Truyền sóng và anten

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THƠNG BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN Giảng viên: Nguyễn Viết Minh Điện thoại/E-mail: (090) 406-2112/minhnv@ptit.edu.vn Bộ môn: Vô tuyến – Khoa Viễn thông Học kỳ/Năm biên soạn: II/2010 BÀI GIẢNG TRUYỀN SĨNG VÀ ANTEN GIỚI THIỆU MƠN HỌC  Tên học phần: • Truyền sóng anten (Radiowave Propagation and Antenna )  Tổng lượng kiến thức: • 60 tiết + Lý thuyết: 50 tiết; Thực hành: tiết; Bài tập: tiết  Mục tiêu học phần: • Giới thiệu khái niệm, biểu thức trình truyền lan sóng vơ tuyến Nghiên cứu truyền lan sóng cực ngắn mơi trường thực • Giới thiệu lý thuyết chung anten, anten nguyên tố Nghiên cứu hoạt động chấn tử đối xứng, loại anten thông tin vô tuyến www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG Trang BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN GIỚI THIỆU MƠN HỌC  Nội dung học phần: • 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; Phadinh biện pháp chống • Chương 3: Truyền lan sóng thơng tin di động + Đặc tính kênh truyền sóng di động; Các mơ hình kênh vơ tuyến di động; Đánh giá đặc tính kênh • Chương 4: Lý thuyết chung anten + Các tham số anten; Các nguồn xạ nguyên tố; Nguyên lý anten thu www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG Trang BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN GIỚI THIỆU MƠN HỌC  Nội dung học phần: • Chương 5: Anten chấn tử + Bức xạ chấn tử đối xứng, anten chấn tử đơn, loại anten sử dụng nhiều chấn tử • Chương 6: Anten góc mở + Nguyên lý xạ mặt, anten loa, anten gương parabol, anten khe , anten vi dải • Chương 7: Kỹ thuật anten + Tổng hợp đồ thị phương hướng anten, mở rộng dải tần làm việc, cấp điện phối hợp trở kháng anten • Chương 8: Anten thơng tin vô tuyến tiên tiến + Anten thông minh, kỹ thuật đa anten, anten cho hệ thống vô tuyến băng siêu rộng www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG Trang BÀI GIẢNG TRUYỀN SĨNG VÀ ANTEN GIỚI THIỆU MƠN HỌC  Tài liệu tham khảo: • [1] Nguyễn Viết Minh, Truyền sóng Anten, Bài giảng, Học viện cơng nghệ BCVT, 6/2010 • • • • • [2] Phan Anh, Trường điện từ truyền sóng, NXB Đại học Quốc gia, 2002 [3] Phan Anh, Lý thuyết kỹ thuật anten, NXB KHKT, 2004 [4] Robert E.Collin, Antennas and Radio wave propagation, McGraw Hill [5] N Blaunstein, Radio propagation in cellular network, Artech House [6] Frank Gross, Smart antenna for wireless communication, McGraw Hill www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG Trang BÀI GIẢNG TRUYỀN SĨNG VÀ ANTEN GIỚI THIỆU MƠN HỌC  Đánh giá học phần • Chuyên cần: • Kiểm tra: • Thực hành: 10% (Nghỉ từ 16 tiết trở lên không dự thi hết môn) 15% (2 bài, vắng nhận điểm “0”) 15% (1 bài, vắng nhận điểm “0”) (Vắng thực hành không dự thi hết môn) • Thi kết thúc học phần: www.ptit.edu.vn (nghỉ tiết trừ điểm) 60% GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG Trang BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN CHƢƠNG CÁC VẤN ĐỀ CHUNG VỀ TRUYỀN SÓNG www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG Trang BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN NỘI DUNG  Nội dung chương 1: (6) • 1.1 Giới thiệu • 1.2 Tính chất sóng điện từ • 1.3 Phân loại sóng điện từ • 1.4 Phương thức truyền lan sóng điện từ • 1.5 Biểu thức truyền lan sóng khơng gian tự • 1.6 Hệ số suy giảm • 1.7 Câu hỏi tập www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG Trang BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 1.1 Giới