Hệ thống thông tin vệ tinh - chương 6

Chia sẻ: Khinh Kha Kha | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:21

Thêm vào BST

Báo xấu

146
lượt xem 57
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Phương thức phủ sóng của vệ tinh Anten - Anten có nhiệm vụ phát tín hiệu cao tần (RF) từ trạm mặt đất lên vệ tinh và thu tín hiệu cao tần từ vệ tinh (hoặc ngược lại)

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Hệ thống thông tin vệ tinh - chương 6

H TH NG THÔNG TIN V TINH B môn Thông tin vô tuy n ð i h c công ngh - ðHQG HN Gi ng viên Th m ð c Phương Tel. 0903 229 117 E- Mail: phuongthamduc@yahoo.com Chương 6 – Aten cho TTVT 1. Phương th c ph sóng c a v tinh: Ph sóng r ng, theo khu v c, d ng ñ c bi t, ph sóng ñ m và nhi u ñ m, theo c c hoá 2. Vùng ph sóng c a anten v tinh 3. ð c ñi m c a anten TTVT: Anten trên tr m VT, anten tr m m t ñ t 4. Các lo i anten thư ng ñư c dùng trên tr m v tinh (phân lo i theo hình th c ph sóng) 5. Anten c a tram v tinh m t ñ t 6. K thu t dùng chung anten cho thu và phát 1
Phương th c ph sóng c a v tinh Anten Anten có nhi m v phát tín hi u cao t n (RF) t tr m m t ñ t lên v tinh và thu tín hi u cao t n t v tinh (ho c ngư c l i). Nó ñư c thi t k sao cho gi m thi u nh t can nhi u cao t n l n nhau (RFI), b ng cách s d ng các m t ph n x h i t tín hi u RF. B ti p nh n sóng - loa chi u x (feed horn) c a anten ñư c dùng ñ tách các phân c c ñơn ñ thu ho c phát tín hi u. ð tách ra các phân c c ñơn, anten và b ti p nh n sóng ph i ñư c s p ñ t thích h p v i anten c a v tinh (phù h p v phân c c) Phương th c ph sóng c a v tinh Mi n ph sóng c a v tinh là m t vùng có hình d ng b t kỳ n m trong gi i h n búp sóng ñ n t v tinh, nói cách khác là giao c a búp sóng v i b m t trái ñ t. Trong khi ñó mi n ph c v là mi n mà t i ñó th a mãn ñi u ki n v cư ng ñ trư ng t n s và c c hóa ñã ñ nh. ð ng th i cũng ph i ñ m b o công su t b c x ra ngoài mi n ph c v ph i th t nh ñ không gây nhi u t i các h thông tin khác và ti t ki m công su t phát. V tinh có th ph sóng theo nhi u phương th c như sau: + Ph sóng r ng (ph sóng toàn c u): Trong trư ng h p này, b r ng búp sóng b ng góc nhìn c a v tinh ñ a tĩnh (17,50). V i phương th c này thư ng s d ng anten loa. 2
Phương th c ph sóng c a v tinh Ph sóng khu v c: • Mi n ph sóng gi i h n trong m t khu v c nh hơn so v i trư ng h p trên. Mi n ph sóng c a anten gi i h n trong ph n b m t trái ñ t nhìn th y t v tinh, vì búp sóng thu h p l i nên ñ m ph i tăng lên, nên trên v tinh thư ng s d ng anten m t ph n x . Phương th c ph sóng c a v tinh Ph sóng d ng ñ c bi t: Mi n ph sóng ñư c ñ nh d ng sao cho trùng kh p v i khu v c ph c v . Vi c kh ng ch mi n b c x c a anten (gi n ñ ñ nh hư ng) có th ñư c th c hi n b ng cách ñ nh d ng m t ph n x , dùng nhi u loa chi u x hay dùng anten m ng pha: ð nh d ng m t ph n x : Vi c ñ nh d ng m t ph n x làm thay ñ i ti t di n búp sóng (m t ph n x hình elip se r o ra búp sóng hình elip ), tuy nhiên vi c kh ng ch các múi ph làm cho phương pháp này tr nên ph c t p. Nh thay ñ i m t ph n x có th cho phép t o ra mi n ph sóng v i hình d ng tùy ý, nhưng v n ñ t ng h p ñ có ñư c m t ph n x mong mu n là khó. S d ng cách này thì hình d ng mi n ph sóng t n t i trong suôt th i gian t n t i c a v tinh, hay ít ra là cho ñ n khi ñư c thay th . 3
