ĐỒ án THÔNG TIN và TRUYỀN HÌNH vệ TINH

ĐỒ án THÔNG TIN và TRUYỀN HÌNH vệ TINH ,ĐỒ án THÔNG TIN và TRUYỀN HÌNH vệ TINH ,ĐỒ án THÔNG TIN và TRUYỀN HÌNH vệ TINH ,ĐỒ án THÔNG TIN và TRUYỀN HÌNH vệ TINH ,ĐỒ án THÔNG TIN và TRUYỀN HÌNH vệ TINH ĐỒ án THÔNG TIN và TRUYỀN HÌNH vệ TINH ,ĐỒ án THÔNG TIN và TRUYỀN HÌNH vệ TINH ,ĐỒ án THÔNG TIN và TRUYỀN HÌNH vệ TINH ,ĐỒ án THÔNG TIN và TRUYỀN HÌNH vệ TINH ,ĐỒ án THÔNG TIN và TRUYỀN HÌNH vệ TINH

Lời nói đầu

Trong quân sự cũng nh trong nền kinh tế quốc dân, thông tin giữ một vai trò hết sức quan trọng, nó là đòn bẩy thúc đẩy sự phát triển của đất nớc trên tất cả các lĩnh vực: kinh tế, chính trị, văn hoá Và đặc biệt, khi xã hội bùng nổ thông tin nh hiện nay thì việc làm chủ thông tin, có một hệ thống thông tin hiện đại là nhu cầu cấp bách của nhiều quốc gia

Cũng nh hệ thống thông tin cáp quang thì hệ thống thông tin vệ tinh mới

đ-ợc xây dựng và phát triển Trong những năm 50, ngời ta mới nghiên cứu đến thông tin vệ tinh và đến năm 1967 mới bắt đầu đa vào khai thác Tuy nhiên, nó

đã thể hiện nhiều tính u việt, khẳng định tính vợt trội hơn các loại hình thông tin khác Đặc biệt là bắt đầu từ những năm 80, các dịch vụ thông tin vệ tinh đợc khai thác mạnh mẽ với hiệu quả cao, thể hiện tính phát triển tất yếu của mỗi quốc gia

Trong xu thế phát triển của vệ tinh thông tin nêu trên thì việc nghiên cứu học tập để có một kiến thức sâu rộng về thông tin vệ tinh là rất cần thiết Qua quá trình học tập tại Học viện kĩ thuật quân sự, đợc các thầy giáo truyền thụ nhiều kiến thức bổ ích và quý báu, làm hành trang để trở thành ngời sĩ quan trong Quân

đội nhân dân Việt Nam, xuất phát từ sự quan tâm của cá nhân, cùng với sự hớng dẫn và khích lệ tận tình của thầy giáo Lê Tân Phơng, tôi mạnh dạn chọn đồ án tốt nghiệp với đề tài “thông tin và truyền hình vệ tinh” và có bố cục nh sau:

Chơng I: Tổng quan về hệ thống thông tin vệ tinh

Chơng II: Điều chế, ghép kênh và đa truy nhập trong thông tin vệ tinh Chơng III: Bài toán năng lợng trong đờng truyền thông tin vệ tinh

Chơng IV: Truyền hình vệ tinh

Do thời gian có hạn và phạm vi đồ án đặt ra tơng đối rộng nên không thể tránh khỏi những hạn chế, thiếu sót Tôi rất mong nhận đợc những ý kiến đóng

góp quý báu của các thầy giáo, của tất cả những ai quan tâm đến vấn đề này để

có thể hoàn thiện đợc tốt hơn

Để hoàn thành đợc đồ án tốt nghiệp, tôi xin gửi lời cảm ơn trân trọng tới tất cả các thầy giáo đã giảng dạy tôi trong suốt thời gian qua, đặc biệt là các thầy giáo trong khoa Vô tuyến điện tử Xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc đến thầy giáo Lê Tân Phơng, ngời đã tận tình hớng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian nghiên cứu

đồ án tốt nghiệp

Chơng I

Tổng quan về hệ thống thông tin vệ tinh

Để nghiên cứu sâu về thông tin vệ tinh, trớc hết chúng ta sẽ nghiên cứu một cách tổng quát về thông tin vệ tinh, xem xét các vấn đề cơ bản nhất về nguyên lí thông tin vệ tinh, trạm mặt đất và vệ tinh thông tin Từ đó có hớng phát triển đúng đắn về thông tin vệ tinh

1.1 Giới thiệu chung.

1.1.1 Nguyên lí thông tin vệ tinh.

Thông tin vệ tinh là mạng thông tin giữa các trạm thông tin mặt đất bằng cách chuyển tiếp tín hiệu qua một hoặc một vài vệ tinh nhân tạo có khả năng thu

- phát tín hiệu - vệ tinh thông tin Đờng thông tin phát từ trạm mặt đất lên vệ tinh gọi là đờng lên, đờng thông tin phát từ vệ tinh xuống trạm mặt đất gọi là đờng xuống (Hình 1.1)

Một mạng lới gồm các trạm mặt đất và vệ tinh thông tin có thể kết lối với nhau để đảm bảo thông tin gọi là hệ thống thông tin vệ tinh Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinh gồm hai phần chính: Phần không gian và phần mặt đất (Hình 1.2)

* Phần không gian:

- Vệ tinh thông tin: Thu tín hiệu từ trạm phát - khuếch đại - phát lại tới trạm thu Vệ tinh thông tin có tác dụng nh một trạm lặp tín hiệu của tuyến thông tin siêu cao tần

- Hệ thống TTC & M (Tracking, Telemetry, Control and Monitoring):

Đảm bảo các chức năng đo xa, bám, điều khiển và giám sát nhằm duy trì hoạt

động bình thờng cho vệ tinh thông tin

- Hệ thống cung cấp nguồn (pin mặt trời + ac quy)

* Phần mặt đất: Phần thông tin, phần nghiệp vụ, phần nguồn và phần nhà trạm

- Bộ điều chế và giải điều chế

- Thiết bị sóng mang đầu cuối

- Thiết bị điều khiển và giám sát

1.1.2 Phân loại hệ thống vệ tinh.

Có nhiều cách phân loại hệ thống vệ tinh khác nhau, có thể phân loại theo khoảng cách quỹ đạo của vệ tinh, theo mục đích sử dụng Nếu phân loại theo vị trí tơng đối của vệ tinh so với trái đất thì có 2 loại sau:

* Ưu điểm:

- Yêu cầu công suất phát và độ nhạy thu không cao, trễ tín hiệu nhỏ

- Chi phí để phóng vệ tinh lên quỹ đạo không lớn lắm

Giải

điều chế

T/h băngtần cơ bản

Hình 1.2 Sơ đồ khối tối giản của hệ thống thông tin vệ tinh

Do vậy hệ thống vệ tinh không đồng bộ đợc sử dụng chủ yếu cho thông tin di

động

1.1.2.2 Hệ thống vệ tinh địa tĩnh (Hình 1.3b)

Đó là hệ thống mà vệ tinh đợc phóng lên quỹ đạo địa tĩnh có độ cao cỡ

36.000 km Nó chuyển động trên mặt phẳng xích đạo với vận tốc góc có độ lớn

và chiều đúng bằng vận tốc góc của trái đất tự quay quanh trục của nó nên vệ tinh coi nh đứng yên so với trái đất Hệ thống này có một số u, nhợc điểm sau:

* Ưu điểm:

- Vùng phủ sóng rộng, thông tin đảm bảo liên tục

* Nhợc điểm:

- Trễ tín hiệu lớn do đờng truyền dài

- Yêu cầu công suât phát và độ nhạy máy thu của các trạm phải lớn

- Chi phí để phóng vệ tinh lên quỹ đạo rất tốn kém

Do vậy hệ thống vệ tinh địa tĩnh thờng đợc sử dụng cho hệ thống thông tin toàn cầu

1.1.3 Đặc điểm của thông tin vệ tinh.

