BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN THÔNG TIN VỆ TINH

Hệ thống thông tin vệ tinh là hệ thống truyền và nhận các thông tin khác nhau như thoại, dữ liệu, hình ảnh giữa các điểm, các vùng trên mặt đất một cách gián tiếp qua vệ tinh hay đây là

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN TỬ-VIỄN THÔNG

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN: THÔNG TIN VỆ TINH

Lớp : LUH16

Hà Nội 11/2021

Chương 1: Giới thiệu tổng quan về thông tin vệ tinh

1.1 Khái niệm cơ bản về hệ thống thông tin vệ tinh

 Một vệ tinh nhân tạo hay gọi ngắn gọn là vệ tinh, là bất kỳ 1 vật thể nào do con người chế tạo nên quay xung quanh Trái đất cho các mục đích khoa học, quân sự hoặc liên lạc

 Hệ thống thông tin vệ tinh là hệ thống thông tin có sự tham gia của vệ tinh Vệ tinh đóng vai trò là trạm chuyển tiếp tín hiệu ở ngoài không gian Hệ thống thông tin vệ tinh là hệ thống truyền và nhận các thông tin khác nhau như thoại, dữ liệu, hình ảnh giữa các điểm, các vùng trên mặt đất một cách gián tiếp qua vệ tinh hay đây là hệ thống thông tin với trạm chuyển tiếp hay tiếp sức là ở ngoài không gian rất cao với mặt đất

 Có rất nhiều ứng dụng, dịch vụ phổ biến của thông tin vệ tinh như: truyền hình vệ tinh, radio vệ tinh, mạng doanh nghiệp, dịch vụ video, thông tin di động qua vệ tinh, dịch

vụ băng rộng, dịch vụ internet qua vệ tinh

1.2 Sơ lược về lịch sử ra đời

 10/1957: Liên Bang Xô Viết là nước đầu tiên phóng thành công vệ tinh nhân tạo Sputnik Mở ra chương mới của loài người đó là sử dụng vệ tinh trong thông tin và trong các vấn đề khác như định vị, cứu hộ,

 1958: Mỹ nối tiếp Liên Xô phóng thành công vệ tinh đầu tiên

 1964: Thành lập tổ chức thông tin vệ tinh quốc tế INTELSAT

 24/9/1998: Thủ tướng chính phủ ký quyết định thông qua dự án VINASAT

 14/8/2008: VINASAT1 là vệ tinh viễn thông địa tĩnh đầu tiên của Việt Nam được phóng lên quỹ đạo VINASAT2 được phóng vào ngày 16/5/2012

1.3 Đặc điểm của thông tin vệ tinh

Ưu điểm:

 Do vệ tinh ở vị trí rất cao (bán kính vệ tinh địa tĩnh là 42164km), vệ tinh có thể phủ sóng một vùng rất rộng trên bề mặt trái đất (cụ thể khoảng 40% bề mặt trái đất), không bị giới hạn bởi địa hình, rất thích hợp với vùng sâu, vùng xa, đồi núi, hải đảo Chỉ cần 3 vệ tinh là có thể phủ sóng hầu hết toàn bộ bề mặt Trái Đất (ở vĩ độ 81.3 độ trở lên không phủ sóng được)

 Thông tin vệ tinh có băng thông rộng, có thể truyền được các dòng số tốc độ cao, truyền đa dịch vụ, đa phương tiện như thoại, dữ liệu tốc độ cao và hình ảnh

 Việc lắp đặt và di chuyển một hệ thống thông tin vệ tinh trên mặt đất tương đối nhanh chóng và không phụ thuộc vào cấu hình mạng cũng như hệ thống truyền dẫn.

