Upload
hocvanhanh
View
15
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
bài giảng cung cấp cho ta những kiến thức liên quan tới việc truyền sóng
Citation preview
Trêng®iÖntõvµKüthuËtanten
Tµi liÖu tham kh¶o:Tr êng ®iÖn tõ vµ truyÒn sãng - Phan Anh - NXB §HQGHNLý thuyÕt vµ kÜ thuËt anten – Gs Ts Phan Anh – NXB khoa häc kü thuËt.Tr êng vµ sãng ®iÖn tõ – Phan Anh (dÞch) – NXB §H vµ TCCN
néidung
Ch¬ngI.Sãng®iÖntõvµtruyÒnsãng
Ch¬ngII.LýthuyÕtvµküthuËtanten
ch¬ngIII.C¸clo¹ianten
Ch ¬ng I. Sãng ®iÖn tõ vµ truyÒn sãng.
GiíithiÖu - Tr êng ®iÖn tõ lµ mét d¹ng ®Æc
biÖt cña vËt chÊt. Nã tån t¹i d íi d¹ng sãng hoÆc h¹t, cã t¸c dông t ¬ng hç víi c¸c h¹t mang ®iÖn. Trong ch©n kh«ng tr êng ®iÖn tõ truyÒn víi vËn tèc ¸nh s¸ng (3.108 m/s)
- N¨ng l îng cña tr êng ®iÖn tõ cã thÓ biÕn ®æi tõ d¹ng nµy sang d¹ng kh¸c nh ng lu«n b¶o toµn
• Theo ®Þnh luËt Einstein n¨ng l îng vµ khèi l îng tr êng ®iÖn tõ cã quan hÖ:
W= m.c2 (J) W: n¨ng l îng; m: Khèi l îng (kg); c: VËn tèc ¸nh s¸ng (m/s).
HÖph¬ngtr×nhMaxwell
• Ph ¬ng tr×nh Maxwell thø nhÊt:
H
T d
EJ J
trotH
Trong ®ã: : C êng ®é tõ tr êng (A/m); : MËt ®é dßng ®iÖn dÉn (A/m2); : C êng ®é ®iÖn tr êng (V/m); : H»ng sè ®iÖn m«i (F/m); : §iÖn dÉn suÊt (S/m);
dJ E
E
T d dichJ J J
ýnghÜaph¬ngtr×nhMaxwellthønhÊt
• Tõ tr êng cã thÓ ® îc g©y ra kh«ng chØ bëi dßng ®iÖn dÉn mµ do c¶ dßng ®iÖn dÞch, nghÜa lµ do sù biÕn ®æi cña c êng ®é ®iÖn tr êng theo thêi gian.
• T¸c dông cña dßng ®iÖn dÉn vµ dßng ®iÖn dÞch lµ nh nhau trong viÖc t¹o ra tõ tr êng.
HÖph¬ngtr×nhMaxwell
• Ph ¬ng tr×nh Maxwell thø hai:
H
trotE
Trong ®ã: : §é tõ thÈm cña m«i tr êng (A/m);
ýnghÜaph¬ngtr×nhMaxwellthøhai
• Tõ tr êng biÕn ®æi theo thêi gian sÏ t¹o ra ®iÖn tr êng.
HÖph¬ngtr×nhMaxwell
- Ph ¬ng tr×nh Maxwell thø ba:
: MËt ®é ®iÖn tÝch - Ph ¬ng tr×nh Maxwell thø t :
ý nghÜa: Lµ hai ph ¬ng tr×nh x¸c ®Þnh mËt ®é nguån cña ®iÖn tr êng vµ tõ tr êng
div E
0div H
• HÖh¬ngtr×nhMaxwell®Çy®ñ
d
EJ
trotH
H
trotE
div E
0div H
KÕtluËn
• Cã biÕn thiªn cña ®iÖn tr êng dÉn ®Õn cã tõ tr êng biÕn thiªn vµ ng îc l¹i.
• Dßng ®iÖn dÉn vµ dßng ®iÖn dÞch cã vai trß nh nhau trong viÖc sinh ra tõ tr êng.
• Trong ch©n kh«ng vÉn tån t¹i ®iÖn tõ tr êng.
§Þnh lý Poynting§©y lµ ®Þnh lý vÒ sù b¶o toµn n¨ng l îng trong tr êng ®iÖn tõ.Ph¸tbiÓu: N¨ng l îng tr êng ®iÖn tõ ch¶y qua mét ®¬n vÞ ®iÖn tÝch
trong mét ®¬n vÞ thêi gian ® îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:
Trong ®ã: : C«ng suÊt tæn hao d íi d¹ng nhiÖt cña dßng ®iÖn trong thÓ tÝch V. S: DiÖn tÝch mÆt giíi h¹n bëi ® êng vßng d©y
dÉn l. : vecto mËt ®é th«ng l îng n¨ng l îng ch¶y qua mÆt S trong ®¬n vÞ thêi gian (vect¬
poynting)
dWdt
S
Q dS . .
