Mẫu bức xạ Ăng ten Rec 580

Thể lệ và các tiêu chuẩn
Các vệ tinh địa tĩnh có khoảng cách tới bề mặt trái đất khoảng 35785 km, di chuyển với vận tốc 3.07 km/s và nằm song song với đường xích đạo của trái đất, có cùng chiều quay với trái đất.

Thực tế, tại một số khu vực như Bắc Mỹ trước đây, tiêu chuẩn khoảng cách giữa hai vệ tinh lân cận có thể hoạt động là 20 với yêu cầu các Đài Trái đất được giới hạn phát mức công suất phát EIRP ở một giá trị nhất định. Ăng ten của Đài Trái đất phải tập chung hướng chính xác tới vệ tinh mong muốn để tránh nhiễu tới các vệ tinh lân cận. Điều này dễ dàng hơn đối với các Đài Trái đất cố định khi sử dụng kỹ thuật pointing nhưng đối với Đài Di động sẽ phức tạp và nhiều thách thức hơn. Hơn nữa, độ khuyếch đại (độ lợi) Ăng ten ngoài hướng chính (góc lệch trục) phải nhỏ để hạn chế việc gây can nhiễu cho vệ tinh xung quanh. Đường bao của độ lợi Ăng ten góc lệch trục sẽ vẽ lên giản đồ bức xạ của Ăng ten. Giản đồ bức xạ này hết sức quan trọng, ảnh hưởng lớn đến chất lượng của hệ thống mạng vệ tinh và khả năng gây can nhiễu cho vệ tinh xung quanh. Vì vậy, cần phải kiểm tra giản đồ bức xạ của Ăng ten để đảm bảo không có búp sóng phụ nào có công suất phát vượt ngưỡng giới hạn cho phép. ITU đã nghiên cứu và xây dựng một số các Khuyến nghị về giản đồ bức xạ Ăng ten trong đó giản đồ bức xạ Ăng ten REC 580 có vị trí quan trọng đối với hệ thống mạng vệ tinh.
Ngày nay, Các vệ tinh địa tĩnh hoạt động ở vị trí quỹ đạo gần nhau hơn, thậm chí lên tới 1.5 độ. Do đó, khi nghiên cứu sản xuất Ăng ten đều phải tuân theo những yêu cầu về tiêu chuẩn kỹ thuật chặt chẽ cho cả Đài thu và phát.

Các qui định đối với các Đài Trái đất
Các qui định đối với các Đài Trái đất cố định và di động được quản lý bởi ba mức quản lý:

Liên minh Viễn thông quốc tế (ITU): Đây là tổ chức quốc tế, là cơ quan đặc biệt của Liên hiệp quốc có nhiệm vụ xây dựng các qui định, nghị quyết và khuyến nghị đối với lĩnh vực vô tuyến nói chung và đối với các Đài phát trái đất sử dụng trong hệ thống vệ tinh địa tĩnh nói riêng, được áp dụng trên toàn thế giới.
Các tổ chức quản lý khu vực: Viện Tiêu chuẩn viễn thông châu Âu ETSI, Ủy ban Truyền thông liên bang FCC cho khu vực Bắc Mỹ, Anatel cho Brazil và một vài quốc gia khác, Tổ chức Viễn thông khu vực châu Á Thái Bình Dương ATP. Những tổ chức này thiết lập các quy định riêng cho các nước thành viên dựa trên các khuyến nghị của ITU.
Các nhà khai thác vệ tinh: Quan tâm chủ yếu đến mức giới hạn công suất EIRP, phân biệt phân cực chéo XPD, mật độ thông lượng công suất PFD để tránh gây nhiễu tới các vệ tinh lân cận, không làm giảm chất lượng dịch vụ và ảnh hưởng tới lợi nhuận kinh doanh.

