Lời nói đầu
Trong quân sự cũng nh trong nền kinh tế quốc dân, thông tin giữ một vai
trò hết sức quan trọng, nó là đòn bẩy thúc đẩy sự phát triển của đất nớc trên tất cả
các lĩnh vực: kinh tế, chính trị, văn hoá Và đặc biệt, khi xã hội bùng nổ thông
tin nh hiện nay thì việc làm chủ thông tin, có một hệ thống thông tin hiện đại là
nhu cầu cấp bách của nhiều quốc gia.
Cũng nh hệ thống thông tin cáp quang thì hệ thống thông tin vệ tinh mới đ-
ợc xây dựng và phát triển. Trong những năm 50, ngời ta mới nghiên cứu đến
thông tin vệ tinh và đến năm 1967 mới bắt đầu đa vào khai thác. Tuy nhiên, nó
đã thể hiện nhiều tính u việt, khẳng định tính vợt trội hơn các loại hình thông tin
khác. Đặc biệt là bắt đầu từ những năm 80, các dịch vụ thông tin vệ tinh đợc khai
thác mạnh mẽ với hiệu quả cao, thể hiện tính phát triển tất yếu của mỗi quốc gia.
Trong xu thế phát triển của vệ tinh thông tin nêu trên thì việc nghiên cứu
học tập để có một kiến thức sâu rộng về thông tin vệ tinh là rất cần thiết. Qua quá
trình học tập tại Học viện kĩ thuật quân sự, đợc các thầy giáo truyền thụ nhiều
kiến thức bổ ích và quý báu, làm hành trang để trở thành ngời sĩ quan trong Quân
đội nhân dân Việt Nam, xuất phát từ sự quan tâm của cá nhân, cùng với sự hớng
dẫn và khích lệ tận tình của thầy giáo Lê Tân Phơng, tôi mạnh dạn chọn đồ án tốt
nghiệp với đề tài thông tin và truyền hình vệ tinh và có bố cục nh sau:
Chơng I: Tổng quan về hệ thống thông tin vệ tinh.
Chơng II: Điều chế, ghép kênh và đa truy nhập trong thông tin vệ tinh.
Chơng III: Bài toán năng lợng trong đờng truyền thông tin vệ tinh.
Chơng IV: Truyền hình vệ tinh.
Do thời gian có hạn và phạm vi đồ án đặt ra tơng đối rộng nên không thể
tránh khỏi những hạn chế, thiếu sót. Tôi rất mong nhận đợc những ý kiến đóng
1
góp quý báu của các thầy giáo, của tất cả những ai quan tâm đến vấn đề này để
có thể hoàn thiện đợc tốt hơn.
Để hoàn thành đợc đồ án tốt nghiệp, tôi xin gửi lời cảm ơn trân trọng tới
tất cả các thầy giáo đã giảng dạy tôi trong suốt thời gian qua, đặc biệt là các thầy
giáo trong khoa Vô tuyến điện tử. Xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc đến thầy giáo Lê

Tân Phơng, ngời đã tận tình hớng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian nghiên cứu
đồ án tốt nghiệp.

Chơng I
2
Tổng quan về hệ thống thông tin vệ tinh

Để nghiên cứu sâu về thông tin vệ tinh, trớc hết chúng ta sẽ nghiên cứu
một cách tổng quát về thông tin vệ tinh, xem xét các vấn đề cơ bản nhất về
nguyên lí thông tin vệ tinh, trạm mặt đất và vệ tinh thông tin. Từ đó có hớng phát
triển đúng đắn về thông tin vệ tinh.
1.1. Giới thiệu chung.
1.1.1. Nguyên lí thông tin vệ tinh.
Thông tin vệ tinh là mạng thông tin giữa các trạm thông tin mặt đất bằng
cách chuyển tiếp tín hiệu qua một hoặc một vài vệ tinh nhân tạo có khả năng thu
- phát tín hiệu - vệ tinh thông tin. Đờng thông tin phát từ trạm mặt đất lên vệ tinh
gọi là đờng lên, đờng thông tin phát từ vệ tinh xuống trạm mặt đất gọi là đờng
xuống. (Hình 1.1)
3
Users
Users
Voice
Video
Data
Voice
Data
Video
Hình 1.1. Nguyên lý thông tin vệ tinh.
Một mạng lới gồm các trạm mặt đất và vệ tinh thông tin có thể kết lối với
nhau để đảm bảo thông tin gọi là hệ thống thông tin vệ tinh. Cấu trúc của hệ

thống thông tin vệ tinh gồm hai phần chính: Phần không gian và phần mặt đất.
(Hình 1.2)
* Phần không gian:
- Vệ tinh thông tin: Thu tín hiệu từ trạm phát - khuếch đại - phát lại tới
trạm thu. Vệ tinh thông tin có tác dụng nh một trạm lặp tín hiệu của tuyến thông
tin siêu cao tần.
- Hệ thống TTC & M (Tracking, Telemetry, Control and Monitoring):
Đảm bảo các chức năng đo xa, bám, điều khiển và giám sát nhằm duy trì hoạt
động bình thờng cho vệ tinh thông tin.
- Hệ thống cung cấp nguồn (pin mặt trời + ac quy).
* Phần mặt đất: Phần thông tin, phần nghiệp vụ, phần nguồn và phần nhà
trạm.
Phần thông tin gồm:
- Anten.
- Bộ khuếch đại tạp âm nhỏ.
- Bộ khuếch đại công suất lớn.
- Các bộ đổi tần số phát, thu.
- Bộ điều chế và giải điều chế.
- Thiết bị sóng mang đầu cuối.
- Thiết bị điều khiển và giám sát.