Khoảng cách tơng đối của một vệ tinh địa tĩnh so với trái đất là khoảng 36.000km Do đó một vệ tinh địa tĩnh có thể phủ sóng 1/3 trái đất và với 3 vệ tinh

địa tĩnh có khả năng phủ sóng toàn cầu

1.1.3.2 Dung lợng thông tin lớn.

Vì băng tần công tác rộng, cỡ 500MHz nhờ áp dụng kĩ thuật sử dụng lại băng tần nên hệ thống thông tin vệ tinh cho phép đạt tới dung lợng lớn trong một khoảng thời gian ngắn mà không có loại hình thông tin nào có thể đạt tới

1.1.3.3 Khả năng thông tin và độ tin cậy thông tin cao.

Tuyến thông tin của hệ thống vệ tinh địa tĩnh chỉ có 3 trạm, trong đó vệ tinh thông tin đóng vai trò là trạm lặp tín hiệu và 2 trạm đầu cuối trên mặt đất, vì thế xác suất h hỏng trên tuyến là rất thấp Khả năng liên lạc thông suốt theo thống kê

có thể đạt 99,99% thời gian liên lạc trong một năm

1.1.3.4 Chất lợng thông tin cao.

Đờng thông tin có chất lợng cao vì ảnh hởng can nhiễu khí quyển và pha đing

là không đáng kể Tốc độ lỗi bit có thể đạt 10-8 cho một sóng mang số 2048 Kbps

1.1.3.5 Khả năng thiết lập thông tin nhanh và tính linh hoạt cao.

Hệ thống thông tin đợc thiết lập nhanh chóng trong điều kiện các trạm mặt

đất ở rất xa nhau về mặt địa lí Dung lợng có thể thay đổi linh hoạt tuỳ theo yêu cầu khai thác và sử dụng

1.1.3.6 Đa dạng về các loại hình dịch vụ.

- Dịch vụ thoại, Fax, telex cố định

- Dịch vụ phát thanh, truyền hình quảng bá

- Dịch vụ thông tin di động qua vệ tinh

- Dịch vụ DAMA,VSAT, đạo hàng, cứu hộ hàng hải

1.1.3.7 Băng tần công tác của thông tin vệ tinh cao

Băng C : 6/4 GHz - Dùng trong thông tin thơng mại.

Băng X : 8/7 GHz - Dùng trong thông tin quân sự và chính phủ

Băng Ku: 14/12 GHz - Dùng trong thông tin thơng mại

Băng Ka: 30/20 GHz - Băng tần số mới

Thông thờng khoảng tần số cao dùng cho đờng lên và khoảng tần số thấp hơn

đợc dùng cho đờng xuống

1.2 Trạm mặt đất

Trạm mặt đất trong hệ thống thông tin vệ tinh có chức năng phát tín hiệu lên vệ tinh và thu tín hiệu từ vệ tinh phát về Tín hiệu sau khi vợt qua đờng truyền dài cỡ 37.000km đến anten thu của trạm mặt đất đã rất yếu (xấp xỉ -150 dBW), vì thế việc đảm bảo chất lợng thiết bị từ anten trở xuống bộ giải điều chế có ảnh h-ởng quyết định đến chất lợng hệ thống thông tin vệ tinh

1.2.1 Phân loại trạm mặt đất.

Theo quy định của Intelsat, trạm mặt đất thờng đợc phân thành các loại A,B,C tuỳ theo hệ số phẩm chất G/T và đờng kính anten trạm mặt đất (Hình 1.4)

B (11m)

A mới (1517m)

F3(10m) F2

(8m)

D2(11m)

C (1113m)

Ngoài ra, có thể phân loại trạm mặt đất tuỳ theo dịch vụ liên lạc qua vệ tinh Thí dụ, với dịch vụ cố định thì có trạm mặt đất cố định, còn với các dịch vụ

di động thì có trạm mặt đất di động (Bảng 1.1a, 1.1b)

Quốc tế Đờng dàinội địa truyền hìnhQuảng bá DBS VSAT

FDMA,

FDMA,TDMA,CDMA

Bảng 1.1a Các trạm mặt đất điển hình cho dịch vụ cố định và quảng bá

Bảng 1.1b Các trạm mặt đất điển hình cho dịch vụ di động

1.2.2 Cấu trúc của trạm mặt đất.

Trạm mặt đất trong thông tin vệ tinh có cấu trúc cơ bản (hình 1.5) bao gồm các hệ thống sau:

- Hệ thống anten

- Hệ thống thu

- Hệ thống phát

- Hệ thống điều khiển và giám sát

- Hệ thống cung cấp nguồn và điều hoà

Điều khiển

anten Điều khiển và giám sát Nguồn

Tạo băng tần cơ bản

Hình 1.5 Cấu trúc trạm mặt đất

Anten

đảm bảo điều khiển anten trạm mặt đất bao giờ cũng hớng đúng vào vệ tinh Bộ lọc thu phát siêu cao tần (Duplexer), dùng để ngăn cách ảnh hởng lẫn nhau giữa tín hiệu phát và thu do dùng anten chung ở đây cần lu ý là khi thiết kế trạm, ng-

ời ta cố gắng bố trí các ống dẫn sóng nối thiết bị thu - phát đến anten là ngắn nhất để giảm tổn hao do ống dẫn sóng gây ra Anten trạm mặt đất đợc một hệ thống cơ khí vững chắc đảm bảo nâng đỡ anten trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt nhất

1.2.2.2 Hệ thống thu tín hiệu.

Do tín hiệu thu về rất yếu nên bộ khuếch đại tạp âm nhỏ (LNA) đợc đặt ngay đầu thu của anten để tránh suy hao trên phiđơ Nhằm giảm nhiệt tạp âm hệ thống, ngời ta cố gắng chọn LNA có nhiệt tạp âm càng nhỏ càng tốt

1.2.2.3 Hệ thống phát tín hiệu.

Công suất phát trạm mặt đất thờng cỡ vài W đến vài kW tuỳ theo dung ợng thông tin của trạm Dung lợng càng lớn thì công suất phát càng lớn kể cả phát dự trữ vài dBW công suất cho trờng họp ma lớn để dự trữ năng lợng cho đ-ờng lên

1.2.2.4 Hệ thống điều khiển và giám sát.

Để điều khiển và giám sát toàn bộ hoạt động của trạm mặt đất, ngời ta dùng hệ thống CMA (Control Monitoring and Alarm System) đợc điều khiển bằng hệ thống máy tính năng lực cao có các phần mềm ứng dụng đủ để kiểm soát

hệ thống giúp ngời khai thác hệ thống nắm vững tình trạng tức thời của trạm mặt

đất Các chức năng của CMA gồm:

- Theo dõi và điều khiển công suất phát theo tiêu chuẩn

- Theo dõi công suất tín hiệu thu, tức tỉ số C/N

- Theo dõi và điều khiển hệ thống tự động bám vệ tinh

- Theo dõi các thiết bị xử lí tín hiệu nh: Modem IDR, thiết bị đổi tần lên, xuống.