thiệu  Hệ thống viễn thơng www.ptit.edu.vn Hình 1.1 Mơ hình hệ thống viễn thơng GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH BỘ MƠN: VƠ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG Trang BÀI GIẢNG 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 www.ptit.edu.vn Hình 1.2 Mơi trường truyền dẫn vơ tuyến GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH BỘ MƠN: VƠ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG Trang 10 BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 7.5 Cấp điện cho chấn tử đối xứng  Cấp điện cáp đồng trục + Sử dụng cho băng sóng cực ngắn + Dịng dây dẫn dịng dây dẫn ngồi + Khơng thể cấp điện đối xứng cho chấn tử • Cấp điện phối hợp hình  + Đảm bảo tính đối xứng tương đối + Điểm O nối với dây đẫn ngồi + Dây dẫn nối với điểm có trở kháng phù hợp với trở kháng cáp I2’ I1 I2 ’’ a I2’’ I2 O O b a b I1 Hình 5.23 Cấp điện trực tiếp www.ptit.edu.vn (a) (b) Hình 5.24 Cấp điện có phối hợp GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THƠNG Trang 211 BÀI GIẢNG TRUYỀN SĨNG VÀ ANTEN 7.5 Cấp điện cho chấn tử đối xứng  Cấp điện cáp đồng trục • Thiết bị biến đổi đối xứng với đoạn cáp chữ U + + + + + Phiđơ cấp điện nối vào điểm c, với khoảng cách tới hai đầu chấn tử l1  l2   R Trở kháng đầu cuối ab: Rao  Rbo  ab Dòng cấp vào hai nhánh chấn tử đảm bảo tính đối xứng Dịng dây dẫn ngồi bị triệt tiêu Trở kháng sóng: Nếu phiđơ cấp điện có trở kháng sóng 70  phối hợp trở kháng hồn tồn ' (a) I1 I2 a o b I1 d c (b) b o a l1 I I2 l2 = l1+’/2 ’/2 Hình 5.25 Bộ biến đổi đối xứng chữ U www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THƠNG Trang 212 BÀI GIẢNG TRUYỀN SĨNG VÀ ANTEN 7.6 Tạp âm anten  Tổng quan d Vật thể hấp thụ Zc R Chấn tử Mặt phản xạ Hình 7.14 Điện trở R nối đầu vào anten  Công suất tạp âm  Pn    www.ptit.edu.vn .1    g k f L   e2 l   e2 l  TA  T  T    1    GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG Trang 213 BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 7.7 Câu hỏi tập  Bài tập chương Trình bày phương pháp tần số điều khiển đồ thị phương hướng Trình bày phương pháp pha điều khiển đồ thị phương hướng Trình bày việc thiết lập anten dải rộng theo nguyên lý tự bù Trình bày việc thiết lập anten dải rộng theo nguyên lý tương tự Trình bày phương pháp điều chỉnh phân bố dịng điện để giảm nhỏ kích thước anten Trình bày ngun tắc phương pháp làm chậm sóng để giảm kích thước anten Trình bày biện pháp cấp điện cho chấn tử đối xứng dây song hành 9.Trình bày biện pháp cấp điện cho chấn tử đối xứng thiết bị biến đổi đối xứng dùng đoạn cáp chữ U www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG Trang 214 BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN CHƢƠNG ANTEN TRONG THÔNG TIN VÔ TUYẾN TIÊN TIẾN www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG Trang 215 BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN NỘI DUNG  Nội dung chương 8: • 8.1 Giới thiệu • 8.2 Anten thông minh • 8.3 Kỹ thuật đa anten • 8.4 Anten cho hệ thống băng siêu rộng • 8.5 Câu hỏi tập www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THƠNG Trang 216 BÀI GIẢNG TRUYỀN SĨNG VÀ ANTEN 8.1 Giới thiệu  Đặc điểm truyền lan sóng • Bước sóng cực ngắn : 1mm  10m (30MHz  300GHz) • Truyền lan giới hạn nhìn thấy trực tiếp + Sự giao thoa giữ tia trực tiếp tia phản xạ + Ảnh hưởng điều kiện truyền sóng: Địa hình, khí … + Hiện tượng phading • Phát/thu có hướng + Hướng thơng tin xác định + Tổn hao truyền sóng lớn