GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT VIBA

Ket-noi.com diễn đàn công nghê, giáo dục KỸ THUẬT VIBA Ket-noi.com diễn đàn công nghê, giáo dục PHẦN NHẬP MÔN KỸ THUẬT VIBA 0.1 GIỚI THIỆU CHUNG 0.2 CÁCH TIẾP CẬN MÔN HỌC VÀ CÁC CÔNG THỨC CẦN THIẾT 0.3 ƯU VIỆT CỦA DẢI TẦN VIBA VÀ ỨNG DỤNG CỦA KỸ THUẬT VIBA TRONG THỰC TIỄN 0.4 VÀI NÉT VỀ SỰ PHÁT TRIỂN PHẦN - LÝ THUYẾT VỀ ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN SÓNG 1.1 KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH NGHĨA 1.2 CÁCH BIỂU DIỄN MỘT HỆ CÓ PHẦN TỬ PHÂN BỐ THEO SƠ ĐỒ CỦA HỆ CÓ PHẦN TỬ TẬP TRUNG 1.3 PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN CỦA ĐƯỜNG DÂY .9 1.4 TRUYỀN SÓNG TRÊN ĐƯỜNG DÂY NGHIỆM CỦA PHƯƠNG TRÌNH VI A PHÂN 10 1.5 XÁC ĐỊNH CÁC THAM SỐ PHÂN BỐ THEO TRƯỜNG ĐIỆN TỪ 12 1.6 ĐƯỜNG TRUYỀN KHÔNG TỔN HAO CÓ MẮC TẢI ĐẦU CUỐI 15 1.7 ĐƯỜNG TRUYỀN DẪN SÓNG CÓ TỔN HAO 27 1.8 ĐƯỜNG TRUYỀN CÓ TỔN HAO ĐƯỢC MẮC TẢI ĐẦU CUỐI 30 PHẦN ĐỒ THỊ VÒNG TRÒN 36 2.1 KHÁI NIỆM CHUNG 36 2.2 ĐỒ THỊ VÒNG TRÒN TRONG MẶT PHẲNG PHỨC CỦA TRỞ KHÁNG (trong hệ tọa độ vuông góc) 37 2.3 ĐỒ THỊ SMITH 41 2.4 CÁC ĐẶC TÍNH MỞ RỘNG CỦA ĐỒ THỊ SMITH 49 2.5 MỘT VÀI ỨNG DỤNG CỦA ĐỒ THỊ SMITH 55 PHẦN PHỐI HỢP TRỞ KHÁNG 61 3.1 KHÁI NIỆM CHUNG 61 3.2 Ý NGHĨA CỦA VIỆC PHỐI HỢP TRỞ KHÁNG 61 3.3 PHỐI HỢP TRỞ KHÁNG DÙNG CÁC PHẦN TỬ TẬP TRUNG 64 3.4 PHỐI HỢP TRỞ KHÁNG DẢI HẸP BẰNG NHỮNG ĐOẠN DÂY DẪN SÓNG MẮC LIÊN TIẾP 70 3.5 PHỐI HỢP TRỞ KHÁNG DẢI HẸP BẰNG CÁC ĐOẠN DÂY NHÁNH 77 3.6 LÝ THUYẾT CÁC PHẢN XẠ NHỎ 88 3.7 BỘ PHỐI HỢP DẢI RỘNG KIỂU NHỊ THỨC (có đáp ứng phẳng tối đa) 91 3.8 BỘ PHỐI HỢP KIỂU CHEBYSHEV 95 PHẦN LÝ THUYẾT MẠNG VIBA 105 4.1 KHÁI NIỆM CHUNG 105 4.2 KHÁI NIỆM VỀ DÂY TRUYỀN SÓNG MỞ RỘNG .105 4.3 ĐỊNH LUẬT KIRCHOFF MỞ RỘNG ĐỐI VỚI MẠNG VIBA MA TRẬN TRỞ KHÁNG VÀ MA TRẬN DẪN NẠP .113 4.4 MA TRẬN TÁN XẠ [S] .119 4.5 MA TRẬN TRUYỀN DẪN [ABCD] 130 4.6 MA TRẬN TRUYỀN ĐẠT [T] 134 4.7 ĐỒ THỊ LUỒNG TÍN HIỆU 136 Ket-noi.com diễn đàn công nghê, giáo dục PHẦN NHẬP MÔN KỸ THUẬT VIBA 0.1 GIỚI THIỆU CHUNG Thuật ngữ “viba” (microwaves) để sóng điện từ có bước sóng nhỏ, ứng với phạm vi tần số cao phổ tần số vô tuyến điện Phạm vi dải tần số quy định chặt chẽ thống toàn giới Giới hạn dải thường coi tới 300 GHz (f = 3.1011 Hz), ứng với bước sóng λ=1mm (sóng milimet), giới hạn khác tuỳ thuộc vào quy ước theo tập quán sử dụng Một số nước coi "sóng cực ngắn" sóng có tần số cao 30 MHz (bước sóng λ ≤ 10m), số nước khác coi "viba" sóng có tần số cao 300 MHz (bước sóng λ ≤ 1m) Với phát triển nhanh kỹ thuật thành tựu đạt việc chinh phục băng tần cao phổ tần số vô tuyến, khái niệm phạm vi dải tần "viba" thay đổi Hình 0.1 minh hoạ phổ tần số sóng điện từ phạm vi dải tần kỹ thuật viba coi đối tượng nghiên cứu