Truyền sóng và Anten - Học viện công nghệ bưu chính viễn thông

Mục đích của tài liệu này là cung cấp cho sinh viên các kiến thức căn bản nhất về truyền lan sóng vô tuyến điện và anten. Tài liệu này được chia làm sáu chương, được kết cấu hợp lý để sinh viên có thể tự học. Mỗi chương đều có phần giới thiệu chung, nội dung, tổng kết, câu hỏi vài bài tập. Cuối tài liệu là đáp án cho các bài tập.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Truyền sóng và Anten - Học viện công nghệ bưu chính viễn thông HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG TRUYỀN SÓNG & ANTEN Biên soạn : TS. NGUYỄN PHẠM ANH DŨNG THS. PHẠM THỊ THÚY HIỀN LỜI NÓI ĐẦU Các hệ thống thông tin vô tuyến đặc biệt là các hệ thống thông tin di động đã và đang phát triển rất mạnh mẽ. Quá trình truyền sóng và anten là những phần kiến thức không thể thiếu khi nghiên cứu về các hệ thống này. Mục đích của tài liệu này là cung cấp cho sinh viên các kiến thức căn bản nhất về truyền lan sóng vô tuyến điện và anten.Tài liệu bao gồm các bài giảng về môn học Truyền sóng và anten được biên soạn theo chương trình đại học công nghệ viễn thông của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông. Tài liệu này được xây dựng trên cơ sở sinh viên đã học các môn: Lý thuyết trường điện từ, Kỹ thuật siêu cao tần. Do hạn chế của thời lượng nên tài liệu này chỉ bao gồm các phần căn bản liên quan đến các kiến thức căn bản về truyền sóng và anten. Tuy nhiên học kỹ tài liệu này sinh viên có thể hoàn chỉnh thêm kiến thức của môn học bằng cách đọc các tài liệu tham khảo dẫn ra ở cuối tài liệu này. Tài liệu này được chia làm sáu chương. Được kết cấu hợp lý để sinh viên có thể tự học. Mỗi chương đều có phần giới thiệu chung, nội dung, tổng kết, câu hỏi vài bài tập. Cuối tài liệu là đáp án cho các bài tập. Người biên soạn: TS.Nguyễn Phạm Anh Dũng ThS. Phạm Thị Thúy Hiền i Chương 1: Các vấn đề chung về truyền sóng CHƯƠNG 1 CÁC VẤN ĐỀ CHUNG VỀ TRUYỀN SÓNG 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG 1.1.1 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 do 1.1.2 Hướng dẫn - Hoc kỹ các phần được trình bày trong chương - Tham khảo thêm [1], [2], [3] - Trả lời các câu hỏi và bài tập 1.1.3 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 do 1.2 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 hiệu H (A/m). Chúng có quan hệ mật thiết với nhau trong quá trình truyền lan và được mô tả bằng hệ phương 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 đẳng hướng có các tham số: hệ số điện môi ε và hệ số từ thẩm μ, khi không có dòng điện và điện tích ngoài, thì hệ phương trình Maxwell biểu thị mối quan hệ giữa điện trường và từ trường được viết dưới dạng vi phân như sau: ∂E x ∂H y ⎫ ε =− ∂t ∂z ⎪⎪ ⎬ (1.1) ∂E x ∂H y ⎪ = −μ ∂t ∂t ⎪⎭ 3 Chương 1: Các vấn đề chung về truyền sóng Nghiệm của hệ phương trình này cho ta dạng của các thành phần điện trường và từ trường là 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 ε trường. Nếu môi trường truyền sóng là chân không (còn được gọi là không gian tự do) các tham số của môi trường có giá trị: ε0 = 109/36π (F/m) ; μ0 = 4π.10-7 (H/m) 1 = 3.10 (m / s) = c (vận tốc ánh sáng) 8 Do đó : v= ε 0μ 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 điện từ phức tạp ta có thể coi nó là tổng vô số các dao động điều hòa, nghĩa là có thể áp dụng phép phân tích Fourier để biểu thị. Trong trường hợp này khi giả thiết chỉ có sóng thuận, tức là sóng truyền từ nguồn theo phương trục z và môi trường mà không có sóng nghịch thì các thành phần điện 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 ( ...