Lý thuyết trường điện...

Preview:

Citation preview

Lý thuyết trường điện từ

Dẫn sóng & bức xạ

Dẫn sóng & bức xạ 2

Nội dung1.

Giới thiệu2.

Giải tích véctơ3.

Luật Coulomb & cường độ điện trường4.

Dịch chuyển điện, luật Gauss & đive5.

Năng lượng & điện thế6.

Dòng điện & vật dẫn7.

Điện môi & điện dung8.

Các phương trình Poisson & Laplace9.

Từ trường dừng10.

Lực từ & điện cảm11.

Trường biến thiên & hệ phương trình Maxwell12.

Sóng phẳng13.

Phản xạ

& tán xạ

sóng phẳng14.

Dẫn sóng & bức xạ

Dẫn sóng & bức xạ 3

Dẫn sóng & bức xạ•

Trường của đường dây dài

Các kiểu dẫn sóng cơ bản•

Phân tích sóng phẳng của dẫn sóng song phẳng

Phân tích dẫn sóng song phẳng bằng phương trình sóng•

Dẫn sóng chữ

nhật

Dẫn sóng điện môi phẳng•

Cáp quang

Các nguyên lý cơ bản của anten

Dẫn sóng & bức xạ 4

Trường của đường dây dài (1)

++ ++

– – – –

+ +

– –

+

+

+ +

––

++ ++

––––

+ +

––

+

kEH

EH

I I0( ) j z

sV z V e β−=

0

0( ) j z

sVI z eZ

β−=

0 /víi Z L C=

0( ) j zssx

V VE z ed d

β−= =

0

0( ) j zs

sy szI VH z K eb bZ

β−= = = 0 01 ˆRe{ }2

b dz xs ysP E H dxdy→ = ∫ ∫

0 0

0

ˆ1 ( )ˆ2V V bdd bZ

=

20

0

1 ˆRe[ ]ˆ 22 s sV

V IZ

= =

Dẫn sóng & bức xạ 5

Trường của đường dây dài (2)

Vật dẫn (σc

)

t

t

d

b

Điện môi(σ, ε’, μ)

'bCdε

=

'bG C

dσ σε

= =

ngoμidL L

≈ =

2

cR

bσ δ=

0 'L dZC b

με

= =

Dẫn sóng & bức xạ 6

Trường của đường dây dài (3)2 '

ln( / )C

b aπε

=

ab

c

Điện môi(σ,

ε’,

μ)Mặt dẫn

(σc

)

Cao tần

2' ln( / )

G Cb a

σ πσε

= =

ln2ngoμi

bLa

μπ

=

1 1 12 c

Ra bπδσ

⎛ ⎞= +⎜ ⎟⎝ ⎠

1 1,2 2trong ngoμi

c cR R

a bπ δσ π δσ= =

01 ln

2 'ngoμi

C

L bZa

μπ ε

= =

Dẫn sóng & bức xạ 7

Trường của đường dây dài (4)2 '

ln( / )C

b aπε

=

ab

c

Điện môi(σ,

ε’,

μ)Mặt dẫn

(σc

)

Thấp tần

2' ln( / )

G Cb a

σ πσε

= =

21

( )trongc c

lRS aσ σ π

= =

2 2 21 1 1

cR

a c bπσ⎛ ⎞= +⎜ ⎟−⎝ ⎠

2 21

[ ( )]ngoμic

Rc bσ π

=−

22 2

2 2 2 21 1 4ln 3 ln

2 4 4( )b c cL b ca bc b c b

μπ

⎡ ⎤⎛ ⎞= + + − +⎢ ⎥⎜ ⎟⎜ ⎟− −⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦

Dẫn sóng & bức xạ 8

Trường của đường dây dài (5)

a Điện môi(σ,

ε’,

μ)

Mặt dẫn (σc

)

a

d

Cao tần

1' ' ( )

ln( / )cosh ( / 2 )C a d

d ad aπε πε−= ≈

1cosh ( / 2 ) ln ( )dL d a a da

μ μπ π

−= ≈ngoμi

1' cosh ( / 2 )G C

d aσ πσε −= =

1

cR

aπ δσ=

Dẫn sóng & bức xạ 9

Trường của đường dây dài (5)

a Điện môi(σ,

ε’,

μ)

