›
›

Bài giảng Lý thuyết trường điện từ - Chương XIV: Dẫn sóng & bức xạ - Nguyễn Công Phương

pdf 68 trang phuongnguyen 3210
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Lý thuyết trường điện từ - Chương XIV: Dẫn sóng & bức xạ - Nguyễn Công Phương", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_giang_ly_thuyet_truong_dien_tu_chuong_xiv_dan_song_buc_x.pdf

Nội dung text: Bài giảng Lý thuyết trường điện từ - Chương XIV: Dẫn sóng & bức xạ - Nguyễn Công Phương

  1. Nguy ễn Công Ph ươ ng Lý thuyết tr ường điện t ừ Dẫn sóng & b ức x ạ
  2. Nội dung I. Gi ới thi ệu II. Gi ải tích véct ơ III. Lu ật Coulomb & cườ ng độ điện tr ườ ng IV. Dịch chuy ển điện, lu ật Gauss & đive V. Năng lượ ng & điện th ế VI. Dòng điện & vật dẫn VII. Điện môi & điện dung VIII.Các ph ươ ng trình Poisson & Laplace IX. Từ tr ườ ng dừng X. Lực từ & điện cảm XI. Tr ườ ng bi ến thiên & hệ ph ươ ng trình Maxwell XII. Sóng ph ẳng XIII.Ph ản xạ & tán xạ sóng ph ẳng XIV.Dẫn sóng & bức xạ Dẫn sóng & b ức x ạ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 2
  3. Dẫn sóng & b ức x ạ 1. Tr ườ ng c ủa đườ ng dây dài 2. Các ki ểu d ẫn sóng c ơ b ản 3. Phân tích sóng ph ẳng c ủa d ẫn sóng song ph ẳng 4. Phân tích d ẫn sóng song ph ẳng b ằng ph ươ ng trình sóng 5. Dẫn sóng ch ữ nh ật 6. Dẫn sóng điện môi ph ẳng 7. Cáp quang 8. Các nguyên lý c ơ b ản c ủa anten Dẫn sóng & b ức x ạ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 3
  4. Tr ường c ủa đường dây dài (1) I I − β – – – – – – – – – V( z ) = Ve j z – s 0 ++ ++ + + + V − β E k I( z ) = 0 e j z E s U H  H + + + + ++ ++ + + Z0 + = –––– –– – víi Z0 L/ C V V − β E( z ) =s = 0 e j z sx d d b d 1 →P = Re{ E Hˆ } dxdy I V − β z∫0 ∫ 0 xs ys HzK( ) = =s = 0 e j z 2 sy sz b bZ 0 1 V V ˆ = 0 0 (bd ) ˆ 2 d bZ 0 2 V 1 =0 = Re[V Iˆ ] ˆ s s 2Z0 2 Dẫn sóng & b ức x ạ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 4
  5. Tr ường c ủa đường dây dài (2) t ε 'b C = d d Vật d ẫn ( σc) Điện môi (σ, ε’, µ) σ σb GC= = t b ε ' d µd L≈ L = ngoµi b L d µ Z = = 2 0 ε R = C b ' σ δ c b Dẫn sóng & b ức x ạ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 5
  6. Tr ường c ủa đường dây dài (3) 2πε ' C = Điện môi Mặt dẫn (σ, ε’, µ) ln(b / a ) (σc) σ2 πσ a GC= = b ε ' ln(b / a ) c µ b L = ln Cao t ần ngoµi 2π a 1 1 R=, R = trongπ δσ ngoµi π δσ 2ac 2 b c 1 1 1  L 1 µ b R = + =ngoµi = πδσ   Z0 ln 2 c a b  C 2π ε ' a Dẫn sóng & b ức x ạ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 6
  7. Tr ường c ủa đường dây dài (4) 2πε ' C = Điện môi ln(b / a ) Mặt d ẫn (σ, ε’, µ) (σ ) σ2 πσ c G= C = a ε ' ln(b / a ) b l 1 R = = c trong σ σ π 2 cS c (a ) Th ấp t ần 1 R = ngoµi σ π 2− 2 c[(c b )] 1 1 1  R = + πσ 2 2 2  c a c− b  µ  b1 1 4 c2 c   L=ln ++ b2 −+ 3 c 2 ln   π 22 22  2 a 4 4(cb− )  cb − b   Dẫn sóng & b ức x ạ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 7
