ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
  

Nguyễn Thị Thảo NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT BỘ DAO ĐỘNG NỘI CHO MÁY THU TÍN HIỆU
TRUYỀN HÌNH QUẢNG BÁ QUA VỆ TINH VINASAT - 1 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS Bùi Trung Hiếu Hà Nội – 2011
MỤC LỤC
Lời mở đầu……………………………………………………… ………………… 1
Chương 1: Giới thiệu……………………………………………… ……………… 3
1.1. Khái quát hệ thống truyền hình vệ tinh, máy thu vệ tinh………… ………….3
1.1.1. Hệ thống truyền hình vệ tinh……………………………….…………….3
1.1.2. Máy thu truyền hình vệ tinh………………………………… ………… 8
1.2. Đối tượng và mục đích đề tài………………………………………… ……….10
1.3. Cấu trúc luận văn……………………………………………………… …… 11
Chương 2: Một số mô hình bộ dao động nội trong máy thu truyền hình vệ tinh 12
2.1. Bộ dao động nội trong máy thu truyền hình vệ tinh……… ……………… 12
2.1.1. Các vấn đề chung về tạo dao động………………….………………… 12
2.1.2. Bộ dao động trong máy thu truyền hình……………………………… 14
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Truyền dẫn tín hiệu trong hệ thống DBS…………… …………………… 4
Hình 1.2: Một vệ tinh GEO điển hình được triển khai cho các dịch vụ DBS……… 6
Hình 1.3: Cấu trúc bộ chuyển tiếp sóng mang RF trên vệ tinh GEO………………… 6
Hình 1.4: Một anten thu điển hình và bộ thu giải mã tích hợp (IRD: Integrated Receiver
Decoder) tại nhà khách hàng…………………………………………………….…… 7
Hình 1.5. Sơ đồ khối đầu cuối thu DBS TV/FM……………………………………….8
Hình 2.1: Sơ đồ tổng quát của mạch dao động…………………………………… …12
Hình 2.2: Mạch cộng hưởng LC cơ bản với các dạng sóng cho dòng điện ban đầu xác
định……………………………………………………………………………………15
Hình 2.3: Biến đổi điện trở nối tiếp thành song song………………………….…… 18
Hình 2.4: Tách bộ dao động để xác định tỉ lệ khởi động……………………….…… 19
Hình 2.5: Các phần tử là nguồn nhiễu trong bộ dao động LC………………….…… 20
Hình 2.6: Phác họa lý tưởng hóa của các vùng nhiễu pha thường có trong hầu hết các
bộ dao động tích hợp, loại trừ nhiễu biên độ………………………………………….21
Hình 2.7: Sơ đồ của bộ dao động cặp ghép chéo (a) và bộ dao động Colpitts (b)… 23
Hình 2.8: Sơ đồ và mạch tương đương của bộ dao động tụ điện nối chéo……………25
Hình 2.9: Sự phụ thuộc của pha thay đổi dựa trên thời điểm đưa vào của xung dòng
điện…………………………………………………………………………………….28
Hình 2.10: Phác họa của một liên kết cầu phương lý tưởng dựa trên một bộ truyền động
xung dòng điện được dịch pha 90
o
bắt nguồn từ đỉnh của điện áp lối vào……………29
Hình 2.11: Mô tả nhiễu lấy trung bình như một hàm của cường độ liên kết………….31
Hình 2.12: Sơ đồ tóm tắt của một liên kết cầu phương lý tưởng dựa trên các loạt xung

Hình 3.11: Đường cong C-V của một điốt biến dung có kích thước tối
thiểu
(120 60 )
nm

…………………………… ……………………………………….58
Hình 3.12: Sơ đồ thể hiện kết nối điốt điện dung…………………………………….59
Hình 3.13: Sơ đồ thể hiện kết nối điện dung thay thế…………………………………59
Hình 3.14: Sơ đồ mạch Colpitts lấy tín hiệu I từ bộ cộng hưởng…………………… 62
Hình 3.15: Sơ đồ mạch Colpitts lấy tín hiệu Q từ bộ cộng hưởng ………………… 62
Hình 3.16: Sơ đồ của nguồn chung 3 tầng không đối xứng/bộ đệm đảo…………… 63
Hình 3.17: Tín hiệu 4 đầu ra của bộ dao động ở tần số 11.7GHz………………… …65
DANH MỤC BẢNG
Bảng 3.1: So sánh các cấu trúc liên kết khác nhau của bộ dao động [1]…………… 63
Bảng 3.2: Điện dung được tính cho mỗi bộ phát đáp băng – Ku của Vinasat – 1…….64

