Nghiên cứu phân hệ thông tin của VINASAT-1

Những thập kỷ gần đây, các hệ thống thông tin ngày càng phát triển nhanh chóng. Qua các hệ thống thông tin con người có thể thu nhận hoặc trao đổi thông tin

LỜI NÓI ĐẦU

Những thập kỷ gần đây, các hệ thống thông tin ngày càng phát triển nhanh chóng Qua các hệ thống thông tin con người có thể thu nhận hoặc trao đổi thông tin

Với bất kỳ nơi nào trên trái đất Hiện nay với hàng chục loại hình dịch vụ do vệ tinh cung cấp như: cho thuê dung lượng vệ tinh hay dung lượng lẻ, cung cấp các dịch vụ trọn gói như: VSAT,thoại, truyền hình, phát thanh ở vùng sâu, vùng xa, truyền số liệu, internet, hội nghị truyền hình, đào tạo từ xa, y tế từ xa thông tin vệ tinh không chỉ cung cấp các dịch vụ dân sự mà còn cung cấp các dịch vụ quốc phòng, an ninh, hàng không, hàng hải,

Do đó với hoạt động của VINASAT-1 sẽ giúp Việt Nam có các dịch vụ viễn thông, phát thanh, truyền hình và các dịch vụ truyền dẫn khác được phát triển hơn, thuận lợi hơn

Trong một thời đại mà công nghệ thông tin đang phát triển với tốc độ như vũ bão hiện nay, việc có được 1 vệ tinh viễn thông như VINASAT-1 sẽ giúp Việt Nam khẳng định được chủ quyền của Việt Nam đối với nguồn tài nguyên hữu hạn là quỹ đạo vệ tinh và các tần số liên quan người dân sẽ được tiếp nhận chất lượng dịch vụ tốt hơn, cao hơn

Sự kiện Việt Nam là chủ sở hữu,sử dụng và khai thác vệ tinh thương mại truyền thông đầu tiên có ý nghĩa chính trị kinh tế xã hội to lớn, góp phần nâng cao vị thế của Việt nam nói chung và của viễn thông - CNTT(ITC) nói riêng trong bối cảnh hội nhập kinh

tế quốc tế

Việc đưa vệ tinh VINASAT-1 vào hoạt động sẽ giúp hoàn thiện cơ sở hạ tầng thông tin liên lạc của quốc gia: nâng cao năng lực và độ an toàn cho mạng viễn thông Việt Nam với vai trò hỗ trợ và dự phòng cho các mạng truyền dẫn mặt đất đưa viễn thông Việt Nam lên 1 tầm cao mới góp phần vào chiến lược phát triển của Bưu chính - Viễn thông - Truyền thông là hiện đại hoá hệ thống truyền dẫn mạng viễn thông Việt Nam trong tư thế làm chủ

Qua thời gian học tập tại học viện và được học môn thông tin vệ tinh kết hợp với quá trình công tác thực tế tại đơn vị, được sự giúp đỡ tận tình của Thạc sỹ thầy giáo Nguyễn Viết Minh khoa Viễn thông, xuất phát từ tầm quan trọng của thông tin vệ tinh và cùng

với mối quan tâm của mình, em mạnh dạn đi sâu nghiên cứu đề tài : “Nghiên cứu phân

hệ thông tin của VINASAT-1”.

Đề tài ngoài phần mở đầu và kết luận ,nội dung kết cấu gồm có 3 chương như sau:

Chương 1: Tổng quan vệ tinh thông tin

Chương này giới thiệu tổng quan về thông tin vệ tinh, cấu trúc một đường vệ tinh Các dạng quỹ đạo của vệ tinh, những vấn đề chung của thông tin vệ tinh

Chương 2: Phân hệ thông tin.

Giới thiệu cấu trúc và các thông số kỹ thuật của các thiết bị đặt trên vệ tinh, bộ phát đáp đơn búp sóng, bộ phát đáp đa búp sóng và bộ phát đáp tái sinh

Chương 3: Bộ phát đáp trên VINASAT-1.

Giới thiệu rất cụ thể về cấu trúc phân hệ thông tin và các thông số kỹ thuật của nó cùng cấu trúc chức năng ,thông số hệ thống của bộ phát đáp băng C, bộ phát đáp Ku

Đồ án cho chúng ta tìm hiểu về mạng thông tin vệ tinh Biết được cấu trúc tổng thể của các đường lên, đường xuống, các dạng quỹ đạo của vệ tinh, các loại vùng phủ sóng, chức năng và thông số kỹ thuật của các bộ phát đáp trên vệ tinh Hiểu về phân hệ thông tin trên VINASAT-1

Hy vọng qua đồ án tốt nghiệp này sẽ giúp em lĩnh hội được những kiến thức mới của khoa học kỹ thuật, một phần nào áp dụng vào thực tế công tác của đơn vị mình

Được sư hướng dẫn tận tình chu đáo cùng với những kiến thức quý báu của thầy giáo hướng dân ThS Nguyễn Viết Minh đồ án cua em đã hoàn thành.Tuy nhiên, do thời gian

ngắn cùng với lượng kiến thức hạn chế và việc nghiên cứu về thông tin vinasat con rất

nhiều mới mẻ nên đồ án vẫn còn nhiều thiếu sót Em rất mong nhận được sự đóng góp của các thầy cô giáo cùng các bạn để đồ án của em được hoàn thiện hơn

Xin trân trọng cảm ơn !

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN VỆ TINH

1.1 Cấu trúc hệ thống thông tin vệ tinh:

1.1.1 Cấu trúc tổng quát:

Muốn thiết lập một đường thông tin vệ tinh, trước hết phải phóng một vệ tinh lên quỹ đạo và có khả năng thu phát sóng vô tuyến điện Vệ tinh có thể là vệ tinh thụ động, chỉ phản xạ sóng vô tuyến một cách thụ động mà không khuếch đại và biến đổi tần số Hầu hết các vệ tinh thông tin là vệ tinh tích cực Vệ tinh sẽ thu tín hiệu từ một trạm mặt đất, (SES: Satellite Earth Station) biến đổi, khuếch đại và phát lại đến một hoặc nhiều trạm mặt đất khác Hình 1.1 chỉ ra một đường thông tin qua vệ tinh giữa hai trạm mặt đất

Tín hiệu từ một trạm mặt đất đến vệ tinh, gọi là đường lên (uplink) và tín hiệu từ tinh trở về một trạm mặt đất khác, đường xuống (downlink) Thiết bị thông tin trên vệ tinh bao gồm một số bộ phát đáp sẽ khuếch đại tín hiệu ở các băng tần nào đó lên một công suất đủ lớn và phát trở về mặt đất

* Đường lên (Uplink): là tuyến phát từ trạm mặt đất lên vệ tinh Điểm kết cuối

đường lên vệ tinh là anten thu (Receive Antenna - Uplink) vệ tinh, thu tín hiệu từ trạm mặt đất phát lên (rất nhỏ cộng với tạp âm tích luỹ sau khi truyền qua không gian dài khoảng 36.000 km) sau đó được bộ khuếch đại tạp âm thấp (LNA - Low Noise Amplifier, có tạp âm nội rất thấp) khuếch đại tín hiệu (bao gồm cả tạp âm thu được) lên mức cần thiết rồi đưa đến các bộ lọc (filter), tiếp theo đó tín hiệu được làm cho yếu đi hoặc mạnh lên (Atten/Amp) tuỳ theo yêu cầu khai thác rồi đưa đến hệ thống xử lý (Proccessing)

*Đường xuống (Downlink): Tín hiệu đầu ra của Proccesing được đưa đến bộ

Atten/Amp để làm yếu đi hoặc mạnh lên tuỳ theo yêu cầu rồi đưa đến các bộ lọc để lấy các tín hiệu mong muốn đưa đến bộ khuếch đại công suất lớn (High Power Amplifier) rồi đưa ra anten phát (Transmit Antenna) phát tín hiệu xuống mặt đất

Toàn bộ hệ thống suy hao, khuếch đại của đường lên và đường xuống cùng hệ thống dịch tần (Freq Trans) được điều khiển và đưa đến hệ thống Proccessing

Hình 1.1: Mô hình tuyến thông tin vệ tinh

1.1.2 Đặc điểm của thông tin vệ tinh:

Thông tin vệ tinh là một trong những hệ thống truyền dẫn vô tuyến, sử dụng vệ tinh

để chuyển tiếp tín hiệu đến các trạm mặt đất Vì trạm chuyển tiếp vệ tinh có độ cao rất lớn nên thông tin vệ tinh có những ưu điểm so với các hệ thống viễn thông khác đó là:

Cấu hình lại hệ thống mạng mặt đất đơn giản, nhanh chóng và giảm giá thành so

với các loại khác

Giá thành tuyến thông tin không phụ thuộc vào cự ly giữa hai trạm Giá thành như

nhau khi truyền ở cự ly 5000 km và 100 km

Có khả năng thông tin quảng bá (điểm - đa điểm) cũng như thông tin nối điểm Một

vệ tinh có thể phủ sóng cho một vùng rộng lớn trên mặt đất (vệ tinh địa tĩnh ở búp sóng toàn cầu có vùng phủ sóng chiếm 1/3 bề mặt quả đất), như vậy một trạm mặt đất có thể thông tin với nhiều trạm mặt đất khác trong vùng phủ sóng đó Nếu có 3 vệ tinh địa tĩnh phóng lên ba vị trí thích hợp thì sẽ phủ sóng toàn cầu do đó các dịch vụ thông tin toàn cầu sẽ được thực hiện

Có khả năng băng thông rộng Các bộ lặp trên vệ tinh thường là các thiết bị có băng

tần rộng, có thể thực hiện nhiều loại dịch vụ thông tin băng rộng cũng như các dịch vụ khác Độ rộng băng tần của mỗi bộ lặp (repeater) có thể lên đến hàng chục megahertz

Vệ tinh

Trạm mặt đất phát

Trạm mặt đất thu

Các hệ thống thông tin trên mặt đất thường giới hạn ở cự ly gần (ví dụ như truyền hình nội hạt) hoặc cho các trung kế dung lượng nhỏ giữa các thị trường chính.