4

1.1.2. Phân loại hệ thống vệ tinh.
Có nhiều cách phân loại hệ thống vệ tinh khác nhau, có thể phân loại theo
khoảng cách quỹ đạo của vệ tinh, theo mục đích sử dụng Nếu phân loại theo vị
trí tơng đối của vệ tinh so với trái đất thì có 2 loại sau:
- Hệ thống vệ tinh không đồng bộ.
- Hệ thống vệ tinh địa tĩnh.
1.1.2.1. Hệ thống vệ tinh không đồng bộ. (Hình 1.3a)

Đó là hệ thống mà vệ tinh đợc phóng lên quỹ đạo thấp có độ cao từ (500
ữ

10.000)km. Thời gian cần thiết để vệ tinh chuyển động xung quanh quỹ đạo khác
với chu kì quay của quả đất xung quanh trục của nó. Hệ thống này có một số u,
nhợc điểm sau:
* Ưu điểm:
- Yêu cầu công suất phát và độ nhạy thu không cao, trễ tín hiệu nhỏ.
- Chi phí để phóng vệ tinh lên quỹ đạo không lớn lắm.
* Nhợc điểm:
- Vùng phủ sóng của nó không liên tục và hẹp.
5
T/h băng
tần cơ
bản
Điều
chế
Đổi tần
lên
KĐCS
lớn
KĐ tạp
âm nhỏ
Đổi tần
xuống
Giải
điều chế
T/h băng
tần cơ
bản

Đ{ờng lên
Đ{ờng xuống
Hình 1.2. Sơ đồ khối tối giản của hệ thống thông tin vệ tinh.
Do vậy hệ thống vệ tinh không đồng bộ đợc sử dụng chủ yếu cho thông tin di
động.
1.1.2.2. Hệ thống vệ tinh địa tĩnh. (Hình 1.3b)
Đó là hệ thống mà vệ tinh đợc phóng lên quỹ đạo địa tĩnh có độ cao cỡ
36.000 km. Nó chuyển động trên mặt phẳng xích đạo với vận tốc góc có độ lớn
và chiều đúng bằng vận tốc góc của trái đất tự quay quanh trục của nó nên vệ tinh
coi nh đứng yên so với trái đất. Hệ thống này có một số u, nhợc điểm sau:
* Ưu điểm:
- Vùng phủ sóng rộng, thông tin đảm bảo liên tục.
* Nhợc điểm:
- Trễ tín hiệu lớn do đờng truyền dài.
- Yêu cầu công suât phát và độ nhạy máy thu của các trạm phải lớn.
- Chi phí để phóng vệ tinh lên quỹ đạo rất tốn kém.
Do vậy hệ thống vệ tinh địa tĩnh thờng đợc sử dụng cho hệ thống thông tin
toàn cầu.
1.1.3. Đặc điểm của thông tin vệ tinh.
1.1.3.1. Vùng phủ sóng rộng nên cự ly thông tin xa.
6
(a)
Trái đất
36.000 km
(b)
Trái đất
Hình 1.3. (a). Hệ thống vệ tinh không đồng bộ.
(b). Hệ thống vệ tinh địa tĩnh.
Khoảng cách tơng đối của một vệ tinh địa tĩnh so với trái đất là khoảng
36.000km. Do đó một vệ tinh địa tĩnh có thể phủ sóng 1/3 trái đất và với 3 vệ tinh

địa tĩnh có khả năng phủ sóng toàn cầu.
1.1.3.2. Dung lợng thông tin lớn.
Vì băng tần công tác rộng, cỡ 500MHz nhờ áp dụng kĩ thuật sử dụng lại băng
tần nên hệ thống thông tin vệ tinh cho phép đạt tới dung lợng lớn trong một
khoảng thời gian ngắn mà không có loại hình thông tin nào có thể đạt tới.
1.1.3.3. Khả năng thông tin và độ tin cậy thông tin cao.
Tuyến thông tin của hệ thống vệ tinh địa tĩnh chỉ có 3 trạm, trong đó vệ tinh
thông tin đóng vai trò là trạm lặp tín hiệu và 2 trạm đầu cuối trên mặt đất, vì thế
xác suất h hỏng trên tuyến là rất thấp. Khả năng liên lạc thông suốt theo thống kê
có thể đạt 99,99% thời gian liên lạc trong một năm.
1.1.3.4. Chất lợng thông tin cao.
Đờng thông tin có chất lợng cao vì ảnh hởng can nhiễu khí quyển và pha đing
là không đáng kể. Tốc độ lỗi bit có thể đạt 10
-8
cho một sóng mang số 2048
Kbps.
1.1.3.5. Khả năng thiết lập thông tin nhanh và tính linh hoạt cao.
Hệ thống thông tin đợc thiết lập nhanh chóng trong điều kiện các trạm mặt
đất ở rất xa nhau về mặt địa lí. Dung lợng có thể thay đổi linh hoạt tuỳ theo yêu
cầu khai thác và sử dụng.
1.1.3.6. Đa dạng về các loại hình dịch vụ.
- Dịch vụ thoại, Fax, telex cố định.
- Dịch vụ phát thanh, truyền hình quảng bá.
- Dịch vụ thông tin di động qua vệ tinh.
- Dịch vụ DAMA,VSAT, đạo hàng, cứu hộ hàng hải
1.1.3.7. Băng tần công tác của thông tin vệ tinh cao.
7
Băng C : 6/4 GHz - Dùng trong thông tin thơng mại.
Băng X : 8/7 GHz - Dùng trong thông tin quân sự và chính phủ.
Băng Ku: 14/12 GHz - Dùng trong thông tin thơng mại.