môn học Tần số (Hz) 3.105 sóng dài 3.106 sóng trung 103 3.108 3.109 sóng mét (VHF) sóng ngắn 102 HÌNH 0.1 3.107 10 3.1010 3.1011 Viba 10-1 3.1014 Ánh sáng nhìn thấy Hồng ngoại 10-2 10-3 10-6 Bước sóng (m) Phổ tần số sóng điện từ Trong ứng dụng thực tế, dải tần vi ba chia thành băng tần nhỏ hơn: - Cực cao tần UHF (Ultra High Frequency): f = 300 MHz ÷ GHz - Siêu cao tần SHF (Super High Frequency): f = ÷ 30 GHz - Thậm cao tần EHF (Extremely High Frequency):f = 30 ÷ 300 GHz Ket-noi.com diễn đàn công nghê, giáo dục 0.2 CÁCH TIẾP CẬN MÔN HỌC VÀ CÁC CÔNG THỨC CẦN THIẾT Do phạm vi tần số viba cao nên lý thuyết mạch kinh điển thường không cho phép giải trực tiếp toán mạng viba Xét theo ý nghĩa đó, lý thuyết mạch dược xem mở rộng lý thuyết Điện - Từ trường mô tả hệ phương trình Maxwell Tuy nhiên, lý thuyết mạch kinh điển lý thuyết áp dụng cho mạch điện với phần tử có tham số tập trung (như điện trở, tụ điện…), cấu kiện viba lại thường phần tử có tham số phân bố, pha điện áp dòng điện thay đổi tuỳ theo điểm khảo sát kích thước "phần tử" viba so sánh với bước sóng Nếu xét phạm vi tần số cao nữa, tiến tới giới hạn quang học thấy đây, cấu kiện quang học có kích thước lớn nhiều so với bước sóng, hệ phương trình Maxwell lại chuyển thành lý thuyết quang hình Hệ thống quang thiết kế theo nguyên lý quang hình Kỹ thuật áp dụng cho hệ thống viba dải sóng milimet coi lý thuyết chuẩn quang học Nói chung, kỹ thuật viba công cụ lý thuyết chủ yếu để sử dụng hệ phương trình Maxwell nghiệm chúng dạng tổng quát Do vậy, lý thuyết hệ truyền dẫn vi ba ống dẫn sóng, hệ đồng trục, hệ song hành, hệ thống chậm…được xây dựng sở khảo sát nghiệm hệ phương trình Maxwell với điều kiện bờ cụ thể cấu trúc hệ truyền dẫn Các nghiệm trình bày dạng điện từ trường E, H hàm toạ độ không gian khảo sát Các toán đề cập đến giáo trình lý thuyết Trường điện từ, điện động lực học kỹ thuật Vì vậy, để giảm bớt cồng kềnh trùng lặp sách, toán hệ truyền dẫn viba, chủ yếu tìm nghiệm hệ phương trình Maxwell để xác định dạng sóng tồn hệ (các mode sóng) với cấu trúc Trường tham số chúng tần số tới hạn, trở kháng sóng, hệ số pha, vận tốc pha vận tốc nhóm… không đưa vào sách, chúng coi phần quan trọng lý thuyết kỹ thuật viba Các kiến thức sóng điện từ phẳng truyền sóng hệ định hướng coi kiến thức mà độc giả chuẩn bị trước học tập giáo trình Tuy nhiên, sách dành phần để nhắc lại công thức quan trọng mối quan hệ hệ truyền dẫn viba để giúp bạn đọc tham khảo cần thiết Đối với toán mạng viba việc áp dụng lý thuyết trường để khảo sát lại trở nên phức tạp Nghiệm hệ phương trình Maxwell cho ta hình ảnh hoàn thiện cấu trúc trường điểm không gian khảo sát mà thông thường mục đích thực tiễn ta không cần phải biết chi tiết Ket-noi.com