Ít chịu ảnh hưởng bởi địa hình của mặt đất Do độ cao bay lớn nên thông tin vệ tinh

không bị ảnh hưởng bởi địa hình thiên nhiên như đồi núi, thành phố, sa mạc, đại dương Sóng vô tuyến chuyển tiếp qua vệ tinh có thể truyền tới các vùng xa xôi hẻo lánh, hải đảo, bởi vậy thông tin vệ tinh là phương tiện thông tin tốt nhất cho các vùng nông thôn

và các vùng chưa phát triển Thông tin vệ tinh có thể cung cấp các loại dịch vụ phổ thông cho cả thành phố, nông thôn cũng như miền núi và hải đảo (ví dụ truyền hình, điện thoại dung lượng nhỏ) Thông tin vệ tinh đẩy nhanh sự phát triển nền công nghiệp

và các phương tiện xử lý số liệu ở nông thôn

Dịch vụ thông tin vệ tinh có băng tần rộng và có thể truyền tới bất kỳ nơi nào trên

thế giới đã đưa đến việc tìm ra các thị trường mới cũng như mở rộng các thị trường dịch

vụ hạ tầng và các đường thông tin đã được sử dụng trên mặt đất Nhờ vệ tinh đã đẩy mạnh sự phát triển của các mạng truyền hình đặc biệt ví dụ như truyền hình cáp, truyền hình trả tiền (pay TV), các nhóm ngôn ngữ và dân tộc (ethnic and language), các nhóm tôn giáo, thể thao và các tin tức về sự sum hợp

Các dịch vụ mới Do những khả năng đặc biệt của thông tin vệ tinh nên đã đưa vào

các khái niệm mới cho lĩnh vực viễn thông Trước khi có thông tin vệ tinh (trước năm 1958), hầu hết các dịch vụ viễn thông quốc tế đều sử dụng sóng ngắn phản xạ tầng điện

ly Thông tin này đã không đáp ứng được các yêu cầu do chất lượng xấu, dung lượng thấp, băng tần hẹp, ngay cả khi công nghệ của loại hình viễn thông này đạt tới mức giới hạn

Các dịch vụ cá nhân của khách hàng Các trạm mặt đất nhỏ với anten kích thước bé

có thể truy nhập đến các cơ sở dữ liệu, các cơ quan bộ và các hệ thống quản lý thông tin Các trạm này có các thiết bị đầu cuối kích thước rất nhỏ, gọi là VSAT (very small aperture terminals) Các đầu cuối này thường được đặt tại nhà của khách hàng hay các khu vực có các yêu cầu dịch vụ phổ thông với dung lượng nhỏ

1.2 Quỹ đạo vệ tinh:

1.2.1 Các nguyên lý về quỹ đạo:

Vệ tinh bay xung quanh quả đất với các dạng quỹ đạo khác nhau, ở các độ cao khác nhau, nhưng đều phải tuân theo các định luật sau:

a) Định luật thứ nhất của Kepler: Vệ tinh chuyển động vòng quanh quả đất theo một qũy đạo hình êlíp (hoặc qũy đạo tròn khi bán trục lớn a bằng bán trục bé b) với tâm của quả đất trùng với một trong hai tiêu điểm của hình êlíp đó, như chỉ ra trên hình 1.2

Hình 1.2: Quỹ đạo Elip

a, b: bán trục lớn và bán trục nhỏ,r: bán kính quỹ đạo,ra là khoảng cách từ cực điểm tới tâm trái đất, rp là khoảng cáh từ cận điểm tới tâm trái đất

b) Định luật thứ hai của Kepler: Một vật chuyển động theo quỹ đạo êlíp có vận tốc tỷ nghịch với bán kính quỹ đạo

Một vật chuyển động theo quỹ đạo tròn sẽ có vận tốc không thay đổi trong toàn quỹ đạo (như chỉ ra trên hình 1.3)

c) Định luật thứ ba của Kepler: Bình phương chu kỳ quỹ đạo thì tỷ lệ với lập phương của bán kính quỹ đạo, được biểu thị bởi công thức:

T = 2π r3 / µ (s)

( 1.1)

Hình 1.3: Vận tốc của vệ tinh trên quỹ đạo

2b 2a

cận điểm Cực điểm

E vận tốc không đổi

vận tốc không đổi

vận tốc nhanh nhất vận tốc nhỏ nhất

µ Là hằng số , µ = G.M = 398.600,5 km3/s2

G là hằng số hấp dẫn bằng 6,673.10− 20 km3/kg.s2

M là khối lượng quả đất (kg)

Định luật vạn vật hấp dẫn của Newton: Lực hấp dẫn và lực ly tâm của một vật thể cân bằng nhau thì vật thể đó sẽ chuyển động tròn xung quanh quả đất với vận tốc không đổi, như chỉ ra trên hình 1.4

Hình 1.4: Vệ tinh chuyển động với quỹ đạo tròn

Từ điều kiện GMm/r2 = mv2 /r ta rút ra là:

v = (µ/r)1 / 2 (km/s) ( 1.2)Trong đó m là khối lượng của vật thể, v là vận tốc ly tâm

Dựa vào các định luật đã nêu trên, vệ tinh được phóng lên với các quỹ đạo khác nhau

1.2.2 Phân loại quỹ đạo:

Có hai dạng quỹ đạo là quỹ đạo êlíp và quỹ đạo tròn

Dạng quỹ đạo êlíp(định luật KEPLER thứ nhất) quỹ đạo êlíp cao (HEO) mà điển hình là vệ tinh Molniya của Liên xô (nên còn gọi là quỹ đạo Molniya), độ nghiêng của mặt phẳng quỹ đạo so với mặt phẳng xích đạo là 65º, cận điểm là 1000 km và viễn điểm

là 39.400 km, chu kỳ quỹ đạo là 11gi58ph

Dạng quỹ đạo tròn có thể có ba loại: quỹ đạo thấp (LEO), quỹ đạo trung bình (MEO), quỹ đạo cao (HEO) hay quỹ đạo đồng bộ khi vệ tinh bay ở độ cao 35.786 km, lúc đó chu kỳ bay của vệ tinh bằng chu kỳ tự quay của quả đất bằng 23gi56ph04s Trong quỹ đạo tròn lại có thể chia ra:

Quỹ đạo cực tròn, mặt phẳng quỹ đạo vuông góc với mặt phẳng xích đạo, nghĩa là mỗi vòng bay của vệ tinh sẽ đi qua hai cực quả đất

Fc=mv/r

F=GMm/r

v r

Quỹ đạo tròn nghiêng khi mặt phẳng quỹ đạo nghiêng một góc nào đó so với mặt phẳng xích đạo.

Quỹ đạo xích đạo tròn, khi mặt phẳng quỹ đạo trùng với mặt phẳng xích đạo của trái đất Trong quỹ đạo xích đạo tròn nếu chiều bay vệ tinh cùng chiều với chiều quay quả đất và có chu kỳ bằng chu kỳ quay của quả đất (24h) gọi là quỹ đạo địa tĩnh (GEO)

Hình 1.5: Ba dạng quỹ đạo cơ bản của vệ tinh.

Quỹ đạo elip nghiêng

Quỹ đạo xích đạo tròn Quỹ đạo

cực tròn

Có thể tóm tắt các dạng quỹ đạo của vệ tinh bằng sơ đồ dưới đây:

Sơ đồ 1:Sơ đồ các dạng quỹ đạo của vệ tinh

Từ các dạng quỹ đạo nêu trên thì vệ tinh địa tĩnh là vệ tinh sử dụng cho thông tin là

lý tưởng nhất vì nó đứng yên khi quan sát từ một vị trí cố định trên mặt đất.Nghĩa là thông tin sẽ được bảo đảm liên tục, ổn định trong 24 giờ đối với các trạm nằm trong vùng phủ sóng của vệ tinh mà không cần chuyển đổi sang một vệ tinh khác Bởi vậy hầu hết các hệ thống thông tin vệ tinh cố định đều sử dụng vệ tinh địa tĩnh

1.2.3 Quỹ đạo địa tĩnh:

Một vệ tinh ở quỹ đạo địa tĩnh sẽ trở nên bất động so với mặt đất vì thế nó được gọi là

vệ tinh địa tĩnh

Để có một vệ tinh địa tĩnh phải có các điều kiện:

- Vệ tinh phải quay theo hướng đông với tốc độ quay bằng tốc quay của quả đất

- Quỹ đạo là đường tròn

- Góc nghiêng của quỹ đạo bằng 0

Điều kiện đầu rất rõ ràng nếu vệ tinh là tĩnh, nó phải quay cùng tốc độ với quả đất Điều kiện thứ 2 được rút ra từ định luật kepler thứ 2 Tốc độ không đổi có nghĩa là vệ tinh phải quýet các diện tích như nhau trong các khoảng thời gian như nhau và điều này chỉ xảy ra với quỹ đạo tròn Điều kiện thứ 3, góc nghiêng bằng 0, dựa trên điều kiện

Quỹ đạo Êlip

Quỹ đạo xích đạo Quỹ đạo đồng bộ và quỹ đạo địa tĩnh (GEO)

