Giáo trình Kỹ thuật truyền thanh - Chương II: Sóng mang tin. Môi trường và đường truyền sóng

ở 183GHz, do Oxy ở 60GHz và 119GHz.
- Công dụng: Radar, liên lạc qua vệ tinh, thí nghiệm.
9. Dải từ (103 ¸ 107)GHz:
- Định danh: dải tia hồng ngoại, ánh sáng nhìn được và tia tử ngoại.
- Đặc tính truyền: truyền theo đường nhìn thấy (H. II-3).
- Công dụng: Thông tin quang.
Đường truyền sóng
dp
dt
hp
ht
R
Quả đất
	H. II-3
hp, ht: chiều cao của Anten phát và thu sóng truyền theo đường nhìn thấy.
II. Môi trường truyền tin hữu tuyến:
Tín hiệu hay sóng mang tin có thể truyền qua dây dẫn điện, sóng có tần số trong dải hồng ngoại, ánh sáng nhìn thấy hay tia tử ngoại có thể truyền và phản xạ trong môi trường trong suốt có hướng dẫn. Do vậy, một số môi trường hữu tuyến cần được giới thiệu.
1. Đôi dây dẫn điện xoắn:
Là loại dây dẫn làm dây điện thoại dẫn vào các hộ thuê bao điện thoại mọi người đều rất quen thuộc. Tuy vậy, loại dây dẫn này còn có công dụng khác, là loại dây có từng đôi dây, có vỏ cách điện được xoắn lại với nhau, mỗi dây có dây dẫn điện nhiều sợi dây đồng nhỏ xe lại với nhau, nhiều đôi được bó lại thành cáp (H. II-4).
Đặc tính truyền và công dụng: Truyền được tín hiệu tương tự có tần số điện 250KHz với cự ly từ (5 ¸ 6)Km, nếu xa hơn phải có mạch khuếch đại tăng tín hiệu. Dùng cáp nhiều đôi sẽ có hiện tượng xuyên âm nếu thiếu vỏ bọc giáp cho mỗi đôi. Được dùng làm đường dây điện thoại thuê bao, dây điện thoại nối đến tổng đài chuyển mạch nội bộ, dây liên lạc giữa các cơ sở trong cùng một cơ quan, có thể truyền tín hiệu số với tốc độ tối đa 100Kb/s với bộ lặp cách nhau từ (2 ¸ 3)Km.
	H. II-4
2. Cáp đồng trục:
Là loại dây cáp có đường dây dẫn điện ở giữa và ngoài vỏ đồng trục nhau như nối từ ngõ vào RF của đầu máy video với jack cắm anten của máy vô tuyến thu hình mà mọi người đều thấy. Cáp gồm có dây dẫn điện, trong cùng bằng dây đồng bền có ống cách điện hay khoanh cách điện đặt cách khoảng đều nhau. Lớp vỏ bọc bằng dây đồng bện quấn đan nhau tạo thành dây dẫn thứ hai bọc quanh dây dẫn thứ nhất. Ngoài cùng còn có lớp vỏ cách điện (H. II-5).
vỏ bọc giáp
Đặc tính truyền và công dụng: Có nhiều loại có tổng trở, đặc tính khác nhau. Dùng làm cáp truyền được tín hiệu tương tự có tần số 400MHz với cự ly vài Km. Muốn truyền xa hơn cần có mạch khuếch đại tăng cường tín hiệu đặt cách nhau vài Km. Cáp truyền được tín hiệu số với tốc độ cao nhất là 800Mb/s với bộ lặp tín hiệu cách nhau 1Km.
dây 
đồng 
bện
vỏ cách điện
Cáp đồng trục
ống cách điện
	H. II-5
Công dụng của cáp: làm cáp phân phối tín hiệu truyền hình, cáp trung kế (giữa các tổng đài chuyển mạch điện thoại), cáp điện thoại liên tỉnh (sau này được thay bằng sợi quang).
