Xem mẫu

  1. H TH NG THÔNG TIN V TINH B môn Thông tin vô tuy n ð i h c công ngh - ðHQG HN Gi ng viên Th m ð c Phương Tel. 0903 229 117 E- Mail: phuongthamduc@yahoo.com Chương 6 – Aten cho TTVT 1. Phương th c ph sóng c a v tinh: Ph sóng r ng, theo khu v c, d ng ñ c bi t, ph sóng ñ m và nhi u ñ m, theo c c hoá 2. Vùng ph sóng c a anten v tinh 3. ð c ñi m c a anten TTVT: Anten trên tr m VT, anten tr m m t ñ t 4. Các lo i anten thư ng ñư c dùng trên tr m v tinh (phân lo i theo hình th c ph sóng) 5. Anten c a tram v tinh m t ñ t 6. K thu t dùng chung anten cho thu và phát 1
  2. Phương th c ph sóng c a v tinh Anten Anten có nhi m v phát tín hi u cao t n (RF) t tr m m t ñ t lên v tinh và thu tín hi u cao t n t v tinh (ho c ngư c l i). Nó ñư c thi t k sao cho gi m thi u nh t can nhi u cao t n l n nhau (RFI), b ng cách s d ng các m t ph n x h i t tín hi u RF. B ti p nh n sóng - loa chi u x (feed horn) c a anten ñư c dùng ñ tách các phân c c ñơn ñ thu ho c phát tín hi u. ð tách ra các phân c c ñơn, anten và b ti p nh n sóng ph i ñư c s p ñ t thích h p v i anten c a v tinh (phù h p v phân c c) Phương th c ph sóng c a v tinh Mi n ph sóng c a v tinh là m t vùng có hình d ng b t kỳ n m trong gi i h n búp sóng ñ n t v tinh, nói cách khác là giao c a búp sóng v i b m t trái ñ t. Trong khi ñó mi n ph c v là mi n mà t i ñó th a mãn ñi u ki n v cư ng ñ trư ng t n s và c c hóa ñã ñ nh. ð ng th i cũng ph i ñ m b o công su t b c x ra ngoài mi n ph c v ph i th t nh ñ không gây nhi u t i các h thông tin khác và ti t ki m công su t phát. V tinh có th ph sóng theo nhi u phương th c như sau: + Ph sóng r ng (ph sóng toàn c u): Trong trư ng h p này, b r ng búp sóng b ng góc nhìn c a v tinh ñ a tĩnh (17,50). V i phương th c này thư ng s d ng anten loa. 2
  3. Phương th c ph sóng c a v tinh Ph sóng khu v c: • Mi n ph sóng gi i h n trong m t khu v c nh hơn so v i trư ng h p trên. Mi n ph sóng c a anten gi i h n trong ph n b m t trái ñ t nhìn th y t v tinh, vì búp sóng thu h p l i nên ñ m ph i tăng lên, nên trên v tinh thư ng s d ng anten m t ph n x . Phương th c ph sóng c a v tinh Ph sóng d ng ñ c bi t: Mi n ph sóng ñư c ñ nh d ng sao cho trùng kh p v i khu v c ph c v . Vi c kh ng ch mi n b c x c a anten (gi n ñ ñ nh hư ng) có th ñư c th c hi n b ng cách ñ nh d ng m t ph n x , dùng nhi u loa chi u x hay dùng anten m ng pha: ð nh d ng m t ph n x : Vi c ñ nh d ng m t ph n x làm thay ñ i ti t di n búp sóng (m t ph n x hình elip se r o ra búp sóng hình elip ), tuy nhiên vi c kh ng ch các múi ph làm cho phương pháp này tr nên ph c t p. Nh thay ñ i m t ph n x có th cho phép t o ra mi n ph sóng v i hình d ng tùy ý, nhưng v n ñ t ng h p ñ có ñư c m t ph n x mong mu n là khó. S d ng cách này thì hình d ng mi n ph sóng t n t i trong suôt th i gian t n t i c a v tinh, hay ít ra là cho ñ n khi ñư c thay th . 3
