LVTN: Thiết Kế Bộ Thu Anten Parabol Cho Hệ Thống TVRO
Phần 1:
Tổng quan
Hệ thống thông tin vệ tinh
và TVRO
Trang- 1 -
LVTN: Thiết Kế Bộ Thu Anten Parabol Cho Hệ Thống TVRO
Chương I:
Tổng Quan Về Thông Tin Vệ Tinh
1.1 GIỚI THIỆU CHUNG
Thông tin vệ tinh là lónh vực kỹ thuật có tuổi đời khá trẻ so với nhiều lónh vực
khoa học kỹ thuật khác. Nó chỉ thực sự ra đời vào năm 1957, khi Liên Xô lần đầu tiên
phóng thành công vệ tinh lên quỹ đạo. Với sự phát triển nhanh chóng, và thành tựu, lợi ích
to lớn, thông tin vệ tin đang dần đưa xã hội chúng ta tới một xã hội tiên tiến. Ngày nay,
chúng ta có thể cảm nhận một phần của thế giới hiện đại đó nhờ các phương tiện truyền
hình vệ tinh TVRO hay điện thoại vô tuyến quốc tế
1.1.1 Nguyên lý thông tin vệ tinh
Một vệ tinh, có khả năng thu, phát sóng vô tuyến điện sau khi được phóng vào
không gian dùng cho thông tin vệ tinh; khi đó vệ tinh sẽ khuếch đại sóng vô tuyến điện
nhận được từ các trạm mặt đất và phát sóng vô tuyến điện đến các trạm mặt đất khác.
Loại vệ tinh nhân tạo sử dụng cho thông tin vệ tinh như thế được gọi là vệ tinh thông tin.
Do vệ tinh chuyển động khác nhau khi quan sát từ mặt đất, phụ thuộc vào quỹ
đạo bay của vệ tinh, vệ tinh có thể được phân ra vệ tinh quỹ đạo thấp và vệ tinh đòa tónh.
Vệ tinh quỹ đạo thấp là vệ tinh mà nhìn từ mặt đất nó chuyển động liên tục, thời
gian cần thiết cho vệ tinh để chuyển động xung quanh quỹ đạo của nó khác với chu kỳ
quay của trái đất xung quanh trục.
Vệ tinh đòa tónh là vệ tinh được phóng lên quỹ đạo tròn ở độ cao khoảng 36.000
km so với đường xích đạo. Vệ tinh loại này bay xung quanh trái đất một vòng mất 24 giờ.
Do chu kỳ bay của vệ tinh bằng chu kỳ quay của trái đất xung quanh trục của nó theo
hướng đông cùng với hướng quay của trái đất, bởi vậy vệ tinh dường như đứng yên khi
quan sát từ mặt đất. Do vậy nó được gọi là vệ tinh đòa tónh. Một vệ tinh đòa tónh có thể bảo

lẻ không thể can nhiễu nhau được.Vì mục đích này, nên phải phân chia tần số, thời gian
hoặc không gian của sóng vô tuyến cần thiết để truyền tin tức thông tin và phải phân phối
các tần số, các khe thời gian hoặc không gian đã chia một cách thích hợp cho tường trạm
mặt đất.
Từ quan điểm ghép sóng mang trong một bộ phát đáp vệ tinh, đa truy cập có thể
phân chia ra ba dạng như sau:
FDMA: Đa truy cập phân chia theo tần số
TDMA:Đa truy cập phân chia theo thời gian
CDMA:Đa truy cập phân chia theo mã
Trang- 3 -
LVTN: Thiết Kế Bộ Thu Anten Parabol Cho Hệ Thống TVRO
1.2 VỆ TINH THÔNG TIN
1.2.1 Sự ổn đònh trạng thái vệ tinh
Trạng thái vệ tinh và đònh hướng anten của một vệ tin thông tin cần phải được
điều khiển sau cho búp sóng anten thông tin hướng bức xạ đúng vào cùng dòch vụ yêu cầu.
Tuy nhiên vệ tinh luôn luôn bò ảnh hưởng của các tác động bên ngoài như áp lực bức xạ từ
mặt trời và mô men xoắn của từ trường trái đất nên cần phải thực hiện các biện pháp phù
hợp để duy trì trạng thái ổn đònh của vệ tinh.
Trong số các biện pháp có hiệu quả đối với sự ổn đònh trạng thái vệ tinh, phương
pháp điển hình hiện nay là ổn đònh quay và ổn đònh ba trục.
• Ổn đònh quay
• Ổn đònh ba trục
Ổn đònh quay là phương pháp ổn đònh trạng thái vệ tinh dùng nguyên lý con quay
ở tốc độ cao duy trì một trạng thái không đổi. Vệ tinh quay xung quanh một trục riêng
(trục quay). Momen xoắn tạo ra bởi con quay được dùng để hạng chế tác động của các
ảnh hưởng bên ngoài và ổn đònh trạng thái vệ tinh.
Điều khiển trạng thái ba trục là phương pháp điều khiển trạng thái vệ tinh bằng
cách hấp thu các momen xoắn nhiễu loạn bên ngoài tạo ra bởi các nguyên nhân khác
nhau. Phương pháp này sử dụng các bánh xe quay trên ba trục vệ tinh, đó là các trục x, y
và z.