Mặt dẫn (σc

)

a

d

Thấp tần

1'

cosh ( / 2 )C

d aπε−=

1cosh ( / 2 )G

d aπσ−=

11 cosh ( / 2 )4

L d aμπ

−⎡ ⎤= +⎢ ⎥⎣ ⎦

22

cR

aπ σ=

Dẫn sóng & bức xạ 10

Dẫn sóng & bức xạ•

Trường của đường dây dài

Các kiểu dẫn sóng cơ bản•

Phân tích sóng phẳng của dẫn sóng song phẳng

Phân tích dẫn sóng song phẳng bằng phương trình sóng•

Dẫn sóng chữ

nhật

Dẫn sóng điện môi phẳng•

Cáp quang

Các nguyên lý cơ bản của anten

Dẫn sóng & bức xạ 11

Các kiểu dẫn sóng cơ bản (1)

x

d

z

Dẫn sóng & bức xạ 12

Các kiểu dẫn sóng cơ bản (2)

x

y

a

b a

dn2

n2

n1

n2n1

ab

Dẫn sóng & bức xạ 13

Các kiểu dẫn sóng cơ bản (3)

x

d

z

++ ++

– – – –

+ +

– –

+

+

+ +

––

++ ++

––––

+ +

––

+

kEH

EH

I I

kl klkxθθ

l x k ω με= = =k k

Dẫn sóng & bức xạ 14

Các kiểu dẫn sóng cơ bản (4)

kl klkxθθ

Hkl

E kx Ekl

H kx

TE TM

x

z

Dẫn sóng & bức xạ 15

Dẫn sóng & bức xạ•

Trường của đường dây dài

Các kiểu dẫn sóng cơ bản•

Phân tích sóng phẳng của dẫn sóng song phẳng

Phân tích dẫn sóng song phẳng bằng phương trình sóng•

Dẫn sóng chữ

nhật

Dẫn sóng điện môi phẳng•

Cáp quang

Các nguyên lý cơ bản của anten

Dẫn sóng & bức xạ 16

Phân tích sóng phẳng của dẫn sóng song phẳng (1)

λκm

βm

kl

θm

λ

2 2m mkβ κ= −

'

0 ' r nkc c

ω ε ωω μ ε= = =

Dẫn sóng & bức xạ 17

Phân tích sóng phẳng của dẫn sóng song phẳng (2)

kx kl

EtớiEphản xạ

Vật dẫnlý tưởng

kx klEtới Ephản xạ

Vật dẫnlý tưởng

Ez –Ez

TE, lệch π TM, lệch 0

Dẫn sóng & bức xạ 18

Phân tích sóng phẳng của dẫn sóng song phẳng (3)2 2

m mkβ κ= −'

0 ' r nkc c

ω ε ωω μ ε= = =

kl

λκm

d

kx

κm

d

Phản xạ

với dịch pha 0 hoặc π

kl

Phản xạ

với dịch pha 0 hoặc π

2m md d mκ ϕ κ ϕ π+ + + = mmdπκ→ =

Dẫn sóng & bức xạ 19

Phân tích sóng phẳng của dẫn sóng song phẳng (4)

cosm mkκ θ=

mmdπκ =

κm

βm

kl

θm

λ

2 22 2

arccos arccos arccos2

1 1

m

m m

m m c mkd nd nd

m m ck k kkd nd

π π λθω

π πβ κω

⎧ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞= = =⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎪ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎪→ ⎨⎪ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞= − = − = −⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎪ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎩

'

0 ' r nkc c

ω ε ωω μ ε= = =

2 2m mkβ κ= −

Dẫn sóng & bức xạ 20

Phân tích sóng phẳng của dẫn sóng song phẳng (5)

21m

m ckndπβ

ω⎛ ⎞= −⎜ ⎟⎝ ⎠

22 1m

cm

nπ λβλ λ

⎛ ⎞→ = −⎜ ⎟

⎝ ⎠

κm

βm

kl

θm

λ

21 cm

mnc

ωωβω

⎛ ⎞→ = −⎜ ⎟⎝ ⎠

2 2cm

cm

c ndm

πλω

= =

§Þnh nghÜa: cmm cndπω =

Dẫn sóng & bức xạ 21

Phân tích sóng phẳng của dẫn sóng song phẳng (6)

Xét đường dây dẫn sóng song phẳng, khoảng cách giữa 2 mặt dẫn là

d = 1 cm, được điền đầy teflon với ε’r

= 2,1. Xác định tần số

hoạt động của sóng để

thể

lan truyền ở

chế độ

m

= 1.

dụ

1

10101

13 .10 1,03.10 Hz 10,3 GHz

2 2 2,1c

cfω ππ π

= = = =

810

1 2'

1 .3.10 3 102,12,1.10c

r

m c cnd d

π π π πωε

−= = = =

10,3 GHz 20,6 GHzf< <

Dẫn sóng & bức xạ 22

Phân tích sóng phẳng của dẫn sóng song phẳng (7)

Xét đường dây dẫn sóng song phẳng, khoảng cách giữa 2 mặt dẫn là

d = 1 cm, được điền đầy teflon với ε’r

= 2,1. Bước sóng của sóng hoạt động là

λ

= 2 mm. Có

bao nhiêu chế độ

sóng lan truyền được?

dụ

2

2 2,1.10 14,52

m→ < =

332 2 2,1.10.102.10cm

ndm m

λ−

−= → <

Dẫn sóng & bức xạ 23

Phân tích sóng phẳng của dẫn sóng song phẳng (8)

Hkl

E kx Ekl

H kx

TE TM

x

z

l m x m zκ β= +k a a0 0

l xj jysE E e E e− −= −k .r k .r

x m x m zκ β= − +k a a

x zx z= +r a a

0

'0 0

( )

