Lý thuyết anten và truyền sóng

Speading SpectrumB MÔN: VÔ TUYN – KHOA VIN THÔNG 1
Trang *
Chng 1: Các vn chung v truyn sóng
Tính cht ca sóng in t; Các phng pháp truyn lan sóng;
Quá trình truyn lan sóng trong không gian t do
Chng 2: Truyn lan sóng cc ngn
Truyn lan trong iu kin lý tng; Truyn lan trong iu kin thc
Chng 3: Kênh truyn sóng vô tuyn
c tính kênh truyn sóng; Phadinh; Các mô hình kênh
Chng 4: Lý thuyt chung v anten
Các tham s ca anten; Các ngun bc x nguyên t
Chng 5: Chn t i xng
Trng bc x ca chn t i xng;
Các tham s, phng pháp cp in cho chn t i xng
Chng 6: Anten trong thông tin vô tuyn
Anten nhiu chn t; Nguyên lý bc x mt; Anten loa, anten gng
Ni dung c bn
B MÔN: VÔ TUYN – KHOA VIN THÔNG 1
Trang *
Hình 1.1. Mô hình h thng vin thông
BÀI GING MÔN
Trang *
Môi trng truyn dn
Phng tin truyn dn
BÀI GING MÔN
Trang *
Khái nim
Sóng in t là quá trình bin i nng lng tun hoàn gia in trng và t trng làm cho nng lng in t lan truyn trong không gian.
c im
in trng : E (V/m)
T trng : H (A/m)
ây là hai i lng vect (có phng, chiu, ln), có quan h mt thit vi nhau trong quá trình sóng truyn lan trong không gian
Các ngun bc x sóng in t thng có dng sóng cu hoc sóng tr, khi nghiên cu ta chuyn v dng sóng phng
1.2 Tính cht c bn ca ST
BÀI GING MÔN
Trang *
Biu thc quan h gia các thành phn
Nghiên cu vi sóng in t phng, truyn lan trong môi trng in môi ng nht và ng hng
Biu din sóng in t bng h phng trình Maxoel dng vi phân:
Gii h
: H s in môi
: H s t thm
t: Thi gian
v: Vn tc truyn lan ca sóng (m/s)
(1.2)
Trang *
Tr kháng sóng, Z: Biu th nh hng ca môi trng ti quá trình truyn sóng
Vi không gian t do
(1.3)
(1.4)
Trang *
Bin i Fourier biu din sóng in t di dng tín hiu iu hòa
Nhn xét: Khi sóng truyn lan, ti mi im thành phn t trng và in trng có pha nh nhau và biên liên h qua công thc (1.5)
(1.5)
k: H s sóng, c trng cho s thay i pha ca sóng
BÀI GING MÔN
Trang *
Thông lng nng lng ca sóng in t, S
Thông lng nng lng trung bình
Sóng in t ngang, TEM
(1.6)
Trang *
Mt sóng
Sóng in t lan ta trong không gian, ti mi im sóng in t c c trng bi pha và cng
Mt sóng: Là qu tích nhng im trong không gian ti ó sóng in t có pha nh nhau và cng bng nhau
Hai dng mt sóng c bit: Mt sóng phng, mt sóng cu
Quá trình truyn lan sóng in t: Tính cht sóng
Sóng in t bc x ra không gian di dng vô s các mt sóng liên tip
Ngun bc x sóng in t ch óng vai trò là ngun bc x s cp
Quá trình sóng truyn lan, các mt sóng c to ra óng vai trò là ngun bc x th cp to ra các mt sóng tip sau nó
BÀI GING MÔN
Trang *
Phân cc sóng
KN: Trng phân cc là trng in t vi các vecto E và H có th xác nh c hng ti thi im bt k (bin i có tính quy lut)
Ngc li là trng không phân cc (bin i ngu nhiên trong không gian)
