BÀI GIẢNG MÔN LÝ THUYẾT TRƯỜNG ĐIỆN TỪ VÀ CƠ SỞ KỸ THUẬT SIÊU CAO TẦN CHƯƠNG 2. BỨC XẠ SÓNG ĐIỆN TỪ -Thực chất xạ sóng trình chuyển đổi lượng I. Bức xạ sóng điện từ lưỡng cực điện (dipol) - Gọi nguyên tố anten thẳng - Lưỡng cực điện đoạn dây dẫn thẳng, chiều dài l   -  Cung cấp dòng xc I  I e  tức tạo điện trường biến thiên phân bố Khảo sát cường độ trường điện từ hệ tọa độ cầu: M(r,,) : góc ngẩng : góc phương vị r: khoảng cách j t hd CHƯƠNG 2. BỨC XẠ SÓNG ĐIỆN TỪ - Xét trường khu gần (r) z H  Er H  r E  E 2 r I ml.e  jkr sin  2 r  Z I m l.e  jkr .sin   s I ml.e  jkr .sin   2 r y  Er  x *điện trường từ trường khu xa đồng pha. *giá trị trung bình vectơ Poynting khác không *năng lượng xạ dịch chuyển từ nguồn vào không gian xung quanh. *Trường xạ khu xa có dạng sóng cầu, vectơ điện từ vuông góc với hướng truyền lan. Sóng gọi sóng điện từ ngang. CHƯƠNG 2. BỨC XẠ SÓNG ĐIỆN TỪ Nhận xét trường xạ: - Vectơ điện trường hướng theo tiếp tuyến với đường tọa độ  , vectơ từ trường hướng theo tiếp tuyến với đường tọa độ . - E, H giảm tỷ lệ nghịch với khoảng cách. - E , H  quan hệ : E  Z s   H -hệ số sóng: -xét riêng pha k      v   Il  I hd l  I hd l  jkr  jkr jt E  sin  .e  sin  .e .e  sin  .e j (t  kr )  r  r  r  tổng pha sóng phụ thuộc vào thời gian không gian (ɷt-kr) - Vectơ poyting trung bình phức       tb   E  H  2  CHƯƠNG 2. BỨC XẠ SÓNG ĐIỆN TỪ   tb   E  Công suất xạ: .H      Pbx    tb dS           I hd l s in      r    S Tổng trở xạ: 2 Pbx   l    I hd   P 2 Rbx  bx  I hd  l      Với chân không trở kháng sóng chân không l Pbx  80   I hd  l Rbx  80    Z S  Z0  0  120 0 CHƯƠNG 2. BỨC XẠ SÓNG ĐIỆN TỪ Nhận xét 2 P I , l , f - bx  - Pbx  I  →nhược điểm - Pbx  l  →l phải giới hạn - Pbx  f  →hiệu - Đồ thị định hướng: cho biết phân bố biên độ trường không gian với khoảng cách f  ,   r  const - Ta thấy từ biểu thức E, H không phụ thuộc vào  mà phụ thuộc vào     f    - f    sin    900  f      1800  f    -  âm, lấy đối xứng qua trục tung CHƯƠNG 2. BỨC XẠ SÓNG ĐIỆN TỪ y z  sin   a) f    sin  x b) f    Đồ thị phương hướng lưỡng cực điện - Đồ thị định hướng không phụ thuộc , biên độ nhau→quỹ đạo hình tròn→phát gọi phát đẳng hướng CHƯƠNG 2. BỨC XẠ SÓNG ĐIỆN TỪ II. Bức xạ vòng dây - Tạo trường lưỡng cực từ cách cho dòng điện biến đổi I chạy qua vòng dây dẫn nhỏ mảnh. z M - Vòng dây bán kính a đủ nhỏ so với bước sóng r i r (2πa)  2    a I H   sin .e  jkr   r   2    a I E  Z s sin .e  jkr   Z s H    r   trở kháng sóng Zs  hệ số sóng     v k z Các thành phần sóng xạ nguyên tố anten vòng  H  R  E  r  y x điện từ vùng xa sóng cầu, so với trường anten thẳng sóng E H đổi chỗ cho - Sóng CHƯƠNG 2. BỨC XẠ SÓNG ĐIỆN TỪ -Công suất xạ anten vòng Tổng trở xạ: Trong chân không   2 a  Rbx  