Phương th c ph sóng c a v tinh λ λ2 πD 2 θ 3dB = 70 AHD = Ga = ηS a = η D 4π 4 λ π  2 48360η θ1 = 70 G = η   D1D2 = D1 λ  θ1θ 2 λ θ 2 = 70 D2 1 D M t ph n x 2 D Loa chi u x Phương th c ph sóng c a v tinh λ θ 3dB = 70 Gmax=20dB 4GHz ta có D∼ 0,3m, vì th dùng anten loa D 4
Bài t p Tính ñư ng kính c a anten v tinh trong trư ng h p ph sóng toàn c u, t ñó ch ra nên dùng lo i anten nào. T n s làm vi c là 4GHz Gi i: Ph sóng r ng (ph sóng toàn c u): Trong trư ng h p này, b r ng búp sóng b ng góc nhìn c a v tinh ñ a tĩnh (17,50). λ Ga = η (πD / λ ) 2 θ 3dB = 70 D Gmax=20dB 4GHz ta có D∼ 0,3m, vì th dùng anten loa Bài t p: Ch n lo i anten ñ t o ra búp sóng ñ m có ñ r ng là 10 t n s 6GHz. Tính h s khu ch ñ i c a anten. Phương th c ph sóng c a v tinh S d ng nhi u loa chi u x cho cùng m t m t ph n x Có th b trí nhi u loa chi u x g n tiêu ñi m c a m t ph n x . Vi c t h p các búp sóng riêng s t o ra mi n ph sóng v i hình d ng tùy ý. Khi v tinh ñang trên qu ñ o v n có th thay ñ i hình d ng mi n ph sóng cho phù h p v i s thay ñ i v nhu c u thông tin hay s thay ñ i v trí c a v tinh. 5
Anten t¨ng Ých cao nhiÒu bóp sãng • Anten nhiÒu bóp sãng (MBA) ®−îc thiÕt kÕ cho c¸c hÖ vÖ tinh ë d¶i tÇn Ka, t¹o ra nh÷ng bóp sãng hÑp mang dung l−îng lín, v miÒn phñ sãng linh ho¹t. • MBA gåm nh÷ng bóp sãng ®èm t¨ng Ých cao, dïng c«ng nghÖ “®èm nh¶y” cã thÓ phñ sãng quèc gia, khu vùc, hay to n cÇu. MiÒn phñ sãng ®−îc l¸t b»ng nh÷ng ®èm nhá dïng c«ng nghÖ t¸i sö dông tÇn sè ®Ó n©ng cao dung l−îng hÖ thèng. MBA Ýt bóp sãng phô, ®é c¸ch ly ph©n cùc chÐo cao, v cã tÝnh linh ho¹t cao vÒ miÒn phñ sãng • VÖ tinh dïng MBA cßn cã −u ®iÓm l dung l−îng kªnh lín h¬n, v cã kh¶ n¨ng thÝch øng víi sù thay ®æi cÊu h×nh sö dông cña m¹ng ngay trªn vÖ tinh Phương th c ph sóng c a v tinh S d ng anten m ng pha: Các thành ph n cơ b n c a m ng anten là các loa chi u x , các b chia công su t và quay pha, ñư c k t h p v i nhau ñ t o thành gi n ñ ñ nh hư ng c a anten. ð t o thành gi n ñ ñ nh hư ng c ñ nh thì s d ng các b chia công su t và quay pha c ñ nh. ð t o thành gi n ñ ñ nh hư ng v i d ng có th thay ñ i ñư c thì ph i s d ng các b chia công su t và quay pha có th thay ñ i ñư c. Original feed network 6
32 X 32 Element X/Ku-band Array Antenna Test 7