diễn đàn công nghê, giáo dục Thường người ta hay quan tâm đến đại lượng đầu cuối mạng, ví dụ điện áp, dòng điện, trở kháng…, đại lượng biểu thị theo khái niệm lý thuyết mạch Do vậy, giải pháp nghiên cứu "Lý thuyết kỹ thuật viba" tìm cách áp dụng lý thuyết mạch điện kinh điển sau có quy đổi tương đương cách phù hợp 0.3 ƯU VIỆT CỦA DẢI TẦN VIBA VÀ ỨNG DỤNG CỦA KỸ THUẬT VIBA TRONG THỰC TIỄN Kỹ thuật viba có liên quan đến phần tử mạch điện làm việc với dao động có bước sóng nhỏ Điều này, mặt khó khăn cho việc phân tích thiết kế chế tạo, mặt khác lợi ứng dụng kỹ thuật viba lý sau đây: - Như biết, độ tăng ích ăngten hàm tỷ lệ thuận với kích thước tương đối ăngten so với bước sóng Do vậy, tăng ích ăngten viba dễ đạt giá trị cao - Dải tần thực tế thông tin viba dễ dàng đạt giá trị lớn ứng với dải tần tương đối ∆f có giá trị định (Thật vậy, 1% 30 GHz 300 MHz, 1% f 300MHz MHz) Sóng viba truyền theo đường thẳng, không bị phản xạ tầng điện ly nên khai thác thông tin vệ tinh thông tin viba mặt đất dải sóng mà không ảnh hưởng đến nhau, sử dụng lại tần số cự ly không lớn Trong kỹ thuật ra-đa, biết, diện tích phản xạ hiệu dụng mục tiêu tỷ lệ với kích thước tương đối mục tiêu so với bước sóng, dùng ra-đa viba nhận diện tích phản xạ hiệu dụng lớn Nếu xét đặc tính ưu việt ăngten viba độ tăng ích rõ ràng dải tần viba trở nên thích hợp cho kỹ thuật ra-đa Như biết, dải tần viba gần gũi với tần số cộng hưởng nhiều phân tử, nguyên tử nên kỹ thuật viba đem lại nhiều ứng dụng nghiên cứu bản, viễn thám, y học kỹ thuật nhiệt (lò viba) Ngày nay, kỹ thuật viba ứng dụng nhiều lĩnh vực thực tiễn, ứng dụng quan trọng kỹ thuật ra-đa thông tin Các hệ thống ra-đa, viba dùng để phát mục tiêu không, biển bộ, dùng để bám điều khiển đối tượng bay, dùng hệ thống lái tự động, để thăm dò khí tượng phục vụ cho dự báo thời tiết (ra-đa khí tượng), để quan sát mặt đất thăm dò tài nguyên từ xa, vũ trụ (viễn thám) Các hệ thống thông tin dùng dải tần viba (thông tin viba) phát triển rộng khắp giới, bao gồm thông tin cố định di động, thông tin nội hạt đường dài, đặc biệt thông tin quốc tế qua vệ tinh hệ thông tin định vị toàn cầu…chứng tỏ vai trò quan trọng dải tần viba kỹ thuật viba Ket-noi.com diễn đàn công nghê, giáo dục 0.4 VÀI NÉT VỀ SỰ PHÁT TRIỂN Kỹ thuật viba vốn coi kỹ thuật có lịch sử phát triển tương đối lâu tảng lý thuyết sóng điện từ phát từ cách 100 năm, ứng dụng kỹ thuật ra-đa phát triển từ thời kỳ chiến tranh giới thứ hai Tuy kỹ thuật viba đời phát triển kể từ đầu kỷ qua, phát triển thực mạnh mẽ có ý nghĩa từ người tạo dụng cụ bán dẫn IC siêu cao tần vào năm 70 kỷ 20 Năm 1873, Maxwell đưa công thức toán học mô tả mối quan hệ trường điện từ tiên đoán tồn sóng điện từ Điều tiên đoán Hertz chứng