DO
Giả thiết nguồn bức xạ là đẳng hướng với công suất phát PR và đặt trong không gian tự do (nghĩa là môi trường đồng nhất, đẳng hướng, không hấp thụ và có hệ số điện môi tương đối ’ = 1).
Mật độ công suất sóng của trường bức xạ ở cự ly d kể từ nguồn hay công suất sóng điện từ qua một đơn vị diện tích của một mặt cầu bán kính d là: 2 1m Radio tower Radio tower Hình 4.1 - Mật độ công suất bức xạ đẳng hướng / (4.1)
Giá trị S trong biểu thức trên cũng chính là giá trị trung bình của vector Poynting tb ở trên mặt cầu.
Trong đó:
Eh (V/m): giá trị hiệu dụng cường độ điện trường. Hh (A/m): giá trị hiệu dụng cường độ từ trường. Hai đại lượng này có quan hệ như sau:
(4.3) Z là trở kháng sóng của môi trường. Đối với không gian tự do:
120 . . / 4 . 10 / (4.4) Thế (4.3) và (4.4) vào (4.2): (4.5) Thế (4.5) vào (4.1): (4.6) Nếu anten nhận được công suất từ nguồn là PA và phát xạ công suất PR thì hiệu suất anten được tính bởi:
(4.7) Từ đó:
(4.8) Trong thực tế, người ta thường dùng hệ thống bức xạ có hướng tính. Mức độ định hướng được đánh giá bởi hệ số định hướng D. Hệ số D đặc trưng cho mức độ tập trung năng lượng bức xạ của anten theo một hướng nào đó. Ta hiểu một cách đơn giản rằng: mọi anten có hướng đều có công suất bức xạ PR và hệ số định hướng ở một hướng nào đó là D, sẽ tạo ra tại điểm thu ở hướng đó một cường độ trường có trị số giống như một
anten vô hướng có công suất PR.D tạo ra. Như vậy việc sử dụng một anten có hướng sẽ tương đương với việc tăng công suất bức xạ ở hướng đó lên D lần so với dùng anten vô hướng.
(4.9) Mà độ lợi anten phát Gt=e.D:
(4.10) Giá trị biên độ của cường độ trường của anten có hướng:
√2 (4.11)
Anten thu có thể điều chỉnh vị trí để nó có thể nhận được công suất cực đại từ sóng điện từ. Khi ở vị trí đó, giả sử công suất PR tiêu tán trên tải của anten thu dưới điều kiện tương thích thì anten thu nhận được năng lượng sóng điện từ này có thể xem như có một diện tích hiệu dụng là Aeff nhận mật độ công suất từ anten phát gửi đến:
. (4.12)
Diện tích hiệu dụng Aeff của anten được tính như sau:
(4.13) Giả sử anten thu phối hợp phân cực với anten phát nên PLF=1:
→ (4.14)
Giả sử anten phát nối với nguồn và anten thu nối với tải có phối hợp trở kháng. Thì lúc đó tỉ số công suất tải tại anten thu nhận được Pr với công suất nguồn máy phát Pt được biểu diễn như sau:
, .
(4.15) Trong đó khoảng cách tính bằng km và tần số tính bằng MHz. Biểu diễn dưới dạng Decibel:
32,5 20log 20log (4.16) Thành phần thứ hai trong biểu thức trên là kết quả của quá trình phân tán sóng trong khi truyền ra xa nguồn và được gọi là hệ số suy hao trong không gian tự do.
32,5 20log 20log (4.17)
Satellite based Network
VSAT Hub
Hình 4.2 – Quá trình truyền sóng trong không gian tự do
Ví dụ 4.1: Trong hệ thống thông tin vệ tinh có thể giả thiết là sóng truyền trong không gian tự do. Vệ tinh ở độ cao 36000km, tần số hoạt động là 4GHz. Độ lợi anten phát 15dB và độ lợi anten thu là 45dB. Tính hệ số suy hao đường tryền và công suất
thu được trên vệ tinh khi công suất phát tại trạm mặt đất là 200W.
Giải
Hệ số suy hao đường truyền:
32,5 20log 20log 32,5 20log 36000 20log 4000 196
15 45 196 136
10 / 0,25.10