›
›

Bài giảng Kỹ thuật Anten truyền sóng - Phần 1: Anten - Chương 3: Lý thuyết Anten

pdf 29 trang phuongnguyen 2560
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Kỹ thuật Anten truyền sóng - Phần 1: Anten - Chương 3: Lý thuyết Anten", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_giang_ky_thuat_anten_truyen_song_phan_1_anten_chuong_3_l.pdf

Nội dung text: Bài giảng Kỹ thuật Anten truyền sóng - Phần 1: Anten - Chương 3: Lý thuyết Anten

  1. CHÖÔNG 3 LYÙ THUYEÁT ANTEN 1. CAÙC PHÖÔNG TRÌNH MAXWELL VAØ QUAN HEÄ NGUOÀN - TRÖÔØNG  Er() jBr ();  Hr () jDr ()() Jr .B ( r ) 0;  . D ( r ) ( r ) Er()- vectô cöôøng ñoä ñieän tröôøng Vm/  Hr()- vectô cöôøng ñoä töø tröôøng Am/  Dr()- maät ñoä thoâng löôïng ñieän Coulomb/(/) m22 C m Br() - maät ñoä thoâng löôïng töø Tesla = Weber/ m22(/) T Wb m 2 Jr()- maät ñoä doøng ñieän toång Am/ 3 ()r - maät ñoä ñieän tích Cm/
  2. - Theá vector quan heä vôùi tröôøng: H()() r  A r - Qua caùc bieán ñoåi suy ra phöông trình soùng cho theá vector A: 22A()()() r   A r J r - Nghieäm cuûa phöông trình soùng: 1J ( r '). e jkR A()' r dv 4 V ' R V’ R r r ' 1J ( r '). e jk r r ' A()' r dv 4' V ' rr
  3. 1J ( r '). e jk r r ' A()' r dv z 4' V ' rr Jr 1 ' 1 J( r '). e jk r ri ' i M A(). r vi 4' iN 1, rr i Jr 2 ' r r2 ' Jr 3 ' r1 ' r3 ' y x
  4. 1J ( r '). e jk r r ' A()' r dv 4' V ' rr - Vôùi ñieàu kieän ñieåm quan saùt raát xa anten: rr' R r r' r r '. rˆ - Ñoái vôùi heä soá ôû maãu soá coù theå xaáp xæ: R r r' r r 1J ( r '). e jk r . e jk. r '. rˆ R r r ' A()' r dv 4 r V ' r ' r r r'. rˆ jkr e 1 jk. r '. rˆ A( r ) J ( r '). e . dv ' rr'.ˆ r 4 V ' Khoâng phuï thuoäc vaøo khoaûng caùch r thuï thuoäc vaøo höôùng: rˆ ,:, hay 
  5. z 2. DIPOLE HERTZ (nguyeân toá anten thaúng) l 2 1.Ie jkR A dl'. zˆ 4 C ' R I I0 - Vôùi ñieàu kieän ñieåm quan saùt raát xa anten: rr' l R r r' r r '. rˆ 2 - Vôùi ñieàu kieän: l  z A A R r r' r r   rˆ jkr jkr A 1I . e I . l . e M r A dl'. zˆˆ . z R 4 C ' rr 4 .  r ˆ dl ' l O I
  6. - Vôùi H()() r  A r I.1 l jk H( r ) e jkr .sin . ˆ 4 rr2 1 E()() r  H r j I.1 l j  jkr ˆ E( r ) 23 e .sin . 4. r r j  r Il.1  jkr ˆ 23er.cos . 2. r j  r
  7. I.1 l jk H( r ) e jkr .sin . ˆ 4 rr2 I. l j  1 I . l  1 jkrˆ jkr ˆ E( r ) 2 3 e .sin .  2 3 e .cos  . r 4 r r j  . r 2 r j  . r I. l j jkr ˆˆ E( r ) e .sin .  E ( r ).  4 r I. l jk jkr ˆ ˆEr () ˆ H() r e .sin.  H (). r  .  4  r
  8. * Caùc ñaëc tröng cuûa truôøng böùc xaï töø dipole Hertz: 2 1.2 2 k  2 - Cöôøng ñoä böùc xaï: U(,)  F (,)   F (,)   I sin l 2  2.  32. 2 2 2 k . 2 - Coâng suaát böùc xaï: P U(,).  d  I sin l3  d  d  R 2  0032. 2 k . 2 P I. l R 12 P k 2. - Ñieän trôû böùc xaï: Rl R 2 R I 2 6 2 U( , ) 3 - Ñoä ñònh höôùngï: D( ,  ) sin2  PR 2 4 2  2 - Dieän tích hieäu duïng: A ,,.,.,.,()  pˆ G   p ˆ   p ˆ m2 e inc4 inc  2 3 2 A ,  , pˆˆ . e . sin2  . ˆ . p e inc42 inc
  9. 3. ANTEN DIPOLE NGAÉN Giaû söû anten coù chieàu daøi raát nhoû so vôùi böôùc soùng vaø coù phaân boá doøng daïng tam giaùc: L  2 z L L L 1, z I I0. T ( z , ). zˆ Tz(,) L 2 2 2 0, L jkr 2 e 1 z A( r ) I ( r '). dl '. zˆ L r 4 L 2 2 e jkr 1 A() r I0 L zˆ I0 I r 8 L L 2
  10. e jkr 1 A() r I L zˆ r 8 0 e jkr jk e jkr jk E( r ) I . L .sin . ˆ H( r ) I . L .sin . ˆ r 8 0 r 8 0 k 2 UIL ,  ( . )22 .sin  128 2 0 k 2 PIL(.)2 R 48 0 So saùnh vôùi ñieän trôû 2 böùc xaï cuûa dipole 2 k . 2 k . 2 RLR Hertz: Rl 24 R 6 -> Ñeå taêng ñieän trôû böùc xaï caàn phaûi thay ñoåi phaân boá doøng ñieän treân anten: duøng caùc taûi khaùng gaén theâm vaøo anten.