minh loạt thực nghiệm vào năm 1887-1891 Nhưng phát triển tiếp lại chậm có nhiều khó khăn mặt công nghệ, đặc biệt việc tạo nguồn dao động dải tần số cao Phải đến đầu kỷ 20, kỹ thuật vô tuyến điện có điều kiện phát triển mạnh có thúc đẩy việc tìm kiếm khí tài quân phục vụ chiến tranh Thoạt đầu phát triển phương tiện thông tin vô tuyến dải sóng trung sóng ngắn, tiếp dải tần cao đỉnh cao đời khí tài ra-đa thời gian chiến tranh giới thứ Tiếp theo hệ thông tin dùng dải tần viba kỹ thuật viba phát triển Ngày nay, thông tin vô tuyến sử dụng chủ yếu dải tần vi ba, từ 400 ÷ 500 MHz (bộ đàm vô tuyến), từ 900 ÷ 1800 MHz (thông tin di động cá nhân), thông tin vệ tinh dùng cho lĩnh vực viễn thông phát truyền hình dùng dải tần từ GHz ÷ 30 GHz, chia thành băng L (1÷2GHz) cho vệ tinh di động tầm thấp, băng S (2÷4GHz), băng C (4÷7GHz), băng X (7÷11GHz), băng Ku (11÷14GHz), băng K (14÷20GHz) băng Ka (20÷30GHz) dùng cho vệ tinh cố định, băng X dành riêng cho quân Ket-noi.com diễn đàn công nghê, giáo dục PHẦN - LÝ THUYẾT VỀ ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN SÓNG 1.1 KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH NGHĨA Đường dây truyền sóng đường truyền dẫn lượng sóng điện từ, hình thức độ mạch điện gồm phần tử tập trung tần số thấp (L, C, R) ống dẫn sóng siêu cao tần Đường dây truyền sóng coi mạch điện có phần tử phân bố biểu diễn theo sơ đồ mạch điện với phần tử tập trung Đối với mạch có phần tử tập trung, ta phân tích lý thuyết mạch kinh điển, với giả thiết có điện áp đặt vào, tác dụng thể đồng thời điểm mạch Trong mạch vòng kín, có dòng điện chạy điểm mạch vòng ấy, biên độ pha dòng Thực ra, mạch điện, lượng điện từ truyền lan có tốc độ định Thành ra, kích thước mạch, nghĩa chiều dài dây nối, có giá trị so sánh với bước sóng, điểm khác mạch, dòng điện (và điện áp) có pha khác Đó có tượng trễ theo thời gian Khi ấy, dùng lý thuyết mạch thông thường không cho kết xác khái niệm cảm kháng, dung kháng không Khi việc truyền lượng mạch điện phải thời gian đáng kể mạch điện xếp vào loại mạch có phần tử phân bố Ta hiểu mạch điện cao tần có đường dây truyền sóng mà chiều dài dây có giá trị phân số đáng kể bước sóng mạch coi hệ có phần tử phân bố Thể khái niệm đường dây xuất sóng đứng điện áp (và dòng điện), đồng thời trở kháng vào đường dây thay đổi theo tần số 1.2 CÁCH BIỂU DIỄN MỘT HỆ CÓ PHẦN TỬ PHÂN BỐ THEO SƠ ĐỒ CỦA HỆ CÓ PHẦN TỬ TẬP TRUNG Thông thường, đường dây truyền sóng mô tả hệ gồm hệ gồm dây dẫn song song Đó truyền dẫn sóng TEM ta phải có vật dẫn Một phần tử ngắn đường dây có độ dài ∆z (hình 1.1a) biểu diễn mạng cụm đơn giản gồm phần tử tập trung (hình 1.1b) Ket-noi.com diễn đàn công nghê, giáo dục HÌNH 1.1 Biểu diễn mạch tương đương đoạn đường