›
›

Bài giảng Kỹ thuật Anten truyền sóng

pdf 262 trang ngocly 1330
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Kỹ thuật Anten truyền sóng", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_giang_ky_thuat_anten_truyen_song.pdf

Nội dung text: Bài giảng Kỹ thuật Anten truyền sóng

  1. KỸ THUẬT ANTEN TRUYỀN SÓNG
  2. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN – LÊ TIẾN THƯỜNG, TRẦN VĂN SƯ 2. LÝ THUYẾT VÀ KỸ THUẬT ANTEN – PHAN ANH 3. ANTENNA THEORY ANALYSIS AND DESIGN – CONSTANTINE A. BALANIS
  3. Phần 1 Anten • Chương 1 Giới Thiệu Về Anten • Chương 2 Các Đặc Tính Của Anten • Chương 3 Lý Thuyết Anten • Chương 4 Hệ Thống Bức Xạ • Chương 5 Các Loại Anten
  4. Phần 2 Truyền Sóng • Chương 6 Truyền Sóng Trên Đường Dây dẫn • Chương 7 Truyền Sóng Qua Ống dẫn Sóng • Chương 8 Truyền Sóng Vô Tuyến
  5. Phần 1 Anten Chương 1 Giới Thiệu Về Anten
  6. I. GIỚI THIỆU LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA ANTEN  Định nghĩa Anten: Anten là thiết bị dùng để bức xạ và (hoặc) thu nhận năng lượng điện từ. Anten là thiết bị dùng để truyền năng luợng điện từ giữa máy phát và máy thu mà không cần phương tiện truyền dẫn tập trung.  Lịch sử phát triển của anten:  1886 Heinrich Hertz (Đức) đã kiểm tra sự tồn tại của sóng điện từ. Ông đã phát triển các dipole đơn giản, các anten vòng và các anten có thanh phản xạ đơn giản.  1897 Alexader Popov (Nga) Đã thiết lập tuyến anten thật đầu tiên với khoảng cách 3 dặm.  1901 Marconi đã thực hiện thông tin vô tuyến xuyên đại tây dương (tần số 60KHz).
  7.  1916 lần đầu tiên tiếng nói được truyền đi bằng vô tuyến (điều biên).  1920 các hệ thống có thể đạt được đến tần số 1MHz, do đó kích thước anten được giảm nhỏ.  1930 các nguồn phát dao động có thể đạt đến tần số hàng GHz (Klistron, magnetron).  1934 hệ thống vô tuyến thương mại đầu tiên giữa Pháp và Anh được thiết lập (1,8GHz).  1940-1945 nhằm phục vụ thế chiến thứ 2 nhiều phát minh trong việc phát triển Rada, các anten phản xạ, các anten thấu kính.  1945- nay: kỷ nguyên của anten hiện đại, với nhiều công nghệ và kỹ thuật mới đáp ứng cho Mạng lưới thông tin vô tuyến có tính toàn cầu và tốc độ cao, băng thông rộng : (GPS, Wireless, GSM, CDMA, UWB, WiMax, MIMO ).
  8. II. CÁC LOẠI ANTEN
  9. • Anten dây (thanh): Dipole Anten vòng : tròn, vuông Anten Helix
  10. • Anten khe Anten dạng loa kèn hình chóp Anten dạng loa kèn hình nón (cone) Ống dẫn sóng với đầu cuối hở
  11. • Anten vi dải (patch - microstrip antennas): Anten vi dải vuông, kích thích bằng đường truyền vi dải Anten vi dải tròn, kích thích bằng cáp đồng trục
  12. • Anten phản xạ Mặt phản xạ parabol với nguồn kích thích đặt phía trước 2 Mặt phản xạ parabol với nguồn kích thích đặt phía sau Mặt phản xạ phẳng
  13. • Anten thấu kính lồi – phẳng lồi – lồi lồi – lõm Hệ số khúc xạ n>1 Lõm – phẳng Lõm – lõm Lõm – lồi Hệ số khúc xạ n<1
  14. • Hệ thống bức xạ (array antenna) Anten Yagi Mảng các khe bức xạ Mảng anten vi dải Mảng các khe trên ống dẫn sóng
  15. Hình minh họa một số anten Anten dipole nửa bước Cường độ điện trường đo tại mặt cầu cách anten 100m sóng (λ/2=5mm) f=29,9GHz
  16. Anten Yagi Với chấn tử kích thích l= λ/2=5mm Cường độ trường điện đo tại mặt cầu cách anten 100m f=29,9GHz
  17. Anten Helix Cường độ điện trường đo tại mặt cầu cách anten 100m D=4mm, f=1GHz
  18. III. MỘT SỐ HỆ THỨC GIẢI TÍCH VETOR • Vector: A A1.i1 A2 .i2 A3.i3 • Hệ toạ độ cầu: r
  19. • Hệ toạ độ cầu: Tọa độ điểm M xác định bởi: M(r,,) u1 r , u2  , u3  i Các vector đơn vị: r ir i i , i i ir , i ir i i M i xr .sin .cos ,  yr .sin .sin , zr .cos Các hệ số Larmor (metric): h1 1 , h2 r , h3 r.sin
  20. Vector dịch chuyển: dl dr.ir r.d.i r.sin.d.i dl dr 2 r. d 2 r .sin  . d  2 Vi phân diện tích: dSr (r.d)(r.sin.d).ir dS (dr)(r.sin.d).i dS (dr)(r.d ).i Vi phân thể tích: dV (dr)(r.d)(r.sin.d)
  21. • Một số hệ thức vector Tích vô hướng 2 vector: A.B A1.B1 A2 .B2 A3.B3 i i i 1 2 3 Tích vector: A B A1 A2 A3 B1 B2 B3 Gradient: (tác động lên vô hướng): 1 f 1 f 1 f grad f . f .i1 .i2 .i3 h1 u1 h2 u2 h3 u3 A. dS Divergence: divA lim S V 0 V 1    divA .A (h2h3 A1 ) (h3h1 A2 ) (h1h2 A3 ) h1h2h3 u1 u2 u3
  22. A. dl Curl: l curlA . in lim S 0 S h1i1 h2i2 h3i3 1    curlA rotA  A h1h2 h3 u1 u2 u3 h1 A1 h2 A2 h3 A3 Toán tử Laplace: Tác động lên vô hướng: f  f 2 f div grad f Tác động lên vector: A .(.A)   A
  23. IV.BỨC XẠ ĐIỆN TỪ • Từ những vùng có điện tích hay dòng điện biến thiên có thể bức xạ sóng điện từ lan truyền trong không gian. Các vùng có điện tích hay dòng điện biến thiên đó gọi là nguồn bức xạ. • Chúng ta chỉ xét trường điện từ biến thiên điều hoà với tần số ω . Các đại lượng của trường được biểu diễn bằng các biên độ phức. • Thông thường, để xác định trường bức xạ, chúng ta phải giải phương trình sóng để tìm thế vector A . Các vector điện trường và từ trường được suy ra từ thế vector nay. Phương trình sóng: A k2 A J  2 1 Với: k v v   1J ( r '). e jkR Nghiệm phương trình này: A()' r dv 4 V ' R
  24. 1J ( r '). e jkR A()' r dv 4 V ' R V’ R J r', t 1 v A(,)' r t dv 4 V ' R
  25. R J r', t 1 v z A(,). r t vi 4 iN 1, Ri Jr 1 ' R 2 M R1 Jr 2 ' R3 r r2 ' Jr ' r1 ' 3 r3 ' y x
  26. Nếu nguồn là dòng điện phân bố dài trên một đoạn cong C’, với dòng điện I ( r ' ) thì nghiệm trở thành: 1I ( r '). e jkR C’ A()' r dl 4 C ' R
  27. • Bức xạ điện từ của nguyên tố anten thẳng
  28. 1.Ie jkR A dl'. i z 4 C ' R 1.Ie j k r A dl'. i z 4 C ' r lI. e j k r i A i 4. r z z z lI. A A.cos . e j k r .cos A A .i A .i rz 4. r r r   lI. A A.sin . e j k r .sin  z 4. r H  A rotA H H .i
  29. Công suất bức xạ:
  30. Một số nhận xét: 1) Từ biểu thức: P ( t ) P r ( t ) . i r với Pr (t) 0 Như vậy ở miền xa năng lượng điện từ luôn luôn truyền từ nguồn ra không gian chung quanh theo hướng vector i r . 2) Từ biểu thức: 2 I. l . k j j k r j . I . l .sin j k r H sin . e . e 4  k . r 2. . r j.I.l.k 2 E .sin.e j.k.r z .H  4 .r C  Suy ra : các vector E, H cùng pha, vuông góc với nhau và vuông góc với phương truyền 3) Biên độ của E, H tỉ lệ nghịch với khoảng cách r. Còn mật độ công suất bức xạ tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách r.
  31. I .l.sin 4) Từ biểu thức: H (t) m cos(.t k.r  ) E (t) z .H (t)  2.r 2  C  Suy ra Các mặt đẳng pha E, H là các mặt cầu có bán kính r=const 2 2 .zC .I m l 5) Từ biểu thức: Pbx 3  Công suất bức xạ tỉ lệ nghịch với bình phương bước sóng (tức tỉ lệ thuận với bình phương tần số f. Công suất bức xạ càng lớn khi tần số càng cao. 6) Từ biểu thức: 2 I. l . k j j k r j . I . l .sin j k r H sin . e . e 4  k . r 2. . r j.I.l.k 2 E .sin.e j.k.r z .H  4 .r C 
  32. Các nhận xét 1, 2, 3, 4 được rút ra đối với nguyên tố anten thẳng , nhưng có thể chứng minh rằng chúng cũng đúng với nguồn bức xạ phân bố bất kỳ.