Băng Ka: 30/20 GHz - Băng tần số mới.
Thông thờng khoảng tần số cao dùng cho đờng lên và khoảng tần số thấp hơn
đợc dùng cho đờng xuống.
1.2. Trạm mặt đất.
Trạm mặt đất trong hệ thống thông tin vệ tinh có chức năng phát tín hiệu
lên vệ tinh và thu tín hiệu từ vệ tinh phát về. Tín hiệu sau khi vợt qua đờng truyền
dài cỡ 37.000km đến anten thu của trạm mặt đất đã rất yếu (xấp xỉ -150 dBW), vì
thế việc đảm bảo chất lợng thiết bị từ anten trở xuống bộ giải điều chế có ảnh h-
ởng quyết định đến chất lợng hệ thống thông tin vệ tinh.
1.2.1. Phân loại trạm mặt đất.
Theo quy định của Intelsat, trạm mặt đất thờng đợc phân thành các loại
A,B,C tuỳ theo hệ số phẩm chất G/T và đờng kính anten trạm mặt đất. (Hình
1.4)
8
B
(11m)
A mới
(1517m)
F
3
(10m)
F
2
(8m)
D
2
(11m)
C
(1113m)
F

1
(5m)
D
1
(3m)
Loại A
(30m)
VSAT
(1,8m)
VSAT
(1,2m)
10
30
20
40
Độ nhạy thu G/T
(dB/
0
K)
Hình 1.4. G/T của anten trạm mặt đất.
Ngoài ra, có thể phân loại trạm mặt đất tuỳ theo dịch vụ liên lạc qua vệ
tinh. Thí dụ, với dịch vụ cố định thì có trạm mặt đất cố định, còn với các dịch vụ
di động thì có trạm mặt đất di động. (Bảng 1.1a, 1.1b)
Quốc tế
Đờng dài
nội địa
Quảng bá
truyền hình
DBS VSAT
Dải tần số C, Ku C, Ku C,Ku Ku, Ka C, Ku

Đờng
kính
anten (m)
5
ữ
20 5
ữ
12 5
ữ
10 0,5
ữ
1,5 1
ữ
2
Nhiệt độ
hệ thống
(
0
K)
35
ữ
60 60
ữ
200 100
ữ
300 200
ữ
600 100
ữ
300

Công suất
phát (W)
1000
ữ
10.000
100
ữ

5000
N/A N/A 0,1
ữ
10
Đa truy
nhập
FDMA,
TDMA
FDMA,
TDMA
FDMA FDMA
FDMA,
TDMA,
CDMA

Bảng 1.1a. Các trạm mặt đất điển hình cho dịch vụ cố định và quảng bá.
Di động cho
đờng biển
Di động cho hàng
hải
Di động trên
mặt đất

Dải tần số L L VHF, L, S
Đờng kính anten
(m)
0,85
ữ
2,0 0
ữ
1 0
ữ
0,5
Nhiệt độ
Hệ thống (
0
K)
150 100 300
Công suất
Phát (W)
1
ữ
200 5
ữ
20 1
ữ
10
Đa truy nhập FDMA, TDMA FDMA, TDMA
FDMA, TDMA,
CDMA
Bảng 1.1b. Các trạm mặt đất điển hình cho dịch vụ di động.
9
1.2.2. Cấu trúc của trạm mặt đất.

Trạm mặt đất trong thông tin vệ tinh có cấu trúc cơ bản (hình 1.5) bao gồm
các hệ thống sau:
- Hệ thống anten.
- Hệ thống thu.
- Hệ thống phát.
- Hệ thống điều khiển và giám sát.
- Hệ thống cung cấp nguồn và điều hoà.

1.2.2.1. Hệ thống anten.
Bao gồm anten thu phát chung có đờng kính từ 0,6m đến 30m tuỳ theo
từng loại trạm ứng với tiêu chuẩn quy định của Intelsat. Thiết bị bám vệ tinh để
10
KĐCS lớn
(HPA)
Cộng
.
.
.
Đổi tần
lên
Bộ K.đại
IF
Điều chế
Bộ dao
động
Bộ dao
động
Lọc
thu-phát
KĐ t.âm

nhỏ(LNA)
Chia
Đổi tần
xuống
Bộ K.đại
IF
Giải điều
chế
Điều khiển
anten
Điều khiển
và giám sát
Nguồn
Tạo
băng
tần
cơ
bản
Hình 1.5. Cấu trúc trạm mặt đất.
Anten
.
.
.
đảm bảo điều khiển anten trạm mặt đất bao giờ cũng hớng đúng vào vệ tinh. Bộ
lọc thu phát siêu cao tần (Duplexer), dùng để ngăn cách ảnh hởng lẫn nhau giữa
tín hiệu phát và thu do dùng anten chung. ở đây cần lu ý là khi thiết kế trạm, ng-
ời ta cố gắng bố trí các ống dẫn sóng nối thiết bị thu - phát đến anten là ngắn
nhất để giảm tổn hao do ống dẫn sóng gây ra. Anten trạm mặt đất đợc một hệ
thống cơ khí vững chắc đảm bảo nâng đỡ anten trong điều kiện thời tiết khắc
nghiệt nhất.

