tài liệu ôn tập truyền sóng anten ĐH Dien Luc

Truyền Song Ăng ten Xjcklong9x@gmail.com Câu 1:trình bày dạng phân cực sóng vơ tuyến điện? Có ba loại phân cực sóng vơ tuyến điện: phân cực thẳng, phân cực tròn phân cực elip *Phân cực thẳng Hầu hết truyền dẫn vô tuyến sử dụng phân cực tuyến tính, phân cực đứng gọi phân cực trường điện vng góc với mặt đất phân cực ngang gọi phân cực trường điện song song với mặt đất Giả thiết phương ngang đứng coi trục x y Tại điểm khơng gian, vectơ trường sóng biểu thị thành phần thẳng đứng nằm ngang sau: vecto a y , vectơ đơn vị phương đứng phương ngang; Ey, Ex giá trị đỉnh (hay biên độ) trường điện phương đứng phương ngang Trường tổng vectơ E hợp với trục ngang góc xác định sau: (1) Trong trường hợp ta thấy vectơ E không biến đổi Độ dài vectơ thay đổi theo thời gian đầu mút vectơ nằm đường thẳng cố định trùng với phương vectơ có góc nghiêng α Đó tượng phân cực đường thẳng sóng điện từ Khi α = ta có sóng phân cực ngang, lúc vectơ E ln song song với mặt đất; cịn α = 90 ta có sóng phân cực đứng, vectơ E ln vng góc với mặt đất *Phân cực trịn Khi thành phần thẳng đứng nằm ngang có biên độ ( ký hiệu E0) trường nhanh pha 90 độ Các phương trình thể chúng trừơng hợp sau: Áp dụng ptrinh (1) cho trường hợp ta α=ωt Biên độ vectơ tổng E0 Trong trường hợp này, vectơ có biên độ khơng đổi hướng thay đổi liên tục theo thời gian với quy luật ωt Nói cách khác, vectơ E quay quanh gốc mặt phẳng xy với vận tốc ω Đầu mút vectơ trường điện vẽ lên đường trịn có bán kính độ dài vectơ Đó tượng phân cực tròn *Phân cực elip Trong trường hợp tổng quát sóng điện từ có dạng phân cực elip Điều xẩy hai thành phần tuyến tính là: Tỷ số sóng phân cực elip tỷ số trục trục phụ elip Phân cực elip trực giao xẩy sóng có tỷ số phân cực phương quay ngược chiều Câu : trình bày phương pháp truyền lan sóng mơi trường thực? có bốn phương thức truyền lan sau: truyền lan sóng bề mặt, truyền lan sóng khơng gian, truyền lan sóng trời (sóng điện ly), truyền lan sóng tự *Truyền lan sóng bề mặt Sóng bề mặt truyền lan tiếp xúc trực tiếp với bề mặt trái đất Bề mặt đất môi trường bán dẫn điện, sóng điện từ xạ từ anten đặt thẳng đứng mặt đất, đường sức điện trường khép kín nhờ dịng dẫn bề mặt đất Nếu gặp vật chắn đường truyền lan, sóng nhiễu xạ qua vật chắn truyền lan phía sau vật chắn Như truyền lan sóng bề mặt dùng để truyền tất băng sóng Tuy nhiên,sóng bề mặt bị suy giảm nhiều hấp thụ trái đất Sự suy giảm phụ thuộc vào tần số, tần số tăng suy giảm lớn Hơn khả nhiễu xạ qua vất chắn đường truyền phụ thuộc vào độ cao tương đối vật chắn so với bước sóng *Truyền lan sóng khơng gian Nếu hai anten thu phát đặt cao (nhiều lần so với bước sóng cơng tác) mặt đất sóng truyền trực tiếp từ anten phát đến anten thu, phản xạ từ mặt đất hình a , lợi dụng không đồng vùng tầng đối lưu để tán xạ sóng vơ tuyến dùng cho thơng tin gọi thơng tin tán xạ tầng đối lưu hình b Các phương thức thông tin gọi