Bài giảng Siêu cao tần - Trường Đại học Thái Bình

Bài giảng Siêu cao tần cung cấp cho người đọc những kiến thức như: Nhập môn kỹ thuật VIBA; Đường dây truyền sóng; Đồ thị Smith; Ma trận tán xạ. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung đầy đủ dưới đây.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Siêu cao tần - Trường Đại học Thái Bình TRƯỜNG ĐẠI HỌC THÁI BÌNH KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ BÀI GIẢNG SIÊU CAO TẦN Thái Bình, tháng 6 năm 2019 1 Danh mục Trang Chương 1: Đường dây truyền sóng 5 1.1. Khái niệm 5 1.2. Phương trình truyền sóng trên đường dây 5 1.3. Các môi trường truyền sóng trong thực tế 10 1.4. Hiện tượng phản xạ sóng trên đường dây – hệ số phản xạ 15 1.5. Trở kháng đường dây – dẫn nạp đường dây 20 1.6. Hiện tượng sóng đứng – hệ số sóng đứng 27 Chương 2: Đồ thị Smith 34 2.1 Giới thiệu 34 2.2 Các đồ thị vòng tròn 34 2.3 Đồ thị Smith 40 2.4 Ứng dụng cơ bản của đồ thị Smith 45 2.5 Phối hợp trở kháng trên đường dây truyền sóng 50 Chương 3: Ma trận tán xạ 58 3.1 Khái niệm chung 58 3.2 Khái niệm về đường dây truyền sóng mở rộng 60 3.3 ĐỊNH LUẬT KIRCHOFF MỞ RỘNG ĐỐI VỚI MẠNG VIBA. MA TRẬN 65 TRỞ KHÁNG VÀ MA TRẬN DẪN NẠP 3.4 Ma trận tán xạ 88 2 CHƯƠNG 0. NHẬP MÔN KỸ THUẬT VIBA 0.1 GIỚI THIỆU CHUNG Thuật ngữ “viba” (microwaves) là để chỉ những sóng điện từ có bước sóng rất nhỏ, ứng với phạm vi tần số rất cao của phổ tần số vô tuyến điện. Phạm vi của dải tần số này cũng không có sự quy định chặt chẽ và thống nhất toàn thế giới. Giới hạn trên của dải thường được coi là tới 300 GHz (f = 3.1011 Hz), ứng với bước sóng =1mm (sóng milimet), còn giới hạn dưới có thể khác nhau tuỳ thuộc vào các quy ước theo tập quán sử dụng. Một số nước coi 'sóng cực ngắn' là những sóng có tần số cao hơn 30 MHz (bước sóng  ≤ 10m), còn một số nước khác coi 'viba' là những sóng có tần số cao hơn 300 MHz (bước sóng  ≤ 1m). Với sự phát triển nhanh của kỹ thuật và những thành tựu đạt được trong việc chinh phục các băng tần cao của phổ tần số vô tuyến, khái niệm về phạm vi dải tần của 'viba' cũng có thể còn thay đổi. Hình 0.1 minh hoạ phổ tần số của sóng điện từ và phạm vi dải tần của kỹ thuật viba được coi là đối tượng nghiên cứu trong môn học này. Tần số (Hz) 3.105 3.106 3.107 3.108 3.109 3.1010 3.1011 3.1014 sóng Ánh sóng sóng sóng mét Viba Hồng ngoại sáng dài trung ngắn (VHF) nhìn thấy 103 102 10 1 10-1 10-2 10-3 10-6 Bước sóng (m) HÌNH 0.1 Phổ tần số của sóng điện từ Trong ứng dụng thực tế, dải tần của vi ba còn được chia thành các băng tần nhỏ hơn: - Cực cao tần UHF (Ultra High Frequency): f = 300 MHz ÷ 3 GHz - Siêu cao tần SHF (Super High Frequency): f = 3 ÷ 30 GHz - Thậm cao tần EHF (Extremely High Frequency):f = 30 ÷ 300 GHz 3 0.2 CÁCH TIẾP CẬN MÔN HỌC VÀ CÁC CÔNG THỨC CẦN THIẾT Do phạm vi tần số của viba rất cao nên các lý thuyết mạch kinh điển thường không cho phép giải quyết trực tiếp các bài toán của mạng viba. Xét theo một ý nghĩa nào đó, lý thuyết mạch cũng có thể dược xem như là sự mở rộng của lý thuyết Điện - Từ trường mô tả bởi hệ phương trình Maxwell. Tuy nhiên, lý thuyết mạch kinh điển là lý thuyết áp dụng cho các mạch điện với các phần tử có tham số tập trung (như các điện trở, tụ điện…), còn các cấu kiện viba lại thường là các phần tử có tham số phân bố, tại đây pha của điện áp và dòng điện sẽ thay đổi tuỳ theo điểm khảo sát do kích thước của 'phần tử' viba là so sánh được với bước sóng. Nếu xét ở phạm vi tần số cao hơn nữa, tiến tới giới hạn quang học thì có thể thấy rằng tại đây, các cấu kiện quang học sẽ có kích thước lớn hơn nhiều so với bước sóng, và khi ấy hệ phương trình Maxwell lại được chuyển thành lý thuyết quang hình. Hệ thống quang bây giờ có thể được thiết kế theo nguyên lý quang hình. Kỹ thuật này đôi khi cũng có thể được áp dụng cho hệ thống viba ở dải sóng milimet và được coi như lý thuyết chuẩn quang học. Nói chung, đối với kỹ thuật viba thì công cụ lý thuyết chủ yếu để sử dụng là hệ phương trình Maxwell và các nghiệm của chúng ở dạng tổng quát nhất. Do vậy, lý thuyết về các hệ truyền dẫn vi ba như ống dẫn sóng, hệ đồng trục, hệ song hành, hệ thống chậm…được xây dựng trên cơ sở khảo sát nghiệm của hệ phương trình Maxwell với các điều kiện bờ cụ thể của cấu trúc hệ truyền dẫn. Các nghiệm này được trình bày dưới dạng điện từ trường E, H là hàm của các toạ độ của không gian khảo sát. Các bài toán này cũng được đề cập đến trong các giáo trình về lý thuyết Trường điện từ, điện động lực học kỹ thuật. Vì vậy, để giảm bớt sự cồng kềnh và trùng lặp của cuốn sách, các bài toán về các hệ truyền dẫn viba, trong đó chủ yếu là tìm nghiệm của hệ phương trình Maxwell để xác định các dạng sóng tồn tại trong hệ (các mode sóng) vớ ...