 Thông tin vệ tinh chịu ảnh nhiều bởi điều kiện thời tiết như mưa

1.4 Quỹ đạo vệ tinh thông tin

Vệ tinh thông tin sử dụng 2 quỹ đạo chính là:

 Quỹ đạo địa tĩnh

 Quỹ đạo phi địa tĩnh (quỹ đạo elip)

Quỹ đạo địa tĩnh

 Nằm trong mặt phẳng xích đạo

 Là một quỹ đạo tròn (bán kính quỹ đạo là 42164km)

 Vệ tinh trong quỹ đạo địa tĩnh bay với vận tốc góc bằng với vân tốc góc quay của trái đất, do đó đối với một điểm trên bề mặt trái đất nhìn vệ tinh dường như thấy vệ tinh đứng yên

 Ưu điểm của vệ tinh địa tĩnh là nhìn rất rõ trong thông tin

 Nhược điểm của vệ tinh địa tĩnh là khoảng cách xa

Quỹ đạo phi địa tĩnh (quỹ đạo elip)

 Ưu điểm là có thể phủ sóng được 2 cực (ở vĩ độ trên 81.3 độ), có thể sử dụng quỹ đạo tầm thấp phục vụ cho nhiều mục đích như chụp ảnh, thông tin di dộng,

 Nhược điểm là phải sử dụng ít nhất 2 vệ tinh để phủ sóng 24/7 một cách trọn vẹn

1.5 Quỹ tài nguyên tần số

Sử dụng 3 băng tần số:

 Băng C: Đường lên 6GHz - Đường xuống 4GHz

 Băng Ku: Đường lên 14GHz - Đường xuống 12GHz

 Băng Ka (vệ tinh chưa khai thác) f > 20GHz

Chương 2: Quỹ đạo vệ tinh

2.1 Một số khái niệm và thuật ngữ cơ bản cho quỹ đạo của vệ tinh

+ Quỹ đạo của vệ tinh: là hành trình trong không gian mà vệ tinh bay hết một vòng xung quanh Trái Đất

+ Chu kỳ bay: là thời gian mà vệ tinh bay hết một vòng xung quanh Trái Đất

+ Mặt phẳng quỹ đạo: mặt phẳng chứa quỹ đạo của vệ tinh

+ Góc ngẩng (Elevation): là góc hợp thành giữa đường chân trời tính từ điểm đặt trạm mặt đất và đường thẳng nối trạm mặt đất với vệ tinh

Góc ngẩng đó nằm trong mặt phẳng chứa 3 điểm: vệ tinh, trạm mặt đất và tâm Trái đất.+ Góc phương vị (Azimuth): góc hợp bởi hình chiếu của vệ tinh trên mặt phẳng nằm ngang và đường hướng lên cực Bắc Trái Đất

2.2 Cơ sở xây dựng quỹ đạo vệ tinh

Cơ sở xây dựng quỹ đạo vệ tinh bay xung quanh Trái Đất là dựa vào 3 định luật Kepler

và 3 định luật Newton

a) Các định luật của Kepler

+ Định luật Kepler thứ nhất: “Vệ tinh bay xung quanh Trái Đất theo quỹ đạo elip nhận Trái Đất là một trong 2 tiêu điểm của elip.”

Hình 2.1 Quỹ đạo vệ tinh theo định luật Kepler thứ nhất

a là bán trục lớn hay trục chính của elip

b là bán trục bé hay trục phụ của elip

+ Định luật Kepler thứ 2: “Đường nối từ vệ tinh tới tâm Trái Đất quét những vùng có diện tích bằng nhau trong những khoảng thời gian bằng nhau.”

Hình 2.2 Định luật Kepler thứ hai+ Định luật Kepler thứ ba: “Bình phương của chu kỳ quỹ đạo vệ tinh tỉ lệ thuận với lũy thừa bậc ba của bán trục lớn của quỹ đạo elip.”

Theo đinh luật Kepler thứ ba, chu kỳ bay của vệ tinh xung quanh Trái Đất là:

b) Các định luật của Newton

+ Định luật 1: “Mọi vật giữ nguyên trạng thái nghỉ hoặc chuyển động thẳng đều của nó cho đến khi có lực tác dụng buộc nó phải thay đổi trạng thái đó.”

+ Định luật 2: “Đạo hàm của động lượng của chất điểm theo thời gian tỉ lệ với lực tác dụng.”

Có thể biểu diễn dưới dạng công thức như sau:

F = m.d^2r/dt^2=mr (2.3)

Trong đó, F là tổng của tất cả các lực tác động lên chất điểm có khối lượng

m, r là gia tốc

+ Định luật 3: “Trong mọi trường hợp, khi vật A tác dụng lên vật B một lực, thì vật B cũng tác dụng lại vật A một lực Hai lực này có cùng giá trị, cùng độ lớn, nhưng ngược chiều.”