  8. Tr ường c ủa đường dây dài (5) πε' πε ' Mặt d ẫn ( σ ) C= ≈ ( a≪ d ) c −1 cosh (d / 2 a ) ln(d / a ) a Điện môi a (σ, ε’, µ) µ−1 µ d L=cosh ( da / 2 ) ≈ ln ( ad≪ ) d ngoµi π π a Cao t ần σ πσ = = G C − ε ' cosh1 (d / 2 a ) 1 R = π δσ a c Dẫn sóng & b ức x ạ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 8
  9. Tr ường c ủa đường dây dài (5) πε ' Mặt d ẫn ( σ ) C = c −1 cosh (d / 2 a ) a Điện môi a (σ, ε’, µ) πσ = G − d cosh1 (d /2 a ) Th ấp t ần µ 1 −  L= + cosh1 ( d /2 a ) π 4  2 R = π2 σ a c Dẫn sóng & b ức x ạ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 9
  10. Dẫn sóng & b ức x ạ 1. Tr ườ ng c ủa đườ ng dây dài 2. Các ki ểu d ẫn sóng c ơ b ản 3. Phân tích sóng ph ẳng c ủa d ẫn sóng song ph ẳng 4. Phân tích d ẫn sóng song ph ẳng b ằng ph ươ ng trình sóng 5. Dẫn sóng ch ữ nh ật 6. Dẫn sóng điện môi ph ẳng 7. Cáp quang 8. Các nguyên lý c ơ b ản c ủa anten Dẫn sóng & b ức x ạ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 10
  11. Các ki ểu d ẫn sóng c ơ b ản (1) z d x ε y Dẫn sóng & b ức x ạ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 11
  12. Các ki ểu d ẫn sóng c ơ b ản (2) y b a x a n2 n2 n1 d n1 b a n2 Dẫn sóng & b ức x ạ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 12
  13. Các ki ểu d ẫn sóng c ơ b ản (3) I I – – – – – – – – – ++ ++ + + + – E E k U H  H + + + + ++ ++ + + z –––– –– – + d x = = = ω µε kl k x k ε y kl θ kx kl θ Dẫn sóng & b ức x ạ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 13
  14. Các ki ểu d ẫn sóng c ơ b ản (4) x E  H U H kx E kx kl kl z TE TM kl θ kx kl θ Dẫn sóng & b ức x ạ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 14
  15. Dẫn sóng & b ức x ạ 1. Tr ườ ng c ủa đườ ng dây dài 2. Các ki ểu d ẫn sóng c ơ b ản 3. Phân tích sóng ph ẳng c ủa d ẫn sóng song ph ẳng 4. Phân tích d ẫn sóng song ph ẳng b ằng ph ươ ng trình sóng 5. Dẫn sóng ch ữ nh ật 6. Dẫn sóng điện môi ph ẳng 7. Cáp quang 8. Các nguyên lý c ơ b ản c ủa anten Dẫn sóng & b ức x ạ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 15
  16. Phân tích sóng ph ẳng c ủa d ẫn sóng song ph ẳng (1) κ m λ λ kl β=2 − κ 2 mk m θm βm ω ε ' ωn k =ω µ ε ' =r = 0 c c Dẫn sóng & b ức x ạ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 16
  17. Phân tích sóng ph ẳng c ủa d ẫn sóng song ph ẳng (2) kx kl kx kl Etới Eph ản x ạ Eph ản x ạ Etới  U Ez –Ez Vật d ẫn Vật d ẫn lý t ưở ng lý t ưở ng U TE, l ệch π TM, l ệch 0 Dẫn sóng & b ức x ạ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 17
  18. Phân tích sóng ph ẳng c ủa d ẫn sóng song ph ẳng (3) ω ε ' ωn β=k 2 − κ 2 k =ω µ ε ' =r = m m 0 c c Ph ản x ạ v ới d ịch pha 0 ho ặc π k kl l κmd κmd λ kx Ph ản x ạ v ới d ịch pha 0 ho ặc π mπ κd++ ϕκ d += ϕ2 m π →κ = m m m d Dẫn sóng & b ức x ạ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 18
  19. Phân tích sóng ph ẳng c ủa d ẫn sóng song ph ẳng (4) β=2 − κ 2 mk m κ m λ kl ω ε ' ωn k =ω µ ε ' =r = 0 c c π κ = m m d θm κ= θ mk cos m βm  mπ  mc π  m λ θ =arccos = arccos = arccos  m  ω   kd  nd 2 nd →  π2 π 2 β=−=−2 κ 2 m =−  m c  mk m k1 k 1   kd ω nd Dẫn sóng & b ức x ạ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 19