  4. Phương th c ph sóng c a v tinh λ λ2 πD 2 θ 3dB = 70 AHD = Ga = ηS a = η D 4π 4 λ π  2 48360η θ1 = 70 G = η   D1D2 = D1 λ  θ1θ 2 λ θ 2 = 70 D2 1 D M t ph n x 2 D Loa chi u x Phương th c ph sóng c a v tinh λ θ 3dB = 70 Gmax=20dB 4GHz ta có D∼ 0,3m, vì th dùng anten loa D 4
  5. Bài t p Tính ñư ng kính c a anten v tinh trong trư ng h p ph sóng toàn c u, t ñó ch ra nên dùng lo i anten nào. T n s làm vi c là 4GHz Gi i: Ph sóng r ng (ph sóng toàn c u): Trong trư ng h p này, b r ng búp sóng b ng góc nhìn c a v tinh ñ a tĩnh (17,50). λ Ga = η (πD / λ ) 2 θ 3dB = 70 D Gmax=20dB 4GHz ta có D∼ 0,3m, vì th dùng anten loa Bài t p: Ch n lo i anten ñ t o ra búp sóng ñ m có ñ r ng là 10 t n s 6GHz. Tính h s khu ch ñ i c a anten. Phương th c ph sóng c a v tinh S d ng nhi u loa chi u x cho cùng m t m t ph n x Có th b trí nhi u loa chi u x g n tiêu ñi m c a m t ph n x . Vi c t h p các búp sóng riêng s t o ra mi n ph sóng v i hình d ng tùy ý. Khi v tinh ñang trên qu ñ o v n có th thay ñ i hình d ng mi n ph sóng cho phù h p v i s thay ñ i v nhu c u thông tin hay s thay ñ i v trí c a v tinh. 5
  6. Anten t¨ng Ých cao nhiÒu bóp sãng • Anten nhiÒu bóp sãng (MBA) ®−îc thiÕt kÕ cho c¸c hÖ vÖ tinh ë d¶i tÇn Ka, t¹o ra nh÷ng bóp sãng hÑp mang dung l−îng lín, v miÒn phñ sãng linh ho¹t. • MBA gåm nh÷ng bóp sãng ®èm t¨ng Ých cao, dïng c«ng nghÖ “®èm nh¶y” cã thÓ phñ sãng quèc gia, khu vùc, hay to n cÇu. MiÒn phñ sãng ®−îc l¸t b»ng nh÷ng ®èm nhá dïng c«ng nghÖ t¸i sö dông tÇn sè ®Ó n©ng cao dung l−îng hÖ thèng. MBA Ýt bóp sãng phô, ®é c¸ch ly ph©n cùc chÐo cao, v cã tÝnh linh ho¹t cao vÒ miÒn phñ sãng • VÖ tinh dïng MBA cßn cã −u ®iÓm l dung l−îng kªnh lín h¬n, v cã kh¶ n¨ng thÝch øng víi sù thay ®æi cÊu h×nh sö dông cña m¹ng ngay trªn vÖ tinh Phương th c ph sóng c a v tinh S d ng anten m ng pha: Các thành ph n cơ b n c a m ng anten là các loa chi u x , các b chia công su t và quay pha, ñư c k t h p v i nhau ñ t o thành gi n ñ ñ nh hư ng c a anten. ð t o thành gi n ñ ñ nh hư ng c ñ nh thì s d ng các b chia công su t và quay pha c ñ nh. ð t o thành gi n ñ ñ nh hư ng v i d ng có th thay ñ i ñư c thì ph i s d ng các b chia công su t và quay pha có th thay ñ i ñư c. Original feed network 6
  7. 32 X 32 Element X/Ku-band Array Antenna Test 7
  8. Ph sóng ñ m ð t o ra nh ng búp sóng r i nhau v i cùng m t anten b ng cách ñ t s lư ng loa chi u x tương ng v i k tiêu ñi m c a m t ph n x . M i loa chi u x cung c p tín hi u t nh ng máy phát khác nhau, các búp sóng s chi u ñ n nh ng nơi khác nhau trên m t ñ t tùy theo v trí c a loa chi u x . N u kho ng cách gi a các búp sóng ñ l n có th s d ng l i t n s . Ngoài ra có th tăng thêm ñ cách ly b ng cách s d ng c c hóa tr c giao v i nhau. Ph sóng theo c c hóa: D a theo ñăc tính phân c c cũng có th chia vùng ph sóng theo c c hóa. Ph sóng ñ m • Bóp sãng ®èm tËp trung n¨ng l−îng v o mét chïm bøc x¹ rÊt