3. Sợi quang:
Sợi quang có đường kính từ (2 ¸ 125)mm, có thể uốn cong được. Có thể chế tạo bằng thủy tinh silic cực thuần. Sợi thủy tinh khó chế tạo, thường được thay bằng thủy tinh nhiều thành phần có giá thành thấp hơn mà vẫn đạt yêu cầu. Sợi nhựa dẻo giá thành thấp hơn có thể truyền ở cự ly ngắn. Sợi gồm có ruột là môi trường truyền ánh sáng có chiết suất cao hơn lớp vỏ bằng thủy tinh hay nhựa dẻo, ngoài cùng có lớp vỏ bọc bảo vệ bằng sợi bọc nhựa dẻo không bị ẩm ướt, mài mòn, va chạm và các nguy cơ hư hỏng khác. Nhiều sợi được bó lại thành cáp.
Đặc tính truyền và công dụng: có ba cách truyền ánh sáng trong sợi thủy tinh theo cấu tạo:
+ Nếu đường kính có sợi lớn, chiết suất phần ruột đồng đều cao hơn lớp vỏ bọc, nếu góc tới của tia sáng khi đến đầu sợi, tia sáng sẽ vào sợi, nếu góc tới tại một tiếp giáp giữa sợi với vỏ bọc lớn hơn góc tới hạn phụ thuộc vào chiết suất của sợi với vỏ bọc thì tia sẽ được phản chiếu toàn phần nhiều lần khi truyền dọc theo sợi có nhiều tia truyền, do vậy ở đầu nhận tin các tia không đồng pha nhau khiến tốc độ truyền bị hạn chế (H. II-6).
+ Nếu đường kính sợi thật nhỏ, chiết suất sợi đồng đều thì chỉ có một tia được truyền qua sợi (H. II-7).
+ Nếu chiết suất trong sợi không đồng đều, có chiết suất cao nhất tại trục sợi, giảm dần khi ra ngoài vỏ, tia sáng không được phản xạ toàn phần tại một tiếp giáp giữa ruột và vỏ bọc mà phản xạ toàn phần ngay trong sợi (H. II-8).
Sau đây là hình vẽ cấu tạo sợi quang và cách truyền tia sáng trong mỗi loại sợi.
cách truyền
nhiều tia
trong ruột
đường kính
lớn
lớp bảo vệ
vỏ bọc
ruột
	H. II-6
vỏ
cách truyền
một tia
trong ruột
đường kính
nhỏ
cách truyền
nhiều tia
trong ruột chiết suất
giảm từ 
trong ra ngoài
vỏ
	H. II-7
ruột
	H. II-8
Sợi quang truyền tia sáng có tần số từ (1014 ¸ 1017)Hz hay (105 ¸ 108)GHz, từ tia nhìn được đến tia hồng ngoại. Muốn truyền tin, tín hiệu phải được chuyển đổi thành tín hiệu số, đổi ra tín hiệu ánh sáng rời rạc bằng nguồn phát tia sáng như diode phát quang (LED), laser bán dẫn. Khi thu được, tín hiệu ánh sáng được diode quang điện đổi ra tín hiệu điện rời rạc, sau đó chuyển đổi thành tín hiệu nguyên thủy (tín hiệu gốc). Tốc độ truyền 2Gb/s.
Công dụng: đường dây trung kế cự ly xa và nội hạt, mạng liên lạc cục bộ.
III. Môi trường vô tuyến:
Khí quyển quả đất và không gian là môi trường truyền sóng điện từ. Khí quyển quả đất có hai tầng ảnh hưởng đến sự truyền sóng là tầng đối lưu (cao hơn mặt đất vài chục Km) tán xạ sóng trong dải từ (40Mhz ¸ 40GHz) đã từng được sử dụng trong kỹ thuật truyền tin tropo (tầng đối lưu), ngày ngay không được sử dụng do sự phát triển của kỹ thuật truyền viba qua vệ tinh địa tĩnh. Tầng điện ly phản xạ trong dải từ (3 ¸ 30)MHz. Do vậy, sóng dải này có thể phủ một vùng rất lớn trên quả đất. Trái lại, tầng này không phản xạ sóng có tần số từ 30MHz trở lên, do vậy sóng truyền theo đường nhìn thấy, vùng phủ sóng bị hạn chế và phụ thuộc vào chiều cao của vị trí đặt anten thu và phát. Muốn truyền cự ly xa phải có trạm tiếp sóng, trạm lặp tín hiệu hay vệ tinh.
