Upload
others
View
7
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
KỸ
THUẬT SIÊU CAO TẦN (Microwave Engineering) Số
tiết : 42 ; LT:28; BT:14
Kiểm tra: 30% Kiểm tra viết
giữa kỳ
(60')Bài tập: 20% Bài tập nhàThi cuối kỳ: 50% Thi viết
cuối kỳ
(90')
Nội dung môn học:Giới thiệu về
kỹ
thuật phân tích mạch điện ở
tần số
siêu cao, khái niệm thông số
phân bố
và
ma trận tán xạ
của các phần tử
mạch điện, một số
mạch siêu cao tần cơ bản.
Nội dung môn học gồm 3 chương chính như sau:
•
Chương 1: Giới thiệu khái niệm đường dây truyền sóng, hệ
số
phản xạ, hệ
số
sóng đứng, trở
kháng đường dây.•
Chương 2: Cấu trúc và
ứng dụng của đồ
thị
Smith trong phân tích và
thiết kế
mạch siêu cao tần.•
Chương 3: Ma trận tán xạ, các đặc tính và
ứng dụng.
Sinh viên còn có
thể
tìm hiểu nhiều khái niệm sâu hơn về
các mạch chuyên dụng siêu cao tần ở
môn học tiếp theo: Môn Mạch siêu cao tần.
Tài liệu•
Giáo trình:–
Vũ Đình Thành, Lý thuyết cơ sở
kỹ
thuật siêu cao tần, NXB KHKT, 1997
•
Tài liệu tham khảo:–
Devendra K. Misra, Radio Frequency and Microwave Communication Circuits analysis and design, John Wiley & Sons, 2001
–
Guilermo Gonzalez, Microwave transistor amplifier analysis and design, prentice Hall, 1984
–
Samuel Y. Liao, Microwave Circuits and Devices, Prentice Hall, 1987.–
David M. Pozar, Microwave Engineering, Addison-Wesley Publishing Co., 1993.
Các dải tần số
Theo IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers nghĩa là
"Học Viện kỹ
nghệ Điện và Điện Tử
Ứng dụng của kỹ
thuật siêu cao tần
•
Truyền thông–
Quảng bá: TV, radio–
Hệ
thống di động: GSM, CDMA, Wimax,…–
Thông tin vệ
tinh–
GPS,…
•
Radar–
Giám sát không lưu–
Dẫn đường cho tên lửa
•
Các lĩnh vực khác–
Sấy, nấu nướng–
Điều trị
bệnh–
Truyền dẫn năng lượng–
Nghiên cứu thiên văn
Những lợi điểm của tần số
siêu cao
•
Giảm kích thước anten, kích thước mạch•
Cho phép mở
rộng băng thông kênh truyền
•
Cho phép truyền qua tầng điện ly•
Ít ảnh hưởng của nhiễu công nghiệp
1
Ñöôøng Daây Truyeàn SoùngHeä Soá Phaûn Xaï, Trôû Khaùng Ñöôøng DaâyHieän Töôïng Soùng Ñöùng, Heä Soá Soùng Ñöùng
4
Caùc Thoâng Soá Sô Caáp Cuûa Ñöôøng Daây Truyeàn SoùngR (Ohm/m) : ñieän trôû tuyeán tính, ñaëc tröng cho ñieän trôûthuaàn cuûa moät ñôn vò chieàu daøi daây daãn. L (H/m) : ñieän caûm tuyeán tính, ñaëc tröng cho ñieän caûm töông ñöông cuûa moät ñôn vò chieàu daøi ñöôøng truyeàn soùng.C (F/m) : ñieän dung tuyeán tính, ñaëc tröng cho ñieän dung treân moät ñôn vò chieàu daøi ñöôøng truyeàn soùng.G (S/m) : ñieän daãn tuyeán tính, ñaëc tröng ñieän daãn thuaàn cuûa lôùp ñieän moâi treân moät ñôn vò daøi ñöôøng truyeàn soùng.
5
1) Phöông Trình Truyeàn Soùng
Töø
ñònh luaät Kirchoff veà
ñieän aùp:( , )( , ) ( , ) . . ( , ) . . i x tv x t v x x t R x i x t L x
t∂
= + Δ + Δ + Δ∂
Töø
ñònh luaät Kirchoff veà
doøng ñieän:
( , )( , ) ( , ) . . ( , ) . . v x x ti x t i x x t G x v x x t C xt
∂ + Δ= + Δ + Δ + Δ + Δ
∂
6
( , )( , ) ( , ) . . ( , ) . .
( , )( , ) ( , ) . . ( , ) . .
i x tv x t v x x t R x i x t L xt
v x x ti x t i x x t G x v x x t C xt
∂⎧ = + Δ + Δ + Δ⎪⎪ ∂⎨ ∂ + Δ⎪ = + Δ + Δ + Δ + Δ⎪ ∂⎩
( , ) ( , ) ( ). . ( , )( , ) ( , ) ( ). . ( , )
V x V x x R j L x I xI x I x x G j C x V x x
ω ω ω ωω ω ω ω
= + Δ + + Δ⎧⎨ = + Δ + + Δ + Δ⎩
Chuyeån sang mieàn taàn soá:
( , ) ( , ) ( ). ( , )
( , ) ( , ) ( ). ( , )
V x x V x R j L I xx
I x x I x G j C V x xx
ω ω ω ω
ω ω ω ω
+ Δ −⎧ =− +⎪⎪ Δ⎨ + Δ −⎪ =− + + Δ⎪ Δ⎩
Suy ra:
7
( , ) ( , ) ( ). ( , )
( , ) ( , ) ( ). ( , )
V x x V x R j L I xx
I x x I x G j C V x xx
ω ω ω ω
ω ω ω ω
+Δ −⎧ =− +⎪⎪ Δ⎨ + Δ −⎪ =− + + Δ⎪ Δ⎩
Khi: 0xΔ →
( , ) ( ). ( , )
( , ) ( ). ( , )
V x R j L I xx
I x G j C V xx
ω ω ω
ω ω ω
∂⎧ =− +⎪⎪ ∂⎨∂⎪ =− +⎪ ∂⎩
2
2
2
2
( , ) ( )( ). ( , )
( , ) ( )( ). ( , )
V x R j L G j C V xx
I x R j L G j C I xx
ω ω ω ω
ω ω ω ω
⎧∂= + +⎪⎪ ∂
⎨∂⎪ = + +⎪ ∂⎩
8
Ñaët: ( ) ( )( )R j L G j Cγ ω ω ω= + +
2
2
2
2
( , ) ( )( ). ( , )
( , ) ( )( ). ( , )
V x R j L G j C V xx
I x R j L G j C I xx
ω ω ω ω
ω ω ω ω
⎧∂= + +⎪⎪ ∂
⎨∂⎪ = + +⎪ ∂⎩
22
2
22
2
( , ) ( ). ( , )
( , ) ( ). ( , )
V x V xx
I x I xx
ω γ ω ω
ω γ ω ω
∂=
∂∂
=∂
Moãi phöông trình coù
daïng:
1 2 1'' . ' . 0 , 0f a f a f a+ + = =
9
2) Nghieäm Cuûa Phöông Trình Truyeàn Soùng
22
2
( , ) ( ). ( , )V x V xxω γ ω ω∂
=∂
( ). ( ).( , ) . .x xV x V e V eγ ω γ ωω −+ −= +
Phöông trình:
Nghieäm coù
daïng:
. .( ) . .x xV x V e V eγ γ−+ −= +
jγ α β= +Vôùi:
. . . .( ) . . . .x j x x j xV x V e e V e eα β α β− −+ −= +
10
. . . .( ) . . . .x j x x j xV x V e e V e eα β α β− −+ −= +
. .. .x j xV e eα β− −+
Xeùt thaønh phaàn thöù
1:
Xeùt thaønh phaàn thöù
2:. .. .x j xV e eα β
−
(Soùng tôùi)
(Soùng phaûn xaï)
11
22
2
( , ) ( ). ( , )I x I xxω γ ω ω∂
=∂
Phöông trình soùng doøng ñieän:
Coù
nghieäm:. .( ) . .x xI x I e I eγ γ−
+ −= +
0 0
,V VI IZ Z+ −
+ −= = −
Quan heä
vôùi soùng ñieän aùp:
. .
0 0
( ) x xV VI x e eZ Z
γ γ−+ −⇒ = −
12
3) Caùc Thoâng Soá
Thöù
Caáp Cuûa Ñöôøng Daây Truyeàn Soùnga) Heä
Soá
Truyeàn Soùng:
( ) ( ) ( ) ( )( )j R j L G j Cγ ω α ω β ω ω ω= + = + +
b) Heä
Soá
Suy Hao: [ ]( ) , /Np mα ω [ ]( ) , /dB mα ω
[ / ][ / ] 10 10 [ / ]
[ / ]
20.log (20log ).
