Bài giảng môn Truyền sóng và Anten

powwer point

CHƯƠNG 2 TRUYỀN LAN SÓNG CỰC NGẮN Bài giảng môn Truyền sóng và Anten GV: ThS Đinh Thành Trung Email: trungdt38@gmail.com Mobile: +84912.686.696 Giáo viên: Đinh Thành Trung 2 Chương 2: Truyền lan sóng cực ngắn NỘI DUNG 2.1. Khái quát 2.2. Truyền lan trong giới hạn nhìn thấy trực tiếp với điều kiện lý tưởng 2.3. Ảnh hưởng của độ cong trái đất 2.4. Ảnh hưởng của độ mấp mô của mặt đất 2.5. Ảnh hưởng của tầng đối lưu 2.6. Bài tập Giáo viên: Đinh Thành Trung 3 Chương 2 - Phần 2.1 2.1. Khái quát: Sóng cực ngắn là những sóng có tần số từ 30MHz - 300GHz (ứng với bước sóng λ<10m). Chia thành 4 băng: - Sóng m: λ = 10m-1m; f = 30-300Mhz - Sóng dm: λ = 1m-10cm; f = 300-3000Mhz - Sóng cm: λ = 10cm-1cm; f = 3-30Ghz - Sóng mm: λ < 1cm; f = 30-300Ghz Giáo viên: Đinh Thành Trung 4 Chương 2 - Phần 2.1  Phương pháp truyền lan sóng cực ngắn - Tần số cao nên không thể phản xạ trong tầng điện ly - Bước sóng ngắn nên khả năng nhiễu xạ kém, bị hấp thụ mạnh bởi mặt đất - Phương pháp truyền sóng không gian là phù hợp nhất. + Tán xạ tầng đối lưu + Siêu khúc xạ tầng đối lưu + Truyền lan trong giới hạn nhìn thấy trực tiếp Giáo viên: Đinh Thành Trung 5 Chương 2 - Phần 2.1 - Mục 2.1.1 2.1.1. Tán xạ tầng đối lưu - Tồn tại các vùng không gian không đồng nhất trong tầng đối lưu (có các tham số môi trường thay đổi theo thời gian và không gian) - Sóng đi vào trong vùng không đồng nhất sẽ bị khuếch tán theo mọi hướng - Trong thực tế, phương pháp thông tin này ít được sử dụng do độ tin cậy kém, yêu cầu công suất máy phát lớn và tính hướng anten (D) cao. Giáo viên: Đinh Thành Trung 6 Chương 2 - Phần 2.1 - Mục 2.1.2 2.1.2. Truyền sóng trong điều kiện siêu khúc xạ tầng đối lưu - Ở khoảng chiều cao nào đó, nếu chiết suất biến thiên theo quy luật thì tia sóng đi vào tầng đối lưu sẽ bị uốn cong với độ cong lớn hơn độ cong quả đất --> Hiện tượng siêu khúc xạ tầng đối lưu ) 1 (157,0 mdh dN −< Giáo viên: Đinh Thành Trung 7 Chương 2 - Phần 2.1 - Mục 2.1.2 2.1.2. Truyền sóng trong điều kiện siêu khúc xạ tầng đối lưu - Giả thiết + tia 3 là tia xuất phát từ ATP -> ATT, có bán kính cong = độ cong trái đất + α gh là góc của tia 3 với mặt phẳng nằm ngang - Nếu α> α gh các tia sóng bị khúc xạ ít và xuyên qua miền siêu khúc xạ (tia 1 và tia 2) - Nếu α< α gh các sóng bị uốn cong trở về mặt đất và phản xạ nhiều lần để truyền đi xa (nguyên tắc truyền sóng trong điều kiện này) - Phương pháp này cũng ít sử dụng vì miền siêu khúc xạ không ổn định: thay đổi độ cao và chiều dài Giáo viên: Đinh Thành Trung 8 Chương 2 - Phần 2.1 - Mục 2.1.3 2.1.3. Truyền sóng trong giới hạn nhìn thấy trực tiếp - Các anten phát và anten thu đặt