intTypePromotion=1

Anten và truyền sóng

Chia sẻ: Phan Quang Long | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:32

0
284
lượt xem
96
download

Anten và truyền sóng

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Chương trình môn học.Phần 1: Chương 1: Lịch sử phát triển anten.Chương 2: Mô tả các đặc tính bức xạ của anten. Chương 3: Lý thuyết anten, chương 4: Hệ thống bức xạ.Chương 5: Các loại anten.Phần 2:Chương 1: Truyền sóng vô tuyến, Chương 2: Truyền sóng đường dây dẫn, Chương 3:Truyền sóng ống dẫn sóng, Chương 4: Truyền sóng qua cáp quang

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Anten và truyền sóng

  1. Anten và truy n sóng ThS. Ph m Minh Nam 1 Tài li u tham kh o Lê Ti n Thư ng-Tr n Văn Sư ,Truy n sóng và Anten, NXB ð i h c Qu c Gia TPHCM –2010 Constantine A.Balanis, Antenna theory analysis and design, John Wiley & Son.Inc.,1997. David M. Pozar, Microwave Engineering, John Wiley & Son.Inc, 1998 2 1
  2. Chương trình môn h c Ph n 1 Chương 1: L ch s phát tri n anten Chương 2: Mô t các ñ c tính b c x c a anten Chương 3: Lí thuy t anten Chương 4: H th ng b c x Chương 5: Các lo i anten Ph n 2 Chương 1: Truy n sóng vô tuy n Chương 2: Truy n sóng ñư ng dây d n Chương 3: Truy n sóng ng d n sóng Chương 4: Truy n sóng qua cáp quang 3 ðánh giá Ti u lu n Hình th c làm ngoài gi Th i gian 3 tu n Thi gi a kỳ Hình th c thi t lu n Th i gian thi 60 phút Thi cu i kỳ Hình th c thi t lu n Th i gian thi 60 phút 4 2
  3. Chương 1 L ch s phát tri n Anten ThS. Ph m Minh Nam 5 L ch s phát tri n Anten Anten là h th ng cho phép truy n và nh n năng lư ng trư ng ñi n t . Anten có th ñư c xem như thi t b dùng ñ truy n năng lư ng trư ng ñi n t gi a máy phát và máy thu mà không c n b t kỳ phương ti n truy n d n t p trung nào như cáp ñ ng, ng d n sóng ho c s i quang… Anten ñư c ưa chu ng trong vi c chuy n t i các trư ng ñi n t t n s cao. 6 3
  4. L ch s phát tri n Anten Các sóng trư ng ñi n t chi ph i ho t ñ ng c a Anten ñư c di n t b i h phương trình Maxwell (1876). H phương trình Maxwell ñã th ng nh t các ñ nh lu t trư c ñó như Ampere, Faraday… 1886: Heinrich Hertz ki m ch ng ñư c s t nt i sóng ñi n t . 1897: Alexander Popov phát tri n tuy n Anten th t ñ u tiên có kh năng truy n xa 3 d m. 7 L ch s phát tri n Anten 1901: Guglielmo Marconi ñã hi n th c ñư c thông tin vô tuy n xuyên ð i Tây Dương. 1916: L n ñ u tiên s d ng ñi u biên ñ truy n tín hi u ti ng nói. 1934: T o ra h th ng vô tuy n thương m i ñ u tiên gi a Anh và Pháp ho t ñ ng 1.8G 1940-1945: Phát tri n Anten dùng trong radar, Anten ph n x , Anten th u kính, Anten dãy… Hi n nay Anten ñư c s d ng trong nhi u lĩnh v c khác nhau như GPS, WLAN… 8 4
  5. Chương 2 Các đ c tính c a Anten ThS. Ph m Minh Nam 9 Các đ c tính c a Anten Anten Tr kháng vào c a Anten Xem Anten như m ng m t c a Tr kháng vào: ZA = RA + jXA Thông thư ng RA g m 2 thành ph n + Rr là ñi n tr b c x 10 + RL là ñi n tr tiêu hao c a Anten 5