ODU Out Door Unit Khối ngoài trời
PLL Phase Locked Loop Vòng khóa pha
PSD Power Spectral Density Mật độ phổ công suất
QPSK Quadrature Phase Shift Keying Khóa dịch pha cầu phương
RHC Right-Hand Circular Phân cực tròn phải
SFD Saturated Flux Density Mật độ thông lượng bão hòa
S/N Signal/noise Tín hiệu/ nhiễu
SSB Single-Sideband Dải đơn biên
TWT Travelling Wave Tube Bộ khuếch đại đèn sóng chạy
UHF Ultra High Frequency Tần số siêu cao
VCO Voltage-Controlled Oscillator Bộ dao động điều khiển bằng điện áp
VHF Very High Frequency Tần số rất cao
W/L Width/Length Độ rộng/Độ dài Luận văn thạc sỹ khoa học Nguyễn Thị Thảo
1
Trường ĐH Khoa học Tự nhiên Khoa Vật lý

Lời mở đầu
Năm 2008 nước ta đã có vệ tinh riêng VINASAT-1. Đây là vệ tinh viễn thông
nhưng các dịch vụ quảng bá được cung cấp khá nhiều đặc biệt là dịch vụ truyền hình
vệ tinh. Đối với máy thu vệ tinh nói chung và máy thu truyền hình quảng bá nói riêng
thì viêc tạo sóng mang sử dụng cho quá trình trộn tần đóng vai trò hết sức quan trọng
trong việc quyết định chất lượng máy thu.
Mặc dù chất lượng hình ảnh từ bộ thu tín hiệu truyền hình vệ tinh hiện nay là
khá tốt nhưng giá thiết bị tương đối đắt. Hơn nữa khối tạp âm thấp (LNB) và bộ giải
mã thường được tách ra thành hai phần quen thuộc là khối ngoài trời (ODU) và khối
trong nhà (IDU). Hai thành phần này được nối với nhau bằng cáp có tổn hao. Cáp
thường dùng để cấp điện một chiều cho LNB, đòi hỏi phải có thêm đường dây cấp điện
Luận văn thạc sỹ khoa học Nguyễn Thị Thảo
3
Trường ĐH Khoa học Tự nhiên Khoa Vật lý

Chương 1: Giới thiệu
1.1. Khái quát hệ thống truyền hình vệ tinh, máy thu vệ tinh
1.1.1. Hệ thống truyền hình vệ tinh
Thông tin vệ tinh đã trở thành một phương tiện truyền thông rất phong phú và
đa dạng. Thể hiện từ các hệ thống thông tin vệ tinh toàn cầu kết nối số liệu và lưu
lượng thoại lớn cho đến các vệ tinh quảng bá cho các chương trình truyền hình.
Trước đây, khi chưa có truyền hình vệ tinh, để xem các sự kiện lớn trên khắp thế
giới khán giả truyền hình phải chờ chuyển băng hình theo đường hàng không đến chậm
cả tuần. Ngày nay, với truyền hình vệ tinh chúng ta có thể xem ngay khi sự kiện đang

Hình 1.1: Truyền dẫn tín hiệu trong hệ thống DBS.

