Bộ phát đáp vệ tinh

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (649.33 KB, 21 trang )

Phần 1: Tìm hiểu bộ phát đáp – Transponder
1.1 Tổng quát
1.1.1. Giới thiệu về vệ tinh thông tin
Vệ tinh thông tin (Communications Satellite) là vệ tinh nhân tạo đặt trong không
gian dùng cho viễn thông. Vệ tinh thông tin hiện đại có nhiều loại quỹ đạo như quỹ đạo
địa tĩnh, quỹ đạo Molniya, quỹ đạo elip, quỹ đạo (cực và phi cực) Trái Đất thấp.
Hệ thống thông tin vệ tinh bao gồm 2 phân đoạn chính:
•

•

Phân đoạn không gian: chỉ một phần của hệ thống bao gồm vệ tinh và tất cả các
thiết bị hỗ trợ giúp cho hoạt động của nó như một trạm điều khiển và trung tâm
giám sát vệ tinh.
Phân đoạn mặt đất: các trạm thu – phát trên mắt đất

Trong đó, phân đoạn không gian bao gồm vệ tinh cùng các thiết bị đặt trong vệ tinh
và hệ thống các trang thiết bị đặt trên mặt đất để kiểm tra và theo dõi hành trình của vệ
tinh (cả hệ thống bám, đo đạc và điều khiển). Bản thân vệ tinh bao gồm 2 bộ phần: phần
tải (payload) và phần nền vệ tinh (platform). Phần tải bao gồm hệ thống anten thu/phát
và bộ phát đáp bao gồm tất cả các thiết bị điện tử phục vụ cho việc truyền dẫn và xử lý
tín hiệu qua vệ tinh. Phần thân vệ tinh bao gồm các hệ thống phục vụ cho phần tải vệ tinh
hoạt động.
1.1.2. Đường truyền tín hiệu
Các bộ phát đáp được đặt trong vệ tinh để thu tín hiệu được truyền từ trạm mặt đất
theo tuyến lên(Uplink), biến đổi tần số, khuếch đại công suất và truyền trở lại mặt đất
theo tuyến xuống(Downlink). Tín hiệu truyền qua không gian bị suy hao càng lớn ở tần
số càng cao và ngược lại, do đó để tiết kiệm năng lượng trên vệ tinh người ta sử dụng tần
số tuyến xuống thấp hơn tần số tuyến lên.
–

Tuyến lên(Uplink): là tuyến phát từ trạm mặt đất lên vệ tinh
Tuyến xuống(Downlink): là tuyến phát tín hiệu từ vệ tinh xuống mặt đất.

Hình 1: Đường truyền tín hiệu vệ tinh với trạm mặt đất
1.1.3. 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

a) Lựa chọn băng tần thông tin vệ tinh
Đặc trưng cho tổn hao đó là hệ số tổn hao không gian tự do được xác định bằng công
thức:

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:

Trong đó: là hệ số tính hướng của anten phát, là hệ số tính hướng của anten thu
Ngoài tổn hao chủ yếu là tổn hao không gian tự do còn có tổn hao do khí quyển Trái Đất.
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.
b) Quy định băng tần thông tin vệ tinh
Các băng tần ấn định cho thông tin vệ tinh:
Khoảng cách
1,5 – 1,6 GHz
2,0 – 2,7 GHz
3,7 – 7,25 GHz
7,25 – 8,4 GHz
10,7 – 18 GHz
18 – 31 GHz
44 GHz

Ký hiệu
L
S
C
X
Ku
Ku
Q

Sử dụng điển hình
Dịch vụ thông tin di động (MSS)
Dịch vụ phát thanh, truyền hình (BSS)

Dịch vụ vệ tinh cố định (FSS)
Các vệ tinh nội địa
Dịch vụ vệ tinh cố định (FSS)
Dịch vụ vệ tinh cố định (FSS)
Các vệ tinh nội địa

Căn cứ vào nhiệm vụ, yêu cầu của vệ tinh để lựa chọn băng tần làm việc nhằm hạn chế
can nhiễu lẫn nhau giữa các vệ tinh, các trạm và các đài phát sóng.
•
•
•

•

Băng C (khoảng 6 GHz cho tuyến lên và 4 GHz cho tuyến xuống được gọi là
băng 6/4 GHz): sử dụng cho các dịch vụ vệ tinh cố định
Băng X (khoảng 8 GHz cho tuyến lên và 7 GHz cho tuyến xuống được gọi là
băng 8/7 GHz): được dành riêng cho quân đội sử dụng.
Băng Ku (khoảng 14 GHz cho tuyến lên và 11GHz hoặc 12 GHz cho tuyến xuống
được gọi là băng 14/12 GHz – 14/11 GHz): sử dụng cho các vệ tinh quảng bá trực
tiếp và một số dịch vụ vệ tinh cố định.
Băng Ka (khoảng 30 GHz cho tuyến lên và 20 GHz cho tuyến xuống được gọi là
băng 30/20 GHz): ưu điểm là cho phép sử dụng các trạm mặt đất nhỏ, ít bị can
nhiễu cũng như gây can nhiễu cho các hệ thống vệ tinh khác. Chưa được sử dụng
nhiều do suy hao lớn trong khí quyển cũng như trong các điều kiện thời tiết xấu
như mưa, sương mù…

•

Băng L(1.6 GHz cho tuyến lên và 1.5 GHz cho tuyến xuống – gọi là băng 1.6/1.5
GHz): sử dụng cho các dịch vụ di động và các hệ thống đạo.

Thường các vệ tinh sử dụng băng C có 24 bộ phát đáp, các vệ tinh sử dụng băng Ku có
16 bộ phát đáp, một số vệ tinh sử dụng kết hợp các bộ phát đáp băng C và Ku.

1.2 Chức năng và nguyên lý hoạt động
1.2.1. Hoạt động
Bộ phát đáp là một thiết bị quan trọng nhất của một hệ thống vệ tinh thông tin. Nó thực
hiện chức năng chính thu sóng vô tuyến từ trạm mắt đất phát từ tuyến lên, sau đó khuếch
đại và đổi tần số tín hiệu rồi phát lại xuống trạm mặt đất thu trên tuyến xuống.

Hình 2: Sơ đồ của bộ phát đáp

Tín hiệu từ trạm mặt đất truyền tới đi qua anten vào bộ thu băng rộng gồm một bộ
khuếch đại tạp âm thấp LNA, bộ dao đông nội LO, bộ khuếch đại công suất tới bộ phận
kênh đầu vào IMUX, qua bộ tiền khuếch đại DRIVER để đến bộ khuếch đại công suất
cao HPA rồi đến bộ ghép kênh đầu ra OMUX và ra anten phát xuống trở lại mặt đất.
1.2.2. Thành phần
Bộ phát đáp bao gồm:
•
•
•

•
•

Anten thu: thu nhận tín hiệu tuyến lên trong vùng phủ sóng
Bộ lọc : ngăn chặn sự pha lộn, giao thoa của tuyến lên
LNA (Low-noise Amplifier) – bộ khuếch đại tạp âm thấp: làm tăng tín hiệu nhận

được đến một mức độ mà những tạp âm thêm bởi phần còn lại của payload sẽ
không gây ra sự xuống cấp nghiêm trọng bằng cách thêm một ít tạp âm
Bộ chuyển đổi tần số: thường là Downconverter (D/C), để chyển đổi tần số tuyến
lên nhận được thành tần số tuyến xuống truyền đi.
IMUX (Input Multiplex): bộ phân kênh đầu vào, một bộ lọc để tách các kênh

•
•

•
•
•

Preamp: khuếch đại tín hiệu đến một tần số mà bộ khuếch đại công suất cao mong
muốn (tín hiệu cao tần)
HPA (High Power Amplifiers): bộ khuếch đại cống suất cao có nhiệm vụ tăng
mức tín hiệu đến mức anten phát cần để kết thúc một kênh truyền. Hệ thống phụ
HPA gồm 2 dạng: TWTA và SSPA.
EPC (Electronic Power Conditioner): cung cấp công suất DC cho Preamp và HPA
hoạt động
OMUX (Output Multiplex): bộ phân kênh đầu ra, bộ lọc để ghép kết hợp các kênh
Aenten phát: đảm bảo truyền tín hiệu đến tuyến xuống trong vùng phủ sóng yêu
cầu trên mặt đất.

1.2.3. Băng tần làm việc
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 với một đoạn băng tần
bảo vệ (~10% độ rộng dải thông được phân bố cho 1 bộ phát đáp) giữa 2 bộ phát đáp liên
tiếp. 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, băng tần C (6/4GHz) được phép sử dụng phổ rộng 500MHz. Băng tần sử dụng cho
một bộ phát đáp là 36MHz với một đoạn băng tần bảo vệ 4MHz giữa 2 bộ phát đáp liên
tiếp.

1.2.4. Phân loại bộ phát đáp
a) Bộ phát đáp đơn
Bộ phát đáp đơn có nhiệm vụ 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 3: Sơ đồ bộ phát đáp đơn
Cấu trúc của bộ phát đáp đơn 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 (tần số tuyến
lên) sang tần số sóng mang vô tuyến RF khác (tần số 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 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.
b) Bộ phát đáp tái sinh
Bộ phát đáp tái sinh (Regenerative Transponder) thực hiện việc giải điều chế sóng mang
thu được từ tuyến lên và điều chế lại các tín hiệu băng tần cơ sở trước khi truyền theo tần

số tuyến xuống.

Hình 4: Sơ đồ bộ phát đáp tái sinh
Cấu trúc bộ phát đáp tái sinh bao gồm 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, bộ lọc thông thấp LPF (Low-Pass Filter), bộ
điều chế – giải điều chế, bộ khuyếch đại công suất ra.
Đối với các hệ thống vệ tinh có các trạm mặt đất cố định, chuyển mạch tuyến tại băng cơ
sở, sử dụng đa truy nhập phân chia theo thời gian (baseband SS-TDMA) thì ưu điểm của
vệ tinh tái sinh là có khả năng kết nối các mạng với các tốc độ dữ liệu khác nhau.
Đối với các hệ thống thông tin di động vệ tinh, ghép kênh phân chia theo thời gian ở
tuyến xuống, các tuyến lên kênh đơn và truy nhập vệ tinh sử dụng phương thức đa truy
nhập phân chia theo tần số (SCPC-FDMA/ TDMA). Việc sử dụng các bộ phát đáp tái
sinh có khả năng giảm công suất bức xạ đẳng hướng tương đương EIRP yêu
cầu đối với các trạm di động và bộ phát đáp vệ tinh có thể làm việc ở lân cận vùng bão
hoà của đặc tuyến.

