ĐỒ án tốt NGHIỆP nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bộ thu phát tín hiệu trên cạn và dưới nước

Bộ phát được gắn vào vật thể, sẽ truyền đi sóng điện từ trong môi trường trên cạn hoặc là sóng âm nếu như là môi trường nước, dựa vào sự tăng giảm của cường độ tín hiệu thu được ở bên th

VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

trên cạn và dưới nước

VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

trên cạn và dưới nước

Giảng viên hướng dẫn: ThS TRẦN MẠNH HOÀNG

TS NGUYỄN HỮU PHÁT

Hà Nội, 06 – 2015

Đánh giá quyển đồ án tốt nghiệp (Dùng cho giảng viên hướng dẫn)

Giảng viên đánh giá:

Tên đồ án: Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bộ thu phát tín hiệu trên cạn và dưới

2 Cập nhật kết quả nghiên cứu gần đây nhất (trong nước/quốc tế) 1 2 3 4 5

3 Nêu rõ và chi tiết phương pháp nghiên cứu/giải quyết vấn đề 1 2 3 4 5

4 Có kết quả mô phỏng/thưc nghiệm và trình bày rõ ràng kết quả đạt được 1 2 3 4 5

Có khả năng phân tích và đánh giá kết quả (15)

5 Kế hoạch làm việc rõ ràng bao gồm mục tiêu và phương pháp thực hiện dựa trên kết quả nghiên cứu lý thuyết một cách có hệ

6 Kết quả được trình bày một cách logic và dễ hiểu, tất cả kết quả đều được phân tích và đánh giá thỏa đáng 1 2 3 4 5

7

Trong phần kết luận, tác giả chỉ rõ sự khác biệt (nếu có) giữa kết

quả đạt được và mục tiêu ban đầu đề ra đồng thời cung cấp lập

luận để đề xuất hướng giải quyết có thể thực hiện trong tương

lai

1 2 3 4 5

Kỹ năng viết (10)

8

Đồ án trình bày đúng mẫu quy định với cấu trúc các chương

logic và đẹp mắt (bảng biểu, hình ảnh rõ ràng, có tiêu đề, được

đánh số thứ tự và được giải thích hay đề cập đến trong đồ án, có

căn lề, dấu cách sau dấu chấm, dấu phẩy v.v), có mở đầu chương

và kết luận chương, có liệt kê tài liệu tham khảo và có trích dẫn

đúng quy định

1 2 3 4 5

9 Kỹ năng viết xuất sắc (cấu trúc câu chuẩn, văn phong khoa học, lập luận logic và có cơ sở, từ vựng sử dụng phù hợp v.v.) 1 2 3 4 5

Thành tựu nghiên cứu khoa học (5) (chọn 1 trong 3 trường hợp)

10a

Có bài báo khoa học được đăng hoặc chấp nhận đăng/đạt giải

SVNC khoa học giải 3 cấp Viện trở lên/các giải thưởng khoa

học (quốc tế/trong nước) từ giải 3 trở lên/ Có đăng ký bằng 5

giải khuyến khích trong các kỳ thi quốc gia và quốc tế khác về

chuyên ngành như TI contest

10c Không có thành tích về nghiên cứu khoa học 0

Điểm tổng quy đổi về thang 10

3 Nhận xét thêm của Thầy/Cô (giảng viên hướng dẫn nhận xét về thái độ và tinh thần làm việc của sinh viên)

Ngày: / /201 Người nhận xét

(Ký và ghi rõ họ tên)

Đánh giá quyển đồ án tốt nghiệp (Dùng cho cán bộ phản biện)

Giảng viên đánh giá:

Họ và tên Sinh viên: MSSV:………

Tên đồ án:

………

Chọn các mức điểm phù hợp cho sinh viên trình bày theo các tiêu chí dưới đây:

Rất kém (1); Kém (2); Đạt (3); Giỏi (4); Xuất sắc (5)

Có sự kết hợp giữa lý thuyết và thực hành (20)

1 Nêu rõ tính cấp thiết và quan trọng của đề tài, các vấn đề và các giả thuyết (bao gồm mục đích và tính phù hợp) cũng như phạm

2 Cập nhật kết quả nghiên cứu gần đây nhất (trong nước/quốc tế) 1 2 3 4 5

3 Nêu rõ và chi tiết phương pháp nghiên cứu/giải quyết vấn đề 1 2 3 4 5

4 Có kết quả mô phỏng/thưc nghiệm và trình bày rõ ràng kết quả đạt được 1 2 3 4 5

Có khả năng phân tích và đánh giá kết quả (15)

5 Kế hoạch làm việc rõ ràng bao gồm mục tiêu và phương pháp thực hiện dựa trên kết quả nghiên cứu lý thuyết một cách có hệ

6 Kết quả được trình bày một cách logic và dễ hiểu, tất cả kết quả đều được phân tích và đánh giá thỏa đáng 1 2 3 4 5

7

Trong phần kết luận, tác giả chỉ rõ sự khác biệt (nếu có) giữa kết

quả đạt được và mục tiêu ban đầu đề ra đồng thời cung cấp lập

luận để đề xuất hướng giải quyết có thể thực hiện trong tương

lai

1 2 3 4 5

Kỹ năng viết (10)

8

Đồ án trình bày đúng mẫu quy định với cấu trúc các chương

logic và đẹp mắt (bảng biểu, hình ảnh rõ ràng, có tiêu đề, được

đánh số thứ tự và được giải thích hay đề cập đến trong đồ án, có

căn lề, dấu cách sau dấu chấm, dấu phẩy v.v), có mở đầu chương

và kết luận chương, có liệt kê tài liệu tham khảo và có trích dẫn

đúng quy định

1 2 3 4 5

9 Kỹ năng viết xuất sắc (cấu trúc câu chuẩn, văn phong khoa học, lập luận logic và có cơ sở, từ vựng sử dụng phù hợp v.v.) 1 2 3 4 5

Thành tựu nghiên cứu khoa học (5) (chọn 1 trong 3 trường hợp)

10a

Có bài báo khoa học được đăng hoặc chấp nhận đăng/đạt giải

SVNC khoa học giải 3 cấp Viện trở lên/các giải thưởng khoa 5

nghiên cứu khoa học nhưng không đạt giải từ giải 3 trở lên/Đạt

giải khuyến khích trong các kỳ thi quốc gia và quốc tế khác về

chuyên ngành như TI contest

10c Không có thành tích về nghiên cứu khoa học 0

Điểm tổng quy đổi về thang 10

3 Nhận xét thêm của Thầy/Cô

Ngày: / /201 Người nhận xét

(Ký và ghi rõ họ tên)

