh cho thông tin nội địa.
- Năm 1979, thành lập tổ chức thông tin hàng hải quốc tế qua vệ tinh INMARSAT.
- Năm 1984, Nhật Bản đưa vào sử dụng hệ thống truyền hình trực tuyến qua vệ tinh.
- Năm 1987, thử nghiệm thành công vệ tinh phục vụ cho thông tin di động.
- Ngày nay, hệ thống thông tin vệ tinh đang tiếp tục phát triển và có rất nhiều ứng dụng trong đời sống của con người.
- Các loại quỹ đạo trong thông tin vệ tinh Tùy thuộc vào độ cao của quỹ đạo vệ tinh so với mặt đất, hệ thống thông tin vệ tinh được chia thành [4.
- Nghiên cứu thiết kế antenna vi dải cho hệ thống thu vệ tinh tầm thấp LEO 13 - Quỹ đạo địa tĩnh (GSO – Geostationary Orbit hay GEO – Geostationary Earth Orbit.
- Phân bổ tần số trong thông tin vệ tinh Phân bố tần số cho các dịch vụ vệ tinh là một quá trình phức tạp đòi hỏi sự cộng tác quốc tế và có quy hoạch.
- Vùng 1 : Châu Âu, Châu Phi, Liên Xô cũ và Mông Cổ - Vùng 2 : Bắc Mỹ, Nam Mỹ và Đảo Xanh - Vùng 3 : Châu Á (trừ vùng 1), Úc và Tây nam Thái Bình Dương Trong các vùng này băng tần được phân bố cho các dịch vụ vệ tinh khác nhau, mặc dù một dịch vụ có thể được cấp phát các băng tần khác nhau ở các vùng khác nhau.
- Các dịch vụ do các vệ tinh cung cấp bao gồm.
- Các dịch vụ vệ tinh cố định (FSS.
- Các dịch vụ vệ tinh quảng bá (BSS.
- Các dịch vụ vệ tinh di động (MSS.
- Các dịch vụ vệ tinh đạo hàng - Các dịch vụ vệ tinh khí tượng Từng phân loại trên lại được chia thàng các phân nhóm dịch vụ, chẳng hạn dịch vụ vệ tinh cố định cung cấp các đường truyền cho các mạng điện thoại hiện có cũng như các tín hiệu truyền hình cho các hãng TV cáp để phân phối trên các hệ thống cáp.
- Các dịch vụ vệ tinh quảng bá có mục đích chủ yếu phát quảng bá trực tiếp đến gia đình và đôi khi được gọi là vệ tinh quảng bá trực tiếp (DBS : Direct Broadcast Satellite), ở Châu Âu gọi là dịch vụ trực tiếp đến nhà (DTH : Direct to home).
- Các dịch vụ vệ tinh di động bao gồm : di động mặt đất, di động trên biển và di động trên Nghiên cứu thiết kế antenna vi dải cho hệ thống thu vệ tinh tầm thấp LEO 14 máy bay.
- Các dịch vụ vệ tinh đạo hàng bao gồm các hệ thống định vị toàn cầu và các vệ tinh cho các dịch vụ khí tượng thường cung cấp cả dịch vụ tìm kiếm và cứu hộ.
- Ku là băng hiện nay được sử dụng cho các vệ tinh quảng bá trực tiếp và nó cũng được sử dụng cho một số dịch vụ vệ tinh cố định.
- Băng C được sử dụng cho các dịch vụ vệ tinh cố định và các dịch vụ quảng bá trực tiếp không được sử dụng băng này.
- Băng VHF được sử dụng cho một số dịch vụ di động và đạo hàng, đồng thời cũng được sử dụng để truyền số liệu từ các vệ tinh thời tiết.
- Băng L được sử dụng cho các dịch vụ di động và các hệ thống đạo hàng.
- Đối với các dịch vụ vệ tinh cố định trong băng C, phần bằng được sử dụng rộng rãi nhất là vào khoảng từ 4 đến 6 GHz.
- Nghiên cứu thiết kế antenna vi dải cho hệ thống thu vệ tinh tầm thấp LEO 15 1.4.
- Các hệ thống thông tin liên lạc vệ tinh Hệ thống thông tin di động vệ tinh đã trải qua những biến đổi cách mạng, bắt đầu từ hệ thống thông tin di động vệ tinh hàng hải (INMARSAT) với các vệ tinh ở quỹ đạo địa tĩnh (GSO).
