nghiên cứu phương pháp tính toán để lựa chọn công suất phù hợp cho các hệ thống máy phát sóng trung công suất lớn

1.1.Sơ đồ khối các hệ thống thiết bị kỹ thuật phát thanh tại Đài TNVN 5 1.2.Các phương thức phát sóng vô tuyến của VOV 5 Chương 2 NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN ĐỂ LỰA CHỌN CÔNG SUẤT PHÙ HỢP CHO

Luận văn được hoàn thành tại:

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

Người hướng dẫn khoa học: TS VŨ VĂN SAN

Phản biện 1: ……… Phản biện 2: ………

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

Vào lúc: giờ ngày tháng năm

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

1.1.Sơ đồ khối các hệ thống thiết bị kỹ thuật phát thanh tại Đài TNVN 5

1.2.Các phương thức phát sóng vô tuyến của VOV 5

Chương 2 NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN ĐỂ LỰA CHỌN CÔNG SUẤT PHÙ HỢP CHO

MÁY PHÁT SÓNG TRUNG CÔNG SUẤT LỚN

6

2.1 Phổ tần số cho máy phát sóng trung 6

2.6 Phương pháp tính cường độ trường 7

2.6.1 Tính cường độ trường sóng đất sóng trung khi môi trường truyền sóng là một

Chương 3- LỰA CHỌN CÔNG SUẤT PHÁT SÓNG PHÙ HỢP CHO CÁC

MÁY PHÁT SÓNG TRUNG 500 KW Ở ĐÀI PSPT VN2 VÀO CÁC GIỜ BAN

ĐÊM

11

3.3.3 Vùng phủ sóng của ba sóng đối nội ở đài VN2 khi dùng anten chống fading 15

3.3.4 Vùng phủ sóng của ba sóng đối nội ở đài VN2 khi giảm công suất 18

Trong dây truyền công nghệ phát thanh, hệ thống máy phát và anten-feeder là khâu cuối cùng, có chức năng truyền tải và bức xạ năng lương cao tần đã được điều chế

âm tần của máy phát đến người nghe qua không gian tự

do Chi phí quản lý, khai thác hệ thống máy phát và feeder sóng trung chiếm tỷ trọng đáng kể trong tổng chi phí thương xuyên của toàn Đài Tiếng nói Việt Nam

anten-Tuy đã có nhiều nỗ lực, nhưng việc quản lý, sử dụng và khai thác một dây chuyền các hệ thống máy phát và anten-feeder sóng trung đồ sộ và rộng lớn được lắp đặt ở nhiều đài phát sóng phát thanh khác nhau, nằm rải rác từ Bắc vào Nam, lại có sự đan xen giữa các hệ thống máy phát và

anten-feeder sóng trung cũ do lịch sử để lại và thiết bị mới được đầu tư, đôi chỗ vẩn chưa được thực sự đạt hiệu quả cao Ngay cả đối nội với các hệ thống máy phát và anten-feeder sóng trung mới được đầu tư, việc khai thác và sử dụng đôi chỗ vẩn chưa hợp lý nên vẫn chưa đạt được hiệu quả cao nhất

Để có thể phát huy tối đa năng lực hoạt động của hệ thống máy phát và anten-feeder sóng trung, chúng ta cần

rà soát nghiên cứu cụ thể hoạt động của toàn bộ hế thống nhất là máy phát cũng như từng bộ phận riêng biệt về công nghệ thiết bị để xây dựng các phương án phù hợp trong việc khai thác, sử dụng và phối hợp hoạt động của các hệ thống nhằm đạt hiệu quả cao nhất Một phương án công nghệ thiết bị lựa chọn để sử dụng được coi là tối ưu không phải là phương án có chi phí thấp nhất mà đó là phương án hài hòa nhất về khía cạnh công nghệ, kỹ thuật

và kinh tế để đạt được hiệu quả sử dụng cao nhất

Vì vậy, đề tài “ nghiên cứu, tính toán để lựa chọn công suất phát phù hợp cho các hệ thống máy phát sóng trung công suất lớn” để đạt được hiệu quả phủ sóng cao nhất là việc làm hết sức cần thiết và cấp bách