LỜI NÓI ĐẦU

Trong nhiều trường hợp, việc theo dõi và xác định vị trí của các vật thể là rất quan trọng Đặc biệt là khi các vật thể đó ở trong môi trường nước hoặc nằm sâu trong các hầm mỏ dưới lòng đất, khi đó việc xác định vị trí bằng các phương pháp thông thường như định vị bằng GPS là không khả thi Trong trường hợp này, một

bộ thu phát tín hiệu là cần thiết để xác định được vị trí tương đối của các vật thể cần

tìm Vì sự thiết thực đó, em đã chọn đề tài “Ngiên cứu, thiết kế, chế tạo bộ thu phát tín hiệu trên cạn và dưới nước” làm đề tài tốt nghiệp của mình

Trong quá trình làm đồ án của mình, em đã cố gắng để hoàn thiện đề tài một cách tốt nhất Nhưng với kiến thức và sự hiểu biết còn hạn chế nên chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót Em mong các thầy cô cùng các bạn đóng góp ý kiến để đề tài của em có thể được hoàn thiện hơn

Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến ThS Trần Mạnh Hoàng và TS Nguyễn Hữu Phát đã nhiệt tình hướng dẫn, giúp đỡ và tạo những điều kiện tốt nhất về vật chất và thiết bị để em hoàn thành đồ án này

Em xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của riêng

em

Các số liệu sử dụng phân tích trong luận án có nguồn gốc rõ ràng, đã công bố theo đúng quy định Các kết quả nghiên cứu trong luận án do tôi tự tìm hiểu, phân tích một cách trung thực, khách quan và phù hợp với thực tiễn của Việt Nam Các kết quả này chưa từng được công bố trong bất kỳ nghiên cứu nào khác

Hà Nội, tháng 6 năm 2015

Sinh viên thực hiện

Lê Đức Thuận

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Đồ án tập trung vào việc nghiên cứu, thiết kế bộ thu phát tín hiệu sử dụng trong các môi trường đặc biệt như môi trường nước hoặc sâu trong hầm mỏ nhằm phát hiện được vật thể cần tìm kiếm Bộ phát được gắn vào vật thể, sẽ truyền đi sóng điện từ trong môi trường trên cạn hoặc là sóng âm nếu như là môi trường nước, dựa vào sự tăng giảm của cường độ tín hiệu thu được ở bên thu sẽ xác định khoảng cách tương đối từ vật thể tới bộ thu Trong quá trình thực hiện và thử nghiệm đồ án, để tín hiệu có thể truyền và nhận tốt, em đã vận dụng một số phương pháp xử lý tín hiệu như phát xung, điều chế xung bằng FM, khuếch đại công suất tín hiệu… Trong quá trình làm đồ án, chúng em đã thiết kế được một số mạch và đã thu được một số kết quả từ các quá trình thử nghiệm các khối

ABSTRACT

Our thesis focuses on researching, designing transmistter and receiver.It’s used in special environments such as water or deep in mines to detect the object Transmitter is attached the object, it will transmit electromagnetic waves in the terrestrial environment or transmit sound waves in the underwater, based on increase or decrease received signal strength of the receiver, we will determine the distance form the object to the receiver In the process of implementing and testing

my thesis, in order to can transmit and receive the better signal, we need to use various methods to handle signal such as: Pulse Transmission, FM Modulation, Power Amplifier, FM Demolulation In my thesis, we have designed some circuits and have obtained some results from the testing processes

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU i

TÓM TẮT ĐỒ ÁN ii

MỤC LỤC iii

BẢNG PHÂN CÔNG CÔNG VIỆC vi

DANH MỤC HÌNH VẼ vii

DANH MỤC BẢNG BIỂU xi

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT xii

PHẦN MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 ĐẶC TÍNH KÊNH TRUYỀN VÔ TUYẾN TRÊN CẠN VÀ DƯỚI NƯỚC 2

1.1 Kênh truyền vô tuyến trên cạn 2

1.1.1 Giới thiệu 2

1.1.2 Khái niệm về hệ thống thông tin vô tuyến 2

1.1.3 Đặc điểm kênh truyền vô tuyến 3

1.2 Kênh truyền dưới nước 9

1.2.1 Các thông số ảnh hưởng đến kênh truyền 9

1.2.2 Tính đa đường trong lan truyền sóng âm 12

1.2.3 Suy hao trong môi trường nước 12

1.2.4 Nhiễu môi trường 15

1.2.5 Hiệu ứng Doppler 16

1.3 Kết luận 17

CHƯƠNG 2 SÓNG VÔ TUYẾN VÀ ỨNG DỤNG 18

2.1 Khái quát chung 18

2.3 Các phương thức truyền sóng 20

2.3.1 Sóng đất 20

2.3.2 Sóng tầng đối lưu 21

2.3.3 Sóng tầng điện ly 21

2.3.4 Sóng vũ trụ 21

2.4 Kết luận 22

CHƯƠNG 3 SÓNG ÂM 23

3.1 Khái quát chung 23

3.2 Phân loại sóng âm 23

3.3 Các đại lượng vật lý của sóng âm 24

3.3.1 Tần số và chu kỳ sóng 24

3.3.2 Biên độ sóng 24

3.3.3 Bước sóng 24

3.3.4 Tốc độ truyền sóng 24

3.3.5 Năng lượng sóng 25

3.3.6 Cường độ âm 25

3.3.7 Mức cường độ âm 26

3.4 Phương trình sóng 26

3.5 Sự hấp thụ sóng âm, siêu âm 29

3.6 Sự truyền âm qua mặt phân cách giữa hai môi trường 30

3.7 Một số đặc tính của sóng âm trong môi trường nước 31

3.8 Kết luận 35

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ BỘ THU PHÁT TÍN HIỆU TRÊN CẠN 36