  33. CHƯƠNG 2 CÁC ĐẶC TÍNH CỦA ANTEN 1. TRỞ KHÁNG VÀO CỦA ANTEN VZ, SS~ Anten RS jX S I A RA V V S ~ A jX A ZAAA R jX 2 2 ZZ 1 VS AS PR P q. P qt 1   AAA t S ZZ 2 ZZSA AS
  34. 2. HIỆU SUẤT CỦA ANTEN P e R VZSS, Anten PA ~ PDARA P P (1 e ) P RS jX S I A 1 2 PRIAAA R 2 R 1 2 ZAAA R jX V RD PRIRRA S ~ V Z R R jX 2 A ARDA 1 2 jX PRI A DDA2 PRR e RRR PRRRAARD
  35. 3. TRÖÔØNG ÑIEÄN TÖØ BÖÙC XAÏ TÖØ ANTEN Tröôøng ñieän ôû mieàn xa anten, moät caùch toång quaùt coù daïng e j k r E( r ) F ( ,  ). ˆˆ F (  ,  ).  r  2 k .  
  36. e j k r E( r ) F ( ,  ). ˆˆ F (  ,  ).  r  Cöôøng ñoä tröôøng ñieän phuï thuoäc höôùng böùc xaï: , Cöôøng ñoä trường ñiện tæ leä nghòch vôùi r (cöôøng ñoä tröôøng caøng giaûm khi caøng xa anten) Khi ñieåm quan saùt ñuû xa anten, tröôøng böùc xaï töø anten coù theå ñöôïc xem laø soùng phaúng. Khi ñoù tröôøng töø H coù theå ñöôïc tính: 1 H()() r rˆ E r  z : Laø trôû khaùng soùng cuûa moâi tröôøng  C 1 e jkr H() r . rˆˆ F (,).  ˆˆ r F (,).     r  1 e jkr H() r . F (,).  ˆˆ F (,).     r 
  37. e j k r E( r ) F ( ,  ). ˆˆ F (  ,  ).  r  1 e jkr H() r . F (,).  ˆˆ F (,).     r  Tröôøng ñieän vaø tröôøng töø ôû vuøng xa anten thì vuoâng goùc gôùi nhau vaø vuoâng goùc vôùi chieàu truyeàn soùng.
  38. 4. COÂNG SUAÁT TRÖÔØNG ÑIEÄN TÖØ BÖÙC XAÏ TÖØ ANTEN Vector Poynting ñöôïc ñònh nghóa: 1 S().()() r E r H* r 2 Phaàn thöïc cuûa vector Poynting ñaëc tröng cho doøng coâng suaát cuûa tröôøng ñieän töø. Noù ñöôïc goïi laø vector maät ñoä coâng suaát: W( r ) Re S ( r ) ee j k r1 jkr * W()Re r F (,).ˆ F (,).  ˆ . F (,).  ˆ F (,).  ˆ      rr 1 2 2 W()(,)(,) r F  F   rˆ 2. .r2 
  39. 1 2 2 W()(,)(,) r F  F   rˆ 2. .r2  Vector maät ñoä coâng suaát coù höôùng cuûa vector r. Nhö vaäy ôû mieàn xa anten coâng suaát chaûy theo chieàu tia xa daàn anten Maät ñoä coâng suaát: 1 2 2 W()()(,)(,) r W r F  F   2. .r 2  Maät ñoä coâng suaát tæ leä nghòch vôùi bình phöông cuûa r.
  40. Goùc khoái: Goùc tính theo radian: dl d () rad r Goùc khoái tính theo steradian: dS d () sr r 2 Vi phaân dieän tích: dS ( r . d ).( r .sin  . d  ) d  sin . d  . d 
  41. Cöôøng ñoä böùc xaï ñöôïc ñònh nghóa:Cường ñộ bức xạ U của anten theo một hướng cho trước laø coâng suất bức xạ treân moät ñôn vò goùc khoái theo hướng ñoù.  Coâng suaát böùc xaï göûi qua dieän tích dS: dS W( r ). dS  W ( r ). d . r2 r 2 U().() r r W r Mặt cầu 1 2 2 U(,).()(,)(,)  r2 W r F   F   2.  Cöôøng ñoä böùc xaï khoâng phuï thuoäc vaøo r maø chæ phuï thuoäc  , . Coâng suaát böùc xaï töø anten: P W( r ). dS R S
  42. Choïn S laø maët caàu baùn kính r raát lôùn bao truøm toaøn boä anten P W( r ). dS R S P W( r ). rˆ . dS R S dS ( r . d )( r .sin  . d  ). rˆ 2 P W( r ). rˆˆ . ( r . d )( r .sin  . d  ). r R      00 2 rˆ P W( r ). r2 .sin . d  . d  ˆ R   00  M 2 r ˆ P U( ,  ). sin  . d  . d   R    00  P  U( , ). d R S
  43. 5. SÖÏ PHAÂN CÖÏC Khi quan saùt tröôøng böùc xaï ôû raát xa anten. Taïi vò trí quan saùt coù theå xem nhö tröôøng böùc xaï cuûa anten laø soùng phaúng: vector tröôøng ñieän E vaø tröôøng töø H vuoâng goùc vôùi nhau vaø vuoâng goùc vôùi phöông truyeàn soùng. Tuy nhieân theo thôøi gian vector tröôøng coù theå coù phöông coá ñònh hoaëc quay khi quan saùt doïc theo höôùng truyeàn soùng.  Neáu vector tröôøng coù phöông coá ñònh : phaân cöïc tuyeán tính.  Neáu vector tröôøng veõ thaønh 1 ñöôøng troøn : phaân cöïc troøn.  Neáu vector tröôøng veõ thaønh 1 ellip: phaân cöïc ellip. Chieàu quay coù theå laø cuøng chieàu kim ñoàng hoà (right hand polarization) hoaëc ngöôïc chieàu kim ñoàng hoà (left hand polarization).
  44. Ví duï: vector tröôøng ñieän cuûa anten ôû vuøng xa coù bieåu thöùc: e j k r E( r ) sin .cos  . ˆˆ j .sin  .  r Xaùc ñònh söï phaân cöïc cuûa tröôøng anten doïc theo: a) +x b)-x c)+y d)-y a) Doïc theo truïc +x:  ,  0,r x ; ˆˆ  zˆ ,   yˆ 2 e j k x E(). r  zˆ j yˆ  x jt E( r , t ) Re E ( r ). e jkx jkx j. eej t j t E( r , t ) Re zˆ . . e yˆ . e2 . . e Ñieåm quan saùt x xx ˆ   yˆ cos(t kx ) z cos(t kx ) E(,) r t zˆ yˆ 2 xx r E(,) r t Soùng phaân cöïc troøn tay traùi (quay ngöôïc chieàu y kim ñoàng hoà) ˆ  zˆ anten
  45. Tröôøng böùc xaï töø anten coù caùc kieåu phaân cöïc khaùc nhau tuøy theo höôùng. Ngöôøi ta theå hieän söï ñaëc tröng phaân cöïc cuûa anten baèng moät vector phaân cöïc: FF( ,  ). ˆˆ (  ,  ).  pˆ(,)  F(,) 2 2 FFF(,)(,)(,)       e j k r E( r ) F ( ,  ). pˆ (  ,  ) r e j k r H( r ) F ( ,  ). rˆˆ p (  ,  ) .r
  46. 6. ÑOÀ THÒ BÖÙC XAÏ  Ñoà thò veà cöôøng ñoä tröôøng E hoaëc H.  Ñoà thò veà coâng suaát, maät ñoä coâng suaát tröôøng böùc xaï.  Ñoà thò cöôøng ñoä böùc xaï U.  Ñoà thò veà ñoä ñònh höôùng D .  Ñoà thò ôû daïng 3 D  Ñoà thò ôû daïng 2D: Heä toaï ñoä cöïc hoaëc heä toaï ñoä decard. Thöôøng caùc ñoà thò ñöôïc veõ theo haøm ñaõ chuaån hoaù: F(,) Fn (,) Fmax U(,) Un (,) Umax
  47. 90o 120o 60o 150o 30o  180o 0.5 1 0o o -150o -30 o -120o -60 -90o 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0 50 100 150 200 250 300 350
  48. 7. ÑOÄ ROÄNG NÖÛA COÂNG SUAÁT, ÑOÄ ROÄNG GIÖÕA CAÙC GIAÙ TRÒ KHOÂNG ÑAÀU TIEÂNÏ (-) HPBW HP HP left right 1 1 U () HP U () HP n left 2 n right 2
  49. BWFN null null left right
  50. 8. GOÙC KHOÁI CUÛA ANTEN (-) z Goùc khoái cuûa anten laø moät goùc khoái theo chuøm  A chính cuûa anten ñang khaûo saùt. Coâng suaát chaûy qua goùc khoái ñoù baèng vôùi toaøn boä coâng suaát böùc xaï cuûa anten. vôùi giaû thuyeát laø cöôøng ñoä böùc xaï phaân boá trong goùc khoái phaân boá ñeàu vaø coù ñoä lôùn baèng cöôøng ñoä böùc xaï cöïc ñaïi cuûa anten ñang khaûo saùt. Xeùt 2 anten: anten chuùng ta ñang khaûo saùt vaø moät anten giaû thuyeát. Anten giaû thuyeát coù cöôøng ñoä böùc xaï phaân boá ñeàu vaø baèng cöôøng ñoä böùc xaïcöïc ñaïi cuûa anten ñang khaûo saùt. Toång coâng suaát böùc xaï töø anten ñang khaûo saùt: P  U( , ). d R S Coâng suaát böùc xaï qua goùc khoái  cuûa anten giaû thuyeát: A y PURA max . ()A Ud( , ).  PR S A ()sr x UUmax max
  51. 9. ÑOÄ ÑÒNH HÖÔÙNG, HEÄ SOÁ ÑÒNH HÖÔÙNG Xeùt 2 anten: anten chuùng ta ñang khaûo saùt vaø moät anten giaû thuyeát. Anten giaû thuyeát (ñaúng höôùng) coù cöôøng ñoä böùc xaï phaân boá ñeàu vaø coù cuøng coâng suaát böùc xaï vôùi anten ñang khaûo saùt. Ñoä ñònh höôùng D laø tæ soá giöõa cöôøng ñoä böùc xaï cuûa anten theo höôùng ñoù vaø cöôøng ñoä böùc xaï cuûa anten ñaúng höôùng theo höôùng töông öùng vaø coù cuøng coâng suaát böùc xaï. Vaäy cöôøng ñoä böùc xaï cuûa anten ñaúng höôùng naøy baèng cöôøng ñoä böùc xaï trung bình cuûa anten ñang khaûo saùt. P 1 U R U( , ). d  a 44 S Ñoä ñònh höôùng: U(,) D(,) Ua Heä soá ñònh höôùng: Dmax D Max D(,)