truyền lan sóng khơng gian hay sóng tầng đối lưu *Truyền lan sóng trời Lớp khí độ cao khoảng 60 km đến 600 km bị ion hoá mạnh chủ yếu lượng xạ mặt trời, tạo thành lớp khí bao gồm chủ yếu điện tử tự ion Lớp khí gọi tầng điện ly Tính chất đặc biệt tầng điện ly điều kiện định phản xạ sóng vơ tuyến điện Lợi dụng phản xạ để sử dụng cho thông tin vô tuyến cách phản xạ nhiều lần từ tầng điện ly, hình Phương thức gọi phương thức truyền lan sóng trời hay tầng điện ly *Truyền lan sóng tự Trong môi trường đồng nhất, đẳng hướng không hấp thụ ví dụ mơi trường chân khơng , sóng vơ tuyến điện truyền lan từ điểm phát đến điểm thu theo đường thẳng, hình, khơng ảnh hưởng đến q trình truyền sóng Trong thực tế môi trường lý tưởng tồn ngồi khoảng khơng vũ trụ Với lớp khí đất điều kiện định, tính tốn coi mơi trường khơng gian tự Câu :xây dựng cơng thức tính mật độ công suất xạ cường độ điện trường truyền sóng mơi trường khơng gian tự ? **Giả thiết có nguồn xạ vơ hướng (đẳng hướng) có cơng suất phát PT(W) đặt điểm A môi trường không gian tự môi trường đồng đẳng hướng không hấp thụ, có hệ số điện mơi tương đối ε' = Xét trường điểm M cách A khoảng r (m) Vì nguồn xạ vơ hướng, mơi trường đồng đẳng hướng nên lượng sóng điện từ nguồn xạ tỏa khơng gian thành hình cầu Như mật độ cơng suất (mật độ thông lượng lượng) điểm M cách nguồn khoảng r xác định công thức Theo ý lý thuyết trường điện từ ta có +Cường độ điện trường điểm thu Nhận xét: cường độ điện trường sóng vơ tuyến điện truyền lan môi trường đồng đẳng hướng không hấp thụ tỷ lệ thuận với hai công suất xạ, tỷ lệ nghịch với khoảng cách Khoảng cách tăng cường độ trường giảm lượng sóng toả rộng khơng gian, cịn gọi khuyếch tán tất yếu sóng Để hạn chế khuếch tán người ta sử dụng xạ có lượng tập trung hướng cần thơng tin để làm tăng cường độ trường lên Đó anten có hướng, với hệ số hướng tính D hệ số khuếch đại G Nếu nguồn xạ có hướng, lúc lượng sóng vơ tuyến điện tập trung hướng điểm M biểu thị hệ số hướng tính hay hệ số khuếch đại *Công suất anten thu nhận được: mật độ thông lượng công suất nơi đặt anten thu nhận với diện tích hiệu dụng anten thu: => Câu 4:phát biểu định nghĩa viết biểu thức tổn hao truyền sóng? Khi sóng vơ tuyến điện truyền mơi trường, ngồi tổn hao mơi trường gây bị hấp thụ phân tử khí, nước , tổn hao tán xạ mây mưa, tổn hao vật chắn v.v suy hao lớn khuyếch tán tất yếu sóng phương gọi tổn hao không gian tự Nếu ta xạ môi trường công suất PT, anten thu nhận cơng suất PR, hệ số tổn hao truyền sóng định nghĩa tỉ số công suất xạ công suất anten thu nhận được, biểu thị biểu thức: CHƯƠNG Câu 4:trình bày phương pháp truyền lan sóng cực ngắn? * Đặc điểm truyền lan sóng cực ngắn +Bước sóng từ mm đến 10 m ( ( 30 MHz – – 300 GHz): : Là sóng siêu cao tần (RF – – Radio Frequency) *Phương pháp truyền +Tần số cao nên phản xạ tầng điện ly (đi xuyên qua) +Bước sóng ngắn nên khả nhiễu xạ kém, bị hấp thụ mạnh mặt đất +Phương pháp truyền