Giáo trình trường điện từ_Chương 5 + 6

Bức xạ điện từ là hiện tượng biến thiên lan truyền trong không gian dưới dạng sóng từ các vùng nguồn. Anten là thiết bị để phát và thu sóng điện từ. Hiện tượng bức xạ từ được ứng dụng rộng rãi trong thông tin vô tuyến điện, kỹ thuật rada,... Bức xạ điện từ có thể định hướng sự lan truyền sóng tuỳ thuộc vào cấu trúc của anten.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình trường điện từ_Chương 5 + 6 Chöông V. BÖÙ C XAÏ ÑIEÄ N TÖØ V.1 Khaù i nieä m chung veà böù c xaï ñieä n töø Böùc xaï ñieän töø laø hieän töôïng tröôøng bieán thieân lan truyeàn trong khoâng gian döôùi daïng soùng töø caùc vuøng nguoàn. Anten laø thieát bò ñeå phaùt vaø thu soùng ñieän töø. Hieän töôïng böùc xaï ñieän töø ñöôïc öùng duïng roäng raõi trong thoâng tin voâ tuyeán ñieän, kyõ thuaät rada, … Böùc xaï ñieän töø coù theå ñònh höôùng söï lan truyeàn soùng tuøy thuoäc vaøo caáu truùc cuûa anten. Treân hình 5.1 bieåu dieãn söï phaùt vaø thu soùng cuûa anten loa. Hình 5.1 Khaùi nieäm caùc ñieåm ôû “vuøng xa”: Khi khoaûng caùch R töø ñieåm xeùt ñeán anten raát lôùn, taïi ñieåm ñoù ta coù theå coi soùng böùc xaï töø anten laø soùng phaúng. Khaùi nieäm naøy raát quan troïng bôûi trong haàu heát caùc tröôøng hôïp caùc vuøng khaûo saùt thuoäc “vuøng xa”, vaø caùc pheùp tính nhôø ñoù maø ñôn giaûn hôn raát nhieàu. Coù hai loaïi nguoàn böùc xaï ñôn giaûn: – Nguyeân toá böùc xaï thaúng (nguyeân toá anten thaúng); – Nguyeân toá böùc xaï voøng (nguyeân toá anten voøng). V.2 Tröôø n g böù c xaï cuû a nguyeâ n toá anten thaú n g Nguyeân toá anten thaúng (hình 5.2a), coøn goïi laø dipole Hertz, laø ñoaïn daây daãn thaúng, raát maûnh, hôû hai ñaàu, mang doøng ñieän bieán thieân taàn soá ω , ñoä daøi l v 2πv raát nhoû so vôùi böôùc soùng λ = = ( l < λ 50 ) sao cho coù theå xem doøng f ω 115 ñieän coù giaù trò nhö nhau taïi moïi ñieåm treân ñoaïn daây: i( t ) = I m sin( ωt + ψ) . Ñeå ñôn giaûn ta cho ñoä leäch pha ban ñaàu cuûa doøng ñieän baèng 0, töùc i(t ) = I m sin (ωt ) . a). Hình 5.2 b). r Ta coù phöông trình ñoái vôùi töø theá vector A nhö sau: r 1 ∂2 r r ∇ A − 2 2 A = −µJ 2 v ∂t Nghieäm cuûa phöông trình naøy coù daïng: r R  r µ J t −   v A= ∫ V 4 πR dV , trong ñoù V laø theå tích ñoaïn daây daãn, töùc dV = dS ⋅ dl r R   R µJ t −  µi t − dl r  v µ ⋅ dl r  R   v ⇒ A= ∫∫ 4πR dSdl = ∫ 4 πR  ∫ J  t − dS = v 4πR∫ Sl l S l  R  r µI sin ω t − R  ⋅ rl µ t − ⋅ l    v  i µI sin [ωt − kR ] r r m  v   ⇒ A= = = m ⋅ l , trong ñoù 4 πR 4πR 4πR k = ω v laø heä soá soùng. Bieåu dieãn caùc ñaïi löôïng ñieàu hoøa baèng aûnh phöùc, ta coù: r& µ&Ie − jkR r &I = I ; A= ⋅l m 4πR Trong heä toïa ñoä caàu (hình 5.2b): µI m l  e − jkR  & & A R = A cosθ = cos θ ⋅   4π  R    116  − jkR  & sin θ = − µI m l sin θ ⋅  e & = −A A  θ  R  4π   & =0 A ϕ Töø ñaây ta coù theå tìm ñöôïc caùc vector cöôøng ñoä ñieän tröôøng vaø töø tröôøng: r& 1 r& H= rotA µ0 r& 1 r& E= rotH jωε 0 2   töùc & = I m lk e − jkR  j + 1  sin θ H ϕ 4π  kR (kR )  2 2I lk 2 − jkR  1 j  E& R = m Ze  − 3 cos θ 4π  ( kR ) 2 (kR )  I lk 2 − jkR  j 1 j  E& θ = m Ze  + −  sin θ , 4π  kR (kR ) (kR )3  2 trong ñoù Z= µ ε laø trôû khaùng soùng cuûa moâi tröôøng ( Z 0 = µ 0 ε 0 ≅ 120π [Ω ] ñoái vôùi moâi tröôøng chaân khoâng). Caùc thaønh phaàn coøn laïi ( H & ,H R & , E& ) baèng 0. θ ϕ ÔÛ “vuøng xa”, khoaûng caùch R lôùn hôn nhieàu so vôùi böôùc soùng: R >> λ , hay kR = 2πR λ >> 1 , ta coù theå boû qua caùc soá haïng baäc 2 hay baäc 3 trong caùc bieåu thöùc treân. Ta coù caùc thaønh phaàn tröôøng ôû “vuøng xa”: jI lkZ  e − jkR  E& θ = m sin θ [V / m] 4π  R  & H& = Eθ ϕ [A / m] Z E& R khi ñoù raát nhoû coù theå boû qua. Vaäy taïi caùc ñieåm ôû “vuøng xa” soùng böùc xaï ...