Cơ Sở Kỹ Thuật Cao Siêu Tần

Cơ Sở Kỹ Thuật Siêu Cao Tần Nghiêm Xuân Anh 31 2005 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ii http://www.ebook.edu.vn CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt http://www.ebook.edu.vn Mục lục Giới thiệu 1.1 Sự bắt đầu truyền dẫn không dây 1.2 Phổ tần số vô tuyến Lý thuyết đường truyền 11 2.1 12 Phương trình truyền sóng đường dây 2.1.1 Mơ hình mạch điện thơng số tập trung đường truyền - Các thông số sơ cấp 13 2.1.2 Phương trình truyền sóng 14 2.1.3 Nghiệm phương trình sóng Sóng tới sóng phản xạ 16 2.1.4 Các thông số thứ cấp 18 Các đường truyền sóng ống dẫn sóng thực tế 22 2.2.1 Phương trình Helmholtz 22 2.2.2 Nghiệm tổng quát cho sóng TEM, TE TM 23 2.2.3 Truyền sóng khơng gian tự 29 2.2.4 Dây song hành - twin wire line 29 2.2.5 Cáp đồng trục - Coaxial Cable 31 2.2.6 ´ dẫn sóng hình chữ nhật -Rectangular Waveguide Ông 32 2.2.7 Đường truyền dải - stripline 37 2.2.8 Đường truyền vi dải - Microstrip line 40 2.2.9 Đường truyền đồng phẳng coplanar-CPW 44 2.2.10 Tổn hao đường dây truyền sóng 45 2.3 Hiện tượng phản xạ sóng đường dây - Hệ số phản xạ 50 2.4 Các loại suy hao, sóng đứng phương trình trở kháng đường truyền 55 2.2 iii CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt iv http://www.ebook.edu.vn 2.5 2.4.1 Suy hao phản hồi - Return Loss 55 2.4.2 Hiện tượng sóng đứng hệ số sóng đứng 56 2.4.3 Trở kháng vào đường truyền 59 Các đường truyền cộng hưởng phản cộng hưởng 63 2.5.1 Đường truyền phần tư bước sóng 64 2.5.2 Đường truyền nửa bước sóng 65 2.5.3 Trở kháng đường truyền tần số thay đổi 65 Đồ thị Smith 67 3.1 Cơ sở đồ thị Smith 67 3.2 Các đồ thị vòng tròn 70 3.3 Đồ thị Smith 74 3.3.1 Mô tả đồ thị Smith 75 3.3.2 Đặc tính 79 ´ dụng đồ thị Smith Ưng 86 3.4.1 Tính hệ số sóng đứng, hệ số phản xạ trở kháng đường dây 87 3.4.2 Tính trở kháng mạch phức hợp 88 Phối hợp trở kháng điều chỉnh phối hợp trở kháng 90 3.5.1 Phối hợp trở kháng phần tử tập trung (các mạng hình L) 92 3.5.2 Mạch điều chỉnh phối hợp trở kháng dùng dây chêm 97 3.5.3 Điều chỉnh phối hợp trở kháng hai dây chêm - Double-Stub Tunning 107 3.4 3.5 MỤC LỤC Phân tích mạch cao tần 4.1 111 Trở kháng điện áp dòng điện tương đương 112 4.1.1 Điện áp dòng điện tương đương 112 4.1.2 Khái niệm trở kháng 115 4.2 Những đặc điểm trở kháng mạng cửa 117 4.3 Các ma trận trở kháng dẫn nạp 118 4.4 Ma trận tán xạ 120 4.5 Ma trận truyền (ABCD) 127 4.6 Các mạng hai cửa 130 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt http://www.ebook.edu.vn Danh sách hình vẽ 1.1 Mã Morse quốc tế chuẩn cho tín hiệu cấp cứu - SOS ( — ) 1.2 Dạng điều chế mã Morse, minh họa cho chữ R Ngày nay, dạng xung sử dụng để giảm phổ tần phát, máy phát spark gap Marconi khơng nghi ngờ làm rộng băng tần nhiều 1.3 Joel Earl Hudson đứng cạnh máy phát spark gap Marconi vào năm 1907 1.4 Nguồn lượng cho máy phát Marconi South Wellfleet 1.5 Trạm phát vô tuyến Marconi South Wellfleet, Cap Cod, Massachusetts Người dân địa phương dự đoán anten bị giật đổ bão Họ đúng, Marconi dựng chúng lại 