sóng khơng gian: : Là phù hợp -Tán xạ tầng đối lưu -Siêu khúc xạ tầng đối lưu -Truyền lan giới hạn nhìn thấy trực tiếp *Tán xạ tầng đối lưu +Tồn vùng không gian không đồng tầng đối lưu +Sóng vào vùng khơng đồng khuyếch tán theo hướng , Lợi dụng để truyền sóng đến điểm thu +Đặc điểm: : Không ổn định vùng không đồng thay đổi *Siêu khúc xạ tầng đối lưu +Chỉ số chiết suất N giảm theo độ cao +Khi tốc độ giảm đạt dN/dh < -0 , 157 (m^-1) Tia sóng có bán kính cong lớn độ cong trái đất nên quay trở lại mặt đất : Siêu khúc xạ Lợi dụng để truyền sóng đến điểm thu sau phản xạ nhiều lần mặt đất +Đặc điểm: : Không ổn định miền siêu khúc xạ thay đổi *Truyền lan giới hạn nhìn thấy trực tiếp +Hai anten thu phát phải đặt cao mặt đất để tránh bị che chắn vật cản đường truyền hay độ cong trái đất +Sóng truyền từ phát đến thu miền khơng gian nhìn thấy trực tiếp hai anten +Đặc điểm: : Ít phụ thuộc vào điều kiện thiên nhiên, sử dụng phổ biến Câu 5:xây dựng cơng thức tính cường độ điện trường điểm thu truyền sóng giới hạn nhìn thấy trực tiếp điều kiện lý tưởng? *Khảo sát trình truyền lan sóng với điều kiện ý lý tưởng +Mặt đất phẳng, khơng có vật cản đường truyền +Khí đồng nhất, đẳng hướng khơng hấp thụ +Anten đặt cao mặt đất vài bước sóng cơng tác *Sơ đồ truyền lan sóng Sóng đến điểm thu theo hai đường: + Sóng trực tiếp: Đi trực tiếp từ phát đến thu + Sóng phản xạ: Đến thu sau phản xạ từ mặt đất (chỉ có tia thỏa mãn định luật phản xạ) *Cường độ điện trường điểm thu +Tổng hợp cường độ trường hai sóng thành phần (giao thoa) +Cường độ trường tia trực tiếp +Cường độ trường tia phản xạ Trong công thức hệ số G hướng tia tới tia phản xạ coi GT, thực tế tuyến vi ba thoả mãn điều kiện độ cao anten ht, hr > ht, hr nên coi r1≈ r2 ≈ r, phần biên độ Nhưng bước sóng cơng tác giải sóng vi ba bé, góc sai pha đường khác tia trực tiếp tia phản xạ lại bỏ qua λ ≈ Δr, thay điều kiện vào công thức ta nhận Trong thực tế độ cao anten phát thu nhỏ nhiều so với khoảng cách chúng nên góc nghiêng δ tia phản xạ từ mặt đất nhỏ đến mức xem R = θ = 180 Thay vào công thức (2.6) (2.8) biến đổi ta nhận Câu 6:xác định điều kiện truyền sóng tốt nhất? Giá trị hiệu dụng cường độ trường tia tới trực tiếp xác định biểu thức: Trong đó, giá trị hiệu dụng cường độ trường tổng điểm thu xác định Trường tổng trường tia tới trực tiếp thực đẳng thức: Từ nhận (2) Biểu thức chứng tỏ rằng, với khoảng cách trạm thông tin bước sóng cho trước, chọn độ cao anten thích hợp cho đẳng thức (2) thỏa mãn tia phản xạ từ mặt đất không gây tác dụng làm yếu trường tia tới trực tiếp Về mặt ý nghĩa vật lý, điều giải thích trường hợp góc lệch pha hiệu số đường hai tia 60 độ,thêm vào góc chậm pha 180 độ sóng phản xạ từ mặt đất nên vec tơ E1 E2 có góc lệch pha chung 240 độ Do độ lớn véc tơ tổng độ lớn véc tơ thành phần Câu 7:xác định cơng thức truyền sóng tính đến ảnh hưởng địa hình lên q trình truyền lan sóng? *Ảnh hưởng độ cong trái đất +Hiệu số