www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THƠNG Trang 217 BÀI GIẢNG TRUYỀN SĨNG VÀ ANTEN 8.1 Giới thiệu  Yêu cầu với anten • Hệ số tính hướng cao + Nâng cao hiệu suất truyền dẫn + Giảm nhiễu từ trạm vô tuyến lân cận • Búp sóng phụ nhỏ • Hệ số bảo vệ lớn • Dải tần cơng tác rộng: Truyền tín hiệu phổ rộng • Phối hợp trở kháng tốt: Tránh tượng phản xạ • Kết cấu chắn, độ bền cao www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG Trang 218 BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN Hướng dẫn  Chương sinh viên tự đọc nội dung giảng www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG Trang 219 BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 8.5 Câu hỏi tập  Bài tập chương Trình bày khái niệm tương quan không tương quan cấu hình đa anten Trình bày lợi ích sử dụng kỹ thuật đa anten Trình bày kỹ thuật đa an ten thu Trình bày nguyên lý phân tập anten phát Trình bày nguyên lý phân tập trễ phân tập trễ vòng Trình bày ngun lý phân tập theo mã khơng gian thời gian Trình bày nguyên lý phân tập theo mã khơng gian tần số Trình bày ngun lý sở ghép kênh khơng gian Trình bày nguyên lý ghép kênh không gian dựa tiền mã hóa 10 Trình bày ngun lý xử lý thu khơng tuyến tính 11 Trình bày đặc điểm, thơng số anten UWB 12 Trình bày nguyên lý DBF dựa cực đại SIR www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THƠNG Trang 220 BÀI GIẢNG TRUYỀN SĨNG VÀ ANTEN * KẾT LUẬN www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG Trang 221 BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN KẾT LUẬN  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 không 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: Anten chấn tử Trường xạ chấn tử đối xứng; Anten chấn tử đơn, anten nhiều chấn tử Chương 6: Anten góc mở Nguyên lý xạ mặt; Anten loa, anten gương, anten khe www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG Trang 222 BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN KẾT LUẬN  Nội dung Chương 7: Kỹ thuật anten Tổng hợp đồ thị phương hướng Mở rộng dải tần, thiết lập anten dải rộng Giảm nhỏ kích thước anten Các tham số, phương pháp cấp điện cho chấn tử đối xứng Chương 8: Anten thông tin vô tuyến tiên tiến Anten thông minh Kỹ thuật đa anten Anten cho UWB www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG Trang 223 BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN TLTK  Tài liệu tham khảo: • Giáo trình: Lý thuyết kỹ thuật anten GS TS Phan Anh, 1997 • Bài giảng: Truyền sóng anten Nguyễn Đình Lương, 1999 • Antennas and Radio wave propagation Robert E.Collin, 1991 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG Trang 224 BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN KẾT THÚC HỌC PHẦN TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN !! www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG Trang 225 ... GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 1.3 Phân loại sóng điện từ  Phân chia sóng điện từ + Dựa vào tính chất vật lý, đặc điểm truyền lan: Chia thành băng sóng Tên băng tần (Băng sóng) Bảng 1.1 Các băng sóng. .. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 1.4 Phương thức truyền lan sóng điện từ  Sóng tầng điện ly (sóng trời) • Nguyên lý + Lợi dụng đặc tính phản xạ sóng tầng điện ly với băng sóng ngắn + Sóng điện... BÀI GIẢNG TRUYỀN SĨNG VÀ ANTEN 1.4 Phương thức truyền lan sóng điện từ  Sóng tự (sóng thẳng) • Ngun lý + Mơi trường truyền sóng lý tưởng (đồng tính, đẳng hướng, khơng hấp thụ) + Sóng truyền lan