Một trạm mặt đất bao gồm:thiết bò thông tin, thiết bò truyền dẫn mặt đất, thiết bò
cung cấp nguồn và nhà điều khiển. Thiết bò thông tin gồm có một anten, một máy phát
công suất cao, một máy thu tạp âm thấp, cùng với thiết bò đa truy cập / điều chế và giải
điều chế.
• Anten: anten của một trạm mặt đất phải có hệ số độ lợi lớn, búp phụ nhỏ, độ
phân cực rất tốt và tạp âm thấp.
• HPA: Để bù vào suy hao truyền sóng lớn trong thông tin vệ tinh, đầu ra máy
phát cần phải có công suất càng lớn càng tốt, do vậy ở trạm mặt đất sử dụng bộ
khuếch đại công suất cao (HPA).
• LNA: Sóng bức xạ từ vệ tinh bò hấp thụ rất lớn cho tới khi chúng tới mặt đất.Ví
dụ sóng băng Ku bò suy yếu đi khoảng 1/10
21
so với tín hiệu ban đầu. Nếu thu
bằng một anten có đường kính 3.3m thì ở băng Ku mức thu được tăng lên
khoảng 10
6
lần. Tuy nhiên điều đó chưa đủ lớn. Do đó cần phải khuếch đại
chúng lên một mức có thể giải điều chế được. Kỹ thuật bộ khuếch đại tạp âm
thấp với nhiệt độ tạp âm thấp đóng vai trò rất quan trọng trong việc bảo đảm
chất lượng tín hiệu.
Trang- 5 -
LVTN: Thiết Kế Bộ Thu Anten Parabol Cho Hệ Thống TVRO
Hình 1.2 Cấu hình của một trạm mặt đất
Trang- 6 -
Thiết bò bám
Hệ thống

fiđơ
LNA
Bộ đổi tần

Khoảng tần số (GHz)
Dòch vụ thông tin vệ tinh cố đònh
Dòch vụ giữa các
vệ tinh chung cho
3 khu vực.
Đường lên Đường xuống
R1 R2 R3 R1 R2 R3
2,5 ->2,535
2,535 ->2,655
2,655 ->2,690
3,4 ->4,2
4,5 ->4,8
5,725 ->5,85
5,85 ->7,075
7,25 ->7,75
7,9 ->8,4
10,7 ->11,7
11,7 ->12,2
12,2 ->12,3
12,3 ->12,5
12,5 ->12,7
12,7 ->12,75
12,75 ->13,25
14 ->14,5
14,5 ->14,8
17,3 ->17,7
17,7 ->18,1
18,1 ->21,2
22,55 ->23,55
Trang- 7 -