đường sóng trực tiếp sóng phản xạ thay đổi +Điểm phản xạ lồi nên có tính tán xạ  Hệ số phản xạ nhỏ +Hạn chế tầm nhìn trực tiếp anten thu phát Công thức thực nghiệm (r0 = r, cự ly dọc theo mặt đất) ta khảo sát tốn truyền sóng mặt đất cầu Cường độ điện trường +Q trình truyền sóng cự ly nhỏ cự ly nhìn thấy trực tiếp -Tương tự mặt đất phẳng, chiều cao anten xác định chiều cao giả định : h’ t , h’r -Giá trị chiều cao anten giả định xác định hệ số bù m (tra theo bảng đồ thị - - phụ thuộc hệ địa lý) *Ảnh hưởng độ ghề trái đất +Hiện tượng tán xạ +Tiêu chuẩn Rayleigh h: Độ cao mặt đất phẳng giả định so với mặt đất thực góc tới điểm phản xạ Câu 8:hiện tượng khúc xạ khí ảnh hưởng ntn truyền sóng tầm nhìn thẳng? Để xét đến ảnh hưởng khúc xạ khí quyển, phương pháp đơn giản coi hai tia tới trực tiếp tia phản xạ mặt đất truyền theo quỹ đạo thẳng truyền lan mặt đất cầu bán kính a mà mặt cầu tưởng tượng có bán kính atd Việc thay tia sóng thực mặt đất thực tia sóng thẳng mặt đất tương đương phải thỏa mãn điều kiện: độ cong tương đối mặt đất thực tia sóng thực phải độ cong tương đối mặt đất tương đương tia sóng thẳng Nghĩa phải thỏa mãn phương trình: Cự ly tầm nhìn thẳng Gọi k tỉ số bán kính tương đương bán kính thực k = atd/a ta có Với tầng đối lưu thường k = 4/3 ta có Độ cao giả anten Câu 9:trình bày dạng khúc xạ khí quyển? Căn vào biến đổi chiết suất theo độ cao ta tiến hành phân loại dạng khúc xạ khí Khúc xạ khí chia làm hai loại - Khúc xạ âm Ứng với , trường hợp chiết suất tăng theo độ cao quỹ đạo tia sóng có bề lõm hướng lên trên, R< Bán kính tương đương trái đất nhỏ bán kính thực điều dẫn đến giảm cường độ điện trường điểm thu - Khúc xạ dương Ứng với , trường hợp chiết suất giảm theo độ cao quỹ đạo tia sóng có bề lõm hướng xuống dưới, R> 0.Khúc xạ dương phân thành số trường hợp sau: 1) Khúc xạ khí thường: ứng với khúc xạ xảy tầng đối lưu thường.Cường độ điện trường điểm thu trường hợp lớn so với trường hợp khúc xạ 2) Khúc xạ tới hạn: xảy Trường hợp bán kính cong tia sóng bán kính trái đất, bán kính tương đương trái đất có giá trị ∞ Sóng truyền song song với mặt đất cầu 3) Siêu khúc xạ: xảy Trường hợp bán kính cong tia sóng nhỏ bán kính trái đất, bán kính tương đương trái đất nhỏ Sóng bị uốn cong trở mặt đất bị phản xạ mặt đất CHƯƠNG Câu10:thế hàm tính hướng anten? *Hàm tính hướng •Khái niệm: : Là hàm số biểu thị phụ thuộc cường độ trường xạ anten theo hướng khảo sát cự ly khảo sát khơng đổi *Hàm tính hướng biên độ: : Biểu thị quan hệ biên độ trường xạ theo hướng khảo sát với cự y ly khảo sát không đổi Hàm biên độ tương đối (chuẩn hóa) Câu 11:độ rộng búp sóng anten xác định ntn ? - Là góc hai hướng mà theo hướng cơng suất xạ giảm +Góc xạ khơng +Góc xạ nửa cơng suất với hướng cực đại : Công suất xạ hướng cực đại giảm đến “0 ” : Công suất xạ giảm nửa so Câu 12:nêu định nghĩa biểu thức tính hệ số tính hướng anten? Hệ số tính hướng +Là tỉ số mật độ công suất anten hướng xác