- Theo dõi chất lợng tín hiệu hình

1.2.2.5 Hệ thống cung cấp nguồn và điều hoà.

Để đảm bảo thông tin liên lạc trạm mặt đất đợc cấp nguồn bằng nguồn

điện không bị ngắt (UPS - Uninterapted Power Supply), UPS phải có dự phòng và cung cấp nguồn ổn định cho phép đủ công suất cho toàn bộ thiết bị trong trạm mặt đất Tất cả các thiết bị điện tử trong trạm mặt đất đều bắt buộc làm việc trong

điều kiện môi trờng tốt (nhiệt độ 200C và độ ẩm ≤ 45%) để đảm bảo an toàn, duy trì tuổi thọ và chất lợng thông tin

1.2.3 Anten trạm mặt đất.

1.2.3.1 Yêu cầu đối với anten trong thông tin vệ tinh

Anten là một trong những thiết bị quan trọng nhất của hệ thống thông tin

vệ tinh, đặc biệt là với trạm mặt đất, nó chiếm tới 50% giá thành trạm và thậm trí còn hơn thế Bản thân anten quyết định cấu hình và hoạt động khai thác của trạm mặt đất cũng nh của vệ tinh thông tin Vì thế, để đảm bảo chất lợng thông tin, anten trong thông tin vệ tinh phải đáp ứng các yêu cầu sau:

a Hệ số tăng ích và hiệu suất cao

* Hệ số tăng ích: Hệ số tăng ích của anten (Ga) là một thông số quan trọng, quyết định không những chất lợng anten mà cả chất lợng quy mô của trạm mặt

đất Ta có:

Ga = 42λ

π .A.ηa (1.1)

Trong đó:

A - Diện tích hiệu dụng của anten [ ]m ;2

λ - Bớc sóng công tác [ ]m ;

ηa- Hiệu suất anten [ ]%

Đối với anten gơng tròn, đờng kính D(m), ta có:

giảm búp sóng phụ càng nhỏ càng tốt Tỷ số giữa mức búp sóng sau và mức búp sóng chính thể hiện chất lợng anten càng nhỏ càng tốt.

c Tạp âm nhỏ

Tạp âm anten đợc đánh giá qua nhiệt tạp âm anten (ta sẽ xét riêng ở chơng III) Nhiệt tạp âm nhỏ sẽ góp phần đảm bảo tỷ số G/T theo yêu cầu

d Đặc tính phân cực tốt

Anten cần có tính phân cực tốt để việc sử dụng lại tần số một cách hiệu quả

Có các loại phân cực ngang, phân cực đứng, phân cực tròn trái và tròn phải

có độ chắc chắn cơ học cao để tránh các tác động bên ngoài nh gió, bão, động

đất

1.2.3.2 Các loại anten dùng trong trạm mặt đất.

Trạm mặt đất thờng sử dụng một số loại anten (bảng 1.2), mỗi anten có một mặt phản xạ chính và nguồn bức xạ đặt ở tiêu điểm của Parabol nên sóng bức xạ từ mặt Parabol sẽ là sóng phẳng

a Anten Parabol có sơ cấp đặt ở tiêu điểm

Anten loại này đợc dùng chủ yếu ở các trạm thu (không phát) và các trạm nhỏ có dung lợng thấp

b Anten Cassegrain

Hệ thống bức xạ của anten gồm: Mặt phản xạ chính là một gơng Parabol

có tiêu điểm là O1 Mặt phản xạ phụ là một gơng Hypebol Feehorn (nguồn bức xạ vô cấp) có tâm pha tơng đơng là O2 và nối đến Duplexer Tham số chủ yếu của anten Cassegrain đợc xác định nh sau:

Giá trị góc mở 2θ của anten thờng chọn từ (1400 ữ 1800) trên cơ sở đặc tính bức xạ và kết cấu cơ khí của anten Giá trị F/D liên quan chặt chẽ đến chỉ tiêu chất lợng anten cũng nh tải trọng gió chịu đựng và nhiệt tạp âm Giá trị Ds/D th-ờng chọn cỡ 1/10 có tính đến ảnh hởng che chắn của mặt phản xạ và khả năng tạo chùm tia của anten

- Suy hao sóng chỉ xảy ra ở mặt gơng phản xạ phụ theo phơng truyền sóng nên hiệu suất anten cao và biên độ búp sóng nhỏ, nhiệt tạp âm nhỏ.

- Giá thành tơng đối hợp lý

* Nhợc điểm:

- Chất lợng cha cao

Anten Cassegrain đợc dùng chủ yếu cho các trạm mặt đất loại A

c Anten lệch (bù)

Anten lệch có bộ phận phiđơ, gơng phản xạ phụ đợc đặt ở vị trí lệch một ít

so với hớng trục của gơng phản xạ để các bộ phận phiđơ và gơng phản xạ không chặn đờng đi của tia sóng Do đó, búp sóng phụ giảm và hệ số định hớng tốt hơn

so với anten Cassegrain

* Đặc tính phân cực nhỏ.

Trạm mặt đất quy mô nhỏ và chất l- ợng cao.

1.2.3.3 Thiết bị bám vệ tinh.

Mặc dù vệ tinh đợc đặt trên quỹ đạo địa tĩnh, coi nh đứng yên so với trái

đất nhng trong thực tế do sức hút của trái đất, mặt trăng, mặt trời nên vị trí và độ nghiêng của nó trên quỹ đạo bị thay đổi Để đảm bảo chất lợng thông tin vệ tinh, anten trạm mặt đất phải hớng đúng (bám) vào vệ tinh Hiện nay có bốn phơng pháp bám vệ tinh đợc dùng nh sau:

- Phơng pháp bám theo kiểu xung đơn: Phơng pháp này dựa trên cơ sở thu

và quan sát các kiểu sóng đứng làm việc bằng các Feedhorn phụ đặt xung quanh Feedhorn chính Tách các kiểu sóng đang làm việc, dựa vào thiết bị phân tích để xác định mức độ lệch hớng của anten trạm mặt đất với vệ tinh Phơng pháp này

có độ chính xác cao nhng hệ thống bám phải làm việc liên tục làm cho kết cấu cơ khí của anten chóng bị mài mòn và vì thế ít đợc dùng trong thông tin vệ tinh th-

