Bài giảng Anten và truyền sóng: Chương 3 - Lý thuyết anten

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:29

Thêm vào BST

Báo xấu

5
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng "Anten và truyền sóng: Chương 3 - Lý thuyết anten" trình bày về lý thuyết anten, cung cấp những kiến thức nền tảng về các tham số và đặc tính bức xạ của anten, giúp người học hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động và đặc tính của các loại anten, từ đó áp dụng vào thiết kế và triển khai hệ thống truyền thông hiệu quả.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Anten và truyền sóng: Chương 3 - Lý thuyết anten

CHÖÔNG 3 LYÙ THUYEÁT ANTEN 1. CAÙC PHÖÔNG TRÌNH MAXWELL VAØ QUAN HEÄ NGUOÀN - TRÖÔØNG  E (r )   j B (r );  H (r )  j D(r )  J (r ) .B(r )  0;  .D(r )   (r ) E (r ) - vectô cöôøng ñoä ñieän tröôøng V / m H (r ) - vectô cöôøng ñoä töø tröôøng  A / m D(r ) - maät ñoä thoâng löôïng ñieän Coulomb / m2 (C / m2 ) B (r ) - maät ñoä thoâng löôïng töø Tesla = Weber/ m (T  Wb / m ) 2 2 J (r ) - maät ñoä doøng ñieän toång  A / m2     (r ) - maät ñoä ñieän tích  C / m3   
- Theá vector quan heä vôùi tröôøng: H (r )   A(r ) - Qua caùc bieán ñoåi suy ra phöông trình soùng cho theá vector A: 2 A(r )   2  A(r )   J (r ) - Nghieäm cuûa phöông trình soùng: 1 J (r ').e jkR A( r )  4  R dv ' V' V’ R  r r ' 1 J (r ').e jk r r ' A(r )  4  r  r ' dv ' V'
1 J (r ').e jk r r ' A(r )  4  r  r ' dv ' V' z J  r1 '  jk r  ri ' 1 J (ri ').e A(r ) 4  i 1, N r  ri ' .vi M J  r2 ' r r1 ' r2 ' J  r3 ' r3 ' y x
1 J (r ').e jk r r ' A(r )  4  r  r ' dv ' V' - Vôùi ñieàu kieän ñieåm quan saùt raát xa anten: r r' R  r  r '  r  r '.r ˆ - Ñoái vôùi heä soá ôû maãu soá coù theå xaáp xæ: R  r r '  r  r 1 J (r ').e jk r .e jk .r '.rˆ R  r r '  A( r )  4  r dv ' V' r' r r  r '.r ˆ e jkr  1   A( r )   J (r ').e ˆ r '.r ˆ jk .r '.r  .dv ' r  4 V'  Khoâng phuï thuoäc vaøo khoaûng caùch r thuï thuoäc vaøo höôùng: r , hay :  ,  ˆ
2. DIPOLE HERTZ (nguyeân toá anten thaúng) l z 2 1 I .e jkR A 4 ' R dl '.z ˆ I C I0 - Vôùi ñieàu kieän ñieåm quan saùt raát xa anten: r r'  R  r  r '  r  r '.r ˆ  l 2 - Vôùi ñieàu kieän: l  z A A  R  r r '  r  r  ˆ r Ar 1 I .e jkr I .l.e jkr M  A 4 ' r dl '.z  4 .r .z C ˆ ˆ  R r ˆ dl ' l O I
- Vôùi H (r )   A(r ) I .l  jk 1   jkr ˆ  H (r )   2  e .sin  . 4  r r   1 E (r )   H (r ) j I .l  j  1   jkr ˆ  E (r )   r  2 3 e .sin  . 4  r j .r  I .l  1   jkr  2  r 2 j .r 3  e .cos  . r  ˆ  
I .l  jk 1   jkr ˆ H (r )   2  e .sin  . 4  r r   I .l  j  1   jkr ˆ I .l   1   jkr E (r )   r  2 3 e .sin  .   r 2 j .r 3  e .cos  . r  ˆ 4  r j .r  2   I .l  j   jkr ˆ ˆ E (r )  4   r  e .sin  .  E (r ).  I .l  jk   jkr ˆ ˆ E (r ) ˆ H (r )  r  e .sin  .  H (r ).   . 4   
* Caùc ñaëc tröng cuûa truôøng böùc xaï töø dipole Hertz: 1  k 2 . F ( ,  )  F ( ,  )    32. 2  I .l  .sin 2  2 - Cöôøng ñoä böùc xaï: U ( ,  )  2 2 2.     2 k 2 . PR   U ( ,  ).d      I .l  .sin 3  .d .d 2 - Coâng suaát böùc xaï:  0  0 32. 2 k 2 .  I .l  2 PR  12 - Ñieän trôû böùc xaï: PR k 2 . 2 RR  2  l I 6 2 U ( ,  ) 3 - Ñoä ñònh höôùngï: D( ,  )   sin 2  PR 2 4 2 - Dieän tích hieäu duïng: Ae  ,  , pinc   .G  ,   . p  ,   . pinc 2 ˆ ˆ ˆ , (m 2 ) 4 2 3 2 ˆ 2 Ae  ,  , pinc   ˆ .e. sin  .  . pinc ˆ 4 2