4.1 Sơ đồ khối bên phát 36

4.1.1 Khối phát xung 36

4.1.2 Khối tạo dao động cao tần 47

4.1.3 Khối điều chế tần số (FM - Fryquency Moducation) 55

4.1.4 Anten phát 62

4.2 Cấu trúc khối bên thu 63

4.2.1 Anten thu 64

4.2.2 Khối giải điều chế 64

4.2.3 Khối khuếch đại 69

4.2.4 Khối hiển thị 77

4.3 Kết luận 80

CHƯƠNG 5 THIẾT KẾ BỘ THU PHÁT TÍN HIỆU DƯỚI NƯỚC 81

5.1 Cấu trúc bên phát 81

5.1.1 Khối phát xung 81

5.1.2 Khối khuếch đại 82

5.1.3 Bộ chuyển đổi điện – âm 82

5.2 Cấu trúc bên thu 86

5.2.3 Bộ chuyển đổi âm – điện 86

5.2.4 Khối khuếch đại 87

5.2.5 Khối so sánh 88

5.2.6 Khối hiển thị 94

5.3 Kết luận 97

KẾT LUẬN 98

TÀI LIỆU THAM KHẢO 99

BẢNG PHÂN CÔNG CÔNG VIỆC

Lý thuyết

1 Thu thập chọn tài liệu

2 Tìm hiểu về đặc tính kênh truyền và đặc điểm của sóng âm

3 Xây dựng sơ đồ tổng quát của các bộ phát tín hiệu sóng vô tuyến

và sóng âm

1 Thu thập chọn tài liệu

2 Tìm hiểu về đặc tính kênh truyền và đặc điểm của sóng vô tuyến

3 Xây dựng sơ đồ khối tổng quát của các bộ thu tín hiệu sóng vô tuyến và sóng âm

Thực hành

1 Tìm hiểu và thử nghiệm về các khối: tạo dao động, tiền khuếch đại, điều chế, khuếch đại công suất

2 Thiết kế khối điều chế

FM, mạch phát sóng siêu âm

3 Thử nghiệm hệ thống

1 Tìm hiểu và thử nghiệm về các khối: cộng hưởng, giải đều chế, khuếch đại, so sánh

2 Thiết kế khối giải điều chế FM, mạch thu sóng siêu âm

3 Thử nghiệm hệ thống Viết đồ án

Chương 1: 1.1 Chương 3:

Chương 4: 4.1 Chương 5: 5.1

Chương 1: 1.2 Chương 2:

Chương 4: 4.2 Chương 5: 5.2

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Sơ đồ khối chức năng hệ thống truyền tin [1] 2

Hình 1.2 Mô hình hệ thống thông tin vô tuyến 3

Hình 1.3 Các cơ chế ảnh hưởng đến sự lan truyền của tín hiệu trong thông tin vô tuyến [3] 5