Phủ sóng toàn cầu với ba vệ tinh

Vùng phủ sóng rộng toàn cầu nhưng yêu cầu phải có nhiều vệ tinh

rằng mọi sự nghiêng đều dẫn đến vệ tinh chuyển động theo hướng bắc và nam và vì thế

nó không phải là địa tĩnh Chỉ có góc nghiêng bằng 0 mới tránh khỏi việc vệ tinh chuyển động sang bắc hoặc nam và điều này có nghĩa là quỹ đạo nằm trong mặt phẳng qua quỹ đạo của trái đất

Với quỹ đạo địa tĩnh vệ tinh có các đặc điểm sau:

- Để có chu kỳ bay 1436 phút, theo định luật thứ ba của Kepler, thì bán kính quỹ đạo sẽ là:

r = (T2µ/4Л2)1/3 thay các giá trị T = 1436.60 (s); µ = 398.600,6 km3/s2, tính được

r = 42.164 km

- Độ cao bay h = r – Re, trong đó Re là bán kính quả đất bằng 6378km, h = 42164

km -6378 km = 35.786 km

- “Góc nhìn” từ vệ tinh xuống quả đất, là góc hợp bởi hai đường thẳng nối từ tâm

vệ tinh và tiếp tuyến với mặt đất tại một điểm, như chỉ ra trên hình 1.6 Xét tam giác vuông AOS

có nghĩa là các vùng cực không thể thông tin qua vệ tinh địa tĩnh

- Vùng “nhìn thấy” của vệ tinh lên mặt đất có thể được xác định từ độ dài cung AB bằng Re , Φ(rad) = 2x6379x1.42 = 18090,98 km Chu vi quả đất 2Л Re = 2x3,14x6378 =

40053,84 km Tỷ số độ dài cung AB trên chu vi quả đất bằng 45% diện tích bề mặt quả đất.

Trong thực tế khi thông tin với vệ tinh yêu cầu góc ngẩng của trạm mặt đất phải lớn hơn 0º, thường ≥ 5º cho nên vùng thực tế có thể thông tin qua một vệ tinh địa tĩnh là nhỏ hơn 45% diện tích quả đất Bởi vậy phải có ít nhất ba vệ tinh địa tĩnh mới phủ sóng toàn cầu, trong đó sẽ có những vùng hai vệ tinh phủ sóng chồng lấn lên nhau, có nghĩa là các địa điểm đó có thể đồng thời thông tin với hai vệ tinh, còn các vùng cực có vĩ độ khoảng ± 80º trở lên không thông tin được qua vệ tinh địa tĩnh, như chỉ ra trên hình 1.8

- Cự ly xa nhất từ vệ tinh đến điểm “nhìn thấy” trên mặt đất

s = r.cosα = 42.164cos8º7 = 41.679 km, tương ứng với góc ngẩng bằng 0º, cự ly ngắn nhất khi góc ngẩng là 90º bằng độ cao bay của vệ tinh là 35.786 km

Thời gian trễ truyền sóng từ một trạm mặt đất đến vệ tinh bằng:

t =s/c, trong đó s là cự ly từ trạm mặt đất đến vệ tinh, c là vận tốc ánh sáng = 299.792 km/s Khi s lớn nhất thời gian trễ là t = 41.679/299.792 =0,139 s, thời gian trễ ngắn nhất bằng 35.786/299.792 =0,119 s

Khi truyền tín hiệu thoại, thời gian trễ sẽ gây ảnh hưởng tới cuộc đàm thoại hai chiều Khi một người hỏi và một người trả lời tín hiệu khi quay trở về người hỏi sẽ phải

đi một đoạn đường bằng bốn lần s, tổng số thời gian trễ tăng lên 4 lần, nghĩa là khoảng

từ 0,447 s đến 0,556 s Thời gian trễ cũng gây ra hiện tượng hồi âm, bởi vậy phải có thiết bị đặc biệt để khử hồi âm

Bảng 1.2 cho thấy quan hệ một số thông số hình học giữa trạm mặt đất và vệ tinh địa tĩnh

Trong đó: Re: bán kính quả đất; s là khoảng cách từ vệ tinh đến trạm mặt đất; r là bán kính quỹ đạo vệ tinh; E là góc ngẩng là góc hợp bởi đường thẳng nối từ trạm mặt đất đến vệ tinh với đường tiếp tuyến với mặt đất tại trạm; β0 là góc ở tâm chắn cung từ trạm mặt đất đến điểm chiếu vệ tinh lên mặt đất; α là góc nhìn

Bảng 1.1: Quan hệ của các thông số giữa trạm mặt đất và vệ tinh địa tĩnh

Chỉ cần 3 vệ tinh địa tĩnh là có thể phủ sóng toàn cầu như chỉ ra trên hình 1.7

Các thông số hình học được chỉ ra trên hình1.8

E Rc

0

β

Hình 1.8: Các thông số hình học giữa trạm mặt đất và vệ tinh

1.3 Băng tần thông tin vệ tinh:

Thông tin vệ tinh là hệ thống thông tin có phương thức truyền dẫn vô tuyến, bởi vậy việc lựa chọn và ấn định băng tần công tác cho các dịch vụ thông tin vệ tinh là rất quan trọng Nó phải thoả mãn hai điều kiện cơ bản :

- Không gây can nhiễu lên các hệ thống thông tin vô tuyến khác cũng như dịch vụ thông tin vệ tinh trong mạng

- Tổn hao truyền sóng nhỏ để giảm nhỏ kích thước và giá thành thiết bị

1/ Lựa chọn băng tần cho thông tin vệ tinh

Có những vấn đề liên quan tới sự truyền lan sóng vô tuyến điện trong thông tin vệ tinh, vì việc phát và thu sóng thực hiện giữa một trạm mặt đất và vệ tinh ở rất xa trong

vũ trụ Vấn đề lớn nhất là sóng bị tiêu hao do sự lan toả tất yếu vào không gian Đặc trưng cho tổn hao đó là hệ số tổn hao không gian tự do được biểu thị bằng công thức:

Lotd = (4πr/λ)2 (1.3)Trong đó r là khoảng cách từ anten trạm mặt đất đến anten vệ tinh

λ là bước sóng công tác

Để hạn chế sự lan toả sóng vào không gian trong thông tin vô tuyến phải sử dụng anten bức xạ có hướng để hướng bức xạ sóng vô tuyến điện đến anten thu cũng như hướng anten thu vào anten phát Đại lượng đó được gọi là hệ số tính hướng của anten thường được ký hiệu là D, nên tổn hao không gian tự do sẽ giảm đi và bằng:

Ltd = (4πr/λ)2 / D1.D2 (1.4) Trong đó D1 là hệ số tính hướng của anten phát, D2 là của anten thu

Ngoài tổn hao không gian tự do là tổn hao chủ yếu còn có suy hao do khí quyển quả đất

Khí quyển quả đất được chia làm ba tầng: lớp khí quyển dưới cùng dải từ mặt đất lên độ cao khoảng 11 km gọi là tầng đối lưu Các hiện tượng thời tiết như mưa, bão, sương mù… đều xẩy ra trong tầng đối lưu Tiếp đến là tầng bình lưu, có giới hạn trên khoảng 35 km, và trên cùng là tầng điện ly có độ cao khoảng từ 50 km đến 400 km

Tầng điện ly là một lớp khí bị ion hoá mạnh nên mật độ chất khí chủ yếu là các điện

tử tự do và các ion Nó có tính chất hấp thụ và phản xạ sóng vô tuyến điện Bằng việc khảo sát thực tế người ta thấy tầng điện ly chỉ phản xạ đối với băng sóng ngắn trở xuống Tần số càng cao ảnh hưởng bởi tầng điện ly càng ít, ở các tần số trong băng vi

ba hầu như không bị ảnh hưởng bởi tầng điện ly

Trong tầng đối lưu sóng vô tuyến điện bị hấp thụ bởi các phân tử khí như oxy, hơi nước (H2O), CO2, v.v… cũng như trong mưa và sương mù Nhưng ở các tần số khoảng

6 GHz trở xuống hấp thụ không đáng kể, có thể bỏ qua Khoảng tần số đó được gọi là cửa sổ vô tuyến

Nếu sử dụng băng tần nằm trong “cửa sổ vô tuyến” tức là khoảng từ 1GHz đến 10 GHz thì suy hao do tầng điện ly và trong tầng đối lưu là không đáng kể và suy hao truyền sóng gần như bằng suy hao không gian tự do

2/ Quy định băng tần cho thông tin vệ tinh

Như đã thấy băng tần lý tưởng nhất sử dụng cho thông tin vệ tinh cũng như hệ thống vi ba khác là băng tần nằm trong “cửa sổ vô tuyến” vì các tần số nằm trong “cửa

sổ vô tuyến” có suy hao trong khí quyển là nhỏ nhất, trong điều kiện bình thường có thể

bỏ qua

Tuy nhiên các tần số nằm trong “cửa sổ vô tuyến” được sử dụng nhiều cho các hệ thống thông tin vi ba trên mặt đất, hơn nữa băng tần của thông tin vệ tinh rất rộng nên ngoài các băng tần nằm trong “cửa sổ vô tuyến” được ấn định cho thông tin vệ tinh thì phải sử dụng thêm các băng tần khác Các băng tần đó được quy định như chỉ ra trên bảng 1.2

Bảng 1.2: Các băng tần ấn định cho thông tin vệ tinh

Khoảng cách Ký hiệu Sử dụng điển hình

44 GHz Q Các vệ tinh nội địa

Chú ý: các chữ cái ký hiệu cho băng tần được lựa chọn trong chiến tranh thế giới thứ hai nhằm giữ bí mật tần số của ra da và đánh lạc hướng kẻ địch, nên nó được sắp xếp không theo một logic nào cả

