Antenva truyen song

TRNG I HC K THUT CễNG NGH TP.HCM ThS NGUYN VN MI f \2? % ANTEN & TRUYN SểNG Ch ng Gi i thi u L ch s Anten GV: ThS Nguy n Vn Mựi CHNG I GII THIU LCH S ANTEN 1.1 Khỏi nim Anten l mt h thng hay mt thit b dựng bc x hay thu nhp nng lng in t Anten c s dng cho vic truyn nng lng in t gia mỏy phỏt v mỏy thu m khụng cn mt s tham gia no ca ng dõy dn nh cỏp xon ụi, cỏp ng trc, ng dn súng hay si quang Vi mt ngun nng lng in t, anten phỏt s bc x súng in t Súng ny lan truyn vo khụng gian v kớch thớch vo anten phớa thu chuyn i nng lng súng in t thnh tớn hiu in a xung ti tin Trong nhiu ng dng, anten ỏnh bi nhng phng tin truyn ti nng lng in t khỏc bi vỡ s mt mỏt nng lng in t tn s tng Ngha l tn s s dng cng tng cao, vic s dng cỏc thit b truyn dn nh ng dn súng lm bng vt liu s tr nờn kộm hp dn hn Trong ú, hiu sut ca anten s tng cao tn s cng cao 1.2 Lch s phỏt trin anten Súng in t thng lnh s hot ng ca anten c mụ t mt cỏch y bi h phng trỡnh Maxwell vo nm 1876 ễng ó thng nht cỏc nh lut c phỏt minh trc ú ca Ampere, Faraday, Gauss v hỡnh thnh nờn mt nh lý chng minh rng s bin thiờn súng in t to nờn s lan truyn Nm 1886: Heinrich Hertz, mt nh vt lý nc c ó thớ nghim v kim tra s tn ti ca súng in t ễng ó sỏng to nờn anten vũng v anten lng cc n gin Sau ú ụng lm nhng thớ nghim vi nhng anten cú gn phn súng n Nm 1897: Alexander PoPov, nh vt lý Nga ó sỏng to tuyn anten thc s u tiờn cú kh nng truyn tớn hiu qua khong cỏch dm Nm 1901: Gugliema Marconi ó thc hin thnh cụng vic truyn thụng vụ tuyn vt i Tõy Dng ln u tiờn ti khong tn s 60 KHz Nm 1916: Nu nh trc 1916 tt c nhng h thng vụ tuyn truyn thụng u da trờn telegraphy (in bỏo) mt cỏch o thỡ n 1916 vic s dng tớn hiu AM u tiờn ó chng minh cho truyn c tớn hiu thoi Nhng nm 1920: Cỏc ngun phỏt súng cú kh nng to tớn hiu 1MHz T ú ó kộo theo s phỏt trin ca anten cú tớnh di õm u tiờn Nhng nm 1930: Cỏc ngun to tớn hiu tn s cao hn tip tc phỏt trin ti hng GHz Giỏo trỡnh Anten v Truy n Súng Trang Ch ng Gi i thi u L ch s Anten GV: ThS Nguy n Vn Mựi Nm 1934: H thng in thoi vụ tuyn thng mi u tiờn i hot ng ti tn s 1,8 GHZ cho s trao i gia Anh v Phỏp Nhng nm 1940-1945: Vi nhng n lc nghiờn cu t cuc chin tranh th gii th 2; cỏc h thng radar; reflector; h thng bc x (arrays); anten lens; nhng b lc cho ng dn súng ln lt i T 1945 n nay: õy l k nguyờn ca anten hin i, anten ó cú th truyn c súng vụ tuyn radio v TV trờn ton th gii Bng chng cho s phỏt trin ny l k thut v tinh (satellite) Anten cú th s dng nhiu mc ớch m khụng cú th mng tng c trc ú nh GPS,Wireless LAN 1.3 Cỏc loi anten 1-Anten dõy (Wire Antena): Cu to l mt dõy dn in kim loi cú nhiu hỡnh dng khỏc nhau: a-Dipole:cũn c gi l anten dõy thng hay lng cc b-Monopole: (n cc) c- Loop antenna: (Anten vũng) Giỏo trỡnh Anten v Truy n Súng Trang Ch ng Gi i thi u L ch s Anten GV: ThS Nguy n Vn Mựi d-Helix antenna: (Anten xon) 2- Anten mt (Aperture Antenna hoc Horn Antenna) L loi anten rt thun li lp t trờn thõn tu v tr, mỏy bay hay thõn tờn la Chỳng cú th c ph mt lp in mụi trỏnh tỏc hi