1.3 Thành phần cấu tạo
Bộ phát đáp bao gồm tập hợp các khối nối với nhau để tạo nên thông tin duy nhất giữa
anten thu và anten phát. Một số khối trong bộ phát đáp có thể được dùng chung cho nhiều
bộ phát đáp khác nhau. Chúng ta sẽ tìm hiểu chi tiết các khối trên.
1.3.1. Bộ thu băng rộng
Bộ thu băng rộng thực hiện chức năng khuếch đại tín hiệu và đổi tần số tuyến lên thành
tần số tuyến xuống. LNA(Low-noise amplifier) – bộ khuếch đại tạp âm thấp, Frequency
converter – bộ chuyển đổi tần số (hay còn gọi là bộ trộn) thay đổi tần số sóng mang của
tín hiệu từ tần số tuyến lên sang tuyến xuống. Đối với bộ phát đáp đơn cấu trúc phổ biến
nhất là một bộ chuyển đổi tần số D/C(Downconverter). Tuy nhiên nếu tần số tuyến lên và
tuyến xuống cao hơn băng Ku, có thể có cả D/C và U/C(Upconverter). Đối với bộ phát

đáp tái sinh, baseband bao gồm cả D/C và U/C.
Do yêu cầu độ tin cậy cao nên hệ thống thu băng rộng có một bộ làm việc và một bộ dự
phòng, khi có sự cố sẽ tự động chuyển mạch sang bộ dự phòng.

Hình 5: Sơ đồ chức năng bộ thu băng rộng
Tín hiệu sau khi được thu nhận bởi anten, qua bộ lọc đầu vào (Preselect Filter) trước khi
đến bộ khuếch đại tạp âm thấp LNA. Các bộ lọc đầu vào giảm bớt các tín hiệu gây nhiễu
có thể hòa lẫn vào trong băng rộng và tín hiệu gây nhiễu có thể mạnh hơn tín hiệu quan
tâm để bảo vệ hoạt động của bộ khuếch đại tạp âm thấp LNA và các bộ khác.
Bộ khuếch đại tạp âm thấp LNA là bộ phận quyết định chủ yếu đến hệ số phẩm chất G/T
của bộ phát đáp. Bộ khuếch đại tạp âm thấp này cần phải có nhiệt tạp âm thấp và hệ số
khuếch đại lớn để giới hạn nhiệt tạp âm cho các tầng trộn kế tiếp sau. Khi tính toán tạp
âm do bộ khuếch đại gây ra, để tiện lợi ta thường quy đổi tất cả các mức tạp âm đầu vào
LNA sang nhiệt độ tạp âm tương đương .

Trong đó: F là hệ số tạp âm đơn vị ; nhiệt độ tạp âm tương đương(K); là nhiệt độ tạp âm
chuẩn 290K.
Trong một hệ thống được thiết kế tốt thì nhiễu nhiệt của bộ thu băng rộng xấp xỉ bằng
nhiễu nhiệt do bộ khuếch đại tạp âm thấp LNA tạo ra. Nhiệt đó tạp âm do bộ thu tạo ra
khoảng vài trăm độ K.
LNA tiếp tín hiệu cho tầng trộn. Tầng trộn bao gồm một bộ chuyển đổi tần
(Downconverter – D/C hoặc Upconverter – U/C), một bộ dao động nội LO và các bộ
lọc. Tín hiệu sóng mang đã được khuếch đại ở LNA sẽ đi vào bộ chuyển đổi tần và được
đổi tần nhờ bộ dao động nội LO. Tần số của bộ dao động nội là hiệu số của tần số giữa
dải tần tuyến lên và tần số giữa của dải tần tuyến xuống (đối với trường hợp chuyển đổi
tần một lần và giả thiết băng tần là liên tục). Ví dụ trong băng tần C, tần số bộ dao động
nội là khoảng 2.2GHz tương ứng với dải tần số tuyến lên 5.850GHz-6.425GHz, dải tần
tuyến xuống 3.625GHz-4.200GHz. Trong băng Ku, tần số bộ dao động nội là 2.58GHz

hoặc 3.8GHz tương ứng với dải tần tuyến lên 14.0GHz-14.5GHz, dải tần tuyến xuống
10.95GHz-11.12GHz hoặc 12.5GHz-12.75GHz. 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.
Các thông số đặc trưng của tầng trộn:
–

Công suất tín hiệu từ bộ dao động nội LO khoảng 10dB.
Tần số bộ dao động nội ổn định, giá trị biến động tần số trong bộ dao động nội
nhỏ hơn ±1 đến ±5. trong điều kiện có sự thay đổi nhiệt độ thực tế.
Biên độ của các tín hiệu không mong muốn như các tín hiệu dư (residual) tại tần
số bộ dao động nội và các sóng hài (harmonics) của nó phải nhỏ hơn -60 dBm.

Sau khi tín hiệu đi qua tầng trộn được biến đổi thành tín hiệu có tần số thấp hơn(hoặc cao
hơn phụ thuộc vào yêu cầu của hệ thống) tiếp tục được khuếch đại với hệ số khuếch đại
lớn. Bộ khuếch đại sau tầng trộn có nhiệm vụ đảm bảo 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 – IMP) của
các tín hiệu sóng mang trong dải tần. Mức 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 của bộ thu băng rộng thường là khoảng từ 60dB đến 70dB. 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 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 điểm giao tiếp.
1.3.2. Bộ phân kênh – ghép kênh
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 để khuyếch đại chúng theo các bộ khuyếch đại riêng
biệt nhau.
Sự phân kênh như vậy sẽ có ưu điểm là:
–

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.
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. Sự phân chia kênh bằng các bộ lọc thông dải ở đầu vào như vậy còn gọi là phân
kênh đầu vào IMUX (Input Multiplex).
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 kênh khác nhau đó, sau khi khuyếch đại lại được tái

hỗn hợp trong một bộ ghép kênh đầu ra OMUX (Output Multiplexer). Bộ Responder là
thiết bị làm việc với một băng tần con và kênh con đó được gọi là kênh vệ tinh.
1.3.2.1. Bộ phân kênh đầu vào IMUX
Bộ phân kênh đầu vào IMUX phân chia dải tần đầu vào thành các băng tần con nhỏ hơn.
Các băng tần nhỏ này được khuếch đại, sau đó được tổ hợp lại trước khi đưa ra anten
phát xuống trở lại mặt đất.
Bộ phân kênh được cấu tạo bởi các Circulator và các bộ lọc băng thông được thiết kế
dưới dạng mạch lai(hybird). Tín hiệu đầu ra bộ thu băng rộng đưa vào đầu bộ phân kênh
IMUX được chia thành 2 đường cung cấp cho hai nhóm kênh chẵn và kênh lẻ. Việc chia
thành hai nhóm kênh chẵn và lẻ sẽ tạo ra sự phân tách tần số giữa các kênh trong mỗi
nhóm rõ rệt hơn, làm giảm thiểu can nhiễu giữa các kênh lân cận.

Hình 6: Sơ đồ chức năng bộ ghép kênh đầu vaog IMUX

Bộ Circulator làm nhiệm vụ cung cấp tín hiệu cho từng kênh, xác định độ rộng băng tần
con cho mỗi kênh đó và loại bỏ ảnh hưởng các kênh kề bên. Mỗi bộ lọc có độ rộng băng
tần bằng độ rộng băng của mỗi bộ phát đáp(thường là 36MHz) và được điểu chỉnh đến
tần số trung tâm của băng. 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 băng thông (khoảng 0,1 dB). Mặc dù tổn hao trong bộ phân kênh khá lớn nhưng các
tổn hao này sẽ được bù ở bộ khuếch đại kênh.
IMUX sử dụng công nghệ ống dẫn sóng và điện môi cộng hưởng: sử dụng công nghệ ống
dẫn sóng tại băng K và băng Ka; điện môi cộng hưởng tại băng C và băng K.
1.3.2.2. Bộ ghép kênh đầu ra OMUX
Sau khi qua bộ khuếch đại công suất cao HPA, tín hiệu ở các kênh được tập hợp lại tại
đầu ra của bộ phát đáp bằng bộ ghép kênh đầu ra OMUX.
Tín hiệu từ các kênh đi qua bộ lọc băng thông đến các bộ Circulator và được tập hợp
lại. 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 băng thông ở đây sử dụng kết

hợp với ống dẫn sóng ngắn mạch. 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 7: Sơ đồ chức năng bộ ghép kênh đầu ra OMUX

Trước khi đưa ra anten phát trở lại mặt đất theo tuyến xuống, sóng mang được đưa qua
bộ lọc các sóng hài không mong muốn tạo ra bởi hiện tượng xuyên điều chế ở các bộ lọc
khuếch đại không tuyến tính.
1.3.3. Bộ khuếch đại công suất cao
Bộ khuếch đại công suất có nhiệm vụ đảm bảo công suất đầu ra cho từng kênh của bộ
phát đáp. Và chính công suất này xác định giá trị của công suất bức xạ đẳng hướng tương
đương EIRP của kênh, chính là công suất thực sự được phát ra của anten. Tín hiệu sau
khi ra khỏi bộ phân kênh IMUX sẽ đi qua bộ suy giảm đầu vào Preamp trước khi đến
bộ khuếch đại công suất. Bộ này cần thiết để điều chỉnh đầu vào của bộ khuếch đại công
suất đến mức mong muốn. Bộ suy hao bao gồm phần cố định và phần thay đổi. Phần cố
định dùng để cân bằng các thay đổi suy hao vào, sao cho các kênh phát đáp có cùng suy
hao danh định. Ở đây, suy hao danh định được định nghĩa là giá trị suy hao tối đa mã mỗi
kênh có vẫn đảm bảo đáp ứng được yêu cầu đầu vào của bộ khuếch đại công suất. Phần
suy hao thay đổi dùng để thiết lập mức suy hao cho từng kiểu ứng dụng.