V
Q J E dV
E H
§Þnh lý Poynting
ChiÒu cña vect¬ poynting lµ chiÒu dÞch thuËn theo quy t¾c vÆn nót chai tõ sang (hay quy t¾c bµn tay tr¸i) víi gãc quay nhá nhÊt.
N¨ng l îng tr êng ®iÖn tõ ch¶y qua mét ®¬n vÞ thêi gian ® îc x¸c ®Þnh:
; W/m2.
HE
E
H
.E H
1.1.Sãng®iÖntõ1.1.1.Sãng®iÖntõph¼ng
a.Kh¸iniÖm: Sãng ®iÖn tõ t¹o ra c¸c vect¬ ®iÖn vµ tõ cã biªn ®é vµ pha gièng nhau vµ hîp thµnh c¸c mÆt ®ång pha vµ ®ång biªn lµ nh÷ng mÆt ph¼ng th× ® îc gäi lµ sãng ®iÖn tõ ph¼ng.
b.M«itrêngtruyÒnsãng:- §iÖn m«i lý t ëng (®ång nhÊt kh«ng tæn hao)- §ång nhÊt, cã tæn hao- B¸n dÉn.NhËn xÐt: Sãng ®iÖn tõ kh«ng lan truyÒn trong m«i tr êng kim
lo¹i (Fe, Cu…)c.TÝnhchÊt:- Ph¶n x¹, khóc x¹ khi sãng truyÒn qua hai m«i tr êng cã chiÕt
suÊt kh¸c nhau. - NhiÔu x¹ khi b íc sãng xÊp xØ víi kÝch th íc vËt c¶n.- T¸n x¹ khi b íc sãng nhá h¬n vËt c¶n.
E H
1.1.Sãng®iÖntõ1.1.2.Bøcx¹sãng®iÖntõa. §Þnh nghÜa Qu¸ tr×nh truyÒn tr êng ®iÖn tõ tõ nguån vµo
kh«ng gian gäi lµ qu¸ tr×nh bøc x¹ tr êng ®iÖn tõ. Bøc x¹ tr êng ®iÖn tõ chØ x¶y ra víi nguån biÕn
thiªn.b. Bøc x¹ cña dipol ®iÖn- Tr êng vïng gÇn. ë khu gÇn th× c¸c thµnh phÇn ®iÖn tr êng vµ tõ tr
êng lÖch pha nhau 900 theo thêi gian. Do ®ã vecto poynting trung b×nh sÏ cã gi¸ trÞ b»ng kh«ng. Chøng tá n¨ng l îng cña tr êng vïng gÇn cã tÝnh dao ®éng. Trong mét phÇn t chu kú ®Çu th× n¨ng l îng nµy dÞch chuyÓn tõ nguån tr êng ra kh«ng gian xung quanh vµ trong mét phÇn t chu kú tiÕp theo l¹i dÞch chuyÓn trë l¹i gièng nh sù trao ®æi n¨ng l îng trong mét m¹ch dao ®éng. Tr êng khu gÇn cßn ® îc gäi lµ trêngc¶møngvµ khu gÇn ® îc gäi lµ khuc¶møng.
1.1.Sãng®iÖntõ
- Tr êng vïng xa §iÖn tr êng vµ tõ tr êng ë vïng xa lu«n
lu«n ®ång pha nhau. V× thÕ gi¸ trÞ trung b×nh cña vecto poynting lu«n kh¸c kh«ng vµ n¨ng l îng bøc x¹ ® îc dÞch chuyÓn tõ nguån vµo kh«ng gian xung quanh. Tr êng ®iÖn tõ bøc x¹ ë vïng xa cã d¹ng sãng cÇu, cã vecto ®iÖn vµ tõ vu«ng gãc víi h íng truyÒn lan. Sãng ®iÖn tõ trong tr êng hîp nµy ® îc gäi lµ sãng ®iÖn tõ ngang
1.1.Sãng®iÖntõ1.1.3.Sãng®iÖntõ®Þnhhíng- Kh¸i niÖm: Sãng ®iÖn tõ ® îc lan truyÒn theo mét h íng x¸c ®Þnh, tr¸nh sù
ph©n t¸n n¨ng l îng theo c¸c h íng kh¸c khi truyÒn th«ng tin gi÷a c¸c thiÕt bÞ ®Çu cuèi. ® îc gäi lµ sãng ®iÖn tõ ®Þnh h íng.
- C¸c lo¹i hÖ ®Þnh h íng: + D©y song hµnh: Gåm hai d©y dÉn ®Ó song song trong mét vá bäc. Khi ®ã sãng
®iÖn tõ ® îc ®Þnh h íng bëi hÖ thèng nµy truyÒn lan ë kh«ng gian xung quanh d©y dÉn.
D©y song hµnh thÝch hîp sö dông ®èi víi d¶i sãng cã b íc sãng lín (>1m).
D©y song hµnh ® îc bäc kim cã hiÖu qu¶ truyÒn dÉn cao h¬n nhiÒu s¬ víi d©y kh«ng bäc.