Hình 1.4 Hiện tượng truyền sóng đa đường [1] 6

Hình 1.5 Hiệu ứng Doppler [1] 7

Hình 1.6 Mật độ phổ của tín hiệu thu trong hiệu ứng Doppler [1] 8

Hình 1.7 Quan hệ giữa nhiệt độ và độ sâu [4] 10

Hình 1.8 Quan hệ giữa vận tốc âm thanh và độ sâu [4] 11

Hình 1.9 Quan hệ giữa vận tốc âm thanh và độ mặn [4] 12

Hình 3.1 Suy ra phương trình truyền sóng 26

Hình 3.2 Định luật Hook 27

Hình 3.3 Xác định vận tốc của sóng dọc 28

Hình 3.4 Quy luật hấp thụ của sóng âm 30

Hình 3.5 Các thành phần của sóng âm tại tầng đáy [8] 33

Hình 3.6 Sự thay đổi vận tốc truyền âm theo độ sâu [8] 33

Hình 4.1 Sơ đồ khối tổng quan bên phát 36

Hình 4.2 Xung vuông 36

Hình 4.3 Mạch dao động đa hài [11] 37

Hình 4.4 Quá trình phóng nạp điện trong mạch RC [11] 39

Hình 4.5 Quá trình quá độ [11] 39

Hình 4.6 Mạch dao động đa hài dùng khuếch đại thuật toán [11] 40

Hình 4.7 Dạng tín hiệu của mạch dao động đa hài dùng KĐTT [11] 41

Hình 4.8 IC NE555 [12] 42

Hình 4.9 Cấu tạo IC NE555 [12] 43

Hình 4.10 Nguyên tắc hoạt động của IC NE555 [12] 44

Hình 4.11 Tần số xung vuông của IC NE555 46

Hình 4.12 Mạch tạo tín hiệu xung vuông tần số 350 Hz 47

Hình 4.14 Mạch khuếch đại có hồi tiếp 48

Hình 4.15 Điều kiện dao động của mạch [15] 49

Hình 4.16 Mạch cộng hưởng nối tiếp [15] 50

Hình 4.17 Mạch cộng hưởng nối tiếp có nội trở [15] 50

Hình 4.18 Trở kháng của khung cộng hưởng nối tiếp [15] 51

Hình 4.19 Mạch cộng hưởng song song [15] 51

Hình 4.20 Trở kháng của khung cộng hưởng song song [15] 52

Hình 4.21 Mạch dao động ba điểm 52

Hình 4.22 Mạch dao động Colpitts [15] 53

Hình 4.23 Mạch dao động Hartley [15] 54

Hình 4.24 Sơ đồ nguyên lý mạch tạo dao động 54

Hình 4.25 Điều chế tần số 56

Hình 4.26 Phổ của tín hiệu điều tần [20] 57

Hình 4.27 Bảng Bessel [21] 58

Hình 4.28 Diode biến dung 58

Hình 4.29 Mạch điều tần dùng diode biến dung 59

Hình 4.30 Phần tử điện kháng 59

Hình 4.31 Điều tần dùng Transistor trở kháng 60

Hình 4.32 Mạch nguyên lý FM 61

Hình 4.33 Sơ đồ nguyên lý mạch phát FM tần số 134 MHz 62

Hình 4.34 Sơ đồ mạch in mạch phát FM 63

Hình 4.35 Mạch phát trên cạn 63

Hình 4.36 Sơ đồ khối tổng quan bên thu 63

Hình 4.37 Khung cộng hưởng song song [13] 64

Hình 4.38 Khung cộng hưởng nối tiếp [13] 65

Hình 4.39 Mạch tách sóng dùng mạch lệch cộng hưởng [16] 66

Hình 4.40 Mạch tách sóng vi sai 68

Hình 4.41 Mạch giải điều chế 69

Hình 4.42 Mạch khuếch đại E chung và sơ đồ tương đương xoay chiều [15] 72

Hình 4.43 Mạch khuếch đại E chung 73

Hình 4.44 Sơ đồ tương đương xoay chiều 73

Hình 4.45 Mạch khuếch đại C chung và sơ đồ tương đương xoay chiều [15] 75

Hình 4.46 Mach khuếch đại B chung và sơ đồ tương đương xoay chiều [15] 76

Hình 4.47 Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại 77

Hình 4.48 Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị 78

Hình 4.49 Sơ đồ nguyên lý 78

Hình 4.50 Sơ đồ mạch in 79

Hình 4.51 Mạch thu FM sử dụng trên cạn 79

Hình 4.52 Dạng sóng mạch thu trên cạn 79

Hình 5.1 Sơ đồ tổng quan bên phát 81

Hình 5.2 Mạch nguyên lý phát xung vuông tần số 40 kHz 81

Hình 5.3 Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại 82

Hình 5.4 Cấu tạo của đầu phát siêu âm (Ultrasonic Transducer) [22] 83

Hình 5.5 Cảm biến siêu âm EU1640BCH 84

Hình 5.6 Sơ đồ nguyên lý mạch phát siêu âm dùng dưới nước 85

Hình 5.7 Sơ đồ mạch in mạch phát siêu âm dưới nước 85

Hình 5.8 Mạch phát siêu âm 40 kHz 86

Hình 5.9 Dạng sóng mạch phát dưới nước 86

Hình 5.10 Sơ đồ khối tổng quan bên thu 86

Hình 5.11 Cảm biến siêu âm 87

Hình 5.12 Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại 88

Hình 5.13 Mạch điện thế ngõ ra bão hòa [15] 89

Hình 5.14 Mạch so sánh mức không không đảo [15] 89

Hình 5.15 Dạng sóng ngõ ra v0 [15] 90

Hình 5.16 Mạch so sánh mức không đảo [15] 90

Hình 5.17 Dạng sóng ngõ ra v0 [15] 90

Hình 5.18 Mạch so sánh mức dương đảo [15] 91

Hình 5.19 Dạng sóng ngõ ra v0 [15] 91

Hình 5.20 Mạch so sánh mức dương không đảo [15] 91

Hình 5.21 Dạng sóng ngõ ra v [15] 92

Hình 5.23 Dạng sóng ngõ ra v0 [15] 93

Hình 5.24 Mạch so sánh mức âm không đảo [15] 93

Hình 5.25 Dạng sóng ngõ ra v0 [15] 93

Hình 5.26 Sơ đồ nguyên lý mạch so sánh 94

Hình 5.27 Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị 95

Hình 5.28 Sơ đồ nguyên lý 95

Hình 5.29 Sơ đồ mạch in 96

Hình 5.30 Mạch thu siêu âm 40 kHZ 96

Hình 5.31 Dạng sóng mạch thu siêu âm 96

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Phạm vi tần số và lĩnh vực sử dụng [16] 19Bảng 4.1 Các giá trị logic của Flip – Flop 44

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu

ADC Analog Digital Converter Bộ chuyển đổi tương tự - số

KĐTT Khuếch đại thuật toán IC có chức năng khuếch đại

tín hiệu

dã, qua đó giúp bảo tồn một số loài sinh vật quý hiếm Công nghệ sóng siêu âm cũng giúp tàu thuyền biết được độ sâu của đáy sông, biển mà tàu thuyền đi qua, giúp các tàu thuyền này biết được vị trí của đá ngầm dưới biển để tránh khả năng tai nạn đường biển không mong muốn

Trong đồ án này, chúng em đi sâu nghiên cứu vào các phần cơ bản nhất mà một

hệ thống thu phát tín hiệu phát vật thể sẽ có:

 Bộ thu phát sóng điện từ và sóng âm

 Phát hiện và xác định vị trí tương đối của vật thể

Nội dung đồ án

Chương I: Đặc tính kênh truyền vô tuyến trên cạn và dưới nước

Chương II: Sóng vô tuyến và ứng dụng

Chương III: Khái quát về sóng âm

Chương IV: Thiết kế bộ thu phát tín hiệu trên cạn

Chương V: Thiết kế bộ thu phát tín hiệu dưới nước

CHƯƠNG 1 ĐẶC TÍNH KÊNH TRUYỀN VÔ TUYẾN TRÊN

Hình 1.1 Sơ đồ khối chức năng hệ thống truyền tin [1]

Trong một hệ thống thông tin ngoài nguồn tin và nhận tin thì kênh truyền là một phần quan trọng của hệ thống Đó là môi trường để truyền thông tin từ máy phát đến máy thu, có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của tín hiệu tại bên thu Vì thế việc tìm hiểu về các thông số cũng như các yếu tố ảnh hưởng đến kênh truyền là cần thiết khi thiết kế một hệ thống thông tin

1.1.2 Khái niệm về hệ thống thông tin vô tuyến

Trong hệ thống thông tin vô tuyến, kênh truyền là kênh vô tuyến tức là dùng không gian tự do để làm môi trường truyền sóng từ máy phát đến máy thu

Hình 1.2 thể hiện một mô hình cơ bản của một hệ thống thông tin vô tuyến Tin tức cần truyền đi trước hết qua khối xử lý Khối xử lý có thể là bộ khuếch đại để làm tăng biên độ của tín hiệu, hoặc là các bộ biến đổi tương tự - số (ADC) để chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số, hoặc bộ mã hoá nguồn để giảm các thông tin dư thừa, tùy vào ứng dụng cụ thể mà khối xử lý bao gồm các bộ biến đổi

khác nhau Tín hiệu sau đó được điều chế vào sóng mang cao tần nhờ khối điều chế Tùy vào loại tin tức, dải tần được cấp phát và từng ứng dụng cụ thể, khối điều chế

có thể là điều chế AM, FM, ASK, FSK… Điều chế cũng có thể làm cho khoảng cách truyền được tăng lên… Tín hiệu sau khi được điều chế sẽ được khuếch đại qua

bộ khuếch đại công suất và được bức xạ vào không gian nhờ anten phát Tín hiệu thu được ở máy thu sẽ trải qua các quá trình ngược lại so với máy phát Kết quả tín hiệu được giải điều chế và thu lại được ở máy thu Chất lượng tín hiệu thu phụ thuộc vào chất lượng kênh truyền và các phương pháp điều chế, mã hóa khác nhau

Do đó ngày nay có nhiều kỹ thuật mới ra đời nhằm cải thiện chất lượng kênh truyền

Hình 1.2 Mô hình hệ thống thông tin vô tuyến

1.1.3 Đặc điểm kênh truyền vô tuyến

a) Giới thiệu

Chất lượng của các hệ thống thông tin phụ thuộc nhiều vào kênh truyền, nơi

mà tín hiệu được truyền từ máy phát đến máy thu Không giống như kênh truyền hữu tuyến là ổn định và có thể dự đoán được, kênh truyền vô tuyến là hoàn toàn ngẫu nhiên và không hề dễ dàng trong việc phân tích Tín hiệu được phát đi, qua kênh truyền vô tuyến, bị cản trở bởi các toà nhà, đồi núi, cây cối …, bị phản xạ, tán

thu, ta thu được rất nhiều phiên bản khác nhau của tín hiệu phát Điều này ảnh hưởng đến chất lượng của hệ thống thông tin vô tuyến Do đó việc nắm vững những đặc tính của kênh truyền vô tuyến là yêu cầu cơ bản để có thể lựa chọn một cách thích hợp các cấu trúc của hệ thống, kích thước của các thành phần và các thông số tối ưu của hệ thống

b) Hiện tượng Fading

Khái niệm: Fading là hiện tượng sai lạc tín hiệu thu môt cách bất thường xảy

ra đối với các hệ thống vô tuyến do tác đông của môi trường truyền dẫn [2]

Hiện tượng Fading trong một hệ thống thông tin có thể được phân thành hai loại: Fading tầm rộng (Large – Scale Fading) và Fading tầm hẹp (Small – Scale Fading)