Hình 8 : Sơ đồ chức năng bộ khuếch đại công suất cao
Bộ khuếch đại công suất có một thông số quan trọng 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 khuếch đại công suất ra thường có giá trị cực đại khi bộ khuếch
đại làm việc ở gần vùng bão hòa. Tức là tại vùng đó, công suất của sóng mang đơn đạt
giá trị công suất bão hòa.
Bộ khuếch đại công suất không là một thiết bị tuyến tính. Do đó, có thể dễ dàng xảy ra

hiện tượng méo phi tuyến, sinh ra tạp âm xuyên điều chế. Ảnh hưởng của méo được
biểu diễn bởi đường đặc tuyến truyền đạt. Vì vậy, việc chọn điểm hoạt động của bộ
khuếch đại cống suất rất quan trọng, giúp hạn chế ảnh hưởng của méo. Do đó, độ lùi đầu

vào (IBO – Input Back Off) và độ lùi đầu ra (OBO – Output Back Off) sẽ được quy định
để đạt được điểm đó. Trong đó, độ lùi đầu vào được định nghĩa là tỷ số của mật độ thông
lượng bão hòa và mật độ thông lượng hoạt động do một sóng mang đem lại, độ lùi đầu ra
được định nghĩa là tỷ số của công suất bức xạ đẳng hướng tương đương bão hòa và công
suất bức xạ đẳng hướng tương đương hoạt động do một sóng mang đem lại. Nếu khoảng
lùi bé (tức điểm hoạt động gần vùng bão hòa) thì có lợi là công suất đầu ra sẽ lớn nhưng
tạp âm xuyên điều chế trong trường hợp này cũng sẽ lớn. Nếu khoảng lùi lớn thi có thể
hạn chế được tạp âm xuyên điều chế nhưng công suất đầu ra sẽ bị giảm.
Có hai bộ khuếch đại công suất thường được sử dụng ở các bộ phát đáp vệ tinh, đó là bộ
khuếch đại dùng đèn sóng chạy TWTA (Travelling Wave Tube Amplifier) và bộ
khuếch đại dùng transistor SSPA (Transistor Solid State Power Amplifer). Tuy nhiên,
bộ khuếch đại đèn sóng chạy được sử dụng rộng rãi trong các bộ phát đáp để đảm bảo
công suất ra cần thiết cho anten phát. Sơ đồ đèn sóng chạy được cho trên hình 9.

Hình 9: Sơ đồ dèn sóng chạy TWTA và cấp nguồn
Trong đèn sóng chạy, súng tia điện tử bao gồm: sợi nung, catốt và các điện cực hội tụ để
tạo ra chùm tia điện tử. Trường từ để giới hạn tia điện tử truyền trong dây xoắn. Bộ
khuếch đại dùng đèn sóng chạy TWTA 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 catốt
được đốt nóng ở nhiệt độ cao, được hội tụ và gia tốc bởi một cặp anốt. Tín hiệu vô tuyến
cần khuếch đại được cấp cho dây xoắn tại đầu gần catốt nhất và tọa ra tín hiệu chạy dọc
dây xoắn. Trường điện của sóng sẽ có thành phần dọc dây xoắn. Trong một số vùng

trường này sẽ giảm tốc các điện tử trong chùm tia và trong một số cùng khác nó sẽ tăng

tốc độ các điện tử trong chùm tia. Tốc độ trung bình của chùm tia được xác định bởi điện
áp một chiều trên collector và có giá trị lớn hơn tốc độ pha của sóng dọc dây xoắn. Trong
điều kiện này, sẽ xảy ra sự chuyển đổi năng lượng: động năng trong chùm tia được biến
thành thế năng của sóng. Một collector sẽ thu nhận các điện tử ở đầu ra của cuộn dây
xoắn ốc. Khuếch đại được thực hiện. Việc phân chia collector theo một số tầng với các
hiệu thế 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.
Ưu điểm của bộ khuếch đại này so với các bộ khuếch đại đèn điện tử khác là nó có thể
đảm bảo khuếch đại trên một độ rộng băng tần khá rộng. Tuy nhiên cần điều chỉnh cẩn
thận mức vào TWTA để giảm thiểu méo. Ảnh hưởng của méo đặc tuyến truyền đạt đươc
cho trên hình 10.

Hình 10: Đặc tuyến truyền đạt của TWTA
Trong hình trên, trạng thái bão hòa được sử dụng như tham chuẩn 0 dB cho cả đầu vào và
đầu ra. Tại các mức công suất thấp, quan hệ đầu vào và đầu ra là tuyến tính, nghĩa là một
thay đổi dB cho trước ở đầu vào sẽ gây ra cùng một sự thay đổi dB ở đầu ra. Tại các mức
công suất cao, công suất đầu ra sẽ bị bão hòa. Điểm công suất ra cực đại này được gọi là
điểm bão hòa. Vùng tuyến tính của TWTA được định nghĩa là vùng giới hạn tạp âm nhiệt
ở đầu thấp và bởi điểm nén 1dB. Đây là điểm mà tại đó đường cong truyền đạt thực tế
thấp hơn đường thẳng suy diễn như hình 10. Khi đó, điểm hoạt động của TWTA được
chọn sao cho gần phần tuyến tính của đường cong nhất. Khi có nhiều sóng mang được
khuếch đại, công suất xung quanh bão hòa đối với mọi sóng mang sẽ nhỏ hơn công suất
ra khi chỉ có một sóng mang. Điều này được minh họa bởi các đường cong đặc tuyến
truyền đạt trên hình 11. Độ lùi đầu vào là hiệu đo bằng dB giữa đầu vào sóng mang tại

điểm hoạt động và đầu vào bão hòa cần thiết cho hoạt động một sóng mang. Độ lùi đầu ra
thường ứng với sự giảm công suất đầu ra tương ứng. Độ lùi đầu ra thường thấp hơn
khoảng 5dB so với độ lùi đầu vào.

Hình 11: Đường cong truyền đạt cho một sóng mang và nhiều sóng mang (độ lùi khi khai
thác nhiều sóng mang so với bão hòa đối với một sóng mang)
Các giá trị tiêu biểu về đặc tính của đèn TWTA là:
–

Công suất ở chế độ bão hòa
Hiệu suất từ 40-50%
Hệ số khuếch đại ở bão hòa: khoảng 55dB

Để cho bộ khuếch đại đèn sóng chạy bình thường, 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
0.7kg và nguồn cấp điện 1.5kg).

Phần 2: Bộ Transponder trên vệ tinh Vinasat-1
2.1 Giới thiệu vệ tinh Vinasat-1
Vinasat-1 là vệ tinh viễn thông địa tĩnh đầu tiên của Việt Nam được phóng vào vũ trụ
lúc 22 giờ 16 phút 18/04/2008 (giờ UTC). Vinasat-1 là một vệ tinh viễn thông địa tĩnh
cung cấp dịch vụ đường truyền vệ tinh để phát triển các dịch vụ ứng dụng như dịch vụ
thoại, truyền hình, thông tin di động, truyền số liệu, Internet, các dịch vụ đào tạo và y tế
từ xa, truyền tin cho ngư dân trên biển, dự báo thời tiết, đảm bảo an ninh quốc phòng…
Vinasat 1 là loại vệ tinh trung bình, cao 4m, trọng lượng thô 1,1 tấn,
sau
khi
bơm
nhiên
liệu sẽ nặng 2,7 tấn. Tuổi thọ 15-20 năm, dung lượng 20 bộ phát đáp
với 8 bộ trên băng tần C và 12 bộ trên băng tần Ku, tương đương

với 10.000 kênh thoại, Internet, truyền số liệu hoặc 120 kênh truyền

hình.
Các tham số quỹ đạo:
– Hệ quy chiếu: Geocentric(GEO)
– Chế độ: Quỹ đạo địa tĩnh
– Kinh độ: 132° Đông
– Độ nghiêng quỹ đạo: 0.02°
– Chu kỳ quỹ đạo: 23.93 giờ

2.2 Phân hệ thông tin trên Vinasat-1
2.2.1. Băng tần C
– Số bộ phát đáp: 08 bộ (36 MHz/bộ)
– Đường lên (Uplink):
o Tần số phát Tx: 6.425 – 6.725 GHz
o Phân cực: Vertical, Horizontal
– Đường xuống (Downlink):
o Tần số thu Rx: 3.400-3.700 GHz
o Phân cực: Horizontal, Vertical
– Mật độ dung lượng bão hòa (SFD): -85 dBW/m2
– Phần tải băng thông tin sử dụng bộ lắp ráp đèn sóng chạy làm bằng dẫn nhiệt 68W
– Vùng phủ sóng bao gồm: Việt Nam, Đông Nam Á, Trung Quốc, Triều Tiên Ấn
Độ, Nhật Bản và Australia.

Hình 12: Vùng phủ sóng băng C của vệ tinh VINASAT-1

2.2.2. Băng tần Ku
– Số bộ phát đáp: 12 bộ (36 MHz/bộ)
– Đường lên (Uplink):
o Tần số phát Tx: 13.750-14.500 GHz
o Phân cực: Vertical

– Đường xuống (Downlink):
o Tần số thu Rx: 10.950-11.700 GHz
o Phân cực: Horizontal
– Mật độ dung lượng bão hòa (SFD): -90 dBW/m2
– Phần tải thông tin băng tần Ku sử dụng bộ lắp ráp đèn sóng chạy làm bằng dẫn
nhiệt 108W(TWTA)
– Vùng phủ sóng bao gồm: Việt Nam, Lào, Campuchia, Thái Lan và một
phần Mianma.

Hình 13: Vùng phủ sóng băng Ku của vệ tinh VINASAT-1

2.3 Bộ phát đáp băng C
2.3.1. Cấu trúc bộ phát đáp băng C
Hệ thống con băng C cung cấp 8 kênh giữa các cực ( HPOL, V-POL) bao
gồm 4 phần: Máy thu, Định tuyến kênh, Bộ phát đáp và Máy phát.