2 sin( ) sin( )

m m m

m m

j x j x j zys

j z j zm m

E E e e e

jE x e E x e

κ κ β

β βκ κ

− −

− −

→ = −

= =

κm

βm

kl

θm

λ

Dẫn sóng & bức xạ 24

Phân tích sóng phẳng của dẫn sóng song phẳng (9)

21 cm

mnc

ωωβω

⎛ ⎞= − ⎜ ⎟⎝ ⎠

'0( , ) Re[ ] sin( )cos( )j t

y ys m mE z t E e E x t zω κ ω β→ = = −

0

'0 0

( )

2 sin( ) sin( )

m m m

m m

j x j x j zys

j z j zm m

E E e e e

jE x e E x e

κ κ β

β βκ κ

− −

− −

= −

= =

| |m mj jβ α→ − = −

NÕu cmω ω<

'0

'0

sin( )

( , ) sin( ) cos

m

m

zys m

zm

E E x e

E z t E x e t

α

α

κ

κ ω

⎧ =⎪→ ⎨=⎪⎩

Dẫn sóng & bức xạ 25

Phân tích sóng phẳng của dẫn sóng song phẳng (10)

2 2cm

nc

ω ω= −2

1 cmm

nc

ωωβω

⎛ ⎞= − ⎜ ⎟⎝ ⎠

cmω ω<2 2

2 2 21 1cm cmm cm

cm cm

nn nc c

ω λω πα ω ωω λ λ⎛ ⎞ ⎛ ⎞→ = − = − = −⎜ ⎟ ⎜ ⎟

⎝ ⎠⎝ ⎠

arccos arccos arccos2m

m m c mkd nd ndπ π λθ

ω⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞= = =⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠

cmm cndπω =

cos cmm

cm

ω λθω λ

→ = =

Dẫn sóng & bức xạ 26

Phân tích sóng phẳng của dẫn sóng song phẳng (11)

κm

βm

kl

θm

λcos cm

mcm

ω λθω λ

= =

21 1m cm

gmd d nvd d cβ ωωω ω ω

−⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥= = −⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦

sin sinm m mnkcωβ θ θ= =

sinpmm m

cvn

ωβ θ

= =

21 sincm

gm mc cvn n

ω θω

⎛ ⎞→ = − =⎜ ⎟⎝ ⎠

Dẫn sóng & bức xạ 27

Dẫn sóng & bức xạ•

Trường của đường dây dài

Các kiểu dẫn sóng cơ bản•

Phân tích sóng phẳng của dẫn sóng song phẳng

Phân tích dẫn sóng song phẳng bằng phương trình sóng

Dẫn sóng chữ

nhật•

Dẫn sóng điện môi phẳng

Cáp quang•

Các nguyên lý cơ bản của anten

Dẫn sóng & bức xạ 28

Phân tích dẫn sóng song phẳng bằng phương trình sóng (1)2 2

0s sk∇ = −E E2 2 ,s sk k n cω→∇ = − =E E /

2 2 22

2 2 2 0ys ys ysys

E E Ek E

x y z

∂ ∂ ∂→ + + + =

∂ ∂ ∂ 2

2 0ysE

y

∂=

0 ( ) mj zys mE E f x e β−=

22 2

2( ) ( ) ( ) 0m

m md f x k f x

dxβ→ + − =

κm

βm

kl

θm

λ

2 2 2m mk β κ− =

22

2( ) ( ) 0m

m md f x f x

dxκ→ + =

( ) cos( ) sin( )m m mf x x xκ κ→ = +

Dẫn sóng & bức xạ 29

Phân tích dẫn sóng song phẳng bằng phương trình sóng (2)

x

d

z

0y mx dmEdπκ

== → =

00 ( ) sin( )y m mx

E f x xκ=

= → =

( ) cos( ) sin( )m m mf x x xκ κ= +

0 sin mj zys

m xE E ed

βπ −⎛ ⎞→ = ⎜ ⎟⎝ ⎠

0 ( ) mj zys mE E f x e β−=

m

= 1

m

= 2

m

= 3

Dẫn sóng & bức xạ 30

Phân tích dẫn sóng song phẳng bằng phương trình sóng (3)κm

βm

kl

θm

λ

cos cmm

ωθω

=

0 sin mj zys

m xE E ed

βπ −⎛ ⎞= ⎜ ⎟⎝ ⎠

NÕu cmω ω=0mβ→ =

2m

cm

nk πκλ

→ = =

mmdπκ =

22

cm

cm

mm n dd n

λπ πλ

→ = → =

0 02sin sinys

cm

m x n xE E Edπ π

λ⎛ ⎞⎛ ⎞→ = = ⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠ ⎝ ⎠

x

d

z

Dẫn sóng & bức xạ 31

Phân tích dẫn sóng song phẳng bằng phương trình sóng (4)