Để thực hiện được đề tài mục tiêu của nội dung nghiên cứu nhằm:

- Nghiên cứu lý thuyết truyền lan của sóng trung về ban ngày và ban đêm, các yếu tố ảnh hưởng môi trường truyền sóng và kỹ thuật ảnh hưởng trực tiếp đến diện tích vùng phủ sóng của sóng trung

- Tính toán vùng phủ sóng của các máy phát sóng trung đối nội công suất 500kW, tần số 711, 783 và 873 kHz ở đài phát sóng phát thanh VN2 với các mức công suất khác nhau vào các giờ ban ngày và ban đêm

- Phân tích, lựa chọn và đưa ra mức công suất phù hợp với từng tần số 711, 783 và 873 kHz vào các giờ ban đêm nhăm nâng cao hiệu quả vùng phủ sóng và tiết kiệm kinh phí quản lý và khai thác

Tuy nhiên, do tính đa dạng, phong phú và phức tạp của hệ thống máy phát và anten và feeder sóng trung đồng thời với nhu cầu cấp thiết đặt ra, đề tài chỉ tập trung nghiên cứu, tính toán lựa chọn công suất phù hợp vào các giờ ban đêm với ba sóng công suất lớn 500Kw phát thanh đối nội của đài phát thanh VN2

- Khảo sát thực trạng các hệ thống máy phát và feeder sóng trung công suất lớn 500kW tại đài phát sóng phát thanh VN2 phủ sóng các chương trình đối nội ở các tần số 711, 783 và 873 kHz

anten Nghiên cứu về công nghệ kỹ thuật lựa chọn công suất và phân tích đặc điểm truyền lan sóng ở dải sóng trung, các yếu tố của môi trường truyền sóng và các thông số kỹ thuật ảnh hưởng đến vùng phủ sóng Phân biệt các đặc điểm chung và các đặc điểm riêng của truyền lan sóng trung vào ban ngày và ban đêm

- Trên cơ sở lý thuyết truyền sóng đã nghiên cứu, lựa chọn các phần mềm tính phủ sóng để xác định vùng phủ sóng của sóng đất sóng trung cả ngày lẫn đêm, sóng trời sóng trung và vùng fading vào các giờ ban đêm với các mức công suất khác nhau

- Phân tích, so sánh và đánh giá vùng phủ sóng của từng tần số vào ban ngày và ban đêm, từ đó chọn mức công suất tối ưu đối với từng máy phát đang khai thác ở đài phát sóng phát thanh VN2, đưa ra mức công suất phù hợp cho từng tần số của ba máy phát đang khai thác ở VN2

nhằm tiết kiệm kinh phí khai thác mà vẩn đảm bảo vùng phủ sóng vào các giờ ban đêm

Để hoàn thành được toàn bộ nội dung nghiên cứu, luận văn được bố cục như sau

Chương 1: Tổng quan về hệ thống truyền dẫn phát sóng của VOV

Chương 2: Nghiên cứu, tính toán để lựa chon công suất phù hợp cho máy phát sóng trung công suất lớn

Chương 3: Lựa chọn công suất phát phù hợp cho các máy phát sóng trung 500KW ở đài PSPT VN2 vào các giờ ban đêm

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN PHÁT

SÓNG CỦA VOV 1.1 Sơ đồ khối các hệ thống thiết bị kỹ thuật phát thanh tại Đài TNVN

Hiện nay, Đài TNVN đang sử dụng cả 3 phương thức phát sóng phát thanh truyền thống, phổ biến trên thế giới là phát thanh sóng trung AM, phát thanh sóng ngắn AM và phát thanh sóng cực ngắn FM là các phương thức phát sóng chính Ngoài ra, Đài TNVN còn phát các chương trình phát thanh trên mạng Internet (VOVNews)

1.2.Các phương thức phát sóng vô tuyến của VOV

Các sóng bức xạ từ điểm phát có thể đến được các điểm thu theo những đường khác nhau Các sóng truyền lan dọc theo bề mặt quả đất gọi là sóng đất hay sóng bề mặt; các sóng đi tới các lớp riêng biệt của tầng ion và phản xạ lại gọi là sóng điện ly hay sóng trời; và sóng không gian (gồm sóng trực tiếp và sóng phản xạ từ mặt đất)