Mt phng phân cc: Là mt phng cha vec t E và phng truyn lan sóng (vecto Z)
BÀI GING MÔN
Trang *
Phân loi
Phân cc ng thng: Mt phng phân cc c nh khi sóng truyn lan
Phân cc ng: Vecto E vuông góc vi mt phng nm ngang
Phân cc ngang: Vecto E song song vi mt phng nm ngang
Phân cc quay: Mt phng phân cc quay xung quanh trc ca phng truyn lan
Phân vc tròn: Khi vecto E quay, biên không thay i (v lên ng tròn)
Phân cc elip: Khi vecto E quay, biên thay i liên tc v lên ng elip
Quay phi: Quay thun chiu kim ng h
Quay trái: Quay ngc chiu kim ng h
BÀI GING MÔN
Trang *
BÀI GING MÔN
Trang *
Phân chia sóng in t
Da vào tính cht vt lý, c im truyn lan: Chia thành các bng sóng
1.3 Phân loi sóng in t
Hình 1.5. Các bng sóng
BÀI GING MÔN
Trang *
Phân chia sóng in t
Da vào tính cht vt lý, c im truyn lan: Chia thành các bng sóng
Bng 1.1. Các bng sóng
Tên bng tn (Bng sóng)
Ký hiu
ULF
LF
MF
HF
VHF
UHF
SHF
EHF
Trang *
Tính cht quang hc
Sóng ánh sáng cng là sóng in t, bng tn th giác cm nhn c, khi nghiên cu sóng in t thng s dng sóng ánh sáng cho trc quan
Các tính cht quang ca sóng ánh sáng cng úng cho sóng in t
Truyn thng
ng dng các bng sóng
LF, MF: Phát thanh iu biên ni a, thông tin hàng hi
HF: Phát thanh iu biên c ly xa
VHF, UHF: Phát thanh iu tn (66 – 108 MHz), truyn hình, viba s bng hp, h thng thông tin di ng mt t
SHF: Viba s bng rng, thông tin v tinh
EHF: Thông tin v tr
BÀI GING MÔN
Trang *
Hình 1.6. Phân tng bu khí quyn
BÀI GING MÔN
Trang *
Sóng t
Nguyên lý
B mt trái t là môi trng dn khép kín ng sc in trng
Ngun bc x nm thng ng trên mt t, sóng in t truyn lan dc theo mt t n im thu
c im
Nng lng sóng b hp th ít i vi tn s thp, c bit vi mt t m, mt bin ( dn ln)
Kh nng nhiu x mnh, cho phép truyn lan qua các vt chn
S dng cho bng sóng dài và trung vi phân cc ng
1.4 Phng thc truyn lan sóng in t
Hình 1.7: Quá trình truyn lan sóng t (sóng b mt)
Thu
Phát
A
B
Trang *
Nguyên lý
Anten t cao trên mt t ít nht vài bc sóng
Sóng in t n im thu theo 2 cách
Sóng trc tip: i thng t im phát n im thu
Sóng phn x: n im thu sau khi phn x trên mt t (tha mãn L PX)
c im
Chu nh hng nhiu ca iu kin môi trng
Phù hp cho bng sóng cc ngn, là phng thc truyn sóng chính trong thông tin vô tuyn
Hình 1.8: Truyn lan sóng không gian
BÀI GING MÔN
Trang *
Nguyên lý
Li dng c tính phn x sóng ca tng in ly vi các bng sóng ngn
Sóng in t phn x s quay tr v trái t
c im
Không n nh do s thay i iu kin phn x ca tng in ly
Hình 1.9: Truyn lan sóng tng in ly
BÀI GING MÔN
Trang *
Nguyên lý
Môi trng truyn sóng lý tng (ng tính, ng hng, không hp th)
Sóng truyn lan trc tip n im thu theo mt ng thng
c im
Môi trng ch tn ti trong v tr, s dng cho thông tin v tr