Fading tầm rộng diễn tả sự suy yếu của trung bình công suất tín hiệu hoặc độ suy hao kênh truyền là do sự di chuyển trong một vùng rộng Hiện tượng này chịu ảnh hưởng bởi sự cao lên của địa hình (đồi núi, rừng, các khu nhà cao tầng…) giữa máy phát và máy thu Người ta nói phía thu bị che khuất bởi các vật cản cao Các thống kê về hiện tượng Fading tầm rộng cho phép ta ước lượng độ suy hao kênh truyền theo hàm của khoảng cách

Fading tầm hẹp diễn tả sự thay đổi đáng kể ở biên độ và pha tín hiệu Điều này xảy ra là do sự thay đổi nhỏ trong vị trí không gian (nhỏ khoảng nửa bước sóng) giữa phía phát và phía thu Fading tầm hẹp có hai nguyên lý: sự trải thời gian (Time – Spreading) của tín hiệu và đặc tính thay đổi theo thời gian (Time – Variant) của kênh truyền Đối với các ứng dụng di động, kênh truyền là biến đổi theo thời gian vì sự di chuyển của phía phát và phía thu dẫn đến sự thay đổi đường truyền sóng

Có ba cơ chế chính ảnh hưởng đến sự lan truyền của tín hiệu trong hệ thống thông tin vô tuyến:

+ Phản xạ: xảy ra khí sóng điện từ va chạm vào một mặt phẳng với kích thước rất lớn so với bước sóng tín hiệu RF, có thể do bề mặt của trái đất núi và các tòa nhà

+ Nhiễu xạ: là hiện tượng tia sóng bị lệch khỏi phương truyền thẳng khi đi

do gặp phải các bề mặt sắc cạnh và các thành gờ của các cấu trúc Nhiễu xạ là hiện tượng giải thích cho nguyên nhân năng lượng RF được truyền từ phía phát đến phía thu mà không cần đường truyền thẳng Nó thường được gọi là hiệu ứng chắn (Shadowing) vì trường nhiễu xạ có thể đến được bộ thu ngay cả khi bị chắn bởi vật cản không thể truyền xuyên qua

+ Tán xạ: là hiện tượng xảy ra khi sóng điện từ va chạm vào các vật thể có kích thước nhỏ hơn bước sóng, làm cho năng lượng sóng bị trải ra hoặc là phản xạ

ra tất cả các hướng Trong môi trường thành phố, các vật thể thường gây ra tán xạ là cột đèn, cột báo hiệu giao thông, tán lá cây…

Hình 1.3 Các cơ chế ảnh hưởng đến sự lan truyền của tín hiệu trong thông tin vô

tuyến [3]

c) Hiện tượng đa đường (Multipath)

Trong một hệ thống thông tin vô tuyến, các sóng bức xạ điện từ thường không bao giờ được truyền trực tiếp đến anten thu Điều này xảy ra là do giữa nơi phát và nơi thu luôn tồn tại các vật thể cản trở sự truyền sóng trực tiếp Do vậy,

này được gọi là sự truyền sóng đa đường (Multipath Propagation) Do hiện tượng đa đường, tín hiệu thu được là tổng của các bản sao tín hiệu phát Các bản sao này bị suy hao, trễ, dịch pha và có ảnh hưởng lẫn nhau Tuỳ thuộc vào pha của từng thành phần mà tín hiệu chồng chập có thể được khôi phục lại hoặc bị hư hỏng hoàn toàn Ngoài ra khi truyền tín hiệu số, đáp ứng xung có thể bị méo khi qua kênh truyền đa đường và nơi thu nhận được các đáp ứng xung độc lập khác nhau Hiện tương này gọi là sự phân tán đáp ứng xung (Impulse Dispersion) Hiện tượng méo gây ra bởi kênh truyền đa đường thì tuyến tính và có thể được bù lại ở phía thu bằng các bộ cân bằng

Hình 1.4 Hiện tượng truyền sóng đa đường [1]

d) Hiệu ứng Doppler

Hiệu ứng Doppler gây ra do sự chuyển động tương đối giữa máy phát và máy thu như trình bày ở hình 1.5 Hiện tượng này làm cho phổ của tín hiệu thu được bị lệch đi so với tần số trung tâm một khoảng gọi là tần số Doppler

Giả thiết góc tới của tuyến n so với hướng chuyển động của máy thu là αn, khi đó tần số Doppler của tuyến này là:

 

D f cosαc

v

f n

(1 1) Trong đó f0, v, c lần lượt là tần số sóng mang của hệ thống, vận tốc chuyển động tương đối của máy thu so với máy phát và vận tốc ánh sáng

2 0

Phổ tín hiệu thu được biểu diễn lại ở hình 1.6

Mật độ phổ tín hiệu thu bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng Doppler do Jake tìm ra năm 1974 và được gọi là phổ Jake Ý nghĩa của phổ tín hiệu này được giải thích như sau: Giả thiết tín hiệu phát đi ở tần số sóng mang f0, khi đó tín hiệu thu được sẽ không nhận được ở chính xác trên tần số sóng mang f0 mà bị dịch đi cả về hai phía với độ dịch là fD,max như hình ở 1.5 Sự dịch tần số này ảnh hưởng đến sự đồng bộ của nhiều hệ thống

Hình 1.6 Mật độ phổ của tín hiệu thu trong hiệu ứng Doppler [1]

e) Suy hao đường truyền

Khi một tín hiệu lan truyền qua một môi trường truyền, cường độ (biên độ) của tín hiệu bị suy giảm theo khoảng cách truyền Các nguyên nhân gây suy hao gồm có: suy hao truyền dẫn trong không gian tự do (Free Space Loss), khúc xạ, nhiễu xạ, phản xạ sóng, suy hao do hấp thụ…

Suy hao truyền dẫn không gian tự do là yếu tố quan trọng nhất khi thiết kế một mạng thông tin vô tuyến Suy hao truyền dẫn không gian tự do có thế được tính toán theo công thức sau:

d: Khoảng cách giữa trạm phát và trạm thu (m)

Hoặc cũng có thể tính theo đơn vị dB :

FSL dB : Free-Space Loss (Suy hao truyền dẫn không gian tự do) (dB)

d: khoảng cách giữa trạm phát và trạm thu (km)

f : tần số tín hiệu (GHz)

Sự giảm công suất do hiện tượng che chắn và suy hao có thể khắc phục bằng các phương pháp điều khiển công suất

f) Hiệu ứng bóng râm (Shadowing)

Do ảnh hưởng của các vật cản trở trên đường truyền, ví dụ như các toà nhà cao tầng, các ngọn núi, đồi,… làm cho biên độ tín hiệu bị suy giảm Tuy nhiên, hiện tượng này chỉ xảy ra trên một khoảng cách lớn, nên tốc độ biến đổi chậm Vì vậy, hiệu ứng này được gọi là Fading chậm