1.5 Kết luận chương

Chương mở đầu của luận văn, em đi khảo sát, nghiên cứu tổng quan về hệ thống truyền dẫn và phát sóng ở Đài Tiếng Nói Việt Nam Nghiên cứu tính chất và các đặc điểm của các loại phương thức truyền sóng đang phát ở VOV

Nghiên cứu môi trường truyền sóng vô tuyến, đặc biệt là tính chất và đặc điểm của tầng điền ly Hiểu biết về tính chất và đặc điểm sự biến đổi của tầng điền ly theo thời gian, để đưa ra các loại phương thức truyền sóng nào cho phù hợp

Chương 2 NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN ĐỂ LỰA CHỌN CÔNG SUẤT PHÙ HỢP CHO MÁY PHÁT SÓNG TRUNG

CÔNG SUẤT LỚN 2.1 Phổ tần số cho máy phát sóng trung

Bảng 2.1 Băng tần trung bình phân chia cho phát thanh

đối với từng khu vực

Khu vực 1 Khu vực 2 Khu vực 3

526,5Khz-

1606,5Khz

535Khz- 1605Khz

526,5Khz- 1606,5Khz 1605Khz-

1705Khz

2.2 Truyền lan của sóng trung

- Trong băng sóng trung truyền lan bằng 2 phương thức:

+ Sóng đất: Truyền lan vào tất cả các giờ trong ngày

+ Sóng trời: Chỉ xuất hiện vào các giờ ban đêm

2.6 Phương pháp tính cường độ trường

2.6.1 Tính cường độ trường sóng đất sóng trung khi môi

trường truyền sóng là một loại đất

Cường độ trường sóng đất sóng trung được tính bằng công

thức dưới đây E = k p A ( v)

 Trong đó: A là hệ số suy giảm

E lá cường độ trường của sóng đất, tính

bằng μv/m

K là moment bức xạ

P công suất bức xạ của anten, đã tính đến tổn hao của toàn hệ thống, tính băng kW

Đối với tần số của máy phát đã cho, cường độ trường trên đoạn S1 là E1 với khoảng cách d1 và được tính dBμv/m Ở đoạn đường S2 là E2(d1+d2)

Tương tự như vậy S3, là E3 (d1 + d2) vàE3(d1 +d2 + d3)

Cường độ trường cần tìm là :

E = 1

2 ( ET+ Ep)

2.4 Độ cao anten

2.4.1 Giản đồ phương hương với độ cao anten

Đối với anten sóng trung, độ cao anten có vai tro rất quan

trọng trong việc xác định mức cường độ trường tại điểm

thu, điểm thu ở đây không chỉ giới hạn ở ngay mặt đất, mà

ở cả các góc ngẩng tùy ý

Giản đồ phương hướng trong mặt phẳng đứng của anten

của song trung:

f( ) = os( sin( )) cos(h)

f( ) là giản đồ hướng của anten trong mặt phẳng đứng

h là độ cao của anten tính bằng độ( = 360h/λ)

 là góc ngẩng của điểm thu trên bề mặt trái đất

2.7.2 Phương pháp tính cường độ trường sóng trời

mức cường độ trường và giá trị cường

độ trường sóng trời sóng trung có thể biểu diện bằng công

thức sau :

F1 = F0 + ΔA

Trong đó :

- F1 là giá trị trung bình của cường độ điện trường sóng trời, tính bằng dB ; công suất máy phát 1kW ; anten thu là anten khung

- F0 là giá trị trung bình của cường độ điện trường sóng trời, tính bằng dB ; với anten phát sao cho tại khoảng cách

là 1 km tạo được một cường độ điện trường là 300mV/m

và anten thu là anten khung

- ΔA là hệ số bổ chính (tính bằng dB), hay tăng ích của anten thực so với anten chuẩn đối với máy phát 1kW và khoảng cách 1km cho E như nhau

Hệ số bổ chính ΔA có thể tra từ biểu đồ bức xạ ngang và đứng của anten phát được đặt trên mặt đất lý tưởng