+ D©y ®ång trôc: Gåm mét d©y dÉn bäc trong vá bäc. Sãng ®iÖn tõ truyÒn trong
kh«ng gian gi÷a c¸c mÆt cña d©y dÉn trong vµ ngoµi. D©y ®ång trôc cã hiÖu qu¶ truyÒn dÉn cao, cã cÊu tróc ®¬n
gi¶n. + èng dÉn sãng: Lµ kh«ng gian® îc bao bäc bëi vá kim lo¹i khi kh«ng cã d©y dÉn
bªn trong. Sãng ®iÖn tõ ® îc lan truyÒn trong kh«ng gian ®ã.
1.1.Sãng®iÖntõC¸c lo¹i hÖ ®Þnh h íng
1.2.TruyÒnsãng1.2.1.C¸cvÊn®ÒchungvÒtruyÒnsãng. Kh¶o s¸t vÒ sù truyÒn lan tù do cña sãng ®iÖn tõ ë
d¶i v« tuyÕn ®iÖn. Vai trß th«ng tin, th«ng tin v« tuyÕn trong x· héi
hiÖn ®¹i. Nhê c¸c sãng nµy mµ cã thÓ thiÕt lËp c¸c kªnh
th«ng tin v« tuyÕn víi cù ly th«ng tin rÊt lín. Mét kªnh th«ng tin th êng gåm c¸c thiÕt bÞ thu -
ph¸t ®Æt ë ®Çu cuèi ® êng truyÒn vµ tin tøc ® îc mang ®i nhê sãng ®iÖn tõ lan truyÒn trong m«i tr êng vËt lý trung gian gäi lµ m«i tr êng truyÒn sãng.
§Ó ®¶m b¶o còng nh t¨ng chÊt l îng kªnh th«ng tin v« tuyÕn chóng ta kh«ng chØ quan t©m ®Õn tÝnh n¨ng, chÊt l îng cña thiÕt bÞ ®Çu cuèimµ cßn ph¶i xÐt ®Õn m«i tr êng truyÒn sãng, lùa chän dóng ®¾n tÇn sè c«ng t¸c còng nh chän ph ¬ng thøc truyÒn sãng hîp lý
1.2.TruyÒnsãng- ¶nh h ëng cña m«i tr êng ®Õn truyÒn sãng M«i tr êng cã ¶nh h ëng rÊt lín ®Õn
truyÒn sãng vµ g©y ra c¸c hiÖn t îng: + Suy hao sãng + Thay ®æi h íng vµ vËn tèc truyÒn sãng + Lµm mÐo tÝn hiÖu- Ph©n lo¹i sãng: Cã hai c¸ch ph©n lo¹i: + Theo b íc sãng: Sãng cùc dµi, sãng dµi,
sãng trung, sãng ng¾n,.. + Theo ph ¬ng thøc truyÒn lan: Sãng trùc
tiÕp, sãng ®Êt, sãng ®èi l u, sãng ®iÖn ly.
1.2.TruyÒnsãng1.2.1.TruyÒnsãng®Êt• Kh¸i niÖm: Lµ sãng VT§ ® îc truyÒn ë gÇn mÆt
®Êt theo ® êng th¼ng hoÆc bÞ ph¶n x¹ tõ mÆt ®Êt hoÆc bÞ uèn theo ®é cong mÆt ®Êt do hiÖn t îng nhiÔu x¹.
HiÖn t îng nhiÔu x¹ lµ hiÖn t îng quü ®¹o tia sãng bÞ uèn cong quanh vËt c¶n trªn ® êng truyÒn.
• Kh¸i qu¸t chung Sãng trong tr êng hîp nµy bÞ ¶nh h
ëng bëi ®Êt mµ cô thÓ lµ bÞ ¶nh h ëng cña chÊt ®Êt vµ ®Þa h×nh. V× thÕ biÕt ® îc c¸c th«ng sè ®Êt ( h»ng sè ®iÖn m«i , ®iÖn dÉn suÊt,…) lµ rÊt quan träng.
Gi¶i mét bµi to¸n tæng qu¸t vÒ sãng ®Êt víi nhiÒu biÕn sè nh vËy rÊt lµ khã. Ng êi ta sö dông mét biÖn ph¸p trong thùc tÕ ®ã lµ gi¶i c¸c bµi to¸n riªng víi c¸c gi¶ thiÕt riªng lý t ëng h¬n:
+ Thay thÕ ®Êt thùc låi lâm b»ng mÆt ®Êt b»ng ph¼ng t ëng t îng.
+ Bá qua sù biÕn ®æi liªn tôc, tõ tõ cña chÊt ®Êt trªn ® êng truyÒn. Xem nh tham sè ®Êt biÕn ®æi mét c¸ch ®ét ngét khi qua c¸c vïng ®Êt kh¸c nhau.
+ §èi víi mÆt ®Êt thùc th êng cµng xuèng s©u th× ®é dÉn ®iÖn cµng t¨ng do ®é Èm cao h¬n nh ng trong tÝnh to¸n ta coi tham sè ®Êt kh«ng thay ®æi theo ®é s©u.