1.2 Kênh truyền dưới nước

Phần này em sẽ trình bày về những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình truyền sóng âm dưới nước Các yếu tố này bao gồm: các yếu tố về môi trường, tính đa đường, suy hao, nhiễu môi trường, hiệu ứng Doppler

1.2.1 Các thông số ảnh hưởng đến kênh truyền

Các thông số của môi trường ảnh hưởng lên đặc tính kênh truyền bao gồm [4]:

 Nhiệt độ (T)

 Độ mặn của nước (S)

 Nồng độ pH của nước (pH)

 Độ sâu (D) hay áp suất của nước (P)

 Sự biến động của bề mặt và địa hình đáy

Các thông số này bên cạnh sự ảnh hưởng của chúng lên hệ thống kênh truyền dưới nước và chúng còn có mối quan hệ mật thiết với nhau Hình 1.7 cho thấy nhiệt

độ của nước biển tại bề mặt cao hơn nhiệt độ tại đáy biển, nhiệt độ giảm theo chiều tăng của độ sâu và với mực nước càng sâu thì mức giảm càng nhanh

Hình 1.7 Quan hệ giữa nhiệt độ và độ sâu [4]

Vận tốc âm thanh thay đổi theo nhiệt độ, độ mặn và độ sâu Ảnh hưởng của nhiệt độ và độ sâu lên vận tốc âm thanh được thể hiện trong Hình 1.8

Hình 1.8 Quan hệ giữa vận tốc âm thanh và độ sâu [4]

Sự phụ thuộc giữa vận tốc âm thanh và độ mặn cũng được chỉ ra trong Hình 1.9 Ở đây, với sự tăng của của độ mặn, vận tốc âm thanh cũng tăng theo

Hình 1.9 Quan hệ giữa vận tốc âm thanh và độ mặn [4]

1.2.2 Tính đa đường trong lan truyền sóng âm

Truyễn dẫn đa đường trong truyền thông vô tuyến gây ra nhiễu liên kí tự (Inter - Symbol Interference) và Fading của kênh trong miền tần số Mặt khác, truyền dẫn đa đường dẫn đến khoảng thời gian trễ khác nhau của các tín hiệu khác nhau nhận được ở phía thu, điều này làm khó khăn cho quá trình hiệu chỉnh dữ liệu Hiện tượng đa đường trong môi trường nước khác rất nhiều so với hiện tượng đa đường trong môi trường trên cạn Nó bị chi phối bởi hai hiệu ứng: phản xạ âm thanh

ở bề mặt, ở đáy, hay phản xạ với bất kì vật thể nào và khúc xạ âm thanh trong nước Mỗi đường truyền có những đặc trưng riêng của mình, chẳng hạn như sự lan truyền, hấp thụ, tốc độ trải trễ Do đó, mô hình kênh truyền cần phải được xem xét cho từng loại đường dẫn

1.2.3 Suy hao trong môi trường nước

Tín hiệu sóng âm khi truyền trong môi trường nước sẽ chịu ảnh hưởng của suy hao Suy hao trong môi trường nước khi truyền sóng âm sẽ ảnh hưởng đến rất nhiều yếu tố: việc lựa chọn tần số và phạm vi truyền tín hiệu [5]

a) Suy hao trải hình học

Những yếu tố về môi trường như độ sâu, khoảng cách truyền có nhiều ảnh hưởng tới suy hao tín hiệu Để có thể đánh giá ảnh hưởng của suy hao một cách chính xác nhất, người ta chia suy hao thành các loại khác nhau Có hai hình thức suy hao truyền Mô hình suy hao do sự phân bố hình cầu xảy ra trong môi trường nước sâu Trong môi trường nước nông, khi khoảng cách truyền lớn, năng lượng sóng âm có xu hướng bị giới hạn bởi hai mặt phẳng là: mặt nước và mặt đáy Lúc này mô hình suy hao trong môi trường nước nông là suy hao do sự phân bố hình trụ

 Suy hao cầu

Mô hình suy hao cầu được áp dụng cho những vùng nước sâu Trong mô hình suy hao cầu, suy hao trong trường hợp này là [5]:

2 0

I : mật độ năng lượng sóng âm tại khoảng cách r0

I : mật độ năng lượng sóng âm tại khoảng cách r

Suy hao trụ xuất hiện khi môi trường truyền dẫn bị giới hạn bởi hai mặt phản

xạ Hai mặt phản xạ này chính là bề mặt nước và mặt đáy của môi trường Khoảng cách giữa hai mặt phản xạ này là h, thỏa mãn điều kiện h10, là bước sóng của sóng âm Suy hao do phân bố trụ được tính theo công thức sau [5]:

Công trình của W.H.Thorp xuất bản năm 1967 [5], đưa ra một công thức để tính toán hệ số suy giảm theo dB/km Còn công trình của Francois và Garrison đưa ra công thức tính hệ số suy giảm phức tạp hơn, đưa những thông số như: nhiệt độ, độ mặm, pH vào công thức Để hiểu ảnh hưởng của tất cả các thông số được sử dụng trong mô hình này thì phải hiểu được cơ chế của sự hấp thụ

 Sự hấp thụ do chuyển động của hạt

Với những tần số trên 100 kHz, sự chuyển động của hạt tạo bởi âm thanh tạo thành nhiệt thông qua sự cản do nhớt Sự hấp thụ chuyển đổi một phần năng lượng dao động thành nhiệt khi nó đi qua từng khoảng cách xác định Tỷ lệ thất thoát suy giảm theo hệ số mũ Nên hệ số suy giảm thường được biểu diễn theo dB/km cho những kết quả đo đạc sự suy giảm dưới biển Suy giảm 1 dB/km có nghĩa là năng lượng giảm 21% trên mỗi km truyền đi

Hệ số suy giảm tăng theo bình phương tần số Tại những tần số lớn hơn 1MHz, người ta thường lấy theo đơn vị dB/m vì khi đó âm thanh suy giảm rất nhanh

 Sự hấp thụ hóa học

Một vài phân tử trong nước có nhiều hơn một trạng thái ổn định và chúng chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác phụ thuộc vào áp suất Những thay đổi này có thể chuyển đổi năng lượng kết hợp với áp suất âm thanh dao động thành nhiệt Thay đổi với tốc độ càng nhanh thì càng có ít ảnh hưởng vì những thay đổi phân tử là quá chậm, cho nên sự hấp thụ này chỉ có ảnh hưởng ở những tần số thấp

Độ mặn của nước biển không là nguyên nhân duy nhất gây ra sự hấp thụ hóa học,

mà có cả sự tồn tại của axit Boric và muối MgSO4 Những tham số khác có thể ảnh hưởng tới sự hấp thụ trong nước biển là độ pH Thông thường, pH = 8 để đặc trưng cho độ axit của nước biển