Z s      Zs  0  120 0  2 a  Pbx  20   I hd      2 a  Pbx  Z s   I hd    ta có:  2 a  Rbx  20      l 2 a     -anten vòng anten thẳng chiều dài nhau, tức dòng điện nhau, công suất anten thẳng lớn công suất anten vòng nhiều lần Iz rz r0 CHƯƠNG 2. BỨC XẠ SÓNG ĐIỆN TỪ III. Trường xạ hệ thống anten 1. Trường xạ anten nửa sóng l   - l Xét anten thẳng (dây dẫn thẳng đứng), dài Dòng điện xc (dòng điện phân bố chiều dài không ) Coi anten nửa sóng ghép nhiều lưỡng cực điện (dz) Trường khu xa (khi r lớn) coi r0 ≈ rz CHƯƠNG 2. BỨC XẠ SÓNG ĐIỆN TỪ - Biểu thức sóng: - Hàm định hướng:    f      cos cos     I   e  jkr0 H   j 2 .r0 sin   E  Z s H    cos  cos  2  f    sin z    900  f      1800  f    y -  âm, lấy đối xứng qua trục tung (Đồ thị định hướng anten nửa sóng) CHƯƠNG 2. BỨC XẠ SÓNG ĐIỆN TỪ 2.Trường xạ hai anten nửa sóng đặt   ,cách khoảng d. A - anten A,B khoảng cách d dcos - Cung cấp lên anten dòng điện biên độ, tần số, lệch pha y d  -dòng điện anten A: I A  I hd e jt B  j ( t   ) -dòng điện anten B: I B  I hd e  rA -điểm M vùng xa  r    r -r lớn, rA  rB  r coi phương rA ,rB ,r trùng x   jkr I  d H   j e cos  cos   r 2    rB E  Z s H    Trong I dòng điện có pha nằm I A I B I  I hd e j(  t   ) CHƯƠNG 2. BỨC XẠ SÓNG ĐIỆN TỪ - Hàm định hướng phụ thuộc góc phương vị   d f    cos  cos   2   - Khi =0 (dòng điện anten đồng pha) - d=/4   f    cos  cos  4  - Nhận xét: hàm định hướng f() >0    f      900  f      1800  f    2 - =(0360), phần lại 1800  3600 lấy đối xứng CHƯƠNG 2. BỨC XẠ SÓNG ĐIỆN TỪ - d=/2   f    cos  cos  2     f      900  f      1800  f    - d= f    cos  cos     f      600  f      900  f      1200  f      1800  f    -Ưu tiên cho phương x -Búp sóng CHƯƠNG 2. BỨC XẠ SÓNG ĐIỆN TỪ d= d = /4 y d = /2 x CHƯƠNG 2. BỨC XẠ SÓNG ĐIỆN TỪ 3. Trường xạ dàn anten. - Để định hướng xạ tập trung miền không gian - Muốn định hướng xạ mặt phẳng ngang tập trung theo phương vị, dùng hệ anten đặt thẳng đứng thẳng hàng với nhau. Ví dụ đặt anten nửa sóng song song cách  / trục Oy, dòng điện pha, đồ thị định hướng có hai búp sóng chính, hướng theo trục Ox hai phía (hình a) - Muốn định hướng xạ tập trung theo , dùng hệ anten xếp nối đuôi trục Oz, dòng điện pha (hình b) - Để định hướng theo hai chiều   ta phối hợp hai cách trên, dùng nhiều anten ghép lại thành dàn mặt phẳng (hình c) - Muốn hướng xạ phía ta dùng dàn anten có dòng điện lệch pha CHƯƠNG 2. BỨC XẠ SÓNG ĐIỆN TỪ z x,y y Hb) Đồ thị định hướng hệ thống anten xếp thẳng hàng trục Oz x Ha) Đồ thị đinh hướng hệ anten đặt thẳng đứng Hc) Đồ thị định hướng hệ thống anten xạ theo hướng   z y x [...]