8,68.
Np mdB m Np m
Np m
e eαα α
α
= =
=
Ví
duï:Moät ñöôøng truyeàn soùng coù
heä
soá
suy hao laø 1 Np/m, töùc laø
khi soùng lan truyeàn qua 1 m
chieàu daøi ñöôøng truyeàn soùng thì
bieân ñoä
seõ bò suy hao 8,68 dB (2,7 laàn).
13
c) Heä
Soá
Pha: [ ] [ ]( ) , / , /rad m mβ ω ñoä
Theå
hieän ñoä
thay ñoåi pha cuûa soùng khi soùng lan truyeàn treân moät ñôn vò chieàu daøi ñöôøng truyeàn soùng.
Quan heä
giöõa heä
soá
pha vaø
böôùc soùng:2πβλ
=
* Tröôøng Hôïp Ñöôøng Truyeàn Khoâng Toån Hao:
0, 0
( ) ( )( )( ) 0
( )
R G
R j L G j C j LC
LC
γ ω ω ω ωα ω
β ω ω
= =
⇒ = + + =
⇒ =
=
15
Ñaët:
0 01 //Z Z x Z
Y x⎛ ⎞= Δ + ⎜ ⎟Δ⎝ ⎠
,Z R j L Y G j Cω ω= + = +
Khi: 0xΔ → 0Z R j LZY G j C
ωω
+⇒ = =
+
Ñöôøng truyeàn khoâng toån hao: [ ]0 0 ,LZ RC
= = Ω
17
e) Vaän Toác Truyeàn Soùng (Vaän toác pha):
Laø
quaõng ñöôøng soùng lan truyeàn trong moãi ñôn vò thôøi gian.
[ / ], [ / ][ / ]rad sV m srad mϕ
ωβ
⎛ ⎞= =⎜ ⎟
⎝ ⎠
EX 3.2 P66, EX 3.3 P67
18
II.
Heä
Soá
Phaûn Xaï,Trôû
Khaùng Ñöôøng Daây
. .( ) . .x xV x V e V eγ γ−+ −= +
a) Heä
Soá
Phaûn Xaï
Ñieän AÙÙp:
Γ =soùng phaûn xa( )
soùng tôùiïx
γγ
γ− −
−+ +
⇒ Γ = = 2( )x
xV x
V e Vx eV e V
1) Heä
Soá
Phaûn Xaï
19
b) Heä
Soá
Phaûn Xaï
Doøng Ñieän
2 20
0
( ) ( )x
x xI Vx
VZI e Ix e e xVI e I
Z
γγ γ
γ
−
− −−
++ +
−Γ = = = = −Γ
. .( ) . .x xI x I e I eγ γ−+ −= +
. .
0 0
( ) x xV VI x e eZ Z
γ γ−+ −= −
Thoâng thöôøng chæ
quan taâm tôùi heä soá
phaûn xaï
ñieän aùp, quy uôùc: VΓ = Γ
20
( )( ). .. . ,x xP V e I eγ γ− −+ +=tôùi ( )( ). .. .x xP V e I eγ γ
− −= phaûn xaï
( )( ). . . .. . . .x x x xP V e V e I e I eγ γ γ γ− −+ − + −= + +t
( ) ( ). .. 1 ( ) . 1 ( )x xV IP V e x I e xγ γ− −
+ +⎡ ⎤ ⎡ ⎤= + Γ + Γ⎣ ⎦ ⎣ ⎦t
( )2 21 ( ) ( )V V
P
P P x P P x= −Γ = − Γ phaûn xaï
t tôùi tôùi tôùi
c) Söï
Phaûn Xaï
Coâng Suaát
21
Taïi taûi: 2( ) lV
Vl eV
γ−
+
Γ =
Taïi ñieåm ( ) :x l d= − 2 2 ( )
2 2 2
( )
. ( ).
x l dV
l d dV
V Vx e eV VV e e l eV
γ γ
γ γ γ
−− −
+ +
− −−
+
Γ = =
= = Γ
d)
Tính Heä
Soá
Phaûn Xaï
Taïi moät ñieåm baát kyøThoâng Qua Heä
Soá
phaûn Xaï
Taïi Taûi:
23
2 2( ) ( ). .d j dV Vx l e eα β− −Γ = Γ
Khi dich chuyeån veà
phía nguoàn moät ñoaïnVector seõ xoay moät goùc bao nhieâu?
/ 2d λ=VΓ2πβλ
=2 22 2 2 2
2d dπ π λβ π
λ λ⇒ = = =
24
e) Heä
Soá
Phaûn Xaï
Taïi Taûi:
. .( ) . .l lV l V e V eγ γ−+ −= +
. .
0 0
( ) l lV VI l e eZ Z
γ γ−+ −= −
25
. .( ) . .l lV l V e V eγ γ−+ −= +
. .
0 0
( ) l lV VI l e eZ Z
γ γ−+ −= −
0( )( )
l l
L l l
V e V eV lZ ZI l V e V e
γ γ
γ γ
−+ −
−+ −
+= =
−
0 0
11 ( )1 ( )1
l
l
L l
l
V eV e lZ Z ZV e lV e
γ
γ
γ
γ
−−
+
−−
+
++ Γ
= =−Γ−
0
0
( ) L
L
Z ZlZ Z
−⇒ Γ =
+
26
Tröôøng hôïp taûi phoái hôïp trôû khaùng:
0
0
( ) 0L
L
Z ZlZ Z
−Γ = =
+2( ) ( ). 0 ,dx l e xγ−⇒ Γ = Γ = ∀
Khoâng coù
soùng phaûn xaï
Trôû
khaùng ñaëc tính chuaån: 50 , 75 , 300 , 600Ω Ω Ω Ω
f) Moät Soá
Tröôøng Hôïp Ñaëc Bieät:
27
Tröôøng hôïp taûi noái taét:
0
0
( ) 1L
L
Z ZlZ Z
−Γ = = −
+Phaûn xaï
toaøn boä
( )l
l ll
V el V e V eV e
γγ γ
γ−−
− +−+
Γ = ⇒ = −
Taïi taûi, soùng tôùi vaø
soùng phaûn xaï
ngöôïc pha nhau ( ) 0V l =
28
Tröôøng hôïp taûi Hôû maïch:
0
0
( ) 1 ( ) 1LI
L
Z Zl lZ Z
−Γ = = ⇒ Γ = −
+
Phaûn xaï
toaøn boä
( ) 0l lI e I e I lγ γ−− +⇒ = − ⇒ =
Taïi taûi, soùng doøng ñieän tôùi vaø
phaûn xaï
trieät tieâu nhau
31
. .( ) . . (1)x xV x V e V eγ γ−+ −= +
. .
0 0
( ) (2)x xV VI x e eZ Z
γ γ−+ −= −
. .
0 . .
. .( )
. .
x x
x x
V e V eZ x ZV e V e
γ γ
γ γ
−+ −
−+ −
+⇒ =
−
Taïi Taûi:
. .. ( ) ( ) . .l lLZ I l V l V e V eγ γ−
+ −⇒ = = +
( )( )( )L
V lZ l ZI l
= =
Töø
(2) ta coù: . .0. ( ) . .x xZ I x V e V eγ γ−
+ −= −. .
0 . ( ) . .l lZ I l V e V eγ γ−+ −⇒ = −
32
. .
. .0
. ( ) . .
. ( ) . .
l lL
l l
Z I l V e V e
Z I l V e V e
γ γ
γ γ
−+ −
−+ −
⎧ = +⎪⎨
= −⎪⎩
.0
.0
( ) ( )2( ) ( )2
lL
lL
I lV Z Z e
I lV Z Z e
γ
γ
+
−−
⎧ = +⎪⎪⎨⎪ = −⎪⎩
. .
0 . .