2.3 Một số dạng quỹ đạo vệ tinh

2.3.1 Quỹ đạo địa tĩnh

Quỹ đạo vệ tinh địa tĩnh thỏa mãn các điều kiện sau:

+ Độ cao của vệ tinh: 35786 km

+ Vệ tinh chuyển động cùng chiều quay với chiều quay của Trái Đất

+ Là quỹ đạo đồng bộ với Trái Đất: Chu kỳ bay của vệ tinh bằng chu kỳ quay của Trái Đất xung quanh trục Bắc Nam

Ưu điểm của quỹ đạo địa tĩnh:

+ Đảm bảo cho thông tin ổn định và liên tục suốt 24h trong ngày

+ Vùng phủ sóng của vệ tinh rất lớn

+ Các trạm mặt đất ở xa có thể liên lạc trực tiếp Hệ thống gồm 3 vệ tinh có thể phủ sóng gần hết trái đất

Nhược điểm của quỹ đạo địa tĩnh:

+ Thiết bị thường có giá thành cao

+ Không phủ sóng được những vùng có vĩ độ cao hơn 81,3 độ

+ Chất lượng đường truyền phụ thuộc nhiều vào thời tiết

+ Tính bảo mật không cao.

+ Suy hao truyền sóng lớn

Ứng dụng: Được sử dụng làm quỹ đạo cho các vệ tinh thông tin, đảm bảo thông tin cho

các vùng có vĩ độ nhỏ hơn 81,3 độ Quỹ đạo vệ tinh địa tĩnh được sử sụng phổ biến nhất với nhiều loại hình dịch vụ khác nhau

2.3.2 Quỹ đạo phi địa tĩnh

Quỹ đạo nghiêng elip thỏa mãn các điều kiện sau đây:

+ Vệ tinh chuyển động liên tục so với mặt đất và chu kỳ quanh khác với chu kỳ quanh của Trái Đất

+ Mặt phẳng quỹ đạo nghiêng 63 độ 26 phút so với mặt phẳng xích đạo

Ưu điểm: Có thể phủ sóng các vùng có vĩ độ cao hơn 81,3 độ.

Nhược điểm:

+ Mỗi trạm phải có ít nhất 2 anten và anten phải có cơ cấu điều chỉnh chum tia

+ Để đảm bảo liên tục trong 24h trong ngày thì cần nhiều vệ tinh

Ứng dụng:

+ Được sử dụng làm quỹ đạo cho các vệ tinh thông tin đảm bảo thông tin cho các vùng có

vĩ độ lớn hơn 81,3 độ

+ Ứng dụng trong việc nghiên cứu khoa học, quân sự, khí tượng thủy văn…

Xét đến 2 quỹ đạo LEO và quỹ đạo MEO:

Quỹ đạo LEO và quỹ đạo MEO cần đảm bảo thỏa mãn các điều kiện sau:

+ Quỹ đạo LEO là quỹ đạo có độ cao trong khoảng 500 km đến 10000 km

Quỹ đạo MEO là quỹ đạo có độ cao trong khoảng 10000 km đến 20000 km

+ Có vận tốc góc lớn hơn vận tốc góc của Trái Đất

Ưu điểm:

+ Tổn hao đường truyền nhỏ hơn do vệ tinh bay ở độ cao thấp hơn, nên phù hợp với thông tin di động

+ Trễ truyền sóng nhỏ.

+ Công suất phát không cần quá lớn, độ nhạy máy thu không yêu cầu cao, kích

thước anten nhỏ, trọng lượng vệ tinh không lớn, trạm mặt đất giá thành rẻ

Nhược điểm:

+ Phải sử dụng nhiều vệ tinh 24/24h để đảm bảo phát sóng toàn cầu

+ Thời gian nhìn thấy vệ tinh ngắn và vùng phủ sóng của vệ tinh luôn thay đổi

+ Mỗi trạm phải có ít nhất 2 anten và anten phải có cơ cấu điều chỉnh chum tia

+ Điều khiển và bám vệ thống thông tin vệ tinh rất phức tạp

+ Tuổi thọ vệ tinh không cao khi bay trong quỹ đạo LEO do nằm trong vành đai ion hóa.Ứng dụng: được sử dụng làm quỹ đạo cho vệ tinh thông tin đảm bảo thông tin cho các trạm mặt đất di động