  52. 10. ÑOÄ LÔÏI CUÛA ANTEN Trong tröôøng hôïp hieäu suaát e cuûa anten laø 100% thì ñoä lôïi cuûa anten theo höôùng chính laø ñoä ñònh höôùng theo höôùng töông öùng. Tröôøng hôïp toång quaùt ñoä lôïi cuûa anten: G(,).(,)  e D   PRA e. P UU( ,  ) 4 (  ,  ) G(,) P A PA 4 Ñoä lôïi cöïc ñaïi cuûa anten: 4 Umax Gmax G Max G(,) PA
  53. 11. ANTEN THU Einc Khi coù söï phoái hôïp trôû khaùng giöõa Anten ZL anten vaø taûi: * (,) Taûi ZZAL Coâng suaát ñeán taûi laø lôùn nhaát: 2 I L VC PPLC 8RA RA RL Neáu khoâng coù söï phoái hôïp trôû khaùng: jX A VL P q. P jX L r C V L C ~ 4.RRAL . qr 2 ZZLA
  54. Dieän tích hieäu duïng cuûa anten thu Einc Anten Z Khi bieát dieän tích hieäu duïng cuûa anten thì L coù theå tính ñöôïc coâng suaát khaû duïng cuûa (,) Taûi anten thu ñöa ñeán taûi: inc PASCe . S inc Laø maät ñoä coâng suaát trung bình cuûa soùng tôùi trong maët phaúng tôùi. Ae A e ,, pˆ inc Laø dieän tích hieäu duïng cuûa anten pˆinc Laø vector phaân cöïc cuûa soùng tôùi 2 inc E inc E inc pˆ S inc inc 2. E 2  2 A ,,.,.,.  pˆ G   p ˆ   p ˆ e inc4 inc
  55. Dieän tích hieäu duïng cuûa anten dipole Hertz: I L Khi phoái hôïp trôû khaùng: RRXXLRLA , RR 2 2 1 2 VV RL PPIRR CC LCLRR jX A VL 2 2RRRR 8 jX 22 V L EEinc inc C ~ S inc 2. 240 2 PC 30 VC Ae S inc inc 2 RER inc inc vôùi chieàu daøi l, soùng tôùi E taïo ra söùc ñieän ñoäng : VC El. 2 2 l RR 80  2 3 2  D A DdipoleHertz 1,5 Ae e 8 4
  56. 2  2 A ,,.,.,.,()  pˆ G   p ˆ   p ˆ m2 e inc4 inc Dieän tích hieäu duïng cuûa anten theo höôùng cho tröôùc tæ leä vôùi ñoä lôïi G cuûa anten theo höôùng ñoù. 2 Heä soá ppˆˆ  ,. inc cho thaáy: theo moät höôùng cho tröôùc neáu ôû cheá ñoä phaùt anten khoâng theå böùc xaïvôùi moät kieåu phaân cöïc naøo ñoù thì ôû cheá ñoä thu noù cuõng khoâng theå thu nhaän ñöôïc naêng löôïng cuûa tröôøng vôùi kieåu phaân cöïc ñoù.
  57. z e jkr E( r ) E . .sin  . ˆ 0 r pˆ(,)  ˆ Anten 2 nguyeân toá thaúng  2 ˆ r M rˆ l O I ˆ  , 2 ˆ ˆ EEinc . pˆinc  ppˆˆ( , ).inc 1 : max
  58. 12. TUYEÁN ANTEN Z Ar, ZL (,)rr Taûi r Anten thu Z At, VZSS, (,) ~ tt Anten phaùt Coâng suaát ñeán taûi: PL q r. P C inc PC A e  r,,. r pˆ t S t Dieän tích hieäu duïng cuûa anten Maät ñoä coâng suaát böùc xaï töø thu theo höôùng  rr , vôùi anten phaùt taïi vò trí anten phaân cöïc cuûa soùng tôùi laø pˆt thu
  59. Maät ñoä coâng suaát böùc xaï töø anten phaùt taïi vò trí anten thu: 1 2 2 W()(,)(,) r F  F   S inc 2. .r2 ,,tt t 1 Sinc W r,,.,  U   t t tr2 t t t GP,. GPt  t,. t A inc t t t A U , St 2 t t t 4 4. r inc PC A e  r,,. r pˆ t S t 2 2 .,.,.,.,.Grrr   pˆˆ rrrttt   p   G tttA   P PC 4. r 2
  60. 2 2 .,.,.,.,.Grrr   pˆˆ rrrttt   p   G tttA   P PC 4. r 2 PL q r. P C PA q t. P S 2 2  ,.,.,., qrrrr G   pˆˆ rrrttt   p   G ttttS   q P PL 4. r 2 Gr  r,.,  r e r D r  r  r Gt  t,.,  t e t D t  t  t 2 2  ,.,.,., errrrr q D   pˆˆ rrr   p ttt   D tttttS   e q P PL 4. r 2 Ñaây laø Coâng thöùc truyeàn daãn Friis
  61. 2 2  ,.,.,., errrrr q D   pˆˆ rrr   p ttt   D tttttS   e q P PL 4. r 2 eqrr.:Heä soá thể hiện maát maùt cuûa phía thu eqtt.:Heä soá thể hiện maát maùt cuûa phía phaùt 2 ppˆˆr  r,.,  r t  t  t Heä soá thể hiện maát maùt do maát phoái hôïp phaân cöïc cuûa tuyeán anten 2  : Heä soá maát maùt khoâng gian 4. r Coâng thöùc tính coâng suaát nhaän ñöôïc ôû taûi phía thu tính theo dBm: PL dBm P S dBm G r  r,,  r  dB G t  t  t  dB 20log(r ) km 20log( f ) MHz qt dB q r dB 20log pˆˆ r  r ,  r . p t  t ,  t 32,43
  62. CHÖÔNG 3 LYÙ THUYEÁT ANTEN 1. CAÙC PHÖÔNG TRÌNH MAXWELL VAØ QUAN HEÄ NGUOÀN - TRÖÔØNG  Er() jBr ();  Hr () jDr ()() Jr .B ( r ) 0;  . D ( r ) ( r ) Er()- vectô cöôøng ñoä ñieän tröôøng Vm/  Hr()- vectô cöôøng ñoä töø tröôøng Am/  Dr()- maät ñoä thoâng löôïng ñieän Coulomb/(/) m22 C m Br() - maät ñoä thoâng löôïng töø Tesla = Weber/ m22(/) T Wb m 2 Jr()- maät ñoä doøng ñieän toång Am/ 3 ()r - maät ñoä ñieän tích Cm/
  63. - Theá vector quan heä vôùi tröôøng: H()() r  A r - Qua caùc bieán ñoåi suy ra phöông trình soùng cho theá vector A: 22A()()() r   A r J r - Nghieäm cuûa phöông trình soùng: 1J ( r '). e jkR A()' r dv 4 V ' R V’ R r r ' 1J ( r '). e jk r r ' A()' r dv 4' V ' rr
  64. 1J ( r '). e jk r r ' A()' r dv z 4' V ' rr Jr 1 ' 1 J( r '). e jk r ri ' i M A(). r vi 4' iN 1, rr i Jr 2 ' r r2 ' Jr 3 ' r1 ' r3 ' y x
  65. 1J ( r '). e jk r r ' A()' r dv 4' V ' rr - Vôùi ñieàu kieän ñieåm quan saùt raát xa anten: rr' R r r' r r '. rˆ - Ñoái vôùi heä soá ôû maãu soá coù theå xaáp xæ: R r r' r r 1J ( r '). e jk r . e jk. r '. rˆ R r r ' A()' r dv 4 r V ' r ' r r r'. rˆ jkr e 1 jk. r '. rˆ A( r ) J ( r '). e . dv ' rr'.ˆ r 4 V ' Khoâng phuï thuoäc vaøo khoaûng caùch r thuï thuoäc vaøo höôùng: rˆ ,:, hay 
  66. z 2. DIPOLE HERTZ (nguyeân toá anten thaúng) l 2 1.Ie jkR A dl'. zˆ 4 C ' R I I0 - Vôùi ñieàu kieän ñieåm quan saùt raát xa anten: rr' l R r r' r r '. rˆ 2 - Vôùi ñieàu kieän: l  z A A R r r' r r   rˆ jkr jkr A 1I . e I . l . e M r A dl'. zˆˆ . z R 4 C ' rr 4 .  r ˆ dl ' l O I
  67. - Vôùi H()() r  A r I.1 l jk H( r ) e jkr .sin . ˆ 4 rr2 1 E()() r  H r j I.1 l j  jkr ˆ E( r ) 23 e .sin . 4. r r j  r Il.1  jkr ˆ 23er.cos . 2. r j  r
  68. I.1 l jk H( r ) e jkr .sin . ˆ 4 rr2 I. l j  1 I . l  1 jkrˆ jkr ˆ E( r ) 2 3 e .sin .  2 3 e .cos  . r 4 r r j  . r 2 r j  . r I. l j jkr ˆˆ E( r ) e .sin .  E ( r ).  4 r I. l jk jkr ˆ ˆEr () ˆ H() r e .sin.  H (). r  .  4  r
  69. * Caùc ñaëc tröng cuûa truôøng böùc xaï töø dipole Hertz: 2 1.2 2 k  2 - Cöôøng ñoä böùc xaï: U(,)  F (,)   F (,)   I sin l 2  2.  32. 2 2 2 k . 2 - Coâng suaát böùc xaï: P U(,).  d  I sin l3  d  d  R 2  0032. 2 k . 2 P I. l R 12 P k 2. - Ñieän trôû böùc xaï: Rl R 2 R I 2 6 2 U( , ) 3 - Ñoä ñònh höôùngï: D( ,  ) sin2  PR 2 4 2  2 - Dieän tích hieäu duïng: A ,,.,.,.,()  pˆ G   p ˆ   p ˆ m2 e inc4 inc  2 3 2 A ,  , pˆˆ . e . sin2  . ˆ . p e inc42 inc
  70. 3. ANTEN DIPOLE NGAÉN Giaû söû anten coù chieàu daøi raát nhoû so vôùi böôùc soùng vaø coù phaân boá doøng daïng tam giaùc: L  2 z L L L 1, z I I0. T ( z , ). zˆ Tz(,) L 2 2 2 0, L jkr 2 e 1 z A( r ) I ( r '). dl '. zˆ L r 4 L 2 2 e jkr 1 A() r I0 L zˆ I0 I r 8 L L 2
  71. e jkr 1 A() r I L zˆ r 8 0 e jkr jk e jkr jk E( r ) I . L .sin . ˆ H( r ) I . L .sin . ˆ r 8 0 r 8 0 k 2 UIL ,  ( . )22 .sin  128 2 0 k 2 PIL(.)2 R 48 0 So saùnh vôùi ñieän trôû 2 böùc xaï cuûa dipole 2 k . 2 k . 2 RLR Hertz: Rl 24 R 6 -> Ñeå taêng ñieän trôû böùc xaï caàn phaûi thay ñoåi phaân boá doøng ñieän treân anten: duøng caùc taûi khaùng gaén theâm vaøo anten.