. .( )
. .
x x
x x
V e V eZ x ZV e V e
γ γ
γ γ
−+ −
−+ −
+=
−Thay vaøo :
( ) ( )0 0
0 ( ) ( )0 0
( ) ( )( )( ) ( )
l x l xL L
l x l xL L
Z Z e Z Z eZ x ZZ Z e Z Z e
γ γ
γ γ
− − −
− − −
+ + −⇒ =
+ − −
33
00
0
( ) ( )( )( ) ( )
d d d dL
d d d dL
Z e e Z e eZ x ZZ e e Z e e
γ γ γ γ
γ γ γ γ
− −
− −
+ + −⇒ =
− + +
Ta coù: = −( )d l x
AÙp duïng:− −+ −
= =( ) , ( )2 2
u u u ue e e ech u sh u
00
0
. ( ) . ( )( )
. ( ) . ( )L
L
Z ch d Z sh dZ x ZZ sh d Z ch d
γ γγ γ
+⇒ =
+−
−
−= =
+( )( )( )
u u
u u
sh u e eth uch u e e
Vaø:
00
0
. ( )( )
. ( )L
L
Z Z th dZ x ZZ Z th d
γγ
+⇒ =
+
34
Tröôøng hôïp ñöôøng daây khoâng toàn hao:
γ β=⎧⎨ =⎩ 0 0 , Soá thöïc
jZ R
Khi ñoù:β β
β βγ β−
−
−= =
+( ) ( )
j d j d
j d j d
e eth d th j de e
AÙp duïng: = +cos( ) sin( )jue u j u
ββ ββ
⇒ = =2 sin( )( ) . ( )2 cos( )j dth j d j tg d
d
00
0
. . ( )( ). . ( )
L
L
Z j R tg dZ x RR j Z tg d
ββ
+⇒ =
+
35
Tröôøng hôïp taûi phoái hôïp trôû
khaùng
= 0 , Soá thöïcLZ R
00 0
0
. . ( )( ) ,. . ( )
L
L
Z j R tg dZ x R R d xR j Z tg d
ββ
+⇒ = = ∀
+hoaëc
Moät Soá Tröôøng Hôïp Ñaëc Bieät:
36
Tröôøng hôïp taûi noái taét:
= 0LZ
00 0
0
. . ( )( ) . . ( ). . ( )
L
L
Z j R tg dZ x R j R tg dR j Z tg d
β ββ
+⇒ = =
+
( ) . ( ) ,Z x j X d⇒ = thuaàn khaùng
37
0( ) . . ( ) . ( ) ,Z x j R tg d j X dβ= = thuaàn khaùng
Noái taét
Hôû
Maïch
ÖÙng duïng ñöôøng daây truyeàn soùng ñeå
thay theá
caùc phaàn töû ñieän caûm, ñieän dung (ôû
1 taàn soá
nhaát ñònh)
38
Tröôøng hôïp taûi hôû
maïch:
= ∞LZ
0 00
0
0
. . ( )( ). . ( ) . ( )
. .cotg( )
L
L
Z j R tg d RZ x RR j Z tg d j tg d
j R d
ββ β
β
+⇒ = =
+= −
( ) . ( ) ,Z x j X d⇒ = thuaàn khaùng
40
Tröôøng hôïp taûi Thuaàn khaùng:
= .L LZ j X
00
0
. . ( )( ) ,. ( )
L
L
jX j R tg dZ x RR X tg d
ββ
+⇒ =
−Thuaàn aûo
( ) :Z x⇒ thuaàn khaùng
Xác định trở
kháng đặc tính , trở
kháng tải , và
hệ
số
truyền sóng qua việc đo đạc thực tế: p77, Ex 3.9
41
Ñöôøng Truyeàn Moät phaàn tö
böôùc soùng
4l λ=
inZ
0R LZ
0L inZ Z= ⇒ →∞
Neáu taûi hôû
maïch:
20
inL
RZZ
⇒ =
0L inZ Z→∞ ⇒ =
Neáu taûi ngaén maïch:
ÖÙng duïng laøm maïch bieán ñoåi trôû
khaùng
20
inL
RZZ
= 0 .L inR Z Z⇒ =
00
0
. . ( )(0). . ( )
L
L
Z j R tg lZ RR j Z tg l
ββ
+=
+Töø :
Ex 3.5 p71
43
3) Quan heä
giöõa trôû
khaùng ñöôøng daây vaø
heä
soá
phaûn xaï:.
. . .
0 0 .. .
.
.1. . .( )
.. . 1.
x
x x x
xx x
x
V eV e V e V eZ x Z Z
V eV e V eV e
γ
γ γ γ
γγ γ
γ
−− −
+ − +−
−+ −−
+
++
= =− −
01 ( )( )1 ( )
xZ x Zx
+ Γ⇒ =
−Γ
0
0
( )( )( )
Z x ZxZ x Z
−⇒ Γ =
+
Ex: 3.11 p78, (cách 2 p80)
44
4) Daãn Naïp Ñöôøng Daây:
= = +1( ) ( ) ( )( )
Y x G x jB xZ x
00
0
. ( )( )
. ( )L
L
Z Z th dZ x ZZ Z th d
γγ
+=
+Töø :
0
0 0
. ( )1( ) .
. ( )L
L
Z Z th dY xZ Z Z th d
γγ
+⇒ =
+
00
0
1/ 1/ . ( )( ) .1/ 1/ . ( )
L
L
Y Y th dY x YY Y th d
γγ
+⇒ =
+
00
0
. ( )( ) .
. ( )L
L
Y Y th dY x YY Y th d
γγ
+⇒ =
+
45
5) Trôû
Khaùng Chuaån Hoaù, Daãn Naïp Chuaån Hoaù
0
( )( ) Z xz xZ
=
Trôû
khaùng chuaån hoaù:
Daãn naïp chuaån hoaù:
0
( )( ) Y xy xY
=
46
III.
Hieän
Töôïng Soùng Ñöùng, Heä
Soá
Soùng Ñöùng1) Hieän Töôïng Soùng Ñöùng
Soùng tôùi vaø
soùng phaûn xaï
giao thoa taïo ra caùc ñieåm buïng soùng vaø
nuùt soùng.
48
2) Heä
Soá
Soùng Ñöùng
Max
Min
VS VSWRV
= =
AÙp duïng ñoái vôùi ñöôøng daây khoâng toån hao
( ) . .j x j xV x V e V eβ β−+ −= +Ta coù:
MinV = −Bieân ño äsoùng tôùi bieân ño äsoùng phaûn xaï
,Max MinV V V V V V+ − + −⇒ = + = −
11
S+ Γ
⇒ =− Γ
V V V VS
V V V V+ − + +
+ − + +
+ + Γ= =
− − Γ
MaxV = +Bieân ño äsoùng tôùi bieân ño äsoùng phaûn xaï
Ex. 3.13 p86
49
Buïng ñieän aùp ~ Nuùt doøng ñieän
~Max MinV I
0 0
1.
1Max
MaxMin
VR R R SI
+ Γ= = =
− Γ
Taïi ñoù
trôû
khaùng ñöôøng daây laø
soá
thöïc, cöïc ñaïi
( )0
1Min
VI
R+⇒ = − Γ
MinI I I I I+ − + += − = − Γ
.MaxV V V V V+ − + += + = +ΓVaø :
50
Nuùt ñieän aùp ~ Buïng doøng ñieän
Taïi ñoù
trôû
khaùng ñöôøng daây laø
soá
thöïc, cöïc tieåu
00
11
MinMin
Max
V RR RI S
− Γ= = =
+ Γ
~Min MaxV I
MaxI I I I I+ − + += + = + Γ
( )0
1Max
VI
R+⇒ = + Γ
.MinV V V V V+ − + += − = −ΓVaø :
54
Caùc Thoâng Soá
Sô Caáp Cuûa Ñöôøng Daây
R (Ohm/m) : ñieän trôû tuyeán tínhL (H/m) : ñieän caûm tuyeán tínhC (F/m) : ñieän dung tuyeán tínhG (S/m) : ñieän daãn tuyeán tính
55
1) Phöông Trình Truyeàn Soùng
22
2
22
2
( , ) ( ). ( , )
( , ) ( ). ( , )
V x V xx
I x I xx
ω γ ω ω
ω γ ω ω
∂=
∂∂
=∂
22
2
22
2
( ) . ( )
( ) . ( )
V x V xxI x I xx
γ
γ
∂=
∂∂
=∂
Chæ
xeùt ôû
moät taàn soá:ω
56
2) Nghieäm Phöông Trình Truyeàn Soùng
. .( ) . .x xV x V e V eγ γ−+ −= +
Soùng Phaûn XaïSoùng Tôùi
. .( ) . .x xI x I e I eγ γ−+ −= +
0 0
,V VI IZ Z+ −
+ −= = −
57
3) Caùc Thoâng Soá
Thöù
Caáp
Heä
Soá
Truyeàn Soùng: ( ) ( ) ( )jγ ω α ω β ω= +
Heä
Soá
Suy Hao: [ ]( ) , /Np mα ω [ ]( ) , /dB mα ω
Heä
Soá
Pha: [ ] [ ]( ) , / , /rad m mβ ω ñoä
2πβλ
=
Trôû
Khaùng Ñaëc Tính : [ ]0 ,Z ΩÑöôøng truyeàn khoâng toån hao
: 0 0Z R≡
58
II.
Heä
Soá
Phaûn Xaï, Trôû
Khaùng Ñöôøng Daây
1) Heä
Soá
Phaûn Xaï: Γ =Soùng Phaûn Xaï
Soùng Tôùi
Heä
Soá
Phaûn Xaï
Taïi Taûi :
0
0
( ) LZlZ
−Γ = Γ =
+L
L
ZZ
V IΓ = −Γ
Tính Heä
Soá
Phaûn XaïTaïi ñieåm x thoâng qua :LΓ
2( ) . dLx e γ−Γ = Γ
59
2) Trôû
Khaùng Ñöôøng Daây:
3) Daãn naïp ñöôøng daây :
Ñöôøng truyeàn khoâng toån hao:
00
0
. ( )( )
. ( )L
L
Z Z th dZ x ZZ Z th d
γγ
+=
+
00
0
. ( )( ) .