Trang- 8 -
LVTN: Thiết Kế Bộ Thu Anten Parabol Cho Hệ Thống TVRO
Công suất tín hiệu thu tỷ lệ với hệ số độ lợi của anten thu (G) khi công suất phát từ vệ tinh
là hằng số. Mặt khác công suất tạp âm đầu vào máy thu kTB tỷ lệ với T. Do đó G/T tỷ lệ
với tỷ số công suất tín hiệu trên tạp âm của sóng mang trong một độ rộng băng thông nào
đó. G/T luôn luôn được dùng như một hệ số chất lượng cho toàn bộ hệ thống thu bao gồm
cả anten của nó. Đơn vò sử dụng cho G/T là dB/
0
K. Ví dụ, khi hệ số độ lợi của anten thu là
60 dB và nhiệt tạp âm là 100
0
K, thì G/T=40 dB/
0
K
Trang- 9 -
LVTN: Thiết Kế Bộ Thu Anten Parabol Cho Hệ Thống TVRO
Chương 2:
Hệ thống TVRO
2.1 CÁC THÀNH PHẦN TÍN HIỆU HÌNH VÀ
CÁC HỆ TRUYỀN HÌNH MÀU
2.1.1 Các thành phần tín hiệu hình
Các hệ truyền hình màu được xây dựng trên nhiều cơ sở vật lý, song cơ sở tổ hợp
màu được đặc biệt quan tâm. Xét về phương diện cảm nhận màu, ta có khả năng phỏng
tạo phần lớn các màu sắc tồn tại trong tự nhiên, bằng cách trộn ba màu cơ bản theo các tỷ
lệ khác nhau. Điều này làm cho việc truyền và tạo lại ảnh màu trở nên đơn giản. Nó là cơ
sở của kỷ thuật truyền hình màu hiện nay.
Tổ hợp ba màu được xem là ba màu cơ bản khi chúng thỏa mãn yêu cầu: ba màu
đó độc lập tuyến tính. Nghóa là: trộn hai màu bất kỳ trong ba màu đó trong điều kiện bất
kỳ, theo tỷ lệ bất kỳ đều không thể tạo ra màu thứ ba.
Đã có rất nhiều tổ hợp màu cơ bản được đề nghò sử dụng. Để chuẩn hóa, CIE đã

ảnh đen trắng bình thường với các bậc sáng tối chính xác như ở ảnh truyền đi, các hệ
truyền hình màu đại chúng, ngoài các tín hiệu phản ánh tin tức màu, còn phải tạo ra và
truyền sang phía thu tín hiệu phản ánh tin tức chói của ảnh màu. Tín hiệu này gọi là tín
hiệu chói và thường được ký hiệu E
Y
. Tín hiệu chói chính là tín hiệu hình ở truyền hình
đen trắng.
Tín hiệu chói được xác đònh theo biểu thức:
E
Y
= L
R
E
R
+ L
G
E
G
+ L
B
E
B
. (2.1.1)
Xét đến tính phi tuyến của đặc tuyến điều chế của đèn hình, tín hiệu chói có
dạng:
Trang- 10 -
LVTN: Thiết Kế Bộ Thu Anten Parabol Cho Hệ Thống TVRO
E
Y
1/

+ L
G
E’
G
+ L
B
E’
B
. (2.1.3)
Với E’
i
= E
i
1/
γ
, i = R,G,B.
L
R
, L
G
, L
B
là các hệ số chói tương đối cùa các màu cơ bản R, G, B. Giá trò
của L
R
, L
G
, L
B
tuỳ thuộc vào loại tiêu chuẩn màu cơ bản.

= E
G
– E
Y
(2.1.5b)
E
B-Y
= E
B
– E
Y
(2.1.5c)
Nếu xét đến sửa méo gamma thì:
E’
R-Y
= E’
R
– E’
Y
= 0.701E’
R
– 0.587E’
G
– 0.114E’
B
(2.1.6a)
E’
G-Y
= E’
G

B-Y
, nhằm mục
đích cải thiện tính chống nhiễu của hệ truyền hình. Ở hệ NTSC truyền tín hiệu I và Q. nó
là tổ hợp tuyến tính của E’
R-Y
và E’
B-Y
. Ở phía thu có thể nhận lại được tín hiệu E’
B-Y
từ các
tín hiệu E’
R-Y
và E’
B-Y
, theo biểu thức sau
E’
G-Y
= -0.510 E’
R-Y
– 0.195 E’
B-Y
(2.1.7)
Trang- 11 -
LVTN: Thiết Kế Bộ Thu Anten Parabol Cho Hệ Thống TVRO
Từ ba tín hiệu E’
R-Y
, E’
G-Y
, E’
B-Y