Ph sóng ñ m ð t o ra nh ng búp sóng r i nhau v i cùng m t anten b ng cách ñ t s lư ng loa chi u x tương ng v i k tiêu ñi m c a m t ph n x . M i loa chi u x cung c p tín hi u t nh ng máy phát khác nhau, các búp sóng s chi u ñ n nh ng nơi khác nhau trên m t ñ t tùy theo v trí c a loa chi u x . N u kho ng cách gi a các búp sóng ñ l n có th s d ng l i t n s . Ngoài ra có th tăng thêm ñ cách ly b ng cách s d ng c c hóa tr c giao v i nhau. Ph sóng theo c c hóa: D a theo ñăc tính phân c c cũng có th chia vùng ph sóng theo c c hóa. Ph sóng ñ m • Bóp sãng ®èm tËp trung n¨ng l−îng v o mét chïm bøc x¹ rÊt hÑp, do ®ã miÒn chiÕu x¹ trªn mÆt ®Êt chØ l mét ®èm nhá, nh−ng mËt ®é n¨ng l−îng tíi lín, chØ cÇn anten nhá ë tr¹m mÆt ®Êt. §Ó ®¹t ®−îc diÖn tÝch bao phñ cña mét anten th«ng th−êng, cÇn cã nhiÒu “®èm”. §iÒu ®ã thùc hiÖn b»ng c¸ch ®iÒu khiÓn cho bóp sãng ®èm quÐt trong vïng cÇn phñ sãng, hay l dïng anten cã nhiÒu bóp sãng ®èm cè ®Þnh. • Trong vÖ tinh ACTS (Advanced Communications Technology Satellite) NASA dïng c«ng nghÖ “®èm nh¶y” cho nªn gi¶m ®−îc sè bóp sãng ®èm cÇn thiÕt. Bóp sãng lia liªn tôc trong miÒn phñ sãng, cã t¸c dông t−¬ng ®−¬ng nhiÒu bóp sãng v mçi tr¹m mÆt ®Êt tù biÕt ®Ó truyÒn tÝn hiÖu lªn vÖ tinh khi bóp sãng räi ®Õn nã. C¸ch l m n y còng t¨ng kh¶ n¨ng chèng “nhiÔu tÝch cùc” cña hÖ thèng 8
Bóp sãng ®èm Bao phñ b»ng anten khu vùc, hoÆc anten nhiÒu “®èm” 9
C¸c lo¹i bóp sãng (®èm, khu vùc, to n ch©u lôc) Sù t¸i sö dông tÇn sè Spot Vùng ph sóng c a anten thông tin v tinh • Mi n ph sóng là mi n trong ñư ng biên mà tăng ích gi m 3 dB. • Ch c năng c a anten thông tin v tinh là t p trung công su t phát trong m t góc không gian nh t ñ nh (anten phát) hay thu tín hi u t m t vùng ph sóng nh t ñ nh (anten thu) • M t s thông s c a anten g n lưu ý: tăng ích anten, ñ m (aperature) anten, gi n ñ ñ nh hư ng c a anten. 10
ð c ñi m c a anten thông tin v tinh Anten trên tr m v tinh ði u ñ u tiên c n xét t i là môi trư ng, vi c ñ t trên không gian làm cho anten ph i thích nghi ñư c v i s thay ñ i c a nhi t ñ . Nhi t ñ t thay ñ i gi a ngày và ñêm có th khi n cho kích thư c anten thay ñ i. Do ñó v t li u s d ng c n ph i tính toán r tk . M c dù v i anten v tinh thì nói chung búp sóng không c n ph i h p nhưng tăng ích và hư ng tính c a anten c n ph i ñáp ng ñư c các yêu c u c a v tinh. H u h t các v tinh ñ a tĩnh ñ u s d ng các anten có tăng ích và hư ng tính cao ñ ch ng l i suy hao do kho ng cách. Tuy nhiên do các v tinh này thư ng ph sóng m t khu v c c ñ nh, và v trí c a nó ít thay ñ i do ñó ñây không ph i là v n ñ l n. Nhưng c n lưu ý duy trì ñúng tư th c a v tinh và anten ñ duy trì ñúng hư ng. Các anten có ñ c ñi m là nh g n, nh và d l p ráp, nó thư ng có kích thư c kho ng t 2-3 mét. ð c ñi m c a anten thông tin v tinh Anten trên tr m v tinh V i các v tinh qu ñ o th p, thư ng s d ng các anten có hư ng tính th p hơn. Tín hi u thư ng ñư c truy n và nh n v i m t góc r ng hơn, và thay ñ i khi v tinh di chuy n. Do ñó các v tinh này thư ng hi m khi s d ng anten ph n x parabol. 11
