Bài giảng Kỹ thuật anten truyền sóng - Chương 3: Lý thuyết anten

Chia sẻ: Kiếp Này Bình Yên | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:29

Thêm vào BST

Báo xấu

137
lượt xem 26
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Chương 3 giúp người học nắm bắt được các lý thuyết anten thông qua những nội dung cụ thể như: Các phương trình Maxwell và quan hệ nguồn – trường, Dipole hertz (nguyên tố anten thẳng), anten Dipole ngắn, anten Dipole ngắn có tải kháng, anten Dipole có chiều dài hữu hạn,… Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Kỹ thuật anten 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  V' R dv ' V’ R  r r ' 1 J (r ').e jk r r ' A(r )  4  V' r r ' dv '
1 J (r ').e jk r r ' A(r )  4  V' r r ' dv ' 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  V' r r ' dv ' - Vôùi ñieàu kieän ñieåm quan saùt raát xa anten: r r' R  r  r '  r  r '.rˆ - 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 '.rˆ e jkr  1   A( r )   J (r ').e r '.rˆ jk .r '.rˆ  .dv ' r  4 V'  Khoâng phuï thuoäc vaøo khoaûng caùch r thuï thuoäc vaøo höôùng: rˆ , hay :  , 
2. DIPOLE HERTZ (nguyeân toá anten thaúng) l z 2 1 I .e jkR A 4 C ' R dl '.zˆ I I0 - Vôùi ñieàu kieän ñieåm quan saùt raát xa anten: r r'  R  r  r '  r  r '.rˆ  l 2 - Vôùi ñieàu kieän: l  z A A  R  r r '  r  r  rˆ Ar 1 I .e jkr I .l.e jkr M  A 4 C ' r dl '.zˆ  4 .r .zˆ  R r ˆ dl ' l O I
- Vôùi H (r )   A(r ) I .l  jk 1   jkr ˆ  H (r )   e .sin  . 4  r r 2  1 E (r )   H (r ) j I .l  j  1   jkr  E (r )     3 e .sin  .ˆ 4  r r 2 j .r  I .l  1   jkr  2  r 2 j .r 3  e .cos  . rˆ   
I .l  jk 1   jkr ˆ H (r )   e .sin  . 4  r r  2 I .l  j  1   jkr ˆ  I .l    1  e jkr .cos  . rˆ E (r )    e .sin   . 4  r r 2 j .r 3  2  r 2 j .r 3  I .l  j   jkr E (r )    e .sin  .ˆ  E (r ).ˆ 4  r  I .l  jk   jkr ˆ  H (r ).ˆ  E (r ) .ˆ H (r )  e .sin  . 4  r   
* Caùc ñaëc tröng cuûa truôøng böùc xaï töø dipole Hertz:   .  I .l 2 .sin 2  2 1  2 k - Cöôøng ñoä böùc xaï: U ( ,  )  2 F ( ,  )  F ( ,  ) 2.   32. 2    2 k 2 . PR   U ( ,  ).d       2 - Coâng suaát böùc xaï: I .l .sin 3  .d .d  0  0 32. 2 k 2 .   2 PR  I .l 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  ,  , pˆ inc   .G  ,   . pˆ  ,   . pˆ inc 2 , (m 2 ) 4 2 3 2 ˆ 2 Ae  ,  , pˆ inc   .e. sin  .  . pˆ inc 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, ).zˆ T ( z, )   L 2 2 2  0 ,   jkr L 2  e  1  z  A( r )  r  4 L I ( r ').dl '. ˆ z  L   2  2 e jkr 1  A( r )  I 0 .L.zˆ I0 r 8 I L L  2
e jkr 1 A( r )  I 0 .L.zˆ r 8 e jkr jk e jkr jk  E (r )  I 0 .L.sin  .ˆ H (r )  I 0 .L.sin  .ˆ r 8 r 8 k 2  U  ,    ( I .L ) 2 .sin 2  128 2 0 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,  ,  ).zˆ 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  L 2  e 1   r 4  L  A( r )  I ( r ').dl '. ˆ z    2  L  2 e jkr 1  A(r )  K . I 0 .L.zˆ 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 .L ) 2 .sin 2  32 2 0 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   .zˆ ~ 6  2  L 7 8 9 10
1 J (r ').e jk r r ' z A(r )  4  V' r r ' dv ' 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 L 0 r  r '.rˆ - Ñoái vôùi heä soá pha khoâng theå boû qua thaønh phaàn : r '.rˆ r '.rˆ e jkr   L/2  A( r )    I .e jk .r '.rˆ .dz.zˆ  4 .r   L / 2  e jkr   L/2  L   jk .r '.rˆ  A( r )    I 0 .sin  k   z   .e .dz.zˆ  4 .r   L / 2  2   e jkr 2 I 0 cos (kL / 2).cos    cos(kL / 2)  A(r )  .zˆ 4 .r k sin  2
e jkr jk ˆ  2 cos  (kL / 2).cos    cos(kL / 2)   E (r )  . .I 0 .sin  . .  .  r 4 k sin  2  e jkr jk ˆ  2 cos  (kL / 2).cos    cos(kL / 2)   H (r )  . .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  0 2 2  sin  Coâng suaát böùc xaï: PR   U ( ,  ).d  I 02 .  .  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  2 cos   j ˆ eikr E (r )  I o 2 r sin     ikr cos  2 cos   j ˆ e H (r )  I o 2 r sin  2     cos  2 cos    2  U ( , )  I o   8  2 sin      2  PR  I 2  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   