Bài giảng kỹ thuật ăng ten

NHP MễN I V trớ ch yu ca anten k thut vụ tuyn in -Cú hai cỏch truyn nng lng súng in t khụng gian: Cỏch 1: Dựng h thng truyn dn: cỏc h dn súng in t nh ng dõy song hnh, ng truyn ng trc, ng dn súng kim loi hoc in mụi v.v Súng in t truyn lan cỏc h thng ny thuc loi súng in t rng buc (khụng t do) Cỏch 2: Bc x súng khụng gian: súng s c truyn i di dng súng in t t do(khụng b rng buc) Vi cỏch thỡ ngi ta dựng mt thit b bc x súng in t khụng gian bờn ngoi hoc thu nhn súng in t t khụng gian bờn ngoi, thit b ny c gi l anten ó l h thng vụ tuyn in thỡ cú ngha l h thng ú cú s dng súng in t, m ó s dng súng in t thỡ nht nh phi s dng anten bc x súng in t hoc thu súng in t Cú hai loi anten: anten thu v anten phỏt Anten phỏt cú nhim v bin i súng in t rng buc fide thnh súng in t t bc x khụng gian Anten thu cú nhim v ngc li vi anten phỏt, ngha l tip nhn súng in t t t khụng gian bờn ngoi v bin i chỳng thnh súng in t rng buc Súng ny c truyn theo fide ti mỏy thu (Gia mỏy phỏt v anten phỏt cng nh gia mỏy thu v anten thu khụng ni trc tip vi m c ghộp vi qua ng truyn nng lng in t gi l fide) Yờu cu ca thit b anten-fide l phi thc hin vic truyn v bin i nng lng vi hiu sut cao nht v khụng gõy mộo dng tớn hiu Ngoi ra, tựy theo yờu cu c th ca tng h thng vụ tuyn in m anten li cú nhng yờu cu nhim v c th ỏp ng vi tng h thng ny II Quỏ trỡnh vt lý ca s bc x súng in t -Nguyờn lý chung: Bt k h thng in t no cú kh nng to in trng hoc t trng bin thiờn thỡ u cú bc x súng in t Tuy nhiờn thc t s bc x ch xy nhng iu kin nht nh -Vớ d: cú mt mch dao ng trung(khụng bc x súng in t) nh hỡnh sau õy: M a) c) b) d) Hỡnh 1 Nu t vo mch mt sc in ng bin i thỡ khụng gian ca t in s phỏt sinh in trng bin thiờn, cũn khụng gian ca cun cm s phỏt sinh t trng bin thiờn Ta thy nng lng t trng bin thiờn cun dõy chuyn húa thnh nng lng in trng bin thiờn t in, v ngc li, nng lng in trng bin thiờn t in li chuyn húa thnh nng lng t trng bin thiờn cun cm, rừ rng in t trng ny hu nh khụng bc x ngoi m b rng buc vi cỏc phn t mch Dũng in dch chuyn qua t in theo ng ngn nht khong khụng gian gia hai mỏ t in nờn nng lng in trng b gii hn khong khụng gian y Cũn nng lng t trng trung ch yu mt th tớch nh lũng cun cm Nng lng ca c h thng s c bo ton nu khụng cú tn hao nhit cỏc dõy dn v in mụi ca mch Nu m rng kớch thc ca t in(nh hỡnh b) thỡ dũng in dch(c biu th trờn hỡnh v trựng vi cỏc ng sc in trng) s khụng ch dch chuyn khong khụng gian gia hai mỏ t in m mt b phn s lan ta mụi trng bờn ngoi v cú th truyn ti nhng im nm cỏch xa ngun(ngun in trng õy l cỏc in tớch bin i trờn hai mỏ t in) Nu m rng hn na kớch thc ca t in(nh hỡnh 1c) thỡ dũng in dch s lan ta cng nhiu v to in trng bin thiờn vi biờn ln hn khong khụng gian bờn ngoi in trng bin thiờn c truyn lan vi tc ỏnh sỏng Khi t ti khong cỏch khỏ xa ngun thỡ chỳng s thoỏt s rng buc vi ngun, ngha l khụng cũn s