Trang- 12 -
f
s
E’
Y
f (MHz)
LVTN: Thiết Kế Bộ Thu Anten Parabol Cho Hệ Thống TVRO
2.1.2 Hệ NTSC
Hệ NTSC là hệ truyền hình màu đại chúng có tính tương hợp đầu tiên trên thế
giới, được nghiên cứu trong khoảng thời gian 1950-1953, và sử dụng từ năm 1954 ở Mỹ.
Đây là hệ truyền hình màu đồng thời. Hai tín hiệu E
I
và E
Q
đều truyền cùng lúc với tín
hiệu chói E
Y
theo phương thức điều chế cầu phương trên một sóng mang phụ.
Điều chế vuông góc (Quadrature Modulation)
Đặc điểm của điều chế vuông góc trong hệ NTSC là dùng hai mạch điều biên cân
bằng như hình 2.2, E’
I
và E’
Q
là hai tín hiệu màu.

Hình 2.2
Với: E’
I
= 0.596E’

trong đó f
H
là tần số dòng, n là những số nguyên dương.
Ở hệ NTSC tiêu chuẩn (525 dòng), f
H
≈ 15735 Hz, n trong biểu thức chọn bằng
227, ta có được
Trang- 13 -
Điều biên
cân bằng
Điều biên
cân bằng
90
0
cosω
s
t
sinω
s
t
f
s
+
E’
I
E’
Q
E’
Q
sinω

2.3. Từ hình vẽ cho thấy, cả hai dải biên tần của tín hiệu E’
Q
đều được truyền sang phía
thu; còn đối với tín hiệu E’
I
, chỉ truyền toàn bộ dải biên tần dưới, còn dải biên tần trên chỉ
truyền một phần.
Hình 2.3
Trang- 14 -
3.58
E’
Y
f (MHz)4.2
3
2
LVTN: Thiết Kế Bộ Thu Anten Parabol Cho Hệ Thống TVRO
2.1.3 Hệ PAL
Ở hệ PAL, tín hiệu chói vẫn được xác đònh theo biểu thức (2.1.4) nhưng dải tần
rông tới 5MHz ( theo tiêu chuẩn B,G).
Hai tín hiệu màu:
E’
V
= 0.877E’
R-Y
= 0.615E’
R
– 0.515 E’
G
– 0.100E’
B

s
t + E’
U
sin ω
s
t (2.1.11)
Chọn tần số sóng mang phụ
Việc chọn tần số sóng mang phụ ở hê PAL cũng được dựa trên nhiều yếu tố khác
nhau, nhưng tổng hợp lại ta được biểu thức sau
f
s
= (2n -
)
2
1
22
V
H
f
f
+
(2.1.12)
với: f
H
là tần số dòng
f
V
là tần số mặt
Với hệ PAL 625 dòng (tiêu chuẩn B, G, I, H); chọn n = 284; f
H

V
U
u
m
LVTN: Thiết Kế Bộ Thu Anten Parabol Cho Hệ Thống TVRO
2.1.4 Hệ SECAM
Ở hệ SECAM III B, tín hiệu chói E’
Y
truyền ở tất cà các dòng, còn hai tín hiệu
màu D’
R
và D’
B
truyền lần lược theo dòng quét trên hai sóng mang phụ có tần số trung
tâm là f
OR
và f
OB
tương ứng; theo phương thức điều tần.
Tín hiệu chói E’
Y
vẫn xác đònh theo biểu thức:
E’
Y
= 0.229 E’
R
+ 0.587 E’
R
+ 0.114 E’
B

H
= 4.40625 MHz ± 2 kHz (2.1.15)
* Ở các dòng truyền tín hiệu D’
B
:
f
OB
= 272 f
H
=

4.25 MHz ± 2 kHz (2.1.16)
trong đó f
H
= 15625 Hz.
Độ dòch tần ở hệ SECAM III B quy đònh như sau:
* Ở các dòng truyền tín hiệu D’
R
, khi mà D’
R
= ± 1, độ dòch tần danh đònh là
∆f
R
= ± 280 kHz ± 9 kHz
* Ở các dòng truyền tín hiệu D’
B
, khi mà D’
B
= ± 1, độ dòch tần danh đònh là
∆f