cao trên mặt đất (ít nhất vài lần bước sóng) để tránh bị che chắn bởi các vật chắn hay độ cong của trái đất - Phương pháp này khắc phục được nhược điểm của 2 phương pháp trên nên được sử dụng phổ biến. - Sóng truyền từ ATP-ATT trong miền không gian nhìn thấy trực tiếp giữa 2 anten Giáo viên: Đinh Thành Trung 9 Chương 2 - Phần 2.2 2.2. Truyền lan sóng trong giới hạn nhìn thấy trực tiếp với các điều kiện lý tưởng  Khảo sát quá trình truyền lan sóng với điều kiện lý tưởng + Mặt đất bằng phẳng, không có vật cản trên đường truyền + Khí quyển đồng nhất, đẳng hướng và không hấp thụ + Anten đặt cao trên mặt đất ít nhất vài lần bước sóng  Sơ đồ truyền lan sóng Sóng đến ATT theo 2 đường: + Sóng trực tiếp (tia 1) + Sóng phản xạ (tia 2): đến điểm thu sau khi phản xạ từ mặt đất (chỉ có 1 tia duy nhất thỏa mãn định luật phản xạ) Giáo viên: Đinh Thành Trung 10 Chương 2 - Phần 2.2 - Mục 2.2.1 2.2.1. Công thức tính cường độ điện trường - công thức giao thoa  Cường độ điện trường tại điểm thu sẽ là tổng cường độ trường của tia 1 và tia 2: (2.1)  Cường độ trường do tia 1 truyền tới (2.2)  Cường độ trường do tia 2 truyền tới (2.3) 21 EEE B += ( ) )/(. .245 1)(1 1 mmVe r GP E tj km TkW ω = ( ) ( ) )/(. .245 2 2 )( 1 2 mmVe r GP RE rktj km T kW ∆− = ω [...]... sóng biết hệ số khuếch đại của anten thu là 100 Bài 2: Xác định hệ số suy giảm và cường độ điện trường tại điểm thu khi đường truyền có các tham số: công suất phát 50W; bước sóng công tác 10cm; hệ số khuếch đại anten phát 60; độ cao anten phát 25m, anten thu 10m; cự ly truyền sóng 10km, hệ số phản xạ R=1 và θ=180o - Với bước sóng công tác là 1m thì cường độ điện trường tại điểm thu là? Bài 3: Một anten. .. Gây thay đổi phân cực sóng Giáo viên: Đinh Thành Trung 33 Chương 2 - Phần 2.6 2.6 Bài tập chương 2 Bài 1: Cho đường truyền có các thông số sau: Công suất bức xạ 15W, bước sóng công tác 35cm, hệ số khuếch đại của anten phát là 100, độ cao của anten phát và anten thu lần lượt là 80m, 20m; cự ly đường truyền là 10km Với R=0,91 và θ=180o khi sóng phân cực ngang và R=0,68; θ=180o khi sóng phân cực đứng Xác... anten phát đặt ở độ cao 49m và anten thu đặt tại độ cao 25m Khoảng cách tầm nhìn thẳng của hai anten là bao nhiêu? Bài 4: Anten phát vô tuyến truyền hình đặt ở độ cao 64m Tính độ cao của anten thu tại một điểm đặt cách xa đài phát đó một khoảng 50km để có thể thu được tín hiệu Giáo viên: Đinh Thành Trung 34 Bài giảng môn Truyền sóng và Anten CHƯƠNG 3 LÝ THUYẾT CHUNG VỀ ANTEN GV: ThS Đinh Thành Trung... nước và oxy - Phụ thuộc nhiều vào tần số, đặc biệt tăng nhanh với tần số trên 10GHz Giáo viên: Đinh Thành Trung 32 Chương 2 - Phần 2.5 - Mục 2.5.4 2.5.4 Hấp thụ sóng trong