2.4 Một số thông số cơ bản của vệ tinh địa tĩnh

2.4.1 Khoảng cách từ vệ tinh địa tĩnh đến một trạm mặt đất, R.

Công thức tính: d= √(a+h )2+a2−2 a (a+h) coslE cos ⁡(¿−Ls)

Trong đó: là bán kính Trái Đất, tính bằng 6378 km

h là độ cao của vệ tinh địa tĩnh so với mặt đất, xấp xỉ bằng 35786 km

cos = cos l cos L ( Với: L là hiệu 2 kinh độ của vệ tinh và trạm mặt đất; l là vĩ độ của trạm mặt đất)

2.4.2 Góc ngẩng của anten trạm mặt đất

Giá trị của góc ngẩng được xác định theo công thức:

Cosθ = sinφ/ √1+(a+h a )2−2.(a+h a ) cosφ (2.5)

Trong đó: φlà góc phương vị; θ là góc ngẩng

2.4.3 Vĩ độ cao nhất mà vệ tinh địa tĩnh có thể phủ sóng

Vệ tinh địa tĩnh có thể phủ sóng các diện tích khác nhau trên Trái Đất nằm ở vị trí có vĩ

độ nhỏ hơn hoặc bằng 81,3 độ

2.4.4 Diện tích phủ sóng

Đối với một vệ tinh địa tĩnh, diện tích có thể phủ sóng rất rộng có thể lớn hơn hoặc bằng 1/3 diện tích bề mặt Trái Đất

2.5 Một số thông số cơ bản của vệ tinh phi địa tĩnh (quỹ đạo elip)

Các thông số cần nói đến khi xem xét một vệ tinh phi địa tĩnh bao gồm:

+ Bán kính trục lớn a, bán kính trục bé b

+ Chu kỳ quỹ đạo

+ Các điểm cần chú ý:

+ Điểm mọc (Ascending node): điểm cắt giữa quỹ đạo vệ tinh và mặt phẳng xích đạo khi

vệ tinh di chuyển từ Nam lên Bắc

+ Điểm lặn (Descending node): điểm cắt giữa quỹ đạo vệ tinh và mặt phẳng xích đạo khi

vệ tinh di chuyển từ Bắc xuống Nam

+ Viễn điểm (Apogee): điểm xa Trái Đất nhất trên quỹ đạo

+ Cận điểm (Perigee): điểm gần Trái Đất nhất trên quỹ đạo

+ Góc nghiêng (Inclination): Góc hợp bởi giữa mặt phẳng quỹ đạo và mặt phẳng xích đạo

2.6 Câu hỏi và bài tập

Bài toán 1 : Xác định vĩ độ cao nhất mà vệ tinh địa tĩnh có thể phủ song

Bài toán 2 : Tính khoảng cách từ vệ tinh VINASAT-1 ( 132° E ) đến trạm mặt đất tại Hà Nội ( 21° N ,106 ° E )

Bài toán 3 : Tính góc ngẩng của anten thu tại trạm mặt đất tại Tp Hồ Chí Minh (

10° N ,106 ° E¿ để thu tín hiệu vệ tinh VINASAT-1 tốt nhất

Bài toán 4 : Tinh thời gian trễ tín hiệu khi một người xem trực tiếp 1 trận bóng ở Hà Nội

được tường thuật trực tiếp qua truyền hình vệ tinh K+ từ Tp Hồ Chí Minh

Bài toán 5 : Người ta nói vệ tinh địa tĩnh có thể phủ sóng hơn 40% bề mặt trái đất, vậy

con số chính xác là bao nhiêu

Bài toán 6 : Quỹ đạo hình elip

Vì độ lệch tâm e =0.02 rất nhỏ suy ra coi như chuyển động tròn Chu kỳ vệ tinh

xo = ro.cos θ = -21634.5

yo = ro.sin θ = 6493.5

Suy ra nằm ở góc phần tư thứ 2

Chương 3: Kiến trúc hệ thống thông tin vệ tinh

Một hệ thống thông tin sẽ bao gồm 2 phần cơ bản là phần thu và phần phát Tuy nhiên hệ thống thông tin vệ tinh sẽ có thêm 1 phần trung gian ở giữa, đó chính là phần vệ tinh trên không gian

