ĐIỆN tử VIỄN THÔNG lythuyetantentruyensong 130611115451 phpapp01 khotailieu

BÀI GIẢNG MƠN TRUYỀN SĨNG VÀ ANTEN Nội dung Chương 1: Các vấn đề chung truyền sóng Tính chất sóng điện từ; Các phương pháp truyền lan sóng; Q trình truyền lan sóng khơng gian tự Chương 2: Truyền lan sóng cực ngắn Truyền lan điều kiện lý tưởng; Truyền lan điều kiện thực Chương 3: Kênh truyền sóng vơ tuyến Đặc tính kênh truyền sóng; Phadinh; Các mơ hình kênh Chương 4: Lý thuyết chung anten Các tham số anten; Các nguồn xạ nguyên tố Chương 5: Chấn tử đối xứng Trường xạ chấn tử đối xứng; Các tham số, phương pháp cấp điện cho chấn tử đối xứng Chương 6: Anten thông tin vô tuyến Anten nhiều chấn tử; Nguyên lý xạ mặt; Anten loa, anten gương www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀN BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG Trang BÀI GIẢNG MƠN TRUYỀN SĨNG VÀ ANTEN CHƯƠNG I – CÁC VẤN ĐỀ CHUNG VỀ TRUYỀN SĨNG  Hệ thống viễn thơng Hình 1.1 Mơ hình hệ thống viễn thơng www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀN BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG Trang BÀI GIẢNG MÔN TRUYỀN SĨNG VÀ ANTEN 1.1 Giới thiệu  Truyền dẫn vơ tuyến (Radio Transmission) • Mơi trường truyền dẫn + Khơng gian (bầu khí quyển) • Phương tiện truyền dẫn + Sóng điện từ Hình 1.2 Mơi trường truyền dẫn vơ tuyến www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀN BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG Trang BÀI GIẢNG MƠN TRUYỀN SĨNG VÀ ANTEN 1.2 Tính chất SĐT  Khái niệm • Sóng điện từ q trình biến đổi lượng tuần hồn điện trường từ trường làm cho lượng điện từ lan truyền khơng gian  Đặc điểm • Sóng điện từ có hai thành phần: + Điện trường : E (V/m) + Từ trường : H (A/m) Đây hai đại lượng vectơ (có phương, chiều, độ lớn), có quan hệ mật thiết với q trình sóng truyền lan khơng gian • Các nguồn xạ sóng điện từ thường có dạng sóng cầu sóng trụ, nghiên cứu ta chuyển dạng sóng phẳng www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀN BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG Trang BÀI GIẢNG MƠN TRUYỀN SĨNG VÀ ANTEN 1.2 Tính chất SĐT  Biểu thức quan hệ thành phần • Nghiên cứu với sóng điện từ phẳng, truyền lan môi trường điện môi đồng đẳng hướng • Biểu diễn sóng điện từ hệ phương trình Maxoel dạng vi phân: � Hy Ex ��    � t � z � � � � Hy Ex ��   � z � t �� (1.1) : Hệ số điện môi : Hệ số từ thẩm z: Cự ly truyền sóng t: Thời gian + Giải hệ � z� � z� � F2 �t  � � v� � v� E x  F1 � t � z� � z� H y  G1 � t  � G �t  � � v� � v� www.ptit.edu.vn (1.2) F, G: Các hàm sóng v: Vận tốc truyền lan sóng (m/s) v � z  � t GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀN BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1 . Trang BÀI GIẢNG MƠN TRUYỀN SĨNG VÀ ANTEN 1.2 Tính chất SĐT  Biểu thức quan hệ thành phần • Trở kháng sóng, Z: Biểu thị ảnh hưởng môi trường tới trình truyền sóng Z    E H   (1.3) + Với không gian tự   4.10  H / m  ; 0  10 7 v  3.10 0 Z0   www.ptit.edu.vn 0  120 9 36  F / m  m / s  c (1.4)   GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀN BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG Trang BÀI GIẢNG MƠN TRUYỀN SĨNG VÀ ANTEN 1.2 Tính chất SĐT  Biểu thức quan hệ thành phần • Biến đổi Fourier biểu diễn sóng điện từ dạng tín hiệu điều hòa    E cos  t  kz  E E  cos   t  z   cos  t  kz  v Z Z E x  E m cos  t  z Hy m k v m (1.5) m  2.f 2.f 2    v c f   k: Hệ số sóng, đặc trưng cho thay đổi pha sóng + Nhận xét: Khi sóng truyền lan, điểm thành phần từ trường điện trường có pha biên độ liên hệ qua công thức (1.5) www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀN BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG Trang BÀI GIẢNG MÔN TRUYỀN SĨNG VÀ ANTEN 1.2 Tính chất SĐT  Biểu thức quan hệ thành phần • Thơng lượng lượng sóng điện từ, S r ur ur S  [ E �H] (1.6) + Thơng lượng lượng trung bình Savg ur ur E m H m E m  R e E �H   2 