những năm 1970.
Hoạt động chuyển tiếp vệ tinh cần có một trạm mặt đất công suất lớn truyền tín
hiệu lên ở dải tần 5.9 GHz đến 6.4 GHz, hoạt động nhận xuống từ vệ tinh trong tầm
3.7Ghz đến 4.2 GHz. Băng thông cho hoạt đông này là 484 MHz, được chia làm 12 “khe”
tần số TV độ rộng 40 MHz, và một kênh bảo vệ rộng 4 MHz được đặt giữa khe tần số 1
và 2. 12 khe tần số này có thể trở thành 24 kênh TV thật sự nhờ việc sử dụng kỹ thuật
phân cực theo các hướng khác nhau.
Công suất tương đương đẳng hướng EIRP của tín hiệu mỗi kênh bức xạ từ vệ tinh
chuyển tiếp tiêu biểu nằm trong khoảng 25 đến 40 dBW. Tổn hao không gian tự do tại tần
số 4 GHz vào khoảng -196 dB, mật độ công suất nhận tại bề mặt đất khoảng 10
-12
W/m
2
.
Điều này yêu cầu thiết yếu một anten lớn và một bộ thu đặc biệt với hệ số nhiễu thấp.
Nguyên tắc điều chế được sử dụng truyền hình vệ tinh là điều chế FM băng rộng
tín hiệu cao tần bởi tín hiệu bao gồm tín hiệu hình ảnh (video) cộng với tín hiệu âm thanh
đã được điều chế FM tại tần số 6.2, 6.8 hay 7.4 GHz. Toàn bộ tín hiệu FM phủ trên dải tần
rộng khoảng 36 MHz. Bộ thu cho hệ thống TVRO thường bao gồm bộ lọc thông dải
(3.7GHz đến 4.2 GHz) theo sau là bộ khuếch đại nhiễu thấp và bộ trộn tần chuyển tín
hiệu 3.7 GHz – 4.2 Ghz xuống tín hiệu IF 70 MHz. Tín hiệu IF được tách sóng FM, ngõ ra
được lọc thông thấp trực tiếp để nhận tín hiệu hình ảnh và lọc thông dải sau đó giải điều
chế FM tại tần số 6.2, 6.8, hay 7.4 GHz để nhận tính hiệu âm thanh.

Hình 2.5: Cấu trúc phổ tín hiệu tiêu biểu bên phía phát
Trang- 17 -
0
0
15K
Hz

dụng hai diode trong cấu hình bộ trộn cân bằng. Tại ngõ ra của LNB, nó thường bao gồm
mạch IF ngõ ra với hai hoặc ba tầng khuếch đại. Nguồn cho LNB được cung cấp từ mạch
thu chính thông qua cáp đồng trục. Hình 2.7 mô tả một LNB thực tế.
Trang- 18 -
Lọc
band pass
Bộ trộn
Bộ dao động
Khuếch đại
RF
Khuếch đại
IF
IF 1
output
LVTN: Thieỏt Keỏ Boọ Thu Anten Parabol Cho Heọ Thoỏng TVRO
Trang- 19 -
Hỡnh 2.7: LNB thửùc teỏ (Philips Components Ltd)
LVTN: Thiết Kế Bộ Thu Anten Parabol Cho Hệ Thống TVRO
2.2 Khối thu chính

Hình 2.4: Sơ đồ khối của khối thu chính
Tín hiệu nhận từ khối LNB, có tần số trong khoảng từ 950 MHz đến 1450 MHz,
được đổi tần xuống lần thứ hai. Bộ dao động VCO và công tác dò tìm kênh truyền hình
được điều khiển nhờ vi điều khiển (microprocessor), với việc sử dụng những dữ liệu được
lưu trong bộ nhớ bán dẫn. Vi điều khiển còn có khả năng cung cấp tín hiệu điều khiển các
đèn hiển thò trạng thái và giao tiếp dữ liệu trực tiếp.
Bộ lọc thông dải kế theo thường có băng thông có thể chọn lựa, bằng việc chuyển
mạch, 18 MHz hoặc 27 MHz. Mạch giải điều chế FM được dùng để nhận lại tín hiệu
video và tín hiệu audio đã được điều chế FM. Giải đếu chế FM lần nữa cho tín hiệu audio
đã được điều chế FM, ta thu được tín hiệu audio.