. ( )L
L
Y Y th dY x YY Y th d
γγ
+=
+
00
0
. . ( )( ). . ( )
L
L
Z j R tg dZ x RR j Z tg d
ββ
+=
+
60
4) Quan Heä
Giöõa Trôû
Khaùng Ñöôøng Daây Vaø
Heä
Soá
Phaûn Xaï
5) Trôû
Khaùng Chuaån Hoaù:
01 ( )( )1 ( )
xZ x Zx
+ Γ=
−Γ
0
0
( )( )( )
Z x ZxZ x Z
−Γ =
+
0
( )( ) Z xz xZ
=
0
( )( ) Y xy xY
=Daãn Naïp Chuaån Hoaù:
61
III.
Hieän
Töôïng Soùng Ñöùng, Heä
Soá
Soùng Ñöùng1) Hieän Töôïng Soùng Ñöùng
Soùng tôùi vaø
soùng phaûn xaï
giao thoa taïo ra caùc ñieåm buïng soùng vaø
nuùt soùng.
62
2) Heä
Soá
Soùng Ñöùng
11
S VSWR+ Γ
= =− Γ
Buïng ñieän aùp ~ Nuùt doøng ñieän
0 0
1.
1Max
MaxMin
VR R R SI
+ Γ= = =
− Γ
Nuùt ñieän aùp ~ Buïng doøng ñieän
00
11
MinMin
Max
V RR RI S
− Γ= = =
+ Γ
3
011
Z Z + Γ=
−Γ
0
11
Zz r jxZ
+Γ⇒ = = = +
−Γ
Re( ) Im( )jΓ = Γ + Γ
Chæ
Xeùt Trôû
Khaùng ñaõ chuaån hoaù
theo 0Z
9
Phoái hôïp trôû
khaùng0, 1, 0r xΓ = = =
Voøng Troøn Ñôn Vò 1, 0rΓ = =
1, zΓ = = ∞Hôû
MaïchNoái taét
1, 00, 0
zr xΓ = − == =
Caùc ñöôøng troøn ñaúng r
Caùc ñöôøng troøn ñaúng x
Im( )Γ
Re( )Γ
19
2) Ñaëc Tínha) Bieåu dieãn daãn naïp treân ñoà
thò smith
11
z +Γ=
−Γ
11
zz−
Γ =+
1 11
1 11
yyy
y
−−
⇒ Γ = = −++
Quan heä
giöõa vôùi z, gioáng quan heä
giöõa vôùi yΓ −Γ
y g jb= +
21
b) Ñieåm buïng soùng vaø
nuùt soùng treân ñoà
thò Smith
11
S+ Γ
=− ΓVoøng Troøn Ñaúng
Voøng Troøn Ñaúng S
Γ
Ñieåm nuùt soùng aùp
minr
maxr
Ñieåm buïng soùng aùp
22
1) Tính Heä
Soá
phaûn Xaï, Trôû
Khaùng Ñöôøng Daây,Heä
Soá
Soùng Ñöùng
III. ÖÙng Duïng Ñoà
Thò Smith
d
0R LZ
, ZΓ
0
LL L L
Zz r jxR
= = +
27
2) Veõ Vector aùp vaø
doøng treân ñoà
thò Smith
V V V+ −= +
(1 ).V eV+
⇒ = + Γ
Chuaån hoaù
theo vector V+
(1 ).I eI+
= −Γ
Töông töï
cho vector doøng II+
31
3) Tính Trôû
Khaùng Maïch Phöùc Hôïp
C110p
R50
L
22.5nH
C212p
Z910 ( / )rad sϖ =
1
1
0
1/ 1 2RCR j Cz j
Rϖ+
= = −
50 ( )= Ω0choïn : R
32
11 2RCz j= −
A
10.2 0.4RCy j= +
B
1 20.2 0.95RC Cz j= −
D
0. 10 25( )Z R z j⇒ = = − Ω
1 20.2 1RC Cy j= +
C
2
2
0
0.2
0.6 ,1/C
g
j Cb yR
ω
= ⎫⎪
⎛ ⎞⎬Δ = =⎜ ⎟⎪⎝ ⎠⎭
C110p
R50
L
22.5nH
C212p
E
0.2 0.5z j= −0
0.2
0.45 , L
r
j Lx zRω
= ⎫⎪
⎛ ⎞⎬Δ = =⎜ ⎟⎪⎝ ⎠⎭
33
o
Khi coù
phoái hôïp trôû
khaùng, toaøn boä
coâng suaát töø
nguoàn seõ ñöôïc ñöa ñeán taûi tieâu thuï.
o
Khi khoâng phoái hôïp trôû
khaùng, coâng suaát phaûn xaï
veà
coù
theå laøm hoûng nguoàn phaùt.
o
Khi khoâng phoái hôïp trôû
khaùng, tieâu hao treân ñöôøng daây taêng.o
Khi khoâng phoái hôïp trôû
khaùng, xuaát hieän caùc ñieåm buïng soùng,
gaây quaù
aùp hoaëc quaù
doøng…
4) Phoái Hôïp Trôû
Khaùng Ñöôøng Truyeàn Soùng
( )2 21P
P P P P= −Γ = − Γphaûn xaï
t tôùi tôùi tôùi
34
a) Phoái hôïp trôû
khaùng baèng maïch ñieän thoâng soá
taäp trung
0R LZMaïch phoái
hôïp trôû
khaùng
1X
2X LZ0R
Maïng 2 cöûa hình Γ
1X
2X LZ0R
Maïng 2 cöûa hình
35
1jx
22
1jbjx
=0
0.2 0.8LL
Zz jR
= = −
Lz1
1t L
tt
z z jx
yz
= +
=
2
0 0
11/ 1
.
ty y jbz yZ R z R
= + =⇒ = =⇒ = =
VD: 90 50( ), 10 40( ) , 10 ( / )LR Z j rad sω= Ω = − Ω =
36
0.2 0.8Lz j= −
A
D
B
C
1 2ty j= +
0.2 0.4tz j= −
1
1
0.4 020( )
x xL nH
Δ = = >⇒ =Caûm khaùng :
2 2 2 2
2
2 , 1/ 0.525( )
b b jx jb xL nH
Δ = − = ⇒ = ⇒ =⇒ =Caûm khaùng :
37
0.2 0.8Lz j= −
A
F
E0.2 0.4tz j= +
1 2ty j= −
G
1
1
1.2 060( )
x xL nH
Δ = = >⇒ =Caûm khaùng :
2 2 2 2
2
2 , 1/ 0.5Dung 40( )
b b jx jb xC pF
Δ = = ⇒ = ⇒ = −⇒ = khaùng :
38
2jb
1jx
0
0.2 0.8LL
Zz jR
= = −
1 0.3 1.18
L
LL
z
y jz
= = +
2
1t L
tt
y y jb
zy
= +
=
1
0 0
1.