Hình 14: Sơ đồ khối chứng năng của hệ thống băng C

2.3.2. Chức năng bộ phát đáp băng C
a) Máy thu

Tín hiệu nhận được nối với một bộ phối hợp cho mỗi phân cực, được
phân ra thành tín hiệu Rx và Tx. Cả hai tín hiệu sau đó được kết nối từ
đường sóng đến các bộ kiểm tra coupler kép. Các bộ kiểm tra coupler
nối với bộ lọc đầu vào băng tần C (CIFA – Counterintelligence Field Activity).
Mỗi CIFA đi qua băng tần thu từ 6425-6725MHz và từ chối những tín
hiệu ngoài băng tần. Một coupler chỉ dẫn (18dB) chạy theo CIFA của
đường lên phân cực ngang đến hai thiết bị nhận lệnh. Mỗi máy thu tự

khuyếch đại tín hiệu đầu vào được tín hiệu đầu ra với tần số từ 34003700MHz.
b) Định tuyến kênh
Tín hiệu qua máy thu tới 2 bộ ghép kênh, nó chia tín hiệu tổng hợp
tuyến lên thành hai nhóm của 4 kênh, mỗi nhóm qua bộ dư thừa của
bộ chuyển mạch đồng trục đầu ra. Mỗi bộ ghép kênh bao gồm bộ lọc
cách điện 10 cực được nối qua bộ Circulators làm giảm cấu hình kênh
để tránh mất mát sự chèn nhiều của bộ chia công suất nhiều cổng. Các
bộ lọc tự cân bằng thời gian trễ nhóm, vì thế giai đoạn lọc cân bằng là
cần thiết. Bộ ghép kânh đầu vào băng C tách tín hiệu đầu vào thành
các kênh thích hợp trước khi khuyếch đại chuỗi khuyếch đại công suất.
c)Bộ phát đáp
Bộ phát đáp của phần tải thông tin cung cấp những tín hiệu khuyếch
đại
công
suất cao trên mỗi kênh. Trên hệ thống con băng C, mỗi chuỗi khuyếch
đại nguồn bao gồm bộ khuyếch đại kích thích tuyến tính (LDALC) chạy
qua một đèn sóng chạy dẫn điện 68W (TWT). Phương tuyến tính trong
LDALC bù trừ cho biên độ và pha phi tuyến của đèn
sóng chạy liên đới, cải thiện tỷ số công suất tạp âm pha tuyến tính của
bộ
phát
đáp.
Bộ
lắp ráp LDALC cũng bao gồm nguồn điều hoà EPC (Electronic Power
Conditioners) cho TWT.
d) Máy phát
Mỗi TWTA (Traveling Wave Tube Amplifier) trên hệ thống phụ được kết
nối với bộ phân kênh đầu ra thông qua cầu dao cách ly và một công
tắc thừa.Cầu dao cách ly bảo vệ hoạt động của TWTA từ việc chuyển

đổi cấu hình không đúng và năng lượng được phản ánh ngoài băng từ
bộ phân kênh đầu ra. Lượng tải trên cầu dao cách ly được đo làm mất
công suất đầy đủ của một kênh trong trường hợp chuyển đổi không
chính xác hoặc sự truyền đến vệ tinh ngoài băng thông rộng của một
kênh. Mỗi bộ phân kênh đầu ra sử dụng bộ lọc kênh chế độ nạp kép kết
nối với một ống để nối với 4 kênh thông tin. Bộ lọc thông thấp, bộ lọc
thông dải ở đầu ra của mỗi bộ phận kênh đầu ra làm giảm tạp âm cũng
như những tín hiệu không chính xác của mỗi dải tần.

2.4 Bộ phát đáp băng Ku
2.4.1. Cấu trúc bộ phát đáp băng Ku
Hệ thống con truyền thông băng tần Ku cung cấp 12 kênh sử dụng băng tần 36MHz bao
gồm 4 phần: Máy thu, Định tuyến kênh, Bộ phát đáp và Máy phát.

Hình 15: Sơ đồ khối chứng năng của hệ thống băng Ku

2.4.2. Chức năng bộ phát đáp băng Ku
a) Máy thu
Phần tải trọng trên kênh Ku, quỹ đạo nhận được bởi ống dẫn sóng vào một bộ coupler
kiểm tra. Tín hiệu qua các coupler kiểm tra kết tới bộ lọc đầu vào IFA giới hạn dải tần
thu 13.75-14.5GHz để làm giảm nhẹ đi trong băng tần Ku và trung hoà các tín hiệu này.
Máy thu băng rộng 14/11GHz khuyếch đại tín hiệu với tần số đầu ra là 10.95-11.7GHz.
b) Định tuyến kênh
Tín hiệu qua máy thu đi qua bộ chuyển mạch đồng trục tới 12 kênh đầu vào bộ ghép
kênh. Bộ lọc kênh đảm bảo rằng tín hiệu đi qua với độ méo nhỏ và lọc bỏ những tín hiệu
không mong muốn gần với tần số băng thông. Mỗi bộ lọc kênh là bộ lọc cách điện mười
cực với băng thông rộng 36MHz. Bộ ghép kênh băng tần Ku tách tín hiệu đầu vào kênh

truyền thích hợp trước khi được khuếch đại công suất cao bởi đèn sóng chạy tuyến tính
(LinearTWTAs).
c) Bộ phát đáp
Bộ phát đáp của phần tải trọng cung cấp sự khuyếch đại công suất cao tín hiệu trên mỗi
kênh. Trên hệ thống băng Ku, mối bộ khuyếch đại nguồn bao gồm một bộ khuyếch đại
tuyến tính với mức điều khiển tự động (LDALC) chạy qua một đèn sóng chạy 108W.
Phương tuyến tính trong LDALC bù trừ cho biên độ và pha không phi tuyến của đèn
chạy sóng liên đới ( TWT), cải thiện sự tuyến tính tỷ lệ công suất tạp âm và pha phi tuyến
của bộ phát đáp. Tín hiệu đầu ra của LTWTA được gửi đến hệ thống truyền sóng thông
qua một mạng lưới, nó bao gồm cầu dao cách ly đầu vào, công tắc đầu ra và bộ lọc thông
thấp đầu ra. Cầu dao cách ly đầu vào bảo vệ hoạt động TWTA từ việc chuyển đổi cấu
hình không đúng và năng lượng phản ánh ngoài băng từ bộ phân kênh đầu ra.
d) Máy phát
Bộ phân kênh đầu ra OMUX bao gồm: một bộ lọc lắp ráp phân kênh đầu ra, một thiết
bị lắp ráp đầu ra từ xa của băng tần Ku ( KROA). Bộ phân kênh đầu ra sử dụng bốn cực
của bộ lọc kênh để nâng cao hiệu suất trong băng và tách biệt băng hẹp. Những bộ lọc
này giảm thiểu các thay đổi điều chỉnh của bộ lọc do sự dao động của nhiệt độ. Mỗi bộ
phân kênh đầu ra được kết nốt tới bộ lọc thông thấp, nó làm giảm tạp âm của máy thu và
bộ kiểm tra coupler kép, nó cho phép đo lường được tín hiệu bên ngoài bộ phát đáp và
nhận tín hiệu cho anten truyền đo lường.