MHZ
Dao
động
AFC
LVTN: Thiết Kế Bộ Thu Anten Parabol Cho Hệ Thống TVRO
Phần 2:
Lý thuyết mạch siêu cao tần
Trang- 21 -
LVTN: Thiết Kế Bộ Thu Anten Parabol Cho Hệ Thống TVRO
Chương 3:
Lý thuyết cơ sở mạch siêu cao tần
3.1 LÝ THUYẾT ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN SÓNG
3.1.1 Phương trình truyền sóng trên đường dây
Hình 3.1
Ta giả sử chiều dài l lớn hơn nhiều lần so với bước sóng λ nên hệ thống có thông
số phân bố. Trên đoạn vi phân chiều dài ∆x , đoạn chiều dài đường truyền sóng sẽ được
thay thế bằng mạch điện thông số tập trung như hình 3.2
Hình 3.2
Các thông số R [Ω/m], L [H/m], C [F/m], G [S/m] đặc trưng cho các giá trò điện trở, điện
cảm, điện dung và điện dẫn tương đương cho một đơn vò chiều đường dây.
Từ mạch tương đương ở hình 3.2 và dựa vào các đònh luất Kirchhoff ta có phương trình
sau :
V(x) = V(x + ∆x) + (R. ∆x + jωL. ∆x).I(x + ∆x ) (3.1.1a)
I(x) = I(x + ∆x) + (G. ∆x + jωC. ∆x).V(x + ∆x) (3.1.1b)
Trang- 22 -
Đường dây truyền sóng
Tải
Z
L
Nguồn

= γ
2
(ω).V(x) (3.1.3a)
∂
2
I(x)
= γ
2
(ω) .I(x) (3.1.3b)
với:

γ(ω) = √(R + jωL). (G + jωC)
γ : được gọi là hệ số truyền sóng
Giải hệ phương trình trên ta được nghiệm có dạng như sau:
V(x) = V
+
e
-
γ
(
ω
)x
+ V
-
e
γ
(
ω
)x
(3.1.4a)

phản xạ (V
-
,I
-
). Quan hệ giữa điện áp sóng tới với dòng điện sóng tới và điện áp sóng
phản xạ với dòng điện sóng phản xạ được chứng minh như sau
I
+
=
V
+
và I
-
= -
V
-
Z
0
được gọi là trở kháng đặc tính của đường dây, đối với đường dây không tổn
hao.
Trang- 23 -
∂x
∂x
∂x
2
∂x
2
Z
0
Z

của đường dây.
• Trở kháng tải Z
L
ở đầu cuối đường dây.
• Khoảng cách d từ điểm khảo sát x đến tải.
Đặc biệt, nếu đường truyền không tổn hao thì
Z
0
= R
0
(điện trở đặc tính )
γ = jβ (thuần ảo) do đó th(γd) = jtg(βd)
và (3.1.6) trở thành:
Trong trường hợp này, do tg(βd) tuần hoàn theo chu kỳ π nên trở kháng Z(x) cũng có giá
trò biến thiên tuần hoàn khi di chuyển trên đường truyền sóng.
Trang- 24 -
V(x)
V(l)
I(x)
I(l)
Z
L
Z(x)
Γ(x)
Z(l)
Γ(l)
Z
S
E
S

+
+
=
(3.1.6)
)(
)(
)(
0
0
0
dtgjZR
dtgjRZ
RxZ
L
L
β
β
+
+
=
(3.1.7)
LVTN: Thiết Kế Bộ Thu Anten Parabol Cho Hệ Thống TVRO
Hệ số phản xạ
Đònh nghóa: hệ số phản xạ điện áp Γ
v
(x) tại điểm x là tỉ số giữa điện áp sóng phản
xạ và điện áp sóng tới tại diểm x đó
Tại tải (x = l), hệ số phản xạ điện áp là:
Tại toạ độ x bất kỳ, d = l – x
Nếu đường truyền sóng không tổn hao thì

V
eV
eV
x
γ
γ
γ
2
)(
+
−
−
+
−
==Γ
(3.1.8)
l
v
e
V
V
l
γ
2
)(
+
−
=Γ
dl
dl

Γ=Γ
(3.1.9)
dj
vv
elx
β
2
).()(
−
Γ=Γ
x
x
x
i
e
I
I
eI
eI
x
γ
γ
γ
2
)(
+
−
−
+
−