tầng đối lưu b Hấp thụ trong mưa và sương mù - Hấp thụ trong mưa phụ thuộc vào cường độ mưa tính theo mm/h, và theo tần số, tăng nhanh với tần số từ 6GHz trở lên - Hấp thụ do sương mù phụ thuộc theo tần số và tầm nhìn xa của anten. .. tiếp giữa anten thu và phát  Sơ đồ truyền lan sóng a: bán kính trái đất ht: độ cao anten phát so với mặt đất hr: độ cao anten thu so với mặt đất Giáo viên: Đinh Thành Trung 20 Chương 2 - Phần 2.3 - Mục 2.3.1 2.3.1 Công thức tính cự ly nhìn thấy trực tiếp Cự ly nhìn thấy trực tiếp r0: là cự ly lớn nhất có thể nhìn thấy được với anten có độ cao ht,hr (độ dài của đường thẳng nối giữa 2 anten và tiếp tuyến... truyền sóng tốt và tốt nhất  "Điều kiện truyền sóng tốt" nghĩa là chỉ có 1TIA trực tiếp TỚI ĐIỂM THU mà KHÔNG CÓ TIA PHẢN XẠ (TIA 2) Điều kiện này xảy ra khi và chỉ khi:  2πht hr  1 sin  = (2.17)  λr  2 ⇔  Nhận xét: 2πht hr π = λr 6 ⇔ ht hr = λr 12 Nếu biết khoảng cách giữa các trạm thông tin (r) và bước sóng cho trước (λ) thì chọn độ cao anten thu và anten phát thỏa mãn điều kiện (2.17) thì tia... thực và tia sóng thực phải bằng độ cong tương đối giữa mặt đất tương đương và tia sóng đi thẳng Giáo viên: Đinh Thành Trung 29 Chương 2 - Phần 2.5 - Mục 2.5.3 2.5.3 Ảnh hưởng của khúc xạ khí quyển khi truyền sóng trong tầm nhìn thẳng Nghĩa là phải thỏa mãn phương trình 1 1 1 1 − = − a R atd ∞ a ⇒ atd = a 1− R Thay (2.32) vào (2.33) ta được: a a atd = = dn dN 1+ a 1+ a 10 −6 dh dh - Hệ số cong tia sóng. .. truyền sóng tốt và tốt nhất  "Điều kiện truyền sóng tốt nhất" nghĩa là không những chỉ có 1TIA trực tiếp TỚI ĐIỂM THU mà KHÔNG CÓ TIA PHẢN XẠ (TIA 2) mà CƯỜNG ĐỘ TRƯỜNG còn TĂNG GẤP ĐÔI Điều kiện này xảy ra khi và chỉ khi: (2.18) 2πht hr π λr  2πht hr  sin  =1 ⇔ = ⇔ ht hr =  λr  λr 2 4   Nhận xét: Nếu biết khoảng cách giữa các trạm thông tin (r) và bước sóng cho trước (λ) thì chọn độ cao anten. .. (2.28) từ (2.26) và (2.28) ta có: N= 78  4810.Ph  P+   T  T  (2.29) Giáo viên: Đinh Thành Trung ⇒ dN ≈ −4.10 −2 : tầng đối lưu tiêu chuẩn dh 25 Chương 2 - Phần 2.5 - Mục 2.5.2 2.5.2 Bán kính cong của sóng (hiện tượng khúc xạ khí quyển) Do tầng đối lưu không đồng nhất nên tia sóng → không song song với mặt đất → bị khúc xạ liên tiếp → sóng bị uốn cong  Bán kính cong của quỹ đạo sóng khi có khúc... cao anten thu và anten phát thỏa mãn điều kiện (2.18) thì không những tia phản xạ sẽ không còn tác dụng mà cường độ trường được tăng gấp đôi tại điểm thu B Giáo viên: Đinh Thành Trung 19 Chương 2 - Phần 2.3 2.3 Truyền lan sóng trong giới hạn nhìn thấy trực tiếp khi tính đến độ cong của trái đất  Khảo sát quá trình truyền lan sóng khi có độ cong của trái đất + Hiệu số đường đi giữa tia 1 và tia 2 thay