+ Thay ®Êt thùc tÕ b»ng ®Êt t ëng t îng cã th«ng sè t ¬ng ® ¬ng.
+ ë cù ly gÇn (r nhá) coi ®Êt ph¼ng+ ë cù ly xa (r lín) xem mÆt ®Êt lµ mÆt cÇu.+ Trong truyÒn sãng ng êi ta sö dông anten ®Ó
thu ph¸t tÝn hiÖu. Cã hai lo¹i anten ® îc sö dông lµ: Anten ®Æt thÊp. Anten ®Æt cao.
• Anten ®Æt cao TruyÒn sãng khi anten ®Æt cao th
êng chØ gÆp ®èi víi sãng ng¾n vµ cùc ng¾n.
Anten ®Æt cao lµ anten cã bé phËn thu vµ ph¸t sãng ®iÖn tõ n»m ë cao so víi mÆt ®Êt (cì vµi b íc sãng).
Anten ®Æt cao Gi¶ thiÕt ®Æt ra:T¹i A cã anten ph¸t víi c«ng suÊt P1. HÖ sè
®Þnh h íng D1 ®Æt ë ®é cao h1.
T¹i B ë ®é cao h2 ®Æt anten thu.
Sãng ®iÖn tõ cã b íc sãng .r1 ® êng ®i tõ A ®Õn B cña tia tíi trùc tiÕp.
r2 ® êng ®i tõ A ®Õn B cña tia ph¶n x¹.
r: Kho¶ng c¸ch tõ anten ph¸t ®Õn anten thu:Gãc nghiªng tia ph¶n x¹Yªu cÇu: X¸c ®Þnh c êng ®é tr êng t¹i B.
Anten ®Æt cao§ êng truyÒn cña sãng
A
P1D1
B
h1
h2
1
2
Kh«ngkhÝ
§Êt
r1
§Ó gi¶i bµi to¸n vÒ truyÒn sãng ®Êt chóng ta cÇn t×m hiÓu bµi to¸n vÒ truyÒn sãng trong kh«ng gian tù do (c«ng thøc truyÒn sãng lý t ëng)- Kh«ng gian tù do lµ m«t m«i tr êng ®ång
nhÊt, ®¼ng h íng, kh«ng hÊp thô vµ cã hÖ sè ®iÖn m«i t ¬ng ®èi, ®iÖn dÉn suÊt b»ng 1.
Bµi to¸n: T¹i A: cã nguån bøc x¹, c«ng suÊt ph¸t
P1, ® îc ®Æt trong kh«ng gian tù do. X¸c ®Þnh c êng ®é ®iÖn tõ tr êng thu ® îc t¹i B c¸ch A mét kho¶ng r.
Lêi gi¶i: MËt ®é c«ng suÊt trung b×nh t¹i B lµ:
(V/m2) NÕu nguån bøc x¹ cã h íng, hÖ sè ®Þnh h íng D1 th×:
(V/m2)
Biªn ®é c êng ®é ®iÖn tr êng: (V/m)
Gi¸ trÞ tøc thêi cña c êng ®é ®iÖn tr êng: : hÖ sè sãng : Gi¸ trÞ hiÖu dông c êng ®é ®iÖn tr êngNÕu t¹i B cã anten thu víi diÖn tÝch hiÖu dông:Ta cã c«ng suÊt anten thu cÊp cho m¸y thu:
(W)Trong thùc tÕ, m«i tr êng lµm suy hao sãng. §Æc tr ng cho sù suy hao lµ
thõa sè lµm yÕu F.VËy c êng ®é tr êng trong m«i tr êng thùc tÕ:
C«ng suÊt cÊp cho m¸y thu thùc tÕ:C«ng thøc liªn hÖ gi÷a c êng ®é ®iÖn vµ tõ tr êng:
1 11 24
PD
r
1 1
160mE PD
r
( )( ) .cos( ) .
2
i t krm me t E t kr E e
kv
2h mE E
2
2
24hS D
2
221 1 1 2 2
2 1 22 2. . .
4 4 (4 )h
PD PD DP S D
r r
1 1
160 .mE PD F
r
2 21 2 22 2
.(4 )
PD DP F
r
120
EH
21
1 4 r
P
Lêigi¶ichobµito¸ntruyÒnsãng®ÊtC êng ®é tr êng t¹i B cña tia tíi trùc tiÕp ® îc x¸c ®Þnh bëi E1 = Em1 . ; V/ mTrong ®ã: Em1 = V/m: Gi¸ trÞ hiÖu dông cña c êng ®é tr êng
tia trùc tiÕp C êng ®é tr êng t¹i B cña tia ph¶n x¹ ® îc x¸c ®Þnh: E2 = Em2. V/ m;Trong ®ã: Em2= .R V/m Gi¸ trÞ hiÖu dông cña c êng ®é tr êng
tia ph¶n x¹. R: hÖ sè ph¶n x¹. : gãc pha tia ph¶n x¹.R vµ ® îc x¸c ®Þnh dùa vµo c¸c ®å thÞ vÒ hÖ sè ph¶n x¹ (ë
cuèi s¸ch) khi biÕt c¸c th«ng sè ®Êt (h»ng sè ®iÖn m«i, ®iÖn dÉn suÊt).