1.2.4 Nhiễu môi trường

Nhiễu trong một kênh thông tin dưới nước bao gồm nhiễu từ môi trường xung quanh và nhiễu tại một vị trí cụ thể Nhiễu từ môi trường xung quanh luôn luôn tồn tại, trong khi nhiễu tại một vị trí cụ thể là duy nhất cho vị trí đó Nhiễu từ môi trường xung quanh xuất phát từ một số nguồn như sự bất ổn định, sóng vỗ, mưa, và chuyển động của tàu thuyền Nhiễu này không phải là nhiễu trắng và được xấp xỉ bằng nhiều Gauss Mặt khác, nhiễu tại một vị trí cụ thể thường có chứa một

số lượng lớn các thành phần không phải nhiễu Gauss

Nhiễu từ môi trường xung quanh trong môi trường nước có thể được chia thành bốn loại cụ thể là nhiễu do sự hỗn loạn (Nt), nhiễu do tàu thuyền (Ns), nhiễu

do gió (Nw), và nhiễu nhiệt (Nth) Những tính chất cũng như đặc điểm của từng loại được cụ thể dưới đây:

Mật độ phổ công suất cho mỗi loại nhiễu môi trường theo dB như sau:

 Với nhiễu sinh ra do tàu thuyền chuyển động (còn được gọi là traffic noise)

8

3 10

Trong đó f và vs là tần số (Hz) và tốc độ của tàu (m/s)

 Nhiễu sinh học (gây ra bởi các loài sinh vật dưới nước như cá, tôm, …)

( , )

bio

NL f s [dB]

Trong đó f và s biểu thị sự thuộc vào tần số và thời gian trong năm

 Nhiễu do trạng thái của biển:

Trạng thái của biển có thể được xác định như là hàm của vận tốc gió vw [km/s] và tần số f [kHz]:

2 w

là rất lớn Các thiết bị tự động dưới nước di chuyển với tốc độ khoảng vài m/s, tuy nhiên kể cả khi không có những chuyển động có mục đích thì những ảnh hưởng như

sự trôi dạt gây nên bởi sóng, thủy triều cũng luôn tồn tại Nói cách khác luôn có

chuyển động tương đối giữa máy thu và máy phát, hệ thống thông tin thông tin dưới nước cần được thiết kế nhằm giải quyết vấn đề này Vấn đề này có nhiều điểm tương đồng với kênh truyền vô tuyến dẫn qua vệ tinh Méo tín hiệu gây ra do chuyển động của thiết bị tác động đến việc thiết kế thuật toán đồng bộ và ước lượng kênh truyền

Mức độ ảnh hưởng của méo lên tín hiệu phụ thuộc trực tiếp vào giá trị của a

Ta làm phép so sánh sau: Với hệ thống thông tin vô tuyến, với độ dịch chuyển tương đối giữa nguồn thu và phát là 160km/h thì 7

1.5 10

a   , giá trị này đủ nhỏ để ảnh hưởng của hiệu ứng Doppler có thể được bỏ qua Nói cách khác, việc xem xét ảnh hưởng độ méo của tín hiệu trong quá trình đồng bộ là không cần thiết Xác suất lỗi bit là rất nhỏ Ngược lại, với kênh thông tin dưới nước, giả sử độ dịch chuyển giữa nguồn phát và thu là 0.5 m/s thì 4

3 10

a   Nếu như dịch chuyển tương đối lên tới vài m/s, giá trị của a vào khoảng 3

10

a  , giá trị không thể bỏ qua được

Dịch chuyển Doppler và trải phổ Doppler sinh ra do chuyển động tương đối là một trong những yếu tố khác biệt giữa kênh thông tin dưới nước với kênh thông tin trên cạn Trải phổ Doppler gây ra lệnh pha, trể đồng bộ Trong hệ thống thông tin dưới nước dùng đa sóng mang, hiệu ứng Doppler còn gây ra méo đặc biệt nghiêm trọng Trong kênh thông tin vô tuyến trên không trung, sự nén, giãn theo thời gian là có thể bỏ qua, hiệu ứng Doppler là như nhau với tất cả các sóng mang con Với kênh thông tin dưới nước, ảnh hưởng của dịch chuyển Doppler lên mỗi sóng mang con là khác nhau đáng kể, điều này gây nên méo Doppler không động bộ trên toàn bộ băng thông tín hiệu

1.3 Kết luận

Chương 1 đã trình bày chi tiết về đặc điểm, các yếu tố ảnh hưởng đến kênh truyền cạn và kênh truyền dưới nước Các yếu tố này bao gồm: hiện tượng fading, hiện tượng đa đường, hiệu ứng Doppler, nhiễu môi trường, suy hao đường truyền Các hiện tượng này ảnh hưởng nhiều đến quá trình tính toán các thông số và thiết kế

CHƯƠNG 2 SÓNG VÔ TUYẾN VÀ ỨNG DỤNG

2.1 Khái quát chung

Sóng vô tuyến là một kiểu bức xạ điện từ có tần số từ 3 kHz đến 300 GHz, tương ứng với bước sóng từ 1mm đến 100km

Nhờ sóng vô tuyến mà ta có thể thiết lập các kênh thông tin vô tuyến với các

cự ly thông tin rất lớn Mỗi kênh thông tin vô tuyến thường gồm các thiết bị thu – phát đặt ở các đầu cuối và tín tức được mang đi nhờ sóng điện từ lan truyền trong môi trường vật lý trung gian gọi là môi trường truyền sóng

Các môi trường truyền sóng như lớp khí quyển, mặt đất … sẽ có hai tác động lên sóng lan truyền trong đó Tác động thứ nhất là làm giảm yếu biên độ của sóng

và tác động thứ hai là làm giảm méo dạng tín hiệu (nếu là tín hiệu tương tự) và gây lỗi đối với tín hiệu số, do nhiễu Ở đây sự giảm yếu của sóng trong quá trình truyền lan bao gồm sự giảm yếu cường độ trường do sự phân tán tất yếu của năng lượng khi bức xạ và truyền lan, sự giảm yếu cường độ trường do hấp thụ của môi trường (tổn hao nhiệt), sự giảm yếu khi sóng nhiễu xạ quanh vật thể gặp phải trên đường truyền, hoặc bị cản bởi vật chướng, sự khuếch tán bởi các vật thể trong môi trường

2.2 Phân loại sóng vô tuyến

Sóng điện từ nói chung đã được ứng dụng rất rộng rãi trong đời sống ở nhiều lĩnh vực khác nhau như: y học, quốc phòng, thăm dò tài nguyên khoáng sản, nghiên cứu vũ trụ, thông tin liên lạc … Các sóng vô tuyến được chia thành 5 băng [6]:

Sóng cực dài: Những sóng có bước sóng lớn hơn 10000m (tần số thấp hơn

30 kHz)

Sóng dài: Những sóng có bước sóng từ 10000m đến 1000m (tần số từ 30 kHz đến 300 kHz)