Nhìn chung, nội dung thông tin nhận bởi thiết bị đường lên không bị thay đổi.
Tuy nhiên, thiết bị đường lên không cung cấp một số chức năng quan trọng. Những
chức năng này bao gồm sự điều chỉnh và tái đồng bộ của tín hiệu đến. Trong trường
hợp nội dung được ghi lại trước, điều này cũng liên quan đến việc kiểm soát chất lượng
và các chức năng phát lại. Nội dung chương trình cũng được sao chép từ các băng chủ
Luận văn thạc sỹ khoa học Nguyễn Thị Thảo
5
Trường ĐH Khoa học Tự nhiên Khoa Vật lý

và được lưu trữ trên các máy chủ video phát sóng trên kênh vệ tinh phù hợp theo lịch
trình/hướng dẫn chương trình điện tử (EPG: Electronic Program Guide). Truy cập có
điều kiện tạo nên một phần rất quan trọng của mô hình kinh doanh dịch vụ DBS và các
nhà cung cấp dịch vụ DBS cần phải làm thế nào đó để khách hàng sử dụng và trả tiền
cho dịch vụ này.
Thiết bị phát sóng cũng cung cấp các chức năng xử lý tín hiệu quan trọng như
nén nội dung video và audio. Nội dung chương trình thường được nén (từ khoảng 270
Mb/s) thành khoảng 1

10 Mb/s trước khi truyền. Điều này giúp tăng cao số lượng các
kênh trên một băng thông nhất định. MPEG là chuẩn mã hóa phổ biến nhất được sử
dụng trong khi khóa dịch pha cầu phương (QPSK: Quadrature Phase Shift Keying) là
sơ đồ điều chế phổ biến nhất được sử dụng bởi dịch vụ DBS.
Các vệ tinh quảng bá GEO: Việc quảng bá tín hiệu từ đường lên DBS được thực hiện
bởi bộ phát đáp RF thích hợp (một phần của bộ chuyển tiếp dịch tần số) trên vệ tinh.
Hầu hết các vệ tinh viễn thông chỉ đơn giản là các trạm chuyển tiếp vô tuyến với nhiều
bộ phát đáp ở trên vệ tinh. Mỗi bộ phát đáp có băng thông vài chục MHz.
Hoạt động đặc trưng của một bộ phát đáp thường được xem như bộ chuyển tiếp vô
tuyến bởi vì thực tế các tín hiệu đường lên thường được khuếch đại và dịch tới một tần

này bao gồm một anten thu có mặt phản xạ hình parabol được sử dụng để phản xạ tín
hiệu vệ tinh tới loa thu. Tiếp theo loa thu được đặt tại tiêu điểm của anten và nằm phía
trước của ống dẫn sóng được sử dụng để đưa tín hiệu thu tới bộ khuếch đại tạp âm nhỏ
và đổi tần (LNB). Tại đó tín hiệu được chuyển đổi xuống IF, băng L: (950

1450)
MHz.

Hình 1.4: Một anten thu điển hình và bộ thu giải mã tích hợp (IRD: Integrated Receiver
Decoder) tại nhà khách hàng.

LNB nhận điện áp DC cấp qua cáp đồng trục, cáp được sử dụng để cung cấp tín
hiệu trung tần cho bộ thu giải mã tích hợp (IRD: Integrated Receiver Decoder). Bộ IRD
bao gồm các thành phần chức năng quan trọng cần thiết cho dịch vụ DBS. Đó là bộ
Luận văn thạc sỹ khoa học Nguyễn Thị Thảo
8
Trường ĐH Khoa học Tự nhiên Khoa Vật lý

giải điều chế QPSK, bộ tái tạo tín hiệu truyền hình, bộ chọn kênh IF, bộ giải mã FEC,
bộ phân kênh dòng, bộ giải mã (để truy cập có điều kiện), và bộ giải mã MPEG
(video/audio).
Theo quy định, truyền hình quảng bá trực tiếp đến máy thu TV gia đình được thực
hiện trong băng tần Ku (12 GHz). Dịch vụ này được gọi là dịch vụ vệ tinh quảng bá
trực tiếp DBS. Tùy thuộc vào vùng địa lý ấn định băng tần có thể thay đổi.