VËy c êng ®é tr êng t¹i B lµ: Coi:
VËy ta cã c êng ®é tr êng t¹i B lµ:
1( )i t kre
1 11
160PD
r
2( )i t kre ie
1 12
160PD
r
1 2BE E E
1 2
1 1 1
r r r
21 1
160 1 2 cosBE PD R R
r
Trong ®ã:
§Æt F = : gäi lµ thõa sè lµm yÕu
Trong nhiÒu tr êng hîp do h1<<r vµ h2<<r nªn gãc nghiªng cña tia ph¶n x¹ tõ mÆt ®Êt sÏ nhá ®Õn møc cã thÓ xem R 1 vµ . Khi ®ã:
EB= (V/m);
Hay EB = (V/m);
VËy ®Ó truyÒn sãng tèt nhÊt ph¶i chän ®é cao anten ph¸t, thu thÝch hîp ®Ó tia ph¶n x¹ tõ mÆt ®Êt kh«ng lµm yÕu tr êng tia trùc tiÕp hoÆc t¨ng c êng ®é tr êng t¹i ®iÓm thu.
k r
1 22 1 2
h hr r r
r
21 2 cosR R
0180
1 1
260PD
rsin r
1 1
260PD
r1 22
sinh h
r
KÕt luËn: Nh vËy chóng ta ®· ®ù¬c t×m
hiÓu vÒ ph ¬ng thøc truyÒn lan cña sãng ®Êt. Qua ®ã còng biÕt ® îc ¶nh h ëng cña ®Êt ®èi víi kh¶ n¨ng truyÒn sãng vµ còng hiÓu r»ng ph¶i chän ®é cao anten thÝch hîp míi thu ph¸t sãng tèt.
1.2.2. TruyÒn sãng trong tÇng ®èi l u
- TÇng ®èi l u lµ tÇng khÝ quyÓn n»m tõ s¸t mÆt ®Êt vµ lªn ®Õn ®é cao kho¶ng:
+ 8km ®Õn 10km ë c¸c vïng cùc. + 10km ®Õn 12km ë c¸c vïng «n ®íi. + 18km ®Õn 20km ë c¸c vïng xÝch ®¹o.- TÇng ®èi l u cã thµnh phÇn chÊt khÝ kh«ng ®æi: 78%
khÝ nit¬, 21% oxi, vµ 1% lµ c¸c chÊt kh¸c.- TÇng ®èi l u cã ®Æc ®iÓm quan träng lµ mËt ®é chÊt
khÝ gi¶m khi ®é cao t¨ng- TÇng ®èi l u cã chiÕt suÊt biÕn ®æi ®Òu theo ®é cao.
Khi mét tia sãng truyÒn trong tÇng ®èi l u mµ kh«ng song song víi ph ¬ng ngang th× nã sÏ bÞ khóc x¹ liªn tôc. Nh vËy tia sãng sÏ bÞ uèn cong chø kh«ng cßn truyÒn theo quü ®¹o th¼ng. §©y chÝnh lµ hiÖn t îng khóc x¹ khÝ quyÓn.
- TÇng ®èi l u chØ ¶nh h ëng ®Õn sãng cùc ng¾n vµ sãng VT§ truyÒn ë cù li xa.
1.2.3. TruyÒn sãng trªn tÇng ®iÖn li
- TÇng ®iÖn ly lµ tÇng khÝ quyÓn bÞ ion ho¸ n»m ë ®é cao 60 ®Õn 600km.
Nguyªn nh©n g©y ion ho¸ ë tÇng ®iÖn li: Do t¸c dông cña bøc x¹ mÆt trêi dÉn ®Õn x¶y ra
sù ph©n li c¸c ph©n tö oxi, nit¬ thµnh c¸c nguyªn tö. MÆt kh¸c còng do nh÷ng nguyªn nh©n kh¸c nh lµ: bøc x¹ cña c¸c v× sao, c¸c tia vò trô, c¸c thiªn th¹ch khi vµo khÝ quyÓn tr¸i ®Êt bÞ ch¸y.
- D íi t¸c dông cña c¸c nguån ion ho¸ vµ do cÊu t¹o cña c¸c chÊt khÝ nªn trong khÝ quyÓn xuÊt hiÖn mét sè miÒn ®¹t cùc trÞ ion ho¸ (hay cßn gäi lµ c¸c líp), C¸c líp nµy ¶nh h ëng trùc tiÕp ®Õn kh¶ n¨ng truyÒn sãng.
- Trong m«i tr êng ion ho¸, tÝn hiÖu ® îc truyÒn ®i víi vËn tèc nhá h¬n vËn tèc ¸nh s¸ng. Sau khi truyÒn qua m«i tr êng nµy tÝn hiÖu sÏ bÞ mÐo d¹ng.