2.Z    W/m  (1.7) • Sóng điện từ ngang, TEM Hình 1.3 Sóng TEM www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀN BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG Trang BÀI GIẢNG MƠN TRUYỀN SĨNG VÀ ANTEN 1.2 Tính chất SĐT  Mặt sóng + Sóng điện từ lan tỏa khơng gian, điểm sóng điện từ đặc trưng pha cường độ • Mặt sóng: Là quỹ tích điểm khơng gian sóng điện từ có pha cường độ • Hai dạng mặt sóng đặc biệt: Mặt sóng phẳng, mặt sóng cầu • Q trình truyền lan sóng điện từ: Tính chất sóng + Sóng điện từ xạ khơng gian dạng vơ số mặt sóng liên tiếp + Nguồn xạ sóng điện từ đóng vai trò nguồn xạ sơ cấp + Q trình sóng truyền lan, mặt sóng tạo đóng vai trò nguồn xạ thứ cấp tạo mặt sóng tiếp sau www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀN BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG Trang BÀI GIẢNG MƠN TRUYỀN SĨNG VÀ ANTEN 1.2 Tính chất SĐT  Phân cực sóng • KN: Trường phân cực trường điện từ với vecto E H xác định hướng thời điểm (biến đổi có tính quy luật) Ngược lại trường khơng phân cực (biến đổi ngẫu nhiên khơng gian) • Mặt phẳng phân cực: Là mặt phẳng chứa vec tơ E phương truyền lan sóng (vecto Z) www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀN BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THƠNG Trang 10 BÀI GIẢNG MƠN TRUYỀN SĨNG VÀ ANTEN 6.2 Anten nhiều chấn tử  Anten Logarit chu kỳ (2)  max = 0,95  = 100 d5 d2 d1 Phiđơ cấp điện www.ptit.edu.vn l1 l2 l3 l4 GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀN BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG l5 l6  Trang 150 BÀI GIẢNG MƠN TRUYỀN SĨNG VÀ ANTEN 6.2 Anten nhiều chấn tử  Anten Logarit chu kỳ (3) • Nguyên lý hoạt động + Tần số kích thích f0: Chấn tử l0 =  0/2 đóng vai trò chấn tử chủ động (trở kháng vào trở = 73,1) + Các chấn tử khác có thành phần điện kháng, giá trị phụ thuộc độ dài so với chấn tử cộng hưởng + Tiếp điện so le, chấn tử phía trước (l < l0) thoả mãn điều kiện chấn tử hướng xạ, chấn tử phía sau (l > l0) thoả mãn điều kiện chấn tử phản xạ + Miền xạ anten chủ yếu tạo chấn tử cộng hưởng vài chấn tử lân cận • Cơng thức xác định tần số làm việc f n  n  f1  fn  ln   n  1 ln   f1  www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀN BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG Trang 151 BÀI GIẢNG MƠN TRUYỀN SĨNG VÀ ANTEN  Anten khe nửa sóng 6.3 Anten khe • Cấu tạo • Ngun lý hoạt động + Dưới tác dụng sức điện động đặt vào khe, khe xuất đường sức điện trường hướng vng góc với hai mép khe + phân bố điện trường dọc theo khe tuân theo quy luật sóng đứng z + khe tương đương dây dẫn từ e �l � m I day  2U bkhe sin �  z � �2 � + Trường xạ anten khe � �kl kl � � cos � cos � cos � � U 2  ikr � �e E  i bkhe � � r � sin � � � � � www.ptit.edu.vn E /2 e y x � �kl kl � � cos � cos � cos � Hình 6.7 Anten khe nửa sóng � U bkhe 2 ikr � � � �e H   i Z r � sin � � � � GIẢNG VIÊN: PHẠM � THỊ THÚY HIỀN Trang 152 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG BÀI GIẢNG MÔN TRUYỀN SĨNG VÀ ANTEN 6.3 Anten khe • Khe có l  � � cos � cos � U �2 �e ikr E  i khe r sin � � cos � cos � U �2 �e ikr H  i khe Z r sin • Đồ thị phương hướng khe nửa sóng x x a) b)  z  y Hình 6.8 Đồ thị phương hướng khe nửa sóng a) mặt phẳng H b) mặt phẳng E www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀN BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG Trang 153 BÀI GIẢNG MƠN TRUYỀN SĨNG VÀ ANTEN 6.4 Nguyên lý xạ mặt  Bức xạ bề mặt kích thích trường điện từ • Bài toán tổng quát H x  ix H f  x, y   ix H f m  x, y  e j  x , y  z e  S y Sóng phẳng kích thích x Hình 6.15 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀN BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG Trang 154 BÀI GIẢNG MƠN TRUYỀN SĨNG VÀ ANTEN  Cấu tạo 6.3 Anten loa • Thuộc loại anten xạ mặt + Là đoạn ống dẫn sóng có đầu hở + Miệng ống dẫn sóng mở thon dần để trở kháng sóng biến đổi