ð c ñi m c a anten thông tin v tinh Anten tr m m t ñ t Anten tr m m t ñ t s d ng ñ truy n và thu tín hi u t v tinh thì thay ñ i tùy theo ng d ng. Các anten ph n x parabol thư ng ñư c s d ng, tuy nhiên ñôi khi cũng có th s d ng anten Yagi. Kích thư c c a anten có th thay ñ i ñáng k . Các anten parabol s d ng ñ thu truy n hình v tinh có kích thư c r t nh . Tuy nhiên nh ng anten s d ng cho các m c ñích chuyên nghi p có kích thư c r t l n, có th lên t i hàng ch c mét. Anten cho thông tin v tinh c n ph i ñư c l a ch n r t c n th n ñ ñáp ng ñư c nh ng nhu c u c th . Có th tính toán các thông s cho anten, d a theo t n hao trên ñư ng truy n, t s S/N, m c công su t phát, ñ nh y máy thu... M t anten nh kích thư c 70 cm có th s d ng ñ thu tr c ti p tín hi u truy n hình t v tinh nhưng không th dùng ñ truy n các chương trình lên v tinh b i vì c n có m c tín hi u cao hơn ñ có th ñ m b o có th truy n v trái ñ t ch t lư ng hình nh t t. ð c ñi m c a anten thông tin v tinh Anten tr m m t ñ t 12
Các lo i anten ñư c dùng trên tr m v tinh Các lo i anten ñư c dùng trên tr m v tinh 13
Các lo i anten ñư c dùng trên tr m v tinh Các lo i anten ñư c dùng trên tr m v tinh Có 4 lo i anten thư ng ñư c s d ng trên tr m v tinh ñó là dipole tuy n tính (anten dây), anten loa, anten dàn và anten m t ph n x . Anten dây thư ng ñư c s d ng d i VHF, UHF cho thông tin c a h th ng TT&C. Lo i anten này cung c p vùng ph sóng theo m i hư ng s d ng chính lúc phóng v tinh và ñưa vào qu ñ o, khi mà các anten chính chưa m ra ho c chưa s d ng ñư c. 14
Các lo i anten ñư c dùng trên tr m v tinh Anten loa ñư c s d ng t n s siêu cao khi c n có búp sóng r ng, ñ ph sóng toàn c u và khu v c. Loa là ph n loe ra c a ng d n sóng cho nên có d i t n r ng và ph i h p tr kháng t t v i không gian t do. Loa cũng có th dùng ñ chi u x cho m t ph n x ñơn ho c kép. Loa và m t ph n x là nh ng ví d c a anten có ñ m phát sóng vào không gian t do t ng d n sóng. Tuy nhiên v i anten loa thì khó có th ñ t ñư c tăng ích l n hơn 23 dB ho c ñ r ng chùm h p hơn 100. Khi ñó ph i s d ng anten m t ph n x ho c anten dàn. ð cung c p ñ m l n hơn so v i anten loa và anten m t PX, c n ph i t o ra m t sóng ph ng m t ph n x . Hình d ng thư ng dùng c a m t PX là anten parabol (th c ch t là m t anten loa nh ñ t tiêu ñi m c a m t PX parabol. ðây cũng là lo i anten thông d ng nh t c a tr m m t ñ t cũng như c a tr m v tinh. Các anten này có th dùng ñ t o ra các ñ m ho c ph sóng các ph n trái ñ t. S d ng nhi u b chi u x loa có th ph sóng nh ng khu v c c th . ð c ñi m c a anten thông tin v tinh M t s lo i anten 15
Anten d¹ng l−íi d¨ng réng • Anten trªn vÖ tinh thÕ hÖ míi dïng nh÷ng bé ph¶n x¹ nhÑ ë d¹ng l−íi d¨ng réng cã ®−êng kÝnh 6 ~ 30 m, miÒn phôc vô ®Þnh d¹ng hay gåm nhiÒu bóp sãng ®èm, ®¶m b¶o phñ sãng chÊt l−îng cao c¶ mét khu vùc hay to n cÇu ë c¸c d¶i tÇn C v Ku. • ChÊt l−îng anten ®−îc c¶i thiÖn b»ng c¸ch san ®Òu c−êng ®é tr−êng trong miÒn phôc vô, cho gi¶m t¨ng Ých ë ®−êng biªn (c¶i thiÖn 60- 100% vÒ h−íng tÝnh ®Þnh d¹ng so víi anten cã mÆt ph¶n x¹ thÓ r¾n), v c¾t hÕt bóp sãng phô. CÊu tróc cña anten d¹ng l−íi d¨ng réng • MÆt ph¶n x¹ ®Þnh d¹ng bóp sãng l mét