Ch¬ngII.LýthuyÕtvµküthuËtanten
2.1. Lý thuyÕt anten2.1.1. Giíi thiÖu chung- VÞ trÝ anten trong hÖ thèng th«ng tin VT§ anten ® îc ®Æt ë ®Çu ra m¸y ph¸t vµ ®Çu vµo m¸y thu. anten ph¸t anten
thu
M tr êng
truyÒn
- Vai trß: Lµ phÇn tö kh«ng thÓ thiÕu trong bÊt kú hÖ thèng th«ng tin VT§.
- §Þnh nghÜa: + anten ph¸t: Lµ mét thiÕt bÞ dïng ®Ó biÕn ®æi n¨ng l îng dßng cao
tÇng ® îc ®iÒu chÕ tõ m¸y ph¸t thµnh n¨ng l îng sãng ®iÖn tõ vµ bøc x¹ vµo kh«ng gian theo mét quy luËt x¸c ®Þnh.
+ Anten thu: Lµ thiÕt bÞ dïng ®Ó thu sãng ®iÖn tõ tõ kh«ng gian tíi theo quy luËt x¸c ®Þnh vµ biÕn ®æi thµnh n¨ng l îng dßng cao tÇng ®Ó ® a tíi ®Çu vµo cña m¸y thu.
Anten chÝnh lµ mét thiÕt bÞ biÕn ®æi n¨ng l îng vµ ®Þnh h íng truyÒn sãng.
- Yªu cÇu ®èi víi anten: Cã tÝnh ®Þnh h íng x¸c ®Þnh. HiÖu suÊt ®ñ cao ®Ó khi ph¸t
gi¶m ® îc tæn hao, khi thu t¨ng ® îc tØ sè tÝn/t¹p.
Gi¶i th«ng ®ñ réng. ChÞu ® îc c«ng suÊt khi ph¸t vµ cã
kh¶ n¨ng chèng nhiÔu khi thu. KÝch th íc gän, träng l îng nhÑ, gi¸
thµnh rÎ
2.1.2.c¸cthamsèc¬b¶ncñaanten
- Hµm h íng tÝnh: BiÓu thÞ sù phô thuéc cña c êng ®é tr êng
bøc x¹ cña anten theo c¸c h íng kh¸c nhau trong kh«ng gian víi kho¶ng c¸ch kh«ng ®æi.
- Hµm biªn ®é chuÈn ho¸ BiÓu thÞ biªn ®é c êng ®é tr êng ë h íng
kh¶o s¸t trªn biªn ®é tr êng ë h íng cùc ®¹i. Hµm nµy ®¹t gi¸ trÞ lín nhÊt t¹i 1.
2.1.3.§åthÞph¬nghíngvµ®éréngbópsãng
§å thÞ ph ¬ng h íng ® îc vÏ bëi hµm tÝnh h íng. Nã m« t¶ quan hÖ gi÷a c êng ®é tr êng bøc x¹ hoÆc c«ng suÊt bøc x¹ cña anten trong c¸c h íng kh¸c nhau víi mét kho¶ng c¸ch kh¶o s¸t cè ®Þnh
§å thÞ ph ¬ng h íng trong hÖ to¹ ®é cùc
2.1.3.§åthÞph¬nghíngvµ®éréngbópsãng
§é réng bóp sãng (®é réng cña ®å thÞ ph ¬ng h íng) ® îc x¸c ®Þnh bëi gãc gi÷a hai h íng mµ theo hai h íng ®ã c êng ®é tr êng hoÆc c«ng suÊt bøc x¹ gi¶m ®i mét gi¸ trÞ nhÊt ®Þnh.
Cã nhiÒu c¸ch ®¸nh gi¸ ®é réng bóp sãng, th êng ®é réng bóp sãng nöa c«ng suÊt ® îc sö dông. §é réng bóp sãng nöa c«ng suÊt tøc lµ gãc gi÷a hai h íng mµ theo hai h íng ®ã c«ng suÊt bøc x¹ gi¶m ®i mét nöa so víi c«ng suÊt bøc x¹ cùc ®¹i. KÝ hiÖu: ( hay cßn gäi lµ ®é réng bóp sãng 3dB), nÕu gi¸ trÞ nµy cµng bÐ th× anten tËp trung c«ng suÊt bøc x¹ cµng m¹nh.
3dB
2.1.3.§åthÞph¬nghíngvµ®éréngbópsãng
§é réng cña ®å thÞ ph ¬ng h íng
2.1.4.C«ngsuÊtbøcx¹,®iÖntrëbøcx¹
vµhiÖusuÊtcñaanten.- C«ng suÊt bøc x¹: PA= Pbx+ Pth.
PA: C«ng suÊt ®Æt vµo anten. Pbx: C«ng suÊt bøc x¹. Pth: C«ng suÊt tæn hao.- §iÖn trë bøc x¹: PA= I2 (Rbx+ Rth.) Rbx, Rth: §iÖn trë bøc x¹ vµ ®iÖn trë tæn hao cña anten.- HiÖu suÊt:
§Æc tr ng cho møc ®é tæn hao c«ng suÊt cña anten. Th
êng nhá h¬n 1.
2.1.5.HÖsèhíngtÝnhvµhÖsèkhuyÕch®¹i.