ơng mại

- Phơng pháp bám theo kiểu từng nấc: Theo nguyên lí bám này thì vệ tinh phát xuống mặt đất tín hiệu dẫn đờng (Beacon) có các tần số thờng dùng: (3947,5; 3948; 3952; 3953,5)MHz, Trong đó hai tần số thờng dùng là: (3947,5 và 3953,5)MHz, còn hai tần số khác dùng khi phóng vệ tinh hoặc là đa vệ tinh vào

đúng vị trí quỹ đạo, thiết bị bám vệ tinh sẽ giám sát tín hiệu Beacon của vệ tinh

mà trạm mặt đất sử dụng tại những khoảng thời gian nhất định, thiết bị sẽ lấy mẫu ở một số thời điểm trong cửa sổ Mức điện của các mẫu sẽ đợc đem so sánh

để xác định xem vệ tinh có ở đúng trọng tâm cửa sổ hay không Bộ điều khiển sẽ

ra lệnh cho anten quay đúng về hơng có mức Beacon lớn nhất và trong trờng hợp tín hiệu Beacon bất ngờ tụt xuống dới mức chuẩn đã định thì thiết bị bám sẽ đợc khởi động lại ngay lập tức Theo phơng pháp này, anten trạm mặt đất không phải liên tục đợc điều khiển để bám theo vệ tinh nh kiểu bám xung đơn nên đỡ tốn năng lợng và ít làm mòn các kết cấu cơ khí nhng ít chính xác hơn Phơng pháp bám vệ tinh này đang đợc sử dụng phổ biến trong thông tin vệ tinh thơng mại

- Phong pháp bám vệ tinh theo chơng trình: Phơng pháp này dựa trên số liệu thiên văn của các vị trí quỹ đạo vệ tinh đợc đoán trớc do Intelsat cung cấp cho các trạm mặt đất Các số liệu thích hợp này thờng đợc thông báo trớc hai tuần Nó đợc phần mềm xử lý và đa ra các tín hiệu điều khiển anten bám vệ tinh Phơng pháp này không cần có các thiết bị xử lý tín hiệu Beacon và không cần có các thiết bị xử lý tín hiệu kèm theo nên kinh tế hơn các phơng pháp khác.

- Phơng pháp bám vệ tinh kiểu nhân công: Phơng pháp này chỉ thực hiện ở các trạm mặt đất nhỏ vì anten ở đấy có búp sóng lớn nên anten chỉ cần điêù chỉnh hàng tuần, hàng tháng theo kiểu bật điện cho các mô tơ chạy hoặc chỉnh bằng tay trong các lần bảo dỡng định kì

1.2.4 Bộ khuếch đại tạp âm nhỏ.

Tín hiệu thu từ vệ tinh về rất yếu (xấp xỉ -150dBW) trên nền tạp âm khá lớn do anten trạm mặt đất cảm ứng từ môi trờng, vì thế chất lợng tín hiệu rất kém

Để đảm bảo chất lợng thông tin, cần phải giảm tạp âm trong tầng khuếch đại Vì

là các bộ khuếch đại dải rộng (lớn hơn 500MHz) nên chúng phải đợc chế tạo sao cho tạp âm nội bộ thấp và không làm tăng nhiệt tạp âm hệ thống, đảm bảo hệ số tín/tạp lớn - bộ khuếch đại đó gọi là bộ khuếch đại tạp âm nhỏ (LNA) Hiện nay

có 3 phơng án thiết kế bộ khuếch đại tạp âm nhỏ:

- Bộ khuếch đại tham số

- Bộ khuếch đại dùng GaAs- FET

- Bộ khuếch đại dùng HEMT

Trong đó phổ biến là bộ khuếch đại tham số

1.2.4.1 Bộ khuếch đại tham số.

Bộ khuếch đại tham số hoạt động theo nguyên lý sau: Khi có một tín hiệu kích thích đặt lên một Diot biến dung, các tham số mạch điện của nó thay đổi và tạo ra một điện trở âm, vì thế tín hiệu đợc khuếch đại Chính sự biến đổi của Diot

biến dung do tín hiệu kích thích đợc dùng cho khuếch đại, việc giảm điện trở đổi của Diot biến dung mắc nối tiếp với điện dung sẽ tạo ra các đặc tính tạp âm nhỏ

Ta xét một sơ đồ nguyên lý LNA điển hình (hình 1.7 và 1.8) là loại khuếch đại

ba tần số

Bộ khuếch đại tham số có một số hạn chế sau:

Đ/Cbiên độ

Đầu ra Đ/C

* Cần có mạch tạo ra tần số bơm.

* Khó điều chỉnh và không phù hợp với việc sản xuất hàng loạt vì mạch sử dụng ống dẫn sóng

* Băng tần hẹp

* Bất lợi về độ tin cậy và bảo dỡng

Do vậy hiện nay ít đợc sử dụng

1.2.4.2 Bộ khuếch đại GaAs- FET.

Bộ khuếch đại GaAs- FET (Tranzistor trờng - bán dẫn hỗn hợp Gali và Arsenic) đợc dùng ở vùng tần số cao Chúng đợc dùng nhiều làm bộ khuếch đại tạp âm nhỏ trong thông tin vệ tinh vì có đặc tính tạp âm nhỏ Do sự tiến bộ về công nghệ, GaAs- FET ngày càng đợc cải thiện tốt hơn

1.2.4.3 Bộ khuếch đại dùng HEMT.

1979 1980 1981 1982 1983

Năm

HEMT (Tranzistor trờng có độ linh động điện tử cao) gần đây đợc đa vào

sử dụng trong thực tế HEMT lợi dụng hiệu ứng chất khí điện tử hai chiều với độ linh động cao và phù hợp với khuếch đại tạp âm nhỏ, tần số cao Đặc tính tạp âm nhỏ của HEMT tốt hơn GaAs - FET với cùng chiều dài điện của cực cổng nhờ độ linh động cao hơn Hiệu ứng chất khí điện tử sẽ đặc biệt tốt khi cơ cấu đợc làm lạnh HEMT có băng tần rộng, kích thớc nhỏ, giá thành thấp và dễ bảo dỡng, rất thuận lợi để sản xuất hàng loạt

Điều kiện làm

việc

Làm lạnh khí Hêli

Làm lạnh nhiệt điện

Không làm lạnh nhiệt độ trong phòng

Làm lạnh nhiệt điện

Làm lạnh nhiệt điệnNhiệt

900K hoặc thấp hơn

1800K hoặc thấp hơn

Xấp xỉ

1200K

Xấp xỉ

1200KBăng

2200K hoặc thấp hơn

3000K hoặc thấp hơn

2000K hoặc thấp hơn

Tạp âm thấp, kích thớc vô cùng nhỏBảng 1.3 So sánh các bộ khuếch đại tạp âm nhỏ (LNA)

Phần tử cho ion hoá

As(AlGa) loại n Không pha GaAs

(a)