www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀN BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THƠNG Trang 155 BÀI GIẢNG MƠN TRUYỀN SĨNG VÀ ANTEN 6.3 Anten loa  Nguyên lý hoạt động • Mơ tả loa hình nón L R O z 2R0 20 Cổ loa Miệng loa www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀN BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THƠNG Trang 156 BÀI GIẢNG MƠN TRUYỀN SĨNG VÀ ANTEN 6.3 Anten loa • Nguyên lý + Năng lượng cao tần đến cổ loa dạng sóng phẳng + Sóng phân kỳ theo thân loa tới miệng loa + Tại miệng loa lượng sóng xạ khơng gian với dạng sóng cầu + Chọn góc mở thích hợp R0   R �  0,15 2, 4 + Đồ thị tính hướng  =00 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀN BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG Trang 157 BÀI GIẢNG MÔN TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 6.4 Anten gương  Nguyên lý • Dựa nguyên lý làm việc gương quang học + Bộ xạ sơ cấp: Bức xạ sóng điện từ với mặt sóng hướng truyền lan xác định + Mặt phản xạ: Biến đổi thành sóng thứ cấp với mặt sóng hướng truyền lan theo yêu cầu nhờ kết cấu mặt phản xạ làm việc theo nguyên lý gương quang học • Anten gương thường có tính hướng cao + Sóng thứ cấp sóng phẳng, tập chung lượng khơng gian hẹp www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀN BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG Trang 158 BÀI GIẢNG MƠN TRUYỀN SĨNG VÀ ANTEN  Anten Parabol 6.4 Anten gương • Cấu tạo + Bộ xạ sơ cấp: Sử dụng anten chấn tử đối xứng anten loa Vị trí đặt tiêu điểm parabol + Mặt phản xạ: Hình parabol tròn xoay với hệ số phản xạ cao www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀN BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG Trang 159 BÀI GIẢNG MƠN TRUYỀN SĨNG VÀ ANTEN  Anten Parabol (2) 6.4 Anten gương • Nguyên lý hoạt động + Tính chất quan học gương parabol FO + OO’ = FA + AB = f + h = Const + Các tia sau phản xạ đến miệng gương với quãng đường nhau, miệng gương mặt sóng mặt phẳng www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀN BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG Trang 160 BÀI GIẢNG MƠN TRUYỀN SĨNG VÀ ANTEN  Anten Parabol (3) 6.4 Anten gương • Các tham số + Đồ thị tính hướng 3dB  2 21   2  70  dB d fd dB Búp Các búp phụ G Búp ngược dB 2 1/2 - 1800 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀN BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1800 Trang 161 BÀI GIẢNG MƠN TRUYỀN SĨNG VÀ ANTEN 6.4 Anten gương  Anten Parabol (4) • Các tham số + Hệ số tính hướng, hệ số khuyếch đại 4 S � d � D � �  � � D dBi  20 lg d m  20 lg f GHz  20,4 4 S � d � G  � �  � � G (dBi )  20 lg d m   20 lg f  GHz   10 lg   20, www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀN BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG Trang 162 BÀI GIẢNG MƠN TRUYỀN SĨNG VÀ ANTEN 6.4 Anten gương  Một số loại anten gương • Anten Cassegrain (anten hai gương) www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀN BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG Trang 163 BÀI GIẢNG MƠN TRUYỀN SĨNG VÀ ANTEN 6.4 Anten gương  Một số loại anten gương • Anten Gregorial www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀN BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG Trang 164 ...  Khái niệm • Sóng điện từ trình biến đổi lượng tuần hoàn điện trường từ trường làm cho lượng điện từ lan truyền không gian  Đặc điểm • Sóng điện từ có hai thành phần: + Điện trường : E (V/m)... MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG Trang 14 BÀI GIẢNG MƠN TRUYỀN SĨNG VÀ ANTEN 1.3 Phân loại sóng điện từ  Phân chia sóng điện từ • Tính chất quang học + Sóng ánh sáng sóng điện từ, băng tần thị... TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG Trang 18 BÀI GIẢNG MÔN TRUYỀN SĨNG VÀ ANTEN 1.4 Phương thức truyền lan sóng điện từ  Sóng tầng điện ly (sóng trời) • Ngun lý + Lợi dụng đặc tính phản xạ sóng tầng điện ly