Slide kỹ thuật cao siêu tần đại học công nghiệp, 61 trang

KỸ THUẬT SIÊU CAO TẦN Chương 1  ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN SĨNG Khái niệm   Mơn học kỹ thuật siêu cao tần liên quan đến các  mạch điện hoặc các phần tử điện hoạt động với các  tín hiệu điện từ ở vùng tần số siêu cao (thường nằm  trong phạm vi 1 Ghz đến 300 Ghz, tương ứng với  bước sóng từ  30 cm đến 1 mm) Tổ chức IEEE (Institute of Electrical and Electronic  Engineers)  đã định nghĩa các dãi băng tần trong  vùng tần số siêu cao như trong bảng 1.1: Copyright © by N.T.K ­ 8/2008 Khái niệm Copyright © by N.T.K ­ 8/2008 Khái niệm    Đường dây nối từ điểm nguồn đến điểm đích lớn hơn nhiều lần  so với bước sóng , tín hiệu siêu cao tần phải mất một thời gian để  lan truyền đến điểm tải => dùng mơ hình siêu cao tần.  Ta gọi đó là hiện tượng truyền sóng trên đường dây Truyền sóng siêu cao tần trên đường dây có các hệ quả sau:  Có sự trễ pha của tín hiệu tại điểm thu so với tín hiệu tại điểm  phát vthu(t)=vnguồn(t­T)    Khoảng thời gian trễ này tỉ lệ với chiều dài  l  của đường  truyền Có sự suy hao về biên độ tín hiệu tại nơi thu so với biên độ  tín hiệu tại nơi phát Có sự phản xạ sóng trên tải và trên nguồn. Điều này dẫn đến  hiện tượng sóng đứng trên đường dây Copyright © by N.T.K ­ 8/2008 Khái niệm  Khái niệm thơng số tập trung và thơng số phân bố:  Thơng số tập trung của mạch điện: là các đại lượng đặc  tính điện xuất hiện hoặc tồn tại ở 1 vị trí nào đó được xác  định của mạch điện. Thơng số tập trung được biểu diễn bởi 1  phần tử điện tương ứng, ví dụ như các phần tử điện trở, điện  cảm, điện dung, nguồn áp, transistor…  Thơng số phân bố (thơng số rải) của mạch điện: cũng là  các đại lượng đặc tính điện , nhưng chúng khơng tồn tại ở tại  duy nhất một vị trí cố định trong mạch điện, mà chúng được  phân bố rãi đều trên chiều dài của mạch điện đó.  Copyright © by N.T.K ­ 8/2008 Phương trình truyền sóng trên đường dây Mơ hình vật lý­ Các thơng số sơ cấp Copyright © by N.T.K ­ 8/2008 Phương trình truyền sóng trên đường dây Mơ hình vật lý­ Các thơng số sơ cấp Các thơng số tuyến tính đường truyền gồm: •Điện cảm tuyến tính L, đơn vị [H/m], tính đơn vị chiều dài đường truyền •Điện dung tuyến tính C, đơn vị [F/m], •Điện trở tuyến tính R, đơn vị [Ohm/m] ãin dn tuyn tớnh G, n v [S/m], CopyrightâbyN.T.Kư8/2008 Phương trình truyền sóng trên đường dây Mơ hình vật lý­ Các thơng số sơ cấp Trong sơ đồ mạch điện tương đương trên, một cách  tổng qt, đều có sự hiện diện của cả hai loại tổn  hao: R mắc nối tiếp L tạo thành trở kháng nối tiếp                              Z = R + jω L   Và G mắc song song với C tạo thành dẫn nạp song  song                                 Y = G + jω C  L, C, R, G là các thơng số sơ cấp của đường  truyền sóng  Copyright © by N.T.K ­ 8/2008 Phương trình truyền sóng trên đường  dây   Kirchhoff điện áp ∂i ( x, t ) v( x, t ) = v( x + ∆x, t ) + R.∆x.i ( x, t ) + L.∆x ∂t Kirchhoff dòng điện i ( x, t ) = i ( x + ∆x, t ) + G.∆x.v( x + ∆x, t ) + C.∆x  Viết trong miền tần số ∂v( x + ∆x, t ) ∂t  V ( x, ω ) = V ( x + ∆x, ω ) + ( R + jωL).