Tần số sóng xác định kích thước anten, tần số sóng càng cao, anten càng gọn nhẹ, dễ đặt trên thiết bị di chuyển, sóng phát ra càng có tính định hướng cao. Do vậy, muốn thiết lập đường thông tin từ một điểm đến một điểm khác thì sử dụng sóng có tần số từ dải UHF hay cao hơn. Tần số càng thấp, anten có kích thước càng lớn, sóng phát ra càng có tính định hướng thấp, không thuận lợi để liên lạc từ điểm đến điểm mà chỉ thuận lợi để phủ sóng vô tuyến truyền thanh hay truyền hình quáng bá cho nhiều người nghe và xem như các đài vô tuyến truyền thanh, vô tuyến truyền hình.
Sau khi nói qua về đặc tính truyền của môi trường vô tuyến và đặc tính của sóng, ta có thể nghiên cứu về các vùng phủ sóng và các đường truyền vô tuyến.
1. Sóng dài:
Ít bị suy giảm vào ban ngày lẫn ban đêm, được dùng phổ biến ở châu Âu để phủ sóng chương trình truyền thanh. Không được sử dụng ở châu Á do nhiễu khí quyển (sấm sét).
2. Sóng trung:
Sóng tần số từ (540 ¸ 1600)KHz gọi là dải vô tuyến truyền thanh điều biên (AM), ban đêm có thể truyền ở cự ly xa nhưng ban ngày cự ly bị giới hạn rất nhiều. Do vậy, để phủ sóng vô tuyến truyền thanh ở từng địa phương, các đài địa phương đều phủ sóng điều biên ở dải sóng trung.
3. Sóng ngắn:
Như trên đã nói, sóng ngắn do có tầng điện ly nên vùng phủ sóng rất rộng. Được các ủy hội tư vấn khuyến cáo dùng sóng này phát thanh chương trình vô tuyến truyền thanh quốc tế. Cũng do qui ước quốc tế, các bước sóng được phát trong các dãi mét là 13m, 16m, 19m, 25m, 31m, 41m, 49m, 63m, 75m.
4. Sóng VHF, UHF:
Như phần trên đã nói, sóng VHF và UHF truyền theo đường nhìn được (LOS - Line Of Sight), do vậy vùng phủ sóng phụ thuộc vào vị trí đặt anten thu và phát. Từ hình vẽ đường nhìn thấy ở phần sóng VHF, UHF, SHF, EHF ta có hệ thức tính cự ly truyền dp + dt theo chiều cao của anten phát và thu hp, ht.
R: bán kính quả đất.
Như vậy, nếu đưa vào hệ thức trên bán kính của quả đất, ta có:
Bán kính vùng phủ sóng đài phát bằng:
hp, ht : chiều cao anten phát và thu (m)
dp, dt : cự ly truyền (Km)
Do hiện tượng tán xạ ở tầng đối lưu, cự ly truyền có thể xa hơn.
5. Sóng UHF, SHF, EHF:
Như phần trên đã nói, tần số càng cao sóng phát ra từ anten càng có tính định hướng cao, thuận lợi cho ký thuật truyền từ một điểm đến một điểm. Từ phần cao dải UHF đến EHF, sóng được gọi chung là viba, được phát và thu bằng anten ngắn có gương phản xạ hay phần tử phản xạ.
Sau đây là các kiểu truyền:
a. Truyền trực tiếp:
Từ trạm phát đến trạm thu theo đường nhìn thấy (H. II-9)
đường nhìn thấy (LOS)
trạm thu
trạm phát
ht
hp
Quả đất
	H. II-9
b. Truyền qua trạm tiếp sóng hay trạm lặp:
Trạm lặp có thể đặt trên núi cao (H. II-10)
đường nhìn thấy
đường nhìn thấy
trạm thu
Quả đất
trạm phát
ht
hp
	H. II-10
Trên tàu bay bay vòng quanh một địa điểm qui định hay trên vệ tinh địa tĩnh ở độ cao 35784Km.
Với các kiểu truyền vừa nói, ta có thể lập đường liên lạc từ một điểm đến một điểm khác hay phủ sóng rộng hay hẹp tùy theo tần số sóng và anten theo yêu cầu.