  6. Các đ c tính c a Anten Anten Tr kháng vào c a Anten G i PA là công su t h p th t i ñ u vào Anten. VA và IA là ñi n áp và dòng ñi n t i ñ u vào Anten. { } 1 PA = Re VA I * A 2 ZA VS VA = VS IA = Z A + ZS Z A + ZS 2 VS R A PA = 2 2 Zs + Z A 11 Các đ c tính c a Anten Anten Tr kháng vào c a Anten N u có ph i h p tr kháng liên h p ZA* = ZS 2 V PA = S 8 RS N u không tho ZA* = ZS thì ch có m t ph n công su t c a ngu n ñ n ñư c anten: 4R A R g PA = qPS = 1− | Γ |2 q= 2 | Zg + Z A | 12 q ñư c g i là h s ghép công su t 6
  7. Các đ c tính c a Anten Anten Tr kháng vào Anten Khi ZS là thu n tr (XS = 0) Z A − ZS PA = qPS 2 q = 1- Γ Γ= Z A + ZS Các phương trình trên cho phép ñánh giá công su t PA (công su t h p th b i Anten) v i PS trong ñó quan tâm ñ n h s q là h s ghép công su t gi a máy phát và t i . 13 Các đ c tính c a Anten Anten Hi u su t Anten G i PA là t ng công su t do ngu n cung c p ñ n Anten, Pr là công su t b c x , PL là công su t tiêu hao do to nhi t (PA = Pr + PL). Hi u su t b c x c a Anten là t s gi a công su t b c x và công su t nh n ñư c t i ngõ vào Anten Pr Pr e= = Pr+P L PA S khác nhau gi a PA và Pr là do công su t tiêu hao PL. 14 7
  8. Các đ c tính c a Anten Anten Hi u su t Anten Ñieän trôû böùc xaï Rr theå hieän phaàn coâng suaát coù ích ñöôïc böùc xaï bôûi anten. Ñaây laø ñieän trôû töông ñöông tieâu thuï löôïng coâng suaát baèng coâng suaát böùc xaï Pr. Ñieän trôû tieâu hao RL theå hieän phaàn coâng suaát tieâu taùn bôûi anten döôùi daïng nhieät do vaät lieäu laøm neân anten. Neáu anten khoâng tieâu taùn thì RL = 0. Hieäu suaát anten theå hieän phaàn coâng suaát böùc xaï treân Rr so vôùi coâng suaát treân toaøn RA. P Rr e= r = PA R r + R L 15 Các đ c tính c a Anten Anten Trư ng đi n t b c x t o b i Anten Xét trư ng b c x trong h to ñ c u 16 8
  9. Các đ c tính c a Anten Anten Trư ng đi n t b c x vùng xa t o b i Anten Trư ng ñi n vùng xa Anten có th bi u di n r r e − jkr ( ) r r E( r ) = Fθ (θ, ϕ) iθ + Fϕ (θ, ϕ) iϕ r Trong ñó k = ω ε 0µ 0 = 2 π / λ µ 0, ε 0 là ñ th m t và ñi n trong KGTD r là kho ng cách t Anten ñ n ñi m kh o sát D là ñư ng kính hình c u ngo i ti p Anten πD 2 ði u ki n vùng xa: r>>D, r>>λ, r>> λ 17 Các đ c tính c a Anten Anten Trư ng đi n t b c x t o b i Anten Nh n xét: Trư ng ñi n lan truy n xa d n Anten theo hư ng ir r Trư ng ñi n suy hao theo 1/r vì s m r ng hình c u c a sóng (hình c u kh o sát) Trư ng ñi n ch có các thành ph n vuông r r iϕ góc v i chi u truy n sóng iθ và r r Cư ng ñ c a trư ng theo iθ và iϕ ph thu c vào hư ng b c x và ñư c xác ñ nh b i các hàm tương ng là Fϕ (θ, ϕ) và Fθ (θ, ϕ18 ) 9