  72. 4. ANTEN DIPOLE NGAÉN COÙ TAÛI KHAÙNG L  z L 2 .I0 L . 2 I0 I L 2 Taûi caûm Taûi dung Taûi khaùng keát hôïp
  73. L Phaân boá doøng treân anten: I I. R ( z ,  , ). zˆ 0 2 z L 2(1 ) z L 1 ,z . 2 L 2 .I LLL  2 z 0 R(,,),. z  z L 2 1 L (1 ) 2 2 . 2 0, I 0 I L e jkr 1 2 A( r ) I ( r '). dl '. zˆ r 4 L 2 L 2 e jkr 1 A() rK. I0 L zˆ r 4 Taûi khaùng keát hôïp 1 K ()  2
  74. jk e jkr E() rK . . sin. I L ˆ 4 r 0 jk e jkr H() r K . . sin. I L ˆ 4 r 0 k 2 UKIL ,  2 . ( . ) 2 .sin 2  32 2 0 k 2 PKIL22.(.) R 12 0 2 k . 2 RKL2. R 6
  75. 5. ANTEN DIPOLE COÙ CHIEÀU DAØI HÖÕU HAÏN (so saùnh ñöôïc vôùi böôùc soùng) * Söï phaân boá doøng treân anten I 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 -0.8 0.2 0.4 0.6 0.8 -1 0 1 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 0 8 9 10 x L /2 ~ 1 2 3 z 4 5 L 6 I I0.sin k z . zˆ ~ 2 L 7 8 9 10
  76. 1J ( r '). e jk r r ' z A()' r dv 4' V ' rr Do:, L r L R r r' r r '. rˆ M R r r ' - Ñoái vôùi heä soá ôû maãu soá coù theå xaáp xæ: r R r r' r r r ' r r'. rˆ - Ñoái vôùi heä soá pha khoâng theå boû qua thaønh L 0 phaàn : rr'.ˆ rr'.ˆ jkr L/2 e jk. r '. rˆ A() r I e dz zˆ 4. r L/2 jkr L/2 eL ˆ A( r ) I .sin k z . ejk. r '. r . dz . zˆ 0 4 .r L/2 2 e jkr 2I cos (kL / 2).cos  cos( kL / 2) A(). r0 zˆ 4  .rk sin2
  77. jkr e jk ˆ 2 cos (kL / 2).cos  cos( kL / 2) E() r . sin I0   . 2 rk4   sin jkr e jk ˆ 2 cos (kL / 2).cos  cos( kL / 2) H() r . sin I0   . 2 rk4   sin Tröôøng ñöôïc dieãn taû bôûi 2 heä soá: e jkr jk Gioáng tröôøng ñöôïc sinh ra bôûi . .I .sin r 4 0 anten dipole Hertz. 2 cos (kL / 2).cos cos( kL / 2)   Heä soá khoâng gian . 2 k sin 
  78. Cöôøng ñoä böùc xaï: 2 22 cos (kL / 2).cos  cos( kL / 2) UI( ,  ) 0 22 sin  .  8   sin Coâng suaát böùc xaï: P  U( , ). d R I 2. 0 .  ln(kL ) Ci ( kL ) 0.5sin( kL ). Si (2 kL ) 2 Si ( kL ) 4 0.5cos(kL ) ln( kL / 2) Ci (2 kL ) 2 Ci ( kL ) cosyyx sin Ci();() x dy Si x dy x yy0  0.5772 Haèng soá Euler
  79. Ñieän trôû böùc xaï: 2PR RR 2 I0  .  ln(kL ) Ci ( kL ) 0.5sin( kL ). Si (2 kL ) 2 Si ( kL ) 2 0.5cos(kL ) ln( kL / 2) Ci (2 kL ) 2 Ci ( kL )
  80. DIPOLE NÖÛA BÖÔÙC SOÙNG: cos cos je ikr 2 E() r I ˆ 2 o r sin cos cos je ikr 2 H() r I ˆ 2 o r sin 2 cos cos 2  2 UI(,)  o 8 2 sin  P I22 y ln(2 ) Ci (2 2.435 I R o88 o
  81. Ñoä ñònh höôùngï: 2 cos cos 4 2 D(,)  2.435 sin Ñoä ñònh höôùng toái ña khi  : 1.643 2 Ñieän trôû böùc xaï: 2PR RR 2 73  I0 Thaønh phaàn ñieän khaùng: 42.5  Trôû khaùng: ZjA 73 42.5 
  82. 6. ANTEN KHUNG TROØN NHOÛ z jkr e 1 ˆ A( r ) jkS . I0 . . 1 .sin . 4. r jkr I0 y Sa . 2 a jkr e jk 1 ˆ E( r ) j S  . I0 . . 2 .sin  .  x 4 rr jkr ej  11 ˆ H( r ) j S  . I0 . . 23 .sin  .  4 r  r j  r e jkr 11 ˆ j S . I0 . . 23 .cos  . r 2 r j  r
  83. Tröôøng ôû vuøng xa: k2 S. I e jkr Er( ) 0 .sin . ˆ 4 r k2 S. I e jkr Hr( ) 0 .sin . ˆ 4 r k4 2() SI 2 U( , )0 sin2 32 2 2 2 PR 10 k SI0 2 2 2 S RR 20 k S 31200. 2  3 D( , ) sin2 2
  84. 2 S RnR 31200. . core 2 
  85. 7. AÛNH HÖÔÛNG CUÛA MAËT PHAÚNG ÑAÁT z z I H H x x Tröôøng sinh ra do dipole bò phaûn xaï taïi beà maët cuûa maët phaúûng ñaát do ñoù tröôøng khoâng xuaát hieän taïi mieàn z<0. Theo lyù thuyeát aûnh göông, tröôøng böùc xaï töø nguoàn cô baûn ñaët treân moät maët daãn ñieän lyù töôûng thì gioáng nhö tröôøng ñöôïc böùc xaï töø 2 nguoàn (nguoàn cô baûn vaø nguoàn aûnh cuûa noù).
  86. Xeùt tröôøng sinh ra töø 2 anten: primary dipole vaø image diople: Giaû söû tröôøng sinh ra töø 2 anten gioáng tröôøng ôû vuøng xa: 1 Primary Dipole jk. r1 r p jk I0 l e ˆ 1 E .sin11 . H 4 r1 i jk I l e jk. r i0 iˆ i r2 E i .sin . H p i 4 r 2 E E E jk. r1 Image jk I0 l e 2 Ez2. .sin1 .ˆ Dipole 4 r1 z Nhö vaäy taïi vò trí beà maët maët phaúng daãn ñieän thì thaønh phaàn tieáp tuyeán cuûa tröôøng ñieän bò trieät tieâu, töông töï tröôøng ñöôïc sinh ra töø anten ñaët I treân moät maët daãn ñieän lyù töôûng. H x
  87. jk. r1 p jk I0 l e ˆ E .sin11 . 4 r1 jk. r2 i jk I0 l e ˆ E .sin22 . 4 r2 kI l. e jk. r E ˆ. j 0 .sin  e jkhcos e jkh cos  4. r
  88. z jk I l e jk. r1 E p 0 .sin . ˆ 11 I 4 r1 jk. r2 i jk I0 l e ˆ H E .sin22 . x 4 r2 jk. r1 jk I0 l e 2 Ez2. .sin1 .ˆ z 4 r1 Primary Dipole  1 r H 1 r2 H E p E i 2 E Image Dipole
  89. z I + ~ H x z Primary Dipole + ~ H + H ~ Image Dipole
  90. Monopole: L Trôû khaùng vaøo cuûa anten: VV1 2 1 ZZmonopole dipole AAII22 I Tröôøng böùc xaï töø monopole vaø dipole laø L gioáng nhau ôû moät nöûa maët phaúng z>0. + ~ V Tuy nhieân toång coâng suaát böùc xaï töø dipole thì gaáp ñoâi monopole. Suy ra: 4 .U monopole (  ,  ) L I Dmonopole (,) monopole + PR ~ ~ 2V + 4 .U dipole (  ,  ) 2.Ddipole ( , ) 1 L Pdipole I 2 R
  91. CHÖÔNG 4 HEÄ THOÁNG BÖÙC XAÏ (ARRAY ANTENNAS ) 1. GIÔÙI THIEÄU - Keát hôïp nhieàu anten ñôn leû thaønh moät heä thoáng böùc xaï.
