CHƯƠNG II : SƠ LƯC VỀ ANTEN
VÀ THÔNG TIN VỆ TINH.

oOo
A. Sơ lược về Anten.
Trong một hệ thống vô tuyến, một sóng điện từ lan truyền từ máy
phát đến máy thu qua không gian. Việc truyền năng lượng điện từ trong
không gian có thể được thực hiện theo hai cách:
- Dùng các hệ truyền dẫn nghóa là các hệ dẫn sóng điện từ như
đường dây song hành, đường truyền đồng trục, ống dẫn sóng kim loại
hoặc điện môi Sóng điện từ truyền lan trong các hệ thống này thuộc
loại sóng điện từ ràng buộc.
- Bức xạ sóng ra không gian. Sóng sẽ được truyền đi dưới dạng
sóng điện từ tự do.
Do đó thiết bò dùng để bức xạ sóng điện từ hoặc thu nhận sóng từ
không gian bên ngoài được gọi là Anten.
Anten là một thiết bò bức xạ và thu năng lượng.
Chúng ta đã thấy anten là bộ phận quan trọng không thể thiếu
được của bất kỳ hệ thống vô tuyến điện nào, bởi vì đã là hệ thống vô
tuyến nghóa là hệ thống trong đó có sử dụng sóng điện từ thì không thể
không dùng đến thiết bò để bức xạ hoặc thu sóng điện từ. Anten quyết
đònh rất nhiều các tính chất khác nhau của tuyến thông tin liên lạc.
Anten có nhiều dạng và nhiều cấu trúc khác nhau có loại rất đơn
giản nhưng có loại rất phức tạp. Ta có hai loại anten là anten vô hướng
và anten có hướng.
a. Anten vô hướng: là anten có bức xạ công suất một cách đồng nhất
trong một góc khối 4π.
b. Anten có hướng: là anten mà nó tập trung công suất theo một
hướng nhất đònh vì vậy nó phụ thuộc vào hệ số hướng tính D( θ,φ ) và

- Đối với các đài phát thanh và vô tuyến truyền hình thì anten cần
bức xạ đồng đều trong mặt phẳng ngang (mặt đất ), để cho các máy
thu đặc ở các hướng bất kỳ đều có thể thu được tín hiệu của đài phát.
Song anten cần bức xạ đònh hướng trong mặt phẳng đứng, với hướng
cực đại song song mặt đất để các đài thu trên mặt đất có thể nhận
được tín hiệu lớn nhất và để giảm nhỏ năng lượng bức xạ theo các
hướng không cần thiết.
- Trong thông tin mặt đất hay vũ trụ thông tin chuyển tiếp, rada, vô
tuyến điều khiển từ xa thì yêu cầu anten bức xạ với hướng tính cao,
nghóa là sóng bức xạ chỉ tập trung vào một góc hẹp trong không gian.
Như vậy nhiệm vụ của anten không phải chỉ đơn giản là biến
đổi năng lượng điện từ cao tần thành sóng điện từ tự do mà phải bức
xạ sóng ấy theo những hướng nhất đònh, với các yêu cầu kỹ thuật cho
trước.

I. Nguồn bức xạ nguyên tố của anten.
Khi khảo sát của anten phức tạp, ta phải khảo sát các nguồn
bức xạ nguyên tố để làm cơ sở. Nguồn bức xạ nguyên tố gồm có: lưỡng
cực điện và lưỡng cực từ.
1.Lưỡng cực điện.
Lưỡng cực điện là một đoạn dây dẫn mãnh và chiều dài l rất
nhỏ so với bước sóng (l<<
λ ). Trên lưỡng cực điện dòng điện xoay
chiều tại mọi nơi đều cùng biên độ và pha.
Ở khoảng cách xa r>>l cường độ điện trường xác đònh bằng biểu thức
:
θ
ϕ
r
E(