cÆp mÆt cong ë thÓ l−íi c¨ng trªn hai v nh tang trèng cña mét khung l m b»ng ªp«xy graphit d¨ng réng ®−îc, mçi mÆt cong ®−îc thiÕt kÕ theo mét d¹ng s¬ ®å ph−¬ng h−íng ® cho. CÊu tróc h×nh trèng n y nhÑ, hiÖu suÊt bøc x¹ cao, ®é æn ®Þnh nhiÖt vÒ kÝch th−íc cao, v tû sè “®é cøng ch¾c/ träng l−îng” cao. • VÖ tinh Thuraya (d¶i tÇn L) sö dông mÆt l−íi ph¶n x¹ h×nh parab«l cã φ = 12.25m; VÖ tinh INMARSAT 4 còng dïng mÆt l−íi ph¶n x¹ φ = 9m cho d¶i tÇn L. • Trªn c¬ së tèi −u ho¸ c¸c anten ë d¶i tÇn L, ng−êi ta thiÕt kÕ anten trªn vÖ tinh ë c¸c d¶i C v Ku 16
Anten d¹ng l−íi d¨ng réng K thu t dùng chung anten cho thu và phát Thông thư ng, mu n th c hi n ñư c c 2 ch c năng thu và phát thì ph i có 2 anten. ði u này s gây ra t n kém và s làm cho kích thư c tr ng lư ng tăng lên. Tuy nhiên chúng ta có th s d ng m t thi t b g i là Duplexer ñ s d ng chung m t anten cho c thu và phát. Duplexer có th xem như m t switch thu-phát. Duplexer c n ph i th c hi n ñư c các ch c năng chính sau: k t n i anten v i ph n phát trong su t quá trình truy n (và ng t k t n i v i ph n thu), k t n i anten v i ph n thu trong su t quá trình nh n (và ng t k t n i v i ph n truy n), và luôn luôn cách ly ph n thu v i ph n phát. Có 3 lo i multiplexer thư ng ñư c s d ng 17
K thu t dùng chung anten cho thu và phát Duplexer phân nhánh Ưu ñi m chính là lo i này ñơn gi n, nh g n và giá thành th p. Như c ñi m chính là băng thông h p (5%) K thu t dùng chung anten cho thu và phát Duplexer cân b ng Lo i này có ưu ñi m v kh năng làm ch ñư c công su t và băng thông. Như c ñi m chính là kích thư c 18
K thu t dùng chung anten cho thu và phát Circulator Ferrite Là lo i thông d ng nh t, thư ng ñư c s d ng trong các h th ng m i. Như tên g i c a nó, thi t b này có kh năng luân chuy n công su t t c ng này sang c ng khác cho phép s d ng nó như m t duplexer. Tuy nhiên do công su t phát có th truy n ngư c tr l i ph n phát cho nên thư ng c u trúc như circulator có 4 c ng. ði u này có th th c hi n b ng cách dùng 2 circulator 3 c ng ho c circulator d ch pha vi sai, v n có 4 c ng (thư ng dùng). K thu t dùng chung anten cho thu và phát Circulator Ferrite Trong trư ng h p này, c n có m t thi t b b o v ph n thu b i vì tùy theo băng thông và thi t k , circulator thư ng ch có kh năng cách ly gi a ph n thu và ph n phát kho ng 10 ñ n 20 dB. Giá tr này ch ch p nh n ñư c v i m t s h th ng công su t r t th p. DO ñó ph i có thêm m t b b o v Gi ng như lo i cân b ng, lo i circulators ferrite có băng thông r ng và chúng ñang ñư c thu g n d n. Nói chung lo i này cho s cân b ng nh t gi a các y u t : kích thư c, giá thành, và các ñ c tính khác 19
K thu t dùng chung anten cho thu và phát KoDSat’s Ground Contact Analysis (6/7) Satellite Attitude - Before contact region, the satellite points its S- band antenna to Nadir direction. - Back to the Sun pointing after the contact region Result - Nice contact region. - Degraded KoDSat power balancing 20