1.2.2.2. Hệ thống thu tín hiệu.
Do tín hiệu thu về rất yếu nên bộ khuếch đại tạp âm nhỏ (LNA) đợc đặt
ngay đầu thu của anten để tránh suy hao trên phiđơ. Nhằm giảm nhiệt tạp âm hệ
thống, ngời ta cố gắng chọn LNA có nhiệt tạp âm càng nhỏ càng tốt.
1.2.2.3. Hệ thống phát tín hiệu.
Công suất phát trạm mặt đất thờng cỡ vài W đến vài kW tuỳ theo dung l-
ợng thông tin của trạm. Dung lợng càng lớn thì công suất phát càng lớn kể cả
phát dự trữ vài dBW công suất cho trờng họp ma lớn để dự trữ năng lợng cho đ-
ờng lên.
1.2.2.4. Hệ thống điều khiển và giám sát.
Để điều khiển và giám sát toàn bộ hoạt động của trạm mặt đất, ngời ta
dùng hệ thống CMA (Control Monitoring and Alarm System) đợc điều khiển
bằng hệ thống máy tính năng lực cao có các phần mềm ứng dụng đủ để kiểm soát
hệ thống giúp ngời khai thác hệ thống nắm vững tình trạng tức thời của trạm mặt
đất. Các chức năng của CMA gồm:
- Theo dõi và điều khiển công suất phát theo tiêu chuẩn.
- Theo dõi công suất tín hiệu thu, tức tỉ số C/N.
- Theo dõi và điều khiển hệ thống tự động bám vệ tinh.
11
- Theo dõi các thiết bị xử lí tín hiệu nh: Modem IDR, thiết bị đổi tần lên,
xuống.
- Theo dõi chất lợng tín hiệu hình
1.2.2.5. Hệ thống cung cấp nguồn và điều hoà.
Để đảm bảo thông tin liên lạc trạm mặt đất đợc cấp nguồn bằng nguồn
điện không bị ngắt (UPS - Uninterapted Power Supply), UPS phải có dự phòng và
cung cấp nguồn ổn định cho phép đủ công suất cho toàn bộ thiết bị trong trạm
mặt đất. Tất cả các thiết bị điện tử trong trạm mặt đất đều bắt buộc làm việc trong
điều kiện môi trờng tốt (nhiệt độ 20
0
C và độ ẩm


45%) để đảm bảo an toàn, duy
trì tuổi thọ và chất lợng thông tin.
1.2.3. Anten trạm mặt đất.
1.2.3.1. Yêu cầu đối với anten trong thông tin vệ tinh.
Anten là một trong những thiết bị quan trọng nhất của hệ thống thông tin
vệ tinh, đặc biệt là với trạm mặt đất, nó chiếm tới 50% giá thành trạm và thậm trí
còn hơn thế. Bản thân anten quyết định cấu hình và hoạt động khai thác của trạm
mặt đất cũng nh của vệ tinh thông tin. Vì thế, để đảm bảo chất lợng thông tin,
anten trong thông tin vệ tinh phải đáp ứng các yêu cầu sau:
a. Hệ số tăng ích và hiệu suất cao.
* Hệ số tăng ích: Hệ số tăng ích của anten (G
a
) là một thông số quan trọng,
quyết định không những chất lợng anten mà cả chất lợng quy mô của trạm mặt
đất. Ta có:
G
a
=
2
4


.A.

a
(1.1)
Trong đó:
A - Diện tích hiệu dụng của anten
[ ]

2
m
;
12


- Bớc sóng công tác
[ ]
m
;


a
- Hiệu suất anten
[ ]
%
.
Đối với anten gơng tròn, đờng kính D(m), ta có:
A =








4
2
D



G
a
=
2








D
.

a
Hay G
a
= 20lg








D

+ 10lg
( )
a


[ ]
dB
(1.2)
* Hiệu suất anten: Với công nghệ chế tạo hiện nay, hiệu suất anten Parabol
thông thờng có thể đạt (50%
ữ
70%). Các yếu tố sau ảnh hởng đến hiệu suất
anten Parabol:
- Tổn hao mặt phản xạ chính do mất mát công suất ra mép ngoài mặt phản xạ
chính làm hiệu suất anten giảm.
- Tổn hao mặt phản xạ phụ gây ra do bức xạ sơ cấp từ Feedhorn bị mất mát
một phần công suất ra mép ngoài mặt phản xạ phụ làm giảm hiệu suất anten.
- Tổn hao mặt phản xạ phụ gây ra bởi mặt phản xạ phụ và các thanh đỡ mặt
phản xạ phụ.
- Tổn hao gây ra do sự không bằng phẳng của bề mặt phản xạ chính, phụ.
b.Tính định hớng cao và búp sóng phụ nhỏ.
*Tính định hớng của anten đợc đặc trng bởi độ rộng cánh sóng chính tính ở
mức nửa công suất (
2/1