  92. - Khoâng phaûi heä thoáng anten.
  93. - Muïc ñích: + Caûi thieän ñoà thò böùc xaï: taêng ñoä ñònh höôùng
  94. Anten dipole nöûa böôùc soùng:
  95. Gheùp 4 Anten dipole nöûa böôùc soùng. Port 1 : pha 90, port 2 : pha 0, port 3: pha -90, port 4 : pha 0.
  96. + Ñieàu khieån ñoà thò ñònh höôùng baèng caùch thay ñoåi bieân ñoä vaø pha kích thích töøng anten rieâng leû (anten thoâng minh) Anten nhiều buùp soùng xaùc ñònh Ñieàu khieån höôùng buùp soùng theo caùc höôùng khaùc nhau chính cuûa anten höôùng theo ñoái töôïng di ñoäng.
  97. Array antenna Omnidirectional Antenna A 6dBi Vertical Polarised Omnidirectional Antenna
  98. Array antenna cho bứcxạđịnh hướng VHF/UHF arrays WLAN 2.4 GHz arrays
  99. Array antenna cho bứcxạđịnh hướng (2) Cellular base station antennas 1 x 4 E shaped patch array 1 x 2 W shaped patch array for base cellular station for base cellular station
  100. Dạng array antenna hỗnhợp 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) 8(10.14dBi) (Stack) (See Page) Power Handling 500W~50kW Capacity(1~16Panel) Polarization Hor or Ver Beam Width at 6dB Point 90°± 5° NTSC/DTV VHF 2-Dipole Antenna N-Type~EIA ø1- Input Connector EIA ø 7/8"~ø1-5/8" 5/8" Wind Survival(m/sec) 60 200~ Total Weight(Kg) 200~310 50~100 600
  101. Array antennas và MIMO antennas •Mỗi anten là 1 phầntử •Cácantentạo thành 1 hệ riêng lẻ, cách ly với nhau thống thống nhất, có càng nhiềucàngtốt. quan hệ chặtchẽ. •Tínhiệucủamỗi anten •Antenchỉ có 1 ngõ vào/ra được thu/phát riêng biệt. để nối vào máy phát/thu. Máy thu/phát có nhiềubộ thu phát. MIMO antenna Array antenna
  102. 2. HEÄ THOÁNG BÖÙC XAÏ GOÀM 2 PHAÀN TÖÛ M Xeùt 2 dipole gioáng nhau, chieàu daøi θ1 l, ñaët caùch nhau moät khoaûng d. Doøng ñieän kích thích 2 anten leäch nhau moät goùc: β Tröôøng toång hôïp taïi M: θ2 EEEt =+12 ⎧⎫−−jkr(.12ββ /2) −jkr(. + /2) ˆ kI0 l ee Ejt =+θ.cηθθ⎨⎬osc12os 4π ⎩⎭rr12 Khi xeùt tröôøng ôû mieàn xa: θθθ12≈≈ d rr≈− cosθ 1 2 r≈ r≈ r: chobien do d 12 rr≈+ cosθ 2 2
  103. − jk. r ˆ kI0 l. e ++−+jkd( . cosθβ )/ 2jkd ( . cosθβ )/ 2 ⇒=Ejt θη cosθ{}e+ e 4.π r − jk. r ˆ kI0 l. e ⎡1 ⎤ ⇒=Ejt θ.ηθ .cos .2cos⎢ (kd . cos θβ+ )⎥ 4.π r  ⎣2 ⎦ Heä soá saép xeáp (Array Factor): AF , hoaëc ARFAC ⎡1 ⎤ AF=+2.cos ( k . d cosθ β ) ⎣⎢2 ⎦⎥ Heä soá saép xeáp Chuaån hoaù: ⎡1 ⎤ AFn =+cos ( k . d cosθ β ) ⎣⎢2 ⎦⎥ Tröôøng sinh ra töø moät heä nhieàu phaàn töû anten: E(total )= E (single element).AF
  104. 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 töû coù bieân ñoä gioáng nhau, caùc phaàn töû lieân tieáp nhau leäch pha nhau moät goùc β .
  105. Heä soá saép xeáp trong heä thoáng naøy: AF=+1. ej(.cos kd θβ++−+ ) + e j 2.(.cos kd θ β ) + +e j.( N 1).(.cos kd θ β ) N AF= ∑ e jn.(−+ 1).( kd . cosθβ ) n=1 N AF= ∑ e jn.(− 1).ψ n=1 ψ =+kd.cosθβ
  106. AF=+1 ejjψψ + e2( + + e jN−1)ψ ⇒=+++++AFe. jjjψψ e e23ψ e jψ e jNjN (1)− ψ e ψ ⇒−=−+AF.( e jjψψ 1) ( 1e N ) ⇒−=−+AF.( e jjψψ 1) ( 1e N ) jNψψjN( /2)− jN ( /2)ψ (1)eee−−jN[](1)/2− ψ ⎡ )⎤ ⇒=AF jjψψ =e ⎢ (1/ 2)− j (1/ 2)ψ⎥ (1)ee−−⎣ e)⎦ ⎡ ⎛⎞N ⎤ ⎢sin ⎜⎟ψ ⎥ jN(1)/2− ψ 2 ⇒=AF e []⎢ ⎝⎠⎥ ⎢ ⎛⎞1 ⎥ sin ⎜⎟ψ ⎣⎢ ⎝⎠2 ⎦⎥
  107. Khi dòch chuyeån ñieåm goác ñeán giöõa daõy: ⎡⎤⎛⎞N sin ⎜⎟ψ ⎢⎥2 ⇒=AF ⎢⎥⎝⎠ ⎢⎥⎛⎞1 sin ⎜⎟ψ ⎣⎦⎢⎥⎝⎠2 ⎡⎤⎛⎞N ⎢⎥sin ⎜⎟ψ 1 ⎝⎠2 ⇒=AFn .⎢⎥ N ⎢⎥⎛⎞1 sin ⎜⎟ψ ⎣⎦⎢⎥⎝⎠2 Khi ψ nhoû: ⎡⎤⎛⎞N ⎢⎥sin ⎜⎟ψ 1 ⎝⎠2 ⇒=AFn .⎢⎥ N ⎢⎥⎛⎞1 ⎜⎟ψ ⎣⎦⎢⎥⎝⎠2
  108. ⎡⎤⎛⎞N ⎢⎥sin ⎜⎟ψ 1 ⎝⎠2 AFn = .⎢⎥ N ⎢⎥⎛⎞1 sin ⎜⎟ψ ⎣⎦⎢⎥⎝⎠2 Xaùc ñònh caùc caùc ñieåm null cuûa heä soá saép xeáp naøy: ⎛⎞N AFn =⇒0sin⎜⎟ψ = 0 ⎝⎠2 ⎛⎞N ⎜⎟ψ =±nπ ⎝⎠2 ⎛⎞N ⇒+=⎜⎟(cos)kd θ βπ±n ⎝⎠2 −1 ⎡⎤λ ⎛⎞2n ⇒=θ cos ⎢⎥⎜⎟ −±βπ ⎣⎦2π dN⎝⎠ n =1,2,3,
  109. ⎡⎤⎛⎞N ⎢⎥sin ⎜⎟ψ 1 ⎝⎠2 AFn = .⎢⎥ N ⎢⎥⎛⎞1 sin ⎜⎟ψ ⎣⎦⎢⎥⎝⎠2 Cöïc ñaïi cuûa heä soá saép xeáp xaûy ra khi: ψ 1 =+=±()kd cosθ βπm 22 ⎡⎤λ ⇒=θ cos−1 () −±βπ2m ⎣⎦⎢⎥2π d m = 0,1,2,3
  110. 1 1 0.9 0.9 0.8 0.8 0.7 0.7 0.6 0.6 0.5 0.5 0.4 0.4 0.3 0.3 0.2 0.2 0.1 0.1 0 0 -200 0 200 400 600 -200 0 200 400 600 ⎛⎞N sin ⎜⎟ψ 1 2 N = 2 AF = . ⎝⎠ N = 3 n N ⎛⎞1 sin ⎜⎟ψ 1 ⎝⎠2 1 0.9 0.9 0.8 0.8 0.7 0.7 0.6 0.6 0.5 0.5 0.4 0.4 0.3 0.3 0.2 0.2 0.1 0.1 0 0 -200 0 200 400 600 -200 0 200 400 600 N = 4 N = 5
  111. Nhaän xeùt: • Cöïc ñaïi xuaát hieän taïi ψ = 0 0 • Haøm AF coù chu kyø tuaàn hoaøn laø 2π ( 360 ) 0 • Coù N-1 ñieåm null caùch ñeàu nhau moät khoaûng caùch: 2/ π NN ( 360/ ) • Coù N-2 buùp soùng con trong khoaûng 02≤ψ ≤ π • Khi N taêng, bieân ñoä caùc buùp soùng con tieäm caän ñeán -13dB
  112. 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 -200 0 π π 200 3π 400 600 2π β 2 2 ψ = kd cosθβ+ 90 1 120 60 0.8 0.6 150 30 0.4 0.2 kd z 180 θ 0 210 330 240 300 270
  113. ™Heä thoáng Broadside Buùp soùng chính vuoâng goùc vôùi truïc cuûa heä thoáng (truïc z) Cöïc ñaïi cuûa AF xaûy ra khi: ψ =+=kd cosθβ 0 π Ñeå chieàu cöïc ñaïi theo höôùng θ = 2 ψ =+=kd cosθβ π 0 θ = 2 ⇒=β 0
  114. 90 90 1 1 120 60 120 60 0.8 0.8 0.6 0.6 150 30 150 30 0.4 0.4 0.2 0.2 180 0 180 0 210 330 210 330 240 300 240 300 270 λ 270 Nd==2, ,β = 0 λ 2 Nd= 3,== ,β 0 2 90 1 90 1 120 60 120 60 0.8 0.8 0.6 0.6 150 30 150 30 0.4 0.4 0.2 0.2 180 180 0 0 210 330 210 330 240 300 240 300 270 270 λ λ Nd==5, ,β = 0 Nd=10,== ,β 0 2 2
  115. Nhaän xeùt: • Khi d khoâng ñoåi, khi taêng N: ñoä roäng buùp soùng chính giaûm vaø soá buùp soùng phuï taêng
  116. 90 90 1 1 120 60 120 60 0.8 0.8 0.6 0.6 150 30 150 30 0.4 0.4 0.2 0.2 180 0 180 0 210 330 210 330 240 300 240 300 270 270 Nd==7, 0.1λ ,β = 0 Nd= 7,== 0.3λ ,β 0 90 90 1 1 120 60 120 60 0.8 0.8 0.6 0.6 150 30 150 30 0.4 0.4 0.2 0.2 180 0 180 0 210 330 210 330 240 300 240 300 270 270 Nd==7, 0.5λ ,β = 0 Nd= 7,== 0.7λ ,β 0
  117. Nhaän xeùt: • Khi N khoâng ñoåi, khi taêng d: ñoä roäng buùp soùng chính giaûm vaø soá buùp soùng phuï taêng 90 90 1 1 120 60 120 60 0.8 0.8 0.6 0.6 150 30 150 30 0.4 0.4 0.2 0.2 180 0 180 0 210 330 210 330 240 300 240 300 270 270 Nd==7,λ ,β = 0 Nd= 7,== 2λ ,β 0 • Khi taêng d ≥ λ buùp soùng phuï coù bieân ñoä baèng buùp soùng chính xuaát hieän.