Điện tử

Nguồn

Cổng Màng bảo vệ Cực máng

Lớp điện tử

độ linh động cao

(AlGa)As GaAs Nền GaAs bán dẫn

1.2.5 Bộ khuếch đại công suất lớn.

Để khuếch đại tín hiệu mức công suất đủ lớn đa ra anten phát lên vệ tinh, các trạm mặt đất thờng sử dụng các bộ khuếch đại công suất lớn (HPA) có công suất từ vài chục W đến vài kW tuỳ theo dung lợng thông tin của trạm mặt đất Tuỳ theo mức công suất và băng tần sử dụng, các bộ khuếch đại công suất hiện nay thờng dùng: Đèn sóng chạy TWTA; Đèn Klistron; Tranzistor trờng FET

Loại HPA

* Làm lạnh bằng nớc khi công suất

ra khoảng 10kW

* Làm lạnh bằng không khí khi công suất lên đến vài kW

* Làm lạnh bằng nớc khi công suất

ra khoảng 10kW

* Làm lạnh bằng không khí tự nhiên

Bảng 1.4 So sánh các bộ khuếch đại công suất lớn (HPA)

f1+f2-f3 2f2-f1Phổ tần số đầu vào Đặc tuyến vào - ra Phổ tần số đầu ra

Hình 1.11 Méo xuyên điều chế

Ta giả sử tính chất phi tuyến biểu thị bằng: k = C1x+ C3x3 (1.5)

và ba sóng mang ω 1 , ω 2 , ω 3 biểu thị bằng biểu thức:

x = A1cosω 1t + A2cosω 2t +A3cosω 3t (1.6)

Đa vào đầu vào, ta có kết quả sau:

k = +4 ( +2 +2 )

3

2 2

2 1 3

C A1cosω 1t (1.7) + +4 (2 +2 +2 )

3

2 2

2 1 3

2 1

]t)2

cos(

AAt)2

cos(

AAt)2

cos(

A

A

t)2

cos(

AAt)2

cos(

AAt)2

2 1 3 1

3 1

2 3 2

2 2 1

2

2 2 1 2

1 2

ω

−ω+

ω

−ω+

ω

−ω+

ω

−ω+

ω

−ω+

AA

2 1 3

2 1 3

2 1

+

Ba thành phần đầu là các thành phần tần số mong muốn ω 1,ω 2,ω 3 Các

thành phần còn lại là sản phẩm nhiễu xuyên điều chế Để loại trừ ảnh hởng nhiễu xuyên điều chế tơng hỗ, ngời ta dùng các phơng pháp sau:

- Phơng pháp "lùi" điểm làm việc (Back-Off): Theo phơng pháp này, điểm làm việc của bộ khuếch đại đợc chọn lùi xuống sao cho mức đầu ra thấp hơn mức bão hoà khoảng (6 ữ 10)dB Điểm đó gọi là "điểm lùi".

-Phơng pháp tuyến tính hoá: Theo phơng pháp này, ngời ta chèn vào tầng trớc một mạch điện có đặc tuyến ngợc với đặc tuyến của bộ khuếch đại Kết quả

là sự phi tuyến của đặc tuyến HPA ở vùng gần bão hoà sẽ đợc bù trừ (Hình 1.12)

Hiện tợng điều chế tơng hỗ cũng xảy ra ở vệ tinh thông tin trong trờng hợp

đó, ngời ta dùng phơng pháp Back-Off hoặc phơng pháp gọi là "Điều khiển công suất ra", điều khiển đầu ra của trạm mặt đất sao cho triệt tiêu mọi nhiễu xuyên

Tín hiệu cao tần

RF đầu ra (5,96,4)GHz

Điều chỉnh công suất ra

KĐ trung tần 1

140 MHz Bộ trộntần 1

Bộ lọc trung tần (115572)MHz

KĐ trung tần 2 1GHz

Tín hiệu cao tần

RF đầu ra (5,96,4)GHz

Điều chỉnh công suất ra

Bộ dao động

nội 1 (1295MHz)

Hình 1.13b Bộ đổi tần lên kiểu kép

Bộ dao động nội 2 (7,07,5)GHz

Bộ trộn tần 2

Bộ lọc cao tần (500MHz)

D I V D e r

Lọc bằng điều Chỉnh được

Lọc thông dải (36MHz)

* Đối với đờng lên, tín hiệu đợc đổi từ tần số trung tần IF (70 ữ 140)MHz lên thành tần số phát, ví dụ cỡ 6(GHz) ở băng C hoặc cỡ 14(GHz) ở băng Ku (hình 1.13a) ở một số hệ thống Việc đổi tần có thể thực hiện hai bớc (kiểu kép), trớc hết tần số IF đợc nâng lên tần số 1(GHz) và sau đó đổi tần lần thứ hai lên tần

số phát để đa tới HPA (Hình 1.13b)

1.2.7 Modem IDR.

Để tăng dung lợng thông tin trong khi băng tần bộ phát đáp của vệ tinh thông tin có hạn, ngời ta đã ứng dụng kĩ thuật chèn tiếng nói số DSI (Digital Speech Interpolition) để tăng dung lợng thông tin Mạng viễn thông của nhiều

Bộ lọc cao tần (500MHz)

Hình 1.14b Bộ đổi tần xuống kiểu kép

Bộ dao động nội LO1 (4,8 5,3 )GHz

Bộ trộn tần 1 Bộ lọc IF(72MHz)

Bộ KĐ

(140MHz)

Bộ trộn tần 2 Bộ lọc IF(72MHz)

Bộ dao động nội LO2

1295 GHz

quốc gia trên thế giới đã đợc số hoá, để tận dụng các thiết bị mặt đất và áp dụng công nghệ DSI buộc phải số hoá các đờng truyền vệ tinh Xuất phát từ đó, một loại sóng mang số đợc sử dụng trong thông tin vệ tinh có tốc độ trung bình từ 64(kbps) đến 44736(kbps), IDR (Intermediate Data Rate) thay thế cho kĩ thuật FDM, FM Một trạm mặt đất liên lạc với vệ tinh thông tin dùng Modem IDR có nguyên lí nh (hình 1.15).