1.1.2. Máy thu truyền hình vệ tinh
Hình 1.5 cho thấy các khối chính trong một hệ thống thu DBS của đầu thu người
dùng. Tất nhiên cấu trúc này sẽ thay đổi trong các hệ thống khác nhau, nhưng sơ đồ
này sẽ cung cấp các khái niệm cơ sở về máy thu truyền hình tương tự (FM). Hiện nay
truyền hình số trực tiếp đến gia đình đang dần thay thế các hệ thống tương tự, nhưng

Khối trong nhà cho TV tương tự
Tín hiệu cấp cho khối trong nhà thường có băng tần từ 950 đến 1450 MHz.
Trước hết nó được khuếch đại rồi chuyển đến bộ lọc bám để chọn kênh cần thiết (hình
1.5). Như đã nói, đan xen phân cực được sử dụng vì thế khi thiết lập một bộ lọc phân
Luận văn thạc sỹ khoa học Nguyễn Thị Thảo
10
Trường ĐH Khoa học Tự nhiên Khoa Vật lý

cực ta chỉ có thể thu được một nửa số kênh. Điều này giảm nhẹ hoạt động của bộ lọc
bám vì bây giờ các kênh đan xen được đặt cách xa nhau hơn.
Sau đó kênh đã chọn được biến đổi hạ tần: Thường từ dải 950 MHz vào 70
MHz, tuy nhiên cũng có thể chọn các tần số trong dải VHF. Bộ khuếch đại 70 MHz
khuếch đại tín hiệu đến mức cần thiết cho giải điều chế. Sự khác biệt chính giữa DBS
và TV thông thường ở chỗ DBS sử dụng điều tần còn TV thông thường sử dụng điều
biên (AM) ở dạng đơn biên có nén (VSSB: Vestigal Single Sideband). Vì thế cần giải
điều chế FM sóng mang 70 MHz và sau đó điều chế AM để tạo ra tín hiệu VSSB trước
khi cung cấp cho các kênh VHF/UHF của máy thu TV tiêu chuẩn.
Máy thu DBS còn cung cấp nhiều chức năng không được thể hiện trên hình 1.5.
Chẳng hạn các tín hiệu Video và Audio sau giải điều chế ở đầu ra V/A có thể cung cấp
trực tiếp cho các đầu V/A của máy thu hình. Ngoài ra để giảm nhiễu người ta còn bổ
sung vào sóng mang vệ tinh một dạng phân tán năng lượng và máy thu DBS có nhiệm
vụ loại bỏ tín hiệu này. Các đầu cuối cũng có thể được trang bị các bộ lọc IF để giảm
nhiễu từ các mạng truyền hình mặt đất, ngoài ra có thể phải sử dụng bộ giải ngẫu nhiên
hóa (giải mã) để thu một số chương trình.

1.2. Đối tượng và mục đích đề tài
Đối với máy thu vệ tinh nói chung và máy thu truyền hình quảng bá nói riêng thì
việc tạo sóng mang sử dụng cho quá trình trộn tần đóng vai trò hết sức quan trọng
trong việc quyết định chất lượng máy thu.
Các bộ dao động hoạt động ở dải tần số siêu cao (băng Ku) thường gặp nhiều vấn

Luận văn thạc sỹ khoa học Nguyễn Thị Thảo
12
Trường ĐH Khoa học Tự nhiên Khoa Vật lý

Chương 2: Một số mô hình bộ dao động nội trong máy thu truyền hình vệ tinh
2.1. Bộ dao động nội trong máy thu truyền hình vệ tinh
2.1.1. Các vấn đề chung về tạo dao động
Các mạch tạo dao động sử dụng trong hệ thống thông tin có dải tần hoạt động
tới hàng chục GHz. Để tạo dao động có thể sử dụng các phần tử tích cực như trasistor,
các bộ khuếch đại thuật toán, diode tunel… Các bộ dao động dùng khuếch đại thuật
toán khi tần số yêu cầu thấp và trung bình, khi tần số yêu cầu cao transistor, đặc biệt
các transistor trường (JFET, MOSFET), được sử dụng.
Có thể tạo dao động điều hòa bằng mạch khuếch đại có hồi tiếp dương hoặc bằng
mạch tích hợp.
Xét mạch khuếch đại có hồi tiếp dương (hình 2.1):

Hình 2.1: Sơ đồ tổng quát của mạch dao động.