2.1 Đường truyền sóng 13 2.2 Mạch điện tương đương đoạn đường truyền vi phân 14 2.3 Sóng tới sóng phản xạ 17 2.4 (a) Đường truyền hai dây nói chung (b) ống dẫn sóng khép kín 23 2.5 Dây song hành - Mặt phẳng tiết diện 30 2.6 Dây song hành - Phân bố trường 30 2.7 Cáp đồng trục 32 2.8 Phân bố trường cáp đồng trục 33 2.9 Dạng hình học ống dẫn sóng 34 2.10 Đường truyền dải (a) Dạng hình học (b) Các đường sức từ trường điện trường 37 2.11 Dạng hình học mặt cắt ngang đường truyền vi dải 41 2.12 Các đường sức từ trường điện trường 41 2.13 Cấu trúc tương đương đường truyền vi dải cận TEM, lớp điện mơi bề dày d số điện môi tương đối r thay mơi trường đồng có số điện môi tương đối hiệu dụng epsilone 42 2.14 Đường truyền coplanar (CPW) chuẩn 44 v CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt vi http://www.ebook.edu.vn DANH SÁCH HÌNH VẼ 2.15 Mật độ dòng điện tiết diện (a) dây dẫn tròn (b) dải dẫn hình chữ nhật 47 2.16 Quan hệ (a) R tần số (b) Suy hao tần số 47 2.17 Góc tổn hao δ 49 2.18 Biểu diễn biến thiên hệ số phản xạ Γ theo α 51 2.19 Đường truyền kết cuối trở kháng tải ZL 53 2.20 Minh họa sóng tới, sóng phản xạ sóng tổng 57 2.21 Minh họa sóng đứng 58 2.22 Một đường truyền kết cuối ngắn mạch 59 2.23 (a) Điện áp (b) dòng điện (c) trở kháng (Rin = ∞) biến đổi dọc đường truyền đầu cuối ngắn mạch 60 2.24 Một đường truyền kết cuối ngắn mạch 61 2.25 (a) Điện áp (b) dòng điện (c) trở kháng (Rin = ∞) biến đổi dọc đường truyền có tải hở mạch 62 2.26 Phản xạ truyền giao hai đường truyền có trở kháng đặc tính khác 63 2.27 Bộ chuyển đổi trở kháng phần tư bước sóng 64 3.1 Đồ thị Smith 68 3.2 ánh xạ mặt phẳng z mặt phẳng Γ 69 3.3 Ánh xạ r mặt phẳng z mặt phẳng Γ 70 3.4 Ánh xạ x mặt phẳng z mặt phẳng Γ 71 3.5 Biểu diễn vòng tròn mặt phẳng phức Γ 71 3.6 Các vòng tròn đẳng r mặt phẳng phức Γ 73 3.7 Các vòng tròn đẳng x mặt phẳng phức Γ 75 3.8 Đồ thị Smith 76 3.9 Đồ thị Smith hỗn hợp 80 3.10 Lấy đối xứng Γ qua gốc tọa độ 81 3.11 Đồ thị Smith minh họa ví dụ 83 3.12 Đồ thị Smith minh họa ví dụ 84 3.13 Đồ thị Smith minh họa ví dụ 85 3.14 Bụng nút sóng đồ thị Smith 86 3.15 Mạch điện minh họa ví dụ 3.5 87 3.16 Đồ thị Smith minh họa ví dụ 3.5 88 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt DANH SÁCH HÌNH VẼ http://www.ebook.edu.vn vii 3.17 Mạch điện minh họa ví dụ 3.6 89 3.18 Đồ thị Smith minh họa ví dụ 3.6 90 3.19 Mạng không tổn hao phối hợp tải có trở kháng với đường truyền 91 3.20 Mạng phối hợp hình L (a) Mạng dùng zL nằm vòng tròn + jx (b) Mạng dùng zL nằm ngồi vòng tròn + jx 92 3.21 Lời giải cho ví dụ 3.7 (a) Đồ thị Smith cho mạch phối hợp L 94 3.22 Hai khả cho mạch phối hợp L 95 3.23 Quan hệ độ lớn hệ số phản xạ với tần số mạch phối hợp Hình 3.22 96 3.24 Các mạch điều chỉnh phối hợp dùng dây chêm đơn (a) Dây chêm song song (b) Dây chêm nối tiếp 97 3.25 Lời giải cho Ví dụ 3.8 Đồ thị Smith cho mạch điều chỉnh phối hợp dùng dây chêm song song hở mạch 99 3.26 Hai giải pháp cho mạch điều chỉnh phối hợp dây chêm song song 100 3.27 Độ lớn hệ số phản xạ theo tần số