∆x.I ( x, ω )   I ( x, ω ) = I ( x + ∆x, ω ) + (G + jωC ).∆x.V ( x + ∆x, ω )  ∂ 2V ( x, ω ) = γ (ω ).V ( x, ω )  ∂x   ∂ I ( x, ω ) = γ (ω ).I ( x, ω )  ∂x Copyright © by N.T.K ­ 8/2008 Hiện tượng sóng đứng    Với nguồn tín hiệu đơn sắc, sóng tới và sóng phản xạ  đều là các tín hiệu sin cùng tần số, lan truyền theo  hai hướng ngược chiều nhau.  Điều này sẽ gây giao thoa sóng dọc theo đường  truyền sóng , kết quả là trên đường truyền, sẽ có các  điểm biên độ sóng tổng (điện áp hoặc dịng điện) đạt  cực đại gọi là bụng sóng  và sẽ có các điểm biên độ  sóng tổng đạt cực tiểu gọi là nút sóng  Hiện tượng trên gọi là hiện tượng sóng đứng trên  đường dây Copyright © by N.T.K ­ 8/2008 Hiện tượng sóng đứng Copyright © by N.T.K ­ 8/2008 Hiện tượng sóng đứng   Có những điểm cố định trên đường dây mà tại đó,  điện áp ln ln triệt tiêu hoặc biến thiên trong  phạm vi nhỏ. Đó là các điểm nút sóng Có những điểm cố định trên đường dây mà tại đó,  điện áp biến thiên trong phạm vi cực đại.Đó là các  điểm bụng sóng Copyright © by N.T.K ­ 8/2008 Hiện tượng sóng đứng     Các điểm biên độ điện áp cực đại liên tiếp hoặc cực  λ/2 tiểu liên tiếp cách nhau      Một điểm cực đại cách xa một điểm cực tiểu ngay kế  nó một đoạn  λ / Điểm có biên độ điện áp cực đại Vmax sẽ có biên độ  dịng điện đạt cực tiểu Imin.  α = 0, Z ≡ R0 Đặc biệt, nếu đường truyền khơng tổn hao              thì  trở kháng đường dây trở thành số thực và có giá trị cực  đại hoặc cực tiểu tại điểm đó (cont…) Copyright © by N.T.K ­ 8/2008 Hiện tượng sóng đứng  Điểm có biên độ điện áp cực đại Vmax sẽ có biên độ  dịng điện đạt cực tiểu Imin. Đặc biệt, nếu đường truyền  khơng tổn hao thì trở kháng đường dây trở thành số  thực và có giá trị cực đại tại điểm đó  Rmax  Vmax = I Điểm có biên độ điện áp cực tiểu Vmin sẽ có biên độ  dịng điện cực đại Imax  Đặc biệt nếu đường truyền  khơng tổn hao thì trở kháng đường dây cũng trở thành  số thực (điện trở đường dây) và có giá trị cực tiểu tại  Vmin Rmin = điểm đó  I max Copyright © by N.T.K ­ 8/2008 Hiện tượng sóng đứng Copyright © by N.T.K ­ 8/2008 Hiện tượng sóng đứng Copyright © by N.T.K ­ 8/2008 Hiện tượng sóng đứng Hệ số sóng đứng S   Hệ số sóng đứng thường được định nghĩa cho đường  α=0 khơng tổn hao (         ), do đó các mức biên độ V max,  Vmin, Imax , Imin  là cố định trên suốt chiều dài đường  truyền V S = max Vmin Hệ số sóng đứng S Vmax I max + Γ( x) + Γ S= = = = Vmin I − Γ( x) − Γ 1≤S R  thì R  dùng mơ hình? ?siêu? ?cao? ?tần.   Ta gọi đó là hiện tượng truyền sóng trên đường dây Truyền sóng? ?siêu? ?cao? ?tần? ?trên đường dây có các hệ quả sau:...  ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN SĨNG Khái niệm   Mơn? ?học? ?kỹ? ?thuật? ?siêu? ?cao? ?tần? ?liên quan đến các  mạch điện hoặc các phần tử điện hoạt động với các  tín hiệu điện từ ở vùng? ?tần? ?số? ?siêu? ?cao? ?(thường nằm  trong phạm vi 1 Ghz đến 300 Ghz, tương ứng với ... Tổ chức IEEE (Institute of Electrical and Electronic  Engineers)  đã định nghĩa các dãi băng? ?tần? ?trong  vùng? ?tần? ?số? ?siêu? ?cao? ?như trong bảng 1.1: Copyright © by N.T.K ­ 8/2008 Khái niệm Copyright © by N.T.K ­ 8/2008