Dịch vụ cố định (FSS) là dịch vụ cho các trạm mặt đất có vị trí cố đinh Dịch vụ di động là dịch vụ sử dụng cho các con tàu biển, máy bay, ôtô và các phương tiện khác chuyển động trong khi truyền dẫn

ITU cụ thể CCIR đã phân chia và ấn định các băng tần nói chung cho tất cả các hệ thống thông tin vô tuyến trên phạm vi toàn cầu, trong đó có thông tin vệ tinh cũng như điều khiển việc bố trí vị trí của vệ tinh trên quỹ đạo địa tĩnh

ITU đã phân chia thế giới làm ba khu vực, như chỉ ra trên hình 1.9

Khu vực I: bao gồm châu Âu, châu Phi, liên bang Nga cũ, Mông cổ và các nước

đông Âu

Khu vực II: gồm các nước nam và bắc Mỹ và đảo xanh

Khu vực III : Châu Á( Trừ vùng 1) Úc và tây nam Thái Bình Dương

Hình 1.9: Khu vực của ITUBảng 1.3: Quy định băng tần cho dịch vụ thông tin vệ tinh trong 3 khu vực

Khoảng tần số

(GHz)

Các dịch vụ vệ tinh cố định Các dịch vụ giữa các

vệ tinhĐường lên Đường xuống Chung cho 3 vùng

Trong các băng tần sử dụng cho thông tin vệ tinh đáng chú ý nhất là băng C, băng

Ku và băng Ka là các băng tần hiện tại và tương lai được sử dụng phổ biến nhất vì:

Băng C (6/4 GHz): cho đường lên gần 6 GHz và đường xuống gần 4 GHz

Băng tần này nằm ở khoảng giữa “cửa sổ vô tuyến” ít bị suy hao trong khí quyển quả đất cũng như trong các điều kiện khí tượng như mưa, sương mù…

Nó đã được sử dụng cho nhiều hệ thống thông tin vi ba trên mặt đất cũng như cho

hệ thống thông tin vệ tinh của Intelsat và các hệ thống khác bao gồm các hệ thống thông tin khu vực và nhiều hệ thống thông tin nội địa

Băng Ku(14/12 và 14/11 GHz): băng này được sử dụng rộng rãi sau băng C cho viễn thông công cộng Băng Ku sử dụng thích hợp cho thông tin vệ tinh nội địa và thông tin giữa các công ty Do tần số cao nên cho phép các trạm mặt đất sử dụng anten kích thước nhỏ

Băng Ka (30/20 GHz): chưa được sử dụng nhiều do suy hao lớn trong khí quyển quả đất cũng như trong các điều kiện thời tiết xấu như mưa, sương mù… Ưu điểm của băng tần này là cho phép sử dụng các trạm mặt đất nhỏ, ít bị can nhiễu cũng như gây can nhiễu cho các hệ thống vi ba khác Nhưng nó có nhược điểm là giá thành thiết bị tương đối cao

1.4 Đa truy nhập trong thông tin vệ tinh:

Thông tin vệ tinh là hệ thống thông tin vô tuyến điểm đến đa điểm, nghĩa là một vệ tinh có thể thông tin với nhiều trạm mặt đất, vì vậy phải sử dụng phương pháp đa truy nhập

1/ Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA), trong đó mỗi trạm mặt đất được ấn định cho một khoảng băng tần nhất định trong băng tần quy định chung cho hệ thống

Toàn bộ dung lượng của một vệ tinh được phân chia cho các bộ phát đáp, mỗi bộ phát đáp thường có độ rộng 36MHz; 54 MHz hoặc 72MHz Mỗi bộ phát đáp có thể được chia nhỏ cho các khách hàng hoặc các trạm mặt đất khác nhau.

Mỗi khách hàng hay trạm mặt đất chỉ được thu hoặc phát lưu lượng thông tin của mình trong băng tần đã quy định với cường độ tín hiệu phải được cân bằng sao cho không gây can nhiễu lên nhau Các trạm có băng tần kề nhau thì giữa chúng phải có một khoảng băng tần bảo vệ thích hợp để chúng không chồng tần số lấn lên nhau, như chỉ ra trên hình 1.11

Hình 1.12 là một ví dụ điển hình cho phương pháp FDMA của một mạng có ba trạm mặt đất A,B,C, mỗi trạm một sóng mang

Trạm A phát đi tần số sóng mang quy định với độ rộng phổ cho trước và thu các sóng mang của trạm B và C và nhờ bộ giải điều chế và bộ phân kênh để lấy ra các tín hiệu đưa tới người sử dụng

Ưu điểm của FDMA là kỹ thuật đơn giản, độ tin cậy cao, giá thành hạ Giữa các

trạm không cần sự đồng bộ Tuy nhiên nó cũng có nhược điểm:

- Thiếu tính mềm dẻo khi cần thay đổi dung lượng, cần phải thay đổi lại kế hoạch phân bổ tần số có nghĩa là phải thay đổi tần số phát, tần số thu và băng thông của

bộ lọc của các trạm mặt đất

- Khi số truy nhập tăng do xuất hiện các sản phẩm nhiễu điều chế nên phải giảm công suất phát của vệ tinh, nên không tận dụng được hết hiệu suất làm việc của bộ khuếch đại

- Phải điều khiển công suất phát của các trạm mặt đất công suất sóng mang tại đầu vào vệ tinh là như nhau, để tránh hiệu ứng “bắt” (capture effect) Việc điều khiển này phải thực hiện ở tại thời gian thực tế phù hợp với suy hao do mưa ở đường lên

Hình 1.10: Các nguồn đa truy nhập Hình 1.11: Đa truy nhập phân

chia theo tần số

Đây là kỹ thuật truy nhập cũ nhất, mặc dù vậy chúng vẫn được sử dụng khá phổ biến dù cho nó có những nhược điểm và nó sẽ tồn tại lâu dài do việc đầu tư trước đây đồng thời như đã biết FDMA không cần sự đồng bộ giữa các trạm mặt đất

a/ Các sóng mang phát b/ Ghép kênh tín hiệu băng cơ sở (FDA hay TDM)

c/ Sơ đồ khối trạm A

Hình 1.12: Hệ thống FDMA có 3 trạm mỗi trạm một sóng mang

2/ Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA): phương pháp này mỗi trạm mặt đất được ấn định cho một “khe thời gian” nhất định và trạm mặt đất chỉ được thu hoặc phát lưu lượng của trạm mình trong “khe thời gian” quy định đó và được gọi là “cụm” (burst) Các “cụm” của một số trạm mặt đất được sắp xếp lại trong một khoảng thời gian dài hơn gọi là khung TDMA, như chỉ ra ở hình 1.13

Độ lâu của “khe thời gian” được ấn định cho mỗi trạm được xác định trước tỷ lệ với yêu cầu về lưu lượng của trạm mặt đất đó Mỗi trạm mặt đất phát tín hiệu của nó trong khe thời gian được ấn định cho nó trong tất cả các khung TDMA Để các “cụm” trong khung TDMA không chồng lấn lên nhau thì giữa các cụm kề nhau phải có một khoảng thời gian

Hình 1.13: Cấu trúc “cụm” và khung TDMA

Cụmf

t

Một mạng đa truy nhập phân chia theo thời gian có ba trạm A, B, C được chỉ ra trên hình 1.14 Các trạm mặt đất phát không liên tục trong một thời gian TB đã được ấn định và gọi là “cụm”.

Khi thu mỗi trạm thu tất cả các “cụm” trong khung TDMA, trạm thu sẽ nhận dạng

“cụm” của mình bằng “từ duy nhất” có trong “cụm chuẩn” do trạm chuẩn phát đi

Quá trình tạo “cụm” và thu “cụm” của một trạm mặt đất được minh họa ở hai hình 1.15 và 1.16

Trạm mặt đất nhận thông tin ở dạng luồng số cơ hai liên tục với tốc độ Rb từ mạng mặt đất bên ngoài hoặc từ người sử dụng Thông tin được lưu giữ ở bộ nhớ đệm trong khoảng thời gian TB Luồng số với tốc độ Rb điều chế sóng mang sẽ có tốc độ:

R = Rb(TF/TB) (bit/s)

Tốc độ luồng số điều chế sóng mang sẽ cao khi khoảng thời gian của “cụm ngắn và chu kỳ phát (TB/ TF) của trạm thấp.Ví dụ Rb = 2Mbit/s và TF/TB = 10 thì R = 2.10 = 20 Mbit/s

Chú ý rằng R là tổng dung lượng của mạng, nghĩa là tổng các dung lượng trạm ở bit/s Nếu tất cả các trạm có dung lượng như nhau thì chu kỳ TF/TB biểu thị cho số trạm trong mạng

Khi thu “cụm”, mỗi trạm sẽ thu tất cả các “cụm” trong khung Trạm thu nhận dạng khởi đầu của mỗi cụm trong khung bằng việc tách “từ duy nhất” sau đó lấy ra lưu lượng dành cho nó chứa trong cụm con của trường lưu lượng có trong mỗi cụm Lưu lượng này nhận được không liên tục với tốc độ R bit/s Để khôi phục lại tốc độ ban đầu Rb ở dạng một luồng bít liên tục, thông tin được lưu lại trong bộ nhớ đệm đối với một chu kỳ khung và nó được đọc ra ở tốc độ Rb trong thời gian khung

Hình 1.14: Hoạt động của một mạng theo nguyên lý TDMA

Cùng tần số F

T T

T

Các trạm A,B,C

Đa truy nhập phân chia theo thời gian sử dụng hiệu quả hơn đối với độ rộng băng tần và tận dụng được công suất của bộ khuếch đại công suất cao do mỗi khung TDMA (hay một bộ phận đáp trên vệ tinh) chỉ có một sóng mang nên không có nhiễu điều chế khi tầng khuếch đại công suất việc tại điểm bão hoà hay lân cận điểm bão hoà và sẽ cho

ra công suất cực đại

Hệ thống TDMA có tính mềm dẻo trong việc thay đổi lưu lượng giữa các trạm chỉ cần thay đổi độ rộng “cụm” của mỗi trạm mặt đất