0 0cos( ) sin( )m m

ys yss z x

j z j zm m z m m x

E Ex zE x e j E x eβ βκ κ β κ− −

∂ ∂→∇× = −

∂ ∂

= +

E a a

a a

s sjωμ∇× = −E H

y yx xz zx y z

E EE EE Ey z z x x y

∂ ∂⎛ ⎞ ⎛ ⎞∂ ∂∂ ∂⎛ ⎞∇× = − + − + −⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂⎝ ⎠⎝ ⎠ ⎝ ⎠E a a a

0 sin mj zys

m xE E ed

βπ −⎛ ⎞= ⎜ ⎟⎝ ⎠

x

d

z

Dẫn sóng & bức xạ 32

Phân tích dẫn sóng song phẳng bằng phương trình sóng (5)0 0cos( ) sin( )m mj z j z

s m m z m m xE x e j E x eβ βκ κ β κ− −∇× = +E a a

s sjωμ∇× = −E H

0

0

sin( )

cos( )

m

m

j zmxs m

j zmzs m

H E x e

H j E x e

β

β

β κωμκ κωμ

⎧ =⎪⎪→ ⎨⎪ =⎪⎩

ˆ ˆ ˆs s s xs xs zs zsH H H H= = +H H .H

2 2 2 2 2, sin ( ) cos 1m m m mk x xκ β κ κ+ = + =

( )1/2 1/22 2 2 20 sin ( ) coss m m m mE x xκ β κ κωμ

⎡ ⎤→ = + +⎣ ⎦H

0 0s

kE Eω μεωμ ωμ η

→ = = =H

Dẫn sóng & bức xạ 33

Dẫn sóng & bức xạ•

Trường của đường dây dài

Các kiểu dẫn sóng cơ bản•

Phân tích sóng phẳng của dẫn sóng song phẳng

Phân tích dẫn sóng song phẳng bằng phương trình sóng•

Dẫn sóng chữ

nhật

Dẫn sóng điện môi phẳng•

Cáp quang

Các nguyên lý cơ bản của anten

Dẫn sóng & bức xạ 34

Dẫn sóng chữ

nhật (1)

x

y

a

b

2 2 22

2 2 2 0ys ys ysys

E E Ek E

x y z

∂ ∂ ∂+ + + =

∂ ∂ ∂

0 ( ) ( ) mpj zys m pE E f x f y e β−→ =

2 22 2

2 2 ( ) 0ys ysmp ys

E Ek E

x yβ

∂ ∂→ + + − =

∂ ∂

y

xa

b

00 0 0sin( ) ,mj z

ys m mmE E x ea

β πκ κ−= =

000 0cos( ) mj zm

zs mH j E x e βκ κωμ

−=

000 0sin( ) mj zm

xs mH E x e ββ κωμ

−= −

( 0)cm cmnaπω =

2 2 20 0m m kκ β+ =

Dẫn sóng & bức xạ 35

Dẫn sóng chữ

nhật (2)

x

y

a

b

00 0 0sin( ) ,pj z

xs p ppE E y eb

β πκ κ−= =

000 0cos( ) pj zp

zs pH j E y e βκκ

ωμ−= −

000 0sin( ) pj zp

ys pH E y e ββκ

ωμ−=

(0 )cp cpnbπω =

y

xa

b

Dẫn sóng & bức xạ 36

Dẫn sóng & bức xạ•

Trường của đường dây dài

Các kiểu dẫn sóng cơ bản•

Phân tích sóng phẳng của dẫn sóng song phẳng

Phân tích dẫn sóng song phẳng bằng phương trình sóng•

Dẫn sóng chữ

nhật

Dẫn sóng điện môi phẳng•

Cáp quang

Các nguyên lý cơ bản của anten

Dẫn sóng & bức xạ 37

Dẫn sóng điện môi phẳng (1)

n2

n2

n1

x

z

d/2

–d/2

dn2

n2

n1

Dẫn sóng & bức xạ 38

1 1

1 1

2 2víi l x z

x x z

d dx

κ βκ β

− < <

= +

= − +

k a ak a a

k2l

θ1

θ2

k1x k1l

n1

n2

n2k2x

Dẫn sóng điện môi phẳng (2)2

11

arcsincnn

θ θ≥ =

1 11 0 0

l xj jy sE E e E e− −= ±k .r k .r

k1l

θ1

k1

β

k2lθ2

k2

βx zx z= +r a a

1 1

1 1

1 0 0 1

1 0 0 1

[ ] 2 cos( )

[ ] 2 sin( )

j x j x j z j zy s

j x j x j z j zy s

E E e e e E x e

E E e e e E x e

κ κ β β

κ κ β β

κ

κ

− − −

− − −

⎡ = + =⎢→⎢ = − =⎣

Dẫn sóng & bức xạ 39

k2l

θ1

θ2

k1x k1l

n1

n2

n2k2x

Dẫn sóng điện môi phẳng (3)2 2

2 02 02j j x j z

y sE E e E e eκ β− − −= =k .r

2 2jκ γ= −

k1l

θ1

k1

β

k2lθ2

k2

β

2 2 2 0 21/ 22

212 0 1

2

cos

( ) sin 1

j jn k

njn k jn

γ κ θ

θ

= =

⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥= − −⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦

2

2

( 2)2 02

( 2)2 02

2

2

/

/

x d j zy s

x d j zy s

dE E e e x

dE E e e x

γ β

γ β

− − −

+ −

⎛ ⎞= >⎜ ⎟⎝ ⎠⎛ ⎞= < −⎜ ⎟⎝ ⎠

Dẫn sóng & bức xạ 40

Dẫn sóng điện môi phẳng (4)

m

= 1

m

= 2

m

= 3

n2

n2

n1

Dẫn sóng & bức xạ 41

Dẫn sóng điện môi phẳng (5)

2

2

0 1

( 2)0 1

( 2)0 1

cos( )2 2

( ) cos( )2 2

cos( )2 2

/

/

TE ch½n

j zc

x d j zsc c

x d j zc

d dE x e x

d dE E e e x

d dE e e x

β

γ β

γ β

κ

κ

κ

− − −

+ −

⎧ ⎛ ⎞− < <⎜ ⎟⎪ ⎝ ⎠⎪⎪ ⎛ ⎞= >⎨ ⎜ ⎟

⎝ ⎠⎪⎪ ⎛ ⎞< −⎪ ⎜ ⎟

⎝ ⎠⎩

2

2

0 1

( 2)0 1

( 2)0 1

sin( )2 2

( ) sin( )2 2

cos( )2 2

/

/

TE lÎ

j zl

x d j zsl l

x d j zl

d dE x e x

d dE E e e x

d dE e e x

β

γ β

γ β

κ

κ

κ

− − −

+ −

⎧ ⎛ ⎞− < <⎜ ⎟⎪ ⎝ ⎠⎪⎪ ⎛ ⎞= >⎨ ⎜ ⎟

⎝ ⎠⎪⎪ ⎛ ⎞− < −⎪ ⎜ ⎟

⎝ ⎠⎩

Dẫn sóng & bức xạ 42

Dẫn sóng điện môi phẳng (5)

2 20 1 2 ( 1) ( 1,2,3,...)k d n n m mπ− ≥ − =

2 20 1 2k d n n π− < 2 2

1 22d n nλ→ > −

Dẫn sóng & bức xạ 43

Dẫn sóng điện môi phẳng (6)

Một đường dây dẫn sóng điện môi phẳng được dùng để

truyền ánh sáng có bước sóng λ

= 1,30 μm; độ

dày của tấm dẫn là

d

= 5,00 μm; chiết suất của lớp điện môi bao quanh là

n2

= 1,450.

Xác định chiết suất lớn nhất của tấm dẫn để

thể

truyền sóng chế độ đơn.

dụ

1

222 2

1 21,30 1,450 1,456

2 2.5,00n n

dλ ⎛ ⎞⎛ ⎞→ < + = + =⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠

2 21 22d n nλ > −

Dẫn sóng & bức xạ 44

Dẫn sóng & bức xạ•

Trường của đường dây dài

Các kiểu dẫn sóng cơ bản•

Phân tích sóng phẳng của dẫn sóng song phẳng

Phân tích dẫn sóng song phẳng bằng phương trình sóng•

Dẫn sóng chữ

nhật

Dẫn sóng điện môi phẳng•

Cáp quang

Các nguyên lý cơ bản của anten

Dẫn sóng & bức xạ 45

Cáp quang (1)

n2n1

ab

( , , ) ( ) ( ) exp( )xs i i ii

E z R j zρ ϕ ρ ϕ β= Φ −∑2 2

s sk∇ = −E E2 2

2 22 2

1 1 ( ) 0xs xsxs

E E k Eρ βρ ρ ρ ρ ϕ

⎛ ⎞∂ ∂∂→ + + − =⎜ ⎟⎜ ⎟∂ ∂ ∂⎝ ⎠

2 2

2 2 22 2 2

2 21( )d R dR dk

R R dd dρ ρ ρ β

ρρ ϕΦ

→ + + − = −Φ

22

2

2 22 2

2 2

0

1 0

dd

d R dR k Rdd

ϕ

βρ ρρ ρ

⎧ Φ+ Φ =⎪

⎪→ ⎨⎡ ⎤⎪ + + − − =⎢ ⎥⎪ ⎢ ⎥⎣ ⎦⎩

cos( )( )

sin( )ϕ α

ϕϕ α+⎡

Φ = ⎢ +⎣

( ) cos( )ϕ ϕΦ =

Dẫn sóng & bức xạ 46

Cáp quang (2)2

22

2 22 2

2 2

0 ( ) cos( )

1 0

dd

d R dR k Rdd

ϕ ϕϕ

βρ ρρ ρ

⎧ Φ+ Φ = →Φ =⎪

⎪⎨

⎡ ⎤⎪ + + − − =⎢ ⎥⎪ ⎢ ⎥⎣ ⎦⎩2 2§Æt t kβ β= −

n2n1

ab

2 2 21 1 0

2 2 22 2 0

( )