Bu khí quyn trái t trong mt s iu kin nht nh c coi là không gian t do
Hình 1.10: Truyn lan sóng t do
Mc tiêu trong v tr
Trm trên mt t
Trang *
Hình 1.11: Các phng thc truyn lan sóng vô tuyn
Sóng t do
Trang *
Bài toán
Không gian t do
Ngun bc x vô hng, công sut bc x P1 (W), t ti im T
Xét trng ti im R cách T mt khong r (m)
Gii quyt
Ngun bc x s bc x vô s mt sóng cu liên tip có tâm ti T
Xét mt cu i qua R có bán kính là r. Thông lng nng lng (mt công sut) ti mt cu:
1.5 Biu thc truyn lan sóng trong không gian t do
(1.8)
Trang *
Theo lý thuyt trng
Cng in trng ti im thu
(1.9)
Eh, Hh: Cng in trng, t trng hiu dng
Z0: Tr kháng sóng ca không gian t do
(1.10)
Trang *
S dng anten có hng
Tp chung nng lng giúp tng công sut ti im thu
c trng bi h s tính hng D1
(1.11)
R; P2
Trang *
(Equivalent Isotropic Radiated Power - EIRP)
Là công sut bc x tng ng ca mt anten vô hng có th t c cng trng ti im thu bng vi khi dùng anten có hng
G1: H s tng ích anten phát (GT)
1: Hiu sut anten phát (T)
P1: Công sut bc x anten phát (P)
Pa1: Công sut a vào anten phát (PT)
(1.12)
(1.13)
Trang *
Công sut nhn c trên anten thu, P2
Là tích gia mt công sut ti im thu, S2 và din tích làm vic ca anten thu, A
Trng hp s dng anten gng parabol tròn xoay vi h s tính hng D2
Công sut thc t u ra anten thu
Ah: Din tích hiu dng ca anten thu
2: Hiu sut anten thu
(1.15)
(1.16)
(1.14)
: Bc sóng công tác
Trang *
Tn hao truyn sóng, L
Xác nh bng t s gia công sut bc x ca máy phát vi công sut anten thu nhn c
Tn hao truyn sóng trong không gian t do gây ra bi s khuch tán tt yu ca sóng theo mi phng, công sut thu c ch là mt phn nh. Tn hao này gi là Tn hao không gian t do, Ltd
Trng hp s dng anten vô hng, gi là tn hao c bn trong không gian t do, L0
(1.17)
(1.19)
(1.18)
(1.20)
Trang *
H s suy gim, F
Môi trng thc t có nhiu yu t nh hng ti quá trình truyn sóng, nh hng ti công sut thu
Các nh hng ca môi trng thc lên quá trình truyn sóng c biu din qua h s suy gim: F
Trong môi trng thc
(1.24)
(1.23)
(1.22)
(1.21)
Trang *
c im truyn lan sóng cc ngn
Bc sóng t 1mm n 10m (30MHz – 300GHz): Là sóng siêu cao tn (RF – Radio Frequency)
Phng pháp truyn
Tn s cao nên không th phn x trong tng in ly (i xuyên qua)
Bc sóng ngn nên kh nng nhiu x kém, b hp th mnh bi mt t
Phng pháp truyn sóng không gian: Là phù hp nht
Tán x tng i lu
Siêu khúc x tng i lu
Truyn lan trong gii hn nhìn thy trc tip
2.1 Tng quát
BÀI GING MÔN
Trang *
Tán x tng i lu
Tn ti các vùng không gian không ng nht trong tng i lu
Sóng i vào trong vùng không ng nht s khuych tán theo mi hng
Li dng truyn sóng n im thu
c im: Không n nh do vùng không ng nht luôn thay i
2.1 Tng quát
BÀI GING MÔN
Trang *
Siêu khúc x tng i lu
Ch s chit sut N gim theo cao.