định với mật độ công suất anten chuẩn hai anten đặt vị trí cơng suất xạ Anten chuẩn thường chọn anten vô hướng , Biên độ cường độ trường hướng có quan hệ với hàm tính hướng biên độ chuẩn hóa giá trị cường độ trường hướng xạ cực đại theo biểu thức Dmax: hệ số hướng tính hướng cực đại Câu 13:định nghĩa biểu thức tính hệ số tăng ích anten? tỷ số mật độ công suất xạ anten hướng mật độ cơng suất xạ anten chuẩn hướng với khoảng cách không đổi, với điều kiện công suất đưa vào hai anten anten chuẩn (anten vơ hướng) có hiệu suất -Hệ số tăng ích vừa biểu tính hướng, vừa biểu thị tổn hao anten Câu 14:cách tính cơng suất xạ đẳng hướng tương đương? Trong số hệ thống thơng tin vơ tuyến, ví dụ thông tin vệ tinh, công suất xạ máy phát anten phát đặc trưng tham số công suất xạ đẳng hướng tương đương, ký hiệu EIRP Công suất định nghĩa: Trong Pt cơng suất đầu máy phát đưa vào anten Gt hệ số khuếch đại anten phát Chú ý rằng, bỏ qua suy hao fiđơ nối từ máy phát đến anten Pa = Pt Công suất xạ đẳng hướng tương đương công suất phát xạ với anten vơ hướng, trường hợp coi Gt = Biểu thức EIRP tính theo đơn vị decibel Bổ sung Nguyên Lý Nguyên lý HuyGhen -Có tính chất sóng sóng điện từ lan truyền * Mỗi điểm nằm mặt sóng nguồn xạ sóng điện từ sơ cấp gây => trở thành nguồn xạ thứ cấp => nguồn xạ thứ cấp tạo nguồn xạ thứ cấp khác * Ý nghĩa: - Q.trình truyền sóng từ điểm phát đến điểm thu theo tia mà cường độ trường điểm thu tồn miền khơng gian xung quanh điểm phát gây - Có thể xđ cường độ điện trường 1đ không gian biết mật độ trg mặt sóng tạo 2.Miền Fresnel - Miền fresnel thứ n(Fn) vùng khơng gian đc ghi quỹ tích điểm.(tm phương trình): ANn + BNn - AB = n.£/2 ( tơng khoảng cách từ điểm đến điểm phát ,đ,thu - k.c đ thu phát = n lần nửa bước sóng cơng tác) - Có dạng elip trịn xoay , nhận đ thu phát làm tiêu điểm.(bán kính.Bn) * Ý Nghĩa: - Q.trình truyền sóng vơ tuyến anten thu-phát vùng khơng gian có dạng elip trịn xoay nằm khoảng nửa Fresnel - Q.trình truyền sóng tồn vùng khơng gian giới hạn 0,6b1 không bị cản trở suốt dọc đg truyền - Để q trình phát ,thu sóng vơ tuyến đạt hiệu cao => sd anten có hướng ( anten parabol) 3.Hiện tượng Fading (nguyên nhân gây méo tín hiệu) Hiện tượng sai lạc tín hiệu thu, tín hiệu truyền từ anten phát ÷ anten thu theo nhiều đg khác Các tia bao gồm: tia thẳng; khúc xạ(từ khí quyển);tán xạ;phản xạ(từ vật cản đg truyền);… Kết tín hiệu anten thu tổng hợp tín hiệu +Nếu tín hiệu đồng pha => cường độ tín hiệu tăng +Nếu tín hiệu triệt tiêu lẫn => cường độ tín hiệu anten thu giảm => h.tượng Fading *Phân loại Fading (1).Fading phẳng -suy hao phụ thuộc vào tần số không đáng kể số vs toàn băng tần hiệu dụng tính hiệu +nguyên nhân: - truyền dẫn đa đường - hấp thụ (h.t sóng điện từ bị hấp thụ bị tán xạ )=> thay đổi công suất (2) Fading lựa chọn tần số(có đoạn bị ảnh hưởng khơng ảnh hưởng) đk: băng tần tín hiệu > băng thơng kênh truyền -Tác hại: gây nhiễu lên ký tự-ISI (tác