  20. Phân tích sóng ph ẳng c ủa d ẫn sóng song ph ẳng (5) π ω = m c §Þnh nghÜa: cm κ nd m λ kl mπ c  2 β =k 1 −   m ωnd  2 θm nω ω  →β =1 − cm m ω  c   βm π λ =2c = 2 nd cm ω cm m 2 2πn  λ  →β =1 − m λ λ  cm  Dẫn sóng & b ức x ạ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 20
  21. Phân tích sóng ph ẳng c ủa d ẫn sóng song ph ẳng (6) Ví d ụ 1 Xét đườ ng dây d ẫn sóng song ph ẳng, kho ảng cách gi ữa 2 mặt d ẫn là d = 1 cm, đượ c điền đầ y teflon v ới ε’r = 2,1. Xác đị nh t ần s ố ho ạt độ ng c ủa sóng để nó có th ể lan truy ền ở ch ế độ m = 1. πππ8 π ω ==m c1 c = .3.10 = 3 10 c1 − 10 nd ε ' 2,1.10 2 2,1 r d ω π 10 ==c1 3 .10 =10 = fc1 1,03.10 Hz 10,3 GHz 2π 2π 2,1 10,3 GHz<f < 20,6 GHz Dẫn sóng & b ức x ạ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 21
  22. Phân tích sóng ph ẳng c ủa d ẫn sóng song ph ẳng (7) Ví d ụ 2 Xét đườ ng dây d ẫn sóng song ph ẳng, kho ảng cách gi ữa 2 mặt d ẫn là d = 1 cm, đượ c điền đầ y teflon v ới ε’r = 2,1. B ướ c sóng c ủa sóng ho ạt độ ng là λ = 2 mm. Có bao nhiêu ch ế độ sóng lan truy ền đượ c? −3 2nd − 2 2,1.10.10 λ = →2.10 3 < cm m m 2 2,1.10 →m < = 14,5 2 Dẫn sóng & b ức x ạ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 22
  23. x Phân tích sóng ph ẳng c ủa d ẫn sóng song ph ẳng (8) E  H U H kx E kx kl kl z TE TM −jk .r − j k .r =l − x Eys Ee0 Ee 0 κm k=κ a + β a λ l mx mz kl = −κ + β kx mx a mz a = + rx ax z a z −jxκ jx κ − jz β θm → =m − m m Eys Ee0 ( e ) e −jzβ − jz β βm =κm = ' κ m 2jE0 sin(m xe ) E 0 sin( m xe ) Dẫn sóng & b ức x ạ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 23
  24. Phân tích sóng ph ẳng c ủa d ẫn sóng song ph ẳng (9) −jxκ jx κ − jz β =m − m m Eys Ee0 ( e ) e −jzβ − jz β =κm = ' κ m 2jE0 sin(m xe ) E 0 sin( m xe ) →=jω t =' κ ω − β Ezty(,) Re[ Ee ys ] E0 sin( m x )cos( t m z ) ω ω 2 β =n − cm  m 1   →−β =− α c ω  j|m | j m ω< ω NÕu cm −α  = ' κ m z Eys E0 sin( m xe ) →  −α = ' κm z ω EztE(,)0 sin(m xe ) cos t Dẫn sóng & b ức x ạ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 24
  25. Phân tích sóng ph ẳng c ủa d ẫn sóng song ph ẳng (10) 2 nω ω  n 2 2 β =1 − cm  =ω − ω m c ω  c cm ω< ω cm 2 2 nnωω  2 π n  λ  →=α ω2 −= ω 2 cm1 − = 1 − cm m cm ω  λ λ  c c cm  cm   mπ  m π c  m λ θ =arccos = arccos  = arccos  m kd ω nd 2 nd π ω = m c cm nd ω λ →cos θ =cm = m ω λ cm Dẫn sóng & b ức x ạ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 25
  26. Phân tích sóng ph ẳng c ủa d ẫn sóng song ph ẳng (11) ω λ cos θ =cm = κ m ω λ m cm λ kl nω β=k sin θ = sin θ m mc m ω c θ v = = m pm β θ mnsin m βm 2  −1 dβ d n ω  ω  v =m =1 −  cm   gm dω d ω c  ω     2 cω  c →=−v 1cm  = sin θ gmnω  n m Dẫn sóng & b ức x ạ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 26