ca mụi trng 3-Anten vi di (MicroStrip Atenna) Gm mt ming kim loi t trờn mt nn, ming kim loi cú th cú nhiu dng khỏc ph bin l hỡnh trũn 4-H thng bc x (Array Atenna) Anten ny cú th ỏp ng cỏc c tớnh bc x c bit m mt anten n gin khụng th ỏp ng c Nú t c mt s phỏt x mt hng no ú v t cc tiu cỏc hng cũn li Giỏo trỡnh Anten v Truy n Súng Trang Ch ng Gi i thi u L ch s Anten GV: ThS Nguy n Vn Mựi 5-Anten phn x hay anten gng (Reflector Atenna) Do nhu cu liờn lc khong cỏch xa phỏt v thu khong cỏch hng triu dm Anten phn x cú tớnh nh hng cao v ớt b nhiu Nn mt phn x l mt Parabol bng kim loi 6-Anten thu kớnh (Lens Antenna) Dựng ngn nng lng phỏt x ti nhng hng khụng cn thit Bng cỏc cu hỡnh v vt liu thu kớnh, ngi ta cú th chuyn cỏc dng phõn k khỏc ca nng lng vo mt hng no ú Giỏo trỡnh Anten v Truy n Súng Trang Ch ng Mụ t cỏc c tớnh b c x Anten GV: ThS Nguy n Vn Mựi CHNG II CC C TNH CA ANTEN 2.1 Tr khỏng ngừ vo ca anten: anten l thit b dựng thu hoc phỏt súng in t Trong mch in ta xem anten nh mt tr khỏng: (2.1) Z A RA jX A Ch phỏt: anten ly nng lng tớn hiu in t mỏy phỏt v bc x in t mụi trng khụng gian nờn úng vai trũ l ti ca ngun ZS IA ZA AC VS Mỏy phỏt Antenna Hỡnh 2.1 Anten ch phỏt Chỳng ta kho sỏt mt mỏy phỏt cú tr khỏng vo l Z S to mt tớn hiu cú in ỏp l VS ni vi mt anten cú tr khỏng vo l Z A Nng lng ngun t mỏy phỏt cp cho anten khụng bc x ton b thnh nng lng súng in t m cú mt phn tiờu hao trờn anten cu to anten bng nhng vt liu khụng lý tng Nờn ta gi: R A : l in tr ca anten c trng cho nng lng tiờu th trờn anten jX A : l in khỏng ca anten Gi PA l cụng sut nhn u vo ca anten Giỏo trỡnh Anten v Truy n Súng Trang Ch ng Mụ t cỏc c tớnh b c x Anten Re VA I A* Re Z A I A I A* 2 Re Z A I A 2 RA I A PA (2.2) VS M I A ZA GV: ThS Nguy n Vn Mựi (2.3) ZS Thay (2.3) vo (2.2) ta cú: PA Chỳ ý: VS VS R A Z A ZS (2.4) VS ( RMS ) T lý thuyt mch ó bit, tng cụng sut nhn u vo anten s t c cc i tha iu kin phi hp tr khỏng gia ti v ngun: ZA RA XA ZS RS XS Khi ú cụng sut ngừ vo anten t cc i v bng: PA, max VS RS (2.5) Gi q l h s ghộp cụng sut hay h s phi hp tr khỏng Khi anten khụng phi hp tr khỏng vi ngun thỡ: (2.6) PA q.PS Hay PA q.PA, max Suy q R A RS ZA Khi Z S l thun tr ( X S Vỡ q ZS (2.7) ) thỡ h s ghộp cụng sut cú th biu din nh sau: R A RS ZA ZS Giỏo trỡnh Anten v Truy n Súng Trang Ch ng q Mụ t RS ) ( RA [( R A X A2 ] [( R A ZA ZA q ZS ZA q Vi ZA ZS ZA ZS ZA ZS GV: ThS Nguy n Vn Mựi ZS RS ) Anten RS ) ( RA ZA q cỏc c tớnh b c x X A2 ] ZS ZS RS ) 2 2 l h s phn x : ZA ZS ZA ZS (2.8) Khi ú h s ghộp cụng sut cú th biu din nh sau : q Ch thu: anten thu súng in t ri cp cho ti l mỏy thu ngun ca ti tin (2.9) anten úng vai trũ l Hỡnh 2.2 anten ch thu 2.2 Hiu sut ca anten: Khi anten s dng ch phỏt thỡ nú l thit b dựng bc x nng lng súng in t Mt cỏch lý tng thỡ anten phỏt s bc x tt c cụng sut m nú nhn c t ngun Nhng thc t, cỏc tn hao v in v in mụi ó lm cho anten khụng th bc x tt c nng lng m nú nhn c Giỏo trỡnh Anten v Truy n Súng Trang Ch ng Mụ t cỏc c tớnh b c x Anten GV: ThS Nguy n Vn Mựi