Các vấn đề chung về truyền sóng

- Sự phân cực của sóng vô tuyến điện - Phân chia sóng vô tuyến điện theo tần số và bước sóng - Các phương pháp truyền lan sóng trong môi trường thực - Công thức truyền sóng trong không gian tự do1 Mục đích của chương- Nắm được các dạng phân cực của sóng vô tuyến điện và các băng sóng vô tuyến - Hiểu về các phương pháp truyền lan sóng trong môi trường thực - Nắm được cách tính toán các tham số khi truyền sóng trong không gian tự do...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Các vấn đề chung về truyền sóng CÁC VẤN ĐỀ CHUNG VỀ TRUYỀN SÓNG1.1 GIỚI THIỆU CHUNG1.1.1 Các chủ đề được trình bày trong chương - Sự phân cực của sóng vô tuyến điện - Phân chia sóng vô tuyến điện theo tần số và bước sóng - Các phương pháp truyền lan sóng trong môi trường thực - Công thức truyền sóng trong không gian tự do1.1.2 Hướng dẫn - Hoc kỹ các phần được trình bày trong chương - Tham khảo thêm [1], [2], [3] - Trả lời các câu hỏi và bài tập1.1.3 Mục đích của chương - Nắm được các dạng phân cực của sóng vô tuyến điện và các băng sóng vô tuyến - Hiểu về các phương pháp truyền lan sóng trong môi trường thực - Nắm được cách tính toán các tham số khi truyền sóng trong không gian tự do1.2 NHẮC LẠI MỘT SỐ TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA SÓNG ĐIỆN TỪ. Sóng điện từ bao gồm hai thành phần: điện trường, ký hiệu E (V/m) và từ trường, ký hiệuH (A/m). Chúng có quan hệ mật thiết với nhau trong quá trình truyền lan và được mô tả bằng hệphương trình Maxwell, viết ở các dạng khác nhau. Giả sử ta xét một sóng phẳng truyền lan trong môi trường điện môi đồng nhất và đẳnghướng có các tham số: hệ số điện môi ε và hệ số từ thẩm μ, khi không có dòng điện và điện tíchngoài, thì hệ phương trình Maxwell biểu thị mối quan hệ giữa điện trường và từ trường được viếtdưới dạng vi phân như sau: ∂E x ∂H y ⎫ ε =− ∂t ∂z ⎪⎪ ⎬ (1.1) ∂E x ∂H y ⎪ = −μ ∂t ∂t ⎪⎭ 3 Nghiệm của hệ phương trình này cho ta dạng của các thành phần điện trường và từ trườnglà một hàm bất kỳ. ⎛ z⎞ ⎛ z⎞ E x = F1 ⎜ t − ⎟ + F2 ⎜ t + ⎟ (1.2a) ⎝ v⎠ ⎝ v⎠ ⎛ z⎞ ⎛ z⎞ H y = G1 ⎜ t − ⎟ + G 2 ⎜ t + ⎟ (1.2b) ⎝ v⎠ ⎝ v⎠ Trong đó: F1, F2, G1, G2 là các hàm sóng tùy ý. Δz 1 v= = (m/s) là vận tốc pha của sóng. Δt εμ Từ (1.2) ta có : G1 = F1/ Z và G2 = F2/ Z với Z= μ (Ω) là trở kháng sóng của môi εtrường. Nếu môi trường truyền sóng là chân không (còn được gọi là không gian tự do) các thamsố của môi trường có giá trị: ε0 = 109/36π (F/m) ; μ0 = 4π.10-7 (H/m) 1 Do đó : = 3.10 (m / s) = c (vận tốc ánh sáng) 8 v= ε0μ 0 Z0 = μ 0 = 120π (Ω) ε0 Trong thực tế sóng điện từ thường biến đổi điều hòa theo thời gian. Đối với các sóng điệntừ phức tạp ta có thể coi nó là tổng vô số các dao động điều hòa, nghĩa là có thể áp dụng phépphân tích Fourier để biểu thị. Trong trường hợp này khi giả thiết chỉ có sóng thuận, tức là sóngtruyền từ nguồn theo phương trục z và môi trường mà không có sóng nghịch thì các thành phầnđiện trường và từ trường được biểu thị như sau: ( E = E m cos ω t − z v )=E m cos ω ( t − kz ) H= Em Z (v E Z ) cos ω t − z = m cos ω ( t − kz ) (1.3) Trong đó k = ω/v = 2π/λ gọi là hệ số pha hay hằng số sóng.Sóng điện từ có mật độ công suất ( hay còn gọi là thông lượng năng lượng), được biểu thị bởi véc r r r r rtơ năng lượng k = [E × H] . Như vậy sóng điện từ có các véc tơ E và H nằm trong mặt phẳng rvuông góc với phương truyền sóng k . Bởi vậy sóng điện từ truyền đi trong môi trường đồng nhấtđẳng hướng là sóng điện từ ngang TEM.4 Hình 1.1. Sự truyền lan sóng điện từ1.3 SỰ PHÂN CỰC CỦA SÓNG VÔ TUYẾN ĐIỆN. Trường điện từ của sóng vô tuyến điện khi đi trong mộ ...