Khi tc gim t dN/dh < -0,157 (m-1) Tia sóng có bán kính cong ln hn cong trái t nên quay tr li mt t : Siêu khúc x
Li dng truyn sóng n im thu sau khi phn x nhiu ln trên mt t
c im: Không n nh do min siêu khúc x luôn thay i
2.1 Tng quát
1
2
3
4
5
4’
5’
4
gh
h0
A
Trang *
Truyn lan trong gii hn nhìn thy trc tip
Hai anten thu và phát phi c t cao trên mt t tránh b che chn bi các vt cn trên ng truyn hay cong ca trái t
Sóng truyn t phát n thu trong min không gian nhìn thy trc tip gia hai anten
c im: Ít ph thuc vào iu kin thiên nhiên, s dng ph bin
2.1 Tng quát
Hình 2.3 Truyn lan trong gii hn nhìn thy trc tip
BÀI GING MÔN
Trang *
S tuyn thông tin
Kho sát quá trình truyn lan sóng vi iu kin lý tng
Mt t là bng phng, không có vt cn trên ng truyn
Khí quyn ng nht, ng hng và không hp th
Anten t cao trên mt t ít nht vài bc sóng công tác ()
S truyn lan sóng
2.2 Truyn lan trong gii hn nhìn thy trc tip vi iu kin lý tng
Hình 2.4 Mô hình truyn sóng vi iu kin lý tng
Sóng n im thu theo hai ng:
+ Sóng trc tip: i trc tip t phát n thu
+ Sóng phn x: n thu sau khi phn x t mt t (ch có mt tia tha mãn nh lut phn x)
Tia 2
Tia 1
Trang *
Tng hp cng trng hai sóng thành phn (giao thoa)
Cng trng do tia trc tip
Cng trng do tia phn x
(2.1)
(2.2)
(2.3)
r1 : on ng i ca tia ti trc tip; r2 : on ng i ca tia phn x
r: hiu s ng i ca hai tia r = r1-r2; k : h s sóng (= 2/)
: h s phn x phc t mt t: , R: mô un, góc sai pha
GT1 và GT2: h s khuch i ca anten phát theo hng tia trc tip và tia phn x
R
j
RRe
-q
Trang *
Do chiu cao anten hT, hR <<r GT1 = GT2 = GT; r1 = r2 = r, nhng khi tính sai pha thì không b qua vì r = r2 – r1
Cng in trng do tia trc tip
Cng in trng do tia phn x
Cng in trng tng
(2.4)
(2.5)
(2.6)
BÀI GING MÔN
Trang *
t = + k.r: Góc sai pha toàn phn. Chuyn dng hàm m sang hàm lng giác
Cng in trng tng ti im thu
H s suy gim trong trng hp mt t phng
(2.7)
(2.8)
(2.9)
(2.10)
Trang *
Vi tuyn xác nh: hT, hR, , , có th xác nh c ly thông tin r có h s suy gim t cc tr
Cc i ti ( + k.r) = 2n. vi n = 1,2,…
Cc tiu ti ( + k.r) = (2n + 1). vi n = 1,2,…
BÀI GING MÔN
Trang *
Hiu s ng i gia hai tia
(2.11)
Hình 2.5 Xác nh hiu s ng i gia hai tia
B
B’
Trang *
Do r >> hT, hR góc ti tia phn x rt ln ( 900) R 1; 1800
Công thc hp lý hóa
Công thc giao thoa n gin
(2.12)
(2.13)
(2.14)
Trang *
Xác nh im giao thoa t cc tr
Cc i
Cc tiu
(2.15)
(2.16)
Trang *
Công thc Vvedensky
Vi sin() = (rad) khi < 200, nên
Công thc Vvedensky xác nh cng in trng ti c ly
(2.18)
(2.17)
(2.19)
Trang *
S tuyn thông tin khi k n cong trái t
nh hng ca…

Documents

Lý thuyết anten và truyền sóng