tz z jxZ R z R= + =
⇒ = =
VD: 90 50( ), 10 40( ) , 10 ( / )LR Z j rad sω= Ω = − Ω =
39
0.2 0.8Lz j= −A
B
0.3 1.18Ly j= +
C
0.3 0.46ty j= +
D
1 1.55tz j= −
2 2 2 2
2
0.72 , 1/ 1.3970( )
b b jx jb xL nH
Δ = − = ⇒ = ⇒ =⇒ =Caûm khaùng :
1
1
1.55 077.5( )
x xL nH
Δ = = >⇒ =Caûm khaùng :
E
40
0.2 0.8Lz j= −A
C0.3 0.46ty j= −
D
1 1.55tz j= +
2 2 2 2
2
1.64 , 1/ 0.6130.5( )
b b jx jb xL nH
Δ = − = ⇒ = ⇒ =⇒ =Caûm khaùng : B
0.3 1.18Ly j= +
1
1
1.55 013( )
x xC pF
Δ = − = <⇒ =Dung khaùng :
E
44
VD: 0
5050( ), ( )2 (2 3)
100( )
L
S
R Zj
R
= Ω = Ω+ +
= ΩDaây cheâm :
dYSYt d SY Y Y= +
0R LZ
d
l
SR
Ngaén maïch
01 2 3.73LL L
Ry jz Z
= = = +
45
0.302
0.215
(0.302 0.215).d λ= −
Voøng troøn ñaúng S
Voøng troøn ñaúng g=1
2 3.73Ly j= +A
C
B1 2.6dy j= −
0
12.6 0.052 [ ]SB SR
= =Caàn 1 löôïng ñieän naïp :
46
y = ∞
0.052. 0.052 100 5.2
S
S S S
Bb B R=
⇒ = = × =
l
SR
Ngaén maïch
5.2 ( )0.052 [ ]
S S
S
y j RY j S
=
=
theo :
0.469l λ= ×
Voøng troøn ñaúng S
B 5.2Sy j=
A
50
Voøng troøn ñaúng S Voøng troøn ñaúng g=1
Voøng troøn aûnh cuûa voøng troøn ñaúng g=1
28 4
d λ λ= =
51
0 50R = Ω 100 100LZ j= +
0.4d λ=
1 ?l =
0R2 ?l =
0R
1238
d λ=
100 100 2 250L
jz j+= = +
0.25 0.25Ly j⇒ = −
52
Voøng troøn ñaúng g=1
Ly
Voøng troøn ñaúng S (treân ñoaïn )0.4d λ=
1dyVoøng troøn aûnh cuûa voøng troøn ñaúng g=1
1ty
Voøng troøn ñaúng S (treân ñoaïn )12 3 / 8d λ=
2dy
Suy ra 1l
Suy ra 2l
Chöông III MA TRAÄN TAÙN XAÏ
I. Daãn Nhaäp
Maïng2 Cöûa
1I 2I
1V 2VCöûa 1 Cöûa 2
Chæ
quan taâm ñeán quan heä
vaøo ra maø
khoâng caàn quan taâm ñeán caáu truùc beân trong cuûa maïng Ngöôøi ta ñöa ra caùc khaùi nieäm: Haøm truyeàn, ma traän ñaëc tính (ma traän trôû
khaùng [Z], ma traän daãn naïp [Y], ma
traän H, ma traän ABCD,…)
⇒
0ZLZ
E
I
V
0 L
EIZ Z
=+
0
. LL
EV ZZ Z
=+
Ñeå
toái ña coâng suaát ñöa ñeán taûi: *0LZ Z=
AÙp hoaëc doøng taïi moãi ñieåm ñeàu coù
theå
xem nhö
toång cuûa 2 thaønh phaàn soùng tôùi (incident)
vaøsoùng phaûn xaï
(reflection).
;i r i rV V V I I I= + = −
0Z*0Z
E
iI
iV
Soùng doøng ñieän tôùi chính laø
doøng ñieän trong maïch khi coù
söï
phoái hôïp
trôû
khaùng:
*0 0 02iE EI
Z Z R= =
+
Töông töï, Soùng ñieän aùp tôùi :
* *0 0
*0 0 0
. .2i
E Z E ZVZ Z R
= =+
Quan heä
giöõa Soùng ñieän aùp tôùi vaø
soùng doøng ñieän tôùi:
*0 .i iV Z I=
0ZLZ
E
I
V
Soùng phaûn xaï
ñieän aùp:
r iV V V= −*0
*0 0 0
.. Lr
L
E ZE ZVZ Z Z Z
= −+ +
*0 0*0 0
. .−=
+L
r iL
Z Z ZV VZ Z Z
Soùng phaûn xaï
doøng ñieän:
( )r iI I I= − −*0
*0 0 0 0
.Lr i
L L
Z ZE EI IZ Z Z Z Z Z
−= − =
+ + +
Quan heä
giöõa Soùng ñieän aùp phaûn xaï
vaø
soùng doøng ñieän phaûn xaï:
0.r rV Z I=
MaïngN Cöûa
Cöûa 1
Cöûa 2 Cöûa j
Cöûa N
1I
1V
2V
2I
jV
jI
NI
NV1E
01Z
2E
02Z
jE0 jZ
NE
0NZ
01
0
0
[ ]0
0 N
ZZ
Z
⎛ ⎞⎜ ⎟
= ⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠
Ma traän trôû
khaùng chuaån:
Ma traän ñieän aùp, doøng ñieän tôùi vaø
phaûn xaï:
1[ ]
i
i
iN
VV
V
⎛ ⎞⎜ ⎟=⎜ ⎟⎝ ⎠
1[ ]
r
r
rN
VV
V
⎛ ⎞⎜ ⎟=⎜ ⎟⎝ ⎠
1[ ]
i
i
iN
II
I
⎛ ⎞⎜ ⎟=⎜ ⎟⎝ ⎠
1[ ]
r
r
rN
II
I
⎛ ⎞⎜ ⎟=⎜ ⎟⎝ ⎠
Ma traän Taùn Xaï
cuûa maïng N cöûa: [S]
[ ] [ ].[ ]b aS=
Ma traän taùn xaï
theå
hieän quan heä
giöõa Soùng Tôùi [a] vaø
Soùng Veà
[b]
taïi caùc cöûa.
11 12 1
21 22 2
2
1 1
1
.N
N
NN N NNN
S S SS S SS S ab
ab
S
⎛ ⎞⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟
⎡ ⎡ ⎤⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦
⎤⎢ ⎥ =⎢ ⎥⎢ ⎠⎥⎣ ⎦ ⎝
2) Quan heä
giöõa soùng tôùi vaø
soùng veà
vôùi ñieän aùp, doøng ñieän.
ja
jb
jI
jV0 jZ
jECöûa j
0 .j j j jE V Z I= +
Ta cuõng coù:
;j ij rj j ij rjV V V I I I= + = −Vaø:
*0 0. ; .ij j ij rj j rjV Z I V Z I= =
*0 0 0. ( ) ( )j j j j oj ij j rj j ij rjE V Z I Z I Z I Z I I⇒ = + = + + −
*0 02 .j oj ij j ij j ijE Z I Z I R I⇒ = + =
0
0 0
.2 2
j j j jij
j j
E V Z II
R R+
⇒ = =0
00
..
2j j j
j j ijj
V Z Ia R I
R+
⇒ = =
Quan heä
cuûa soùng veà
theo doøng, aùp taïi cöûa j:
;j ij rj j ij rjV V V I I I= + = −
Vaø: *0 0. ; .ij j ij rj j rjV Z I V Z I= =
* * *0 0 0. ( ) ( )j j j oj ij j rj j ij rjV Z I Z I Z I Z I I⇒ − = + − −
* *0 0 0. 2 .j j j j rj oj rj j rjV Z I Z I Z I R I⇒ − = + =
*0
0
.2
j j jrj
j
V Z II
R−
⇒ =*0
00
..
2−
⇒ = = j j jj j rj
j
V Z Ib R I
R
Ta cuõng coù:
Toång quaùt hoaù
cho N cöûa:
[ ] [ ] [ ] [ ] [ ] 1/ 20 0
1 . . .2
a R V Z I−= +
[ ] [ ] [ ] [ ] 1/ 2 *0 0
1 . . .2
b R V Z I− ⎡ ⎤= − ⎣ ⎦
Tính Vaø Theo , :j j j jV I a b* *
0 0 0 00
0 0 0
. ..
2 2 2+ − +
− = − = =j j j j j j j jj j j j j
j j j
V Z I V Z I Z Za b I R I
R R R*
0 0
0 02−
+ = +j j jj j j
j j
V Z Za b I
R R
0j 0jNeáu Z =R laø soá thöïc :0
⇒ + = jj j
j
Va b
R
3) Quan heä
giöõa coâng suất với soùng tôùi vaø
soùng veà.jI
jV0 jR
jECöûa j
ijP
rjP
jP
Coâng suaát truyeàn vaøo cöûa j: ( )*1 Re .2j j jP V I=
( ) ( ) * *0 0
1 Re . /2
= + −j j j j j j jP R a b a b R
* * * * *1 Re ( )2
= − + −j j j j j j j j jP a a a b a b b b
2 212
⇒ = −j j jP a b
4) YÙ
Nghóa Vaät Lyù
Cuûa Caùc Heä
Soá
Trong Ma traän [S]
Soùng tôùi taïi cöûa j: 00
0
..
2+
= = j j jj j ij
j
V R Ia R I
R
Soùng Veà
taïi cöûa j: 00
0
..
2−
= = j j jj j rj
j
V R Ib R I
R
01R
1E
1I
1V02R
2E2V
2I
Maïng Hai Cöûa[S]
1a1b
2a2b
YÙ
nghóa cuûa 11 :S
11 12
21
1 1
22 2 2
.⎡ ⎤ ⎡ ⎤
=⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎣ ⎦ ⎣
⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎦
S SS S
b ab a
1 11 1 12 2
2 21 1 22 2
. .. .
= +⎧⇔ ⎨ = +⎩
b S a S ab S a S a
111
1 02=
=a
bSa
2 0:=a Coù
nghóa khoâng coù
soùng vaøo cuûa 2 , Töùc laø: Nguoàn E2 bò trieät tieâu vaø
coù
phoái hôïp trôû
khaùng ôû
cöûa 2.
01R
1E
1I
1V02RMaïng Hai Cöûa
[S]1a1b
2b
11S
2I
2V
1 01 11
01
.2+
=V R Ia
R
1 01 11
01
.2−
=V R Ib
R
111
1 02=
⇒ =a
bSa
2 02
1 01 111
1 01 1 0,
.