Kiến trúc tổng quát một hệ thống thông tin vệ tinh bao gồm: phần không gian và phần mặt đất Phần không gian bao gồm vệ tinh thông tin, trạm đo lường điều khiển và bám vệ tinh đặt ở mặt đất (hệ thống TT&C - Telemetry, Tracking & Command)

1 Phần mặt đất

Phần mặt đất bao gồm các trạm mặt đất với chức năng chính là thu phát

Nhiệm vụ của trạm mặt đất phát: tiếp nhận tín hiệu từ nguồn phát, xử lý tín hiệu sau

đó phát tín hiệu ở tần số và mức công suất thích hợp lên vệ tinh

Nhiệm vụ của trạm mặt đất thu: thu các sóng mang trên đường xuống của vệ tinh ở tần

số chọn trước, xử lý tín hiệu chuyển thành các tín hiệu băng gốc, sau đó cung cấp tín hiệucho nguồn thu

Kiến trúc trạm mặt đất đơn giản bao gồm:

 Hệ thống anten (Antenna system)

 Hệ thống cáp nối (Feeder)

 Bộ song công khi sử dụng anten cho cả phát và thu

 Phần phát: Dữ liệu cho tuyến lên (Uplink Data) được đưa đến bộ điều chế

(Modulator) để điều chế tín hiệu vào sóng mang Đầu ra bộ điều chế được đưa đến bộ nâng tần (Upconverter) để nâng tần số phát của tuyến lên trước khi đưa qua bộ khuếch đại công suất cao tần (HPA: High Power Amplifier) Tín hiệu cao tần đầu ra được lọc và đưa qua bộ song công để đưa ra anten phát Anten phát chuyển tín hiệu sang sóng điện từ

và phát lên vệ tinh

 Phần thu: Tín hiệu ở dạng sóng điện từ từ vệ tinh phát xuống đưa qua anten thu

chuyển thành tín hiệu điện, sau đó đưa qua bộ song công và bộ khuếch đại tạp âm thấp (LNA: Low Noise Amplifier) để khuếch đại tín hiệu và duy trì mức tạp âm thấp Tín hiệucao tần được đưa qua bộ hạ tần (Downconverter) để hạ xuống tần số trung tần trước khi đưa vào bộ giải điều chế (Demodulator) Đầu ra bộ giải điều chế là dữ liệu ở băng cơ sở

 Hệ thống điều khiển anten (Antenna Control)

Trong hệ thống thông tin vệ tinh, vệ tinh đóng vai trò như một trạm chuyển tiếp với chức năng của một trạm lặp (Repeater) Vệ tinh thu tín hiệu từ các trạm mặt đất phát, xử lý, biến đổi sang tần số khác và khuếch đại lên một công suất yêu cầu rồi phát lại xuống trạmmặt đất thu Kiến trúc vệ tinh gồm 2 phần chính: phân hệ thông tin (Payload) và phần nền(Platform).

Phân hệ thông tin (Payload) - tải hữu ích

Tín hiệu được thu vào anten và qua lọc thông dải BPF (Band Pass Filter) sẽ tới bộ khuếchđại tạp âm thấp LNA Sau bộ LNA, tín hiệu đưa vào bộ hạ tần (trộn tần với bộ dao động nội LO - Local Oscillator) để đổi cố định cho toàn băng tương ứng với băng tần tuyến xuống Đầu ra sẽ được lọc và được tiền khuếch đại công suất P.PA Sau đó tín hiệu tách

ra tương ứng với băng thông mỗi bộ phát đáp khác nhau, trong đó sẽ thực hiện lọc, bù tổnhao L.Comp (Loss Compensator), bù trễ D.Comp (Delay Compensator), bù, hạn biên tần

số F.Comp (Frequency Compensator) và khuếch đại công suất tương ứng

Chức năng của phân hệ thông tin:

 Thu sóng mang được phát từ trạm mặt đất

 Lọc, hạn chế tối đa nhiễu từ các hệ thống vô tuyến khác

 Khuếch đại sóng mang thu được trong khi hạn chế tối đa tạp âm và méo Cung cấpcông suất đủ lớn trong băng tần xác định tại đầu vào anten phát của vệ tinh