). Với anten Parabol nó đợc tính theo công thức sau:
2/1

= 70
D


=
Df
21
(Độ) (1.3)
* Các búp sóng phụ, đặc biệt là búp sóng sau (cách 180
0
so với búp sóng
chính) làm tăng nhiệt tạp âm anten và giảm tính định hớng của anten nên phải
13
giảm búp sóng phụ càng nhỏ càng tốt. Tỷ số giữa mức búp sóng sau và mức búp
sóng chính thể hiện chất lợng anten càng nhỏ càng tốt.
c. Tạp âm nhỏ.
Tạp âm anten đợc đánh giá qua nhiệt tạp âm anten (ta sẽ xét riêng ở chơng
III). Nhiệt tạp âm nhỏ sẽ góp phần đảm bảo tỷ số G/T theo yêu cầu.
d. Đặc tính phân cực tốt.
Anten cần có tính phân cực tốt để việc sử dụng lại tần số một cách hiệu quả.
Có các loại phân cực ngang, phân cực đứng, phân cực tròn trái và tròn phải.
e. Góc quay và độ chính xác cơ khí cao.
Theo Intelsat qui định anten trạm mặt đất phải có khả năng quay tối thiểu 10
0
cho cả góc phơng vị

và góc ngẩng xung quanh chiều hớng về vệ tinh thông tin.
Ngày nay, các anten có thể quay 360
0
-

tức là quan sát toàn bộ bầu trời với các cơ
cấu cơ khí gọn nhẹ nhng chắc chắn. Ngoài ra, để đạt tính định hớng và hiệu suất

cao thì các mặt phản xạ chính, phụ phải có độ ổn định cao đồng thời anten phải
có độ chắc chắn cơ học cao để tránh các tác động bên ngoài nh gió, bão, động
đất
1.2.3.2. Các loại anten dùng trong trạm mặt đất.
Trạm mặt đất thờng sử dụng một số loại anten (bảng 1.2), mỗi anten có
một mặt phản xạ chính và nguồn bức xạ đặt ở tiêu điểm của Parabol nên sóng
bức xạ từ mặt Parabol sẽ là sóng phẳng.
a. Anten Parabol có sơ cấp đặt ở tiêu điểm.
* Ưu điểm:
- Anten loại này có cấu tạo đơn giản và giá thành thấp nhất.
* Nhợc điểm:
- Hệ số định hớng và búp sóng phụ không tốt.
- Cáp đầu nối từ loa thu - phát đến máy phát và máy thu dài làm tăng suy
hao và nhiệt tạp âm hệ thống.
14
Anten loại này đợc dùng chủ yếu ở các trạm thu (không phát) và các trạm
nhỏ có dung lợng thấp.
b. Anten Cassegrain.
Hệ thống bức xạ của anten gồm: Mặt phản xạ chính là một gơng Parabol
có tiêu điểm là O
1
. Mặt

phản xạ phụ là một gơng Hypebol. Feehorn (nguồn bức
xạ vô cấp) có tâm pha tơng đơng là O
2
và nối đến Duplexer. Tham số chủ yếu của
anten Cassegrain đợc xác định nh sau:



D
F
=
4
1
cotg






2

(1.4)

Giá trị góc mở 2

của anten thờng chọn từ (140
0
ữ
180
0
) trên cơ sở đặc tính
bức xạ và kết cấu cơ khí của anten. Giá trị F/D liên quan chặt chẽ đến chỉ tiêu
chất lợng anten cũng nh tải trọng gió chịu đựng và nhiệt tạp âm. Giá trị D
s
/D th-
ờng chọn cỡ 1/10 có tính đến ảnh hởng che chắn của mặt phản xạ và khả năng
tạo chùm tia của anten.

* Ưu điểm:
- Khoảng cách giữa máy phát và nguồn bức xạ vô cấp có thể rút ngắn, vì
vậy cho phép khai thác dễ dàng.
15
O
1
O
2
D
s
D
F
Hình 1.6. Anten Cassegrain
- Suy hao sóng chỉ xảy ra ở mặt gơng phản xạ phụ theo phơng truyền sóng
nên hiệu suất anten cao và biên độ búp sóng nhỏ, nhiệt tạp âm nhỏ.
- Giá thành tơng đối hợp lý.
* Nhợc điểm:
- Chất lợng cha cao.
Anten Cassegrain đợc dùng chủ yếu cho các trạm mặt đất loại A.
c. Anten lệch (bù).
Anten lệch có bộ phận phiđơ, gơng phản xạ phụ đợc đặt ở vị trí lệch một ít
so với hớng trục của gơng phản xạ để các bộ phận phiđơ và gơng phản xạ không
chặn đờng đi của tia sóng. Do đó, búp sóng phụ giảm và hệ số định hớng tốt hơn
so với anten Cassegrain.
Tên
Anten Parabol
với nguồn bức
xạ sơ cấp ở tiêu
điểm
Anten Cassegrain

Anten Parabol
lệch
Anten Gregroian
lệch
Hình
dạng
Các
đặc
tính
* Cấu tạo đơn
giản, giá thành
thấp.
* Hiệu suất thấp.
* Búp sóng lớn.
* Không phù
hợp với anten đ-
ờng kính lớn.
* Hiệu suất cao.
* Tạp âm nhỏ.
* Búp sóng phụ
nhỏ.
*Giá thành tơng
đối cao.
* Hiệu suất cao.
* Tạp âm nhỏ.
*Búp sóng phụ
nhỏ.
* Giá thành tơng
đối cao.
* Hiệu suất cao.