Tuyến lên ( Uplink ) : là tuyến phát từ trạm mặt đất lên vệ tinhTuyến xuống ( Downlink ) : là tuyến phát tín hiệu từ vệ tinh xuống mặt đất. Hình 1 : Đường truyền tín hiệu vệ tinh với trạm mặt đất1. 1.3. Băng tần thông tin vệ tinhThông tin vệ tinh là mạng lưới hệ thống thông tin có phương pháp truyền dẫn vô tuyến, thế cho nên việclựa chọn và ấn định băng tần công tác làm việc cho những dịch vụ thông tin vệ tinh là rất quan trọng. Nó phải thoả mãn hai điều kiện kèm theo cơ bản : Không gây can nhiễu lên những mạng lưới hệ thống thông tin vô tuyến khác cũng như dịch vụthông tin vệ tinh trong mạngTổn hao truyền sóng nhỏ để giảm nhỏ kích cỡ và giá tiền thiết bịa ) Lựa chọn băng tần thông tin vệ tinhĐặc trưng cho tổn hao đó là thông số tổn hao khoảng trống tự do được xác lập bằng côngthức : Trong đó : r là khoảng cách từ anten trạm mặt đất đến anten vệ tinhλ là bước sóng công tác làm việc. Để hạn chế sự lan toả sóng vào khoảng trống trong thông tin vô tuyến phải sử dụng antenbức xạ có hướng để hướng bức xạ sóng vô tuyến điện đến anten thu cũng như hướnganten thu vào anten phát. Đại lượng đó được gọi là thông số tính hướng của anten thườngđược ký hiệu là D, nên tổn hao khoảng trống tự do sẽ giảm đi và bằng : Trong đó : là thông số tính hướng của anten phát, là thông số tính hướng của anten thuNgoài tổn hao hầu hết là tổn hao khoảng trống tự do còn có tổn hao do khí quyển Trái Đất. Nếu sử dụng băng tần nằm trong “ hành lang cửa số vô tuyến ” tức là khoảng chừng từ 1GH z đến 10 GHzthì suy hao do tầng điện ly và trong tầng đối lưu là không đáng kể và suy hao truyền sónggần như bằng suy hao khoảng trống tự do. b ) Quy định băng tần thông tin vệ tinhCác băng tần ấn định cho thông tin vệ tinh : Khoảng cách1, 5 – 1,6 GHz2, 0 – 2,7 GHz3, 7 – 7,25 GHz7, 25 – 8,4 GHz10, 7 – 18 GHz18 – 31 GHz44 GHzKý hiệuKuKuSử dụng điển hìnhDịch vụ thông tin di động ( MSS ) Thương Mại Dịch Vụ phát thanh, truyền hình ( BSS ) Thương Mại Dịch Vụ vệ tinh cố định và thắt chặt ( FSS ) Các vệ tinh nội địaDịch vụ vệ tinh cố định và thắt chặt ( FSS ) Thương Mại Dịch Vụ vệ tinh cố định và thắt chặt ( FSS ) Các vệ tinh nội địaCăn cứ vào trách nhiệm, nhu yếu của vệ tinh để lựa chọn băng tần thao tác nhằm mục đích hạn chếcan nhiễu lẫn nhau giữa những vệ tinh, những trạm và những đài phát sóng. Băng C ( khoảng chừng 6 GHz cho tuyến lên và 4 GHz cho tuyến xuống được gọi làbăng 6/4 GHz ) : sử dụng cho những dịch vụ vệ tinh cố địnhBăng X ( khoảng chừng 8 GHz cho tuyến lên và 7 GHz cho tuyến xuống được gọi làbăng 8/7 GHz ) : được dành riêng cho quân đội sử dụng. Băng Ku ( khoảng chừng 14 GHz cho tuyến lên và 11GH z hoặc 12 GHz cho tuyến xuốngđược gọi là băng 14/12 GHz – 14/11 GHz ) : sử dụng cho những vệ tinh tiếp thị trựctiếp và 1 số ít dịch vụ vệ tinh cố định và thắt chặt. Băng Ka ( khoảng chừng 30 GHz cho tuyến lên và 20 GHz cho tuyến xuống được gọi làbăng 30/20 GHz ) : ưu điểm là được cho phép sử dụng những trạm mặt đất nhỏ, ít bị cannhiễu cũng như gây can nhiễu cho những mạng lưới hệ thống vệ tinh khác. Chưa được sử dụngnhiều do suy hao lớn trong khí quyển cũng như trong những điều kiện kèm theo thời tiết xấunhư mưa, sương mù … Băng L ( 1.6 GHz cho tuyến lên và 1.5 GHz cho tuyến xuống – gọi là băng 1.6 / 1.5 GHz ) : sử dụng cho những dịch vụ di động và những mạng lưới hệ thống đạo. Thường những vệ tinh sử dụng băng C có 24 bộ phát đáp, những vệ tinh sử dụng băng Ku có16 bộ phát đáp, 1 số ít vệ tinh sử dụng tích hợp những bộ phát đáp băng C và Ku. 1.2 Chức năng và nguyên tắc hoạt động1. 2.1. Hoạt độngBộ phát đáp là một thiết bị quan trọng nhất của một mạng lưới hệ thống vệ tinh thông tin. Nó thựchiện công dụng chính thu sóng vô tuyến từ trạm mắt đất phát từ tuyến lên, sau đó khuếchđại và đổi tần số tín hiệu rồi phát lại xuống trạm mặt đất thu trên tuyến xuống. Hình 2 : Sơ đồ của bộ phát đápTín hiệu từ trạm mặt đất truyền tới đi qua anten vào bộ thu băng rộng gồm một bộkhuếch đại tạp âm thấp LNA, bộ dao đông nội LO, bộ khuếch đại hiệu suất tới bộ phậnkênh đầu vào IMUX, qua bộ tiền khuếch đại DRIVER để đến bộ khuếch đại công suấtcao HPA rồi đến bộ ghép kênh đầu ra OMUX và ra anten phát xuống trở lại mặt đất. 1.2.2. Thành phầnBộ phát đáp gồm có : Anten thu : thu nhận tín hiệu tuyến lên trong vùng phủ sóngBộ lọc : ngăn ngừa sự pha lộn, giao thoa của tuyến lênLNA ( Low-noise Amplifier ) – bộ khuếch đại tạp âm thấp : làm tăng tín hiệu nhậnđược đến một mức độ mà những tạp âm thêm bởi phần còn lại của payload sẽkhông gây ra sự xuống cấp trầm trọng nghiêm trọng bằng cách thêm một chút ít tạp âmBộ quy đổi tần số : thường là Downconverter ( D / C ), để chyển đổi tần số tuyếnlên nhận được thành tần số tuyến xuống truyền đi. IMUX ( Input Multiplex ) : bộ phân kênh nguồn vào, một bộ lọc để tách những kênhPreamp : khuếch đại tín hiệu đến một tần số mà bộ khuếch đại hiệu suất cao mongmuốn ( tín hiệu cao tần ) HPA ( High Power Amplifiers ) : bộ khuếch đại cống suất cao có trách nhiệm tăngmức tín hiệu đến mức anten phát cần để kết thúc một kênh truyền. Hệ thống phụHPA gồm 2 dạng : TWTA và SSPA.EPC ( Electronic Power Conditioner ) : phân phối hiệu suất DC cho Preamp và HPAhoạt độngOMUX ( Output Multiplex ) : bộ phân kênh đầu ra, bộ lọc để ghép phối hợp những kênhAenten phát : bảo vệ truyền tín hiệu đến tuyến xuống trong vùng phủ sóng yêucầu trên mặt đất. 1.2.3. Băng tần làm việcHầu hết những bộ phát đáp thường được phong cách thiết kế với dải thông 36 MHz, 54 MHz hoặc 72MH z, trong đó dải thông 36 MHz là chuẩn được sử dụng thông dụng với một đoạn băng tầnbảo vệ ( ~ 10 % độ rộng dải thông được phân bổ cho 1 bộ phát đáp ) giữa 2 bộ phát đáp liêntiếp. Trong quỹ đạo địa tĩnh, vệ tinh được đặt ở một tọa độ xác lập và thao tác với mộtsố băng tần xác lập. Ví dụ, băng tần C ( 6/4 GHz ) được phép sử dụng phổ rộng 500MH z. Băng tần sử dụng chomột bộ phát đáp là 36MH z với một đoạn băng tần bảo vệ 4MH z giữa 2 bộ phát đáp liêntiếp. 1.2.4. Phân loại bộ phát đápa ) Bộ phát đáp đơnBộ phát đáp đơn có trách nhiệm thu tín hiệu sóng mang từ tuyến lên, khuyếch đại tạp âmthấp ( LNA ), quy đổi tần số ( một hoặc hai lần quy đổi ), khuyếch đại hiệu suất đưara anten phát để truyền theo tuyến xuống. Hình 3 : Sơ đồ bộ phát đáp đơnCấu trúc của bộ phát đáp đơn gồm có : bộ lọc số lượng giới hạn băng thông ( BPF – BandPassFilter ) ở đầu vào, bộ khuyếch đại tạp âm thấp LNA ( Low Noise Complifier ), bộ chuyểnđổi tần số gồm có cả lọc thông dải BPF và bộ khuyếch đại hiệu suất ra. Bộ phát đáp đóthực chất là một bộ lặp quy đổi từ tần số sóng mang vô tuyến RF này ( tần số tuyếnlên ) sang tần số sóng mang vô tuyến RF khác ( tần số tuyến xuống ). Cũng có một số ít bộphát đáp có quy đổi tần số trung gian giống như những bộ lặp trong những đường truyềnviba. Biến đổi thành tần số trung gian ( IF ) đó hoàn toàn có thể một lần hoặc hai lần ( giống trộn tần1 và trộn tần 2 ). Bộ lọc BPF ở đầu vào có trách nhiệm số lượng giới hạn tạp âm và can nhiễu ở đầuvào bộ khuyếch đại tạp âm thấp LNA. Bộ khuyếch đại LNA thường sử dụng loại diodeđường hầm ( tunnel diode ) để khuyếch đại tín hiệu với thông số tạp âm bé. Bộ chuyển đổi tầnsố làm trách nhiệm quy đổi tần số sóng mang tuyến lên băng tần cao thành tần số sóngmang tuyến xuống băng tần thấp hơn. Bộ khuyếch đại hiệu suất, thường dùng đèn sóngchạy TWT ( Traveling Wave Tube ) có trách nhiệm khuyếch đại hiệu suất tín hiệu RF đểtruyền theo tuyến xuống đến những trạm mặt đất. b ) Bộ phát đáp tái sinhBộ phát đáp tái sinh ( Regenerative Transponder ) thực thi việc giải điều chế sóng mangthu được từ tuyến lên và điều chế lại những tín hiệu băng tần cơ sở trước khi truyền theo tầnsố tuyến xuống. Hình 4 : Sơ đồ bộ phát đáp tái sinhCấu trúc bộ phát đáp tái sinh gồm có bộ lọc số lượng giới hạn băng thông ( BPF – BandPassFilter ) ở đầu vào, bộ khuyếch đại tạp âm thấp LNA ( Low Noise Complifier ), bộ chuyểnđổi tần số gồm có cả lọc thông dải BPF, bộ lọc thông thấp LPF ( Low-Pass Filter ), bộđiều chế – giải điều chế, bộ khuyếch đại hiệu suất ra. Đối với những mạng lưới hệ thống vệ tinh có những trạm mặt đất cố định và thắt chặt, chuyển mạch tuyến tại băng cơsở, sử dụng đa truy nhập phân loại theo thời hạn ( baseband SS-TDMA ) thì ưu điểm củavệ tinh tái sinh là có năng lực liên kết những mạng với những vận tốc tài liệu khác nhau. Đối với những mạng lưới hệ thống thông tin di động vệ tinh, ghép kênh phân loại theo thời hạn ởtuyến xuống, những tuyến lên kênh đơn và truy nhập vệ tinh sử dụng phương pháp đa truynhập phân loại theo tần số ( SCPC-FDMA / TDMA ). Việc sử dụng những bộ phát đáp táisinh có năng lực giảm hiệu suất bức xạ đẳng hướng tương tự EIRP yêucầu so với những trạm di động và bộ phát đáp vệ tinh hoàn toàn có thể thao tác ở lân cận vùng bãohoà của đặc tuyến. 