I. Lý thuyết truyền sóng trong băng trung và băng sóng ngắn.
2. Đặc điểm truyền lan của sóng trung.
Những sóng vô tuyến điện có tần số từ 300KHz ữ3MHz thì thuộc dải sóng trung. sóng trung đợc ứng dụng chủ yếu trong phát thanh, nó có thể truyền lan bằng sóng đất cũng nh sóng điện ly. để đơn giản ta gọi sóng điện ly là sóng trời.
để tính cờng độ trờng ở cự ly sóng nhỏ : khoảng 500 ữ600Km có thể áp dụng công thức Sulâykin – vander Pol còn đối với cự ly lớn hơn cần tính đến ảnh hởng của nhiễu xạ quanh mặt đất.
Thực tế cho biết rằng cự ly truyền lan của sóng trung bằng sóng đất thờng không vợt quá 500 700Km. với cự ly lớn hơn, phải thực hiện truyền sóng bằng phản xạ qua tầng điện ly.
a. Sự biến đổi điều kiện truyền sóng về ban đếm và ban ngày.
Ban đếm sóng trung truyền lan bằng phản xạ trên lớp E. ở đây mật độ điện tử t- ơng đối đủ lớn để có thể phản xạ tốt. vì vậy sự truyền lan của sóng trung về ban đêm có thể thực hiện bằng cả sóng đất lẫn sóng trời.
Ban ngày do sự xuất hiện của lớp D là lớp có mật độ điện tử nhỏ, cha đủ để phản xạ nên sóng truyền qua và chịu sự hấp thụ rất mạnh của lớp D. trong trờng hợp này dù có dùng máy phát công suất lớn, cờng độ trờng ở điểm thu cũng khó đạt đợc giá trị cần thiết để thu tốt và thực tế sự truyền slan của sóng trung về ban ngày chỉ có thể có hiệu quả đổi với sóng đất.
b. Hiện tợng pha đinh sóng trung.
Về ban đêm sóng trung có thể truyền lan theo cả sóng đất lẫn sóng trời. hiện t- ợng pha đinh của sóng trung là do hiện tợng giao thoa giữa sóng đất và sóng trời hoặc giao thoa giữa sóng trời và sóng trời tại điểm thu (hình 3.3)
do mật độ điện tử của tầng điện ly thay đổi luôn nên chiều cao phản xạ của sóng cũng luôn biến đôỉ, dẫn đến thay đổi quãng đờng đi của sóng. kết quả là làm cho hiệu số pha của sóng ở điểm thu sẽ thay đổi, làm biến đổi cờng độ trờng tổng và ta thu đợc tín hiệu lúc rất to, lúc rất nhỏ.
đó là hiện tợng pha đinh.
Hình 3.3
ở cự ly ngắn khi sóng đất còn tác dụng, hiện tợng pha đinh gây ra chủ yếu do giao thoa giữa sóng đất và sóng trời (điểm B) còn ở cự ly xa khi sóng đất đã hết tác dụng, hiện tợng pha đinh là do giao thoa của các sóng trời phản xạ với số bớc nhảy khác nhau gây nên (điểm C).
Để chống pha đinh, ngời ta thờng dùng antencó hớng tính cao. trong mặt phẳng đứng, nghĩa là anten bức xạ năng lợng tập trung theo hớng mặt đất (1.4).
với hớng tính của anten nh trên thành phần sóng trời sẽ giảm còn thành phần sóng đất sẽ đợc tăng cờng.
Nh vậy miền pha đinh do giao thoa giữa sóng trời và sóng đất sẽ lùi xa đài phát hơn và mức độ thăng giáng cũng yếu hơn.
45A A
B
C
Hình 1.4
c. Sự điều chế ký sinh trong tầng điện ly.
Hiện tợng điều chế ký sinh trong tầng điện ly xảy ra nh sau:
giả sử có hai đầu thu phát đặt tại A và B và ở C nằm trong khoảng giữa A,B có một đài phát thứ ba, công suất khá lớn (hình 3.5)
Hình 3.5
Ngời ta đã phát hiện thấy rằng dù ở B, đài thu chỉ điều chỉnh với tần số cộng h- ởng của đầu A nhng vẫn nhận đợc tin tức do đài C phát ra (mặc dù hai tần số của hai đài A và C khác nhau rất xa ). đó là hiện tợng điều chế ký sinh hay còn gọi là hiệu ứng Lucxembua – Goroopski. hiệu ứng này đợc giải thích nh sau:
biết rằng số va chạm V có quan hệ với vận tốc của chúng, vận tốc này lại phụ thuộc c- ờng độ trờng của sóng tới. năng lợng tạo bởi đài phát C sẽ điều chế vận tốc của các điện tử trong miền sóng đi qua. do đó làm biến đổi tần số va chạm V và biến đổi độ dẫn điện của tầng điện ly. sự biến đổi điện dẫn sẽ làm biến đổi hệ số hấp thụ sóng và do đó biến đổi biên độ sóng truyền qua đó gây ra hiện tợng điều chế ký sinh.
Điều trình bày ở trên có thể chứng minh nh sau:
Dới tác dụng của điện trờng tạo bởi đài phát C, các điện tử trong tầng điện ly sẽ có thêm vận tócc phụ tỷ lệ với cờng độ trờng : VE = Eh M e (3.9) ω1 ω2
- e và M là điện tích và khối lợng cuả điện tử.
- w và Eh là tần số và cờng độ trờng hiệu dụng tạo bởi đài phát C. Biết rằng các điện tử luôn chuyển động nhiệt với vận tốc:
Vt =
M KT
π
8 (3.10)
Vậy vận tốc tổng cộng của điện tử sẽ bằng :
V= ) 2 1 ( 2 2 2 2 t E t E t V V V V V + = + (3.11)
Nếu đài C phát ra sóng điều chế biên độ thì trị số hiệu dụng của cờng độ trờng sẽ là : Eh = (1 + McosΩt)Eh0 (3.12) Và ta có: V = Vt 1+ 2 (1+McosΩt)2 w AEho (3.13) Trong đó A = eKT om λπ 2
Giả sử mật độ điện tử của tầng điện ly đã biết, quãng đờng tự do trung bình của điện tử là lt-b, ta có tần số va chạm của điện tử đợc xác định bởi:
V= b t l V − (3.14)
Thay V bởi (1.13) vào biểu thức trên ta có :
V= 1+ 2 (1+McosΩt)2 w AE l V ho tb t (3.15)
Ta có điện dẫn và hằng số điện môi của tầng điện môi của tầng điện ly phụ thuộc vào tần số va chạm V do đó các tham số này sẽ là hàm của tần số Ω ta có hệ số hấp thụ của tầng điện ly.
'60 60 i i ε πσ α = (3.16)
Cũng là một hàm đối với tần số Ω. đó là nguyên nhân của hiện tợng điều chế ký sinh nói trên.