* Tạp âm nhỏ.
* Búp sóng phụ
cực nhỏ.
* Đặc tính phân
cực nhỏ.
ỉng
dụng
Trạm mặt đất
quy mô trung
bình. Các trạm
thu, không phát.
Trạm mặt đất
trung bình và lớn.
Trạm mặt đất quy
mô nhỏ và chất l-
ợng cao.
Tất cả các trạm
có chất lợng cao.
Bảng 1.2. Các loại anten trạm mặt đất.
16
Feed
Feed
G{ơng phụ
Feed
Feed
G{ơng
phụ
1.2.3.3. Thiết bị bám vệ tinh.
Mặc dù vệ tinh đợc đặt trên quỹ đạo địa tĩnh, coi nh đứng yên so với trái
đất nhng trong thực tế do sức hút của trái đất, mặt trăng, mặt trời nên vị trí và độ

nghiêng của nó trên quỹ đạo bị thay đổi. Để đảm bảo chất lợng thông tin vệ tinh,
anten trạm mặt đất phải hớng đúng (bám) vào vệ tinh. Hiện nay có bốn phơng
pháp bám vệ tinh đợc dùng nh sau:
- Phơng pháp bám theo kiểu xung đơn: Phơng pháp này dựa trên cơ sở thu
và quan sát các kiểu sóng đứng làm việc bằng các Feedhorn phụ đặt xung quanh
Feedhorn chính. Tách các kiểu sóng đang làm việc, dựa vào thiết bị phân tích để
xác định mức độ lệch hớng của anten trạm mặt đất với vệ tinh. Phơng pháp này
có độ chính xác cao nhng hệ thống bám phải làm việc liên tục làm cho kết cấu cơ
khí của anten chóng bị mài mòn và vì thế ít đợc dùng trong thông tin vệ tinh th-
ơng mại.
- Phơng pháp bám theo kiểu từng nấc: Theo nguyên lí bám này thì vệ tinh
phát xuống mặt đất tín hiệu dẫn đờng (Beacon) có các tần số thờng dùng:
(3947,5; 3948; 3952; 3953,5)MHz, Trong đó hai tần số thờng dùng là: (3947,5 và
3953,5)MHz, còn hai tần số khác dùng khi phóng vệ tinh hoặc là đa vệ tinh vào
đúng vị trí quỹ đạo, thiết bị bám vệ tinh sẽ giám sát tín hiệu Beacon của vệ tinh
mà trạm mặt đất sử dụng tại những khoảng thời gian nhất định, thiết bị sẽ lấy
mẫu ở một số thời điểm trong cửa sổ. Mức điện của các mẫu sẽ đợc đem so sánh
để xác định xem vệ tinh có ở đúng trọng tâm cửa sổ hay không. Bộ điều khiển sẽ
ra lệnh cho anten quay đúng về hơng có mức Beacon lớn nhất và trong trờng hợp
tín hiệu Beacon bất ngờ tụt xuống dới mức chuẩn đã định thì thiết bị bám sẽ đợc
khởi động lại ngay lập tức. Theo phơng pháp này, anten trạm mặt đất không phải
liên tục đợc điều khiển để bám theo vệ tinh nh kiểu bám xung đơn nên đỡ tốn
năng lợng và ít làm mòn các kết cấu cơ khí nhng ít chính xác hơn. Phơng pháp
bám vệ tinh này đang đợc sử dụng phổ biến trong thông tin vệ tinh thơng mại.
17
- Phong pháp bám vệ tinh theo chơng trình: Phơng pháp này dựa trên số
liệu thiên văn của các vị trí quỹ đạo vệ tinh đợc đoán trớc do Intelsat cung cấp
cho các trạm mặt đất . Các số liệu thích hợp này thờng đợc thông báo trớc hai
tuần. Nó đợc phần mềm xử lý và đa ra các tín hiệu điều khiển anten bám vệ tinh.
Phơng pháp này không cần có các thiết bị xử lý tín hiệu Beacon và không cần có

các thiết bị xử lý tín hiệu kèm theo nên kinh tế hơn các phơng pháp khác.
- Phơng pháp bám vệ tinh kiểu nhân công: Phơng pháp này chỉ thực hiện ở
các trạm mặt đất nhỏ vì anten ở đấy có búp sóng lớn nên anten chỉ cần điêù chỉnh
hàng tuần, hàng tháng theo kiểu bật điện cho các mô tơ chạy hoặc chỉnh bằng tay
trong các lần bảo dỡng định kì.
1.2.4. Bộ khuếch đại tạp âm nhỏ.
Tín hiệu thu từ vệ tinh về rất yếu (xấp xỉ -150dBW) trên nền tạp âm khá
lớn do anten trạm mặt đất cảm ứng từ môi trờng, vì thế chất lợng tín hiệu rất kém.
Để đảm bảo chất lợng thông tin, cần phải giảm tạp âm trong tầng khuếch đại. Vì
là các bộ khuếch đại dải rộng (lớn hơn 500MHz) nên chúng phải đợc chế tạo sao
cho tạp âm nội bộ thấp và không làm tăng nhiệt tạp âm hệ thống, đảm bảo hệ số
tín/tạp lớn - bộ khuếch đại đó gọi là bộ khuếch đại tạp âm nhỏ (LNA). Hiện nay
có 3 phơng án thiết kế bộ khuếch đại tạp âm nhỏ:
- Bộ khuếch đại tham số.
- Bộ khuếch đại dùng GaAs- FET.
- Bộ khuếch đại dùng HEMT.
Trong đó phổ biến là bộ khuếch đại tham số.
1.2.4.1. Bộ khuếch đại tham số.
Bộ khuếch đại tham số hoạt động theo nguyên lý sau: Khi có một tín hiệu
kích thích đặt lên một Diot biến dung, các tham số mạch điện của nó thay đổi và
tạo ra một điện trở âm, vì thế tín hiệu đợc khuếch đại. Chính sự biến đổi của Diot
18
biến dung do tín hiệu kích thích đợc dùng cho khuếch đại, việc giảm điện trở đổi
của Diot biến dung mắc nối tiếp với điện dung sẽ tạo ra các đặc tính tạp âm nhỏ.
Ta xét một sơ đồ nguyên lý LNA điển hình (hình 1.7 và 1.8) là loại khuếch đại
ba tần số.
Bộ khuếch đại tham số có một số hạn chế sau:
19
FET
FET