hÑp, do ®ã miÒn chiÕu x¹ trªn mÆt ®Êt chØ l mét ®èm nhá, nh−ng mËt ®é n¨ng l−îng tíi lín, chØ cÇn anten nhá ë tr¹m mÆt ®Êt. §Ó ®¹t ®−îc diÖn tÝch bao phñ cña mét anten th«ng th−êng, cÇn cã nhiÒu “®èm”. §iÒu ®ã thùc hiÖn b»ng c¸ch ®iÒu khiÓn cho bóp sãng ®èm quÐt trong vïng cÇn phñ sãng, hay l dïng anten cã nhiÒu bóp sãng ®èm cè ®Þnh. • Trong vÖ tinh ACTS (Advanced Communications Technology Satellite) NASA dïng c«ng nghÖ “®èm nh¶y” cho nªn gi¶m ®−îc sè bóp sãng ®èm cÇn thiÕt. Bóp sãng lia liªn tôc trong miÒn phñ sãng, cã t¸c dông t−¬ng ®−¬ng nhiÒu bóp sãng v mçi tr¹m mÆt ®Êt tù biÕt ®Ó truyÒn tÝn hiÖu lªn vÖ tinh khi bóp sãng räi ®Õn nã. C¸ch l m n y còng t¨ng kh¶ n¨ng chèng “nhiÔu tÝch cùc” cña hÖ thèng 8
  9. Bóp sãng ®èm Bao phñ b»ng anten khu vùc, hoÆc anten nhiÒu “®èm” 9
  10. C¸c lo¹i bóp sãng (®èm, khu vùc, to n ch©u lôc) Sù t¸i sö dông tÇn sè Spot Vùng ph sóng c a anten thông tin v tinh • Mi n ph sóng là mi n trong ñư ng biên mà tăng ích gi m 3 dB. • Ch c năng c a anten thông tin v tinh là t p trung công su t phát trong m t góc không gian nh t ñ nh (anten phát) hay thu tín hi u t m t vùng ph sóng nh t ñ nh (anten thu) • M t s thông s c a anten g n lưu ý: tăng ích anten, ñ m (aperature) anten, gi n ñ ñ nh hư ng c a anten. 10
  11. ð c ñi m c a anten thông tin v tinh Anten trên tr m v tinh ði u ñ u tiên c n xét t i là môi trư ng, vi c ñ t trên không gian làm cho anten ph i thích nghi ñư c v i s thay ñ i c a nhi t ñ . Nhi t ñ t thay ñ i gi a ngày và ñêm có th khi n cho kích thư c anten thay ñ i. Do ñó v t li u s d ng c n ph i tính toán r tk . M c dù v i anten v tinh thì nói chung búp sóng không c n ph i h p nhưng tăng ích và hư ng tính c a anten c n ph i ñáp ng ñư c các yêu c u c a v tinh. H u h t các v tinh ñ a tĩnh ñ u s d ng các anten có tăng ích và hư ng tính cao ñ ch ng l i suy hao do kho ng cách. Tuy nhiên do các v tinh này thư ng ph sóng m t khu v c c ñ nh, và v trí c a nó ít thay ñ i do ñó ñây không ph i là v n ñ l n. Nhưng c n lưu ý duy trì ñúng tư th c a v tinh và anten ñ duy trì ñúng hư ng. Các anten có ñ c ñi m là nh g n, nh và d l p ráp, nó thư ng có kích thư c kho ng t 2-3 mét. ð c ñi m c a anten thông tin v tinh Anten trên tr m v tinh V i các v tinh qu ñ o th p, thư ng s d ng các anten có hư ng tính th p hơn. Tín hi u thư ng ñư c truy n và nh n v i m t góc r ng hơn, và thay ñ i khi v tinh di chuy n. Do ñó các v tinh này thư ng hi m khi s d ng anten ph n x parabol. 11