  27. Dẫn sóng & b ức x ạ 1. Tr ườ ng c ủa đườ ng dây dài 2. Các ki ểu d ẫn sóng c ơ b ản 3. Phân tích sóng ph ẳng c ủa d ẫn sóng song ph ẳng 4. Phân tích d ẫn sóng song ph ẳng b ằng ph ươ ng trình sóng 5. Dẫn sóng ch ữ nh ật 6. Dẫn sóng điện môi ph ẳng 7. Cáp quang 8. Các nguyên lý c ơ b ản c ủa anten Dẫn sóng & b ức x ạ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 27
  28. Phân tích d ẫn sóng song ph ẳng b ằng ph ươ ng trình sóng (1) ∇2 = − 2 Esk0 E s κm →∇2 =− 2 = ω λ Esk E s , knc / kl ∂2E ∂ 2 E ∂ 2 E →ys + ys + ys +2 = k E ys 0 ∂x2 ∂ y 2 ∂ z 2 ∂2 Eys = 0 θm ∂y2 − jβ z = m βm Eys Ef0 m ( xe ) d2 f( x ) →m +−(k2β 2 )()0 f x = d2 f( x ) 2 m m →m +κ 2 = dx mf m ( x ) 0 2−β 2 = κ 2 2 k m m dx → =κ + κ fxm( ) cos( m x ) sin( m x ) Dẫn sóng & b ức x ạ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 28
  29. Phân tích d ẫn sóng song ph ẳng b ằng ph ươ ng trình sóng (2) z − jβ z = m d Eys Ef0 m ( xe ) x =κ + κ fxm( ) cos( m x ) sin( m x ) E=0 → fx ( ) = sin(κ x ) ε y yx=0 m m mπ E =0 →κ = yx= d m d m = 2 mπ x  − jβ z m = 1 →E = Esin   e m m = 3 ys 0 d  Dẫn sóng & b ức x ạ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 29
  30. Phân tích d ẫn sóng song ph ẳng b ằng ph ươ ng trình sóng (3) κm mπ x  − jβ z λ E= Esin   e m kl ys 0 d  ω θ = cm cos m ω →β = 0 m θ NÕu ω= ω 2nπ m cm →κ =k = m λ cm β π m κ = m z m d mπ2 n π mλ → = →=d cm d λ x dcm 2 n mxπ  2 nx π  →E = Esin  = E sin   ys 0d  0 λ cm  ε y Dẫn sóng & b ức x ạ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 30
  31. Phân tích d ẫn sóng song ph ẳng b ằng ph ươ ng trình sóng (4) z ∇×EH =− jωµ s s d x mπ x  − jβ z E= Esin   e m ys 0 d  ε y ∂E ∂ E →∇×E =ys a − ys a s∂x z ∂ z x −jzβ − jz β =κκm + βκ m mE0cos( m xe )a zm jE 0 sin( m xe ) a x ∂∂E∂ ∂  ∂ E ∂ ∇×=Ez −y +Ex − E z  + y − E x E ax  a y  a z ∂∂yz ∂∂ zx   ∂∂ xy Dẫn sóng & b ức x ạ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 31
  32. Phân tích d ẫn sóng song ph ẳng b ằng ph ươ ng trình sóng (5) −jzβ − jz β ∇×=κκm + βκ m EsmE0cos( m xe ) a zm jE 0 sin( m xe ) a x ∇× =− ωµ EHsj s  β − jβ z = m κ m Hxs E0 sin( m xe )  ωµ →  κ − β  = m κ jm z Hzs jE0 cos( m xe )  ωµ =ˆ = ˆ + ˆ Hs H s .H sHHHH xsxs zszs E 1/2 1/2 →=+H 0 (κβ22) sin 2 ( κx ) + cos 2 κ x  sωµ mm m m  κβ222+= 2 κ + 2 κ = mmk, sin ( m x ) cos m x 1 kEω µε E →=H 0 = = 0 s ωµ ωµ η Dẫn sóng & b ức x ạ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 32
  33. Dẫn sóng & b ức x ạ 1. Tr ườ ng c ủa đườ ng dây dài 2. Các ki ểu d ẫn sóng c ơ b ản 3. Phân tích sóng ph ẳng c ủa d ẫn sóng song ph ẳng 4. Phân tích d ẫn sóng song ph ẳng b ằng ph ươ ng trình sóng 5. Dẫn sóng ch ữ nh ật 6. Dẫn sóng điện môi ph ẳng 7. Cáp quang 8. Các nguyên lý c ơ b ản c ủa anten Dẫn sóng & b ức x ạ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 33
  34. Dẫn sóng ch ữ nh ật (1) ∂2E ∂ 2 E ∂ 2 E ys+ ys + ys +2 = y k E ys 0 ∂x2 ∂ y 2 ∂ z 2 ∂2E ∂ 2 E →ys + ys +−(k2β 2 ) E = 0 ∂2 ∂ 2 mp ys b x y x − jβ z → = mp Eys Ef0 m() xf p () ye a − jβ z mπ E= Esin(κ xe )m 0 , κ = ys0 m 0 m 0 a y β m0 − jβ z H= − Esin(κ xe ) m0 xsωµ 0 m 0 b κ − jβ z H= jm0 Ecos(κ xe ) m 0 zsωµ 0 m 0 κ2+ β 2 = 2 x m0 m 0 k π a ω = m c c (m 0) na Dẫn sóng & b ức x ạ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 34