ở trạm mặt đất phát, luồng số có tốc độ trung bình (n ì64kbps) đợc đa vào

Modem IDR và đợc điều chế QPSK, đầu ra Modem IDR có trung tần 140(MHz) Trung tần này đợc đa qua bộ đổi tần lên (U/C) đổi lên dải tần 6(GHz) và đợc khuếch đại công suất ở HPA, sau đó đa ra anten phát lên vệ tinh Vệ tinh thu đợc tín hiệu sau đó dịch tần đi một lợng 222(MHz), khuếch đại tín hiệu đủ lớn rồi phát xuống trạm mặt đất bằng tuyến xuống ở trạm mặt đất thu, sóng mang thu

đợc qua bộ đổi tần xuống (D/C) đổi thành tần số trung tần 140(MHz) và trung tần này đợc đa sang Modem IDR để giải mã và ta thu đợc luồng số có tốc độ

đúng bằng tốc độ luồng số đa vào Modem IDR của trạm mặt đất phát Thông số

ấy còn đợc gọi là băng tần cơ bản của tín hiệu vào, ra trạm mặt đất Tốc độ các sóng mang IDR trong thông tin thơng mại có dải rất rộng từ 64(kbps) đến 44736(kbps) bao gồm các tốc độ cơ bản: (64; 192; 256; 384; 512; 1024; 6312; 8448; 32004; 34368; 44736)kbps Tốc độ nói ở đây là tốc độ luồng số đa tới đầu vào Modem IDR Các luồng thông tin có tốc độ từ (1544 đến 44736)kbps đều đ-

ợc thêm một cấu trúc tiếp đầu gọi là Over Head (OH) vào đầu luồng thông tin để tạo thành khung tín hiệu Về cấu trúc, OH gồm 12 bit tạo nên cấu trúc khung và

đa khung, 12 bit thêm vào mỗi chu kì 125(às) làm tốc độ luồng số tăng thêm

96(kbps) OH còn chứa tín hiệu đồng bộ, kênh thông tin nghiệp vụ, các tín hiệu cảnh báo Tín hiệu sau khi đợc tổ chức ở dạng khung đợc mã hoá bằng bộ mã hoá giả ngẫu nhiên (Scrambler) Scrambler làm cho tín hiệu ở đầu ra có dạng là dòng

các bit 0 và 1 luân phiên nhau, đảm bảo mật độ năng lợng luôn đợc trải đều trên dải thông tin tín hiệu.

Để giảm tốc độ bit lỗi, giảm năng lợng trung bình cần thiết để truyền 1 bit thông tin và tăng chất lợng đờng truyền Ngời ta dùng phơng pháp mã hoá sửa lỗi trớc - FEC (Forward Error Correction) Độ rộng băng tần của sóng mang IDR

điều chế QPSK gần bằng 60% tốc độ luồng số Nhng để tránh ảnh hởng xuyên nhiễu giữa các sóng mang cạnh nhau, vệ tinh thông tin thờng cung cấp băng tần

để truyền sóng mang số IDR bằng 70% tốc độ luồng số liệu của sóng mang

Tách trung tần

Giải điều chế QPSK

Ghép trungtần

Đổi tầnlên

Hình 1.15 Cấu trúc trạm mặt đất dùng Modem IDR

MODEMIDR

1.3 Vệ tinh thông tin.

1.3.1 Cấu trúc của vệ tinh thông tin.

` Vệ tinh thông tin là thiết bị quan trọng nhất trong hệ thống thông tin vệ tinh, nó thực chất là một trạm chuyển tiếp tích cực của tuyến thông tin siêu cao tần mặt đất - vệ tinh - mặt đất nhng đợc đặt trong vũ trụ Vệ tinh thông tin là một

hệ thống đợc thiết kế, lắp đặt và phóng bằng công nghệ tiên tiến nhất, có nhiều chức năng để thoả mãn các yêu cầu tồn tại trên quỹ đạo và nối thông liên lạc giữa các trạm mặt đất với nhau Cấu trúc của vệ tinh thông tin rất phức tạp, bao gồm nhiều hệ thống:

* Hệ thống thông tin (bộ phát đáp và anten thông tin).

* Hệ thống điều khiển quỹ đạo và độ cao vệ tinh

* Hệ thống truyền lệnh và đo xa

* Hệ thống điều khiển nhiệt, nguồn và các tấm pin mặt trời

Tất cả các hệ thống này đều liên quan chặt chẽ với nhau và với các thiết bị khác đợc lắp ráp trên vệ tinh (Hình 1.16) sẽ mô tả về cơ bản cấu trúc của vệ tinh thông tin

Theo chức năng nhiệm vụ có thể chia cấu trúc của vệ tinh thông tin thành hai phần chính: Phần tải thông tin (Payload) và phần tải vật lí (Platform) Hai phần mang các chức năng chính này bao gồm các hệ thống con có nhiệm vụ khác nhau đối với toàn bộ vệ tinh thông tin

Giải mã

lệnh

ổn định

Nhiên liệu Bộ thu

Điều khiển và đo xa

Điều khiển anten

Điều khiển quỹ đạo

quỹ đạo và độ cao Hệ thống truyền lệnh và đo xa Hệ thống thông tin (Bộ phát đáp)

Hình 1.16 Cấu trúc của vệ tinh thông tin

* Phần tải thông tin (Payload): Có nhiệm vụ cung cấp chức năng phục vụ cho thông tin vệ tinh - mặt đất, nghĩa là các chức năng chính của một vệ tinh thông tin hoạt động trên quỹ đạo Payload gồm hai hệ thống con, đó là:

- Hệ thống các bộ phát đáp (Transponder): Có nhiệm vụ nhận tín hiệu thu

đợc từ mặt đất qua anten thu, xử lí tín hiệu và phát lại tín hiệu đó về trái đất thông qua anten phát

- Hệ thống anten: Gồm các loại anten băng C, băng X, băng Ku để thu, phát và điều khiển vị trí vệ tinh thông tin

* Phần tải vật lí (Platform): Thực hiện các chức năng phụ trợ bao gồm chức năng điện tử và cơ học đối với phần Payload cũng nh trên toàn bộ vệ tinh Phần Platform có ảnh hởng đến việc cung cấp nguồn, định hớng chính xác anten, điều khiển nhiệt, không gian để lắp giáp các thiết bị trên vệ tinh, số kênh TT & C Và

do vậy có ảnh hởng tới tất cả thời gian sống của quả vệ tinh Để đảm bảo các chức năng của mình, phần Flatform gồm sáu hệ thống con, đó là:

- Hệ thống điều khiển trạng thái bay của vệ tinh: Chức năng của hệ thống này là duy trì vị trí và hớng của vệ tinh trên quỹ đạo sao cho anten hớng trực tiếp vào vùng đợc phục vụ

-Hệ thống giám sát, đo xa và điều khiển TT & C: Hệ thống này có ba chức năng:

+ Cung cấp những thông tin dữ liệu kiểm tra điều khiển các hệ thống con trên vệ tinh cho trung tâm điều khiển mặt đất

+ Nhận lệnh từ trung tâm điều khiển mặt đất để thực hiện điều khiển trạng thái , vị trí của vệ tinh và các công việc phục vụ thông tin

+ Giúp trạm mặt đất theo dõi tình trạng thiết bị trên vệ tinh

- Hệ thống nguồn điện: Cung cấp nguồn điện một chiều cho thiết bị

- Hệ thống điều khiển nhiệt: Duy trì mức nhiệt độ khác nhau cho các hệ thống con trong giới hạn nhiệt độ cho phép

- Hệ thống đẩy: Tạo ra các lực đẩy đa vệ tinh lên quỹ đạo và các lực đẩy cần thiết nhằm duy trì vị trí vệ tinh trên quỹ đạo.