truyền sóng siêu cao tần Trong đó: R - Điện trở nối tiếp đơn vị dài hai dây, Ω m L - Điện cảm nối tiếp đơn vị dài hai dây, H m G - Điện dẫn song song đơn vị dài, S m C - Điện dung song song đơn vị dài, F m Cách biểu diễn chấp nhận ta giả thiết, đoạn dây có chiều dài ngắn nên thời gian sóng truyền qua không đáng kể, giống truyền qua mạng có phần tủ tập trung Tuy nhiên, dùng mạng cụm đơn giản để đại diện cho dây truyền sóng thời gian cần thiết để lượng truyền theo đường dây lớn nhiều so với thời gian truyền qua mạng đơn giản Khi đó, để biểu diễn hệ có phần tử phân bố (đường dây truyền sóng) ta dùng chuỗi liên tiếp mạng cụm đơn giản hình Π hay T đối xứng hình 1.2 HÌNH 1.2 Mạng đơn giản hình T hay Π đối xứng đường truyền sóng siêu cao tần Ket-noi.com diễn đàn công nghê, giáo dục 1.3 PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN CỦA ĐƯỜNG DÂY Xét đoạn ngắn ∆z đường dây truyền sóng Sơ đồ tương đương đoạn dây với giá trị điện áp dòng điện hiển thị hình 1.1b Áp dụng định luật Kirchhoff, ta viết hệ thức sau điện áp dòng điện đoạn mạch, thời điểm t: - Đối với điện áp ta có: V ( z, t ) − R∆zI ( z , t ) − L∆z - Đối với dòng điện: I ( z , t ) − G∆zV ( z, t ) − C∆z δI ( z , t ) − V ( z + ∆z, t ) = δt (1.1) δV ( z, t ) − I ( z + ∆z , t ) = δt (1.2) Ký hiệu: V ( z + ∆z , t ) − V ( z, t ) = ∆V I ( z + ∆z , t ) − I ( z, t ) = ∆I Chia (1.1) (1.2) cho ∆z cho ∆z → dz , ta nhận được: δV ( z , t ) δI ( z, t ) = − RI ( z, t ) − L δz δt δI ( z , t ) δV ( z, t ) = −GV ( z, t ) − C δz δt Đối với tín hiệu hình sin, tần số ω ta viết: δI δV = iωI ; = iωV δt δt (1.3) (1.4) Thay vào (1.3) (1.4) ta nhận được: δV ( z ) = −( R + iωL) I ( z ) δz δI ( z ) = −(G + iωC )V ( z ) δz (1.5) (1.6) Thay Z = R + iωL   Y = G + iωC  (1.7) ta viết lại (1.5) (1.6): δV  = − IZ   δZ  δI = −VY   δZ (1.8) Ket-noi.com diễn đàn công nghê, giáo dục Để tách riêng biến số, ta đem vi phân (1.8) theo vật liệu biến đổi đơn giản nhận z phương trình riêng biệt V I:  δ 2V ( z ) = ( ZY )V ( z )  δz  δ I ( z) = ( ZY ) I ( z )   δz (1.9) Phương trình (1.8) hệ phương trình vi phân bậc V I cho phép tính V, I điểm đường dây biết thông số Z, Y đường dây điều kiện biên 1.4 TRUYỀN SÓNG TRÊN ĐƯỜNG DÂY NGHIỆM CỦA PHƯƠNG TRÌNH VI A PHÂN Bây ta tìm nghiệm phương trình vi phân (1.9) Đặt ZY = γ Theo (1.7) ta có: γ = ( R + iωL)(G + iωC ) Ta nhận thấy γ số phức, viết γ = α + iβ = ( R + iωL)(G + iωC (1.10) Hệ phương trình (1.9) viết lại  d 2V ( z ) − γ 2V ( z ) = 0  dz  d I (z) − γ I ( z) =   dz (1.11) Theo lý thuyết phương trình vi phân, ta có nghiệm (1.11) V ( z ) = V0+ e −γz + V0− eγz (1.12a) I ( z ) = I 0+ e −γz + I 0− eγz (1.12b) Công thức (1.12a) (1.12b) biểu thị sóng điện áp dòng điện đường dây, đó, số hạng chứa e −γz biểu