  35. Dẫn sóng ch ữ nh ật (2) y b x − jβ z pπ a E= Esin(κ ye )0 p , κ = xs0 0 p 0 p b β 0 p − jβ z y H= Esin(κ ye ) 0 p ysωµ 0 0 p κ b 0 p − jβ z H= − jEcos(κ ye ) 0 p zsωµ 0 0 p pπ c x ω (0p ) = c nb a Dẫn sóng & b ức x ạ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 35
  36. Dẫn sóng & b ức x ạ 1. Tr ườ ng c ủa đườ ng dây dài 2. Các ki ểu d ẫn sóng c ơ b ản 3. Phân tích sóng ph ẳng c ủa d ẫn sóng song ph ẳng 4. Phân tích d ẫn sóng song ph ẳng b ằng ph ươ ng trình sóng 5. Dẫn sóng ch ữ nh ật 6. Dẫn sóng điện môi ph ẳng 7. Cáp quang 8. Các nguyên lý c ơ b ản c ủa anten Dẫn sóng & b ức x ạ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 36
  37. Dẫn sóng điện môi ph ẳng (1) n 2 x d n1 n2 n2 d/2 n1 z –d/2 n2 Dẫn sóng & b ức x ạ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 37
  38. Dẫn sóng điện môi ph ẳng (2) n θ θ≥ θ = 2 2 k2l n 1 c arcsin 2 n1 n1 −jk .r − j k .r θ1 =1l ± 1 x k1x k1l Ey1 s Ee 0 Ee 0 d d − <x < 2 2 k n2 =κ + β 2x víi k a a k1 1l 1 x z k1l = −κ + β k k k1x 1 a x a z 2 2l θ1 θ2 β = + β rx ax z a z jxκ− jx κ −jzβ − jz β E= Ee[1 + e 1 ] e = 2 E cos(κ xe ) →  y10 s 01 κ− κ −β − β  =jx1 − jx 1 jz = κ jz Ey10 s Ee[ e ] e 2sin() E 01 xe Dẫn sóng & b ức x ạ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 38
  39. Dẫn sóng điện môi ph ẳng (3) −jk .r − jκ x − β θ2 k =2 = 2 j z 2l n Ey2 s Ee 02 Ee 02 e 2 n1 κ= − j γ θ 2 2 1 k1x k1l γ= κ = θ 2j 2 jn 20 k cos 2 2 1/ 2 n   k2x 2 n  2 = −1 θ −  k1 jnk2 0( j )  sin 1 1 k1l n   2  k2 k2l θ1 θ2 β β −γ(xd −/ 2) − jz β d  EEe=2 e x >  y2 s 02 2  γ(xd+/ 2) − jz β d  EEe=2 e x < −  y2 s 02 2  Dẫn sóng & b ức x ạ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 39
  40. Dẫn sóng điện môi ph ẳng (4) n2 n m = 2 1 m = 1 m = 3 n2 Dẫn sóng & b ức x ạ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 40
  41. Dẫn sóng điện môi ph ẳng (5)  κ − jβ z −d Esc(TEch½n ) E0 c cos( 1 ) eex   2 2   dγ+ − β  d  κ 2 (xd/ 2) jz Esl(TE lÎ ) E0 l sin( 1 ) ee x   2 2   dγ (x+ d / 2) − β  d  −κ 2 j z < −  E0l cos( 1 ) ee x   2 2  Dẫn sóng & b ức x ạ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 41
  42. Dẫn sóng điện môi ph ẳng (5) 2−≥− 2 π = k0 d n 1 n 2 ( m 1) ( m 1,2,3, ) 2− 2 2 − 2 kd0 n 1 n 2 2d n1 n 2 Dẫn sóng & b ức x ạ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 42
  43. Dẫn sóng điện môi ph ẳng (6) Ví d ụ 1 Một đườ ng dây d ẫn sóng điện môi ph ẳng đượ c dùng để truy ền ánh sáng có bướ c sóng λ = 1,30 µm; độ dày c ủa t ấm d ẫn là d = 5,00 µm; chi ết su ất c ủa l ớp điện môi bao quanh là n2 = 1,450. Xác đị nh chi ết su ất l ớn nh ất c ủa t ấm d ẫn để nó có th ể truy ền sóng ch ế độ đơ n. λ >2 − 2 2d n1 n 2 λ 2 2 →<  +=21,30  + 2 = n1  n 2   1,450 1,456 2d   2.5,00  Dẫn sóng & b ức x ạ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 43