- Hệ thống khung: Cung cấp những chống đỡ cơ học đối với toàn bộ cấu trúc vệ tinh

Ta sẽ lần lợt xem xét các hệ thống con của hai phần Payload và Platform

1.3.2 Bộ phát đáp (Transponder).

Bộ phát đáp (hình 1.7) là thiết bị quan trọng nhất trên vệ tinh thông tin, có nhiệm vụ thu tín hiệu phát từ mặt đất (tín hiệu này rất yếu, xấp xỉ -100dB) khuếch đại, đổi tần và lại đợc khuếch đại công suất rồi phát trở lại mặt đất tới trạm thu Hệ số khuếch đại của bộ phát đáp cỡ (100 ữ 120)dB Trong quá trình

gia công tín hiệu, tuỳ theo chất lợng của bộ phát đáp mà chất lợng tín hiệu bị ảnh hởng nhiều hay ít theo các nguyên nhân sau:

* Bộ khuếch đại có đặc tuyến biên độ - tần số không tuyến tính gây ra điều chế tơng hỗ khi đồng thời khuếch đại nhiều sóng mang

* Can nhiễu của các tín hiệu trong các băng tần con lân cận của bộ phát

đáp

* Tín hiệu vào, ra bị xuyên nhiễu do ghép nhiều sóng mang

* Pha và biên độ tín hiệu bị biến đổi trong dải thông của các bộ lọc do tín hiệu bị méo dạng khi đi qua các bộ lọc đó

Theo tính toán lí thuyết, khi băng tần bộ phát đáp bị lấp đầy bởi các sóng mang thì không có bộ khuếch đại nào có khả năng cung cấp đủ công suất cho tất cả các sóng mang tần số cao hơn Hơn nữa, do tính phi tuyến của các bộ khuếch

đại nên để tránh điều chế tơng hỗ xảy ra do có nhiều sóng mang trong băng tần

bộ phát đáp ngời ta phải dùng biện pháp "lùi công suất" (Back - Off), nghĩa là tổng công suất các sóng mang đầu vào phải nhỏ hơn mức công suất bão hoà Khi

đó bộ khuếch đại làm việc ở vùng tuyến tính của đặc tuyến công tác của nó Tuy nhiên lúc đó mức công suất ra sẽ giảm và số sóng mang cùng làm việc trong một

bộ phát đáp cũng phải giảm Giải quyết vấn đề này, có thể khắc phục bằng phơng pháp khuếch đại tín hiệu hai lần:

- Đa tất cả các sóng mang thu đợc từ anten vào khuếch đại ở thiết bị thu băng rộng, thực chất là bộ tiền khuếch đại có băng rộng 500MHz

- Sau đó tín hiệu đợc khuếch đại trong các băng tần nhỏ hơn có độ rộng 40MHz đến 80MHz (36; 54; 72MHz) - các băng tần con này tổng hợp lại chính

là băng tần của vệ tinh thông tin

Bộ phát đáp có thiết bị phân kênh đầu vào để chia băng tần 500MHz thành các băng tần nhỏ hơn (36; 54; 72MHz) để khuếch đại và sau đó tổng hợp lại bằng thiết bị ghép kênh đầu ra trớc khi đa ra anten phát xuống mặt đất

1.3.2.1 Thiết bị phân kênh, ghép kênh.

Thiết bị phân kênh đầu vào (IMUX - In Multiplexer) thực hiện chia băng tần 500MHz của bộ phát đáp thành các băng nhỏ hơn (36; 54; 72MHz) Nó đợc cấu tạo từ các Circulator và các bộ lọc thông băng đặt ở đầu vào IMUX (hình 1.18) để sử dụng hiệu quả độ rộng băng, ở đầu vào IMUX đợc thực hiện cho hai nhóm chẵn, lẻ một cách độc lập

Thiết bị ghép kênh đầu ra (OMUX - Out Multiplexer) thực chất là bộ cộng tín hiệu siêu cao tần, cộng các tín hiệu đã đợc khuếch đại từ các băng tần con

Bộ thubăng rộng

Bộ thubăng rộng

kênh

Ghépkênh

KĐ

KĐ

Hình 1.17 Sơ đồ bộ phát đáp

(36; 54; 72)MHz (hình 1.19) Tơng ứng với IMUX, ở đầu ra sẽ có các bộ OMUX khác nhau cho hai nhóm chẵn, lẻ.

Nằm giữa các bộ IMUX và OMUX là hệ thống các tầng khuếch đại ứng với các băng tần con (HPA) dùng đèn sóng chạy (TWTA) hoặc tranzistor trờng (SSPA) Hệ thống khuếch đại này là hệ thống có dự phòng và có thể thay đổi hệ

số khuếch đại nhờ ma trận chuyển mạch dự phòng điều khiển bởi hệ thống TTC

& M ở mặt đất

IMUXCIRCULATOR

Đến TWTA Kênh 1 Kênh 3 Kênh 5

Đến các kênh chẵnCáp đồng trụcống dẫn sóngINCLATOR

Redundantreceiver

Hình 1.18 Bộ phân kênh đầu vào

1.3.2.2 Thiết bị thu băng rộng.

Thiết bị thu băng rộng (hình 1.20) thực hiện các chức năng khuếch đại tín hiệu chung cho cả băng tần 500MHz và đổi từ tần số tuyến lên thành tần số tuyến xuống với yêu cầu đảm bảo tỉ số sóng mang trên tạp âm (C/N) tốt nhất cho tuyến lên Hệ số khuếch đại của thiết bị thu băng rộng thờng đạt từ (50 ữ 60)dB đủ để

bù lại suy hao ở bộ lọc và độ đổi tần Nhằm hạn chế các hài sinh ra do điều chế

t-ơng hỗ không làm giảm chất lợng tín hiệu, điểm làm việc của các bộ khuếch đại phải nằm ở đoạn tuyến tính của đặc tuyến công tác

Khuếch đại tạp âm nhỏ LNA có thể dùng mạch khuếch đại tham số hoặc GaAs - FET, bộ khuếch đại công suất HPA có thể dùng đèn sóng chạy TWTA hoặc SSPA Bộ đổi tần có mức tổn hao cỡ (5 ữ 6)dB và thông thờng bộ phát đáp

thực hiện dịch chuyển 2225MHz giữa tần số tuyến lên và tần số tuyến xuống Bộ dao động (LO) tạo ra tần số 2225MHz có độ ổn định cao và công suất khoảng 10dBm bằng kĩ thuật nhân tần và mạch vòng khoá pha PLL với độ ổn định nhiệt tốt

Đến anten

Hình 1.19 Bộ ghép kênh đầu ra

Bộlọc

K1

Bộlọc

K3

Bộlọcchặn

Đến TWTA

Bộlọcchặn

Bộlọc

K2

Bộlọc

K4

Từ TWTA

Ngắn mạch

đầu cuốiSHORT CICRCUITED WAVEGUIDE MANIFOLD

1.3.3 Anten của vệ tinh thông tin.

Anten của vệ tinh thông tin phải đảm bảo tất cả các yêu cầu đối với anten thông tin vệ tinh, phải đáp ứng đợc EIRP cho tuyến xuống và tỉ số G/T cho tuyến lên Ngoài ra để giảm trọng lợng cho vệ tinh, anten phải đợc thiết kế để kích thớc nhỏ gọn tới mức có thể và dễ dàng điều khiển Trên vệ tinh thông tin có hai loại anten với chức năng khác nhau:

* Anten dùng để đo xa và điều khiển: Loại này công tác ở dải sóng VHF

và thờng sử dụng anten hình nón cho việc đo xa, anten hai chóp hình xuyến cho lập lệnh điều khiển

* Anten siêu cao dùng cho thông tin vệ tinh: Vệ tinh thông tin sử dụng hai loại anten "Global beam" và anten "Spot beam"

Anten "Global beam" có độ rộng cánh sóng cỡ (170 ữ 180) tạo ra vùng phủ sóng rộng tơng đơng vùng phủ sóng của vệ tinh thông tin

Anten "Spot beam" có độ rộng cánh sóng cỡ vài độ, có vùng phủ sóng hẹp nhất định, loại này đảm bảo mật độ công suất không thay đổi trong vùng bao phủ

Đối với vệ tinh ổn định quay, thờng sử dụng anten mẫu phát Toroidal và với vệ tinh ổn định thân thì dùng các anten sừng cho "Global beam" và anten phản xạ "Spot beam" Hiện nay, cũng đã bắt đầu sử dụng ma trận Feedhorn với kết cấu mặt phản xạ của anten để điều khiển hình dáng vùng phủ sóng và công suất theo ý muốn từ mặt đất

1.3.4 Hệ thống điều khiển trạng thái bay của vệ tinh.

Hệ thống điều khiển trạng thái bay của vệ tinh (hình 1.21) có nhiệm vụ duy trì hớng của vệ tinh và vị trí của nó trên quỹ đạo Yêu cầu phải liên tục điều khiển trạng thái bay của vệ tinh với độ tin cậy cao trong suốt thời gian vệ tinh làm việc trên quỹ đạo Để đảm bảo độ tin cậy, ngời ta lắp thêm các thiết bị dự phòng tối cần thiết, các bộ xử lí điều khiển và chuyển mạch tự động

Trạng thái của vệ tinh đợc duy trì theo một hệ thống toạ độ gồm ba trục

đều xuất phát từ trọng tâm vệ tinh Trục YAW hớng vào tâm của trái đất, trục PITCH vuông góc với trục YAW và hớng về phía nam, trục ROLL vuông góc với mặt phẳng của hai trục kia và hớng dọc theo vectơ tốc độ chuyển động của vệ tinh

Khi vệ tinh thông tin ở trên quỹ đạo địa tĩnh, nó chịu ảnh hởng của rất nhiều yếu tố gây nhiễu có thể làm thay đổi vị trí vệ tinh Vệ tinh thông tin có diện tích tiết diện với mặt trời lớn (gồm hai mảng pin mặt trời ) nên yếu tố gây nhiễu lớn nhất là bức xạ tia mặt trời (cỡ 10-4 ữ 10-5Nm) Ngoài ra còn ảnh hởng của từ trờng trái đất, các vì sao và sự lệch đồng chỉnh giữa các động cơ phản lực với nhau cũng đáng kể (cỡ 10-2 ữ 10-3Nm) Do các ảnh hởng nh thế, để phát hiện

và xác định trạng thái bay đúng của vệ tinh, ngời ta dùng một hệ thống cảm biến

- Sensor, gồm nhiều loại: Sensor trái đất, Sensor mặt trời, Sensor tần số vô tuyến, Sensor hồng ngoại

Một sai lệch nhỏ bất kì trong trạng thái bay của vệ tinh đều đợc hệ thống Sensor này phát hiện và chuyển trực tiếp tới hệ thống điều khiển mặt đất để nhận lệnh thích hợp cho việc điều khiển trạng thái bay và vị trí của vệ tinh Nằm trong

hệ thống điều khiển trạng thái bay của vệ tinh còn có con quay hồi chuyển có chức năng cảm nhận những thay đổi quán tính trong hớng mặt phẳng của trục quay Sau khi các Sensor phát hiện sai lệch vị trí, bộ xử lí trên vệ tinh (hoặc trung tâm điều khiển mặt đất) sẽ đa ra các lệnh điều khiển tới hệ thống điều khiển bao

gồm: Các bánh xe mômen, các bánh xe phản hồi, cuộn mômen từ, các động cơ phản lực để tạo ra các lực thích hợp nhằm cân bằng trạng thái bay và cố định h-ớng anten của vệ tinh.

Hệ thống điều khiển trạng thái bay của vệ tinh là phải đảm bảo độ chính xác cao, điều khiển linh hoạt, tốn ít nhiên liệu, tăng khả năng điều khiển độ ổn

định, độ trôi Nói chung, yêu cầu tối thiểu về độ ổn định vệ tinh là (≤0,10) cho ớng Bắc - Nam và (≤0,050) cho hớng Đông - Tây, các bánh xe ổn định có dự phòng 4/3

h-1.3.5 Hệ thống đo xa, bám, điều khiển và kiểm tra (TTC & M).

Hệ thống TTC & M có nhiệm vụ duy trì vệ tinh ở đúng vị trí đợc xác định trớc đồng thời kiểm tra, giám sát chất lợng cung cấp dịch vụ của vệ tinh Nhiệm

vụ thực hiện kiểm tra, giám sát các đặc điểm kĩ thuật về truyền sóng mang thông tin để đảm bảo chỉ tiêu về công suất, tần số, độ chiếm băng và tạp âm cũng nh

Sensor trái đất

Nhiên liệu đẩy Hydrazin Bi-propellant

Cuộn mô men từ

Hệ thống

điều khiển

TT & C

Hình 1.21 Hệ thống điều khiển trạng thái bay của vệ tinh

kiểm tra anten và các hệ thống thiết bị khác của vệ tinh trên quỹ đạo Để thực hiện nhiệm vụ trên, hệ thống TTC & M đợc cấu thành từ ba hệ thống con:

- Trạm đo xa, bám và điều khiển từ xa (TT & C)

- Trung tâm kiểm tra, giám sát và điều khiển (SCC)

- Hệ thử nghiệm và theo dõi truyền tin (IOT/CSM)

Các chức năng chính của hệ thống TTC & M nh sau:

1 Đảm bảo mọi thao tác nhằm duy trì vệ tinh ở đúng vị trí trên quỹ đạo

2 Theo dõi và kiểm tra mọi hệ thống con của vệ tinh

3 Theo dõi và kiểm tra bản thân cung đoạn kiểm tra

4 Đảm bảo mọi phép đo định vị vệ tinh

5 Đảm bảo mọi phép đo về hiệu quả tải hữu ích

6 Cung cấp những phép đo tự động và liên tục các tính năng của tải hữu ích

Hệ theo dõi

truyền tin

Trạm đo xa

và điều khiển xa

Trung tâm kiểm tra và

điều khiển

Trạm đo xa

và điều khiển xa

Trạm chủ

Trạm phụ

Hình 1.22 Minh hoạ hệ thống TTC & M