Đ/C
biên độ
Đầu ra
Đ/C
thiên áp
Đầu vào
Đ/C
CS bơm
Nguồn bơm
Hình 1.7. Sơ đồ nguyên lí LNA.
Đầu vào f
1
Đầu vào
Z
v
Cửa 1 Cửa 2
Y
2
f
1
Hình 1.8. Sơ đồ LNA theo chức năng.
* Cần có mạch tạo ra tần số bơm.
* Khó điều chỉnh và không phù hợp với việc sản xuất hàng loạt vì mạch sử
dụng ống dẫn sóng.
* Băng tần hẹp.
* Bất lợi về độ tin cậy và bảo dỡng.
Do vậy hiện nay ít đợc sử dụng.
1.2.4.2. Bộ khuếch đại GaAs- FET.
Bộ khuếch đại GaAs- FET (Tranzistor trờng - bán dẫn hỗn hợp Gali và
Arsenic) đợc dùng ở vùng tần số cao. Chúng đợc dùng nhiều làm bộ khuếch đại

tạp âm nhỏ trong thông tin vệ tinh vì có đặc tính tạp âm nhỏ. Do sự tiến bộ về
công nghệ, GaAs- FET ngày càng đợc cải thiện tốt hơn.
1.2.4.3. Bộ khuếch đại dùng HEMT.
20
Hệ số tạp âm dB
0
1
2
3
4
5
1979
1980 1981 1982 1983
Năm
Hình 1.9. Sự cải tiến của GaAs-FET.
HEMT (Tranzistor trờng có độ linh động điện tử cao) gần đây đợc đa vào
sử dụng trong thực tế. HEMT lợi dụng hiệu ứng chất khí điện tử hai chiều với độ
linh động cao và phù hợp với khuếch đại tạp âm nhỏ, tần số cao. Đặc tính tạp âm
nhỏ của HEMT tốt hơn GaAs - FET với cùng chiều dài điện của cực cổng nhờ độ
linh động cao hơn. Hiệu ứng chất khí điện tử sẽ đặc biệt tốt khi cơ cấu đợc làm
lạnh. HEMT có băng tần rộng, kích thớc nhỏ, giá thành thấp và dễ bảo dỡng, rất
thuận lợi để sản xuất hàng loạt.
LNA Khuếch đại tham số GaAs FET HEMT
Điều kiện làm
việc
Làm
lạnh khí
Hêli
Làm lạnh
nhiệt điện

Không làm
lạnh nhiệt độ
trong phòng
Làm lạnh
nhiệt điện
Làm lạnh
nhiệt điện
Nhiệt
tạp
âm
Băng
4GHz
Xấp xỉ
15
0
K
Xấp xỉ
32
0
K
Xấp xỉ 55
0
K
Xấp xỉ
45
0
K
Xấp xỉ
52
0

K
Băng
12GHz
//
90
0
K hoặc
thấp hơn
180
0
K hoặc
thấp hơn
Xấp xỉ
120
0
K
Xấp xỉ
120
0
K
Băng
20GHz
//
220
0
K
hoặc thấp
hơn
300
0

K hoặc
thấp hơn
200
0
K
hoặc thấp
hơn
Xấp xỉ
160
0
K
Bảo dỡng Khó Vừa Dễ Vừa Dễ
Tính năng
Tạp âm thấp, băng
tần rộng
Chất lợng gần bằng
khuếch đại tham số, kích
thớc nhỏ, trọng lợng nhẹ,
giá thành thấp
Tạp âm
thấp, kích
thớc vô
cùng nhỏ
Bảng 1.3. So sánh các bộ khuếch đại tạp âm nhỏ (LNA).
21
Phần tử cho ion hoá
As(AlGa) loại n
Không pha GaAs
(a)
Điện tử