Sóng trung: Những sóng có bước sóng từ 1000m đến 100m (tần số từ 300 kHz đến 3 MHz)

Sóng ngắn: Những sóng có bước sóng từ 100m đến 10m (tần số từ 3 MHz đến 30 MHz)

Sóng cực ngắn: Những sóng có bước sóng từ 10m đến 1mm (tần số từ 30 MHz đến 300000 MHz)

Dải sóng cực dài và dải sóng dài: Mặt đất gần với môi trường điện dẫn nên sóng truyền lan chủ yếu là sóng bề mặt – sóng đất, lớn nên có khả năng nhiễu xạ qua các chướng ngại vật lớn Người ta sử dụng trong thông tin hàng không và hàng hải

Dải sóng trung: Truyền lan được cả sóng bề mặt và cả sóng tầng điện ly (sóng trời) Đặc điểm sóng tầng điện ly chỉ truyền lan được vào ban đêm, ban ngày tầng điện ly hấp thụ Sóng trung hiện nay chỉ khai thác ở phát AM quảng bá

Dải sóng ngắn: mặt đất là môi trường bán dẫn điện nên hệ số suy hao α =

Dải sóng cực ngắn: truyền lan trong tầm nhìn thẳng (anten phát và thu nhìn thấy nhau) Ưu điểm: tín hiệu thu được ổn định, độ tin cậy cao, cự li thông tin gần Hầu hết các lĩnh vực thông tin đều nằm ở dải sóng cực ngắn (phát thanh FM, truyền hình, hệ thống ra – đa, viba, di động….)

Tuy nhiên để thuận tiện trong việc phân định tần số sử dụng cho các lĩnh vực hoạt động khác nhau, người ta chia nhỏ hơn 5 băng sóng nói trên thành một số băng tấn số Khoảng tấn số từ 30 Hz đến 3000 GHz được chia thành 11 băng tần Tên các băng tần, phạm vi tần số và lĩnh vực sử dụng chủ yếu hiện nay được cho ở Bảng 2.1

Bảng 2.1 Phạm vi tần số và lĩnh vực sử dụng [16]

Tên băng tần Tên quốc tế và

viết tắt Phạm vi tần số Lĩnh vực sử dụng Tần số cực kì

thấp

Ultra-Low Frequency (ULF)

(ELF) Tần số rất thấp

Very Low Frequency (VLF)

3 – 30 kHz Vô tuyến đạo hàng Thông

tin di động trên biển

Tần số thấp Low Frequency

(LF) 30 – 300 kHz

Vô tuyến đạo hàng Thông tin di động trên không Tần số trung

bình

Medium Frequency (MF) 300 – 3000 kHz

Phát thanh Thông tin hàng hải Vô tuyến đạo hang

Tần số cao High Frequency

Phát thanh sóng ngắn Thông tin Thông tin di động các loại Thông tin quốc tế Tần số rất cao

Very High Frequency (VHF)

30 – 300 MHz Truyền hình và phát thanh

FM Tần số cực cao

Ultra High Frequency (UHF)

300 – 3000 MHz

Truyền hình và các loại thông tin di động Các loại thông tin cố định Tần số siêu cao

Super High Frequency (SHF)

3 – 30 GHz

Thông tin vệ tinh và Rada Viễn thông công cộng.Vô tuyến thiên văn

Tần số vô cùng

cao

Extremely High Frequency (EHF)

30 – 300 GHz

Vô tuyến thiên văn, Rada sóng milimet Thông tin vệ tinh Nghiên cứu và thí

nghiệm Dưới milimet Submilimet 300 – 3000

GHz Nghiên cứu và thí nghiệm

2.3 Các phương thức truyền sóng

2.3.1 Sóng đất

Khi sóng truyền lan gần mặt đất, sự có mặt của mặt đất bán dẫn điện, một mặt gây phản xạ sóng từ mặt đất, làm biến dạng cấu trúc của sóng và gây ra hấp thụ sóng trong đất, mặt khác, do mặt đất có dạng hình cầu, sóng truyền lan trên đó sẽ có hiện tượng nhiễu xạ Nhưng ta biết hiện tượng nhiễu xạ chỉ xảy ra rõ rệt đối với những trường hợp khi kích thước của vật chướng ngại có thể so sánh được với bước sóng Vì vậy chỉ những sóng dài và sóng cực dài có bước sóng hàng trăm hoặc hàng nghìn mét thì mới thỏa mãn điều kiện nhiễu xạ quanh mặt đất và dễ dàng phát sinh hiện tượng này Những sóng vô tuyến lan truyền ở gần mặt đất theo đường thẳng

hoặc bị phản xạ từ mặt đất, hoặc bị uốn đi theo độ cong mặt đất do hiện tượng nhiễu

2.3.3 Sóng tầng điện ly

Tầng điện ly là miền khí quyển cao nằm từ độ cao khoảng 60km đến khoảng 600km trên mặt đất Đối với sóng vô tuyến điện, tầng điện ly có thể xem là môi trường bán dẫn điện và sóng có thể phản xạ từ đó Tính toán và thực nghiệm cho biết rằng tầng điện ly chỉ có thể phản xạ được những sóng dài hơn 10m Với những sóng ngắn hơn, tầng điện ly, tầng điện ly là môi trường trong suốt Bằng cách phản

xạ một hoặc nhiều lần trên tầng điện ly, sóng có thể lan truyền tới cự ly rất xa Bên cạnh khả năng phản xạ sóng vô tuyến điện, do tầng điện ly có các miền không đồng nhất, nó còn khả năng khuếch tán các sóng khi truyền tới Vì vậy, những sóng có tần số rất cao có thể không phản xạ được ở tầng điện ly nhưng do khuếch tán ở các lớp ion hóa nó vẫn có thể truyền tới những cự ly rất xa Những sóng vô tuyến điện truyền tới các cự ly xa do sự phản xạ (một lần hoặc nhiều lần), hoặc do khuếch tán

từ tầng điện ly được gọi là sóng điện ly

Những sóng vô tuyến điện truyền lan giữa các trạm mặt đất và các vệ tinh bay quanh trái đất hoặc với các con tàu trong khoảng không vũ trụ là những sóng không bị tầng điện ly cản trở bởi các hiệu ứng phản xạ hoặc khuếch tán Những sóng này chỉ bị hấp thụ trong tầng đối lưu khi trên đường truyền lan có đám mưa

Sự giảm yếu sóng phụ thuộc vào cường độ mưa và phụ thuộc vào tần số Tần số sóng càng cao và cường độ mưa càng lớn thì sự suy giảm sóng càng nhiều Những sóng truyền lan trực tiếp giữa mặt đất và các đối tượng trong vũ trụ được gọi là sóng

vũ trụ Chỉ những sóng có tần số cao từ 1 GHz trở lên mới thích hợp với điều kiện truyền lan của sóng vũ trụ