Bài giảng trường điện từ - Chương 5 ppsx

1 1 © TS. Lương Hữu Tuấn Trường TrườngTrường Trường điện điệnđiện điện từ từtừ từ ª Chương ChươngChương Chương 1 11 1 : Khái niệm & phtrình cơ bản của TĐT ª Chương ChươngChương Chương 2 22 2 : Trường điện tónh ª Chương ChươngChương Chương 3 33 3 : TĐT dừng ª Chương ChươngChương Chương 4 : 4 :4 : 4 : TĐT biến thiên ª Chương ChươngChương Chương 5 : 5 :5 : 5 : Bức xạ điện từ 2 © TS. Lương Hữu Tuấn Chương ChươngChương Chương 5 : 5 : 5 : 5 : Bức BứcBức Bức xạ xạxạ xạ điện điệnđiện điện từ từtừ từ 1. 1. 1. 1. Khái KháiKhái Khái niệm niệmniệm niệm 2. 2. 2. 2. Nguyên NguyênNguyên Nguyên tố tốtố tố anten antenanten anten thẳng thẳngthẳng thẳng 3. 3. 3. 3. Nguyên NguyênNguyên Nguyên tố tốtố tố anten antenanten anten vòng vòngvòng vòng 4. 4. 4. 4. Tính TínhTính Tính đònh đònhđònh đònh hướng hướnghướng hướng 5. 5. 5. 5. Nguyên NguyênNguyên Nguyên lý lýlý lý tương tươngtương tương hỗ hỗhỗ hỗ 2 3 © TS. Lương Hữu Tuấn 1. 1. 1. 1. Khái KháiKhái Khái niệm niệmniệm niệm ª Bức BứcBức Bức xạ xạxạ xạ điện điệnđiện điện từ từtừ từ ° TĐT biến thiên lan truyền dưới dạng sóng điện từ ° Công suất điện từ phụ thuộc : độ lớn & tốc độ biến thiên của nguồn, cấu trúc nguồn và môi trường ° Ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật ª Thế ThếThế Thế vectơ vectơvectơ vectơ của củacủa của dòng dòngdòng dòng điện điệnđiện điện dây dâydây dây ª Miền MiềnMiền Miền khảo khảokhảo khảo sát sátsát sát ° miền gần (miền cảm ứng): r << λ ° miền xa (miền bức xạ): r >> λ ( ) j t c I t I Ie ω → =   ( ) ( ) j t r v j r v c I t r v Ie I e ω ω − − − → =   1 4 2 jkr r L A Ie dl k v µ π ω π λ − ⇒ = = = ∫     1 4 ( ) r r v L A I t dl µ π = − ∫   4 © TS. Lương Hữu Tuấn Chương ChươngChương Chương 5 : 5 : 5 : 5 : Bức BứcBức Bức xạ xạxạ xạ điện điệnđiện điện từ từtừ từ 1. 1. 1. 1. Khái KháiKhái Khái niệm niệmniệm niệm 2. 2. 2. 2. Nguyên NguyênNguyên Nguyên tố tốtố tố anten antenanten anten thẳng thẳngthẳng thẳng ª Phân bố của trường điện từ ª Miền gần ª Miền xa 3 5 © TS. Lương Hữu Tuấn ª Phân PhânPhân Phân bố bốbố bố của củacủa của trường trườngtrường trường điện điệnđiện điện từ từtừ từ °Thế vectơ : 1 4 4 jkr jkR z z L Ie A Ie dli li R r µ µ π π − − = ∫        1 H rotA H i φ φ µ = =       Nguyên tố anten thẳng là dây dẫn thẳng, mãnh, chiều dài l << λ và mang dòng điều hòa ( ) cos( ) m i t I t ω ψ = + như nhau trên toàn bộ anten °TĐT : 1 r r j E rotH E i E i θ θ ωε = = +         2 2 2 sin 1 4 ( ) j jkr lIk kr k r H e θ φ π − = +   3 2 2 3 3 cos 1 2 ( ) jlIk j jkr r k r k r E e θ πωε − = − +   3 2 2 3 3 sin 1 1 4 ( ) jlIk j jkr kr k r k r E e θ θ πωε − = − − + +   l r  ( I , γ = 0) 6 © TS. Lương Hữu Tuấn ª Miền MiềnMiền Miền gần gầngần gần 2 2 3 3 1 1 1 2 : , 1 jkr r kr k r k r Do r e λ π λ − =     H H i φ φ =     r r E E i E i θ θ = +       2 sin 4 lI r H θ φ π =   3 cos 2 jlI r r E θ πωε = −   3 sin 4 jlI r E θ θ πωε = −   Sóng điện & sóng từ lệch pha nhau 90 o , công suất điện từ trung bình bằng 0 : lan truyền công suất điện từ có tính dao động 4 7 © TS. Lương Hữu Tuấn ª Miền MiềnMiền Miền xa xaxa xa °Phân PhânPhân Phân bố bốbố bố sóng sóngsóng sóng °Công CôngCông Công suất suấtsuất suất bức bứcbức bức xạ xạxạ xạ 8 © TS. Lương Hữu Tuấn °Phân PhânPhân Phân bố bốbố bố sóng sóngsóng sóng Nhận xét :  phương : sóng điện từ ngang  biên độ : suy giảm theo qui luật 1/r  pha : mặt đồng pha là mặt cầu … v p = v  tính đònh hướng : do biên độ ∼ sinθ bức xạ cực đại khi θ=90 o và cực tiểu khi θ=0 o ,180 o 2 2 3 3 1 1 1 2 : , r kr k r k r Do r H H i E E i λ φ φ θ θ π λ = ⇒ = =            2 sin sin 4 4 , r r j j jlIk jlIk v v r r H e E e ω ω θ θ φ θ π πωε − − = =     , c c E Z H Z θ φ µ ε = =   với 1 2 sin cos( 90 ) o m r v H lI t r i ω φ λ θ ω ψ = − + +   1 2 sin cos( 90 ) o c m r v E Z lI t r i ω θ λ θ ω ψ = − + +   5 9 © TS. Lương Hữu Tuấn ° Công CôngCông Công suất suấtsuất suất bức bứcbức bức xạ xạxạ xạ  Vectơ Poynting : r r P E H P i = × =     2 2 2 2 2 sin 2 4 cos ( 90 ) m l I o r c v r P Z t r θ ω λ ω ψ = − + + 2 2 2 2 2 sin 8 m l I r c r P Z θ λ = Nhận xét : Bức xạ luôn truyền từ ‘nguồn’ ra miền bxạ  Công suất bức xạ : cs điện từ trung bình gửi qua 1 mặt cầu tâm là nguyên tố anten (r >> λ) bx r S S P P dS P dS = = ∫ ∫     2 2 1 2 2 3 , ( ) bx bx m bx c P R I R Z l π λ = = Nhận xét : P bx tỉ lệ nghòch với λ 2 , ∼ f 2 : dùng cao tần 2 2 1 3 ( ) bx c m P Z I l π λ = 2 0 r c P Z H = ≥ 10 © TS. Lương Hữu Tuấn Chương ChươngChương Chương 5 : 5 : 5 : 5 : Bức BứcBức Bức xạ xạxạ xạ điện điệnđiện điện từ từtừ từ 1. 1. 1. 1. Khái KháiKhái Khái niệm niệmniệm niệm 2. 2. 2. 2. Nguyên NguyênNguyên Nguyên tố tốtố tố anten antenanten anten thẳng thẳngthẳng thẳng 3. 3. 3. 3. Nguyên NguyênNguyên Nguyên tố tốtố tố anten antenanten anten vòng vòngvòng vòng (tự đọc) 4. 4. 4. 