thị cho sóng truyền theo hướng +z (sóng thuận), số hạng chứa e γz biểu thị cho sóng truyền theo hướng -z (sóng ngược), với γ hệ số truyền sóng phức xác định theo (1.10) V0+ I 0+ biểu thị cho biên độ điện áp dòng điện sóng thuận V0− I 0− biểu thị cho biên độ điện áp dòng điện sóng ngược Từ (1.5) ta rút ra: 10 Ket-noi.com diễn đàn công nghê, giáo dục Khi đo đạc mạng cổng ta nhận ma trận sau: 0,1∠0 [S] =  0,8∠90 0,8∠90   0,2∠0  Hãy xác định tính chất mạng (thuận nghịch?, không tổn hao?) Nếu làm ngắn mạch cổng 2, tính tổn hao phản xạ cổng (RL) bao nhiêu? Giải: Vì [S] đối xứng nên mạng có tính thuận nghịch Nếu mạng không tổn hao, tham số S phải thoả mãn (4.69) Áp dụng (4.69a) cho hàng thứ ma trận, ta được: S11 + S12 = ( 0,1) + ( 0,8) = 0,65 ≠ 2 Như vậy, mạng “không tổn hao” Hệ số phản xạ Γ cửa cửa ngắn mạch tính sau: Khi cổng ngắn mạch, có nghĩa phối hợp trở kháng hoàn toàn, nên (sóng phản xạ biên độ ngược dấu so với sóng tới), ta viết được: V1− = S11V1+ + S12V2+ = S11V1+ − S12V2− (a) V2− = S 21V1+ + S 22V2+ = S 21V1+ − S 22V2− (b) Từ phương trình (b) ta được: V2− = S 21 V1+ + S 22 (c) Chia (a) cho V1+ áp dụng (c) ta xác định hệ số phản xạ cổng 1: Γ= V1− V2− S S = S − S = S11 − 12 21 11 12 + + + S 22 V1 V1 = 0,1 − ( i 0,8)( i0,8) = 0,633 + 0,2 Do đó, tổn hao phản xạ là: RL = −20 lg Γ = 3,97 dB Điều quan trọng cần phải hiểu rõ tham số S ma trận tán xạ mạng viba, là, tham số nói lên tính chất riêng mạng, định tính chất nội mạng (với giả thiết mạng tuyến tính), chúng xác định điều kiện tất cổng phối hợp Việc thay đổi cách đấu nối cổng (hở mạch hay ngắn mạch) không làm thay đổi tham số S thay đổi hệ số phản xạ nhìn từ vào cổng thay đổi hệ số truyền cổng Vì vậy, cần nhớ hệ số phản xạ nhìn 127 Ket-noi.com diễn đàn công nghê, giáo dục vào cổng n mạng S nn cổng khác không phối hợp hệ số truyền từ cổng m đến cổng n S nm cổng khác không phối hợp 4.4.4 DỊCH CHUYỂN MẶT PHẲNG THAM KHẢO CỦA MẠNG Vì tham số S có liên quan đến biên độ pha sóng truyền tới mạng sóng phản xạ từ mạng vi ba, nên mặt phẳng tham khảo phải quy định rõ cổng mạng Ta khảo sát xem tham số S biến đổi mặt phẳng tham khảo xê dịch khỏi vị trí ban đầu Xét mạng viba có N cổng hình vẽ 4.6, mặt tham khảo gốc đặt zn=0 cổng thứ n, zn toạ độ tuỳ ý đo dọc theo đường fiđơ nối vào cổng n Ký hiệu ma trận tán xạ mạng [S] HÌNH 4.6 Mạng viba n cổng Bây ta dịch chuyển mặt tham khảo đến vị trí zn = ln (đối với cổng thứ n) ký hiệu ma trận tán xạ mạng [S’].Ta viết quan hệ sóng tới sóng phản xạ: [V ] = [ S ][V ] − + (4.70a) 128 Ket-noi.com diễn đàn công nghê, giáo dục [V ′ ] = [ S ′][V ′ ] − + (4.70b) Phương trình (4.70a) viết cho trường hợp mặt tham khảo cũ (z n=0), (4.70b) viết cho trường hợp mặt tham khảo (z n=ln) Theo lý