( )

tt

t

n k a

n k a

β β ρβ

β β ρ

⎡ = − <⎢=⎢ = − >⎣

( )( )

( )thùc

¶o

t t

t t

AJR

BK

β ρ βρ

β ρ β

⎧⎪→ = ⎨⎪⎩

Dẫn sóng & bức xạ 47

Cáp quang (3)

0 2 4 6 8 10 12 14 16

– 0,4

– 0,2

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

0( )tJ β ρ

( )( )

( )thùc

¶o

t t

t t

AJR

BK

β ρ βρ

β ρ β

⎧⎪= ⎨⎪⎩

1( )tJ β ρ

Dẫn sóng & bức xạ 48

Cáp quang (4)

0 0.5 1 1.5 2 2.5 30

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

( )0 tK β ρ

( )( )

( )thùc

¶o

t t

t t

AJR

BK

β ρ βρ

β ρ β

⎧⎪= ⎨⎪⎩

( )1 tK β ρ

Dẫn sóng & bức xạ 49

Cáp quang (5)

n2n1

ab

0 2 4 6 8 10 12 14 16– 0,4

– 0,2

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

0 0.5 1 1.5 2 2.5 30

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

0( )tJ β ρ

1( )tJ β ρ

( )0 tK β ρ

( )1 tK β ρ

( )( )

( )thùc

¶o

t t

t t

AJR

BK

β ρ βρ

β ρ β

⎧⎪= ⎨⎪⎩

Dẫn sóng & bức xạ 50

Cáp quang (6)

n2n1

ab

2 2 21 1 0§Æt tu a a n kβ β= = −

→[ ]

0

0

( )cos( )

( ) ( ) ( ) cos( )

/

/ /

j z

xs j z

E J u a e aE

E J u K w K w a e a

β

β

ρ ϕ ρ

ρ ϕ ρ

⎧ ≤⎪= ⎨≥⎪⎩

2 2 22 2 0§Æt tw a a n kβ β= = −

( )( )

( )thùc

¶o

t t

t t

AJR

BK

β ρ βρ

β ρ β

⎧⎪= ⎨⎪⎩

2,

1 1 1ˆ ˆRe[ ] Re[ ]2 2 2tb×nhz s s xs ys xsS E H E

η= × = × =E H

Dẫn sóng & bức xạ 51

Cáp quang (7)

n2n1

ab

2,

1 1 1ˆ ˆRe[ ] Re[ ]2 2 2tb×nhz s s xs ys xsS E H E

η= × = × =E H

2 20 cos ( )m

uI I J aaρ ϕ ρ⎛ ⎞= ≤⎜ ⎟

⎝ ⎠22

2 20

( ) cos ( )( )m

J u wI I K aK w a

ρ ϕ ρ⎛ ⎞ ⎛ ⎞= ≥⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ ⎠⎝ ⎠

Dẫn sóng & bức xạ 52

Cáp quang (8)

n2n1

ab

1 2( ) ( )s z s za aρ ρ= =∇× = ∇×E E

1 1( ) ( )( ) ( )

J u K wwJ u u K w− −→ = −

[ ]0

0

( )cos( )

( ) ( ) ( ) cos( )

/

/ /

j z

xs j z

E J u a eE

E J u K w K w a e

β

β

ρ ϕ

ρ ϕ

⎧⎪= ⎨⎪⎩

2 2§Æt V u w= +2 2 21 0u a n k β= −

2 20 1 2V ak n n→ = −

2 2 22 0w a n kβ= −

1( ) 0cJ V−→ =

Dẫn sóng & bức xạ 53

Cáp quang (9)

0 2 4 6 8 10 12 14 16

– 0,4

– 0,2

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

0( )tJ β ρ

11, 1(11) 2,405 ( ) 0c cmV V J V−= == = → =

1( )tJ β ρ

(11) 2, 405cV V→ < =

2 21 2

22,405c

a n nπλ λ→ > = −

Dẫn sóng & bức xạ 54

Dẫn sóng & bức xạ•

Trường của đường dây dài

Các kiểu dẫn sóng cơ bản•

Phân tích sóng phẳng của dẫn sóng song phẳng

Phân tích dẫn sóng song phẳng bằng phương trình sóng•

Dẫn sóng chữ

nhật

Dẫn sóng điện môi phẳng•

Cáp quang

Các nguyên lý cơ bản của anten

Dẫn sóng & bức xạ 55

Các nguyên lý cơ bản của anten (1)z

y

x

dI

0 cosI I tω=

[ ]4V

dvR

μπ

= ∫JA [ ]

4 zI dR

μπ

= a[ ]4I d

Rμπ

= ∫L

0[ ] cos RI I tv

ω⎡ ⎤⎛ ⎞= −⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦

[ ] 0/j R v

sI I e ω−→ =

04

/j R vzs

I dA eR

ωμπ

−→ =

cossin

0

rs zs

s zs

s

A AA AAθ

ϕ

θθ

⎧ =⎪

= −⎨⎪ =⎩

z

yP(r, θ, φ)