  118. ™Heä thoáng EndFire Buùp soùng chính doïc theo truïc cuûa heä thoáng (truïc z) Ñeå chieàu cöïc ñaïi theo höôùng θ = 0 ψ =+=kd cosθβ 0 θ =0 kd +=⇒=−β 0 β kd (Endfire loaïi 1) Ñeå chieàu cöïc ñaïi theo höôùng θ = π ψ =+=kd cosθβ 0 θπ= −+=⇒=kd β 0 β kd (Endfire loaïi 2)
  119. 1 1 0.9 0.9 0.8 0.8 0.7 Nd==7, 0.1λ 0.7 Nd==7, 0.3λ 0.6 kd = 0.2π 0.6 kd = 0.6π 0.5 0.5 0.4 0.4 0.3 0.3 0.2 0.2 0.1 0.1 0 0 -0.4 -0.35 -0.3 -0.25 -0.2 -0.15 -0.1 -0.05 0 -1.4 -1.2 -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 90 90 1 1 120 60 120 60 0.8 0.8 0.6 0.6 150 30 150 30 0.4 0.4 0.2 0.2 180 0 180 0 210 330 210 330 240 300 240 300 270 270
  120. 1 1 0.9 0.9 0.8 0.8 0.7 0.7 Nd= 7,= 0.7λ 0.6 Nd==7, 0.5λ 0.6 0.5 kd = π 0.5 kd =1.4π 0.4 0.4 0.3 0.3 0.2 0.2 0.1 0.1 0 0 -2 -1.8 -1.6 -1.4 -1.2 -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 -3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0 90 90 1 1 120 60 120 60 0.8 0.8 0.6 0.6 150 30 150 30 0.4 0.4 0.2 0.2 180 0 180 0 210 330 210 330 240 300 240 300 270 270
  121. 1 ™Heä thoáng 0.9 π Hansen - Woodyard 0.8 β =−()kd + N 0.7 ⎛⎞π β =−⎜⎟kd + 0.6 ⎝⎠N 0.5 0.4 0.3 kd Ñieàu kieän ñeå möùc böùc xaï 0.2 phuï nhoû hôn möùc böùc xaï 0.1 0 chính: -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 90 0.8 β < π 120 60 0.6 150 0.4 30 0.2 180 0 210 330 5λ Nd==6, 13 240 300 βπ=−(/)kd + N 270
  122. 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 phuï cuõng khaù lôùn khi so saùnh vôùi buùp soùng chính.
  123. ™Ñoä roäng giöõa caùc ñieåm null ñaàu tieân, ñoä roäng nöûa coâng suaát vaø ñoä ñònh höôùng. 90 90 1 BWFN 1 HPBW 120 60 120 60 0.8 0.8 0.6 0.6 150 30 150 30 0.4 0.4 0.2 0.2 180 0 180 0 150210 33030 150210 33030 120240 60300 120240 60300 27090 27090
  124. ÔÛ ñaây, giaû söû caùc anten phaàn töû laø ñaúng höôùng Ta ñaõ bieát cöïc ñaïi xuaát hieän taïi: ψ = ±2nπ −1 Giaû söû ta choïn cöïc ñaïi taïi: ψ = 0 öùng vôùi: θθ==max cos( − β / kd ) Vaø caùc buùp soùng phuï coù bieân ñoä lôùn laø ñieàu khoâng mong muoán ±2π Caùc ñieåm null ñaàu tieân xuaát hieän taïi ñieåm: ψ = N ±2π ψ =+=kd cosθβ N −−11⎛⎞⎛⎞±±2π βλβ ⇒=θ cos ⎜⎟⎜⎟ − =cos − ⎝⎠⎝⎠kdN kd Nd kd null −1 ⎛⎞−λβ null −1 ⎛⎞λ β ⇒=θleft cos ⎜⎟ −−θmax ;cθθright =−max os⎜⎟ − ⎝⎠Nd kd ⎝⎠Nd kd null null −−11⎛⎞⎛⎞−λ βλβ ⇒=−=BWFN θθleft right cos ⎜⎟⎜⎟ −−−cos ⎝⎠⎝⎠Nd kd Nd kd
  125. Khi : Nd  λ,0β ≈ : N lôùn, Broadside (gaàn broadside) −1 ⎛⎞⎛⎞λ βπλβ ⇒−≈−−cos ⎜⎟⎜⎟ ⎝⎠⎝⎠Nd kd2 Nd kd ⎛⎞⎛⎞π λβ πλβ2 λ ⇒≈−+−++=BWFN ⎜⎟⎜⎟ ⎝⎠⎝⎠22Nd kd Nd kd Nd null null Ñoái vôùi heä thoáng Endfire: θleft= θ right −2π ψ =+==−kd cosθβnull , kd β left N null −1 ⎛⎞2π ⇒=θleft cos⎜⎟ 1 − ⎝⎠kdN null ⇒≈BWFN 2θleft
  126. Ñoä roäng nöûa coäng suaát cuûa heä thoáng Broadside (gaàn broadside): ⎡⎤πλ−1 ⎛⎞1,391 HPBW ≈−2cos⎢⎥⎜⎟ ,/1πλd  ⎣⎦2 ⎝⎠π Nd Ñoä roäng nöûa coâng suaát cuûa heä thoáng Endfire: −1 ⎛⎞1,391λ HPBW ≈−2cos⎜⎟ 1 ,πλd / 1 ⎝⎠π Nd Heä soá ñònh höôùng cuûa heä thoáng Broadside (gaàn broadside): L DLN≈≈2,dN , 1 max λ Heä soá ñònh höôùng cuûa heä thoáng Endfire: L DLN≈≈4,dN , 1 max λ Heä soá ñònh höôùng cuûa heä thoáng Hansen - Woodyard: ⎛⎞L DLmax ≈≈1,805.⎜⎟ 4 ,Nd ,N 1 ⎝⎠λ
  127. 3. Hệ thống bức xạ phân bố trên một mặt phẳng M AF= ∑ e jm(1)(sincos)−+ kdx θ φβx m=1
  128. AFSS= xm yn M jm(1)(sincos)−+ kdx θ φβx Sexm = ∑ m=1 N jn(1)(sinsin−+ kdyyθ φβ ) Seyn = ∑ n=1 MN jn(1)(sinsin−+ kd θφβ ) AF= ∑∑ e jm(1)(sincos)−+ kdxxθφβ e yy mn==11
  129. MN==3 ddxy==λ /2 ββxy==0
  130. MN==3 MN= = 3 dd==λ /2 ddxy==λ /2 xy β = 0 βπx = /3 x βπ= /3 β y = 0 y
  131. MN==3 MN= = 3 ddxy==λ /2 ddxy==λ /2 βπx = /3 βπx = βπy = /3 βπy = /3
  132. MN= = 2 ddxy==λ /2 ββxy==0
  133. CHÖÔNG 5 MỘT SỐ LOAÏI ANTEN 1. Dipole daûi roäng 2. Anten Yagi 3. Anten Helic 5. Anten parabol 6. Anten vi dải
  134. 1. Dipole daûi roäng ™ Baêng thoâng cuûa anten – Pattern bandwidth – Impedance bandwidth
  135. ™Dipole daûi roäng ¾Dipole coù ñöôøng kính lôùn ¾Dipole daïng noùn keùp ¾Dipole beû voøng
  136. Dipole daûi roäng
  137. ¾Dipole coù ñöôøng kính lôùn
  138. λ l < 2
  139. λ l = 2
  140. λ l > 2
  141. ¾Dipole daïng noùn keùp
  142. Trôû khaùng vaøo cuûa dipole noùn keùp coù chieàu daøi höõu haïn
  143. Moät soá daïng dipole noùn keùp caûi bieân
  144. ¾Dipole beû voøng
  145. Trôû khaùng vaøo cuûa dipole beû voøng λ Trường hợp: l = 2 Mode ñöôøng truyeàn soùng: Zt →∞ ⇒=It 0 Mode anten: V /2 Ia = Zdipole I toång: Ia V /2 IIin=+ t =+0 22.Zdipole Trường hợp tổng quát: V ⇒==ZZin 4. dipole Iin
  146. Dipole beû voøng ñöôïc noái vôùi nguoàn coù trôû khaùng ZS = 300Ω Dipole ñöôïc noái vôùi nguoàn coù trôû khaùng ZS =Ω75
  147. Moät soá daïng Monopole
  148. 2. Anten Yagi
  149. Thoâng thöôøng phaàn töû chuû ñoäng coäâng höôûng töông öùng vôùi chieàu daøi 0,45 ÷ 0,49 λ Coù daïng dipole thöôøng hoaëc dipole beû voøng. Trong khi ñoù caùc phaàn töû höôùng xaïcoù chieàu daøi khoaûng 0, 4 ÷ 0, 45 λ vaø chuùng khoâng nhaát thieát phaûi coù chieàu daøi baèng nhau. Khoaûng caùch giöõa caùc phaàn töû höôùng xaï khoaûng 0,3 ÷ 0, 4 λ vaø chuùng cuõng khoâng nhaát thieát phaûi caùch ñeàu nhau. Chieàu daøi phaàn töû phaûn xaï lôùn hôn phaàn töû chuû ñoäng vaø noù caùch phaàn töû chuû ñoäng khoaûng 0, 25λ
  150. Xeùt moät anten Yagi:
  151. Kết quả moâ phỏng moät anten Yagi:
  152. Anten Yagi vôùi caùc chaán töû voøng
  153. 3. Anten Helic
  154. 4. Anten Parabol
  155. Minh họa một số mặt parabol
  156. Mặt phản xạ