  12. ð c ñi m c a anten thông tin v tinh Anten tr m m t ñ t Anten tr m m t ñ t s d ng ñ truy n và thu tín hi u t v tinh thì thay ñ i tùy theo ng d ng. Các anten ph n x parabol thư ng ñư c s d ng, tuy nhiên ñôi khi cũng có th s d ng anten Yagi. Kích thư c c a anten có th thay ñ i ñáng k . Các anten parabol s d ng ñ thu truy n hình v tinh có kích thư c r t nh . Tuy nhiên nh ng anten s d ng cho các m c ñích chuyên nghi p có kích thư c r t l n, có th lên t i hàng ch c mét. Anten cho thông tin v tinh c n ph i ñư c l a ch n r t c n th n ñ ñáp ng ñư c nh ng nhu c u c th . Có th tính toán các thông s cho anten, d a theo t n hao trên ñư ng truy n, t s S/N, m c công su t phát, ñ nh y máy thu... M t anten nh kích thư c 70 cm có th s d ng ñ thu tr c ti p tín hi u truy n hình t v tinh nhưng không th dùng ñ truy n các chương trình lên v tinh b i vì c n có m c tín hi u cao hơn ñ có th ñ m b o có th truy n v trái ñ t ch t lư ng hình nh t t. ð c ñi m c a anten thông tin v tinh Anten tr m m t ñ t 12
  13. Các lo i anten ñư c dùng trên tr m v tinh Các lo i anten ñư c dùng trên tr m v tinh 13
  14. Các lo i anten ñư c dùng trên tr m v tinh Các lo i anten ñư c dùng trên tr m v tinh Có 4 lo i anten thư ng ñư c s d ng trên tr m v tinh ñó là dipole tuy n tính (anten dây), anten loa, anten dàn và anten m t ph n x . Anten dây thư ng ñư c s d ng d i VHF, UHF cho thông tin c a h th ng TT&C. Lo i anten này cung c p vùng ph sóng theo m i hư ng s d ng chính lúc phóng v tinh và ñưa vào qu ñ o, khi mà các anten chính chưa m ra ho c chưa s d ng ñư c. 14
  15. Các lo i anten ñư c dùng trên tr m v tinh Anten loa ñư c s d ng t n s siêu cao khi c n có búp sóng r ng, ñ ph sóng toàn c u và khu v c. Loa là ph n loe ra c a ng d n sóng cho nên có d i t n r ng và ph i h p tr kháng t t v i không gian t do. Loa cũng có th dùng ñ chi u x cho m t ph n x ñơn ho c kép. Loa và m t ph n x là nh ng ví d c a anten có ñ m phát sóng vào không gian t do t ng d n sóng. Tuy nhiên v i anten loa thì khó có th ñ t ñư c tăng ích l n hơn 23 dB ho c ñ r ng chùm h p hơn 100. Khi ñó ph i s d ng anten m t ph n x ho c anten dàn. ð cung c p ñ m l n hơn so v i anten loa và anten m t PX, c n ph i t o ra m t sóng ph ng m t ph n x . Hình d ng thư ng dùng c a m t PX là anten parabol (th c ch t là m t anten loa nh ñ t tiêu ñi m c a m t PX parabol. ðây cũng là lo i anten thông d ng nh t c a tr m m t ñ t cũng như c a tr m v tinh. Các anten này có th dùng ñ t o ra các ñ m ho c ph sóng các ph n trái ñ t. S d ng nhi u b chi u x loa có th ph sóng nh ng khu v c c th . ð c ñi m c a anten thông tin v tinh M t s lo i anten 15
  16. Anten d¹ng l−íi d¨ng réng • Anten trªn vÖ tinh thÕ hÖ míi dïng nh÷ng bé ph¶n x¹ nhÑ ë d¹ng l−íi d¨ng réng cã ®−êng kÝnh 6 ~ 30 m, miÒn phôc vô ®Þnh d¹ng hay gåm nhiÒu bóp sãng ®èm, ®¶m b¶o phñ sãng chÊt l−îng cao c¶ mét khu vùc hay to n cÇu ë c¸c d¶i tÇn C v Ku. • ChÊt l−îng anten ®−îc c¶i thiÖn b»ng c¸ch san ®Òu c−êng ®é tr−êng trong miÒn phôc vô, cho gi¶m t¨ng Ých ë ®−êng biªn (c¶i thiÖn 60- 100% vÒ h−íng tÝnh ®Þnh d¹ng so víi anten cã mÆt ph¶n x¹ thÓ r¾n), v c¾t hÕt bóp sãng phô. CÊu tróc cña anten d¹ng l−íi d¨ng réng • MÆt ph¶n x¹ ®Þnh d¹ng bóp sãng l mét cÆp mÆt cong ë thÓ l−íi c¨ng trªn hai v nh tang trèng cña mét khung l m b»ng ªp«xy graphit d¨ng