.Taûi=
−⇒ =
+E R
V R ISV R I
111
1
2 02
:
0,
Ñaët Laø trôû khaùng ngo õvaøo trong tröôøng hôïp :
Taûi
=
=
VZI
E R11 01
1111 01
−⇒ =
+Z RSZ R 1= Γ
01R
1E
1I
1V02RMaïng Hai Cöûa
[S]1a1b 2b
11 1= ΓS
2I
2V
YÙ
nghóa cuûa 21 :S
1 11 1 12 2
2 21 1 22 2
. .. .
= +⎧⎨ = +⎩
b S a S ab S a S a
221
1 02=
=a
bSa
01R
1E
1I
1V02RMaïng Hai Cöûa
[S]1a1b
2b
2I
2V
Heä
soá
theå
hieän heä
soá
truyeàn ñaït töø
cöûa 1 sang cöûa 221 :S
22
22 221 2 2
1 0 12
1212=
= =a
bbS
a a
01R
1E
1I
1V02RMaïng Hai Cöûa
[S]1a1b
2b
2I
2V
Heä
soá
theå
hieän heä
soá
truyeàn ñaït coâng suaát töø
cöûa 1 sang cöûa 2 trong ñieàu kieän cöûa 2 phoái hôïp trôû
khaùng.
221 :S
21 1
12
=iP a 22 2
12
=rP b
YÙ
nghóa cuûa 22 :S
1 11 1 12 2
2 21 1 22 2
. .. .
= +⎧⎨ = +⎩
b S a S ab S a S a
222
2 01=
=a
bSa
1 0:=a Coù
nghóa khoâng coù
soùng vaøo cuûa 1 , Töùc laø: Nguoàn E1 bò trieät tieâu vaø
coù
phoái hôïp trôû
khaùng ôû
cöûa 1.
01R2E
1I
1V 02RMaïng Hai Cöûa[S]
1b
2b
22S
2I
2V2a
2= Γ
YÙ
nghóa cuûa 12 :S
1 11 1 12 2
2 21 1 22 2
. .. .
= +⎧⎨ = +⎩
b S a S ab S a S a
112
2 01=
=a
bSa
Heä
soá
theå
hieän heä
soá
truyeàn ñaït töø
cöûa 2 sang cöûa 112 :S
01R2E
1I
1V 02RMaïng Hai Cöûa[S]
1b
2b
22S
2I
2V2a
5) Ño Caùc Heä
Soá
Ma traän taùn xaï
[S]
0R
ELZPhaàn töû
caàn ño[S]
1a
1b2a2b
1Γ
Boä
Chæ
Thò Soùng Ñöùng
0R
2Γ
1 11 1 12 2
2 21 1 22 2
. .. .
= +⎧⎨ = +⎩
b S a S ab S a S a
22
2
ab
Γ = 1 11 1 12 2 2
2 21 1 22 2 2
. .( ). .( )
= + Γ⎧⇒ ⎨ = + Γ⎩
b S a S bb S a S b
212 1
22 2
.1 .Sb aS
=− Γ
1 11 1 12 2 2
2 21 1 22 2 2
. .( ). .( )
= + Γ⎧⎨ = + Γ⎩
b S a S bb S a S b
⎡ ⎤Γ= +⎢ ⎥− Γ⎣ ⎦
21 12 21 1 11
22 21 .S Sb a SS
ΓΓ = = +
− Γ1 21 12 2
1 111 22 21 .b S SSa S
a) Duøng
: Taûi baèng ñieän trôû
chuaån 0LZ R= 2 0⇒Γ =
2
1 21 21 21 11 11
1 22 201 .a
b S SS Sa S
Γ =
ΓΓ = = + =
− Γ
b) Duøng
: Taûi ngaén maïch 0LZ = 2 1⇒Γ = −
Γ =−
Γ = = −+
2
1 21 121 11
1 2211b
b S SSa S
c) Duøng
: Taûi hôû
maïch LZ = ∞ 2 1⇒Γ =
Γ =
Γ = = +−
2
1 21 121 11
1 2211c
b S SSa S
1 11 (1)a SΓ = 21 211 11
22
(2)1bS SSS
Γ = −+
21 211 11
22
(3)1cS SSS
Γ = +−
21 21 22 11 1(2) (1 )( ) (4)bS S S S⇒ = + −Γ
Thay (4), (1) vaøo (3)
22 11 11 11
22
(1 )( )1
bc
S SS
S+ −Γ
⇒ Γ = +−
22 1 11 1
22
(1 )( )1
a bc a
SS
+ Γ −Γ⇒ Γ = Γ +
−
22 12 21, ( . )S S S⇒
Neáu maïng 2 cöûa mang tính thuaän nghòch: 12 21S S⇒ =
1b
1a 2a
2b
1 2a b=
2 1a b=
0 11 0
S⎛ ⎞
⇒ = ⎜ ⎟⎝ ⎠
Baøi Taäp:
Trôû
Khaùng Chuaån 0Z
Trôû
Khaùng Chuaån 0Z
1b
1a 2a
2b
Baøi Taäp:
Trôû
Khaùng Chuaån 01Z
Trôû
Khaùng Chuaån 02Z
Z
2
11 01 02 01111 11
1 11 01 02 010a
Z Z Z Z ZbSa Z Z Z Z Z
=
− + −= = Γ = =
+ + +
1
22 02 01 02222 22
2 22 02 01 020a
Z Z Z Z ZbSa Z Z Z Z Z
=
− + −= = Γ = =
+ + +
2
221
1 0a
bSa
=
=
3) Ma traän ABCD
1 2
1 2
V VA BI C D I⎡ ⎤ ⎡ ⎤⎡ ⎤
=⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦⎣ ⎦ ⎣ ⎦
1 2 2
1 2 2
V AV BII CV DI= += +
2
1
2 0I
VAV
=
=2
1
2 0V
VBI
=
=2
1
2 0I
ICV
=
=2
1
2 0V
IDI
=
=
.A B A B A BC D C D C Da b
⎡ ⎤ ⎡ ⎤ ⎡ ⎤=⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥
⎣ ⎦ ⎣ ⎦ ⎣ ⎦
Maïng 2 Cöûaa
1aI 2aI
1aV 2aV Maïng 2 Cöûab
1bI 2bI
1bV 2bV
1I
1V
2I
2V
Quan heä
giöõa ma traän taùn xaï
[S] vaø
Ma traän ABCD
11 22 01 02 21
11 22 01 02 21
11 22 21 01 02
11 22 02 01 21
11 12 12 21
(1 ) / / 2
(1 ) . / 2
(1 ) / 2 .
(1 ) / / 2
A S S S Z Z S
B S S S Z Z S
C S S S S Z Z
D S S S Z Z SS S S S S
= + − −Δ
= + + + Δ
= − − −Δ
= − + −Δ
Δ = −
02 01 02 0111
02 01 02 01
01 0212
02 01 02 01
01 0221
02 01 02 01
02 01 02 0122
02 01 02 01
2( )
2
AZ B CZ Z DZSAZ B CZ Z DZ
AD BC Z ZS
AZ B CZ Z DZ
Z ZS
AZ B CZ Z DZAZ B CZ Z DZS
AZ B CZ Z DZ
+ − −=
+ + +
−=
+ + +
=+ + +
− + − +=
+ + +
CHÖÔNG 4HEÄ THOÁNG BÖÙC XAÏ
(ARRAY ANTENNAS )
- Keát hôïp nhieàu anten ñôn leû thaønh moät heä thoáng böùc xaï.
1. GIÔÙI THIEÄU
Gheùp 4 Anten dipole nöûa böôùc soùng. Port 1 : pha 90, port 2 : pha 0, port 3: pha -90, port 4 : pha 0.
+ Ñieàu khieån ñoà thò ñònh höôùng baèng caùch thay ñoåi bieân ñoä vaøpha kích thích töøng anten rieâng leû (anten thoâng minh)
Anten nhiều buùp soùng xaùc ñònh theo caùc höôùng khaùc nhau
Ñieàu khieån höôùng buùp soùng chính cuûa anten höôùng theo ñoái töôïng di ñoäng.
Array antenna
A 6dBi Vertical Polarised
OmnidirectionalAntenna
Omnidirectional Antenna
http://www.wlan.org.uk/antenna-page.html
Array antenna cho bức xạ định hướng (2)
1 x 2 W shaped patch array for base cellular station
1 x 4 E shaped patch array for base cellular station
Cellular base station antennas
Dạng array antenna hỗn hợp
NTSC/DTV VHF 2-Dipole Antenna
Model No. HG-2VD-66 HG-2VD-88 HG-2VD-222
Frequency Range(Option) 54~72MHz 76~88MHz 174~220MHz
Input Impedance(Ω) 50~75 50
V.S.W.R ≤ 1.1
Gain(1Panel/dB)(Stack)
8(10.14dBi)(See Page)
Power Handling Capacity(1~16Panel) 500W~50kW
Polarization Hor or Ver
Beam Width at 6dB Point 90°± 5°
Input Connector EIA ø 7/8"~ø1-5/8" N-Type~EIA ø1-5/8"
Wind Survival(m/sec) 60
Total Weight(Kg) 200~600 200~310 50~100
http://www.highgain.co.kr/products.htm
Array antennas và MIMO antennas
• Mỗi anten là 1 phần tửriêng lẻ, cách ly với nhaucàng nhiều càng tốt.