4. Tính TínhTính Tính đònh đònhđònh đònh hướng hướnghướng hướng Tính đònh hướng là khả năng tập trung bức xạ vào 1 hướng và yếu đi ở những hướng khác ª Cường độ bức xạ ª Cường độ bức xạ chuẩn ª Độ đònh hướng 6 11 © TS. Lương Hữu Tuấn ª Cường CườngCường Cường độ độđộ độ bức bứcbức bức xạ xạxạ xạ u uu u là công suất điện từ trung bình gửi trên 1 đơn vò góc đặc theo hướng khảo sát 2 ( ) dS d steradian r Ω = 2 2 2 2 2 2 2 2 2 sin sin 8 8 m m r c c l I l I P Z u Z r θ θ λ λ = ⇒ = Ví VíVí Ví dụ dụdụ dụ : : : : nguyên tố anten thẳng u = u(θ,φ) thường độc lập với r 2 r r u P dS d P r = Ω = ( / ) W sterad 12 © TS. Lương Hữu Tuấn ª Cường CườngCường Cường độ độđộ độ bức bứcbức bức xa xaxa xa chuẩn chuẩnchuẩn chuẩn u uu u n nn n 2 2 2 2 sin 8 m c l I u Z θ λ = Ví VíVí Ví dụ dụdụ dụ : : : : nguyên tố anten thẳng 2 sin n u θ ⇒ = max n u u u = 2 2 max 2 8 m c l I u Z λ ⇒ = 7 13 © TS. Lương Hữu Tuấn ª Độ ĐộĐộ Độ đònh đònhđònh đònh hướng hướnghướng hướng D DD D max n ntb D u u = Ví VíVí Ví dụ dụdụ dụ : : : : nguyên tố anten thẳng có max 2 0 0 4 sin n n u D u d d π π π θ θ φ = ∫ ∫ 2 2 1 4 0 0 sin sin 2 3 ntb u d d π π π θ θ θ φ = = = ∫ ∫ Cường độ bức xạ cực đại sẽ gấp 1,5 lần cường độ bức xạ trung bình khi bức xạ rãi đều theo mọi hướng 2 1 4 0 0 sin ntb n u u d d π π π θ θ φ = ∫ ∫ max 1,5 n ntb D u u = = u n = sin 2 θ, u nmax = 1 14 © TS. Lương Hữu Tuấn Chương ChươngChương Chương 5 : 5 : 5 : 5 : Bức BứcBức Bức xạ xạxạ xạ điện điệnđiện điện từ từtừ từ 1. 1. 1. 1. Khái KháiKhái Khái niệm niệmniệm niệm 2. 2. 2. 2. Nguyên NguyênNguyên Nguyên tố tốtố tố anten antenanten anten thẳng thẳngthẳng thẳng 3. 3. 3. 3. Nguyên NguyênNguyên Nguyên tố tốtố tố anten antenanten anten vòng vòngvòng vòng 4. 4. 4. 4. Tính TínhTính Tính đònh đònhđònh đònh hướng hướnghướng hướng 5. 5. 5. 5. Nguyên NguyênNguyên Nguyên lý lýlý lý tương tươngtương tương hỗ hỗhỗ hỗ (tự đọc) . Hữu Tuấn Trường TrườngTrường Trường điện điệnđiện điện từ t từ từ ª Chương ChươngChương Chương 1 11 1 : Khái niệm & phtrình cơ bản của TĐT ª Chương ChươngChương Chương 2 22 2 : Trường điện tónh ª. tónh ª Chương ChươngChương Chương 3 33 3 : TĐT dừng ª Chương ChươngChương Chương 4 : 4 :4 : 4 : TĐT biến thiên ª Chương ChươngChương Chương 5 : 5 :5 : 5 : Bức xạ điện từ 2 © TS. Lương Hữu Tuấn Chương ChươngChương Chương. v L A I t dl µ π = − ∫   4 © TS. Lương Hữu Tuấn Chương ChươngChương Chương 5 : 5 : 5 : 5 : Bức BứcBức Bức xạ xạxạ xạ điện điệnđiện điện từ t từ từ 1. 1. 1. 1. Khái KháiKhái Khái niệm niệmniệm niệm 2.