  11. 4. ANTEN DIPOLE NGAÉN COÙ TAÛI KHAÙNG L  z L 2 .I0 L . 2 I0 I L 2 Taûi caûm Taûi dung Taûi khaùng keát hôïp
  12. L Phaân boá doøng treân anten: I I. R ( z ,  , ). zˆ 0 2 z L 2(1 ) z L 1 ,z . 2 L 2 .I LLL  2 z 0 R(,,),. z  z L 2 1 L (1 ) 2 2 . 2 0, I 0 I L e jkr 1 2 A( r ) I ( r '). dl '. zˆ r 4 L 2 L 2 e jkr 1 A() rK. I0 L zˆ r 4 Taûi khaùng keát hôïp 1 K ()  2
  13. jk e jkr E() rK . . sin. I L ˆ 4 r 0 jk e jkr H() r K . . sin. I L ˆ 4 r 0 k 2 UKIL ,  2 . ( . ) 2 .sin 2  32 2 0 k 2 PKIL22.(.) R 12 0 2 k . 2 RKL2. R 6
  14. 5. ANTEN DIPOLE COÙ CHIEÀU DAØI HÖÕU HAÏN (so saùnh ñöôïc vôùi böôùc soùng) * Söï phaân boá doøng treân anten I 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 -0.8 0.2 0.4 0.6 0.8 -1 0 1 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 0 8 9 10 x L /2 ~ 1 2 3 z 4 5 L 6 I I0.sin k z . zˆ ~ 2 L 7 8 9 10
  15. 1J ( r '). e jk r r ' z A()' r dv 4' V ' rr Do:, L r L R r r' r r '. rˆ M R r r ' - Ñoái vôùi heä soá ôû maãu soá coù theå xaáp xæ: r R r r' r r r ' r r'. rˆ - Ñoái vôùi heä soá pha khoâng theå boû qua thaønh L 0 phaàn : rr'.ˆ rr'.ˆ jkr L/2 e jk. r '. rˆ A() r I e dz zˆ 4. r L/2 jkr L/2 eL ˆ A( r ) I .sin k z . ejk. r '. r . dz . zˆ 0 4 .r L/2 2 e jkr 2I cos (kL / 2).cos  cos( kL / 2) A(). r0 zˆ 4  .rk sin2
  16. jkr e jk ˆ 2 cos (kL / 2).cos  cos( kL / 2) E() r . sin I0   . 2 rk4   sin jkr e jk ˆ 2 cos (kL / 2).cos  cos( kL / 2) H() r . sin I0   . 2 rk4   sin Tröôøng ñöôïc dieãn taû bôûi 2 heä soá: e jkr jk Gioáng tröôøng ñöôïc sinh ra bôûi . .I .sin r 4 0 anten dipole Hertz. 2 cos (kL / 2).cos cos( kL / 2)   Heä soá khoâng gian . 2 k sin 
  17. Cöôøng ñoä böùc xaï: 2 22 cos (kL / 2).cos  cos( kL / 2) UI( ,  ) 0 22 sin  .  8   sin Coâng suaát böùc xaï: P  U( , ). d R I 2. 0 .  ln(kL ) Ci ( kL ) 0.5sin( kL ). Si (2 kL ) 2 Si ( kL ) 4 0.5cos(kL ) ln( kL / 2) Ci (2 kL ) 2 Ci ( kL ) cosyyx sin Ci();() x dy Si x dy x yy0  0.5772 Haèng soá Euler
  18. Ñieän trôû böùc xaï: 2PR RR 2 I0  .  ln(kL ) Ci ( kL ) 0.5sin( kL ). Si (2 kL ) 2 Si ( kL ) 2 0.5cos(kL ) ln( kL / 2) Ci (2 kL ) 2 Ci ( kL )
  19. DIPOLE NÖÛA BÖÔÙC SOÙNG: cos cos je ikr 2 E() r I ˆ 2 o r sin cos cos je ikr 2 H() r I ˆ 2 o r sin 2 cos cos 2  2 UI(,)  o 8 2 sin  P I22 y ln(2 ) Ci (2 2.435 I R o88 o