• Tín hiệu của mỗi antenđược thu/phát riêng biệt. Máy thu/phát có nhiều bộthu phát.
• Các anten tạo thành 1 hệthống thống nhất, cóquan hệ chặt chẽ.
• Anten chỉ có 1 ngõ vào/rađể nối vào máy phát/thu.
MIMO antenna Array antenna
Xeùt 2 dipole gioáng nhau, chieàu daøi l, ñaët caùch nhau moät khoaûng d.
Doøng ñieän kích thích 2 anten leäch nhau moät goùc: β
Tröôøng toång hôïp taïi M:
1θ
2θ
M
1 2tE E E= +
Khi xeùt tröôøng ôû mieàn xa:
1 2
1
2
cos2
cos2
dr r
dr r
θ θ θ
θ
θ
≈ ≈
≈ −
≈ +1 2 :r r r chobien do≈ ≈
1 2( . / 2) ( . / 2)0
1 21 2
ˆ. cos cos4
j k r j k r
tkI l e eE j
r r
β β
θ η θ θπ
− − − +⎧ ⎫= +⎨ ⎬
⎩ ⎭
2. HEÄ THOÁNG BÖÙC XAÏ GOÀM 2 PHAÀN TÖÛ
.
( . cos ) / 2 ( . cos ) / 20 .ˆ. .cos4 .
jk rj k d j k d
tkI l eE j e e
rθ β θ βθ η θ
π
−+ + − +⇒ = +
.0 . 1ˆ. .cos .2cos ( . cos )4 . 2
jk r
tkI l eE j k d
rθ η θ θ β
π
− ⎡ ⎤⇒ = +⎢ ⎥⎣ ⎦
Heä soá saép xeáp (Array Factor): AF , hoaëc ARFAC
12.cos ( . cos )2
AF k d θ β⎡ ⎤= +⎢ ⎥⎣ ⎦
Heä soá saép xeáp Chuaån hoaù:
1cos ( . cos )2nAF k d θ β⎡ ⎤= +⎢ ⎥⎣ ⎦
Tröôøng sinh ra töø moät heä nhieàu phaàn töû anten:
( ) (single element).E total E AF=
2. HEÄ THOÁNG BÖÙC XAÏ GOÀM N PHAÀN TÖÛ
Xeùt N phaàn töû anten gioáng nhau, ñaët treân moät truïc thaúng caùch nhau moät khoaûng d. Doøng kích thích caùc phaàn töûcoù bieân ñoä gioáng nhau, caùc phaàn töû lieân tieáp nhau leäch pha nhau moät goùc .β
Heä soá saép xeáp trong heä thoáng naøy:
( . cos ) 2.( . cos ) .( 1).( . cos )1 ...j k d j k d j N k dAF e e eθ β θ β θ β+ + − += + + + +
.( 1).( . cos )
1
Nj n k d
nAF e θ β− +
=
=∑
.( 1).
1
.cos
Nj n
nAF e
kd
ψ
ψ θ β
−
=
=
= +
∑
2 ( 1)1 ...j j j NAF e e eψ ψ ψ−= + + + +
2 3 ( 1). ...j j j j j N jNAF e e e e e eψ ψ ψ ψ ψ ψ−⇒ = + + + + +
.( 1) ( 1 )j jNAF e eψ ψ⇒ − = − +
.( 1) ( 1 )j jNAF e eψ ψ⇒ − = − +
[ ]( / 2) ( / 2)
( 1) / 2(1/ 2) (1/ 2)
( 1) )( 1) )
jN j N j Nj N
j j j
e e eAF ee e e
ψ ψ ψψ
ψ ψ ψ
−−
−
⎡ ⎤− −⇒ = = ⎢ ⎥− −⎣ ⎦
[ ]( 1) / 2sin
21sin2
j N
N
AF e ψψ
ψ
−
⎡ ⎤⎛ ⎞⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎢ ⎥⇒ =⎛ ⎞⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
Khi dòch chuyeån ñieåm goác ñeán giöõa daõy:
sin21sin2
N
AFψ
ψ
⎡ ⎤⎛ ⎞⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎢ ⎥⇒ =⎛ ⎞⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
sin1 2.
1sin2
n
N
AFN
ψ
ψ
⎡ ⎤⎛ ⎞⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎢ ⎥⇒ =⎛ ⎞⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
Khi nhoû:ψ
sin1 2.
12
n
N
AFN
ψ
ψ
⎡ ⎤⎛ ⎞⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎢ ⎥⇒ =⎛ ⎞⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
sin1 2.
1sin2
n
N
AFN
ψ
ψ
⎡ ⎤⎛ ⎞⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎢ ⎥=⎛ ⎞⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
Xaùc ñònh caùc caùc ñieåm null cuûa heä soá saép xeáp naøy:
0 sin 02nNAF ψ⎛ ⎞= ⇒ =⎜ ⎟
⎝ ⎠
2N nψ π⎛ ⎞ = ±⎜ ⎟
⎝ ⎠
( cos )2N kd nθ β π⎛ ⎞⇒ + = ±⎜ ⎟
⎝ ⎠
1 2cos2
1,2,3,...
nd N
n
λθ β ππ
− ⎡ ⎤⎛ ⎞⇒ = − ±⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦=
Cöïc ñaïi cuûa heä soá saép xeáp xaûy ra khi:
( )1 cos2 2
kd mψ θ β π= + = ±
sin1 2.
1sin2
n
N
AFN
ψ
ψ
⎡ ⎤⎛ ⎞⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎢ ⎥=⎛ ⎞⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
( )1cos 22
0,1,2,3...
md
m
λθ β ππ
− ⎡ ⎤⇒ = − ±⎢ ⎥⎣ ⎦=
-200 0 200 400 6000
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
2N =-200 0 200 400 6000
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
3N =
-200 0 200 400 6000
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
4N =-200 0 200 400 6000
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
5N =
sin1 2.
1sin2
n
N
AFN
ψ
ψ
⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠=⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠
Nhaän xeùt:• Cöïc ñaïi xuaát hieän taïi 0ψ =
• Haøm AF coù chu kyø tuaàn hoaøn laø ( )02 360π
• Coù N-1 ñieåm null caùch ñeàu nhau moät khoaûng caùch: ( )02 / 360 /N Nπ
• Coù N-2 buùp soùng con trong khoaûng 0 2ψ π≤ ≤
• Khi N taêng, bieân ñoä caùc buùp soùng con tieäm caän ñeán -13dB
- 2 0 0 0 2 0 0 4 0 0 6 0 00
0 . 1
0 . 2
0 . 3
0 . 4
0 . 5
0 . 6
0 . 7
0 . 8
0 . 9
1
coskdψ θ β= +2π π 3
2π
2π
0.2
0.4
0.6
0.8
1
30
210
60
240
90
270
120
300
150
330
180 0
z
β
kdθ
Heä thoáng Broadside
cos 0kdψ θ β= + =
Cöïc ñaïi cuûa AF xaûy ra khi:
Buùp soùng chính vuoâng goùc vôùi truïc cuûa heä thoáng (truïc z)
Ñeå chieàu cöïc ñaïi theo höôùng 2πθ =
2cos 0kd πθ
ψ θ β=
= + =
0β⇒ =
0.2
0.4
0.6
0.8
1
30
210
60
240
90
270
120
300
150
330
180 0
5, , 02
N d λ β= = =
0.2
0.4
0.6
0.8
1
30
210
60
240
90
270
120
300
150
330
180 0
10, , 02
N d λ β= = =
0.2
0.4
0.6
0.8
1
30
210
60
240
90
270
120
300
150
330
180 0
2, , 02
N d λ β= = =
0.2
0.4
0.6
0.8
1
30
210
60
240
90
270
120
300
150
330
180 0
3, , 02
N d λ β= = =
Nhaän xeùt:
• Khi d khoâng ñoåi, khi taêng N: ñoä roäng buùp soùng chính giaûm vaø soábuùp soùng phuï taêng
0.2
0.4
0.6
0.8
1
30
210
60
240
90
270
120
300
150
330
180 0
7, 0.1 , 0N d λ β= = =
0.2
0.4
0.6
0.8
1
30
210
60
240
90
270
120
300
150
330
180 0
7, 0.3 , 0N d λ β= = =
0.2
0.4
0.6
0.8
1
30
210
60
240
90
270
120
300
150
330
180 0
7, 0.5 , 0N d λ β= = =
0.2
0.4
0.6
0.8
1
30
210
60
240
90
270
120
300
150
330
180 0
7, 0.7 , 0N d λ β= = =
Nhaän xeùt:
• Khi N khoâng ñoåi, khi taêng d: ñoä roäng buùp soùng chính giaûm vaø soábuùp soùng phuï taêng
0.2
0.4
0.6
0.8
1
30
210
60
240
90
270
120
300
150
330
180 0
7, , 0N d λ β= = =
• Khi taêng buùp soùng phuï coù bieân ñoä baèng buùp soùng chính xuaát hieän.