réng ®−îc, mçi mÆt cong ®−îc thiÕt kÕ theo mét d¹ng s¬ ®å ph−¬ng h−íng ® cho. CÊu tróc h×nh trèng n y nhÑ, hiÖu suÊt bøc x¹ cao, ®é æn ®Þnh nhiÖt vÒ kÝch th−íc cao, v tû sè “®é cøng ch¾c/ träng l−îng” cao. • VÖ tinh Thuraya (d¶i tÇn L) sö dông mÆt l−íi ph¶n x¹ h×nh parab«l cã φ = 12.25m; VÖ tinh INMARSAT 4 còng dïng mÆt l−íi ph¶n x¹ φ = 9m cho d¶i tÇn L. • Trªn c¬ së tèi −u ho¸ c¸c anten ë d¶i tÇn L, ng−êi ta thiÕt kÕ anten trªn vÖ tinh ë c¸c d¶i C v Ku 16
  17. Anten d¹ng l−íi d¨ng réng K thu t dùng chung anten cho thu và phát Thông thư ng, mu n th c hi n ñư c c 2 ch c năng thu và phát thì ph i có 2 anten. ði u này s gây ra t n kém và s làm cho kích thư c tr ng lư ng tăng lên. Tuy nhiên chúng ta có th s d ng m t thi t b g i là Duplexer ñ s d ng chung m t anten cho c thu và phát. Duplexer có th xem như m t switch thu-phát. Duplexer c n ph i th c hi n ñư c các ch c năng chính sau: k t n i anten v i ph n phát trong su t quá trình truy n (và ng t k t n i v i ph n thu), k t n i anten v i ph n thu trong su t quá trình nh n (và ng t k t n i v i ph n truy n), và luôn luôn cách ly ph n thu v i ph n phát. Có 3 lo i multiplexer thư ng ñư c s d ng 17
  18. K thu t dùng chung anten cho thu và phát Duplexer phân nhánh Ưu ñi m chính là lo i này ñơn gi n, nh g n và giá thành th p. Như c ñi m chính là băng thông h p (5%) K thu t dùng chung anten cho thu và phát Duplexer cân b ng Lo i này có ưu ñi m v kh năng làm ch ñư c công su t và băng thông. Như c ñi m chính là kích thư c 18
  19. K thu t dùng chung anten cho thu và phát Circulator Ferrite Là lo i thông d ng nh t, thư ng ñư c s d ng trong các h th ng m i. Như tên g i c a nó, thi t b này có kh năng luân chuy n công su t t c ng này sang c ng khác cho phép s d ng nó như m t duplexer. Tuy nhiên do công su t phát có th truy n ngư c tr l i ph n phát cho nên thư ng c u trúc như circulator có 4 c ng. ði u này có th th c hi n b ng cách dùng 2 circulator 3 c ng ho c circulator d ch pha vi sai, v n có 4 c ng (thư ng dùng). K thu t dùng chung anten cho thu và phát Circulator Ferrite Trong trư ng h p này, c n có m t thi t b b o v ph n thu b i vì tùy theo băng thông và thi t k , circulator thư ng ch có kh năng cách ly gi a ph n thu và ph n phát kho ng 10 ñ n 20 dB. Giá tr này ch ch p nh n ñư c v i m t s h th ng công su t r t th p. DO ñó ph i có thêm m t b b o v Gi ng như lo i cân b ng, lo i circulators ferrite có băng thông r ng và chúng ñang ñư c thu g n d n. Nói chung lo i này cho s cân b ng nh t gi a các y u t : kích thư c, giá thành, và các ñ c tính khác 19
  20. K thu t dùng chung anten cho thu và phát KoDSat’s Ground Contact Analysis (6/7) Satellite Attitude - Before contact region, the satellite points its S- band antenna to Nadir direction. - Back to the Sun pointing after the contact region Result - Nice contact region. - Degraded KoDSat power balancing 20