1.3 Thành phần cấu tạoBộ phát đáp gồm có tập hợp những khối nối với nhau để tạo nên thông tin duy nhất giữaanten thu và anten phát. Một số khối trong bộ phát đáp hoàn toàn có thể được dùng chung cho nhiềubộ phát đáp khác nhau. Chúng ta sẽ tìm hiểu và khám phá cụ thể những khối trên. 1.3.1. Bộ thu băng rộngBộ thu băng rộng triển khai công dụng khuếch đại tín hiệu và đổi tần số tuyến lên thànhtần số tuyến xuống. LNA ( Low-noise amplifier ) – bộ khuếch đại tạp âm thấp, Frequencyconverter – bộ chuyển đổi tần số ( hay còn gọi là bộ trộn ) đổi khác tần số sóng mang củatín hiệu từ tần số tuyến lên sang tuyến xuống. Đối với bộ phát đáp đơn cấu trúc phổ biếnnhất là một bộ chuyển đổi tần số D / C ( Downconverter ). Tuy nhiên nếu tần số tuyến lên vàtuyến xuống cao hơn băng Ku, hoàn toàn có thể có cả D / C và U / C ( Upconverter ). Đối với bộ phátđáp tái sinh, baseband gồm có cả D / C và U / C.Do nhu yếu độ an toàn và đáng tin cậy cao nên mạng lưới hệ thống thu băng rộng có một bộ thao tác và một bộ dựphòng, khi có sự cố sẽ tự động hóa chuyển mạch sang bộ dự trữ. Hình 5 : Sơ đồ tính năng bộ thu băng rộngTín hiệu sau khi được thu nhận bởi anten, qua bộ lọc nguồn vào ( Preselect Filter ) trước khiđến bộ khuếch đại tạp âm thấp LNA. Các bộ lọc nguồn vào giảm bớt những tín hiệu gây nhiễucó thể hòa lẫn vào trong băng rộng và tín hiệu gây nhiễu hoàn toàn có thể mạnh hơn tín hiệu quantâm để bảo vệ hoạt động giải trí của bộ khuếch đại tạp âm thấp LNA và những bộ khác. Bộ khuếch đại tạp âm thấp LNA là bộ phận quyết định hành động hầu hết đến thông số phẩm chất G / Tcủa bộ phát đáp. Bộ khuếch đại tạp âm thấp này cần phải có nhiệt tạp âm thấp và hệ sốkhuếch đại lớn để số lượng giới hạn nhiệt tạp âm cho những tầng trộn tiếp nối sau. Khi đo lường và thống kê tạpâm do bộ khuếch đại gây ra, để tiện nghi ta thường quy đổi tổng thể những mức tạp âm đầu vàoLNA sang nhiệt độ tạp âm tương tự. Trong đó : F là thông số tạp âm đơn vị chức năng ; nhiệt độ tạp âm tương tự ( K ) ; là nhiệt độ tạp âmchuẩn 290K. Trong một mạng lưới hệ thống được phong cách thiết kế tốt thì nhiễu nhiệt của bộ thu băng rộng giao động bằngnhiễu nhiệt do bộ khuếch đại tạp âm thấp LNA tạo ra. Nhiệt đó tạp âm do bộ thu tạo rakhoảng vài trăm độ K.LNA tiếp tín hiệu cho tầng trộn. Tầng trộn gồm có một bộ chuyển đổi tần ( Downconverter – D / C hoặc Upconverter – U / C ), một bộ giao động nội LO và những bộlọc. Tín hiệu sóng mang đã được khuếch đại ở LNA sẽ đi vào bộ chuyển đổi tần và đượcđổi tần nhờ bộ giao động nội LO. Tần số của bộ xê dịch nội là hiệu số của tần số giữadải tần tuyến lên và tần số giữa của dải tần tuyến xuống ( so với trường hợp chuyển đổitần một lần và giả thiết băng tần là liên tục ). Ví dụ trong băng tần C, tần số bộ dao độngnội là khoảng chừng 2.2 GHz tương ứng với dải tần số tuyến lên 5.850 GHz – 6.425 GHz, dải tầntuyến xuống 3.625 GHz – 4.200 GHz. Trong băng Ku, tần số bộ xê dịch nội là 2.58 GHzhoặc 3.8 GHz tương ứng với dải tần tuyến lên 14.0 GHz – 14.5 GHz, dải tần tuyến xuống10. 95GH z – 11.12 GHz hoặc 12.5 GHz – 12.75 GHz. Bộ tạo xê dịch nội hoàn toàn có thể sử dụngmạch nhân tần tích hợp khuyếch đại theo kiểu truyền thống lịch sử hoặc hoàn toàn có thể tạo sóng trực tiếptheo kiểu dùng bộ tổng hợp tần số ( frequency synthesiser ) cùng với vòng khoá pha PLL ( Phase – Locket Loop ) với bộ tạo xê dịch dùng thạch anh có điều khiển và tinh chỉnh điện áp để ổnđịnh tần số. Các thông số kỹ thuật đặc trưng của tầng trộn : Công suất tín hiệu từ bộ xê dịch nội LO khoảng chừng 10 dB. Tần số bộ giao động nội không thay đổi, giá trị dịch chuyển tần số trong bộ xê dịch nộinhỏ hơn ± 1 đến ± 5. trong điều kiện kèm theo có sự đổi khác nhiệt độ thực tiễn. Biên độ của những tín hiệu không mong ước như những tín hiệu dư ( residual ) tại tầnsố bộ giao động nội và những sóng hài ( harmonics ) của nó phải nhỏ hơn – 60 dBm. Sau khi tín hiệu đi qua tầng trộn được biến hóa thành tín hiệu có tần số thấp hơn ( hoặc caohơn nhờ vào vào nhu yếu của mạng lưới hệ thống ) liên tục được khuếch đại với thông số khuếch đạilớn. Bộ khuếch đại sau tầng trộn có trách nhiệm bảo vệ hiệu suất tín hiệu trước khi phânkênh. Phần khuyếch đại này hoàn toàn có thể có nhiều tầng và có sử dụng tinh chỉnh và điều khiển thông số khuyếchđại từ xa. Một trong những nhu yếu về đặc tính của những tầng khuyếch đại này là độ tuyếntính. Bởi vì những tầng khuyếch đại thao tác với một độ rộng dải tần khá lớn cho nên vì thế sựkhông tuyến tính sẽ gây nên tích xuyên điều chế ( Intermodulation Products – IMP ) củacác tín hiệu sóng mang trong dải tần. Mức tích xuyên điều chế bậc 3 thường phải nhỏ hơnmức của sóng mang là 40 dB ( với giả thiết là hai sóng mang có biên độ bằng nhau ở đầuvào ). Hệ số khuyếch đại của bộ thu băng rộng thường là khoảng chừng từ 60 dB đến 70 dB. Hệ sốkhuyếch đại đó phải là hằng số so với những tần số trong hàng loạt dải tần công tác làm việc để hạnchế méo không tuyến tính ở những tầng ra của bộ phát đáp. Thông thường độ gợn sóngkhông được vượt quá 0,5 dB trong hàng loạt dải tần 500 MHz. Để đạt được điều đó cần cósự phối hợp trở kháng giữa những tầng để giảm tối thiểu tỷ số sóng đứng ( standing waveratio ), hoàn toàn có thể sử dụng những bộ isolator và circulator để phối hợp trở kháng giữa những tầng, ngăn cách sóng phản xạ tại những điểm tiếp xúc. 1.3.2. Bộ phân kênh – ghép kênhCác tầng nguồn vào của bộ phát đáp thao tác với hàng loạt băng tần của mạng lưới hệ thống và có độrộng vài trăm MHz. Như vậy trong băng tần khá rộng đó hoàn toàn có thể vài chục sóng mang xuấthiện. Điều đó sẽ gây ra một số ít lớn tích xuyên điều chế ( Intermodulation Products ) do cácsóng mang đó đi qua những tầng có đặc tuyến nói chung là không tuyến tính. Để giảm sốlượng những tích xuyên điều chế, từ đó giảm mức tạp âm xuyên điều chế, cần phải giới hạnsố lượng những sóng mang đi qua cùng một bộ khuyếch đại. Phương pháp đơn thuần là phânchia băng tần thành những băng tần con để khuyếch đại chúng theo những bộ khuyếch đại riêngbiệt nhau. Sự phân kênh như vậy sẽ có ưu điểm là : Cho phép thực thi khuyếch đại hiệu suất với một sự ngày càng tăng có số lượng giới hạn nhiễuxuyên điều chế do số sóng mang qua mỗi bộ khuyếch đại giảm. Tăng cường tổng hiệu suất phát của bộ phát đáp do hoàn toàn có thể lựa chọn công nghệthích hợp cho mỗi kênh. Tuy vậy, việc phân loại những kênh song song như vậy cũng gây nên méo khi mà một phầnnăng lượng tín hiệu của những kênh lân cận ảnh hưởng tác động lẫn nhau. Nhiễu trong trường hợp đóđược gọi là nhiễu kênh lân cận ACI ( Adjacent Channel Interference ). Các hiệu ứng ACIsẽ được giảm thiểu bằng những khoảng cách bảo vệ giữa những kênh đủ rộng và những bộ lọc dảithông. Sự phân loại kênh bằng những bộ lọc thông dải ở đầu vào như vậy còn gọi là phânkênh nguồn vào IMUX ( Input Multiplex ). Độ rộng dải tần của mỗi kênh là vài chục MHz đến vài trăm MHz ( thường sử dụng cácchuẩn 36, 40, 72 và 120 MHz ). Các kênh khác nhau đó, sau khi khuyếch đại lại được táihỗn hợp trong một bộ ghép kênh đầu ra OMUX ( Output Multiplexer ). Bộ Responder làthiết bị thao tác với một băng tần con và kênh con đó được gọi là kênh vệ tinh. 1.3.2. 