d λ≥
0.2
0.4
0.6
0.8
1
30
210
60
240
90
270
120
300
150
330
180 0
7, 2 , 0N d λ β= = =
Heä thoáng EndFireBuùp soùng chính doïc theo truïc cuûa heä thoáng (truïc z)
Ñeå chieàu cöïc ñaïi theo höôùng 0θ =
0cos 0kd
θψ θ β
== + =
0kd kdβ β+ = ⇒ = −
Ñeå chieàu cöïc ñaïi theo höôùng θ π=
cos 0kdθ π
ψ θ β=
= + =
0kd kdβ β− + = ⇒ =
(Endfire loaïi 1)
(Endfire loaïi 2)
-1 .4 -1 .2 -1 -0 .8 -0 .6 -0 .4 -0 .2 00
0 .1
0 .2
0 .3
0 .4
0 .5
0 .6
0 .7
0 .8
0 .9
1
0.2
0.4
0.6
0.8
1
30
210
60
240
90
270
120
300
150
330
180 0
7, 0.30.6
N dkd
λπ
= ==
0.2
0.4
0.6
0.8
1
30
210
60
240
90
270
120
300
150
330
180 0
-0.4 -0.35 -0.3 -0.25 -0.2 -0.15 -0.1 -0.05 00
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
7, 0.10.2
N dkd
λπ
= ==
-2 -1.8 -1.6 -1.4 -1.2 -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 00
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0.2
0.4
0.6
0.8
1
30
210
60
240
90
270
120
300
150
330
180 0
7, 0.5N dkd
λπ
= ==
-3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 00
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
7, 0.71.4
N dkd
λπ
= ==
0.2
0.4
0.6
0.8
1
30
210
60
240
90
270
120
300
150
330
180 0
Heä thoáng Hansen - Woodyard
kdNπβ ⎛ ⎞= − +⎜ ⎟
⎝ ⎠
Ñieàu kieän ñeå möùc böùc xaïphuï nhoû hôn möùc böùc xaïchính:
β π<
-2 .5 -2 -1 .5 -1 -0 .5 0 0 .50
0 .1
0 .2
0 .3
0 .4
0 .5
0 .6
0 .7
0 .8
0 .9
1
0.2
0.4
0.6
0.8
30
210
60
240
90
270
120
300
150
330
180 0
kd
( )kdNπβ = − +
56,13
( / )
N d
kd N
λ
β π
= =
= − +
Ñoái vôùi heä thoáng Hansen – Woodyard: - Ñoä roäng buùp soùng chính giaûm => taêng ñoä ñònh höôùng - Tuy nhieân bieân ñoä buùp soùng chính cuõng giaûm => bieân ñoä buùp soùng phuïcuõng khaù lôùn khi so saùnh vôùi buùp soùng chính.
0.2
0.4
0.6
0.8
1
30
210
60
240
90
270
120
300
150
330
180 0
30
6090
120
150
0.2
0.4
0.6
0.8
1
30
210
60
240
90
270
120
300
150
330
180 0
30
6090
120
150
Ñoä roäng giöõa caùc ñieåm null ñaàu tieân, ñoä roäng nöûa coâng suaát vaø ñoäñònh höôùng.
BWFN HPBW
Ta ñaõ bieát cöïc ñaïi xuaát hieän taïi: 2nψ π= ±
Vaø caùc buùp soùng phuï coù bieân ñoä lôùn laø ñieàu khoâng mong muoán
Caùc ñieåm null ñaàu tieân xuaát hieän taïi ñieåm: 2Nπψ ±
=
2coskdNπψ θ β ±
= + =
1 12cos coskdN kd Nd kdπ β λ βθ − −± ±⎛ ⎞ ⎛ ⎞⇒ = − = −⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
Giaû söû ta choïn cöïc ñaïi taïi: öùng vôùi: 0ψ = ( )1max cos / kdθ θ β−= = −
1maxcosnull
left Nd kdλ βθ θ− −⎛ ⎞⇒ = − −⎜ ⎟
⎝ ⎠1
max; cosnullright Nd kd
λ βθ θ − ⎛ ⎞= − −⎜ ⎟⎝ ⎠
1 1cos cosnull nullleft rightBWFN
Nd kd Nd kdλ β λ βθ θ − −−⎛ ⎞ ⎛ ⎞⇒ = − = − − −⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
ÔÛ ñaây, giaû söû caùc anten phaàn töû laø ñaúng höôùng
Khi : , 0Nd λ β ≈
1cos2Nd kd Nd kd
λ β π λ β− ⎛ ⎞ ⎛ ⎞⇒ − ≈ − −⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
22 2
BWFNNd kd Nd kd Nd
π λ β π λ β λ⎛ ⎞ ⎛ ⎞⇒ ≈ − + − + + =⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
: N lôùn, Broadside (gaàn broadside)
Ñoái vôùi heä thoáng Endfire: null nullleft rightθ θ=
2cos ,nullleftkd kd
Nπψ θ β β−
= + = = −
1 2cos 1nullleft kdN
πθ − ⎛ ⎞⇒ = −⎜ ⎟⎝ ⎠
2 nullleftBWFN θ⇒ ≈
Ñoä roäng nöûa coäng suaát cuûa heä thoáng Broadside (gaàn broadside):
1 1,3912 cos , / 12
HPBW dNd
π λ π λπ
−⎡ ⎤⎛ ⎞≈ − ⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
Ñoä roäng nöûa coâng suaát cuûa heä thoáng Endfire:
1 1,3912cos 1 , / 1HPBW dNdλ π λ
π− ⎛ ⎞≈ −⎜ ⎟⎝ ⎠
Heä soá ñònh höôùng cuûa heä thoáng Broadside (gaàn broadside):
max 2 , , 1LD L Nd Nλ
≈ ≈
Heä soá ñònh höôùng cuûa heä thoáng Endfire:
max 4 , , 1LD L Nd Nλ
≈ ≈
Heä soá ñònh höôùng cuûa heä thoáng Hansen - Woodyard:
max 1,805. 4 , , 1LD L Nd Nλ
⎛ ⎞≈ ≈⎜ ⎟⎝ ⎠
( 1)( sin cos )
1
x x
Mj m kd
xmm
S e θ φ β− +
=
= ∑
xm ynAF S S=
( 1)( sin sin )
1
y yN
j n kdyn
n
S e θ φ β− +
=
= ∑
( 1)( sin sin )( 1)( sin cos )
1 1
y yx x
M Nj n kdj m kd
m n
AF e e θ φ βθ φ β − +− +
= =
= ∑ ∑
CHÖÔNG 5 MỘT SỐ LOAÏI ANTEN
1. Dipole daûi roäng2. Anten Yagi3. Anten Helic5. Anten parabol6. Anten vi dải
Trôû khaùng vaøo cuûa dipole beû voøng
Trường hợp:2
l λ=
tZ →∞
0tI⇒ =
Mode ñöôøng truyeàn soùng:
Mode anten:
/ 2a
dipole
VIZ
=
I toång:
/ 202 2.a
in tdipole
I VI IZ
= + = +
4.in dipolein
VZ ZI
⇒ = =
Trường hợp tổng quát:
Dipole ñöôïc noái vôùi nguoàn coù trôû khaùng
75SZ = Ω
Dipole beûvoøng ñöôïc noái vôùi nguoàn coù trôû khaùng
300SZ = Ω
Thoâng thöôøng phaàn töû chuû ñoäng coäâng höôûng töông öùng vôùi chieàu daøi Coù daïng dipole thöôøng hoaëc dipole beû voøng.
0,45 0,49λ÷
Trong khi ñoù caùc phaàn töû höôùng xaïcoù chieàu daøi khoaûng vaø chuùng khoâng nhaát thieát phaûi coù chieàu daøi baèng nhau.
0,4 0,45λ÷
Khoaûng caùch giöõa caùc phaàn töû höôùng xaï khoaûng vaø chuùng cuõng khoâng nhaát thieát phaûi caùch ñeàu nhau.
0,3 0,4λ÷
Chieàu daøi phaàn töû phaûn xaï lôùn hôn phaàn töû chuû ñoäng vaø noù caùch phaàn töû chuû ñoäng khoaûng 0,25λ