Nhưng TDMA yêu cầu về công nghệ trạm mặt đất phức tạp hơn FDMA, bởi vậy giá thành sẽ đắt hơn vì phải có sự đồng bộ chính xác giữa các trạm và với vệ tinh

Do vị trí vệ tinh luôn luôn thay đổi nên độ trễ của các trạm mặt đất là khác nhau, làm cho việc đồng bộ trong mạng gặp nhiều khó khăn và phức tạp hơn nhiều so với các

hệ thống vi ba trên mặt đất

Tốc độ của người sử dụng Ri (bít/s); tốc độ tin tức của bộ ghép kênh Rb = ΣRi

(bít/s); tốc độ của mỗi “cụm” R (bit/s), khoảng thời gian “cụm” TB (s), khoảng thời gian khung TF (s)

MUX TDM

Bộ điều chế QPSK

Luồng bít cho người sử dụng đến A

B C R

R

R

Tốc độ bít

Đến bộ nâng tần

Hình 1.15: Tạo cụm

Ri = Tốc độ của người sử dụng (bít/s); Rb tốc độ thông tin của bộ ghép kênh (bít/s) = ΣRi , R = tốc độ của mỗi “cụm” (bít/s) TB độ lâu của cụm (s), TF độ lâu của khung (s)

3/ Đa truy nhập phân chia theo không gian (SDMA):

Trong thông tin vệ tinh bằng việc phủ sóng các vùng khác nhau trên mặt đất và phương pháp sử dụng các phân cực sóng khác nhau thì với phổ tần giống nhau có thể sử dụng lại vài lần mà can nhiễu bị hạn chế giữa các người sử dụng

D

Giải điều chế PSK

Bộ đệm

Từ bộ biến

đổi hạ tần

Định thời TDMA

R R

R

tốc

độ bít

A B C Từ

Hình 1.16: Trạm thu D, thu các “cụm” từ trạm A, B, C.

a/ Phân cực: có các loại phân cực thẳng đứng (VP) và phân cực nằm ngang (HP) Phân cực tròn có phân cực tròn bên trái (LHCP) và phân cực tròn bên phải (RHCP), có thể được phát đi cùng tần số từ vệ tinh nhưng với hai phân cực khác nhau mà các trạm mặt đất thu đúng tín hiệu của trạm mình mà không bị can nhiễu do sử dụng các anten thu có phân cực khác nhau

b/ Vệ tinh với việc sử dụng các loại anten khác nhau có kích thước khác nhau, có thể phủ sóng lên mặt đất với các vùng phủ sóng có diện tích và hình dạng khác nhau Có bốn dạng phủ sóng cơ bản đó là: phủ sóng toàn cầu, là vùng phủ sóng rộng nhất mà vệ tinh có thể phủ được; phủ sóng bán cầu là phủ sóng một nửa bán cầu phía đông và phía tây của quả đất; phủ sóng khu vực là vùng phủ sóng một khu vực khá lớn như bắc Mỹ, châu Âu hoặc Đông nam á và vùng phủ sóng “đốm” là vùng phủ sóng với diện tích nhỏ nhất so với ba vùng trên

Hình 1.17: Sử dụng lại tần số bằng sự phân chia không gian

Nếu các vùng phủ sóng không chồng lấn lên nhau và năng lượng bức xạ búp phụ phủ sóng lên các vùng khác thấp dưới mức cho phép thì trong mỗi vùng phủ sóng đó có thể sử dụng phổ tần như nhau Ví dụ như ở hình 1.17 có hai vùng phủ sóng, trong hai vùng đó có thể sử dụng cùng một phổ tần để thông tin cho các trạm mặt đất ở trong đó Trạm mặt đất ở giữa không được phủ sóng hoặc phải sử dụng một tần số khác có vùng phủ sóng riêng Việc lựa chọn búp sóng dựa trên cơ sở bộ phát đáp

4/ Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA):

Làm việc theo nguyên lý trải phổ tín hiệu phát rộng hơn nhiều so với độ rộng thực

tế Chuỗi mã dùng để trải phổ tạo thành “ký hiệu” riêng của máy phát Máy thu \khôi phục lại thông tin hữu ích bằng việc khôi phục lại sóng mang phát ở độ rộng băng ban

đầu Hoạt động này đồng thời trải phổ của những người sử dụng khác cũng như sự xuất hiện tạp âm mật độ phổ thấp làm cho tạp âm và can nhiễu ở hệ thống CDMA rất ít.

Việc truyền dẫn mã kết hợp với thông tin có ích đòi hỏi độ rộng băng tần vô tuyến (RF) lớn hơn nhiều so với khi chỉ phát riêng thông tin Đó là nguyên nhân vì sao phải thực hiện trải phổ

Hình 1.18:Truyền dẫn trải phổ trong một hệ thống CDMA.

Có hai công nghệ được sử dụng ở CDMA là phát trải phổ trực tiếp (DS) và phát trải phổ nhảy tần (FH) Nguyên lý trải phổ được chỉ ra trên hình 1.18

Trong CDMA mỗi trạm phát sử dụng một mã giả ngẫu nhiên duy nhất để trải phổ tín hiệu phát Phía thu mỗi trạm mặt đất thu trong mạng phải có mã tạp âm giả ngẫu nhiên (PN) giống hệt nhau để khôi phục lại và chọn ra thông tin Những mạng khác có

PSD Tạp âm+ các tín hiệu

khác+ nguồn nhiễu

thể làm việc đồng thời trong cùng phổ tần nhưng với mã khác nhau thì sẽ không gây can nhiễu.

Phương pháp cơ bản của việc phát thông tin trải phổ đòi hỏi phải gửi đi một mã tạp

âm giả ngẫu nhiên (PN) ở tốc độ khoảng Mbit/s Mã này được gọi là “chip” Mã PN được điều chế bởi luồng số liệu thông tin Tỷ số giữa tốc độ của “chip” Rchip và tốc độ luồng số thông tin Rdata được gọi là hệ số khuyếch đại xử lý Hệ số khuyếch đại xử lý điển hình thường bằng 100 : 1 đến 1000 : 1 (20 dB đến 30dB) Nếu tốc độ số liệu là 10 kbit/s và hệ số khuyếch đại xử lý 23 dB (200/1) thì tốc độ “chip” là 2 Mbit/s Nếu yêu cầu Eb/No là 4 dB, với Rchip/Rdata 23 dB sẽ cho phép C/Nđến 19 dB

CDMA đổi lại việc tăng độ rộng băng để làm giảm công suất xuống thấp hơn nhiều CDMA nhiều kênh có thể cùng tồn tại, nếu tất cả là mã trực giao Kiểu đa truy nhập này phù hợp với các thiết bị thông tin vệ tinh cầm và xách tay có đồ thị tính hướng anten rộng

Đa truy nhập phân chia theo mã có các ưu điểm:

- Đơn giản vì không yêu cầu đồng bộ giữa các trạm

- Bảo mật, ít can nhiễu, có khả năng làm việc với C/N rất thấp

thông tin vệ tinh ;là hệ thống thông tin voo tuyến điểm đến đa điẻm nghĩa là 1 veej tinh

có thửê lien lạc với nhiều trạm mặt đất, vì vậy phải sử dụng phương pháp đa truy nhập Phương pháp đa truy nhập bao gồm :theo tần số ,theo thời gian và không gian, theo mã

CHƯƠNG 2 : PHÂN HỆ THÔNG TIN

2.1 Cấu trúc phân hệ thông tin:

2.1.1 Cấu trúc chức năng:

Trong hệ thống thông tin vệ tinh, vệ tinh đóng vai trò là một trạm chuyển tiếp, làm chức năng của một trạm lặp (repeater).Thu tín hiệu từ các trạm mặt đất, khuyếch đại, biến đổi sang một tần số khác và khuyếch đại lên một công suất yêu cầu rồi phát trở lại mặt đất Là một trạm ở rất xa quả đất và bay xung quanh quả đất, được điều khiển từ xa nên có cấu tạo phức tạp Ngoài phân hệ thông tin còn có những phân hệ phụ trợ khác để

đo lường, điều khiển, giám sát v.v…từ xa

Chức năng của một vệ tinh thông tin là thu tín hiệu cao tần (RF) từ mặt đất khuếch đại chúng và sau đó phát trở lại mặt đất Các bộ phận chính của một vệ tinh thông tin được chỉ ra ở hình 2.9 Trên hình chỉ cho ta thấy các bộ khuyếch đại tín hiệu của phân hệ thông tin và các phân hệ khác phụ trợ cho phân hệ thông tin như thế nào, và các giá trị điển hình của công suất RF cho trước Anten thu tín hiệu gồm có một mặt phản xạ (gọi

là gương) và một bộ tiếp sóng Tín hiệu thu là 10-10 W Máy thu khuyếch đại tín hiệu lên

104 w Nó cũng có bộ biến đổi hạ tần, biến đổi tần số thu 6 GHz xuống tần số 4 GHz để phát (nếu công tác ở băng C)

Hình 2.1: Sơ đồ khối phân hệ thông tin và phần phụ trợ trên vệ tinh

Máy thu chuyển mạchMa trận Khuếch đại công suất

Phần phụ trợ con tầu không gian

Điều khiển tư thế 0,01

RF thu

6GHz

RF phát 4GHz

Trong nhiều vệ tinh tín hiệu đi qua các chuyển mạch, các bộ suy hao, và các bộ ghép kênh Sau đó bộ khuyếch đại tăng công suất thực tế lên (ví dụ đến 10 w) Cuối cùng tín hiệu đến anten phát để bức xạ theo hướng mặt đất.

