Bài giảng Nguyên lý truyền thông không dây - Chương 4: Lan truyền vô tuyến

Bài giảng Nguyên lý truyền thông không dây - Chương 4: Lan truyền vô tuyến, cung cấp cho người học những kiến thức như: Các đặc tính của sóng điện từ; Tốc độ, bước sóng và tần số; Phân loại sóng vô tuyến; Sự lan truyền vô tuyến; Phân loại Antenna; Các cơ chế lan truyền không dây;... Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Nguyên lý truyền thông không dây - Chương 4: Lan truyền vô tuyến Wireless Communications Principles and Practice Chương 4 Lan truyền vô tuyến Introduction • Sóng vô tuyến là một dạng bức xạ điện từ • Bức xạ điện từ có tính chất kép:  Trong một số trường hợp xem như sóng  Trong các trường hợp khác được xem như các hạt (photon) • Đối với tần số vô tuyến, thích hợp với mô hình sóng hơn . • Sóng điện từ có thể được tạo ra bằng nhiều phương tiện, nhưng tất cả đều liên quan đến sự chuyển động của các điện tích. Electromagnetic Wave (Sóng điện từ) • Được dự đoán bởi nhà vật lý người Anh, James Maxwell năm 1865, và được kiểm chứng thực tế bởi nhà vật lý người Đức, Heinrich Hertz, năm 1887 • Được tạo nên bởi sự rung động của dòng điện • Sóng được tạo ra có cả từ tính và điện tính, có khả năng lan truyền qua không gian. – Bằng việc sử dụng antenna, việc truyền và nhận sóng điện từ qua không gian có thể thực hiện được. – Tốc độ dao động của electron quyết định tần số sóng. Electromagnetic Wave (Sóng điện từ) • Bức xạ (radiation) điện từ tạo ra từ trường (Magnetic Field) và điện trường (Electric Field). • Hai trường này vuông góc với nhau và hướng di chuyển cũng vuông góc với cả 2 trường. • Mặt phẳng của điện trường sẽ xác định sự phân cực (polarization) của sóng Các đặc tính của sóng điện từ • Wavelength (Bước sóng) • Frequency (Tần số) • Amplitude (Biên độ) • Phase (Pha) Các đặc tính của sóng điện từ Các đặc tính của sóng điện từ • Wavelength (Bước sóng) – Khoảng cách giữa 2 đỉnh của hình sóng – Khoảng cách lan truyền được trong 1 chu kỳ (cycle) – Tần số tỷ lệ nghịch với bước sóng (tần số càng cao thì bước sóng càng ngắn và ngược lại) – Tín hiệu có bước sóng ngắn sẽ suy hao nhanh hơn khi lan truyền Các đặc tính của sóng điện từ • Frequency (Tần số) – Số lượt dao động của sóng trong 1 giây – 1 hertz (Hz) = 1 cycle per second – 1 kilohertz (KHz) = 1,000 cycles per second – 1megahertz (MHz) = 1,000,000 (million) cycles per second – 1gigahertz (GHz) = 1,000,000,000 (billion) cycles per second Sóng được đặc trưng bởi tần số và bước sóng v  f Các đặc tính của sóng điện từ • Amplitude (Biên độ): Cường độ/ mức năng lượng của tín hiệu • λ là bước sóng • Y là biên độ (amplitude) • Biên độ truyền: biên độ ban đầu tại transmitter • Biên độ nhận: cường độ sóng nhận được. Các đặc tính của sóng điện từ • Phase (Pha) – Sự khác biệt (đo bằng độ) giữa các sóng hình sin chồng lên nhau • Lệch pha (Out of phase) – Đo từ 0-360 độ • 0 – cùng pha (in phase) • 90 – lệch pha ¼ (quarter out of phase) • 180 – hủy tín hiệu ban đầu (cancels out original) Tốc độ, bước sóng và tần số • Tốc độ ánh sáng = Bước sóng x Tần số = 3 x 108 m/s = 300,000 km/s Phổ điện từ - Electromagnetic Spectrum • Phổ điện từ (Electromagnetic Spectrum) là thuật ngữ được sử dụng để mô tả toàn bộ dải tần số của bức xạ điện từ, từ 0 đến vô cực. • Phổ (Spectrum) đại diện cho 1 quãng tần số (frequency range) Phổ điện từ Sóng vô tuyến (Radio wave) • Sóng radio là sóng điện từ có bước sóng lớn hơn 1 mm. (Sóng điện từ có tần số thấp hơn 300 GHz). • Trong phạm vi này, sóng có thể được dùng để truyền thông. • Hầu hết công nghệ truyền thông không dây đều dùng sóng radio, và từ ‘wireless’ và ‘radio’ thường được hiểu như nhau. Sóng vô tuyến (Radio wave) • Để truyền dữ liệu từ điểm này đến điểm khác, dữ liệu phải được biểu diễn dưới dạng tín hiệu: – Điện thế chạy qua dây cáp bằng đồng. – Xung ánh sáng truyền qua cáp quang – Bức xạ vô tuyến truyền qua không khí Phân loại sóng vô tuyến Loại sóng Tần số Bước sóng Sóng dài và cực dài 3-300kHz 100km-1km Sóng trung 0,3-3MHz 1000m-100m Sóng ngắn 3-30MHz 100m-10m Sóng cực ngắn 30-3000MHz 10m-0,01m • Dao động điện từ tần số nhỏ  bức xạ rất yếu  không có khả năng truyền đi xa. • Trong thông tin vô tuyến, sử dụng những sóng có tần số từ hàng nghìn hec trở lên, gọi là sóng vô tuyến. • sóng càng ngắn (tức là tần số càng cao) thì năng lượng sóng càng lớn Phân loại sóng vô tuyến • Các sóng dài ít bị nước hấp thụ  được dùng để thông tin dưới nước, ít được dùng để thông tin trên mặt đất. • Các sóng trung truyền dọc theo bề mặt của trái đất. Ban ngày chúng bị tầng điện li hấp thụ mạnh, nên không truyền được xa. Ban đêm, tầng điện li phản xạ các sóng trung nên chúng truyền được xa. Vì vậy ban đêm nghe đài bằng sóng trung rõ hơn ban ngày (Ground wave ) Phân loại sóng vô tuyến • Các sóng ngắn có năng lượng lớn hơn sóng trung. Chúng được tầng điện li phản xạ về mặt đất, mặt đất phản xạ lại lần thứ hai tầng điện li phản xạ lần thứ ba v.v… Vì vậy một đài phát sóng ngắn với công suất lớn có thể truyền sóng đi mọi địa điểm trên mặt đất (Phát thanh ở phạm vi quốc tế- Sky wave) • Các sóng cực ngắn có năng lượng lớn nhất, không bị tầng điện li hấp thụ hoặc phản xạ, có khả năng truyền đi rất xa theo đường thẳng, và được dùng trong thông tin vũ trụ. Vô tuyến truyền hình dùng các sóng cực ngắn, không truyền được xa trên mặt đất. Muốn truyền hình đi xa, người ta phải làm các đài tiếp sóng trung gian, hoặc dùng vệ tinh nhân tạo để thu sóng của đài phát (Điện thoại di động, hệ thống vệ tinh, … - Space Wave) Phân loại sóng vô tuyến Ground wave: Sóng mặt đất Space wave: Sóng không gian Sky wave: Sóng trời Troposphere: tầng đối lưu Stratosphere: tầng bình lưu Mesosphere: tầng giữa Ionosphere: tầng điện ly ...