  10. Các đ c tính c a Anten Anten Trư ng đi n t b c x t o b i Anten Trư ng t vùng xa Anten có th bi u di n { } rr 1r r H (r ) = ir xE (r ) η r r 1 e − jkr r r (Fθ (θ ,ϕ )iθ + Fϕ (θ ,ϕ )iϕ ) H (r ) = ηr η là tr sóng c a môi trư ng. Trong không khí µ0 η = η0 = = 120π ε0 πD 2 ði u ki n vùng xa: r>>D, r>>λ, r>> λ 19 Các đ c tính c a Anten Anten Trư ng đi n t b c x t o b i Anten Nh n xét: Trư ng t c a Anten không có thành ph n d c theo ir r Gi ng như sóng ph ng, c trư ng ñi n và trư ng t vùng xa Anten ñ u vuông góc v i phương truy n sóng và vuông góc v i nhau 20 10
  11. Các đ c tính c a Anten Anten Cư ng đ , công su t trư ng đi n t Vector Poynting trung bình, t c m t ñ dòng công su t c a trư ng b c x [W/m2] ( ) rr 1 rr W( r ) = Re E × H* && 2 2r 1 Fθ (θ, ϕ) + Fϕ (θ, ϕ)  ⋅ ir 2 = 2η r 2     Nh n xét Công su t ch y theo chi u tr c xa d n Anten M t ñ b c x suy gi m theo bình phương kho ng cách 21 Các đ c tính c a Anten Anten Cư ng đ , công su t trư ng đi n t ð nh nghĩa cư ng ñ b c x [W/SteRadian] 1 Fθ (θ, ϕ) + Fϕ (θ, ϕ)  r 2 2 U(θ, ϕ) = r 2 W( r ) = 2η     => Cư ng ñ b c x không ph thu c vào r Công su t b c x r r uur = ∫∫ W (r ) dS Prad S 22 11
  12. Các đ c tính c a Anten Anten Cư ng đ , công su t trư ng đi n t Công su t b c x r r uur = ∫∫ W (r ) dS Prad S Prad = ∫∫U (θ , ϕ )dΩ S dΩ = sin θ .dθ .dϕ 23 Các đ c tính c a Anten Anten Ví d 1 M t Anten b c x m t trư ng ñư c cho b i Fθ (θ , ϕ ) = sin θ , gi s hi u su t Anten là 25%, dòng ngõ vào Anten là 1A. a) Vector m t ñ b c x b) M t ñ b c x c) Cư ng ñ b c x d) T ng công su t ñư c b c x b i Anten e) ði n tr Rr c a Anten f) ði n tr RL c a Anten g) ði n tr vào c a Anten 24 h) T ng công su t ñ u vào c a Anten 12
  13. Các đ c tính c a Anten Anten Ví d 1 Gi i a) Vector m t ñ b c x [ ] rr 2r r 1 1 2 Fθ (θ , ϕ ) + Fϕ (θ , ϕ ) .ir = sin 2 θ .ir W (ir ) = 2η .r 2 2η .r 2 V i KGTD: η = 120π rr r 1 sin 2 θ .ir W (ir ) = => 240π .r 2 25 Các đ c tính c a Anten Anten Ví d 1 b) M t ñ b c x Anten rr r 1 sin θ .ir W (ir ) = 2 240π .r 2 c) Cư ng ñ b c x r 1 U (θ , ϕ ) = r 2W (ir ) = sin 2 θ 240π 26 13
  14. Các đ c tính c a Anten Anten Ví d 1 d) T ng công su t b c x b i Anten Prad = ∫∫ U (θ , ϕ )dΩ S 1 1 = ∫∫ ∫ sin θ .dθ .dϕ sin 2 θ sin θ .dθ .dϕ = 3 240π 240π S S 2π 2π π π 1 ∫∫ ∫ sin 3 θ .dθ .dϕ = sin 3 θ .dθ = 240π 240π 0 0 0 2π 41 = x = [W ] 240π 3 90 27 Các đ c tính c a Anten Anten Ví d 1 e) ði n tr Rr c a Anten 2 .P r 1 Rr = = [Ω ] 2 45 IA f) ði n tr RL c a Anten Pr Rr e= = = 0.25 PA Rr + RL 1 1 RL = (1 − 0.25). = [Ω] 45 15 28 14
  15. Các đ c tính c a Anten Anten Ví d 1 g) ði n tr RA c a Anten 4 R A = Rr + RL = [Ω ] 45 h) Công su t t i ngõ vào c a Anten Pr e= PA 4 PA = Pr + PL = [Ω] 90 29 Các đ c tính c a Anten Anten S phân c c Là hình nh ñ l i b i ñ u mút c a vetor trư ng khi ñư c quan sát d c theo chi u truy n sóng Ví duï: theo höôùng ñang quan saùt treân hình veõ laø phaân cöïc tuyeán tính 30 15