  157. Hệ số ñònh höôùng : Vôùi G laø haøm ñònh höôùng cuûa boä kích thích theo goùc θ '
  158. Anten parabol với mặt phản xạ phụ
  159. 5. Anten Vi dải
  160. Hình dạng anten vi dải
  161. Kích thích anten vi dải
  162. Phân tích anten vi dải: Mô hình đường truyền sóng Mô hình hộp cộng hưởng
  163. Mô hình đường truyền sóng
  164. Mô hình hộp cộng hưởng
  165. Anten vi dải với phân cực tròn
  166. Ống dẫn sóng (Waveguides) •Giới thiệu • Sóng TEM, TE và TM • Ống dẫn sóng hình chữ nhật –Tần số cắt (Cutoff Frequency) –Sự truyền sóng trong ống dẫn sóng (Wave Propagation) –Vận tốc truyền sóng (Wave Velocity) –Trở kháng sóng –
  167. Waveguide components Rectangular waveguide Waveguide to coax adapter Waveguide bends E-tee Figures from: www.microwaves101.com/encyclopedia/waveguide.cfm
  168. More waveguides
  169. Một số đặc điểm •Tổn hao thấp – Ở tần số cao – Công suất lớn • Không thể hoạt động ở tần số thấp hơn một tần số xác định. –Cóthểứng dụng như một bộ lọc thông cao •Códạng tròn (circular) hoặc chữ nhật (rectangular)
  170. Waveguides Rectangular Circular • Sóng lan truyền trong các waveguide waveguide đường dây truyền sóng là sóng TEM hoặc gần TEM. • Trong ống dẫn sóng, sóng lan truyền ở mode TE hoặc TM. • Ứng với mode sóng, tồn tại Tần số giới hạn Dielectric Waveguide Optical Fiber
  171. Ống dẫn sóng hình chữ nhật •Xét ống dẫn sóng hình chữ nhật có kích thước trong a x b, • Trong Ống dẫn sóng, sóng sẽởmode TE hoặcTM. – In TE modes, the electric field is transverse to the direction of propagation. – In TM modes, the magnetic field that is transverse and an electric field component is in the propagation direction. • Mode truyền hình thành trong ống dẫn sóng quy định cho cấu hình trường trong ống dẫn sóng, và được ký hiệu qua 2 chỉ số: TEmn và TMmn. –m chỉ số lượng nửa bước sóng dọc theo trục x –n chỉ số lượng nửa bước sóng dọc theo trục y •Một mode riêng biệt chỉ được hỗ trợ khi tần số lớn hơn tần số cắt của nó. Tần số cắt được tính bởi: 22 22 1 ⎛mn ⎞ ⎛⎞ c ⎛ mn ⎞ ⎛⎞ f =+= + 8 cmn ⎜ ⎟ ⎜⎟ ⎜ ⎟ ⎜⎟ , c =×3 10 m/s 22με ⎝ab ⎠ ⎝⎠μrr ε ⎝ ab ⎠ ⎝⎠ 11 11c u == = = μεμμεεμεμεμεoror oo rr rr
  172. Tần số cắt: For air μr = 1 and ε r =1 22 22 cm⎛⎞ ⎛⎞ n cmn⎛⎞ ⎛⎞ f =+ f =+ cmn ⎜⎟ ⎜⎟ cmn ⎜⎟ ⎜⎟ 2 ⎝⎠ab ⎝⎠ 2 μεrr ⎝⎠ab ⎝⎠ where c =×3 108 m/s Location of modes: 2b=a Table 7.1: Some Standard Rectangular Waveguide Waveguide a b t fc10 freq range Designation (in) (in) (in) (GHz) (GHz) WR975 9.750 4.875 .125 .605 .75 – 1.12 WR650 6.500 3.250 .080 .908 1.12 – 1.70 WR430 4.300 2.150 .080 1.375 1.70 – 2.60 WR284 2.84 1.34 .080 2.08 2.60 – 3.95 WR187 1.872 .872 .064 3.16 3.95 – 5.85 WR137 1.372 .622 .064 4.29 5.85 – 8.20 WR90 .900 .450 .050 6.56 8.2 – 12.4 WR62 .622 .311 .040 9.49 12.4 - 18
  173. Phaân boá tröôøng trong oáng daãn soùng, mode TE10
  174. • Mode: TE10 and TE20 – In both cases, E only varies in the x direction; since n = 0, it is constant in the y direction. –For TE10, the electric field has a half sine wave pattern, while for TE20 a full sine wave pattern is observed.
  175. Caùc mode soùng khaùc:
  176. Example Let us calculate the cutoff frequency for the first four modes of WR284 waveguide. The guide dimensions are a = 2840 mils and b = 1340 mils. Converting to metric units we have a = 7.214 cm and b = 3.404 cm. 22 cm⎛⎞ ⎛⎞ n 8 fc =+⎜⎟ ⎜⎟ where c =×3 10 m/s mn 2 ⎝⎠ab ⎝⎠ 8 m cc310x 100 m TM11 TE : f == s =2.08 GHz 10 c10 TE TE TE TE 227.2141acmm() 10 20 01 11 310x 8 m 2.08 GHz 4.16 GHz 4.41 GHz 4.87 GHz ccs 100 m TE01: fc01 == =4.41 GHz 2bcmm 2() 3.404 1 c TE20: f ==4.16 GHz c20 a 310x 8 m 22 s ⎛⎞⎛⎞1 1 100cm TE : fc11 =+=⎜⎟⎜⎟ 4.87 GHz 11 2⎝⎠⎝⎠ 7.214cm 3.404 cm 1 m
  177. Rectangular Waveguide Example For air c =× 3 108 m/s
  178. Sự lan truyền sóng trong ống dẫn sóng Sự lan truyền sóng trong ống dẫn sóng có thể được xem là sự lan truyền của một cặp sóng TEM. Vận tốc truyền sóng là uu, chỉ số u chỉ ra rằng điều kiện truyền không bị giới hạn bởi thành ống. Trong không khí, uu = c.
  179. m λ 2 sinθ = a 2a u λθ==sin u mf λc, ứng với: θ = 90° 2a uu λc == mfc 22 cm⎛⎞ ⎛⎞ n ⇒=fc ⎜⎟ + ⎜⎟ mn 2 ⎝⎠ab ⎝⎠ λ f sinθ ==c λc f
  180. Vận tốc sóng TEM 11 11c Phase velocity uu == = = μεμμεεμεμεμε Wave velocity o ror oo rr rr u p where c =×3 108 m/s Group velocity Vận tốc pha: uu u u p = u 2 u p = f cosθ 1− c ()f Beach Point of contact 22 2 u cosθθ==−=− cos 1 sin θ 1 ()fc f p Phase velocity Wave velocity u Vận tốc nhóm u uu= cosθ Gu uG Group velocity f 2 uu=−1 c Gu ( f ) uu Ocean
  181. Hệ số pha: Phase velocity f 2 ββ=−1 c u Wave velocity G u ()f p Group velocity Chiều dài bước sóng: λu λG = f 2 1− c ()f Trở kháng sóng: Tỉ số giữa thành phần điện trường ngang và thành phần từ trường ngang. TE mode TM mode TE ηu 2 Zmn = , ⎛⎞f 2 TM c Zmn=−η u 1 . ⎛⎞fc ⎜⎟ 1 − ⎜⎟ ⎝⎠f ⎝⎠f
  182. Rectangular Waveguide Example
  183. Rectangular Waveguide Example Let’s determine the TE mode impedance looking into a 20 cm long section of shorted WR90 waveguide operating at 10 GHz. From the Waveguide Table 7.1, a = 0.9 inch (or) 2.286 cm and b = 0.450 inch (or) 1.143 cm. 22 cm⎛⎞ ⎛⎞ n Mode Cutoff Frequency Mode Cutoff Frequency fc =+⎜⎟ ⎜⎟ mn 2 ⎝⎠ab ⎝⎠ TE10 6.56 GHz TE10 6.56 GHz Rearrange TE01 13.12 GHz TE01 13.12 GHz TE20 13.13 GHz TE11 14.67 GHz TE11 14.67 GHz TE20 13.13 GHz TE02 26.25 GHz TE02 26.25 GHz TM11 TE10 TE01 TE20 TE11 TE02 6.56 GHz 13.12 GHz 14.67 GHz 26.25 GHz 13.13 GHz At 10 GHz, only the TE10 mode is supported!