HÖ sè ®Þnh h íng:
: HÖ sè h íng tÝnh cña anten.
: MËt ®é c«ng suÊt bøc x¹ cña antenkh¶o s¸t.
S0: MËt ®é c«ng suÊt bøc x¹ cña anten chuÈn cïng h íng.
Hay:
: Biªn ®é c êng ®é ®iÖn tr êng anten kh¶o s¸t.
E0: Biªn ®é c êng ®é ®iÖn tr êng cña anten v« h íng.
VËy:
( , )D ( , )S
( , )E
HÖ sè khuÕch ®¹i cña anten §Æc tr ng cho anten vÒ tÝnh bøc x¹ vµ c¶ kh¶
n¨ng lµm viÖc (cßn ® îc gäi lµ hÖ sè t¨ng Ých hay ®é lîi cña anten).
§å thÞ ph ¬ng h íng cña anten omni-directional vµ anten v« h íng
HÖ sè h íng tÝnh vµ hÖ sè khuÕch ®¹i th êng ® îc biÓu diÔn theo ®¬n vÞ dB.
2.1.6.Trëkh¸ngvµocñaanten.
Ua: §iÖn ¸p ®Çu vµo anten.
Ia: Dßng ®iÖn ®Çu vµo anten.
2.1.7.C«ngsuÊtbøcx¹®¼nghíngt¬ng®¬ng.
EIRP= PT.GT (W).
PT: C«ng suÊt ®Çu ra m¸y ph¸t
GT: HÖ sè khuÕch ®¹i anten ph¸t (coi b»ng 1).
EIRP cã thÓ ® îc tÝnh theo ®¬n vÞ dB:
Bµi tËpBµi 1: Mét m¸y ph¸t cã c«ng suÊt lµ 100W
nèi víi anten cã hÖ sè khuÕch ®¹i 10. X¸c ®Þnh c«ng suÊt bøc x¹ ®¼ng h íng t ¬ng ® ¬ng tÝnh theo W, dBW, dBm?
Bµi 2: Mét anten cã trë kh¸ng bøc x¹ 73 ,trë kh¸ng tæn hao 8 , hÖ sè h íng tÝnh 20, c«ng suÊt m¸y ph¸t ® a vµo anten 100W. X¸c ®Þnh:
a. HiÖu suÊt lµm viÖc cña anten. b. HÖ sè khuÕch ®¹i cña anten (dBi). c. C«ng suÊt bøc x¹ vµ c«ng suÊt bøc x¹
®¼ng h íng t ¬ng ® ¬ng W, dBW, dBm.
Lêi gi¶iBµi 1:C«ng suÊt bøc x¹ ®¼ng h íng t ¬ng ®
¬ng tÝnh theo W, dBW, dBm:
Lêi gi¶iBµi 2:
2.1.8.DiÖntÝchhiÖudôngvµchiÒudµihiÖudông
DiÖn tÝch hiÖu dông:
A: diÖn tÝch bøc x¹ hay c¶m øng thùc tÕ cña anten.
Quan hÖ gi÷a diÖn tÝch hiÖu dông vµ hÖ sè khuÕch ®¹i anten thu:
2.1.9.D¶itÇnc«ngt¸c D¶i tÇn c«ng t¸c cña anten ® îc ph©n thµnh bèn
nhãm:
2.1.10.HÖsèb¶ovÖcñaanten
• TÝnh theo ®¬n vÞ dB cã:
2.2.C¸cnguånbøcx¹
Theo lý thuyÕt vÒ tr êng bøc x¹, c¸c anten bøc x¹ sãng ®iÖn tõ cã thÓ ® îc xem lµ tËp hîp cña c¸c nguån bøc x¹ ®¬n gi¶n.
ChÝnh v× thÕ ®Ó nghiªn cøu c¸c anten phøc t¹p chóng ta cã thÓ dùa trªn viÖc nghiªn cøu c¸c anten nguyªn tè ®¬n gi¶n nh dipol ®iÖn vµ dipol tõ.
2.2.1.Dipol®iÖn
• CÊu t¹o Dipol ®iÖn hay cßn gäi lµ l ìng
cùc ®iÖn Lµ mét ®o¹n d©y dÉn m¶nh,
th¼ng, cã chiÒu dµi rÊt nhá so víi b íc sãng c«ng t¸c, trªn ®o¹n d©y cã dßng ®iÖn mµ biªn ®é vµ pha ® îc xem lµ ®ång ®Òu t¹i mäi ®iÓm.