* Nhiệm vụ và các chức năng chính:

Các chức năng chính của phân hệ thông tin là:

- Thu các tín hiệu vô tuyến ở băng tần và phân cực cho trước của các trạm mặt đất trong mạng có liên quan Các trạm này phải nằm trong vùng phủ sóng của vệ tinh với một góc quy định, góc này phụ thuộc độ rộng búp sóng anten

- Loại bỏ can nhiễu

- Khuyếch đại các tần số thu được và hạn chế tạp âm và nhiễu loạn càng nhiều càng tốt Mức tín hiệu mà anten thu nhận được chỉ vài chục picowat (pW)

- Biến đổi tần số sóng mang thu ở đường lên thành tần số phát trở lại mặt đất ở đường xuống Thường tần số thu đường lên lớn hơn tần số phát đường xuống Ví

dụ băng C thu 6 GHz, phát 4 GHz, còn băng Ku là 14 GHz và 11 GHz

- Bảo đảm mức công suất phát xuống trong băng tần quy định từ anten phát trong khoảng vài chục đến vài trăm Wat

- Phát tín hiệu vô tuyến trong băng tần và loại phân cực đã cho xuống vùng phủ sóng yêu cầu trên mặt đất

2.1.2 Các thông số kỹ thuật đặc trưng:

Các thông số kỹ thuật chủ yếu của các thiết bị viễn thông đặt trên vệ tinh là:

1- Băng tần công tác;

2- Số lượng bộ phát đáp;

3- Độ rộng dải thông của mỗi bộ phát đáp;

4- Phân cực tín hiệu của tuyến lên và tuyến xuống;

5- Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương (EIRP) hoặc mật độ thông lượng công suất tạo ra tại biên của vùng phủ sóng phục vụ;

6- Hệ số phẩm chất G/T của máy thu tại biên của vùng phủ sóng hoặc giá trị cực đại;

7- Vùng phủ sóng;

8- Công suất đầu ra của bộ khuyếch đại công suất phát;

9- Cấu hình dự phòng cho máy thu và bộ khuyếch đại công suất cao

Băng tần phân bố cho bộ phát đáp vệ tinh có thể từ vài trăm MHz đến vài GHz Băng tần này thường được chia thành các băng tần con (theo phân định của ITU)

Hầu hết các bộ phát đáp thường được thiết kế với dải thông 36 MHz, 54 MHz hoặc 72 MHz, trong đó dải thông 36 MHz là chuẩn được sử dụng phổ biến Trong quỹ đạo địa tĩnh, vệ tinh được đặt ở một tọa độ xác định và làm việc với một số băng tần xác định

Ví dụ, trong băng tần C (6/4 GHz) vệ tinh được phép sử dụng một phân định phổ rộng 500MHz Như vậy, vệ tinh có khả năng đặt 24 bộ phát đáp sử dụng dải thông 36MHz trong dải tần phân định 500 MHz Có thể thực hiện được đó bằng cách bố trí 12

bộ phát đáp làm việc với sóng bức xạ phân cực đứng và 12 bộ phát đáp làm việc với sóng bức xạ phân cực ngang Hình 2.2 mô tả sự bố trí 12 kênh theo phân cực đứng và 12 kênh theo phân cực ngang trong dải tần 500 MHz Các vệ tinh này thường sử dụng cho chuyển tiếp truyền hình (trong hình C là ký hiệu cho kênh)

suất của bộ khuyếch đại phát trên vệ tinh cho tuyến xuống tuỳ thuộc vào nhu cầu thiết

kế, nó có thể là từ 10 W đến 120 W, 140 W hoặc 200 W Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương (EIRP) hoặc mật độ thông lượng công suất trong vùng xem xét nói chung được xác định tại vùng biên của vùng phủ sóng trong các điều kiện làm việc cụ thể đối với một kênh của bộ phát đáp và thường được xem xét ở chế độ bão hoà của bộ khuyếch đại công suất

Mật độ thông lượng công suất tối thiểu tại anten thu của vệ tinh và tỉ số G/T cũng được xác định trong các điều kiện cụ thể

2.2 Bộ phát đáp đơn búp sóng:

2.2.1 Cấu trúc của bộ phát đáp đơn búp sóng:

Bộ phát đáp đơn búp sóng (single beam transponder), đúng như tên gọi của nó, là

bộ phát đáp làm việc với anten đơn búp sóng và đồng thời cũng là mạng đơn búp sóng Nhiệm vụ của bộ phát đáp là thu tín hiệu sóng mang từ tuyến lên, khuyếch đại tạp âm thấp (LNA), chuyển đổi tần số (một hoặc hai lần chuyển đổi), khuyếch đại công suất đưa ra anten phát để truyền theo tuyến xuống

Hình 2.3: Mô tả sơ đồ khối chức năng bộ phát đáp đơn búp sóng

Cấu trúc của bộ phát đáp gồm có: bộ lọc giới hạn băng thông (BPF – BandPass Filter) ở đầu vào, bộ khuyếch đại tạp âm thấp LNA (Low Noise Complifier), bộ chuyển đổi tần số bao gồm cả lọc thông dải BPF và bộ khuyếch đại công suất ra Bộ phát đáp

đó thực chất là một bộ lặp chuyển đổi từ tần số sóng mang vô tuyến RF này (tuyến lên) sang tần số sóng mang vô tuyến RF khác (tuyến xuống) Cũng có một số bộ phát đáp có chuyển đổi tần số trung gian giống như các bộ lặp trong các đường truyền viba Biến đổi thành tần số trung gian (IF) đó có thể một lần hoặc hai lần (giống trộn tần 1 và trộn tần 2) Bộ lọc BPF ở đầu vào có nhiệm vụ giới hạn tạp âm và can nhiễu ở đầu vào bộ

Lọc

thông

giải BPF

Khuếch đại tạp âm thấp LNA

Trộn tần Lọc

thông giải BPF

Dao động nội

KĐ công suất HPA

Anten thu Anten phát

Từ trạm

mặt đất Chuyển đổi tần số Đến trạm mặt đất

khuyếch đại tạp âm thấp LNA Bộ khuyếch đại LNA thường sử dụng loại diode đường hầm (tunnel diode) để khuyếch đại tín hiệu với hệ số tạp âm bé Bộ chuyển đổi tần số làm nhiệm vụ chuyển đổi tần số sóng mang tuyến lên băng tần cao thành tần số sóng mang tuyến xuống băng tần thấp hơn Bộ khuyếch đại công suất, thường dùng đèn sóng chạy TWT (Traveling Wave Tube) có nhiệm vụ khuyếch đại công suất tín hiệu RF để truyền theo tuyến xuống đến các trạm mặt đất thu Mỗi một kênh vệ tinh yêu cầu một bộ phát đáp riêng.

2.2.2 Phân kênh trong bộ phát đáp:

Các tầng đầu vào của bộ phát đáp làm việc với toàn bộ băng tần của hệ thống và có

độ rộng vài trăm MHz Như vậy trong băng tần khá rộng đó có thể vài chục sóng mang xuất hiện Điều đó sẽ gây ra một số lớn tích xuyên điều chế (intermodulation products)

do các sóng mang đó đi qua các tầng có đặc tuyến nói chung là không tuyến tính Để giảm số lượng các tích xuyên điều chế, từ đó giảm mức tạp âm xuyên điều chế, cần phải giới hạn số lượng các sóng mang đi qua cùng một bộ khuyếch đại Phương pháp đơn giản là phân chia băng tần thành các băng tần con (sub-band) để khuyếch đại chúng theo các bộ khuyếch đại riêng biệt nhau Hình 2.4 mô tả đặc tuyến không tuyến tính, mức độ tạp âm xuyên điều chế và sự phân chia băng tần thành các băng tần con với các bộ khuyếch đại riêng Sự phân chia đó còn gọi là phân kênh

Mục đích của việc phân kênh của bộ phát đáp là tạo ra các kênh (băng tần con) có

độ rộng băng tần bé hơn, do đó số sóng mang trong mỗi băng tần con đó sẽ ít hơn nhiều, tích điều chế trong toàn bộ độ rộng dải tần sẽ giảm

Hình 2.4: Mô tả giảm tích xuyên điều chế bằng cách phân kênh ở bộ phát

đáp

Sự phân kênh như vậy sẽ có ưu tiên là:

1- Cho phép thực hiện khuyếch đại công suất với một sự gia tăng có giới hạn nhiễu xuyên điều chế do số sóng mang qua mỗi bộ khuyếch đại giảm:

2- Tăng cường tổng công suất phát của bộ phát đáp do có thể chọn lựa công nghệ thích hợp cho mỗi kênh

Tuy vậy, việc phân chia các kênh song song như vậy cũng gây nên méo khi mà một phần năng lượng tín hiệu của các kênh lân cận ảnh hưởng lẫn nhau Nhiễu trong trường hợp đó được gọi là nhiễu kênh lân cận ACI (Adjacent Channel Interference) Các hiệu ứng ACI sẽ được giảm thiểu bằng các khoảng cách bảo vệ giữa các kênh đủ rộng và các

bộ lọc dải thông đảm bảo Sự phân chia kênh bằng các bộ lọc thông dải ở đầu vào như vậy còn gọi là ghép (tách) kênh đầu vào IMUX (input multiplex)

Đặc tính Pra/Pvào của bộ khuếch đại

Độ rộng dải tần của mỗi kênh là vài chục MHz đến vài trăm MHz (thường sử dụng các chuẩn 36, 40, 72 và 120 MHz) Các băng con (hoặc kênh) khác nhau đó, sau khi khuyếch đại lại được tái hỗn hợp trong một bộ ghép kênh đầu ra OMUX (Output Multiplexer) Ở đây cần lưu ý rằng, thuật ngữ bộ phát đáp (Responder) trong một số tài liệu được sử dụng để chỉ thiết bị làm việc với một băng tần con (vídụ 36 MHz) như đã phân tích trên và kênh con đó được gọi là kênh vệ tinh.