θr

Azs

Ars

–Aθs

0

0

cos4

sin4

/

/

j r vrs

j r vs

I dA eRI dA e

R

ω

ωθ

μ θπμ θπ

⎧ =⎪⎪→ ⎨⎪ = −⎪⎩

Dẫn sóng & bức xạ 56

Các nguyên lý cơ bản của anten (2)

s s sμ= = ∇×B H A

( sin ) ( ) ( )1 1 1 1sin sin

r rr

A rAA rAA Ar r r r r

ϕ ϕθ θθ ϕ

θθ θ ϕ θ ϕ θ

∂ ∂⎛ ⎞ ⎛ ⎞∂ ∂∂ ∂⎛ ⎞∇× = − + − + −⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂⎝ ⎠⎝ ⎠ ⎝ ⎠A a a a

1 1( )

0

rss s

rs s

AH rAr r r

H H

ϕ θ

θ

μ μ θ∂∂⎧ = −⎪ ∂ ∂→ ⎨

⎪ = =⎩

0

0

cos4

sin4

0

/

/

j r vrs

j r vs

s

I dA eRI dA e

RA

ω

ωθ

ϕ

μθ

πμ θπ

=

= −

=

02

1sin4

/j r vs

I dH e jvr r

ωϕ

ωθπ

− ⎛ ⎞→ = +⎜ ⎟⎝ ⎠

Dẫn sóng & bức xạ 57

Các nguyên lý cơ bản của anten (3)

s sjt

ωε∂∇× = →∇× =

∂DH H E

( sin ) ( ) ( )1 1 1 1sin sin

r rr

H rHH rHH Hr r r r r

ϕ ϕθ θθ ϕ

θθ θ ϕ θ ϕ θ

∂ ∂⎛ ⎞ ⎛ ⎞∂ ∂∂ ∂⎛ ⎞∇× = − + − + −⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂⎝ ⎠⎝ ⎠ ⎝ ⎠H a a a

02

1sin4

0

/j r vs

rs s

I dH e jvr r

H H

ωϕ

θ

ωθπ

− ⎛ ⎞= +⎜ ⎟⎝ ⎠

= =

1 1 ( sin )sin

1 1 ( )

rs s

s s

E Hj r

E rHj r

ϕ

θ ϕ

θωε θ θ

ωε θ

∂⎧ =⎪ ∂⎪→ ⎨∂⎛ ⎞⎪ = −⎜ ⎟⎪ ∂⎝ ⎠⎩

02 3

02 2 3

1 1cos2

1 1sin4

/

/

j r vrs

j r vs

I dE evr j r

I d jE ev r vr j r

ω

ωθ

θπ ε ωε

ωθπ ε ε ωε

⎧ ⎛ ⎞= +⎪ ⎜ ⎟⎜ ⎟⎪ ⎝ ⎠→ ⎨

⎛ ⎞⎪ = + +⎜ ⎟⎪ ⎜ ⎟⎝ ⎠⎩

Dẫn sóng & bức xạ 58

Các nguyên lý cơ bản của anten (4)

2 , , 1 ,/ /f f v vω π λ με η μ ε= = = =

02

02 3

02 2 3

1sin4

1 1cos2

1 1sin4

/

/

/

j r vs

j r vrs

j r vs

I dH e jvr r

I dE evr j r

I d jE ev r vr j r

ωϕ

ω

ωθ

ωθπ

θπ ε ωε

ωθπ ε ε ωε

⎛ ⎞= +⎜ ⎟⎝ ⎠⎛ ⎞

= +⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠⎛ ⎞

= + +⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

02

02 3

02 3

1sin4

1 1cos2 2

2 1sin4 2

/

/

/

j rs

j rrs

j rs

I dH e jr r

I dE er j r

I dE e jr r j r

π λϕ

π λ

π λθ

πθπ λ

η θπ π

η π λθπ λ π

− 2

− 2

− 2

⎧ 2⎛ ⎞⎪ = +⎜ ⎟⎪ ⎝ ⎠⎪ ⎛ ⎞⎪→ = +⎜ ⎟⎨ ⎜ ⎟

⎝ ⎠⎪⎪ ⎛ ⎞⎪ = + +⎜ ⎟⎜ ⎟⎪ ⎝ ⎠⎩

Dẫn sóng & bức xạ 59

Các nguyên lý cơ bản của anten (5)0

21sin

4/j r

sI dH e j

r rπ λ

ϕπθ

π λ− 2 2⎛ ⎞= +⎜ ⎟

⎝ ⎠8

0 4 , 90 , 0, 300MHz, 3.10 1oVD m/s, mI d t f vπ θ λ= = = = = =

21 j r

sH j er r

πϕ

π − 22⎛ ⎞→ = +⎜ ⎟⎝ ⎠

2

42 1 cos{[arctg(2 ) 2 ]}H r rr rϕπ π π⎛ ⎞→ = + −⎜ ⎟

⎝ ⎠cos( ) cos cos sin sina b a b a b− = +

2cos[arctg( )] 1 1/x x= +

21 (cos 2 2 sin 2 )H r r rrϕ π π π→ = +

Dẫn sóng & bức xạ 60

Các nguyên lý cơ bản của anten (6)