  44. Dẫn sóng & b ức x ạ 1. Tr ườ ng c ủa đườ ng dây dài 2. Các ki ểu d ẫn sóng c ơ b ản 3. Phân tích sóng ph ẳng c ủa d ẫn sóng song ph ẳng 4. Phân tích d ẫn sóng song ph ẳng b ằng ph ươ ng trình sóng 5. Dẫn sóng ch ữ nh ật 6. Dẫn sóng điện môi ph ẳng 7. Cáp quang 8. Các nguyên lý c ơ b ản c ủa anten Dẫn sóng & b ức x ạ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 44
  45. Cáp quang (1) ρϕ= ρϕ Φ − β Exs(,,) zR∑ i () i ()exp( jz i ) i ∇2 = − 2 Esk E s 2 2 n2 1∂ ∂E  1 ∂ E n →ρxs  + xs +−=(k2 β 2 ) E 0 1 ρ∂ ρ ∂ ρ  2 2 xs   ρ∂ ϕ b a ρ2d 2 R ρ dR1 d 2 Φ → + +ρ2(k 2 −=− β 2 ) Rρ2 R d ρ Φ ϕ 2 d d ℓ2 ℓ 2  2 ϕ+ α d Φ 2 cos(ℓ )  +ℓ Φ = 0 Φ(ϕ ) =   dϕ 2 sin(ℓϕ+ α ) →   d2 R1 dR ℓ 2  + +−−k2β 2  R = 0  2ρ ρ 2 Φϕ = ϕ dρd  ρ  ( ) cos(ℓ ) Dẫn sóng & b ức x ạ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 45
  46. Cáp quang (2) d 2Φ  +ℓ2 Φ=0 →Φ (ϕ ) = cos( ℓ ϕ )  dϕ 2  2 2  d R1 dR ℓ  n2 + +−−k2β 2  R = 0 n  2ρ ρ 2 1 dρd  ρ  b a β=2 − β 2 §Æt t k  β=n2 k 2 − β 2 ( ρ  t2n 2 k 0 ( a ) β ρ β AJ ℓ (t ) t thùc →R(ρ ) =  ()β ρ β BK ℓ t t ¶o Dẫn sóng & b ức x ạ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 46
  47. Cáp quang (3) 1 J (β ρ ) β ρ β 0 t AJ ℓ (t ) t thùc 0,8 R(ρ ) =  ()β ρ β BK ℓ t t ¶o 0,6 0,4 β ρ J1(t ) 0,2 0 – 0,2 – 0,4 0 2 4 6 8 10 12 14 16 Dẫn sóng & b ức x ạ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 47
  48. Cáp quang (4) 4 β ρ β AJ ℓ (t ) t thùc 3.5 R(ρ ) =  β ρ β BK ℓ ()t t ¶o 3 2.5 β ρ 2 K1 ( t ) 1.5 1 0.5 β ρ K0 ( t ) 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 Dẫn sóng & b ức x ạ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 48
  49. Cáp quang (5) 1 β ρ 0,8 J0(t ) 0,6 n J (β ρ ) 2 0,4 1 t n1 0,2 b a 0 – 0,2 4 3.5 – 0,4 0 2 4 6 8 10 12 14 16 3 2.5 β ρ K1 ( t ) β ρ β 2 AJ ℓ (t ) t thùc R(ρ ) =  1.5 K ( β ρ ) β ρ β 1 0 t BK ℓ ()t t ¶o 0.5 00 0.5 1 1.5 2 2.5 3 Dẫn sóng & b ức x ạ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 49
  50. Cáp quang (6) β ρ β AJ ℓ (t ) t thùc R(ρ ) =  β ρ β BK ℓ ()t t ¶o n2 =β =2 2 − β 2 n1 §Æt uat1 ank 1 0 b a =β = β 2 − 2 2 §Æt wat2 a nk 2 0  ρ ϕ− jβ z ρ ≤ EJua0 ℓ (/ )cos(ℓ ) e a → E =  xs ρ ϕ− jβ z ρ ≥ EJuKwKwa0 []ℓ()/ ℓ () ℓ ( / )cos(ℓ ) e a 1 1 1 2 S=Re[EH ×=ˆ ] Re[ EHE ×= ˆ ] z,tb×nh 2 s s 2 xs ys 2 η xs Dẫn sóng & b ức x ạ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 50
  51. Cáp quang (7) 1 1 1 2 S=Re[EH ×=ˆ ] Re[ EHE ×= ˆ ] z,tb×nh 2 s s 2 xs ys 2 η xs n2 2uρ  2 IIJ=  cos (ℓϕ ) ρ ≤ a n1 ℓm 0 ℓ a  b a 2 2  ρ =Jℓ ( u ) 2 w  2 ϕ ρ ≥ IIKℓm 0   ℓ   cos (ℓ ) a Kℓ ( w )   a  Dẫn sóng & b ức x ạ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 51
  52. Cáp quang (8) (∇×E ) =∇× ( E ) sz1ρ=a sz 2 ρ = a  ρ ϕ − jβ z EJua0 ℓ (/ )cos(ℓ ) e n2 E =  n xs ρ ϕ − jβ z 1 EJuKwKwa0 []ℓ()/ ℓ () ℓ ( / )cos(ℓ ) e b a →Juℓ−1() = − w Kw ℓ − 1 () Ju() uKw () ℓ ℓ → = Jℓ−1( V c ) 0 §Æt V= u2 + w 2 =2 2 − β 2 →V = ak n2 − n 2 u a nk1 0 0 1 2 =β 2 − 2 2 wa nk2 0 Dẫn sóng & b ức x ạ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 52