Gi PR l cụng sut bc x thc s ca anten Hiu sut anten kớ hiu e chớnh l t s gia cụng sut m anten bc x thc s vi ton b cụng sut m anten nhn c t ngun : Ta cú: e PR PA (2.10) Gi PD l cụng sut tn hao nhit trờn anten Ta luụn cú: PA PR T (2.10) (2.11) PD PD (1 e) PA Gi RR : in tr bc x c trng cho phn cụng sut bc x ngoi khụng gian RD : in tr tn hao c trng cho phn cụng sut tn hao di dng nhit RA I A 2 RR I R 2 RD I D PA V PR PD Thay 2.12 vo 2.11 ta cú RA (2.12) RR RD (2.13) Hiu sut anten cú th tớnh bng phng trỡnh khỏc: e PR PA RR RA RR RR RD (2.14) Vớ d: Mt anten cú tr khỏng vo l Z A 75 j 43( ) ú in tr tn hao l RD 2( ) c ni vi mt mỏy phỏt cú VS , RMS 10V v RS 50( ) a) V s tng ng ca h thng b) Tớnh cụng sut bc x, tn hao, tiờu th v hiu sut ca anten Gii: a) S tng ng: Giỏo trỡnh Anten v Truy n Súng Trang Ch ng Mụ t RS cỏc c tớnh b c x Anten GV: ThS Nguy n Vn Mựi 50 IA AC VS , RMS VA ZA 75 j 43 10V Mỏy phỏt b) Ta cú: VS IA Antenna VS ( RMS ) 10 VS ZA VS ZS RA RD 10 73 j 43 50 0,075 RS jX S 10 125 j 43 (A) 73 0.075 W 2 o Cụng sut tn hao PD RD I D 2 0,075 0,01 W o Cụng sut tiờu th: PA PR PD 0,41W RR 73 o Hiu sut ca anten: e 100 97% R A 75 o PR RR I R jX A 2.3 Trng in t c to bi anten Cụng sut PR c bc x bi anten di dng trng in t Trng in t ny gm cú phn: Trng in E (V / m) Trng t H ( A / m) vuụng gúc vi v cựng vuụng gúc vi phng truyn súng Gi s anten t ti gc ta Ta kho sỏt trng in t anten to ti im M bt kỡ khụng gian Giỏo trỡnh Anten v Truy n Súng Trang Ch ng Truy n súng vụ n GV: ThS Nguy n Vn Mựi 5.3 TRUYN SểNG TRONG TNG I LU Tng i lu l tng di cựng ca khớ quyn trỏi t tri t mt t lờn n cao khong 8-10Km cỏc v tuyn cc, khong 10-12Km cỏc v tuyn trung bỡnh v 16-18 Km nhit i Sut b dy ca tng i lu, cht khớ cú thnh phn khụng i ging nh trờn mt t (N2 l 78%, O2 l 21% v mt s cỏc cht khớ khỏc nh H2, CO2, v hi nc) Riờng mt hi nc cú th bin i tựy theo iu kin khớ tng v c bit nú gim mnh theo chiu cao Trong tng ny cỏc iu kin truyn súng khụng gian t b thay i b mt cong trỏi t v bu khớ quyn trỏi t Anten t trờn mt t phng Trong mụ hỡnh ny b mt trỏi t c gi s l phng khong gia anten thu v anten phỏt Lỳc ú súng ti anten thu gm cú hai thnh phn: Súng ti trc tip Súng phn x t mt t a Hin tng phn x: Gi s anten t ti A cao h1 trờn mt t phng Ta kho sỏt trng im B t anten thu cú cao h2 Khong cỏch AB = r A r1 B r2 C r Hỡnh 5.2 Mụ hỡnh truyn súng tng i lu vi mt t phng Khỏc vi khụng gian t do; trng ti im thu l tng hp ca súng ti v súng phn x Xột h s phn x | R | e j Tớnh cht ca súng phn x ph thuc vo h s phn x mt t H s phn x ny ph thuc vo cỏc yu t sau: + Tớnh dn in ca mt t + Gúc ti ca súng ti Giỏo trỡnh Anten v Truy n Súng Trang 96 Ch ng Truy n súng vụ n GV: ThS Nguy n Vn Mựi + S phõn cc R Trng hp lý tng: hspx Cỏc giỏ tr |R|, ca h s phn x thng xỏc nh theo thc nghim nhng thng cú dng chung nh sau: b Giao thoa Do cú s phn x t mt t nờn trng ti im thu l tng hp súng ti v súng phn x Hin tng ny c gi l giao thoa v ph thuc vo |R|, lch pha ca súng ti v súng phn x ph thuc vo v s chờnh lch di ng i ca tia: r Thc t h1 v h2