21

0 r

102101

0 r

80 4 , 90 , 0, 300MHz, 3.10 1oVD m/s, mI d t f vπ θ λ= = = = = =

21 (cos 2 2 sin 2 )H r r rrϕ π π π→ = +

02

1sin4

/j rs

I dH e jr r

π λϕ

πθπ λ

− 2 2⎛ ⎞= +⎜ ⎟⎝ ⎠

Dẫn sóng & bức xạ 61

Các nguyên lý cơ bản của anten (7)

0

0

sin2

0

sin2

/

/

j rs

rs

j rs

I dH j er

EI dE j e

r

π λϕ

π λθ

θλ

η θλ

− 2

− 2

⎧ =⎪⎪

→ =⎨⎪⎪ =⎩

02

02 3

02 3

1sin4

1 1cos2 2

2 1sin4 2

/

/

/

j rs

j rrs

j rs

I dH e jr r

I dE er j r

I dE e jr r j r

π λϕ

π λ

π λθ

πθπ λ

η θπ π

η π λθπ λ π

− 2

− 2

− 2

⎧ 2⎛ ⎞⎪ = +⎜ ⎟⎪ ⎝ ⎠⎪ ⎛ ⎞⎪ = +⎜ ⎟⎨ ⎜ ⎟

⎝ ⎠⎪⎪ ⎛ ⎞⎪ = + +⎜ ⎟⎜ ⎟⎪ ⎝ ⎠⎩

s sE Hθ ϕη→ =

z

y

x

dI

x

y

z

φ

θr ar

Dẫn sóng & bức xạ 62

Các nguyên lý cơ bản của anten (8)0

0

sin2

sin2

/

/

j rs

j rs

I dH j er

I dE j er

π λϕ

π λθ

θλη θ

λ

− 2

− 2

⎧ =⎪⎪⎨⎪ =⎪⎩

θsEθ

Dẫn sóng & bức xạ 63

Các nguyên lý cơ bản của anten (9)0

0

sin2

sin2

/

/

j rs

j rs

s s

I dH j er

I dE j er

E H

π λϕ

π λθ

θ ϕ

θλη θ

λη

− 2

− 2

=

=

=

0 2sin sin2

E H

I d rH tr

θ ϕ

ϕ

η

πθ ωλ λ

=⎧⎪→ ⎨ ⎛ ⎞= − −⎜ ⎟⎪ ⎝ ⎠⎩

22 20 2sin sin

2rI d rS E H t

rθ ϕπη θ ω

λ λ⎛ ⎞ ⎛ ⎞= = −⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠⎝ ⎠2 2

00 0sinrS S r d d

ϕ π θ π

ϕ θθ θ ϕ

= =

= == ∫ ∫

220 022 sin

2 3I d rt

rππη ω

λ λ⎛ ⎞ ⎛ ⎞= −⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠

2 220 040

2 3 2tb×nhI d I dS

r rπη π

λ λ⎛ ⎞ ⎛ ⎞→ = =⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠

Dẫn sóng & bức xạ 64

Các nguyên lý cơ bản của anten (10)

20

12tb×nh bøc x¹P I R=

22

20

2 80tb×nhbøc x¹

P dRI

πλ

⎛ ⎞= = ⎜ ⎟⎝ ⎠

22 040

2tb×nhI dS

λ⎛ ⎞= ⎜ ⎟⎝ ⎠

z

y

x

dI

Dẫn sóng & bức xạ 65

Các nguyên lý cơ bản của anten (11)Xét một nguyên tố

anten thẳng, dài d

= 1m, có dòng điện I0

= 1A, đặt trong không khí. Tính công suất & tổng trở

bức xạ trong 2 trường hợp:a) f

= 3 MHz;

b) f

= 300 Hz

dụ

Dẫn sóng & bức xạ 66

Các nguyên lý cơ bản của anten (12)

d

Dẫn sóng & bức xạ 67

Các nguyên lý cơ bản của anten (13)

I

I

Đơn cực

Ảnh

I

Mặt dẫn

Dẫn sóng & bức xạ 68

Nội dung1.

Giới thiệu2.

Giải tích véctơ3.

Luật Coulomb & cường độ điện trường4.

Dịch chuyển điện, luật Gauss & đive5.

Năng lượng & điện thế6.

Dòng điện & vật dẫn7.

Điện môi & điện dung8.

Các phương trình Poisson & Laplace9.

Từ trường dừng10.

Lực từ & điện cảm11.

Trường biến thiên & hệ phương trình Maxwell12.

Sóng phẳng13.

Phản xạ

& tán xạ

sóng phẳng14.

Dẫn sóng & bức xạ

Recommended