liờn h vi cỏc in tớch trờn hai mỏ t in na Tht vy, nu ta quan sỏt cỏc ng sc in trng gn t in thỡ thy rng chỳng khụng t khộp kớn m cú im bt u l cỏc in tớch trờn hai mỏ t in Do ú giỏ tr ca in trng nhng im nm trờn cỏc ng sc y s bin thiờn ng thi vi s bin thiờn ca cỏc in tớch trờn t in Nhng nu xột mt im M cỏch xa ngun thỡ cú th thy rng ti thi im no ú, in trng ti im M cú th t ti mt giỏ tr nht nh lỳc in trng trờn hai mỏ t in li bin i qua giỏ tr Khi y cỏc ng sc in s khụng cũn rng buc vi cỏc in tớch na m chỳng phi t khộp kớn khụng gian, ngha l ó hỡnh thnh mt in trng xoỏy(hỡnh 1c) Theo qui lut ca in trng bin thiờn thỡ in trng xoỏy s to mt t trng bin i v t trng bin i li tip tc to ta in trng xoỏy, ngha l ó hỡnh thnh quỏ trỡnh súng in t Phn nng lng in t thoỏt ngun v truyn i khụng gian t c gi l nng lng bc x hay nng lng hu cụng Phn nng lng in t rng buc vi ngun s dao ng gn ngun, nú khụng tham gia vo vic to thnh súng in t, c gi l nng lng vụ cụng Nh vy ta thy rng mt h thng bc x in t cú hiu qu s l h thng m ú in trng hoc t trng bin thiờn cú kh nng thõm nhp c nhiu vo khụng gian ngoi T õy ta thy rng h thng in t biu th hỡnh 1c s bc x cú hiu qu hn h thng hỡnh 1b III Nguyờn lý Huyghen Dũng in mt v dũng t mt tng ng Mt cỏc bi toỏn c bn ca lý thuyt anten l xỏc nh cỏc vộc t E v H ca in trng bc x bi an ten ti mt im no ú nm khụng gian bao quanh anten Núi mt cỏch khỏi quỏt: Mt vt dn in cú dũng in bin thiờn chy qua thỡ ti mt im bt k trờn b mt vt dn ny cú in trng bin thiờn v t trng bin thiờn c biu th bi cỏc vộc E v H, cú ngha l cú lc ca in trng v lc ca t trng(tt nhiờn cỏc lc ny cng bin thiờn) Vy khụng gian bao quanh vt dn cng cú in trng v t trng bin thiờn, ú ti mi im trờn mt mt kớn cú hỡnh dng bt k bao quanh vt dn cng cú in trng bin thiờn v t trng bin thiờn cng c biu th bi cỏc vecto E v H cú ngha l cú lc ca in trng v lc ca t trng(tt nhiờn cỏc lc ny cng bin thiờn) gii chớnh xỏc bi toỏn ny thỡ phi xỏc nh chớnh xỏc qui lut phõn b ca dũng in hoc in tớch tren anten, ngha l cn xỏc nh phõn b thc ca ngun trng khụng gian õy l nhng toỏn hc rt phc Ch mt s trng hp tht n gin ta mi cú th xỏc nh c phõn b thc ca ngun trng, v ú mi cú th tỡm c li gii chớnh xỏc ca bi toỏn bc x Thc t cho thy nhiu trng hp bi toỏn bc x an ten ch c gii bng phng phỏp gn ỳng Khi ú cú th da vo mt s c s vt lý ó bit suy qui lut phõn b biờn v pha ca cỏc dũng in trờn anten, sau ú tin hnh gii bi toỏn bc x vi qui lut gi nh y Cng cú th gii bi toỏn bc x anten theo cỏch khỏc, ngha l khụng cn da vo phõn b ca ngun thc khụng gian m ch cn cn c vo phõn b biờn v pha ca cỏc thnh phn tip tuyn ca in v t trng trờn mt mt kớn S no ú bao quanh ngun trng (Hỡnh 2) E Hn E En S Et n H S Ht Ht Anten a) b) _ (JS)m = [ E n ] Anten _ e (JS) = [ n H ] Hỡnh Phng phỏp ny c xõy dng da trờn nguyờn lý Huyghen nh sau: ta cú th coi mi mt mt súng bt k l hp ca vụ s cỏc ngun nguyờn t th cp(nguyờn