1. Bộ phân kênh đầu vào IMUXBộ phân kênh đầu vào IMUX phân loại dải tần nguồn vào thành những băng tần con nhỏ hơn. Các băng tần nhỏ này được khuếch đại, sau đó được tổng hợp lại trước khi đưa ra antenphát xuống trở lại mặt đất. Bộ phân kênh được cấu trúc bởi những Circulator và những bộ lọc băng thông được thiết kếdưới dạng mạch lai ( hybird ). Tín hiệu đầu ra bộ thu băng rộng đưa vào đầu bộ phân kênhIMUX được chia thành 2 đường phân phối cho hai nhóm kênh chẵn và kênh lẻ. Việc chiathành hai nhóm kênh chẵn và lẻ sẽ tạo ra sự phân tách tần số giữa những kênh trong mỗinhóm rõ ràng hơn, làm giảm thiểu can nhiễu giữa những kênh lân cận. Hình 6 : Sơ đồ tính năng bộ ghép kênh đầu vaog IMUXBộ Circulator làm trách nhiệm phân phối tín hiệu cho từng kênh, xác lập độ rộng băng tầncon cho mỗi kênh đó và vô hiệu tác động ảnh hưởng những kênh kề bên. Mỗi bộ lọc có độ rộng băngtần bằng độ rộng băng của mỗi bộ phát đáp ( thường là 36MH z ) và được điểu chỉnh đếntần số TT của băng. Tổn hao trong bộ phân kênh phụ thuộc vào vào thời hạn của tínhiệu tương quan đi qua vòng định tuyến circulator và sự phản xạ tín hiệu từ những đầu vào bộlọc băng thông ( khoảng chừng 0,1 dB ). Mặc dù tổn hao trong bộ phân kênh khá lớn nhưng cáctổn hao này sẽ được bù ở bộ khuếch đại kênh. IMUX sử dụng công nghệ tiên tiến ống dẫn sóng và điện môi cộng hưởng : sử dụng công nghệ tiên tiến ốngdẫn sóng tại băng K và băng Ka ; điện môi cộng hưởng tại băng C và băng K. 1.3.2. 2. Bộ ghép kênh đầu ra OMUXSau khi qua bộ khuếch đại hiệu suất cao HPA, tín hiệu ở những kênh được tập hợp lại tạiđầu ra của bộ phát đáp bằng bộ ghép kênh đầu ra OMUX.Tín hiệu từ những kênh đi qua bộ lọc băng thông đến những bộ Circulator và được tập hợplại. Không giống như những tổn hao ở IMUX, những tổn hao OMUX ở đây sẽ trực tiếp dẫn đếnviệc suy giảm hiệu suất bức xạ. Cũng thế cho nên, những bộ lọc băng thông ở đây sử dụng kếthợp với ống dẫn sóng ngắn mạch. Đầu ra của mỗi một bộ lọc dùng ống dẫn sóng ngắnmạch đó được ghép với ống dẫn sóng chung trải qua bộ ghép ống dẫn sóng. Hình 7 : Sơ đồ tính năng bộ ghép kênh đầu ra OMUXTrước khi đưa ra anten phát trở lại mặt đất theo tuyến xuống, sóng mang được đưa quabộ lọc những sóng hài không mong ước tạo ra bởi hiện tượng kỳ lạ xuyên điều chế ở những bộ lọckhuếch đại không tuyến tính. 1.3.3. Bộ khuếch đại hiệu suất caoBộ khuếch đại hiệu suất có trách nhiệm bảo vệ hiệu suất đầu ra cho từng kênh của bộphát đáp. Và chính hiệu suất này xác lập giá trị của hiệu suất bức xạ đẳng hướng tươngđương EIRP của kênh, chính là hiệu suất thực sự được phát ra của anten. Tín hiệu saukhi ra khỏi bộ phân kênh IMUX sẽ đi qua bộ suy giảm nguồn vào Preamp trước khi đếnbộ khuếch đại hiệu suất. Bộ này thiết yếu để kiểm soát và điều chỉnh nguồn vào của bộ khuếch đại côngsuất đến mức mong ước. Bộ suy hao gồm có phần cố định và thắt chặt và phần biến hóa. Phần cốđịnh dùng để cân đối những đổi khác suy hao vào, sao cho những kênh phát đáp có cùng suyhao danh định. Ở đây, suy hao danh định được định nghĩa là giá trị suy hao tối đa mã mỗikênh có vẫn bảo vệ phân phối được nhu yếu nguồn vào của bộ khuếch đại hiệu suất. Phầnsuy hao biến hóa dùng để thiết lập mức suy hao cho từng kiểu ứng dụng. Hình 8 : Sơ đồ tính năng bộ khuếch đại hiệu suất caoBộ khuếch đại hiệu suất có một thông số kỹ thuật quan trọng là hiệu suất. Hiệu suất ở đây đượcxác định bởi tỷ số giữa hiệu suất ra tần số vô tuyến RF với hiệu suất điện năng tiêu thụ. Sự mất mát điện năng ở đây đa phần là dưới dạng nhiệt. Nếu hiệu suất lớn tức tiêu thụđiện năng giảm và điều đó dẫn đến giảm kích cỡ, khối lượng của mạng lưới hệ thống điện trongvệ tinh. Hiệu suất của bộ khuếch đại hiệu suất ra thường có giá trị cực lớn khi bộ khuếchđại thao tác ở gần vùng bão hòa. Tức là tại vùng đó, hiệu suất của sóng mang đơn đạtgiá trị hiệu suất bão hòa. Bộ khuếch đại hiệu suất không là một thiết bị tuyến tính. Do đó, hoàn toàn có thể thuận tiện xảy rahiện tượng méo phi tuyến, sinh ra tạp âm xuyên điều chế. Ảnh hưởng của méo đượcbiểu diễn bởi đường đặc tuyến truyền đạt. Vì vậy, việc chọn điểm hoạt động giải trí của bộkhuếch đại cống suất rất quan trọng, giúp hạn chế ảnh hưởng tác động của méo. Do đó, độ lùi đầuvào ( IBO – Input Back Off ) và độ lùi đầu ra ( OBO – Output Back Off ) sẽ được quy địnhđể đạt được điểm đó. Trong đó, độ lùi nguồn vào được định nghĩa là tỷ số của tỷ lệ thônglượng bão hòa và tỷ lệ thông lượng hoạt động giải trí do một sóng mang đem lại, độ lùi đầu rađược định nghĩa là tỷ số của hiệu suất bức xạ đẳng hướng tương tự bão hòa và côngsuất bức xạ đẳng hướng tương tự hoạt động giải trí do một sóng mang đem lại. Nếu khoảnglùi bé ( tức điểm hoạt động giải trí gần vùng bão hòa ) thì có lợi là hiệu suất đầu ra sẽ lớn nhưngtạp âm xuyên điều chế trong trường hợp này cũng sẽ lớn. Nếu khoảng chừng lùi lớn thi có thểhạn chế được tạp âm xuyên điều chế nhưng hiệu suất đầu ra sẽ bị giảm. Có hai bộ khuếch đại hiệu suất thường được sử dụng ở những bộ phát đáp vệ tinh, đó là bộkhuếch đại dùng đèn sóng chạy TWTA ( Travelling Wave Tube Amplifier ) và bộkhuếch đại dùng transistor SSPA ( Transistor Solid State Power Amplifer ). Tuy nhiên, bộ khuếch đại đèn sóng chạy được sử dụng thoáng đãng trong những bộ phát đáp để đảm bảocông suất ra thiết yếu cho anten phát. Sơ đồ đèn sóng chạy được cho trên hình 9. Hình 9 : Sơ đồ dèn sóng chạy TWTA và cấp nguồnTrong đèn sóng chạy, súng tia điện tử gồm có : sợi nung, catốt và những điện cực quy tụ đểtạo ra chùm tia điện tử. Trường từ để số lượng giới hạn tia điện tử truyền trong dây xoắn. Bộkhuếch đại dùng đèn sóng chạy TWTA thao tác dựa trên nguyên tắc trao đổi năng lượnggiữa chùm tia điện tử và sóng tín hiệu trong cuộn dây. Chùm tia điện tử thoát ra từ catốtđược đốt nóng ở nhiệt độ cao, được quy tụ và tần suất bởi một cặp anốt. Tín hiệu vô tuyếncần khuếch đại được cấp cho dây xoắn tại đầu gần catốt nhất và tọa ra tín hiệu chạy dọcdây xoắn. Trường điện của sóng sẽ có thành phần dọc dây xoắn. Trong một số ít vùngtrường này sẽ giảm tốc những điện tử trong chùm tia và trong 1 số ít cùng khác nó sẽ tăngtốc độ những điện tử trong chùm tia. Tốc độ trung bình của chùm tia được xác lập bởi điệnáp một chiều trên collector và có giá trị lớn hơn vận tốc pha của sóng dọc dây xoắn. Trongđiều kiện này, sẽ xảy ra sự quy đổi nguồn năng lượng : động năng trong chùm tia được biếnthành thế năng của sóng. Một collector sẽ thu nhận những điện tử ở đầu ra của cuộn dâyxoắn ốc. Khuếch đại được triển khai. Việc phân loại collector theo một số ít tầng với cáchiệu thế khác nhau để việc tích lũy nguồn năng lượng dư của những điện tử được tốt hơn và do đó, hiệu suất của đèn cũng sẽ ngày càng tăng. Ưu điểm của bộ khuếch đại này so với những bộ khuếch đại đèn điện tử khác là nó có thểđảm bảo khuếch đại trên một độ rộng băng tần khá rộng. Tuy nhiên cần kiểm soát và điều chỉnh cẩnthận mức vào TWTA để giảm thiểu méo. Ảnh hưởng của méo đặc tuyến truyền đạt đươccho trên hình 10. Hình 10 : Đặc tuyến truyền đạt của TWTATrong hình trên, trạng thái bão hòa được sử dụng như tham chuẩn 0 dB cho cả đầu vào vàđầu ra. Tại những mức hiệu suất thấp, quan hệ nguồn vào và đầu ra là tuyến tính, nghĩa là mộtthay đổi dB cho trước ở đầu vào sẽ gây ra cùng một sự đổi khác dB ở đầu ra. Tại những mứccông suất cao, hiệu suất đầu ra sẽ bị bão hòa. Điểm hiệu suất ra cực lớn này được gọi làđiểm bão hòa. Vùng tuyến tính của TWTA được định nghĩa là vùng số lượng giới hạn tạp âm nhiệtở đầu thấp và bởi điểm nén 1 dB. Đây là điểm mà tại đó đường cong truyền đạt thực tếthấp hơn đường thẳng suy diễn như hình 10. Khi đó, điểm hoạt động giải trí của TWTA đượcchọn sao cho gần phần tuyến tính của đường cong nhất. Khi có nhiều sóng mang đượckhuếch đại, hiệu suất xung quanh bão hòa so với mọi sóng mang sẽ nhỏ hơn công suấtra khi chỉ có một sóng mang. Điều này được minh họa bởi những đường cong đặc tuyếntruyền đạt trên hình 11. Độ lùi nguồn vào là hiệu đo bằng dB giữa đầu vào sóng mang tạiđiểm hoạt động giải trí và nguồn vào bão hòa thiết yếu cho hoạt động giải trí một sóng mang. Độ lùi đầu rathường ứng với sự giảm hiệu suất đầu ra tương ứng. Độ lùi đầu ra thường thấp hơnkhoảng 5 dB so với độ lùi nguồn vào. Hình 11 : Đường cong truyền đạt cho một sóng mang và nhiều sóng mang ( độ lùi khi khaithác nhiều sóng mang so với bão hòa so với một sóng mang ) Các giá trị tiêu biểu vượt trội về đặc tính của đèn TWTA là : Công suất ở chính sách bão hòaHiệu suất từ 40-50 % Hệ số khuếch đại ở bão hòa : khoảng chừng 55 dBĐể cho bộ khuếch đại đèn sóng chạy thông thường, cần có những nguồn cung ứng điện khácnhau ( điện áp hoàn toàn có thể trên 4000V ). Trọng lượng hàng loạt của đèn là khoảng chừng 2,2 kg ( đèn0. 