 Biến đổi tần số sóng mang đường lên sang tần số sóng mang đường xuống

 Bức xạ sóng mang trong băng tần xác định tới vùng được xác định trên bề mặt Trái Đất

Phần nền (Platform): Đảm bảo các điều kiện yêu cầu cho tải hữu ích (Payload) thực

hiện các chức năng của một trạm phát lặp Phần nền có các hệ con như ổn định tư thế, vị

trí vệ tinh, hệ thống giám sát, đo lường từ xa và điều khiển (TT&C), hệ thống cung cấp

và quản lý năng lượng, hệ thống điều hòa nhiệt, hệ đẩy và hệ thống khung vỏ

b Hệ thống đo lường điều khiển từ xa và bám vệ tinh TT&C

Hệ thống TT&C là một hệ thống được xây dựng trên mặt đất thực hiện nhiệm vụ quản lý

vệ tinh, đảm bảo các điều kiện cần thiết cho vệ tinh trên quỹ đạo hoạt động bình thường trong hệ thống thông tin vệ tinh Các hoạt động của hệ thống TT&C bao gồm:

 Thu các tham số đo của vệ tinh

 Phát các lệnh điều khiển lên vệ tinh

 Cung cấp các số liệu định khoảng cách

 Điều khiển và giám sát các thiết bị của hệ thống vệ tinh thông tin

Chương 4: Phân tích thiết kế tuyến thông tin vệ tinh

4.1 Các tham số cơ bản của tuyến liên lạc thông tin vệ tinh

Tính toán tuyến lên

Trong đó: LTx, LRx là suy hao do feeder phát và thu;

Lp(d) là suy hao truyền sóng;

GTx, GRx là tăng ích của anten phát trạm mặt đất và anten thu trên vệ tinh

Độ tăng ích của ăng ten:

Theo lý thuyết anten, hệ số tăng ích của một anten G được biểu thị bằng biểu thức:

( , ) ( , )

trong đó:

 G( , )  là hệ s tăng ích của anten theo hướng ( , ) 

  là hiệu suất anten;

 D( , )  là hệ số định hướng của anten theo ( , ) 

Góc  tính trong mặt phẳng đứng và góc  tính trong mặt phẳng ngang

Với các anten sóng siêu cao, ví dụ anten parabol sử dụng trong thông tin vệ tinh thì độtăng ích cực đại Gmaxcủa anten có thể được xác định theo biểu thức:

  : bước sóng

 A eff : diện tích hiệu dụng của anten (

2.4

eff

D

A  

, D là đường kính anten)

Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương

Công suất bức xạ với một góc đặt của một anten phát vô hướng được cấp điện bởi một nguồn tần số vô tuyến, ký hiệu là PT Đối với hướng bức xạ có độ tăng ích là GT Tích số

PT GT là công suất bức xạ đẳng hướng tương đương, ký hiệu là EIRP (Equivalent

Isotropic Radiated Power):

    được gọi là mật độ thông lượng

công suất có thứ nguyên

Công suất tín hiệu thu được và tổn hao sóng truyền trong không gian tự do

Một anten thu có diện tích hiệu dụng của anten là A eff được đặt các xa anten phát một khoảng cách R, sẽ thu được một công suất PR là:

trong đó Lfs được gọi là tổn hao truyền sóng không gian tự do và nó được đặc trưng cho

tỷ số của công suất thu và công suất phát trong một tuyến liên lạc giữa hai anten vôhướng

L FS (dB )=92,44+ 20 log10d (km)+20 log10f up(GHz )

Trong đó:

fup là tần số hướng lên;

d là khoảng cách từ trạm mặt đất tới vệ tinh

Đối với vệ tinh địa tĩnh, khoảng cách từ trạm mặt đất tới vệ tinh là

d=√(R E+h)2+R E2−2 RE(R E+h)cosl E cos(L E−L S)

Với: IE là vĩ độ của trạm mặt đất;

LE là kinh độ của trạm mặt đất;

LS là kinh độ của vệ tinh;

h là chiều cao tự trạm mặt đất tới vệ tinh, h=35786 km;