  53. Cáp quang (9) 1 = =→ = VVc (11)m=1,ℓ = 1 2,405 JVℓ−1 (c ) 0 0,8 → =λ λ 2 a 2 − 2 c n1 n 2 0,4 2,405 0,2 0 – 0,2 β ρ β ρ J1(t ) J0 (t ) – 0,4 0 2 4 6 8 10 12 14 16 Dẫn sóng & b ức x ạ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 53
  54. Dẫn sóng & b ức x ạ 1. Tr ườ ng c ủa đườ ng dây dài 2. Các ki ểu d ẫn sóng c ơ b ản 3. Phân tích sóng ph ẳng c ủa d ẫn sóng song ph ẳng 4. Phân tích d ẫn sóng song ph ẳng b ằng ph ươ ng trình sóng 5. Dẫn sóng ch ữ nh ật 6. Dẫn sóng điện môi ph ẳng 7. Cáp quang 8. Các nguyên lý c ơ b ản c ủa anten Dẫn sóng & b ức x ạ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 54
  55. z Các nguyên lý c ơ b ản c ủa anten (1) = ω I I0 cos t d µ[J ] µ[I ] d L µ[I ] d A = dv = = a I ∫V 4π R ∫ 4π R 4π R z µ → = I0 d − jω R/ v y Azs e   4π R =ω  − R  [I ] I0 cos  t   x v   → = − jω R/ v [Is ] I0 e –A z Azs θs µ A= A cos θ  = I0 d θ − jω r/ v rs zs Ars cos e   4π R A= − A sin θ →  θs zs  µ   I0 d − jω r/ v = A= − sin θ e Ars Aϕs 0  θs π  4 R r P(r, θ, φ) θ y Dẫn sóng & b ức x ạ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 55
  56. Các nguyên lý c ơ b ản c ủa anten (2) µI d − ω A= 0 cos θ e j r/ v rs 4π R µ I0 d − jω r/ v Aθ = − sin θ e s 4π R = Aϕs 0 =µ =∇× Bs H s A s ∂(sin)Aθ ∂ ∂ ∂ () rA  ∂ ∂ ∇×=1ϕ −+Aθ 11Ar −ϕ + 1 (rA θ ) − A r  A  ar  aaθ  ϕ rsinθθϕ∂∂  r sin θϕ ∂∂ rrr   ∂∂ θ  ∂ ∂ ω  =1 − 1 Ars → =I0 d θ − jω r/ v  + 1  Hϕs( rA θ s ) Hϕs sin e j  →  µr∂ r µ r ∂ θ 4π vr r2   = = Hrs H θ s 0 Dẫn sóng & b ức x ạ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 56
  57. Các nguyên lý c ơ b ản c ủa anten (3) ω =I0 d θ − jω r/ v  + 1  Hϕs sin e j  4π vr r2  = = Hrs H θ s 0 ∂D ∇×H = →∇× H = jωε E ∂t s s ∂(sin)Hθ ∂ ∂ ∂ () rH  ∂ ∂ ∇×=1ϕ −+Hθ 11Hr −ϕ + 1 (rH θ ) − H r  H  ar  aaθ  ϕ rsinθθϕ∂∂  r sin θϕ ∂∂ rrr   ∂∂ θ  ∂     = 1 1 θ =I0 d θ − jω r/ v 1 + 1 Ers( H ϕ s sin ) Ers cos e    jωε r sin θ∂ θ  2π εvr2 j ωε r 3  →  →  ∂  1 1   I d− ω  jω 1 1  Eθ= −  ( rH ϕ ) E=0 sin θ e j r/ v  + +   sωε∂ θ s  θs π 2 2 3   j r   4 εv r ε vr j ωε r  Dẫn sóng & b ức x ạ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 57
  58. Các nguyên lý c ơ b ản c ủa anten (4) ω =I0 d θ − jω r/ v  + 1  Hϕs sin e j  4π vr r2    =I0 d θ − jω r/ v 1 + 1 Ers cos e   2π εvr2 j ωε r 3  ω  =I0 dθ − jω r/ v j +1 + 1 Eθs sin e   4π εvr2 ε vr 2 j ωε r 3  ωπ=2,f f λ == vv ,1/ µεηµε , = /  2π  =I0 d θ −j 2 π r / λ  + 1  Hϕs sin e j   4π λ r r2   η   → =I0 d θ −j 2 π r / λ 1 + 1 Ers cos e    2π r2 j2π r 3   I d η − 2 π λ 2π 1 λ  E=0 sin θ ej r /  j + +   θs π λ 2 3   4 r r j2π r  Dẫn sóng & b ức x ạ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 58
  59. Các nguyên lý c ơ b ản c ủa anten (5) 2π =I0 d θ −j 2 π r / λ  + 1  Hϕs sin e j  4π λ r r2  ===π θ o =8 λ = VD Id0 4 , 90 , tf 0, 300MHz, v 3.10m/s, 1 m 2π → = + 1  −j 2 π r Hϕs  j  e r r2  2π  2 1 →=+Hϕ   cos{[arctg(2π r ) − 2 π r ]} r  r4 cos(ab− ) = cos ab cos + sin ab sin cos[arctg(x )]= 1/ 1 + x 2 1 →Hϕ =(cos 2π rrr + 2 π sin 2 π ) r2 Dẫn sóng & b ức x ạ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 59