Có hai loại giới hạn mặt nạ được ITU và các tổ chức quản lý khu vực quan tâm, đó là:

1.     Giới hạn mật độ phổ EIRP;

2.     Giới hạn độ lợi (Gain) góc lệch trục của Ăng ten Đài Trái đất theo Khuyến nghị của ITU (Đặc biệt Khuyến nghị ITU–R S.580, viết tắt là REC 580) và FCC-25.209.
Những quy định này được áp dụng để các nhà sản xuất Ăng ten vệ tinh thiết kế theo tiêu chuẩn kỹ thuật; các nhà khai thác sử dụng Ăng ten kiểm tra trước khi đưa vào sử dụng; các cơ quan quản lý cấp phép sử dụng.

Khuyến nghị ITU-R S.580-6
Đây là Khuyến nghị của ITU đối với giản đồ bức xạ sử dụng để thiết kế Ăng ten của Đài Trái đất hoạt động trong hệ thống vệ tinh địa tĩnh.
Theo Khuyến nghị, một Ăng ten mới của Đài Trái đất hoạt động trong hệ thống vệ tinh địa tĩnh phải được thiết kế sao cho đo độ lợi G đạt được ít nhất 90% đỉnh của các búp sóng phụ không được vượt quá giới hạn: G = 29 – 25 logφ. Trong đó: G là độ lợi tương đối với Ăng ten đẳng hướng và φ là góc lệch trục chính trong hướng của vệ tinh địa tĩnh hướng thẳng tới vệ tinh.
Yêu cầu này phải được đáp ứng với góc φ trong khoảng 10 (hoặc 100λ/D tùy theo giá trị nào lớn hơn) và 200 đối với mọi hướng trục chính nằm trong phạm vi +/-30 của vệ tinh địa tĩnh.
Nếu góc trục chính φ vượt quá giới hạn trên thì sử dụng ITU-R S.465 để vẽ mặt nạ giới hạn bắt buộc cho độ lợi (Gain) của Ăng ten có giá trị: G = 32 – 25 logφ

Bảng so sánh về độ lợi (Gain)

Dựa trên Khuyến nghị ITU-R S.580-6, các nhà sản xuất, các nhà khai thác vệ tinh hay các tổ chức cá nhân sử dụng Đài Trái đất thuộc hệ thống vệ tinh địa tĩnh kiểm tra yêu cầu kỹ thuật về giản đồ bức xạ của một Ăng ten Đài Trái đất thông qua công tác kiểm tra kỹ thuật hoặc nghiệm thu thiết bị trước khi đưa vào sử dụng theo khuyến nghị của ITU.Với sự khác nhau (Delta G) rất lớn giữa độ lợi theo hướng chính (Gmax) và độ lợi góc lệch trục cho thấy tầm quan trọng của mẫu bức xạ Ăng ten và ảnh hưởng can nhiễu đối với các mạng vệ tinh xung quanh sẽ như thế nào. Từ bảng trên cũng cho thấy nếu sử dụng mẫu bức xạ Ăng ten REC 580 thì hai vệ tinh sử dụng băng tần C chỉ cần cách nhau 1.86 độ, sử dụng băng tần Ku thì chỉ cần cách nhau 1.73 độ là có thể hoạt động được bình thường. Đây là vấn đề mấu chốt trong kỹ thuật phối hợp vệ tinh và có ý nghĩa quyết định trong việc lập dự án phóng vệ tinh, trong việc nhận dạng và đánh giá tính khả thi của dự án liên quan tới việc hoàn thành phối hợp tần số quỹ đạo vệ tinh.

Việc cải thiện mẫu bức xạ Ăng ten gặp rất nhiều khó khăn. Mẫu bức xạ REC 580 được đưa ra từ năm 1982, cho đến năm 2003 mới cải tiến đến phiên bản 6: REC 580-6; cải thiện được 3dB của độ lợi anten góc lệch trục từ G = 32 – 25 logφ xuống G = 29 – 25 logφ.

Cho tới nay, đã 15 năm trôi qua, Khuyến nghị này vẫn chưa cải thiện được thêm mà vẫn tiếp tục được áp dụng và thực hiện trong các cuộc phối hợp tần số quỹ đạo vệ tinh hiện tại.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
Khuyến nghị  ITU-R S.580-6 và ITU-R S.465-5