thuyết đường truyền sóng không tổn hao, ta thiết lập quan hệ sóng vị trí mặt tham khảo cũ mặt tham khảo sau: Vn′ + = Vn+ e iθ n (4.71a) Vn′ − = Vn− e − iθ n (4.71b) θn=βnln góc dịch pha xê dịch mặt phẳng tham khảo cổng n Bây ta viết lại (4.71) theo dạng ma trận thay vào (4.70a), ta được: e iθ1       0 e e −iθ1       V ′− = [ S ]       e iθ N  0 [ ] iθ j e     V ′+    e −iθ N  [ ] − iθ j (4.72) Các ma trận đường chéo (4.72) gọi ma trận dịch chuyển, ký hiệu [∅] ma trận vế trái, [∅]-1 ma trận vế phải Biến đổi (4.72) cách nhân vế với ma trận [∅]-1 ta được: [V ′ ] = [φ ] [ S ][φ ] [V ′ ] − −1 −1 + (4.73) So sánh (4.73) với (4.70b) ta được: [ S ′] = [φ ] −1 [ S ][φ ] −1 (4.74) [ S ] = [φ ] −1 [ S ′][φ ] −1 (4.75) Trong công thức tính toán trên, cần ý đoạn dịch chuyển l n cửa n phải coi đại lượng đại số - ln >0 mặt phẳng tham khảo lùi xa khỏi mạng, so với mặt phẳng tham khảo ban đầu - ln [...]... quyết các bài toán về đường truyền dẫn Mặc dù hiện nay cách giải bằng đồ thị không còn đóng vai trò quan trọng trong kỹ thuật do sự phát triển của máy tính và các công cụ phàn mềm để tính toán, nhưng đồ thị vòng tròn vẫn là một công cụ quan trọng, hữu hiệu, giúp cho người cán bộ kỹ thuật có một cách nhìn trực quan hơn khi xử lý các bài toán về đường truyền dẫn Có nhiều phương pháp biểu diễn bằng đồ... V+ 2  V+ 2  2 2 2αl   0  0 Γ Γ e tải   trừ đi công suất sóng phản xạ còn lại ở đầu vào  2 Z   2Z 0 0     32 Ket-noi.com diễn đàn công nghê, giáo dục 1.9 ĐO CÁC THÔNG SỐ CỦA ĐƯỜNG DÂY DẪN SÓNG DÙNG “Đường dây đo” Trong kỹ thuật vi ba, người ta thường sử dụng một công cụ đo lường đơn giản nhưng rất có hiệu quả là “đường dây đo” để xác định gần đúng các thông số của đường truyền như... cos(ωt + βz + φ − )eαz (1.17) Vận dụng các phép chứng minh và suy luận như khi nghiên cứu lý thuyết sóng điện từ phẳng trong giáo trình “Lý thuyết trường điện từ”, ta xác định được ý nghĩa vật lý cũng như các mối quan hệ của các số hạng trong (1.17): 11 Ket-noi.com diễn đàn công nghê, giáo dục β - hệ số pha của sóng, có quan hệ với bước sóng công tác λ bởi: λ= 2π β (1.18) và có quan hệ với vận tốc pha của... = 0 , trên đường truyền chỉ có một sóng là sóng tới, có dạng sóng chạy Như vậy sóng chạy sẽ xảy ra khi: 16 Ket-noi.com diễn đàn công nghê, giáo dục Γ = 0 hay Z L = Z 0 ; Ta nói đường truyền được phối hợp trở kháng 1.6.2 HIỆN TƯỢNG SÓNG ĐỨNG Sau đây sẽ giải thích kỹ hơn về hiện tượng sóng đứng trên đường truyền, lấy sóng điện áp làm ví dụ, ta viết lại (1.40a): [ V( Z ) = V0+ e − iβz 1 + Γe 2iβz ] Biên... min = Z0 S Quan hệ trở kháng của đoạn đường truyền λ 4 : Z vµo Z 02 = ZL Tổn hao do phản xạ: 34 Ket-noi.com diễn đàn công nghê, giáo dục RL = −20 lg Γ dB IL = −20 log T dB Tổn hao do ghép nối: Hệ số truyền qua T: T =1+ Γ = 35 2Z L Z L + Z0 Ket-noi.com diễn đàn công nghê, giáo dục PHẦN 2 ĐỒ THỊ VÒNG TRÒN 2.1 KHÁI NIỆM CHUNG Sau khi đo lường các tham số của đường dây truyền sóng, nếu dùng phương pháp... Trường hợp đầu cuối hở mạch: Z L = ∞ Khảo sát tương tự trường hợp đầu cuối ngắn mạch, ta có: Hệ số phản xạ Γ = 1 23 Ket-noi.com diễn đàn công nghê, giáo dục Hệ số sóng đứng S = ∞ Z0 ,β ZL = ∞ l O HÌNH 1.9 z Đường truyền không tổn hao có đầu cuối hở mạch Phương trình điện áp và dòng điện trên đường dây viết theo l có dạng: [ [e ] ] = 2iV Z V ( z ) = V0+ e iβl − e −iβl = 2V0+ cos βl + 0 V I ( z) = Z0 iβ...Ket-noi.com diễn đàn công nghê, giáo dục 1 δV ( z ) R + iωL δz I ( z) = − Áp dụng (1.12a) ta nhận được: I ( z) = Ký hiệu Z 0 = I ( z) = 1 (V0+ e −γz − V0− e γz ) R + iωL (1.13a) R + iωL , ta viết lại (1.13a): γ 1 (V0+ e −γz − V0− eγz... là: 2 β (lmax1 − lmin 1 ) = π , hoặc 2 β∆L = π Từ đó: ∆L = π λ = 4 2β Ta có hình ảnh của sóng đứng điện áp trên đường dây truyền sóng không tổn hao được vẽ ở hình 1.5 17 Ket-noi.com diễn đàn công nghê, giáo dục HÌNH 1.5 Sóng đứng điện áp trên đường truyền không tổn hao có mắc tải đầu cuối Đối với sóng dòng điện, cũng khảo sát tương tự như trên ta nhận được hình ảnh của sóng đứng có dạng tương tự như... sóng đứng dòng điện cũng được định nghĩa tương tự như trên Rõ ràng là điểm nút của sóng đứng điện áp sẽ tương ứng với điểm bụng của sóng đứng dòng điện và ngược lại 18 Ket-noi.com diễn đàn công nghê, giáo dục Tại các điểm bụng và điểm nút của sóng đứng ta có: Vmax = V0+ (1 + Γ ) I min = V0+ Z0 (1.46) (1 − Γ ) (1.47) Còn tại các điểm nút ta có: Vmin = V0+ (1 − Γ ) I max = 1.6.3 V0+ Z0 (1.48) (1 + Γ... có: V (l ) = V0+ eiβl + V0− e −iβl Hệ số phản xạ theo định nghĩa sẽ bằng: V0− − 2iβl Γ (l ) = + e V0 Trong đó Γ = (1.52) V0− là hệ số phản xạ tại đầu cuối l = 0 V0+ 19 Ket-noi.com diễn đàn công nghê, giáo dục 1.6.5 CÔNG SUẤT TRUNG BÌNH TRUYỀN THEO ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN SÓNG Ta khảo sát công suất trung bình truyền theo đường truyền, qua điểm có toạ độ z nào đó Theo công thức kinh điển của lý thuyết mạch, ... tử nên kỹ thuật viba đem lại nhiều ứng dụng nghiên cứu bản, viễn thám, y học kỹ thuật nhiệt (lò viba) Ngày nay, kỹ thuật viba ứng dụng nhiều lĩnh vực thực tiễn, ứng dụng quan trọng kỹ thuật ra-đa... thuyết kỹ thuật viba" tìm cách áp dụng lý thuyết mạch điện kinh điển sau có quy đổi tương đương cách phù hợp 0.3 ƯU VIỆT CỦA DẢI TẦN VIBA VÀ ỨNG DỤNG CỦA KỸ THUẬT VIBA TRONG THỰC TIỄN Kỹ thuật viba. .. cầu…chứng tỏ vai trò quan trọng dải tần viba kỹ thuật viba Ket-noi.com diễn đàn công nghê, giáo dục 0.4 VÀI NÉT VỀ SỰ PHÁT TRIỂN Kỹ thuật viba vốn coi kỹ thuật có lịch sử phát triển tương đối lâu