7 kg và nguồn cấp điện 1.5 kg ). Phần 2 : Bộ Transponder trên vệ tinh Vinasat-12. 1 Giới thiệu vệ tinh Vinasat-1Vinasat-1 là vệ tinh viễn thông địa tĩnh tiên phong của Nước Ta được phóng vào vũ trụlúc 22 giờ 16 phút 18/04/2008 ( giờ UTC ). Vinasat-1 là một vệ tinh viễn thông địa tĩnhcung cấp dịch vụ đường truyền vệ tinh để tăng trưởng những dịch vụ ứng dụng như dịch vụthoại, truyền hình, thông tin di động, truyền số liệu, Internet, những dịch vụ giảng dạy và y tếtừ xa, truyền tin cho ngư dân trên biển, dự báo thời tiết, bảo vệ bảo mật an ninh quốc phòng … Vinasat 1 là loại vệ tinh trung bình, cao 4 m, khối lượng thô 1,1 tấn, saukhibơmnhiênliệu sẽ nặng 2,7 tấn. Tuổi thọ 15-20 năm, dung tích 20 bộ phát đápvới 8 bộ trên băng tần C và 12 bộ trên băng tần Ku, tương đươngvới 10.000 kênh thoại, Internet, truyền số liệu hoặc 120 kênh truyềnhình. Các tham số quỹ đạo : – Hệ quy chiếu : Geocentric ( GEO ) – Chế độ : Quỹ đạo địa tĩnh – Kinh độ : 132 ° Đông – Độ nghiêng quỹ đạo : 0.02 ° – Chu kỳ quỹ đạo : 23.93 giờ2. 2 Phân hệ thông tin trên Vinasat-12. 2.1. Băng tần C – Số bộ phát đáp : 08 bộ ( 36 MHz / bộ ) – Đường lên ( Uplink ) : o Tần số phát Tx : 6.425 – 6.725 GHzo Phân cực : Vertical, Horizontal – Đường xuống ( Downlink ) : o Tần số thu Rx : 3.400 – 3.700 GHzo Phân cực : Horizontal, Vertical – Mật độ dung tích bão hòa ( SFD ) : – 85 dBW / mét vuông – Phần tải băng thông tin sử dụng bộ lắp ráp đèn sóng chạy làm bằng dẫn nhiệt 68W – Vùng phủ sóng gồm có : Nước Ta, Khu vực Đông Nam Á, Trung Quốc, Triều Tiên ẤnĐộ, Nhật Bản và nước Australia. Hình 12 : Vùng phủ sóng băng C của vệ tinh VINASAT-12. 2.2. Băng tần Ku – Số bộ phát đáp : 12 bộ ( 36 MHz / bộ ) – Đường lên ( Uplink ) : o Tần số phát Tx : 13.750 – 14.500 GHzo Phân cực : Vertical – Đường xuống ( Downlink ) : o Tần số thu Rx : 10.950 – 11.700 GHzo Phân cực : Horizontal – Mật độ dung tích bão hòa ( SFD ) : – 90 dBW / mét vuông – Phần tải thông tin băng tần Ku sử dụng bộ lắp ráp đèn sóng chạy làm bằng dẫnnhiệt 108W ( TWTA ) – Vùng phủ sóng gồm có : Nước Ta, Lào, Campuchia, Xứ sở nụ cười Thái Lan và mộtphần Mianma. Hình 13 : Vùng phủ sóng băng Ku của vệ tinh VINASAT-12. 3 Bộ phát đáp băng C2. 3.1. Cấu trúc bộ phát đáp băng CHệ thống con băng C cung ứng 8 kênh giữa những cực ( HPOL, V-POL ) baogồm 4 phần : Máy thu, Định tuyến kênh, Bộ phát đáp và Máy phát. Hình 14 : Sơ đồ khối chứng năng của mạng lưới hệ thống băng C2. 3.2. Chức năng bộ phát đáp băng Ca ) Máy thuTín hiệu nhận được nối với một bộ phối hợp cho mỗi phân cực, đượcphân ra thành tín hiệu Rx và Tx. Cả hai tín hiệu sau đó được liên kết từđường sóng đến những bộ kiểm tra coupler kép. Các bộ kiểm tra couplernối với bộ lọc đầu vào băng tần C ( CIFA – Counterintelligence Field Activity ). Mỗi CIFA đi qua băng tần thu từ 6425 – 6725MH z và phủ nhận những tínhiệu ngoài băng tần. Một coupler hướng dẫn ( 18 dB ) chạy theo CIFA củađường lên phân cực ngang đến hai thiết bị nhận lệnh. Mỗi máy thu tựkhuyếch đại tín hiệu nguồn vào được tín hiệu đầu ra với tần số từ 34003700MH z. b ) Định tuyến kênhTín hiệu qua máy thu tới 2 bộ ghép kênh, nó chia tín hiệu tổng hợptuyến lên thành hai nhóm của 4 kênh, mỗi nhóm qua bộ dư thừa củabộ chuyển mạch đồng trục đầu ra. Mỗi bộ ghép kênh gồm có bộ lọccách điện 10 cực được nối qua bộ Circulators làm giảm thông số kỹ thuật kênhđể tránh mất mát sự chèn nhiều của bộ chia hiệu suất nhiều cổng. Cácbộ lọc tự cân đối thời hạn trễ nhóm, vì vậy tiến trình lọc cân đối làcần thiết. Bộ ghép kânh đầu vào băng C tách tín hiệu đầu vào thànhcác kênh thích hợp trước khi khuyếch đại chuỗi khuyếch đại hiệu suất. c ) Bộ phát đápBộ phát đáp của phần tải thông tin phân phối những tín hiệu khuyếchđạicôngsuất cao trên mỗi kênh. Trên mạng lưới hệ thống con băng C, mỗi chuỗi khuyếchđại nguồn gồm có bộ khuyếch đại kích thích tuyến tính ( LDALC ) chạyqua một đèn sóng chạy dẫn điện 68W ( TWT ). Phương tuyến tính trongLDALC bù trừ cho biên độ và pha phi tuyến của đènsóng chạy trực tiếp, cải tổ tỷ số hiệu suất tạp âm pha tuyến tính củabộphátđáp. Bộlắp ráp LDALC cũng gồm có nguồn điều hoà EPC ( Electronic PowerConditioners ) cho TWT.d ) Máy phátMỗi TWTA ( Traveling Wave Tube Amplifier ) trên mạng lưới hệ thống phụ được kếtnối với bộ phân kênh đầu ra thông qua cầu dao cách ly và một côngtắc thừa. Cầu dao cách ly bảo vệ hoạt động giải trí của TWTA từ việc chuyểnđổi thông số kỹ thuật không đúng và nguồn năng lượng được phản ánh ngoài băng từbộ phân kênh đầu ra. Lượng tải trên cầu dao cách ly được đo làm mấtcông suất vừa đủ của một kênh trong trường hợp quy đổi khôngchính xác hoặc sự truyền đến vệ tinh ngoài băng thông rộng của mộtkênh. Mỗi bộ phân kênh đầu ra sử dụng bộ lọc kênh chính sách nạp kép kếtnối với một ống để nối với 4 kênh thông tin. Bộ lọc thông thấp, bộ lọcthông dải ở đầu ra của mỗi bộ phận kênh đầu ra làm giảm tạp âm cũngnhư những tín hiệu không đúng mực của mỗi dải tần. 2.4 Bộ phát đáp băng Ku2. 4.1. Cấu trúc bộ phát đáp băng KuHệ thống con tiếp thị quảng cáo băng tần Ku cung ứng 12 kênh sử dụng băng tần 36MH z baogồm 4 phần : Máy thu, Định tuyến kênh, Bộ phát đáp và Máy phát. Hình 15 : Sơ đồ khối chứng năng của mạng lưới hệ thống băng Ku2. 4.2. Chức năng bộ phát đáp băng Kua ) Máy thuPhần tải trọng trên kênh Ku, quỹ đạo nhận được bởi ống dẫn sóng vào một bộ couplerkiểm tra. Tín hiệu qua những coupler kiểm tra kết tới bộ lọc nguồn vào IFA số lượng giới hạn dải tầnthu 13.75 – 14.5 GHz để làm giảm nhẹ đi trong băng tần Ku và trung hoà những tín hiệu này. Máy thu băng rộng 14/11 GHz khuyếch đại tín hiệu với tần số đầu ra là 10.95 – 11.7 GHz. b ) Định tuyến kênhTín hiệu qua máy thu đi qua bộ chuyển mạch đồng trục tới 12 kênh nguồn vào bộ ghépkênh. Bộ lọc kênh bảo vệ rằng tín hiệu đi qua với độ méo nhỏ và lọc bỏ những tín hiệukhông mong ước gần với tần số băng thông. Mỗi bộ lọc kênh là bộ lọc cách điện mườicực với băng thông rộng 36MH z. Bộ ghép kênh băng tần Ku tách tín hiệu đầu vào kênhtruyền thích hợp trước khi được khuếch đại hiệu suất cao bởi đèn sóng chạy tuyến tính ( LinearTWTAs ). c ) Bộ phát đápBộ phát đáp của phần tải trọng cung ứng sự khuyếch đại hiệu suất cao tín hiệu trên mỗikênh. Trên mạng lưới hệ thống băng Ku, mối bộ khuyếch đại nguồn gồm có một bộ khuyếch đạituyến tính với mức tinh chỉnh và điều khiển tự động hóa ( LDALC ) chạy qua một đèn sóng chạy 108W. Phương tuyến tính trong LDALC bù trừ cho biên độ và pha không phi tuyến của đènchạy sóng trực tiếp ( TWT ), cải thiện sự tuyến tính tỷ suất hiệu suất tạp âm và pha phi tuyếncủa bộ phát đáp. Tín hiệu đầu ra của LTWTA được gửi đến mạng lưới hệ thống truyền sóng thôngqua một mạng lưới, nó gồm có cầu dao cách ly nguồn vào, công tắc nguồn đầu ra và bộ lọc thôngthấp đầu ra. Cầu dao cách ly nguồn vào bảo vệ hoạt động giải trí TWTA từ việc quy đổi cấuhình không đúng và nguồn năng lượng phản ánh ngoài băng từ bộ phân kênh đầu ra. d ) Máy phátBộ phân kênh đầu ra OMUX gồm có : một bộ lọc lắp ráp phân kênh đầu ra, một thiếtbị lắp ráp đầu ra từ xa của băng tần Ku ( KROA ). Bộ phân kênh đầu ra sử dụng bốn cựccủa bộ lọc kênh để nâng cao hiệu suất trong băng và tách biệt băng hẹp. Những bộ lọcnày giảm thiểu những biến hóa kiểm soát và điều chỉnh của bộ lọc do sự xê dịch của nhiệt độ. Mỗi bộphân kênh đầu ra được kết nốt tới bộ lọc thông thấp, nó làm giảm tạp âm của máy thu vàbộ kiểm tra coupler kép, nó cho phép thống kê giám sát được tín hiệu bên ngoài bộ phát đáp vànhận tín hiệu cho anten truyền giám sát .

Source: https://vh2.com.vn
Category : Trái Đất