  60. Các nguyên lý c ơ b ản c ủa anten (6) 2π =I0 d θ −j 2 π r / λ  + 1  Hϕs sin e j  4π λ r r2  ===π θ o =8 λ = VD Id0 4 , 90 , tf 0, 300MHz, v 3.10m/s, 1 m 1 →Hϕ =(cos 2π rrr + 2 π sin 2 π ) r2 Hφ Hφ 2 0 r 1 0 102 r 101 Dẫn sóng & b ức x ạ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 60
  61. z Các nguyên lý c ơ b ản c ủa anten (7)  2π  =I0 d θ −j 2 π r / λ  + 1  Hϕs sin e j  d  4π λ r r2  I  η    =I0 d θ −j 2 π r / λ 1 + 1 y Ers cos e   2π r2 j2π r 3    x  I d η− 2 π λ 2 π 1 λ  E=0 sin θ ej r /  j + +   θs π λ 2 3  z  4 r r j2π r   I d − 2 π λ a H= j0 sin θ e j r / φ  ϕs λ θ  2 r y → = →EH = η Ers 0 θs ϕ s r  η φ ar  = I0 d θ −j 2 π r / λ Eθs jsin e  2λr x aθ Dẫn sóng & b ức x ạ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 61
  62. Các nguyên lý c ơ b ản c ủa anten (8)  = I0 d θ −j 2 π r / λ Hϕs jsin e  2λr  η  I0 d −j 2 π r / λ Eθ = jsin θ e  s 2λr θ Eθs Dẫn sóng & b ức x ạ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 62
  63. Các nguyên lý c ơ b ản c ủa anten (9) = I0 d θ −j 2 π r / λ Hϕs jsin e 2λr EHθ=η ϕ η  I d −j 2 π r / λ →  π E= j0 sin θ e I0 d 2 r  θs λ Hϕ = −sinθ sin  ω t −  2 r  2λr  λ  =η EHθs ϕ s 2 π I0 d  2 2 2 r  SEH=θ ϕ =  ηsin θ sin  ω t −  r 2λr   λ  2 ϕ=2 π θπ = I d2π 2 2π r  S= Sr2 sin θ dd θ ϕ =0ηsin  ωt − 0  ∫ϕ=0 ∫ θ = 0 r 0 2λr 3  λ  2 2 Idπ 2  Id →S =0η = 40 π  0 tb×nh 2λr 3  2 λ r Dẫn sóng & b ức x ạ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 63
  64. z Các nguyên lý c ơ b ản c ủa anten (10) 2 = π 2 I0 d  d S 40   I tb×nh 2λr  y 1 x PIR= 2 tb×nh2 0 bøc x¹ 2P d  2 R =tb×nh = 80 π 2 bøc x¹ 2 λ  I0   Dẫn sóng & b ức x ạ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 64
  65. ơ ả ủ Ví d ụ Các nguyên lý c b n c a anten (11) Xét một nguyên t ố anten th ẳng, dài d = 1m, có dòng điện I0 = 1A, đặ t trong không khí. Tính công su ất & t ổng tr ở b ức x ạ trong 2 tr ườ ng h ợp: a) f = 3 MHz; b) f = 300 Hz Dẫn sóng & b ức x ạ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 65
  66. Các nguyên lý c ơ b ản c ủa anten (12) d Dẫn sóng & b ức x ạ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 66
  67. Các nguyên lý c ơ b ản c ủa anten (13) I Đơ n c ực I ặ ẫ M t d n Ảnh I Dẫn sóng & b ức x ạ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 67
  68. Nội dung I. Gi ới thi ệu II. Gi ải tích véct ơ III. Lu ật Coulomb & c ườ ng độ điện tr ườ ng IV. Dịch chuy ển điện, lu ật Gauss & đive V. Năng l ượ ng & điện th ế VI. Dòng điện & v ật d ẫn VII. Điện môi & điện dung VIII.Các ph ươ ng trình Poisson & Laplace IX. Từ tr ườ ng d ừng X. Lực t ừ & điện c ảm XI. Tr ườ ng bi ến thiên & h ệ ph ươ ng trình Maxwell XII. Sóng ph ẳng XIII.Ph ản x ạ & tán x ạ sóng ph ẳng XIV.Dẫn sóng & b ức x ạ Dẫn sóng & b ức x ạ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 68