cho mạch điều chỉnh phối hợp trở kháng Hình 3.26 101 3.28 Lờigiải cho Ví dụ 3.9- Đồ thị Smith cho mạch điều chỉnh phối hợp dùng dây chêm nối tiếp 103 3.29 Hai giải pháp điều chỉnh phối hợp dùng dây chêm nối tiếp 103 3.30 Độ lớn hệ số phản xạ theo tần số cho mạch điều chỉnh phối hợp trở kháng Hình 3.29 104 3.31 Lời giải cho Ví dụ 3.10- Đồ thị Smith cho điều chỉnh phối hợp dùng dây chêm đơn ngắn mạch 106 3.32 Mạch phối hợp dây chêm kép (a) Mạch ban đầu có tải khoảng cách kể từ dây chêm thứ (b) Mạch tương đương có tải nằm dây chêm thứ 107 3.33 Đồ thị Smith mô tả hoạt động mạch điều chỉnh phối hợp trở kháng hai dây chêm 108 3.34 Hai giải pháp điều chỉnh phối hợp dây chêm kép 109 3.35 Độ lớn hệ số phản xạ theo tần số cho mạch phối hợp Hình 3.34 110 4.1 Dạng hình học ống dấn sóng phần chứa chất điện mơi đường truyền tương đương 116 4.2 Mạng cửa 117 4.3 Mạng N cổng 119 4.4 Dịch chuyển mặt phẳng tham chiếu mạng N cổng 125 4.5 Mạng N cổng có trở kháng đặc tính khác 126 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt viiihttp://www.ebook.edu.vn DANH SÁCH HÌNH VẼ 4.6 (a) Mạch hai cổng; (b) Kết nối chuỗi mạch hai cổng 128 4.7 Mạng hai cửa với trở kháng tải nguồn tổng quát 133 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt http://www.ebook.edu.vn Chương Giới thiệu Chương giới thiệu tổng quan lịch sử thông tin vô tuyến (không dây) số ứng dụng cơng nghệ Bên cạnh đó, nội dung mơn học tóm lược để qua giúp người đọc có nhìn khái qt môn học 1.1 Sự bắt đầu truyền dẫn không dây WIRELESS TELEGRAPHY-Vào thời điểm mối quan hệ căng thẳng Tây Ban Nha Quốc gia này, khơng chào đón biện pháp thiết thực mang thơng tin điện điểm cách xa mặt đắt, tàu chiến biển mà không cần kết nối đặt trước hai điểm Vào năm ngoái Guglielmo Marconi, sinh viên người Italia, phát triển hệ thống điện báo không dây truyền tín hiệu Morse thơng minh tới nơi cách xa 10 dặm (1 dặm ≈ 1.6 km) Tuy nhiên, người thiết kế thiết bị phù hợp cho yêu cầu điện báo không dây đất nước lại nhà phát minh người Mỹ Sau nhiều tháng thí nghiệm W.J.Clarke thuộc công ty Cung cấp Điện Mỹ thiết kế thiết bị điện báo khơng dây hồn chỉnh có khả nhanh chóng đưa vào sử dụng -Scientific American April, 1898 Thông báo xuất vào gần thời điểm bắt đầu công nghệ vô tuyến Từ điển Webmaster liệt kê 150 định nghĩa radio (vô tuyến), định nghĩa 1a phát nhận xung điện tín hiệu sóng điện từ mà khơng cần dây dẫn kết nối (bao gồm wireless (không dây), television (truyền hình) radar) Cho đến thuật ngữ khơng dây (wireless) sử dụng đồng nghĩa với vô tuyến (radio) Ngày ứng dụng thông tin vô tuyến bao gồm không đài phát AM (điều biên), FM (điều tần) truyền hình, mà nhiều ứng dụng khác vô tuyến điện thoại kéo dài (cordless phone), điện thoại di động tế bào (cell phone), điều khiển từ xa TV VCR, khóa xe từ xa, mở gara vv CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt http://www.ebook.edu.vn CHƯƠNG GIỚI THIỆU Có số nghi vấn đặt thực người phát minh vô tuyến phương thức truyền tin? Mahlon Loomis, nha sĩ người Mỹ, thử nghiệm điện báo