  20. Ñoä ñònh höôùngï: 2 cos cos 4 2 D(,)  2.435 sin Ñoä ñònh höôùng toái ña khi  : 1.643 2 Ñieän trôû böùc xaï: 2PR RR 2 73  I0 Thaønh phaàn ñieän khaùng: 42.5  Trôû khaùng: ZjA 73 42.5 
  21. 6. ANTEN KHUNG TROØN NHOÛ z jkr e 1 ˆ A( r ) jkS . I0 . . 1 .sin . 4. r jkr I0 y Sa . 2 a jkr e jk 1 ˆ E( r ) j S  . I0 . . 2 .sin  .  x 4 rr jkr ej  11 ˆ H( r ) j S  . I0 . . 23 .sin  .  4 r  r j  r e jkr 11 ˆ j S . I0 . . 23 .cos  . r 2 r j  r
  22. Tröôøng ôû vuøng xa: k2 S. I e jkr Er( ) 0 .sin . ˆ 4 r k2 S. I e jkr Hr( ) 0 .sin . ˆ 4 r k4 2() SI 2 U( , )0 sin2 32 2 2 2 PR 10 k SI0 2 2 2 S RR 20 k S 31200. 2  3 D( , ) sin2 2
  23. 2 S RnR 31200. . core 2 
  24. 7. AÛNH HÖÔÛNG CUÛA MAËT PHAÚNG ÑAÁT z z I H H x x Tröôøng sinh ra do dipole bò phaûn xaï taïi beà maët cuûa maët phaúûng ñaát do ñoù tröôøng khoâng xuaát hieän taïi mieàn z<0. Theo lyù thuyeát aûnh göông, tröôøng böùc xaï töø nguoàn cô baûn ñaët treân moät maët daãn ñieän lyù töôûng thì gioáng nhö tröôøng ñöôïc böùc xaï töø 2 nguoàn (nguoàn cô baûn vaø nguoàn aûnh cuûa noù).
  25. Xeùt tröôøng sinh ra töø 2 anten: primary dipole vaø image diople: Giaû söû tröôøng sinh ra töø 2 anten gioáng tröôøng ôû vuøng xa: 1 Primary Dipole jk. r1 r p jk I0 l e ˆ 1 E .sin11 . H 4 r1 i jk I l e jk. r i0 iˆ i r2 E i .sin . H p i 4 r 2 E E E jk. r1 Image jk I0 l e 2 Ez2. .sin1 .ˆ Dipole 4 r1 z Nhö vaäy taïi vò trí beà maët maët phaúng daãn ñieän thì thaønh phaàn tieáp tuyeán cuûa tröôøng ñieän bò trieät tieâu, töông töï tröôøng ñöôïc sinh ra töø anten ñaët I treân moät maët daãn ñieän lyù töôûng. H x
  26. jk. r1 p jk I0 l e ˆ E .sin11 . 4 r1 jk. r2 i jk I0 l e ˆ E .sin22 . 4 r2 kI l. e jk. r E ˆ. j 0 .sin  e jkhcos e jkh cos  4. r
  27. z jk I l e jk. r1 E p 0 .sin . ˆ 11 I 4 r1 jk. r2 i jk I0 l e ˆ H E .sin22 . x 4 r2 jk. r1 jk I0 l e 2 Ez2. .sin1 .ˆ z 4 r1 Primary Dipole  1 r H 1 r2 H E p E i 2 E Image Dipole
  28. z I + ~ H x z Primary Dipole + ~ H + H ~ Image Dipole
  29. Monopole: L Trôû khaùng vaøo cuûa anten: VV1 2 1 ZZmonopole dipole AAII22 I Tröôøng böùc xaï töø monopole vaø dipole laø L gioáng nhau ôû moät nöûa maët phaúng z>0. + ~ V Tuy nhieân toång coâng suaát böùc xaï töø dipole thì gaáp ñoâi monopole. Suy ra: 4 .U monopole (  ,  ) L I Dmonopole (,) monopole + PR ~ ~ 2V + 4 .U dipole (  ,  ) 2.Ddipole ( , ) 1 L Pdipole I 2 R