2.2.1.Dipol®iÖn Ph©n bè dßng ®iÖn trªn dipol vµ c¸c ® êng søc
®iÖn, tõ tr êng do dipol g©y ra:
2.2.1.Trêngbøcx¹cñadipol®iÖn
2.2.1.Trêngbøcx¹cñadipol®iÖn
§Æt dipol trong hÖ to¹ ®é cÇu t©m O trïng t©m dipol. ChiÒu dµi h íng theo trôc z. Tr êng ®iÖn tõ
thu ® îc t¹i ®iÓm M bÊt kú cã to¹ ®é lµ:
2.2.1.Trêngbøcx¹cñadipol®iÖn
Thay c¸c gi¸ trÞ cña Z vµ k vµo ta ® îc:
2.2.1.Trêngbøcx¹cñadipol®iÖn
C¸c th«ng sè:
2.2.1.Trêngbøcx¹cñadipol®iÖn§å thÞ ph ¬ng h íng cña dipol ®iÖn
2.2.1.Trêngbøcx¹cñadipol®iÖn
- C«ng suÊt bøc x¹ cña dipol ®iÖn
- §iÖn trë bøc x¹ cña dipol ®iÖn
- HÖ sè ®Þnh h íng cña dipol ®iÖn
2.2.1.Trêngbøcx¹cñadipol®iÖn
NhËn xÐt:- Tr êng bøc x¹ dipol lµ tr êng ph©n cùc
th¼ng, mÆt ph¼ng ®iÖn tr êng lµ mÆt ph¼ng chøa trôc dipol, mÆt ph¼ng tõ tr êng lµ mÆt ph¼ng vu«ng gãc víi trôc dipol.
- N¨ng l îng tr êng bøc x¹ lµ n¨ng l îng thùc v× t¹i mçi ®iÓm kh¶o s¸t c¸c vecto ®Òu cã ph ¬ng gièng nhau.
- Hµm h íng tÝnh cña dipol chØ phô thuéc gãc mµ kh«ng phô thuéc gãc . Nªn tr êng bøc x¹ dipol ®iÖn cã tÝnh h íng trong mÆt ph¼ng E vµ v« h íng trong mÆt ph¼ng H .
2.2.2. Dipol tõ
Lµ mét ®o¹n d©y dÉn m¶nh, th¼ng, cã chiÒu dµi rÊt nhá so víi b íc sãng c«ng t¸c, trªn ®o¹n d©y cã dßng tõ mµ biªn ®é vµ pha ® îc xem lµ ®ång ®Òu t¹i mäi ®iÓm.
2.2.2.Dipoltõ
Ph©n bè dßng trªn dipol tõ vµ c¸c ® êng søc ®iÖn, tõ tr êng do dipol g©y ra:
2.2.2.Trêngbøcx¹cñadipoltõ
2.2.2.Trêngbøcx¹cñadipoltõ
Tr êng ®iÖn tõ thu ® îc t¹i ®iÓm M bÊt kú:
Trong thùc tÕ kh«ng cã dßng tõ mµ chØ
cã dßng tõ t ¬ng ® ¬ng, tøc lµ chØ cã phÇn tö trªn ®ã tån t¹i thµnh phÇn tiÕp tuyÕn cña ®iÖn tr êng.
2.2.2.Trêngbøcx¹cñadipoltõ
- Khi ®iÖn tr êng bøc x¹ cña dipol ®iÖn cã gi¸ trÞ b»ng ®iÖn tr êng bøc x¹ cña dipol tõ th× dßng tõ ph¶i cã gi¸ trÞ gÊp hai lÇn dßng ®iÖn cña dipol ®iÖn. NghÜa lµ:
- C«ng suÊt bøc x¹ cña dipol tõ:
- §iÖn dÉn bøc x¹ cña dipol tõ:
2.3.Nguyªntèbøcx¹hçnhîp
- CÊu t¹o: Gåm mét dipol ®iÖn ®Æt vu«ng gãc víi
mét dipol tõ. Dipol ®iÖn ®Æt theo trôc x cã dßng ®iÖn Ixe, dipol tõ ®Æt theo trôc y cã dßng tõ Iym. Gi¶ sö ®é dµi hai dipol b»ng nhau vµ b»ng l. Ta cã quan hÖ biªn ®é gi÷a dßng ®iÖn vµ dßng tõ lµ:
Trong ®ã a: HÖ sè thùc hoÆc sè phøc Z: Trë kh¸ng sãng cña m«i tr êng
2.3.Nguyªntèbøcx¹hçnhîp
Nguyªn tè bøc x¹ hçn hîp
2.3.Nguyªntèbøcx¹hçnhîp T¹i mäi ®iÓm kh¶o s¸t tr êng bøc x¹ gåm c¶ bèn thµnh
phÇn §iÖn tr êng bøc x¹ ë khu xa:
Hµm tÝnh h íng:
Hµm tÝnh h íng biªn ®é chuÈn ho¸:
HÖ sè ®Þnh h íng:
2.3.Nguyªntèbøcx¹hçnhîp
§å thÞ ph ¬ng h íng
2.3.Nguyªntèbøcx¹hçnhîp
NhËn xÐt: Nguyªn tè bøc x¹ hçn hîp chØ bøc
x¹ n¨ng l îng cùc ®¹i vÒ mét h íng. H íng bøc x¹ cùc ®¹i ® îc x¸c ®Þnh bëi h íng cña tÝch vect¬ (IexIm). Nguyªn tè bøc x¹ hçn hîp ® îc gäi lµ nguyªn tè bøc x¹ ®¬n h íng. C©u hái vµ bµi tËp
C©uháivµbµitËp