λ
Theo nguyên lý đổi tần, thường bức xạ của lưỡng cực là :
Em(
r
e
l
j
rjK−
−=
θ
λ
ϕ
sin
2
Im
)
(2.2)

Cường độ trường của lưỡng cực từ phụ thuộc vào dòng từ, kích
thước của nó trong tọa độ và bước sóng.
Trường bức xạ của một hệ thống anten được tính bằng cách
cộng các trường bức xạ của các nguyên tố riêng rẽ của hệ thống
anten. Khi cộng ngoài biên độ phải chú ý góc pha.
II. Các thông số của anten phát.
1. Điện trở bức xạ của anten Rbx (Ω ).
Rbx là 1 tham số biểu thò quan hệ giữa công suất bức xạ (W)
với dòng điện (A) chạy qua một điểm nào đó của anten.
Rbx=
ì
I

0.750
0.800
0.850
0.900
0.950
1.00
144
168
187
200
209
212
210
199
1.050
1.100
1.150
1.200
1.250
1.300
1.350
1.400
185
166
145
121
105
93
87
85

1
1
)(
2
2
η
(2.5)
Hiệu suất của anten cũng là một trong các thông số quan trọng
đặc trưng cho mức độ tổn hao công suất của anten.
4. Đồ thò phương hướng của anten.

Biểu thò sự phụ thuộc biên độ theo phương hướng bằng phương
pháp toán học hoặc đồ thò.
Khi biểu thò đặc tính phng hướng bằng đồ thò người ta dùng
các đường cong phẳng vẽ đặc tính phương hướng theo hai mặt phẳng
chính, mặt phẳng ngang và mặt phẳng đứng (đối với mặt đất ).
Búp của đặc tính phương hướng ứng với hướng phát cực đại
gọi là búp chính còn các búp khác gọi là búp phụ.
Ví dụ : búp hướng của anten đứng nối đất.
Hình 2-3.Búp hướng của anten nối đất.
5. Hệ số tác dụng phương hướng D.
Đó là tỷ số của bình phương cường độ trường ở hướng khảo sát
trên cường độ điện trường trung bình hay nói cách khác đó là tỉ số của
mật độ công suất bức xạ bởi anten ở điểm nào đó nằm trên hướng ấy,
trên mật độ công suất bức xạ bởi anten chuẩn cũng tại hướng và
khoảng cách trên.
D=
2
)(
Etb

θ
ο
60
)(
2
2
rE
(2.10)
Chú ý : khi dùng anten có tính phương hướng thì điều quan trọng là
phải hướng thật đúng hướng bức xạ cực đại về phía mà ta đònh thông
tin.
6. Hệ số tăng tích của anten (G).

Hệ số tăng tích của anten là một thông số biểu thò cho đặc tính
bức xạ của anten so với hệ số đònh hướng vì nó không chỉ biểu thò đơn
thuần đặc tính đònh hướng của anten mà còn biểu thò sự tổn hao trên
anten.
Hệ số tăng tích là tích số của hệ số tác dụng phương hướng
với hiệu suất anten. G là một tham số đầy đủ hơn nhất vì nó không
những kể đến tác dụng phương hướng mà còn kể đến cả công suất
tiêu hao vô ích trong anten.
7. Đặc tính tần số với dải thông tần của anten.
Anten cũng là một hệ thống dao động có tính chọn lọc. Anten
phải bảo đảm được hiệu suất bức xạ cũng như đặc tính phương hướng
trong bảng tần số làm việc. Người ta chia ra :
a. Anten dải rộng:là anten dùng để làm việc ở một tần số sóng
mang nhưng bảo đảm bức xạ không méo nhưng tín hiệu có dải tần số
rất rộng.
b. Anten băng sóng: là anten làm việc ở một vài tần số sóng
mang.