  16. Các đ c tính c a Anten Anten S phân c c Phân c c c a m t Anten có th ñư c phân lo i: Tuy n tính Tròn Elip Phân c c Anten là m t ñ c tính ph thu c vào chi u. ð i v i phân c c tròn hay Elip còn phân bi t quay theo chi u kim ñ ng h (tay ph i) hay ngư c chi u kim ñ ng h (tay trái) 31 Các đ c tính c a Anten Anten S phân c c – Ví d Ví d : Trư ng ñi n t vùng xa ñư c b c x b i anten như sau: r r e − jkr (sin θ . cos ϕ.iθ + j. sin θ .iϕ ) r r E (r ) = r Xác ñ nh s phân c c c a Anten d c theo a) +x b) +y 32 16
  17. Các đ c tính c a Anten Anten S phân c c – Ví d Gi i: r rr r π iθ = −iz , iϕ = iy , r = x θ= ,ϕ = 0 a) +x: 2 r r e − jkx r r (− iz + j.iy ) E (r ) = x 33 Các đ c tính c a Anten Anten S phân c c – Ví d rr E (r ) theo th i gian N u bi u di n { } rr rr E (r , t ) = Re E (r , t ).e − jωt  e − jkr r (− iz + j.iy ) r = Re   r   r e − jkr jωt r j π e − jkr  = Re ( −iz ). .e + (i y ).e 2 .  x x  cos(ωt − kx) r cos(ωt − kx + π / 2) r rr E (r , t ) = .(−iz ) + .(i y ) x x 34 17
  18. Các đ c tính c a Anten Anten S phân c c – Ví d cos(ωt − kx) r cos(ωt − kx + π / 2) r rr E (r , t ) = .(−iz ) + .(i y ) x x Các thành ph n trư ng theo z, y b ng nhau và l ch pha nhau 900 => D u v t c a ñ nh vector trư ng t ng h p là h ng s theo th i gian => Trư ng ñư c phân c c tròn. N u nhìn theo chi u truy n sóng thì sóng ñư c phân c c tròn tay trái 35 Các đ c tính c a Anten Anten S phân c c – Ví d b) +y: π π θ= ,ϕ = 2 2 r rr r iθ = −iz , iϕ = −ix , r = y e − jky r rr E ( r ) = − j. .ix y Trư ng ñi n theo th i gian cho b i: cos(ωt − ky − π / 2) r { } rr rr E ( r , t ) = Re E (r ).e jωt = .ix y 36 18
  19. Các đ c tính c a Anten Anten S phân c c – Ví d b) +y: cos(ωt − ky − π / 2) r rr E (r , t ) = .ix y Ch có thành ph n trư ng ñi n theo phương x => Trư ng ñư c phân c c tuy n tính d c theo tr c x. 37 Các đ c tính c a Anten Anten Đ th b c x ð th b c x c a m t Anten là m t s bi u di n b ng ñ th các tính ch t b c x c a m t Anten. ð th b c x có th bao g m các thông tin v phân b năng lư ng, pha, s phân c c trong các trư ng b c x . Thông thư ng quan tâm nh t là v phân b năng lư ng tương ñ i U (θ , ϕ ) trên hình c u bao quanh Anten và s ñư c tham kh o như ñ th công su t. 38 19
  20. Các đ c tính c a Anten Anten Đ th b c x Ngư i ta thư ng dùng m t c t thay cho hình kh i không gian ñ bi u di n ñ th b c x 39 Các đ c tính c a Anten Anten Đ th b c x Khi v ñ th b c x , thư ng so sánh ch t lư ng Anten theo các chi u khác nhau, do ñó ngư i ta thư ng chu n hoá giá tr t i ña c a hàm ñư c v là ñơn v . ð th b c x bây gi thành ñ th chu n hoá. Cư ng ñ b c x chu n hoá và hàm ñ l n c a trư ng như sau U (θ , ϕ ) F (θ , ϕ ) Fn (θ , ϕ ) = U n (θ , ϕ ) = Fmax U max U max = max{U (θ , ϕ ), 0 ≤ θ ≤ π , 0 ≤ ϕ ≤ 2π } Fmax = max{F (θ , ϕ ), 0 ≤ θ ≤ π , 0 ≤ ϕ ≤ 2π } 40 20
ADSENSE
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2