t Huyghen) Cỏc nguyờn t ny s bc x v hỡnh thnh nhng mt súng mi Khi y, trng to bi ngun thc mt im no ú khụng gian cú th c coi l trng giao thoa, m trng giao thoa ny c to bi cỏc ngun th cp phõn b trờn mt kớn S bao quanh ngun thc Sau õy s kho sỏt ni dung túm tt ca nguyờn lý ny: Gi s mt ngun bc x(anten) c t khụng gian vụ hn Cng trng bc x c biu th bi cỏc vecto E v H Ta hóy bao mt mt kớn S tựy ý quanh anten (hỡnh ) Cỏc vecto E v H trờn mt S cú th c phõn tớch thnh hai thnh phn: thnh phn tip tuyn v thnh phn phỏp tuyn i vi b mt S E = Et + En ; H = Ht + Hn Do tớnh cht tuyn tớnh ca cỏc phng trỡnh MacXoen, ta cú th kho sỏt riờng bit hai trng hp ng vi hai cp vecto trờn mt S, sau ú xp chng cỏc kt qu nhn c Trng hp 1: Mt S, trờn ú cú cỏc thnh phn trng Ht v En Cỏc thnh phn cũn li bng ( Et = ; Hn = ) Trng hp 2: Mt S, trờn ú cú cỏc thnh phn trng Et v Hn Cỏc thnh phn cũn li bng ( Ht = ; En = ) Trong trng hp th nht thỡ mt S c coi l mt dn in lý tng vỡ trờn ú ch cú thnh phn tip tuyn ca t trng v thnh phn phỏp tuyn ca in trng Khi y cú th coi trờn mt S cú dũng in mt vi mt ( JS)e Trong trng hp th nht thỡ mt S c coi l mt dn t lý tng vỡ trờn ú ch cú thnh phn tip tuyn ca in trng v thnh phn phỏp tuyn ca t trng Khi y cú th coi trờn mt S cú dũng t mt vi mt ( JS)m Cỏc dũng in mt v cỏc dũng t mt núi trờn l cỏc dũng mt tng ng Khi ó bit cỏc dũng mt tng ng thỡ ta cú th xỏc nh trng bc x theo phng phỏp vecto th Nh vy, vic xỏc nh trng to bi cỏc dũng in trờn ngun thc c thay th bi vic xỏc nh trng to bi cỏc dũng mt tng ng trờn mt S p dng nguyờn lý ny, nhiu trng hp ta cú th gii quyt bi toỏn bc x ca anten mt cỏch n gin, ngha l cú th xỏc nh trng bc x ca anten m khụng cn bit phõn b thc ca dũng in hoc in tớch trờn anten CHNG IV BC X CA DềNG IN V DềNG T TRONG KHễNG GIAN T DO CC C TRNG C BN CA TRNG BC X 4.1 Trng bc x ca dũng in v dũng t khụng gian t z r M i R y O iR Hỡnh 4-1 V x Gi thit cú mt th tớch V cú cỏc dũng in v dũng t phõn b vi mt l Je v Jm tng ng( xem hỡnh 4-1) Th thỡ trng ca cỏc dũng ny cú th c xỏc nh qua vecto th sau: Ae,m = Je,m V eikr dV (4-1) r r l khong cỏch tớnh t im tớch phõn(phn t th tớch dV) n im kho sỏt M (im M l im cn xỏc nh vecto th Ae,m ) kho sỏt c tớnh ca trng dũng ngi ta chia hai khu l khu gn v khu xa - Khu gn l bao quanh h thng dũng, cú bỏn kớnh r khỏ nh so vi bc súng (r>, y ta khụng th b qua s chm pha ca trng im kho sỏt, ú trng khu ny mang c tớnh lan truyn v vỡ vy khu xa cũn c gi l khu súng, hay khu bc x Vi hỡnh 4-1 ta phi chn gc ta O ca h ta vuụng gúc v h ta cu, im O c chn th tớch V khong cỏch cc i t im y n mt bao th tớch V s khụng vt quỏ mt na ng kớnh D ln nht ca th tớch V(D l khong cỏch cc i gia hai im nm trờn mt bao ca th tớch) - T hỡnh 4-1 ta cú: R = r + r = R r = R2 + 2.R .cos (4-2) - xỏc nh trng khu gn tt nhiờn ta phi ỏp dng cụng thc (4-2) tớnh r -Khi xỏc nh trng ca h thng dũng khu xa (vi iu kin