Việc khuyếch đại kênh sử dụng một bộ tiền khuyếch đại để đảm bảo cung cấp công suất theo yêu cầu đầu vào của tầng đầu ra Bộ tiền khuyếch đại đó được gọi là bộ khuyếch đại kênh hoặc bộ khuyếch đại điều khiển (tức hệ số khuyếch đại có thể bổ sung

do điều khiển từ xa khi bị lão hoá) Bộ khuyếch đại công suất cung cấp công suất theo yêu cầu cho các đầu vào của bộ ghép kênh đầu ra OMUX

Tại đầu vào của bộ phát đáp, bộ lọc thông dải có nhiệm vụ giới hạn độ rộng dải thông nhiễu và loại trừ ảnh hưởng các tần số của tuyến xuống Tại đầu ra, bộ lọc dải thông có nhiệm vụ gạt bỏ các sóng hài tạo ra bởi các phần tử không tuyến tính và gia tăng sự cách biệt giữa các đầu vào và đầu ra Hình 2.5 mô tả sơ đồ khối chức năng bộ phát đáp biến đổi tần số một lần có bộ ghép kênh đầu vào và đầu ra

Trường hợp bộ phát đáp có đổi tần hai lần thì việc chuyển đổi tần số có thể thực hiện trong phần máy thu với toàn bộ dải tần hoặc có thể thực hiện ở từng kênh một sau khi đã phân kênh

Hình 2.5: Sơ đồ khối chức năng bộ phát đáp đổi tần số một lần có ghép

(tách) kênh đầu vào và đầu ra.

2.2.3 Chức năng các phần tử:

Như mô tả hình 2.5, các thiết bị chủ yếu của bộ phát đáp bao gồm: máy thu, bộ ghép (tách) kênh đầu vào và đầu ra, bộ khuyếch đại công suất Sau đây sẽ xem xét các đặc tính kỹ thuật của chúng

LO

IMUX OMUX LNA KĐ

LO

HPA

Máy thu

2.2.3.1 Phần máy thu:

Phần máy thu bao gồm bộ khuyếch đại tần số tuyến lên, tầng chuyển đổi tần số và khuyếch đại tín hiệu sau khi chuyển đổi tần số Nguyên lý làm việc của tầng này giống như nguyên lý làm việc của các máy thu thông thường Công nghệ mới nhất là dùng các mạch lai cùng các chip (các phần tử tích cực) Với các công nghệ mới được đưa vào sử dụng, máy thu có kích thước gọn, trọng lượng nhẹ Ví dụ máy thu của ESA (European Space Agency) có kích thước 30x20x10 cm và công suất điện tiêu thụ trong khoảng 5-

15 W

Bộ khuyếch đại đầu vào

Bộ khuyếch đại tần số tuyến lên (khuyếch đại đầu vào) là bộ phận chủ yếu quyết định tỷ số G/T của bộ phát đáp Bộ khuyếch đại đó cần phải có nhiệt độ tạp âm thấp, hệ

số khuyếch đại lớn để giới hạn nhiệu độ tạp âm cho các tầng kế tiếp sau Các vệ tinh đầu tiên thường sử dụng bộ khuyếch đại với diode đường hầm (diode tunel) Những năm gần đây, các bộ khuyếch đại tham số được đưa vào sử dụng Nguyên lý hoạt động của khuyếch đại tham số là dựa trên phản xạ của tín hiệu trên một điện trở âm Các bộ khuyếch đại dùng transistor hiệu ứng trường (field effect) hiện nay cũng đang được sử dụng phổ biến Bảng 2.1 mô tả các giá trị tỷ số G/T của ba loại bộ khuyếch đại tạp âm thấp LNA ở đầu vào bộ phát đáp được nêu trên Ở băng tần C và băng tần Ku thì các bộ khuyếch đại hiệu ứng trường có nhiều ưu điểm do sử dụng công nghệ HMET (High Mobility Electron Technology) và GaAs Ở băng tần cao hơn (30 GHz) thì thường sử dụng bộ khuyếch đại tham số để đảm bảo hệ số tạp âm thấp Một số bộ khuyếch đại có thể mắc theo kiểu cascad để có hệ số khuyếch đại lớn, quãng 30 dB, trước khi chuyển đổi tần số

Bảng 2.1: Đặc tính của một số bộ khuyếch đại tạp âm thấp LNA

Hệ số tạp âm

6 GHz 14 GHz 30 GHz

Bộ khuyếch đại transistor hiệu

ứng trường

Tầng chuyển đổi tần số

Tầng chuyển đổi tần số bao gồm một bộ trộn tần, một bộ tạo dao động nội và các

bộ lọc Tần số của bộ dao động nội là hiệu số giữa của tần số giữa băng tần tuyến lên và tần số giữa của băng tần tuyến xuống (đối với trường hợp chuyển đổi tần số một lần và giả thiết băng tần là liên tục) Trong băng tần C tần số bộ tạo dao động nội đó là khoảng 2,2 GHz Trong băng tần Ku thì nó là, vídụ như: 1,5; 2,58 hoặc 3,8 GHz tương ứng với băng tần được sử dụng cho tuyến xuống là (10,95 – 11,2 GHz hoặc 12,5 – 12,75 GHz)

và với băng tần được sử dụng cho tuyến lên là 14,0 – 14,5 GHz

Các thông số đặc trưng chủ yếu của bộ chuyển đổi tần số là:

1- Tổn hao chuyển đổi, nghĩa là tỷ số giữa công suất đầu vào (tại tần số của tuyến lên) và công suất đầu ra (tại tần số sau khi chuyển đổi) và mức tạp âm (giá trị tiêu biểu là từ 5 đến 10 dB)

2- Độ ổn định của tần số dao động nội Giá trị biến động tần số cần phải nhỏ hơn

±1 đến ±5.10-6 trong điều kiện có sự thay đổi nhiệt độ thực tế

3- Biên độ của các tín hiệu không mong muốn: các tín hiệu dư (residual) tại tần số

bộ dao động nội và các sóng hài (harmonics) của nó phải nhỏ hơn -60 dBm; các tín hiệu không mong muốn ở tại các tần số gần với tín hiệu hữu ích ở đầu ra nhỏ hơn -79 dBO trong dải tần

Bộ tạo dao động nội có thể sử dụng mạch nhân tần kết hợp khuyếch đại theo kiểu truyền thống hoặc có thể tạo sóng trực tiếp theo kiểu dùng bộ tổng hợp tần số (frequency synthesiser) cùng với vòng khoá pha PLL (Phase – Locket Loop) với bộ tạo

dao động dùng thạch anh có điều khiển điện áp để ổn định tần số

2.2.3.2 Khuyếch đại sau chuyển đổi tần số:

Nhiệm vụ khuyếch đại sau chuyển đổi tần số là khuyếch đại để đảm bảo mức công suất tín hiệu trước khi phân kênh Phần khuyếch đại này có thể có nhiều tầng và có sử dụng điều khiển hệ số khuyếch đại từ xa Một trong những yêu cầu về đặc tính của các tầng khuyếch đại này là độ tuyến tính Bởi vì các tầng khuyếch đại làm việc với một độ rộng dải tần khá lớn cho nên sự không tuyến tính sẽ gây nên tích xuyên điều chế (intermodulation products) của các tín hiệu sóng mang trong dải tần Mức của tích xuyên điều chế bậc 3 thường phải nhỏ hơn mức của sóng mang là 40 dB (với giả thiết là hai sóng mang có biên độ bằng nhau ở đầu vào)

Hệ số khuyếch đại (độ lợi) của máy thu thường là khoảng từ 60 đến 70 dB Hệ số khuyếch đại đó phải là hằng số đối với các tần số trong toàn bộ dải tần công tác để hạn chế méo không tuyến tính ở các tầng ra của bộ phát đáp Thông thường độ gợn sóng không được vượt quá 0,5 dB trong toàn bộ dải tần 500 MHz Để đạt được điều đó cần

có sự phối hợp trở kháng (matching) giữa các tầng để giảm tối thiểu tỷ số sóng đứng

(standing wave ratio) Có thể sử dụng các bộ isolator và circulator để phối hợp trở kháng giữa các tầng, ngăn cách sóng phản xạ tại các giao tiếp

2.2.3.3 Bộ phân kênh đầu vào và bộ hợp kênh đầu ra:

Như mô tả hình 2.5, bộ phát đáp vệ tinh có bộ phân kênh đầu vào IMUX và bộ hợp kênh đầu ra OMUX

Bộ phân kênh đầu vào (IMUX) phân chia toàn bộ dải tần của hệ thống thành các băng tần con Các bộ lọc thông dải được sử dụng để xác định độ rộng băng tần con của các kênh khác nhau đó Một cấu hình tiêu biểu là một loạt các bộ lọc thông dải được cung cấp thông qua các vòng định tuyến (circulator) Hình 3.6 mô tả ví dụ một bộ phân kênh đầu vào (IMUX) và các kênh được tổ chức thành hai nhóm: nhóm kênh lẻ và nhóm kênh chẵn Bộ phân kênh sau đó sẽ phân chia các kênh thông qua các circulator và các bộ lọc thông dải được thiết kế dưới dạng mạch lai (hybird) Sự phân nhóm ở đầu vào có thể lớn hơn hai Tổn hao trong bộ phân kênh phụ thuộc vào thời gian của tín hiệu liên quan đi qua vòng định tuyến circulator và sự phản xạ tín hiệu từ các đầu vào bộ lọc thông dải (khoảng 0,1 dB) Các tổn hao đó sẽ được bù ở bộ khuyếch đại kênh