2.10 Kết luận chương

Chương hai, nghiên cứu các tính chất và đặc điểm của loại phát song trung Sóng trung phụ thuộc rất nhiều vào tính

chất và đặc điểm biến đổi theo ngày đêm của tâng điện ly

Nghiên cứu và phân tích các mức điện trường cho phù hợp các loại phương thức phát sóng Nghiên cứu phương pháp tính cường độ điện trường sóng đất sóng trung khi môi

trường truyền sóng là một loại đất, hay nhiều loại đất Và phương pháp tính cường độ trường sóng trời của sóng trung Nghiên cứu độ cao anten, hệ thống đất của antenna sóng trung, độ dẫn điện và hằng số điện mội của đất

Chương 3

LỰA CHỌN CÔNG SUẤT PHÁT SÓNG PHÙ HỢP CHO CÁC MÁY PHÁT SÓNG TRUNG 500 KW Ở ĐÀI PSPT

VN2 VÀO CÁC GIỜ BAN ĐÊM

Đài phát sóng phát thanh VN2 đang phát sóng 3 hệ

chương trình đối nội là VOV1; VOV2 và VOV3 bằng ba máy phát sóng trung, mỗi sóng có công suất 500 kW, hệ thống anten-feeder và các thiết bị phụ trợ để phủ sóng các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long và một số tỉnh miền tây Nam Bộ Đài VN2 được chính thức đưa vào khai thác

ngày 10 tháng 7 năm 1997

3.1 máy phát

Mỗi máy phát 500kW đối nội ở đài PSPT VN2 gồm 3

khối công suất 200kW cộng lại để cho ra 500kW Mỗi

block 200kW tương tự như một máy phát điều biên có

công suất 200 kW Tuy nhiên cả ba block 200 kW này có chung một bộ Exciter, nên việc đồng bộ của cả ba máy phát được thực hiện dễ dàng

3.1.4.Các chế độ chạy máy

Chế độ vận hành

+ Có ba chế độ vận hành máy phát:

- Vận hành tạ máy phát (Local)

- Vận hành mở rộng tại phòng điều khiển (Extend)

- Vận hành từ xa (Remote); chế độ này hiện không

Anten của ba sóng 711, 783 và 873 kHz tại đài PSPT VN2

có giản đồ phương hướng là đẳng hướng trong mặt phẳng ngang Còn trong mặt đứng thì nó có giản đồ phương

hướng giống như anten sóng trung có chiều cao 0,25λ

Các anten của ba sóng đối nội của đài PSPT VN2 là loại anten thấp, hiệu quả phủ sóng không cao

3.3 Đặc điểm của truyền sóng của sóng trung công suất lớn vào các giờ ban đêm

Công suất bức xạ của 3 sóng 711, 783 và 873 kHz đều là

500 kW Ba sóng này sử dụng để phát các chương trình đối nội VOV1, VOV2 và VOV3 với thời lượng phát sóng

là 19 giờ/ngày Trong số 19 giờ phát hàng ngày, thì có 10 giờ hoàn toàn là ban ngày ( 07 h – 17 h 00) Lúc này truyền sóng của sóng trung chỉ đơn thuần là sóng đất Còn

07 giờ là ban đêm ( 18 h 00- 24 h 00 và 05 h 00 – 06 h 00)

và 02 giờ tranh tối sáng, vào các giờ này, sóng trung truyền sóng bằng cả sóng đất và sóng trời Như vậy thời lượng phủ sóng bằng cả sóng đất và sóng trời là đáng kể

so với thời lượng phát sóng hàng ngày Việc nghiên cứu, tính toán để lựa chọn công suất phù hợp cho cả ba máy phát nhằm tiết kiệm kinh phí quản lý và khai thác là việc làm cần thiết

3.3.1 Các vùng phủ sóng

Khác với truyền sóng vào các giờ ban ngày sóng trung chỉ đơn thuần truyền sóng bằng sóng đất, vào các giờ ban đêm, sóng trung truyền lan bằng cả sóng đất như ban ngày

và còn truyền sóng bằng sóng trời Vì cùng lúc tồn tại cả hai phương thức truyền sóng vào các giờ ban đêm, vùng phủ sóng của cả đài phát sóng trung công suất lớn có tạo

ra ba vùng phủ sóng, đó là: Vùng phủ bằng sóng đất; vùng fading gần và vùng phủ bằng sóng trời