Nguồn
Cổng
Màng bảo vệ
Cực máng
Lớp điện tử
độ linh động cao
(AlGa)As
GaAs
Nền GaAs bán dẫn
Điện tử
Phần tử cho
i on hoá (Si)
Dải dẫn
Dải hoá trị
(b)
Hình 1.10. Cấu tạo của HEMT.
1.2.5. Bộ khuếch đại công suất lớn.
Để khuếch đại tín hiệu mức công suất đủ lớn đa ra anten phát lên vệ tinh,
các trạm mặt đất thờng sử dụng các bộ khuếch đại công suất lớn (HPA) có công
suất từ vài chục W đến vài kW tuỳ theo dung lợng thông tin của trạm mặt đất.
Tuỳ theo mức công suất và băng tần sử dụng, các bộ khuếch đại công suất hiện
nay thờng dùng: Đèn sóng chạy TWTA; Đèn Klistron; Tranzistor trờng FET.
Loại HPA
Tham số
Loại Klistron Loại TWT Loại FET
22
Thiết bị sử dụng
để khuếch đại
Klistron TWT FET
Công suất ra Lớn Lớn Nhỏ

Kích thớc Lớn Trung bình Nhỏ
Băng tần Vài chục MHz Vài trăm MHz Vài trăm MHz
Trọng lợng Lớn Trung bình Nhỏ
Làm lạnh
* Làm lạnh bằng
không khí khi
công suất tới vài
kW.
* Làm lạnh bằng
nớc khi công suất
ra khoảng 10kW
* Làm lạnh bằng
không khí khi
công suất lên đến
vài kW.
* Làm lạnh bằng
nớc khi công suất
ra khoảng 10kW
* Làm lạnh bằng
không khí tự
nhiên.
Điện áp cung cấp Trung bình Cao Thấp
Bảng 1.4. So sánh các bộ khuếch đại công suất lớn (HPA).
* Hiện tợng điều chế tơng hỗ.
Mặc dù bộ khuếch đại công suất lớn là bộ khuếch đại tuyến tính, nhng nói
chung sẽ trở thành không đờng thẳng ở vùng gần bão hoà, ở đó điện áp ra không
tỷ lệ với điện áp vào. Vì thế khi khuếch đại nhiều sóng mang sẽ làm xuất hiện
nhiều thành phần tần số tổ hợp không mong muốn. Hiện tợng đó gọi là hiện tợng
điều chế tơng hỗ hay là méo xuyên điều chế (hình 1.11).
23

f
1
f
2
f
3
f
1
f
2
f
3
f
2
+f
3
-f
1
f
1
-f
2
+f
3
2f
1
-f
2
f
1

+f
2
-f
3
2f
2
-f
1
Phổ tần số đầu vào Đặc tuyến vào - ra Phổ tần số đầu ra
Hình 1.11. Méo xuyên điều chế.
Ta giả sử tính chất phi tuyến biểu thị bằng: k = C
1
x+ C
3
x
3
(1.5)
và ba sóng mang
321
,,

biểu thị bằng biểu thức:
x = A
1
cos
1

t + A
2
cos

2

t +A
3
cos
3

t (1.6)
Đa vào đầu vào, ta có kết quả sau:
k =






+++ )22(
4
3
2
3
2
2
2
131
AAACC
A
1
cos
1


t (1.7)
+






+++ )222(
4
3
2
3
2
2
2
131
AAACC
A
2
cos
2

t
+







+++ )222(
4
3
2
3
2
2
2
11
AAAC
A
3
cos
3

t
]t)2cos(AAt)2cos(AAt)2cos(AA
t)2cos(AAt)2cos(AAt)2cos(AA[C
4
3
31
2
13131
2
323
2
32
323

2
212
2
21212
2
13
+++
+++
( ) ( ) ( )
[ ]
tcostcostcosAAAC
2
3
3213213213213
++++++++
Ba thành phần đầu là các thành phần tần số mong muốn
1

,
2

,
3

. Các
thành phần còn lại là sản phẩm nhiễu xuyên điều chế. Để loại trừ ảnh hởng nhiễu
xuyên điều chế tơng hỗ, ngời ta dùng các phơng pháp sau:
- Phơng pháp "lùi" điểm làm việc (Back-Off): Theo phơng pháp này, điểm
làm việc của bộ khuếch đại đợc chọn lùi xuống sao cho mức đầu ra thấp hơn mức
bão hoà khoảng (6

ữ
10)dB. Điểm đó gọi là "điểm lùi".
24
-Phơng pháp tuyến tính hoá: Theo phơng pháp này, ngời ta chèn vào tầng
trớc một mạch điện có đặc tuyến ngợc với đặc tuyến của bộ khuếch đại. Kết quả
là sự phi tuyến của đặc tuyến HPA ở vùng gần bão hoà sẽ đợc bù trừ. (Hình 1.12)
Hiện tợng điều chế tơng hỗ cũng xảy ra ở vệ tinh thông tin trong trờng hợp
đó, ngời ta dùng phơng pháp Back-Off hoặc phơng pháp gọi là "Điều khiển công
suất ra", điều khiển đầu ra của trạm mặt đất sao cho triệt tiêu mọi nhiễu xuyên
điều chế.
1.2.6. Bộ đổi tần.

25
KĐ trung tần
(70140)MHz

Lọc thông
36MHZ
Bộ
trộn tần
Lọc băng điều
chỉnh d{ợc
(36MHz)
Tín hiệu cao tần
RF đầu ra
(5,96,4)GHz
Điều chỉnh
công suất ra
Bộ dao động nội
F = F

RF
+ 70MHz
Hình 1.13a. Bộ đổi tần lên kiểu đơn.
Đặc tính méo tr{ớc
của bộ tuyến tính
Đặc tính phi tuyến
của HPA
Đặc tính của HPA
sau khi bù
Hình 1.12. Tuyến tính hoá đặc tuyến HPA.