Bộ hợp đầu ra (OMUX) có chức năng tái tổng hợp các kênh sau khi đã khuyếch đại công suất Không giống như các tổn hao ở IMUX, các tổn hao OMUX ở đây sẽ trực tiếp dẫn đến việc suy giảm công suất bức xạ Cũng vì vậy, các bộ lọc thông dải ở đây sử dụng kết hợp với ống dẫn sóng, bộ lọc dùng ống dẫn sóng ngắn mạch đầu cuối Đầu ra của mỗi một bộ lọc dùng ống dẫn sóng ngắn mạch đó được ghép với ống dẫn sóng chung thông qua bộ ghép ống dẫn sóng

Hình 2.6: Mô tả cấu trúc điển hình bộ phân kênh đầu vào (IMUX)

Ống dẫn sóng đầu cuối ngắn mạch

Bộ lọc kênh 4

Bộ lọc kênh 2

Bộ lọc kênh 1

Bộ lọc kênh 3

Từ TWTAS

Từ TWTAS

Điều chỉnh phối hợp dưới bộ lọc thông giải

Điều chỉnh phối hợp trên bộ lọc thông giải

Đầu ra

ghép kênh

đến anten

Hình 2.7: Mô tả bộ hợp kênh đầu ra OMUX sử dụng một ống dẫn sóng

chung

2.2.3.4 Các bộ lọc thông dải:

Các đặc tính của bộ lọc thông dải được xác định như là một hàm của tần số - biên

độ và độ trễ nhóm (hình 2.8) Các đặc tính về biên độ - tần số được biểu thị bởi:

1- Biên độ và độ dốc cực đại của hàm truyền trong dải thông;

2- Tốc độ giảm của biên độ tại giới hạn của dải thông;

3- Giá trị cực tiểu của suy giảm bên ngoài dải thông

Hình 2.8: Mô tả ví dụ hàm truyền và trễ nhóm của bộ lọc thông giải

Nếu như ở hai đầu mút của hàm truyền có độ dốc lớn thì có thể sử dụng dải tần bảo

vệ giữa các dải thông hẹp hơn, như vậy hiệu năng sử dụng băng tần sẽ lớn hơn Độ dốc lớn đó cũng hạn chế được can nhiễu giữa các kênh lân cận (nhiễu ACI)

Đặc tính trễ nhóm được xác định bởi sự thay đổi cực đại cho phép của trễ nhóm sẽ gây nên sự lệch pha của các thành phần phổ tần của các tín hiệu băng tần rộng và do đó dẫn đến méo tín hiệu

Trong thực tế, với tần số viba, các bộ lọc hốc cộng hưởng ống dẫn sóng, loại đơn mốt hoặc đa mốt, với sóng TE hoặc TM thường được sử dụng để gia tăng hiệu năng và

hệ số phẩm chất của bộ lọc

2.2.3.5 Bộ khuyếch đại kênh:

Bộ khuyếch đại kênh có nhiệm vụ khuyếch đại đảm bảo công suất đầu vào cho tầng ra, thường là có độ khuyếch đại từ 20 đến 50 dB Yêu cầu là đặc tuyến khuyếch đại

phải tuyến tính để không có tích xuyên điều chế Mạch khuyếch đại thường được sử dụng là transistor hiệu ứng trường dưới dạng mạch tích hợp Bộ khuyếch đại cũng thường được kết hợp với bộ suy giảm (attenuator), có thể điều chỉnh theo bước từ 0 đến vài dB và được điều khiển từ xa thông qua hệ thống bám và điều khiển từ xa TTC (Telemetry, tracking and command) từ trạm điều khiển mặt đất.

2.2.3.6 Tầng khuyếch đại công suất ra:

Nhiệm vụ của tầng khuyếch đại công suất ra là đảm bảo công suất đầu ra cho mỗi kênh và chính công suất đó xác định giá trị của công suất bức xạ đẳng hướng tương đương EIRP của kênh Ở đây, công suất danh định (nominal power) được định nghĩa là công suất bão hoà đối với sóng mang đơn của bộ khuyếch đại Điểm công tác của bộ khuyếch đại được điều chỉnh với các tín hiệu được phát trong kênh ứng với mức tạp âm xuyên điều chế cho phép Việc chọn điểm công tác đó tương ứng với khoảng lùi đầu vào IBO (Input BackOff) hoặc khoảng lùi đầu ra OBO (Output BackOff) của đường đặc tuyến khuyếch đại do sự thoả hiệp giữa công suất hữu dụng đầu ra và mức tạp âm xuyên điều chế, có nghĩa là:

- Nếu khoảng lùi bé (tức điểm làm việc gần vùng bão hoà) thì có lợi là công suất ra

sẽ lớn nhưng tạp âm xuyên điều chế trong trường hợp này cũng sẽ lớn do thiết bị làm việc trong vùng không tuyến tính của đường đặc tuyến

- Nếu khoảng lùi lớn thì có thể hạn chế được tạp âm xuyên điều chế nhưng công suất đầu ra sẽ bị giảm

Các thủ tục để xác định khoảng lùi (backoff), tức chọn khoảng lùi tối ưu để sao cho tỷ số mật độ phổ công suất tín hiệu trên mật độ phổ công suất tạp âm của toàn tuyến ( C/No)τ - từ trạm mặt đất đến trạm mặt đất qua vệ tinh – là cực đại

Có một thông số quan trọng của tầng khuyếch đại công suất ra là hiệu suất Hiệu suất ở đây được xác định bởi tỷ số giữa công suất ra tần số vô tuyến RF với công suất điện năng tiêu thụ Sự mất mát điện năng ở đây chủ yếu là dưới dạng nhiệt Nếu hiệu suất lớn tức tiêu thụ điện năng giảm và điều đó dẫn đến giảm kích thước, trọng lượng của hệ thống điện trong vệ tinh Hiệu suất của bộ khuyếch đại công suất ra thường có giá trị cực đại khi bộ khuyếch đại làm việc ở gần vùng bão hoà

Có hai bộ khuyếch đại công suất ra thường được sử dụng ở các bộ phát đáp vệ tinh, đó là bộ khuyếch đại dùng đèn sóng chạy TWT và bộ khuyếch đại dùng transistor SSPA (Transistor Solid State Power Amplifier)

Bộ khuyếch đại dùng đèn sóng chạy TWT làm việc dựa trên nguyên lý trao đổi năng lượng giữa chùm tia điện tử và sóng tín hiệu trong cuộn dây Chùm tia điện tử

thoát ra từ ctốt được đốt nóng ở nhiệt độ cao, được hội tụ và gia tốc bởi một cặp nốt Sóng tín hiệu truyền trong cuộn dây xoắn ốc đặt trong đèn Chùm tia điện tử bị giữ bởi các đường từ đồng tâm chạy dọc theo cuộn dây xoắn ốc Tốc độ trục của sóng bị giảm đến một giá trị gần với tốc độ của các điện tử Tác động qua lại đó dẫn đến sự trao đổi năng lượng Một cực góp sẽ thu nhận các điện tử (dòng năng lượng lớn biến đổi theo quy luật của sóng) ở đầu ra của cuộn dây xoắn ốc Khuyếch đại được thực hiện Việc phân chia cực góp (collector) theo một số tầng với các thế hiệu khác nhau để việc thu thập năng lượng dư của các điện tử được tốt hơn và do đó hiệu suất của đèn cũng sẽ gia tăng.

Các giá trị tiêu biểu về đặc tính của đèn TWT là:

1- Công suất ở chế độ bão hoà;

2- Hiệu suất: từ 40-50%;

3- Hệ số khuyếch đại (độ lợi) ở bão hoà: khoảng 55 dB;

4- Tỷ số ( C/N)IM ở bão hoà: từ 10 đến 12 dB;

5- Hệ số chuyển đổi AM/PM: KP khoảng 4,5º/dB

Để cho đèn TWT làm việc bình thương, cần có các nguồn cung cấp điện khác nhau (điện áp có thể trên 4000V) Trọng lượng toàn bộ của đèn là khoảng 2,2 kg (đèn 0,7 kg

và nguồn cấp điện 1,5 kg) Ở băng tần cao (như băng tần Ka, 20 GHz) thì các ảnh hưởng truyền sóng có thể gây ra suy hao tuyến (từ 5 đến 25 dB) Các đèn sóng chạy TWT làm việc ở dải tần EHF (Extra High Frequency) có thể được thiết kế với các công suất bão hoà khác nhau

Bộ khuyếch đại dùng transistor phổ biến là dùng transistor hiệu ứng trường (field effect transistor) Công suất và dải tần công tác của loại transistor này cũng liên tục được tăng cường do sự phát triển không ngừng của công nghệ Công suất đầu ra của bộ khuyếch đại phụ thuộc vào số transistor trong mạch được ghép song song (hình 2.9) Các bộ khuyếch đại công suất dùng transistor được đưa vào ứng dụng trong các bộ phát đáp vệ tinh bắt đầu vào năm 1980 và làm việc ở băng tần C với công suất ra là 10 W Ngày nay các bộ khuyếch đại dùng transistor có thể làm việc với các băng tần Ka , Ku

với công suất lớn hơn Các đặc tính chủ yếu của bộ khuyếch đại transistor là:

- Công suất ra: (từ 10W đến 50W);

- Hiệu suất: (từ 20% đến 35%);

- Hệ số khuyếch đại (độ lợi) ở bão hoà: 50 dB (phụ thuộc vào số tầng khuyếch đại);

- Tỷ số ( C/N)IM ở bão hoà: từ 14 đến 18 dB;