động lên tần số khác nhau,trong băng tần tín hiệu) khác => Biện pháp: - Phân tập(dùng nhiều anten thu phát; truyền nhiều thời điểm khác nhau) - sd mạch san thích nghi - sd mã sửa lỗi để giảm BER, Trải phổ tín hiệu, sd điều chế đa sóng mang(vd OFDM) (3) Fading nhanh (là vd hiệu ứng Doppler) Do chuyển động tương đối máy thu phát=> tần số thu bị dịch dẫn lượng dental F so vs tần số phát tương ứng (4).Fading chậm Do ảnh hưởng vật cản trở đường truyền=> biên độ tín hiệu suy giảm (h.tượng bóng râm) h.t xảy khoảng cách lớn=> tốc độ biến đổi chậm => khắc phục: Dự trữ fading che khuất chuẩn log Giải thích ảnh hưởng hiệu ứng Doppler đến q tình truyền dẫn kênh vơ tuyến di động - Hiệu ứng gây chuyển động tương đối máy phát máy thu( phổ tín hiệu thu đc bị xê lệch so vs tần số trung tâm k.cách gọi tần số Doppler ) +Ảnh hưởng phạm vi rộng: (ht Fading chậm) +Ảnh hưởng phạm vi hẹp: Các đg truyền không trực tiếp đến máy thu lệch theo thồi gian khơng gian=> q trình truyền dẫn thơng tin vơ tuyến di động xảy tượng ( trải trễ, trải góc, trải doppler, Hiệu ứng Doppler: hiệu ứng vật lí tần số bước sóng sóng âm or sóng chung bị thay đổi nguồn phát sóng thay đổi tương đối so với nguồn phát xạ - Tần số thu bị thay đổi, phụ thuộc: v, α, bước sóng Giải pháp MIMO - kỹ thuật sử dụng nhiều anten phát thu nhằm đạt độ tin cậy tốc độ liệu cao - kỹ thuật MIMO chia dòng liệu ban đầu thành dòng liệu theo thuật tốn cho trc, sau đưa dòng liệu đến anten tương ứng truyền Phía thu nhận dịng liệu này, sử dụng thuật tốn thích hợp để tổng hợp lại dòng liệu ban đầu - Các kỹ thuạt MIMO thường gặp: + Phân tập ko gian: kí hiệu đến điểm thu theo đường độc lập + Phân tập thời gian: kí hiệu đc truyền phân tán khoảng thời gian khác đảm bảo tính độc lập + Phân tập tần số: kí hiệu đc phát tần số độc lập (cách khoảng = độ rộng băng tần quán) + Phân tập phân cực: ksi hiệu đc phát phân cực chéo đảm bảo tính độc lập Ưu điểm: + Tăng độ lợi mảng, tăng tỉ số tín hiệu nhiễu=>tăng k/c truyền dẫn mà k cần tăng công suất phát + Tăng độ lợi phân tập + Tăng hiệu sử dụng phổ + Tăng dung lượng kênh mà k cần tăng công suất phát băng thông Nhược điểm: + tăng độ phức tạp xử lí tín hiệu phát thu + kích thước thiết bị di động tăng + Nhiễu đồng kênh: sử dụng nhiều anten truyền liệu băng tần + nhiễu liên kênh: nhiều người sử dụng hệ thống MIMO ... pháp truyền lan sóng mơi trường thực? có bốn phương thức truyền lan sau: truyền lan sóng bề mặt, truyền lan sóng khơng gian, truyền lan sóng trời (sóng điện ly), truyền lan sóng tự *Truyền lan sóng. .. tán tất yếu sóng phương gọi tổn hao không gian tự Nếu ta xạ môi trường công suất PT, anten thu nhận công suất PR, hệ số tổn hao truyền sóng định nghĩa tỉ số công suất xạ công suất anten thu nhận... chắn đường truyền phụ thuộc vào độ cao tương đối vật chắn so với bước sóng *Truyền lan sóng không gian Nếu hai anten thu phát đặt cao (nhiều lần so với bước sóng cơng tác) mặt đất sóng truyền trực