Giả sử, khối khuếch đại (A) có hệ số khuếch đại:
.
k
j
K K e


. 1
ht
K K

biên độ dao động tăng; khi
. 1
ht
K K

biên độ dao động ổn định,
'
v r
X X

, nghĩa là lúc đó ta có thể nối điểm a và a
’
và tín hiệu lấy ra từ mạch hồi tiếp
được đưa trở lại đầu vào (mạch điện không có tín hiệu vào mà có tín hiệu ra).
Vậy điều kiện để mạch dao động ổn định là:
Luận văn thạc sỹ khoa học Nguyễn Thị Thảo
13
Trường ĐH Khoa học Tự nhiên Khoa Vật lý '
. 1
r v ht
X X K K
  


n
   




  


Với
0, 1, 2,
n
  
: Tổng dịch pha của bộ khuếch đại và của mạch hồi tiếp, biểu thị sự dịch pha
giữa X
r
’
và X
v
.
Biểu thức (1): Điều kiện cân bằng biên độ, cho biết mạch chỉ có thể tạo ra dao
động có biên độ ổn định khi hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại bù được hoàn toàn tổn
hao do mạch hồi tiếp gây ra.
Biểu thức (2): Điều kiện cân bằng pha, cho thấy dao động chỉ có thể phát sinh khi
tín hiệu hồi tiếp về đồng pha với tín hiệu vào.
Về mặt vật lý, hệ tự dao động khi phần tử khuếch đại K bù đủ năng lượng tổn
hao trong vòng hồi tiếp (điều kiện cân bằng biên độ) và bù pha (điều kiện cân bằng

2.1.2. Bộ dao động trong máy thu truyền hình
Bộ dao động là khối xây dựng cơ bản cho máy phát và máy thu thông tin. Mục
đích của bộ dao động là cung cấp sóng mang cho quá trình xử lý ở máy phát và máy
thu. Bộ dao động với tần số cố định thường được sử dụng như bộ dao động chuẩn gốc,
trong khi đó bộ dao động khả chỉnh là một phần của bộ tổng hợp tần số để điều khiển
bộ trộn.
Bộ dao động có thể được chia thành các loại khác nhau, dạng sin và không sin,
hoặc khả chỉnh và không khả chỉnh. Các bộ dao động dạng sin thường sử dụng các
mạch lọc tần RC, LC và tinh thể. Các bộ dao động không phải dạng sin thường sử dụng
hồi tiếp phi tuyến như bộ dao động tích thoát và bộ dao động vòng. Các bộ dao động
Luận văn thạc sỹ khoa học Nguyễn Thị Thảo
15
Trường ĐH Khoa học Tự nhiên Khoa Vật lý

khả chỉnh chủ yếu sử dụng mạch cộng hưởng với các điốt điện dung điều khiển điện
áp.
Về cơ bản có hai loại bộ dao động, bộ dao động RC, như các bộ dao động vòng, và
bộ dao động LC (các tinh thể trong thực tế được coi như bộ cộng hưởng LC). Vì bộ
dao động RC có tần số thấp, kém ổn định nên không được đề cập trong luận văn.
Mạch cộng hưởng LC làm việc theo nguyên lý được minh họa trong hình 2.2.

sin( )
Isin( )
o u
o i
u U t
i t
 
 
 

2
Cu
) thành năng lượng dòng trong
cuộn dây (
2
1
2
Li
) và ngược lại, với điện áp và dòng điện có dạng hình sin vuông pha
với nhau và tỉ số biên độ điện áp và dòng điện là
0 0
/ /
V I L C
 . Bằng cách cung cấp
dòng điện hoặc điện áp, các mạch điện có thể hoạt động ở một tần số được điều khiển
một cách chính xác bằng cách điều chỉnh giá trị các thành phần của mạch cộng hưởng.

2.2. Các tham số đặc trưng
2.2.1. Ổn định biên độ dao động và tần số dao động
2.2.1.1. Ổn định biên độ dao động
Khi mới đóng mạch, nếu điều kiện cân bằng pha được thỏa mãn tại một tần số
nào đó, đồng thời KK
ht
>1 thì mạch phát sinh dao động ở tần số đó. Ta nói mạch ở trạng
thái quá độ. Ở trạng thái xác lập, biên độ dao động không đổi ứng với KK
ht
=1.
Để đảm bảo biên độ ở trạng thái xác lập, có thể thực hiện các biện pháp sau đây:
- Hạn chế biên độ điện áp ra bằng cách chọn trị số điện áp nguồn cung cấp một chiều
thích hợp.