không dây việc sử dụng hai dây đồng có hỗ trợ hai diều, đồng mảnh, làm anten đồng hồ đo đo dòng điện bé để cảm nhận thay đổi dòng chảy qua dây thứ hai nối đất dây dẫn thứ bị ngắt quãng Ông nhận sáng chế vào năm 1873 cho hệ thống James Clerk Maxwell, người có bốn phương trình Maxwell tiếng, tiên đốn lan truyền sóng điện từ chân khơng vào năm 1862 Alexander Popov cho "đã sử dụng thiết bị để đạt thơng tin phục vụ nghiên cứu điện khí Vào ngày tháng năm 1895, buổi thuyết trình trước Hội nhà Vật lý Nga St Petersburg ông tuyên bố phát nhận tín hiệu khoảng cách 600 yards(1 yard = 91.44 cm) Vào năm 1888 Heinrich Hertz thực trình diễn thí nghiệm lớp học Đại học bách khoa Karlsruhe Berlin việc tạo thu nhận sóng điện từ truyền lan Maxwell tiên đoán Oliver Lodge, giáo sư thuộc đại học Liverpool thử nghiệm với điện báo không dây vào năm 1888 ông sáng chế hệ thống vào năm 1897 Marconi mua sáng chế ông vào năm 1911 Trong tiềm thức công chúng Guglielmo Marconi người danh tiếng việc "phát minh" radio Ông trao sáng chế điều đó; vậy, Cơ quan cấp Bằng sáng chế tin ông phát minh vô tuyến Tuy nhiên, báo cáo Hải quân Mỹ tuyên bố Marconi chắn gọi nhà phát minh Đóng góp ơng chủ yếu lĩnh vực nghiên cứu ứng dụng phát triển kỹ thuật Ơng có nhạy bén thực dụng kinh doanh, ông không bị cản trở khẩn trương thực nghiên cứu bản, điều làm cho Lodge Popov chậm trễ việc phát triển hệ thống vơ tuyến thương mại Điều có lẽ mơ tả xác vai trò Marconi việc phát triển công nghệ vô tuyến, mơi trường thơng tin Nikola Tesla có sáng chế sớm hơn, tâm điểm công việc ông dường nhắm đến truyền lượng thơng tin qua sóng vơ tuyến Tesla biết đến với cuộn dây Tesla tạo điện cao áp, tín hiệu nhận thực tế gồm cụm nhiễu (bắt nguồn từ việc phóng điện mạnh khí mà ơng thực hiện) lan truyền vòng quanh trái đất Vào năm 1943 Tòa án tối cao Mỹ phán sáng chế Marconi khơng hợp lệ mơ tả trước Tesla, vào thời điểm Marconi Tesla qua đời Từ đầu năm 1900, radio có mặt nhiều ứng dụng thơng tin Vào năm 1962, George Southworth, nhà nghiên cứu tiếng lĩnh vực vi ba, viết sách 40 năm kinh nghiệm lĩnh vực Ông bắt đầu: Một phát triển kỹ thuật ngoạn mục thời đại vơ tuyến Từ khởi đầu mang tính bước ngoặt kỷ bắt đầu với điện báo tàu thủy với đất liền, vô tuyến phát triển mở rộng qua nhiều năm sang điện báo châu lục, truyền hình, nghiên cứu vũ trụ sang thông tin vệ tinh CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ... phần phân bổ hai học kỳ liên tiếp Phần thứ "Lý Thuyết Cơ sở Siêu cao tần" phần thứ hai trình bày "Mạch Siêu Cao Tần" Lý thuyết Cơ sở Siêu cao tần bao gồm nội dung sau đây: CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt... tần chung λ Băng tần Mô tả 10 − 10 km ELF Tần số cực thấp 103 − 102 km VF Âm tần 100-10 km VLF Tần số thấp 10-1 km LF Tần số thấp 1-0.1 km MF Trung tần 100-10 m HF Cao tần 10-1 m VHF Tần số cao. .. cơng cụ hữu ích việc giải toán phối hợp trở kháng, phân tích thiết kế mạch siêu cao tần khuếch đại cao tần (LNA, công suất) vv Ma trận tán xạ - sở cho việc phân tích đánh giá mạch siêu cao tần