  184. The impedance looking into a short circuit is given by TE ZjZIN = 10 tan ()βl ⎛⎞rad Z IN =Ωjm()500 tan⎜⎟ 158× 0.2 ⎝⎠m ZjIN =Ω(500) tan( 31.6) =Ωj 100 The TE mode propagation constant is The TE10 mode impedance 10 given by 22 TE 120π Ω Z ==500Ω . ⎛⎞ffcc2π f ⎛⎞ 10 ββ=−11 = − 2 u ⎜⎟ ⎜⎟ ⎛⎞6.56GHz ⎝⎠fc ⎝⎠ f 1-⎜⎟ ⎝⎠10GHz 9 2 21010π ()xHz ⎛⎞6.56GHz rad =−=1 ⎜⎟158 310x 8 m ⎝⎠10GHz m s
  185. Soùng ñöùng: Soùng ñöùng: Soùng di chuyeån
  186. Ñaàu cuoái oáng daãn soùng: Keát thuùc oáng daãn soùng baèng moät taám ñieän trôû
  187. Kích thích oáng daãn soùng:
  188. Doøng ñieän treân thaønh oáng daãn Soùng Khe phaùt xaï vaø khe khoâng phaùt xaï
  189. Caùc boä ñeäm ñieän khaùng:
  190. Truyền sóng trong cáp quang Lý thuyết về quang Cáp quang Truyền sóng trong cáp quang Các đặc tính của sự truyền sóng trong cáp quang
  191. Lý thuyết về quang • Ánh sáng có bản chất sóng, do đó lý thuyết về sóng điện từ có thể được sử dụng giải quyết các vấn đề liên quan đến sóng ánh sáng chẳng hạn sự lan tuyền của sóng ánh sáng. Để giải quyết các vấn đề này hệ phương trình Maxwell nắm vai trò chủ đạo. Và nó đủ để giải quyết các hiện tượng quang học cổ điển. • Các hiện tượng liên quan giữa ánh sáng và vật chất (bản chất hạt), chẳng hạn như sự phát xạ và hấp thụ, lý thuyết lượng tử nắm vai trò chủ đạo. Quang lượng tử có thể giải thích tất cả các hiện tượng quang học.
  192. • Trong lý thuyết sóng ánh sáng, sóng ánh sáng có thành phần vector điện trường và từ trường. • Tuy nhiên một số hiện tượng cũng ánh sáng có thể được mô tả bằng sóng vô hướng – được gọi là sóng ánh sáng, chẳng hạn như sự nhiễu xạ. •Nếu xét sóng ánh sáng xung quanh những vật thể lớn hơn bước sóng ánh sáng có thể sử dụng lý thuyết tia quang để khảo sát. Quantum Optics Electromagnetic Optics Wave Optics Ray Optics
  193. Sóng EM trong các môi trường • Hệ số khúc xạ (Refractive index) : c velocity of light (EM wave) in vacuum me n = = = = mr e r v velocity of light (EM wave) in medium m0 e 0 m r : Relative magnetic permeability e r : Relative electric permittivity Với môi trường không từ tính ( m r = 1) : n= er
  194. Wave fronts (constant phase surfaces) Wave fronts Wave fronts k l l P E r rays k P l O z Sóng phẳng Sóng cầ u Sóng phân kỳ (a) (b) (c) Các Ví dụ về sóng EM S.O.Kasap, optoelectronics and Photonics Principles and Practices, prentice hall, 2001
  195. Các quy luật phản xạ và khúc xạ Định luật phản xạ: angle of incidence = angle of reflection Định luật khúc xạ Snell: n1sinf 1= n 2 sin f 2 Optical Fiber communications, 3rd ed.,G.Keiser,McGrawHill, 2000
  196. Phản xạ toàn phần, góc tới hạn (Total internal reflection, Critical angle) Tia khúc xạ (refracted) k o t f2 = 90 f2 n 2 n 1 > n2 q k k 1 i r f1 fc Góc giới hạn f1 > fc TIR tia tia Tới Phản xạ n2 Góc tới hạn: sinfc = n1
  197. Sự dịch pha do TIR • The totally reflected wave experiences a phase shift however which is given by: d n2cos 2 q - 1 d n n2cos 2 q - 1 tan N = 1 ; tan p = 1 [2-20] 2 nsinq1 2 sinq1 n n = 1 n2 • Where (p,N) refer to the electric field components parallel or normal to the plane of incidence respectively.
  198. Ống dẫn sóng quang dựa trên TIR: (Dielectric Slab Waveguide) n2<n1 f f n1 Sự lan truyền trong ống dẫn quang hệ số khúc xạ bước.
  199. n2 Góc tối thiểu để có TIR: sinfc = ; n1 Góc tới tối đa: q 0 max Suy ra từ định luật Snell p nsinq= n sin q , q = - f 0max 1 c c2 c nsinq0max= n 1 cos fc 2 nsinq0max= n 1 1 - sin fc 2 2 nsinq0max= n 1 - n 2 Khẩu độ số (Numerical aperture): 2 2 NA=n sinq 0 max = n 1 - n2 » n1 2 D n- n D = 1 2 n1
  200. Các loại cáp quang
  201. Các mode sóng trong ống dẫn sóng æN l0 ö siny =ç ÷ < 1 è2 d ø
  202. Tần số cắt chuẩn hóa: d2 2 d V=p n1 - n 2 » p NA l0 l 0 1 Số mode : NV» 2 2
  203. Suy hao trong sợi quang • Suy hao do tán xạ • Suy hao do hấp thụ • Suy hao do các mode rò rỉ • Suy hao do ghép mode • Suy hao do cáp bị uốn cong
  204. Tán sắc (despersion) Tán sắc liên mode: z z z n1 zt = z(max) = = z zt (min) =0 = z t sinf sin 90 sinfc n2 æn1 ö æD ö Dz = zt(max) - z t (min) = zç - 1 ÷ = z ç ÷ èn2 ø è1-D ø DDz n z Dt = = 1 v c 1-D
  205. Tán sắc liên mode trên sợi quang hệ số khúc xạ thay đổi dần: n zD2 Dt = 1 8c Tán sắc vật liệu: do chỉ số khúc xạ không giống nhau với các bước sóng khác nhau. Tán sắc ống dẫn sóng: pha của các sóng tới phân biệt
  206. Tán sắc toàn phần và vận tốc truyền dữ liệu cực đại Dt()()()() tot = D t2 imd + D t 2 md + D t 2 wgd Imd: intermodal despersion, md: metaterial dispersion, wgd: waveguide dispersion tr= t w + D t() tot 1 B = tr
  207. TRUYỀN SÓNG VÔ TUYẾN
  208. Truyền sóng vô tuyến 1. Trực tiếp 2. Phản xạ 3. Tầng đối lưu 4. Qua tầng điện ly 5. Chuyển tiếp qua vệ tinh 6. Sóng mặt (sóng đất) Tầng đối lưu (troposphere): vùng thấp của khí quyền (thấp hơn 10km) Tầng điện ly (ionosphere): từ 50 km đến 1000km Ảnh hưởng đến sóng: phản xạ, khúc xạ, nhiễu xạ, tán xạ, suy hao, phân cực
  209. Tổng quan về các hiện tượng ảnh hưởng đến truyền sóng vô tuyến và ứng dụng 1. Sóng trực tiếp (line of sight): đa số radar, tuyến (SHF) từ mặt đất đến vệ tinh 2. Sóng trực tiếp cộng với phản xạ của mặt đất: VHF UHF broadcast, ground to air, air to air 3. Sóng mặt (sóng đất) : AM broadcast, thông tin hàng hải tầm ngắn
  210. 4. Bước nhảy ở tầng điện ly : MF HF broadcast , communication 5. Dẫn sóng nhờ tầng điện ly : VLF LF communication Mode bước nhảy hay mode dẫn sóng nhờ tầng điện ly phân biệt bởi mô hình toán hơn là quá trình vật lý.
  211. 6. Đường do tầng đối lưu : tuyến microwave, over the horizon (OTH) radar and communication 7. Nhiễu xạ mặt đất 8. Truyền sóng tầm thấp và bề mặt
  212. Phản xạ mặt phẳng đất
  213. Trường tổng tại anten thu: F=0: đường trực tiếp và phản xạ triệt tiêu nhau F=2: hai thành phần trực tiếp và phản xạ tăng cường trường ở phía thu Nếu:
  214. Nếu: Công suất thu được bên phía anten thu tỉ lệ:
  215. |F| min tại: |F| max tại:
  216. Độ lợi theo chiều cao: với khoảng cách d cố định
  217. example
  218. Sự phản xạ của sóng trên mặt phẳng đất