B. Giới thiệu thông tin vệ tinh.
I. Giới thiệu chung.
Chúng ta đang sống trong thời kỳ quá độ tới một xã hội đònh
hướng thông tin tiên tiến nhờ có các công nghệ mới trong nhiều lónh
vực khác nhau. Các loại thông tin truyền trên sóng vô tuyến, đó là viễn
thông vô tuyến, đã đi vào đời sống hằng ngày của chúng ta và chúng ta
có thể cảm nhận cuộc sống hiện tại của thế giới xung quanh chúng ta
nhờ các phương tiện truyền hình và điện thoại quốc tế.
Về đại thể các thông tin có thể được phân ra các loại như
thông tin dùng cáp đồng trục hoặc cáp sợi quang và thông tin vô tuyến
sử dụng sóng vô tuyến điện nối liền nhiều nơi trên thế giới vượt qua
thời gian và không gian.
Hiện nay, các hệ thống cáp biển dung lượng lớn sử dụng các
cáp sợ quang đã được đưa vào sử dụng cho thông tin quốc tế. Đối với
thông tin vô tuyến quốc tế, thông tin vệ tinh đã cung cấp các đường
thông tin dung lượng lớn thay thế cho thông tin sóng ngắn trước đây
được sử dụng thường xuyên hơn.
Để đạt được thông tin vệ tinh hiệu quả hơn, cần phải hiểu rõ hệ
thống truyền dẫn, các công nghệ và cấu hình hệ thống trạm mặt đất.
1. Nguyên lý thông tin vệ tinh.
Một vệ tinh, có khả năng thu, phát sóng vô tuyến điện sau khi
được phóng vào vũ trụ 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
lại sóng vô tuyến 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 tónh mà nhìn từ mặt đất nó chuyển
động liên tục, thời gian cần thiết cho vệ tinh để chuyển động xung

Đối với quỹ đạo êlip và quỹ đạo đồng bộ con, thời gian đi của
vệ tinh hết một quỹ đạo khác với thời gian quay quanh trục của vệ tinh,
nghóa là vệ tinh chuyển động nhanh hơn khi càng gần mặt đất. Các vệ
tinh viễn thông đầu tiên được đặt trên các quỹ đạo thấp, từ 200 đến
500km. Chúng quay vòng quanh trái đất trong khoảng hai tiếng đồng
hồ. Các vệ tinh chụp ảnh, hay quan sát mặt đất, cũng như các tàu con
thoi và phòng thí nghiệm vũ trụ, luôn luôn được đặt trên quỹ đạo thấp.
Các loại vệ tinh này được gọi là vệ tinh tònh tiến. Nó đòi hỏi anten thu

luôn luôn phải di chuyển theo chúng, trong thời gian nó xuất hiện. Thời
gian này bằng khoảng một nửa thời gian tồn tại của nó.
Nhờ vào sự phát triển của tên lửa phóng và các vệ tinh nên có thể đạt
đến quỹ đạo mà thời gian di chuyển của vệ tinh chung quanh trái đất trong
24 giờ, quỹ đạo này gọi là quỹ đạo đòa tónh và vệ tinh nằm trên nó gọi là vệ
tinh đòa tónh.
Các đònh luật cơ học trong không gian, hay đònh luật Kepler đặt ra ba
điều kiện:
* Quỹ đạo phải nằm ở mức xích đạo để vệ tinh di
chuyển không lệch hướng.
* Quỹ đạo phải tròn để tốc độ vệ tinh không thay
đổi.
* Bán kính quỹ đạo phải đạt 42.200km hay 35.800km
cách mặt đất, do bán kính trái đất là 6.366km. Với điều
kiện như vậy thì chu kỳ quay vòng của vệ tinh có thời
gian bằng với trái đất tức là 23 giờ 56 phút. Lực hút
của trái đất với lực li tâm của vệ tinh sẽ bằng nhau.
Bán kính của quỹ đạo, không lệ thuộc vào khối lượng của
vệ tinh, mà lệ thuộc vào tốc độ góc của tốc độ góc của
vòng quay.
Vệ tinh đòa tónh chuyển động với quỹ đạo trùng với chiều quay của