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   2z L L L 1  , z  I  I 0 .T ( z, ).z ˆ T ( z, )   L 2 2 2  0 ,   jkr 2 L  e  1 ˆ z  A( r )  r  4 L I (r ').dl '.z  L    2   2 e jkr 1  A( r )  ˆ I 0 .L.z I0 r 8 I L L  2
e jkr 1 A( r )  ˆ I 0 .L.z r 8 e jkr jk ˆ e jkr jk ˆ  E (r )  I 0 .L.sin  . H (r )  I 0 .L.sin  . r 8 r 8 k 2  U  ,    ( I 0 .L)2 .sin 2  128 2 k 2  PR  ( I 0 .L)2 48 So saùnh vôùi ñieän trôû k 2 . böùc xaï cuûa dipole  RR   L 2 k 2 . 2 24 Hertz: RR  l  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.
4. ANTEN DIPOLE NGAÉN COÙ TAÛI KHAÙNG L  z z z L L L 2 2 2  .I 0 L . 2 I0 I0 I0 I I I L L L    2 2 2 Taûi caûm Taûi dung Taûi khaùng keát hôïp
L Phaân boá doøng treân anten: I  I 0 .R( z,  ,  ˆ ).z 2 z L  2(1   ) z L 1 , z  . 2  L 2  .I 0 L   2 z L L R( z,  ,  )    , .  z  L 2 1   L(1   ) 2 2 . 2 0 , I0   I  jkr L2  1  ˆ e r 4  L  A( r )  I (r ').dl '.z   2    L  2 e jkr 1  A(r )  K . ˆ I 0 .L.z r 4 Taûi khaùng keát hôïp 1 K  (   ) 2
jk e jkr  E (r )  K . . .I 0 .L.sin  .ˆ 4 r jk e jkr H (r )  K . . .I 0 .L.sin  .ˆ 4 r k 2  U  ,    K 2 . ( I 0 .L)2 .sin 2  32 2 k 2  PR  K . 2 ( I 0 .L)2 12 k 2 .  L 2  RR  K . 2 6
5. ANTEN DIPOLE COÙ CHIEÀU DAØI HÖÕU HAÏN (so saùnh ñöôïc vôùi böôùc soùng) * Söï phaân boá doøng treân anten 1 I 0.8 0.6 0.4 0.2 0 -0.2 -0.4 -0.6 x -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 8 9 10 L/2 0 ~ 1 2 z 3 4 5  L  I I  I 0 .sin  k   z   .z ˆ ~ 6  2  L 7 8 9 10
1 J (r ').e jk r r ' z A(r )  4  r  r ' dv ' V' Do : L , r L R  r  r '  r  r '.r ˆ M R  r r ' - Ñoái vôùi heä soá ôû maãu soá coù theå xaáp xæ: r' r R  r r '  r  r L 0 r  r '.r ˆ - Ñoái vôùi heä soá pha khoâng theå boû qua thaønh phaàn : r '.rˆ ˆ r '.r e jkr   L/2  A( r )    I .e ˆ jk .r '.r ˆ .dz.z  4 .r   L / 2  e jkr   L/2  L   jk .r '.rˆ  A( r )    I 0 .sin  k   z   .e ˆ .dz.z  4 .r   L / 2  2   e jkr 2 I 0 cos (kL / 2).cos    cos(kL / 2)  A(r )  ˆ .z 4 .r k sin  2
 E (r )  e jkr jk . ˆ.  2 . cos  (kL / 2).cos    cos(kL / 2)  .I 0 .sin  .   r 4 k sin  2   H (r )  e jkr jk ˆ.  2 . cos  (kL / 2).cos    cos(kL / 2)  . .I 0 .sin  .   r 4  k sin 2   Tröôøng ñöôïc dieãn taû bôûi 2 heä soá: e jkr jk Gioáng tröôøng ñöôïc sinh ra bôûi . .I 0 .sin  r 4 anten dipole Hertz.  2 cos (kL / 2).cos    cos(kL / 2)   .  Heä soá khoâng gian k sin  2 
Cöôøng ñoä böùc xaï:  cos  (kL / 2).cos    cos(kL / 2)  2  U ( ,  )  I2 sin  .  2  8 sin 2  0 2   Coâng suaát böùc xaï: PR   U ( ,  ).d  I 0 . 2  .  ln(kL)  Ci(kL)  0.5sin(kL). Si(2kL)  2 Si(kL)  4  0.5cos(kL)   ln(kL / 2)  Ci(2kL)  2Ci(kL)    x cos y sin y Ci( x)    dy ; Si( x)   dy x y 0 y   0.5772 Haèng soá Euler
Ñieän trôû böùc xaï: 2 PR RR  2 I0   .  ln(kL)  Ci(kL)  0.5sin(kL). Si(2kL)  2 Si( kL)  2  0.5cos(kL)   ln(kL / 2)  Ci(2kL)  2Ci(kL)  
DIPOLE NÖÛA BÖÔÙC SOÙNG:   cos  cos   j ˆ eikr 2  E (r )  I o 2 r sin    cos  cos   j ˆ eikr 2  H (r )  I o 2 r sin  2     cos  cos    2  2  U ( , )  I o  8 2  sin        2  PR  I2  y  ln(2 )  Ci(2   2.435I o 8 8 o
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: 2 PR RR  2  73    I0 Thaønh phaàn ñieän khaùng: 42.5    Trôû khaùng: Z A  73  j 42.5   