RE là bán kính trung bình của Trái Đất, RE=6378 km

4.2 Ảnh hưởng của tầng khí quyển đến kênh truyền

Tầng khí quyển là môi trường truyền sóng có ảnh hưởng trực tiếp đến sóng truyền trong

hệ thống thông tin vệ tinh Trong tầng khí quyển thì các tác động rõ nét nhất đến kênh truyền là các ảnh hưởng của tầng đối lưu và tầng điện ly

4.2.1 Ảnh hưởng của tầng đối lưu

Tầng đối lưu là tầng khí quyển nằm từ sát mặt đất và lên đến độ cao khoảng: 10km ở các vùng cực, 12km ở các vùng ôn đới, 20km ở vùng xích đạo

Tầng đối lưu có chiết suất biến đổi đều theo độ cao Do vậy tia sóng sẽ bị uốn cong chứ không còn truyền theo quỹ đạo thẳng (hiện tượng khúc xạ khí quyển)

Ảnh hưởng chính của tầng đối lưu là làm suy hao tín hiệu

Có 2 nguyên nhân chính:

+ Hấp thụ do hạt nước (mưa)

+ Hấp thụ phân tử

a Hấp thụ do các hạt nước

Dưới góc độ vật lý có thể giải thích sự hấp thụ sóng trong các hạt nước nhỏ đó như sau:

 Do tác động trường của sóng truyền lan, trong các hạt nước nhỏ có tính bán dẫnđiện sẽ có dòng điện dịch Mật độ các dòng điện dịch có một giá trị tương đối nào đó.Mật độ dòng điện cũng tỉ lệ với tần số, do đó nó chỉ có giá trị đáng xem xét ở dải sóngsiêu cao (sóng cm và mm) Chính sự tổn hao năng lượng trong các hạt nước đó gây nên

sự hấp thụ năng lượng sóng truyền lan

 Sự xuất hiện dòng các hạt nước hoặc mây mù chính là nguyên nhân gây nên cácdòng bức xạ khuếch tán hoặc bức xạ thứ cấp Trong thực thế sự khuếch tán như vậy tạo

nên hiệu ứng hấp thụ theo phương truyền lan của sóng nhưng cũng chính sự khuếch tán

đó lại là bức xạ thứ cấp theo phương truyền lan cần thiết

Dạng mây mù Kích thước trung bình

hạt nước (micron)

Số lượng hạt nướctrong 1 cm3

Lượng nước củamây mù g/m3Yếu

Trung bình

Dày đặc

5550

60600600

0.030.32.3Bảng 3.1: Các đặc tính cơ bản của mây mù

Qua nhiều khảo sát thực nghiệm cũng nhận thấy rằng sóng vô tuyến truyền trong vùng cómưa thì đối với các sóng trong dải sóng siêu cao, nếu tần số càng cao thì hấp thụ cànglớn Đối với các sóng trong dải quang thì hấp thụ trong mây mù lớn hơn trong hấp thụsóng trong mưa

b Hấp thụ phần tử

Các sóng vô tuyến có bước sóng ngắn hơn 1.5 cm (f > 20 GHz) thì hấp thụ sóng còn dotác động trường của sóng đến các phân tử khí trong tầng đối lưu Các dạng hấp thụ đóđược gọi là hấp thụ phần tử và được quan sát xem xét trong điều kiẹn trời trong, khôngmưa và không mây mù Trong trường hợp này, sóng truyền lan bị tiêu hao do đốt nóngvật thể, ion hóa hoặc kích thích các nguyên tử, phân tử khí dưới dạng hóa quang Khi hấpthụ, các nguyên tử và phân tử chuyển từ trạng thái năng lượng thấp đến trạng thái nănglượng cao Do phần lớn các mức năng lượng có tính rời rạc cho nên các quá trình chuyểnhóa các mức năng lượng cũng có đặc tính cộng hưởng chọn lọc, và do đó hấp thụ sóng vôtuyến trong trường hợp này cũng có tính chọn lọc Có nghĩa là có những tần số mà ở đó

hệ số hấp thụ sẽ bé hơn một cách đột ngột chứ không tăng theo quy luật

Suy hao do mưa trong thông tin vệ tinh được tính như sau:

L R ( dB)= ∝ R(dB km)× d RAIN(km)

∝ R(dB km) là hệ số suy hao do mưa trên 1 km

DRAIN (km) là cự ly chịu mưa trong tuyến lên

Xác định DRAIN