8:mức giới hạn, một vài vệt nhiễu.
10: thu tốt, màu sắc đẹp.
12: thu rất tốt, chất lượng truyền hình bằng cáp
Để đảm bảo tỉ số tín hiệu trên nhiễu tại điểm thu cần đảm
bảo các thông số sau:
- Độ tăng tích của anten: khoảng 48.5dB (đối với anten thu
3m).
- Nhiệt độ nhiễu của anten: khoảng 23 .
K
ο
- Mật độ công suất tại ngõ vào máy thu: khoảng –
110dBw/
2
m
.
b. Hệ số nhiễu nhiệt G/T của trạm thu.
Hệ số này biểu thò ảnh hưởng của nhiệt độ lên độ lợi của vệ
tinh. Nhiệt độ càng tăng thì nhiễu càng lớn, thường tại giá trò nhiệt độ
là 0 thì không bò ảnh hưởng của nhiễu. Giá trò này cho phép chọn
anten thu thích hợp tùy theo C/N. Chúng ta có:
K
ο
G/T = C/N+E+A+logB+10logK (2.14)
Tùy theo PIRE của vệ tinh, chúng ta sẽ khẳng đònh chất lượng
hình ảnh C/N. Sau đó chọn giá trò tiếng ồn của đầu SHF thêm vào, sự
suy giảm chung A, độ rộng dải tần B và 10logK sẽ cho ra giá trò của độ
lợi anten tính bằng dB.
c. Góc ngẩng tối thiểu.
Vùng phủ sóng của một vệ tinh được giới hạn bởi góc ngẩng.
Đó là góc bù hình thành từ đường thẳng nối liền nơi thu đến vệ tinh,

hơn.
- Không chiếm nhiều diện tích mặt bằng đặt anten.
Ở Việt Nam toàn bộ các trạm mặt đất hiện hữu đều thu phát ở
tần số băng C(phát 6GHz, thu 4GHz).
Thông số quan trọng về chất lượng tín hiệu
thu được là tỉ số tìn hiệu trên nhiễu của kênh
hình. Tỉ số này phải đạt từ 45dB trở lên trong suốt
99% thời gian thu cả năm.
Tín hiệu hình phát từ vệ tinh với công suất cố đònh. Biên độ tín
hiệu hình thu được là kết quả của quá trình truyền lan trong khí quyển.
Chất lượng hình ảnh thu được phụ thuộc rất nhiều điều kiện truyền
sóng trong không gian vũ trụ và trong khí quyển của trái đất. Mưa có
thể làm tăng độ suy hao tín hiệu trên 7dB, có thể dẫn đến làm gián
đoạn việc thu. Thường khí quyển có sự biến động trong khi mưa và làm
suy hao trong phạm vi 2dB. Hiện tượng này thường liên quan đến việc
phá vỡ đònh hướng truyền sóng. Nhiều thực nghiệm và đo đạc thống kê
cho thấy rằng suy hao trên 2dB thường xảy ra khoảng 0.06% thời gian
thu, trên 4.5dB chiếm 0.01% thời gian thu.

Mức độ nhận thấy nhiễu trên hình ảnh thu phụ thuộc vào tỉ số
dải tần hình trên nhiễu C/N (Carrier/Noise). Cường độ điện trường
vùng phủ sóng cần đảm bảo 63-65dBw để cho chất lượng hình ảnh thu
tốt trong suốt 90% thời gian vệ tinh hoạt động trong các điều kiện có
mưa.
d. Các dải tần số dùng cho truyền thông bằng vệ tinh.