... nhiều lần  Iz rz r0 CHƯƠNG 2 BỨC XẠ SÓNG ĐIỆN TỪ III Trường bức xạ của hệ thống anten 1 Trường bức xạ của anten nửa sóng l   2 - l Xét một anten thẳng (dây dẫn thẳng đứng), dài 2 Dòng điện xc (dòng điện phân bố trên chiều dài không đều ) Coi anten nửa sóng được ghép bởi nhiều lưỡng cực điện (dz) Trường khu xa (khi r lớn) coi r0 ≈ rz CHƯƠNG 2 BỨC XẠ SÓNG ĐIỆN TỪ - Biểu thức sóng: - Hàm định hướng: ... CHƯƠNG 2 BỨC XẠ SÓNG ĐIỆN TỪ - d=/2   f    cos  cos  2    0  f    0   900  f    1   1800  f    0 - d= f    cos  cos    0  f    1   600  f    0   900  f    1   1200  f    0   1800  f    1 -Ưu tiên cho phương x hơn -Búp sóng CHƯƠNG 2 BỨC XẠ SÓNG ĐIỆN TỪ d= d = /4 y d = /2 x CHƯƠNG 2 BỨC XẠ SÓNG ĐIỆN TỪ 3 Trường bức xạ của...  âm, lấy đối xứng qua trục tung (Đồ thị định hướng của anten nửa sóng) CHƯƠNG 2 BỨC XẠ SÓNG ĐIỆN TỪ 2.Trường bức xạ hai anten nửa sóng đặt   ,cách nhau khoảng d A - 2 anten A,B khoảng cách d dcos - Cung cấp lên 2 anten dòng điện cùng biên độ, tần số, lệch pha nhau y d  -dòng điện anten A: I A  I hd e jt B  j ( t   ) -dòng điện anten B: I B  I hd e  rA -điểm M ở vùng xa  r    r -r...CHƯƠNG 2 BỨC XẠ SÓNG ĐIỆN TỪ 4 -Công suất bức xạ của anten vòng Tổng trở bức xạ: Trong chân không   2 a  Rbx  Z s   6    Zs  4 0  120 0  2 a  2 Pbx  20   I hd    2 4   2 a  2 Pbx  Z s   I hd 6    ta có:  2 a  Rbx  20 2      4 l 2 a   1   -anten vòng và anten thẳng nếu chiều dài như nhau, tức và dòng điện như nhau, thì công suất... định hướng bức xạ tập trung trong một miền không gian nào đó - Muốn định hướng bức xạ trong các mặt phẳng ngang tập trung theo phương vị, dùng 1 hệ anten đặt thẳng đứng và thẳng hàng với nhau Ví dụ đặt 5 anten nửa sóng song song cách nhau  / 2 trên trục Oy, các dòng điện cùng pha, đồ thị định hướng sẽ có hai búp sóng chính, hướng theo trục Ox về hai phía (hình a) - Muốn định hướng bức xạ tập trung... tập trung theo , dùng hệ anten xếp nối đuôi nhau trên trục Oz, dòng điện cùng pha (hình b) - Để định hướng theo cả hai chiều  và  ta phối hợp hai cách trên, dùng nhiều anten ghép lại thành dàn trên 1 mặt phẳng (hình c) - Muốn hướng bức xạ chỉ về một phía ta có thể dùng 2 dàn anten có dòng điện lệch pha nhau CHƯƠNG 2 BỨC XẠ SÓNG ĐIỆN TỪ z x,y y Hb) Đồ thị định hướng của hệ thống anten xếp thẳng hàng... trùng nhau x  I  jkr  d  H  j e cos  cos   r 2    rB   E  Z s H    Trong đó I là dòng điện có pha nằm giữa I A I B  I  I hd e j(  t   ) 2 CHƯƠNG 2 BỨC XẠ SÓNG ĐIỆN TỪ - Hàm định hướng phụ thuộc góc phương vị   d f    cos  cos   2   - Khi =0 (dòng điện trên 2 anten đồng pha) - d=/4   f    cos  cos  4  - Nhận xét: hàm định hướng f() >0   0... nhau CHƯƠNG 2 BỨC XẠ SÓNG ĐIỆN TỪ z x,y y Hb) Đồ thị định hướng của hệ thống anten xếp thẳng hàng trên trục Oz x Ha) Đồ thị đinh hướng hệ anten đặt thẳng đứng Hc) Đồ thị định hướng của hệ thống anten bức xạ theo 2 hướng  và  z y x