- Vùng phủ bằng sóng đất:

Là vùng ở gần anten phát Là nơi chỉ tồn tại sóng đất, sóng trời là rất nhỏ so vói sóng đất Cường độ trường có thể rất lớn và ổn định, chất lượng sóng đảm bảo liên tục trong mọi thời gian Cự ly phủ sóng từ vài chục km đến hàng trăm km, phụ thuộc vào các thông số kỹ thuật của đài như: tần số làm việc của máy phát, công suất máy phát, độ cao anten so với bước sóng và môi trường truyền sóng, mà chủ yếu là độ dẫn điện của bề mặt trái đất nơi sóng truyền lan

- Vùng fading gần:

Là nơi mà cường độ trường của sóng đất và sóng trời sóng trung gặp nhau, có độ lớn có thể so sánh được với nhau Ở vùng fading gần, do sự giao thoa sóng đất và sóng trời, mức của sóng giao thoa phụ thuộc vào biên độ và pha của hai sóng, có thể nghe rất tốt nếu đồng pha, nghe yếu nếu lệch pha và có thể không nghe được nếu ngược pha và cùng biên độ Trong vùng fading gần việc nghe phát thanh sóng trung là rất khó khăn, thường là không nghe được

Vùng fading gần là vùng mà cường độ trường giữa sóng đất và sóng trời khác nhau 8 dB

Vùng fading gần nằm trong khoảng: 8 dB ≥ Ed / Et ≥ 8dB)

( Vùng phủ sóng trời sóng trung:

Là vùng mà việc thu sóng trung chỉ thực hiện được bằng sóng trời, nó bắt đầu từ điểm mà tại đó Ed / Et ≤ (-8dB), đó chính là cận ngoài của vùng fading gần Vùng phủ sóng bằng sóng trời sóng trung sẽ cho vùng phủ sóng rất rộng nếu công suất máy phát lớn, có thể đến 1000 km Tại đây cũng có hiện tượng fading, nhưng không phải do sóng đất

và sóng trời sinh ra mà do các sóng trời gặp nhau không cùng pha được phản xạ có số bước nhảy khác nhau ( 1x E

và 2 x E ) Việc thu sóng trời sóng trung tại vùng này cũng không ổn định, nhiều lúc không nghe được Thông thường sóng trời sóng trung dùng để phủ sóng đối ngoại Đài Tiếng Nói Việt Nam phủ sóng đối ngoại gần cho các vước Đông Nam Á bằng sóng trung tần số 1242 kHz với công suất từ 500 đến 1000 kW

3.3.3 Vùng phủ sóng của ba sóng đối nội ở đài VN2 khi dùng anten chống fading

Vùng phủ sóng của các sóng 711, 783 và 873 kHz ở đài

PSPT VN2 được tính hoàn toàn giống như tính vùng phủ

sóng hiện tại ở chương 2 về cả phương pháp, phần mềm

và các số liệu đầu vào Chỉ có “một” thay đổi duy nhất đó

là độ cao anten ở cả ba sóng 711, 783 và 873 kHz hiện tại

là 90 m, tương đương với 0,21; 0,23 và 0,26λ được thay

Đối với máy phát có công suất đủ lớn, về ban đêm vùng

phủ sóng của sóng đất còn giới hạn bởi fading của sóng

trời của chính máy phát đó gây nên Vì vậy, cường độ

trường danh định dùng được có thể lớn hơn giá trị cường

độ trường đã cho ở từng vùng A, B và C Cường độ

trường danh định lúc này cần lớn hơn cường độ trường

của sóng trời sóng trung ở nơi bắt đầu của miền fadinh

gần Miền fadinh gần được xác định bằng hệ số bảo vệ

giữa sóng đất và sóng trời, và nó được chọn đúng bằng hệ

số bảo vệ của mạng phát thanh đồng bộ là 8 dB

Tính chất cơ bản của fading gần là: Vị trí và diện tích cuả

miền fading gần không phụ thuộc vào công suất máy phát