Tên dải tần Tần số (GHz)
L 1.53
71.1
÷

00.3100.27
÷

Milimet
27550.35
÷

Với tần số thấp thì anten phát trên vệ tinh và anten thu trên
mặt đất phải có kích thước lớn, sẽ tốn kém khó khai thác. Dải tần 0.7
GHz dễ bò nhiễu tín hiệu khác trên mặt đất như băng UHF.
Dải tần GHz được sử dụng nhiệu cho thông tin
mặt đất, đặc biệt là các tuyến viba. Việc sử dụng dải tần này đặc biệt
quan trọng đối với các nước vùng nhiệt đới, vì độ suy giảm do mưa.
2.45.2 ÷
Dải tần 12 GHz hiện nay đang được sử dụng cho các tuyến viba trên
mặt đất còn ít, do đó ít bò nhiễu nếu sử dụng dải tần này cho truyền hình vệ tinh.
Với dải tần 12 GHz cho phép đạt chùm sóng rất hẹp từ anten
phát và anten thu có kích thước nhỏ.
2. Ưu và khuyết điểm của quỹ đạo đòa tónh.

Đối với quỹ đạo đòa tónh, khi độ nghiêng và độ lệch tâm của
quỹ đạo bằng không, nghóa là quỹ đạo tròn, thì vệ tinh cố đònh đối với
một điểm xác đònh trước trên mặt đất. Trong thực tế, độ nghiêng và độ
lệch tâm hiếm khi bằng không. Vì vậy, vệ tinh mỗi ngày lệch một ít so
với trái đất.
Quỹ đạo đòa tónh có nhiều ưu điểm, do đó quỹ đạo này được sử
dụng rộng rãi trong truyền thông. Một vệ tinh mà xuất hiện cố đònh so
với tất cả các trạm mặt đất trong tầng đối lưu, sẽ giảm đến mức tối
thiểu các yêu cầu, chọn lựa cho thiết bò đầu cuối, và các thông số
truyền dẫn như tổn hao đường truyền là bất biến. Hơn nữa, vùng thu tín

bản thân nó lại thường thay đổi. Vì vậy, khi chọn lựa tham số các trạm
VSAT cần tính đến hệ số dự phòng để duy trì mức tín hiệu luôn luôn
trong giới hạn cho phép với một dải thay đổi rộng các điều kiện khí
hậu, đặc biệt là khi có mưa lớn.
Mục đích chính của việc thiết kế mạng mặt đất thông tin vệ tinh là
tính toán, lựa chọn trạm VSAT có kích cỡ tối thiểu, yêu cầu tài nguyên
băng thông, công suất nhỏ nhất nhưng vẫn đáp ứng chất lượng tín hiệu
truyền đòi hỏi. Cấu hình trạm mặt đất cần chọn chủ yếu là các tham số:
- Loại anten (đường kính, hiệu suất, hệ số phẩm chất, nhiệt độ tạp
âm).
- Công suất máy phát.
- Kiểu modem.
Các tham số sử dụng trong tính toán thiết kế có thể phân chia
theo thành phần hệ thống liên quan như:
- Trạm mặt đất.
- Vệ tinh.
- Kênh thông tin.
Trạm mặt đất:
+ Vò trí đòa lý của trạm: cho biết các thông số như suy hao do mưa,
góc nhìn vệ tinh, mức công suất phát xạ đẳng hướng tương đương
(EIRP), hệ số phẩm chất(G/T) của anten vệ tinh theo hướng trạm và
suy hao đường truyền giữa trạm mặt đất – vệ tinh.
+ Công suất phát xạ, hệ số khuếch đại và hệ số phẩm chất G/T của
anten trạm.
+ Nhiệt độ tạp âm hệ thống: liên quan tới độ nhạy và tỷ số G/T.
+ nh hưởng của tạp âm điều chế bên trong tới tỷ số tín hiệu/tạp âm.
+ Các đặc điểm của thiết bò (suy hao cáp tín hiệu, phân cách phân cực
anten, đặc tính bộ lọc, ) để biết hệ số dự trữ kết nối.
Vệ tinh:
+ Vò trí của vệ tinh trên quỹ đạo: cho biết vùng phủ sóng và góc nhìn