- Năm 1996, INMARSAT phóng 3 trong số 5 vệ tinh của INMARSAT 3 để tạo ra các chùm búp hẹp chiếu xạ toàn cầu.
- Nhờ vậy việc thiết kế đầu cuối mặt đất sẽ đơn giản hơn vì đầu cuối mặt đất sẽ nìn thấy anten vệ tinh với tỷ số giữa hệ số khuếch đại anten và nhiệt độ tạp âm của hệ thống (G/Ts) lớn hơn và EIRP đường xuống sẽ lớn hơn.
- Người ta dự định có thể sử dụng thiết bị đầu cuối mặt đất với kích thước nhỏ chỉ bằng cuốn sổ tay, hiện nay mong muốn này đang dần được hiện thực hóa, kích thước của các thiết bị di động đặt trên mặt đất hoặc trên xe của hệ thống thu tín hiệu từ các vệ tinh GSO đã được thu nhỏ, chỉ tương đương với kích thước của một chiếc vali.
- Với EIRP từ vệ tinh đủ lớn, các máy di động có thể sử dụng các anten có kích thước trung bình cho dịch vụ thu số liệu và thoại.
- Để đảm bảo hoạt động ở vùng sóng viba thấp cho các bộ thu phát cầm tay ở hệ thống vệ tinh GSO cần có anten dù mở (hệ số khuếch đại anten cao) đặt được bên trong thiết bị phóng và công suất phát bổ sung.
- Hiện nay, hãng vệ tinh di động Mỹ (AMSC) có thể cung cấp dịch vụ vệ tinh GSO cho máy thu phát có kích thước bằng một chiếc vali, hãng này sử dụng các vệ sinh GSO đặt ở 1010W.
- Vệ tinh này đảm bảo dịch vụ cho tông tin của người sử Nghiên cứu thiết kế antenna vi dải cho hệ thống thu vệ tinh tầm thấp LEO 16 dụng ở băng L và sử dụng băng Ku (11 – 18 GHz) để trao đổi thông tin với trạm mặt đất, nơi kết nối với mạng PSTN.
- Tất cả các vệ tinh di động cung cấp dịch vụ tiếng phụ thuộc vào anten trạm mặt đất có tính hướng (G > 10dB).
- Hiện nay thông tin di động vệ tinh đang chuyển sang dịch vụ thông tin di động cá nhân (PCS) với các máy thu phát cầm tay.
- Đối với ứng dụng này các vệ tinh phải có quỹ đạo thấp (LEO) và quỹ đạo trung (MEO).
- Các vệ tinh này sử dụng các chùm búp hẹp chiếu xạ mặt đất để tạo thành cấu trúc tổ ong giống như các hệ thống tổ ong mặt đất.
- Tuy nhiên do vệ tinh bay nên các chùm búp này di động và cơ bản trạm di động có thể coi là dừng đối với các búp hẹp (tổ ong) chuyển động khá nhanh.
- Cũng có thể lập trình các búp hẹp này để quét sóng các vùng phục vụ mặt đất và duy trì chiếu cố định như một hệ thống tổ ong.
- Tuy nhiên điều này đòi hỏi các anten phức tạp hơn, chẳng hạn dàn chỉnh pha hay anten quét cơ khí hoặc điều khiển độ cao của quỹ đạo vệ tinh.
- Chủ yêu các dịch vụ số liệu được cung cấp bởi các hệ thống thông tin vệ tinh LEO nhỏ, còn việc cung cấp đồng thời cả số liệu và tiếng sẽ được thực hiện bởi các hệ thống LEO lớn.
- Nói chung các vệ tinh của LEO phức tạp và đắt tiền hơn [4] 1.5.
- Hệ thống vệ tinh tầm thấp LEO Thông thường, các vệ tinh thông tin thường hoạt động ở quỹ đạo địa tĩnh GSO, khoảng 35.000km trên đường xích đạo và các vệ tinh ở quỹ đạo trái đất thấp LEO được sử dụng để theo dõi thời tiết, lập bản đồ tài nguyên và đặt các cảm biến theo dõi trái đất.
- Trong thời gian gần đây, cuộc cách mạng trong ngành công nghiệp thông tin liên lạc vệ tinh đang diễn ra, đó là mạng lưới vệ tinh tầm thấp LEO đang đóng vai trò ngày càng quan trọng trong hệ thống thông tin tốc độ cao.

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt