Ly thuyet anten & truyen song

15,037 views

Published on

5 Comments
29 Likes
Statistics
Notes
No Downloads
Views
Total views
15,037
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
46
Actions
Shares
0
Downloads
339
Comments
5
Likes
29
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Ly thuyet anten & truyen song

  1. 1. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 11. Chương 1: Các vấn đề chung về truyền sóngTính chất của sóng điện từ; Các phương pháp truyền lan sóng;Quá trình truyền lan sóng trong không gian tự do1. Chương 2: Truyền lan sóng cực ngắnTruyền lan trong điều kiện lý tưởng; Truyền lan trong điều kiện thực1. Chương 3: Kênh truyền sóng vô tuyếnĐặc tính kênh truyền sóng; Phadinh; Các mô hình kênh1. Chương 4: Lý thuyết chung về antenCác tham số của anten; Các nguồn bức xạ nguyên tố1. Chương 5: Chấn tử đối xứngTrường bức xạ của chấn tử đối xứng;Các tham số, phương pháp cấp điện cho chấn tử đối xứng1. Chương 6: Anten trong thông tin vô tuyếnAnten nhiều chấn tử; Nguyên lý bức xạ mặt; Anten loa, anten gươngNội dung cơ bản
  2. 2. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 2 Hệ thống viễn thôngCHƯƠNG I – CÁC VẤN ĐỀ CHUNG VỀ TRUYỀN SÓNGHình 1.1. Mô hình hệ thống viễn thông
  3. 3. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 3 Truyền dẫn vô tuyến (Radio Transmission)• Môi trường truyền dẫn+ Không gian (bầu khí quyển)• Phương tiện truyền dẫn+ Sóng điện từ1.1 Giới thiệuHình 1.2. Môi trường truyền dẫn vô tuyến
  4. 4. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 4 Khái niệm• Sóng điện từ là quá trình biến đổi năng lượng tuần hoàn giữa điệntrường và từ trường làm cho năng lượng điện từ lan truyền trongkhông gian. Đặc điểm• Sóng điện từ có hai thành phần:+ Điện trường : E (V/m)+ Từ trường : H (A/m)Đây là hai đại lượng vectơ (có phương, chiều, độ lớn), có quan hệ mật thiếtvới nhau trong quá trình sóng truyền lan trong không gian• Các nguồn bức xạ sóng điện từ thường có dạng sóng cầu hoặc sóngtrụ, khi nghiên cứu ta chuyển về dạng sóng phẳng1.2 Tính chất cơ bản của SĐT
  5. 5. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 5 Biểu thức quan hệ giữa các thành phần• Nghiên cứu với sóng điện từ phẳng, truyền lan trong môi trườngđiện môi đồng nhất và đẳng hướng• Biểu diễn sóng điện từ bằng hệ phương trình Maxoel dạng vi phân:+ Giải hệ1.2 Tính chất cơ bản của SĐTyxyxHEt zHEz t∂∂ε = − ∂ ∂∂∂ = −µ ∂ ∂ε: Hệ số điện môiµ: Hệ số từ thẩmz: Cự ly truyền sóngt: Thời gian(1.1)x 1 2y 1 2E FGz zt F tv vz zH t G tv v==   − + + ÷  ÷      − + + ÷  ÷   F, G: Các hàm sóngv: Vận tốc truyền lan của sóng (m/s)vz 1t .=∂=∂ εµ(1.2)
  6. 6. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 6 Biểu thức quan hệ giữa các thành phần• Trở kháng sóng, Z: Biểu thị ảnh hưởng của môi trường tới quá trìnhtruyền sóng+ Với không gian tự do1.2 Tính chất cơ bản của SĐT(1.3)(1.4)( )ZEH= µ = Ωε( ) ( )( )( )970 080 0000v104 .10 H/ m ; F/ m3613.10 m/s cZ 120−−=µ = π ε =π= =ε µµ= = π Ωε
  7. 7. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 7 Biểu thức quan hệ giữa các thành phần• Biến đổi Fourier biểu diễn sóng điện từ dưới dạng tín hiệu điều hòa+ Nhận xét: Khi sóng truyền lan, tại mỗi điểm thành phần từ trường vàđiện trường có pha như nhau và biên độ liên hệ qua công thức (1.5)1.2 Tính chất cơ bản của SĐT(1.5)( ) ( )( ) ( )x m mm myE EHzcos t E cos t kzvE Ezcos t cos t kzvZ Z2 .f 2 .f 2kv c f.==ω − = ω −ω − = ω −ω π π π= = = =λ λk: Hệ số sóng, đặc trưng cho sự thay đổi pha của sóng
  8. 8. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 8 Biểu thức quan hệ giữa các thành phần• Thông lượng năng lượng của sóng điện từ, S+ Thông lượng năng lượng trung bình• Sóng điện từ ngang, TEM1.2 Tính chất cơ bản của SĐT(1.6)[ ]S E H= ×r ur ur( ) ( )2m m mavg e1 E .H ES R E H2 2 2.Z2W/m= × = =ur urHình 1.3. Sóng TEM(1.7)
  9. 9. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 9 Mặt sóng+ Sóng điện từ lan tỏa trong không gian, tại mỗi điểm sóng điệntừ được đặc trưng bởi pha và cường độ• Mặt sóng: Là quỹ tích những điểm trong không gian tại đósóng điện từ có pha như nhau và cường độ bằng nhau• Hai dạng mặt sóng đặc biệt: Mặt sóng phẳng, mặt sóng cầu• Quá trình truyền lan sóng điện từ: Tính chất sóng+ Sóng điện từ bức xạ ra không gian dưới dạng vô số các mặtsóng liên tiếp+ Nguồn bức xạ sóng điện từ chỉ đóng vai trò là nguồn bức xạ sơcấp+ Quá trình sóng truyền lan, các mặt sóng được tạo ra đóng vaitrò là nguồn bức xạ thứ cấp tạo ra các mặt sóng tiếp sau nó1.2 Tính chất cơ bản của SĐT
  10. 10. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 10Phân cực sóng• KN: Trường phân cực là trường điện từ với cácvecto E và H có thể xác định được hướng tại thờiđiểm bất kỳ (biến đổi có tính quy luật)Ngược lại là trường không phân cực (biến đổi ngẫunhiên trong không gian)• Mặt phẳng phân cực: Là mặt phẳng chứa vec tơ Evà phương truyền lan sóng (vecto Z)1.2 Tính chất cơ bản của SĐT
  11. 11. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 111.2 Tính chất cơ bản của SĐT• Phân loại+ Phân cực đường thẳng: Mặt phẳng phân cực cố định khi sóngtruyền lan- Phân cực đứng: Vecto E vuông góc với mặt phẳng nằm ngang- Phân cực ngang: Vecto E song song với mặt phẳng nằmngang+ Phân cực quay: Mặt phẳng phân cực quay xung quanh trụccủa phương truyền lan- Phân vực tròn: Khi vecto E quay, biên độ không thay đổi (vẽlên đường tròn)- Phân cực elip: Khi vecto E quay, biên độ thay đổi liên tục vẽlên đường elipQuay phải: Quay thuận chiều kim đồng hồQuay trái: Quay ngược chiều kim đồng hồ
  12. 12. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 12 Phân cực sóng1.2 Tính chất cơ bản của SĐTHình 1.4. Các dạngphân cực sóng
  13. 13. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 13 Phân chia sóng điện từ+ Dựa vào tính chất vật lý, đặc điểm truyền lan: Chia thành các băng sóng1.3 Phân loại sóng điện từHình 1.5. Cácbăng sóng
  14. 14. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 14 Phân chia sóng điện từ+ Dựa vào tính chất vật lý, đặc điểm truyền lan: Chia thành các băng sóng1.3 Phân loại sóng điện từBảng 1.1. Các băng sóngTên băng tần (Băng sóng) Ký hiệu Phạm vi tần sốTần số vô cùng thấp ULF 30 - 300 HzTần số cực thấp ELF 300 - 3000 HzTần số rất thấp VLF 3 - 30 kHzTần số thấp (sóng dài) LF 30 - 300 kHzTần số trung bình (sóng trung) MF 300 - 3000 kHzTần số cao (sóng ngắn) HF 3 - 30 MHzTần số rất cao (sóng mét) VHF 30 - 300 MHzTần số cực cao (sóng decimet) UHF 300 - 3000 MHzTần số siêu cao (sóng centimet) SHF 3 - 30 GHzTần số vô cùng (sóng milimet) EHF 30 - 300 GHzDưới milimet 300 - 3000 GHz
  15. 15. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 15 Phân chia sóng điện từ• Tính chất quang học+ Sóng ánh sáng cũng là sóng điện từ, ở băng tần thị giác cảm nhậnđược, khi nghiên cứu sóng điện từ thường sử dụng sóng ánh sáng chotrực quan+ Các tính chất quang của sóng ánh sáng cũng đúng cho sóng điện từ- Truyền thẳng- Phản xạ, khúc xạ- …• Ứng dụng các băng sóng+ LF, MF: Phát thanh điều biên nội địa, thông tin hàng hải+ HF: Phát thanh điều biên cự ly xa+ VHF, UHF: Phát thanh điều tần (66 – 108 MHz), truyền hình, viba số bănghẹp, hệ thống thông tin di động mặt đất+ SHF: Viba số băng rộng, thông tin vệ tinh+ EHF: Thông tin vũ trụ1.3 Phân loại sóng điện từ
  16. 16. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 16 Bầu khí quyển1.4 Phương thức truyền lan sóng điện từHình 1.6. Phân tầngbầu khí quyển
  17. 17. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 17 Sóng đất• Nguyên lý+ Bề mặt trái đất là môi trường dẫn khép kín đường sức điện trường+ Nguồn bức xạ nằm thẳng đứng trên mặt đất, sóng điện từ truyền lan dọctheo mặt đất đến điểm thu• Đặc điểm+ Năng lượng sóng bị hấp thụ ít đối với tần số thấp, đặc biệt với mặt đấtẩm, mặt biển (độ dẫn lớn)+ Khả năng nhiễu xạ mạnh, cho phép truyền lan qua các vật chắn+ Sử dụng cho băng sóng dài và trung với phân cực đứng1.4 Phương thức truyền lan sóng điện từThuPhátA BHình 1.7: Quá trình truyền lan sóng đất (sóng bề mặt)
  18. 18. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 18 Sóng không gian• Nguyên lý+ Anten đặt cao trên mặt đất ít nhất vài bước sóng+ Sóng điện từ đến điểm thu theo 2 cách- Sóng trực tiếp: Đi thẳng từ điểm phát đến điểm thu- Sóng phản xạ: Đến điểm thu sau khi phản xạ trên mặt đất (thỏa mãn ĐLPX)• Đặc điểm+ Chịu ảnh hưởng nhiều của điều kiện môi trường+ Phù hợp cho băng sóng cực ngắn, là phương thức truyền sóng chínhtrong thông tin vô tuyến1.4 Phương thức truyền lan sóng điện từHình 1.8: Truyền lansóng không gian
  19. 19. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 19 Sóng tầng điện ly (sóng trời)• Nguyên lý+ Lợi dụng đặc tính phản xạ sóng của tầng điện ly với các băng sóng ngắn+ Sóng điện từ phản xạ sẽ quay trở về trái đất• Đặc điểm+ Không ổn định do sự thay đổi điều kiện phản xạ của tầng điện ly1.4 Phương thức truyền lan sóng điện từHình 1.9: Truyền lansóng tầng điện ly
  20. 20. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 20 Sóng tự do (sóng thẳng)• Nguyên lý+ Môi trường truyền sóng lý tưởng (đồng tính, đẳng hướng, không hấpthụ)+ Sóng truyền lan trực tiếp đến điểm thu theo một đường thẳngĐặc điểm+ Môi trường chỉ tồn tại trong vũ trụ, sử dụng cho thông tin vũ trụ+ Bầu khí quyển trái đất trong một số điều kiện nhất định được coi làkhông gian tự do1.4 Phương thức truyền lan sóng điện từHình 1.10: Truyền lan sóngtự doMục tiêu trong vũ trụTrạm trên mặt đất
  21. 21. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 21 Tổng kết:1.4 Phương thức truyền lan sóng điện từHình 1.11: Các phương thức truyền lan sóngvô tuyếnSóng tự doSóng trờiSóng đất Mặt đấtKhông gian tự doTầng điện lyTầng bình lưuTầng đối lưuSóng không gian
  22. 22. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 22 Mật độ công suất, cường độ điện trường• Bài toán+ Không gian tự do+ Nguồn bức xạ vô hướng, công suất bức xạ P1(W), đặt tại điểm T+ Xét trường tại điểm R cách T một khoảng r (m)• Giải quyết+ Nguồn bức xạ sẽ bức xạ vô số mặt sóng cầu liên tiếp có tâm tại T+ Xét mặt cầu đi qua R có bán kính là r. Thông lượng năng lượng (mật độcông suất) tại mặt cầu:1.5 Biểu thức truyền lan sóng trong không gian tự do( )12 2SP4 .r2W/m=π1 m2rT R(P1-W)(1.8)
  23. 23. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 23 Mật độ công suất, cường độ điện trườngTheo lý thuyết trường+ Cường độ điện trường tại điểm thu1.5 Biểu thức truyền lan sóng trong không gian tự do(1.9)h h2 h h h02h2E ES EES.H ; HZ 120120=== =π⇔πEh, Hh: Cường độ điện trường, từ trường hiệu dụngZ0: Trở kháng sóng của không gian tự do( )( ) ( ) ( )1h 21hE30Pr60.PE E . 2.cos t kr .cos t krrV/mV/m== ω − = ω −(1.10)
  24. 24. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 24 Mật độ công suất, cường độ điện trường+ Sử dụng anten có hướng- Tập chung năng lượng giúp tăng công suất tại điểm thu- Đặc trưng bởi hệ số tính hướng D11.5 Biểu thức truyền lan sóng trong không gian tự do(1.11)( )1 21 11 21 11 12 2;60. ... . .4 .P PD DP PP DP DS E cos t k rr rωπ= == ⇔ = −Hình1.13: Nguồn bức xạ có hướngR; P2bức xạ vô hướngT; P1R; P2P2’
  25. 25. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 25 Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương(Equivalent Isotropic Radiated Power - EIRP)• Là công suất bức xạ tương đương của một anten vô hướng để cóthể đạt được cường độ trường tại điểm thu bằng với khi dùng antencó hướng1.5 Biểu thức truyền lan sóng trong không gian tự doG1: Hệ số tăng ích anten phát (GT)η1: Hiệu suất anten phát (ηT)P1: Công suất bức xạ anten phát (P∑)Pa1: Công suất đưa vào anten phát (PT)(1.12)( ) ( ) ( )1 11 111 1 1 111 1.; .. .dB dBaa T TEIRP P DEIRP P D dBGD P PEIRP P G P Gηη== += =⇔ = = (1.13)
  26. 26. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 26 Công suất nhận được trên anten thu, P2+ Là tích giữa mật độ công suất tại điểm thu, S2và diện tích làm việc củaanten thu, A+ Trường hợp sử dụng anten gương parabol tròn xoay với hệ số tínhhướng D2+ Công suất thực tế đầu ra anten thu1.5 Biểu thức truyền lan sóng trong không gian tự doAh: Diện tích hiệu dụng của anten thuη2: Hiệu suất anten thu(1.15)2 2.P S A=( )2 2222222 1 12 1 1 22.. .;4 4.. .. . . . W4. 4. . 4. .Dd dA D AD P DP P D Dr rλπ πλ πλ λπ π π = = ⇒ = ÷  ⇔ = =  ÷ 2 2 2. ; .a h hP S A A Aη= = (1.16)(1.14)d: Đường kính miệng antenλ: Bước sóng công tác
  27. 27. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 27 Tổn hao truyền sóng, L+ Xác định bằng tỉ số giữa công suất bức xạ của máy phát với công suấtanten thu nhận được+ Tổn hao truyền sóng trong không gian tự do gây ra bởi sự khuếch tántất yếu của sóng theo mọi phương, công suất thu được chỉ là một phầnnhỏ. Tổn hao này gọi là Tổn hao không gian tự do, Ltd+ Trường hợp sử dụng anten vô hướng, gọi là tổn hao cơ bản trong khônggian tự do, L01.5 Biểu thức truyền lan sóng trong không gian tự do12PLP=21 24 . 1..tdrLD Dπλ =  ÷ (1.17)(1.19)(1.18)( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )2001 24 .20lg 20lg 92,4520lg 20lg 92,45 10lg 10lgGHz kmtd GHz kmrLL f r dBL f r D D dBπλ =  ÷ = + += + + − − (1.20)
  28. 28. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 28 Hệ số suy giảm, F• Môi trường thực tế có nhiều yếu tố ảnh hưởng tới quá trình truyềnsóng, ảnh hưởng tới công suất thu• Các ảnh hưởng của môi trường thực lên quá trình truyền sóng đượcbiểu diễn qua hệ số suy giảm: F• Trong môi trường thực1.6 Hệ số suy giảm21 24 . 1.. .tdrLF D Dπλ =  ÷ (1.24)( ) ( ) ( )1 220lg 20lg 92,45 10lg 10lg 20lgtd GHz kmL f r D D F dB= + + − − −21 12 2..4 .P DS Frπ=( )1hE30P.FrV/m=(1.23)(1.22)(1.21)
  29. 29. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 29 Đặc điểm truyền lan sóng cực ngắn• Bước sóng từ 1mm đến 10m (30MHz – 300GHz): Là sóng siêucao tần (RF – Radio Frequency)• Phương pháp truyền+ Tần số cao nên không thể phản xạ trong tầng điện ly (đi xuyênqua)+ Bước sóng ngắn nên khả năng nhiễu xạ kém, bị hấp thụ mạnhbởi mặt đất+ Phương pháp truyền sóng không gian: Là phù hợp nhất- Tán xạ tầng đối lưu- Siêu khúc xạ tầng đối lưu- Truyền lan trong giới hạn nhìn thấy trực tiếp2.1 Tổng quátCHƯƠNG II – TRUYỀN LAN SÓNG CỰC NGẮN
  30. 30. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 30 Đặc điểm truyền lan sóng cực ngắn• Tán xạ tầng đối lưu+ Tồn tại các vùng không gian không đồng nhất trong tầng đối lưu+ Sóng đi vào trong vùng không đồng nhất sẽ khuyếch tán theo mọihướng Lợi dụng để truyền sóng đến điểm thu+ Đặc điểm: Không ổn định do vùng không đồng nhất luôn thay đổi2.1 Tổng quátHình 2.1: Tán xạ tầng đối lưu
  31. 31. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 31 Đặc điểm truyền lan sóng cực ngắn• Siêu khúc xạ tầng đối lưu+ Chỉ số chiết suất N giảm theo độ cao.+ Khi tốc độ giảm đạt dN/dh < -0,157 (m-1)  Tia sóng có bán kính cong lớnhơn độ cong trái đất nên quay trở lại mặt đất : Siêu khúc xạ Lợi dụng để truyền sóng đến điểm thu sau khi phản xạ nhiều lần trênmặt đất+ Đặc điểm: Không ổn định do miền siêu khúc xạ luôn thay đổi2.1 Tổng quátHình 2.2: Siêu khúc xạ tầng đối lưu123454’5’α4αghh0A
  32. 32. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 32 Đặc điểm truyền lan sóng cực ngắn• Truyền lan trong giới hạn nhìn thấy trực tiếp+ Hai anten thu và phát phải được đặt cao trên mặt đất để tránh bịche chắn bởi các vật cản trên đường truyền hay độ cong củatrái đất+ Sóng truyền từ phát đến thu trong miền không gian nhìn thấytrực tiếp giữa hai anten+ Đặc điểm: Ít phụ thuộc vào điều kiện thiên nhiên, sử dụng phổbiến2.1 Tổng quátHình 2.3 Truyền lan trong giới hạn nhìn thấy trực tiếp
  33. 33. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 33 Sơ đồ tuyến thông tin• Khảo sát quá trình truyền lan sóng với điều kiện lý tưởng+ Mặt đất là bằng phẳng, không có vật cản trên đường truyền+ Khí quyển đồng nhất, đẳng hướng và không hấp thụ+ Anten đặt cao trên mặt đất ít nhất vài bước sóng công tác (λ)• Sơ đồ truyền lan sóng2.2 Truyền lan trong giới hạn nhìn thấy trực tiếp với điều kiện lý tưởngTia 2Tia 1CBAhthrrHình 2.4 Mô hình truyền sóng với điều kiệnlý tưởngSóng đến điểm thu theo hai đường:+ Sóng trực tiếp: Đi trực tiếp từphát đến thu+ Sóng phản xạ: Đến thu sau khiphản xạ từ mặt đất (chỉ có một tiathỏa mãn định luật phản xạ)
  34. 34. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 34 Cường độ điện trường tại điểm thu• Tổng hợp cường độ trường hai sóng thành phần (giao thoa)+ Cường độ trường do tia trực tiếp+ Cường độ trường do tia phản xạ2.2 Truyền lan trong giới hạn nhìn thấy trực tiếp với điều kiện lý tưởng( )( )( )( )( )( )( )R 1 2T1T kW j t11 kmT2T kW j t k r22 kmEEE E E245. P Ger245. P GR ermV/mmV/mωω − ∆= +==uuur uur uurr1 : đoạn đường đi của tia tới trực tiếp; r2 : đoạn đường đi của tia phản xạ∆r: hiệu số đường đi của hai tia ∆r = r1-r2; k : hệ số sóng (= 2π/λ): hệ số phản xạ phức từ mặt đất: , R: mô đun, θ góc sai phaGT1 và GT2: hệ số khuếch đại của anten phát theo hướng tia trực tiếp và tia phản xạ(2.1)(2.2)(2.3)
  35. 35. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 35 Cường độ điện trường tại điểm thu• Do chiều cao anten hT, hR<<r  GT1= GT2= GT; r1= r2= r, nhưng khi tínhsai pha thì không bỏ qua vì ∆r = r2– r1≈ λ+ Cường độ điện trường do tia trực tiếp+ Cường độ điện trường do tia phản xạ+ Cường độ điện trường tổng( )( )( )TT kW j t1kmE245. P GermV/mω=( )( )( )2j t rTT kW2kmE245. P GR ermV/mπ ω −θ−∆ ÷λ =( )( )( )2j rTT kW j t1 2kmE E E245. P G1 R.e ermV/mπ − θ+∆ ÷ ωλ =  + = +  (2.4)(2.5)(2.6)2.2 Truyền lan trong giới hạn nhìn thấy trực tiếp với điều kiện lý tưởng
  36. 36. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 36 Cường độ điện trường tại điểm thu+ Đặt β = θ + k.∆r: Góc sai pha toàn phần. Chuyển dạng hàm mũ sang hàmlượng giác+ Cường độ điện trường tổng tại điểm thu+ Hệ số suy giảm trong trường hợp mặt đất phẳng2.2 Truyền lan trong giới hạn nhìn thấy trực tiếp với điều kiện lý tưởng21 . 1 .cos .sin 1 .cos ..sin1 .cosj jR e R jR R R eRtgRβ ϕβ β ββϕ β− −+ = + − = + +=+( )( )( )( )( )( )( )( ) ( )2TT kW j tkmTT kW 2hkm2EE245. P G . 1 2R cos R.er173. P G. 1 2R cos RrF 1 2R cos R F 1 R F 1 RmV/mmV/mω −ϕ+ β +== + β += + β + = β − ≤ ≤ +(2.7)(2.8)(2.9)(2.10)
  37. 37. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 37 Cường độ điện trường tại điểm thu• Với tuyến xác định: hT, hR, λ, θ, có thể xác định cự ly thông tinr để có hệ số suy giảm đạt cực trị+ Cực đại tại (θ + k.∆r) = 2n.π với n = 1,2,…+ Cực tiểu tại (θ + k.∆r) = (2n + 1).π với n = 1,2,…2.2 Truyền lan trong giới hạn nhìn thấy trực tiếp với điều kiện lý tưởng
  38. 38. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 38 Cường độ điện trường tại điểm thu• Hiệu số đường đi giữa hai tia2.2 Truyền lan trong giới hạn nhìn thấy trực tiếp với điều kiện lý tưởngBB’hr -htTia 2Tia 1CAhthrhr +htrhr( )( ) ( )( ) ( ) ( ) ( )( )22 2 21 r t2 22 22 t r2 22 22 1 2 1 2 1 t r r tt rr AB h h rr AB h h rr r r r . r r h h h h2h hr mr= = − += = + +− = − + = + − −∆ = (2.11)Hình 2.5 Xác định hiệu số đường đigiữa hai tia
  39. 39. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 39 Cường độ điện trường tại điểm thu• Do r >> hT, hR góc tới tia phản xạ rất lớn (≈ 900)  R ≈ 1; θ ≈ 1800+ Công thức hợp lý hóa+ Công thức giao thoa đơn giản2.2 Truyền lan trong giới hạn nhìn thấy trực tiếp với điều kiện lý tưởng( )( ) ( )( ) ( )( ) ( )( )( )( ) ( )( ) ( )( )22T RT R T RT m R mkm mTT kW T m R mhkm mkmF 1 2R cos R4 .h .hF 1 2R cos Rr.4 .h .h 2 .h .hF 2 2cos 2. sinr. r.0,36.h .hF 2. sinr .346. P .G 0,36.h .hE . sin mV/ mr .r= + β +π= + θ + +λπ π= − =λ λ =  ÷λ  =  ÷λ (2.12)(2.13)(2.14)
  40. 40. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 40 Cường độ điện trường tại điểm thu• Xác định điểm giao thoa đạt cực trị+ Cực đại+ Cực tiểu2.2 Truyền lan trong giới hạn nhìn thấy trực tiếp với điều kiện lý tưởng( ) ( )( )( )( )T R T RT RT Rn _ max2 .h .h 2 .h .hsin 1 sin 1r. r.2 .h .h 2n 1 . n 0,1,2,...r. 24.h .hr m2n 1 .π π= ⇔ = ±λ λππ = + =λ=+ λ( ) ( )( )( )T R T RT Rn _ min2 .h .h 2 .h .hsin 0 n 1 . n 0,1,2,...r. r.2.h .hr mn 1 .π π= ⇔ = + π =λ λ=+ λ(2.15)(2.16)
  41. 41. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 41 Cường độ điện trường tại điểm thu• Công thức Vơvedensky+ Với sin(α) = α(rad)khi α < 200, nên+ Công thức Vơvedensky xác định cường độ điện trường tại cự ly2.2 Truyền lan trong giới hạn nhìn thấy trực tiếp với điều kiện lý tưởng( ) ( ) ( )( ) ( )( )T RT RTT kW T m R mh 2km mr.h .h184 .h .hF.r2,18. P .G .h .hE mV/ mr .λ<π⇔ =λ=λT R18.h .hr >λ(2.18)(2.17)(2.19)
  42. 42. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 42 Sơ đồ tuyến thông tin khi kể đến độ cong trái đất• Ảnh hưởng của độ cong trái đất+ Hiệu số đường đi giữa sóng trực tiếp và sóng phản xạ thay đổi+ Điểm phản xạ lồi nên có tính tán xạ  Hệ số phản xạ nhỏ+ Hạn chế tầm nhìn trực tiếp giữa anten thu và phát2.3 Ảnh hưởng của độ cong trái đấtABA1B1COahrhth’th’rHình 2.7 Mô hình truyềnsóng trên mặt đất cầu
  43. 43. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 43 Cự ly nhìn thấy trực tiếp, cường độ điện trường tại điểm thu• Cự ly nhìn thấy trực tiếp r0+ Là cự ly lớn nhất có thể nhìn thấy được với anten có độ cao hT, hR+ Công thức thực nghiệm(r0= r, cự ly dọc theo mặt đất)2.3 Ảnh hưởng của độ cong trái đấtOhrhtA BaroC( ) ( )( ) ( )( ) ( )( ) ( )( ) ( )02 2 2t t t t t2 2r r r0 t r0 t m r mr AC CBAC a h a 2a.h h 2a.h h aCB a h a 2a.h h ar 2a. h h mr 3,57 h h km= += + − = + ≈ <<= + − ≈ <<= += +(2.20)(2.21)Hình 2.8 Cự ly nhìn thấy trực tiếp
  44. 44. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 44 Cự ly nhìn thấy trực tiếp, cường độ điện trường tại điểm thu• Cường độ điện trường+ Quá trình truyền sóng ở cự ly nhỏ hơn cự ly nhìn thấy trực tiếp- Tương tự như mặt đất phẳng, chiều cao anten xác định bằng chiều caogiả định : h’t, h’r- Giá trị chiều cao anten giả định xác định bằng hệ số bù m (tra theo bảnghoặc đồ thị)2.3 Ảnh hưởng của độ cong trái đất( )( ) ( ) ( )( ) ( )( ) t r t rt rt rTT kW t m r mh 2km mEh .h m.h .h2.m.h .hr mr4 .m.h .hF.r2,17 P G .m.h .hmV/ mr .=∆ =π=λ=λ(2.22)(2.23)(2.24)(2.25)
  45. 45. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 45 Độ gồ ghề của trái đất (tia phản xạ)• Ảnh hưởng độ ghề của trái đất+ Hiện tượng tán xạ+ Tiêu chuẩn RayleighKhi tiêu chuẩn Rayleigh thỏa mãnsự phản xạ sóng không có tính tán xạ Mặt đất coi là phẳng2.4 Ảnh hưởng của địa hình( )h m8sinλ<θBB’θC’CA’AhTia BTia AM t sóng 1ặM t sóng 2ặh: Độ cao của mặt đất phẳnggiả định so với mặt đất thựcθ: Góc tới tại điểm phản xạ(2.26)Hình 2.10 Mô hình tiêu chuẩn RayleighHình 2.9 Mặt cắt ngang địa hình thực
  46. 46. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 46 Nguyên lý Huyghen, miền Fresnel (tia trực tiếp)• Nguyên lý Huyghen+ Nhận xét- Bản chất điện từ của sóng ánh sáng- Tính chất sóng của sóng điện từ khi truyền lan+ Nguyên lý: Mỗi điểm nằm trên một mặt sóng do một nguồn bức xạ sóngđiện từ sơ cấp gây ra sẽ trở thành nguồn bức xạ thứ cấp mới. Nguồnbức xạ thứ cấp mới này lại tạo ra các mặt sóng thứ cấp mới khác. Nhưvậy trường điện từ tại một điểm trong không gian do một nguồn bức xạsơ cấp sinh ra sẽ do toàn bộ vùng không gian bao quanh nguồn bức xạsơ cấp gây ra.2.4 Ảnh hưởng của địa hìnhS rAMHình 2.11: Xác định trường theo nguyên lý Huyghen
  47. 47. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 47 Nguyên lý Huyghen, miền Fresnel (tia trực tiếp)• Nguyên lý Huyghen+ Ý nghĩa- Quá trình truyền sóng điện từ từ điểm phát đến điểm thu không phải chỉtheo một tia mà cường độ trường tại điểm thu là do toàn bộ miền khônggian bao quanh điểm phát gây ra- Có thể xác định cường độ trường tại một điểm bất kỳ trong không giankhi biết mật độ trường của mặt sóng tạo ra nó.2.4 Ảnh hưởng của địa hìnhCAA’BB’αHình 2.12. Biểu diễn nguyên lýHuyghen trong không gian tự do
  48. 48. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 48 Nguyên lý Huyghen, miền Fresnel (tia trực tiếp)• Miền Fresnel+ Xây dựng miền Fresnel+ Khái niệm2.4 Ảnh hưởng của địa hìnhNnr1A BNn’N0r2N0N1N2N4+++ + ++++++++ ++++++++++ +++++--- ---------- -----N3N1N’1+ Dựng mặt sóng đi qua N0+ Dựng mặt nón tròn xoay trục BN0,đường sinh là: (BN0 + n.λ/2), cắtmặt sóng ở Nn+ Miền Fresnel thứ n (Fn) là vùng không gianđược giới hạn bởi quỹ tích các điểm mà hiệu sốgiữa tổng khoảng cách từ điểm này đến điểmphát và điểm thu với khoảng cách giữa hai điểmthu phát là hằng số có giá trị bằng n lần nửabước sóng công tác.( )n nAN N B AB n.2λ+ − =+ Miền Fresnel có dạng elip tròn xoay nhận hai điểmthu và phát làm tiêu điểm, có bán kính là bn(2.27)Hình 2.13: Nguyên lý cấu tạomiền Fresnel trên mặt sóngcầu
  49. 49. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 49 Nguyên lý Huyghen, miền Fresnel (tia trực tiếp)• Miền Fresnel+ Tính bán kính bn+ Công thức hợp lý hóa2.4 Ảnh hưởng của địa hình( )( )( )( )( ) ( )( )n n 1 22 22 2 n nn 1 n 1 1 n 121 12 22 2 n nn 2 n 2 2 n 222 22 2n n1 2 1 21 21 21 21(km) 2(km)1 2 GHzkmAN BN r r n.2b bAN r b r . 1 r b rr 2rb bBN r b r . 1 r b rr 2rb br r r r n.2r 2r 2r .rb .n. mr rr .r .nb mr r .fnn== 17,32.λ+ = + += + = + ≈ + <<= + = + ≈ + <<λ⇔ + + + = + +λ++(2.28)(2.29)Hình 2.14: Xác định bán kính miền Fresnelb1maxBAHình 2.15: Vùng tham gia vào quá trìnhtruyền lan sóngBNnAbnS0N0r1 r2
  50. 50. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 50 Nguyên lý Huyghen, miền Fresnel (tia trực tiếp)• Miền Fresnel+ Chứng minh được rằng: Cường độ trường tại điểm thu chủ yếu đượcgây ra bởi vùng không gian nằm trong khoảng một nửa miền Fresnel thứnhất (0,6b1). Tổng cường độ trường do các điểm nằm ngoài miền này gâyra tại điểm thu sẽ bù trừ cho nhau và triệt tiêu do pha của chúng ngượcnhau. Đây là giới hạn của vùng truyền sóng trong phạm vi nhìn thấy trựctiếp+ Ý nghĩa- Quá trình truyền sóng vô tuyến giữa hai anten thu và phát không phảichỉ theo một tia, cũng không phải do toàn bộ miền không gian mà chỉ làvùng không gian có dạng elip tròn xoay nằm trong khoảng một nửa miềnFresnel thứ nhất- Quá trình truyền sóng vô tuyến cơ bản tồn tại khi vùng không gian giớihạn bởi 0,6 b1không bị cản trở suốt dọc đường truyền- Để quá trình phát và thu sóng vô tuyến đạt hiệu quả cao, ta dùng cácbiện pháp kỹ thuật để sóng điện từ bức xạ ra chỉ tập chung trong miềnFresnel thứ nhất  sử dụng anten có hướng (anten parabol)2.4 Ảnh hưởng của địa hình
  51. 51. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 51 Chiết suất (n), chỉ số chiết suất (N)+ Chiết suất, n, của tầng đối lưu xấp xỉ bằng 1, trong tính toán để đảm bảođộ chính xác cao ta sử dụng chỉ số chiết suất N+ Tầng đối lưu không đồng nhất, các thông số thay đổi theo không gian vàthời gian  chiết suất thay đổi+ Tốc độ thay đổi chỉ số chiết suất theo độ cao ảnh hưởng tới quá trìnhsóng truyền lan: Quỹ đạo sóng bị cong do hiện tượng khúc xạ: Hiệntượng khúc xạ khí quyển2.5 Ảnh hưởng của tầng đối lưu( )6c 1n 1v 2N 10 . n 1ε −= = ε = += −( )dN1/dhm ABC(2.30)Hình 2.16 Quỹ đạo của tia sóng trực tiếp và tiaphản xạ từ mặt đất trong tầng khí quyển thực
  52. 52. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 52 Bán kính cong của sóng+ Nguyên tắc+ Bán kính cong2.5 Ảnh hưởng của tầng đối lưuQuỹ đạo sóngdϕϕ + dϕϕROcabdhn = constn + dn = const+ Chia tầng đối lưu thành các lớpmỏng với độ dày dh, chiết suất thayđổi một lượng dn+ Cung AB nằm trên đường trònbán kính R, góc chắn tâm dϕ( )( )( ) ( )( )60t rabRddh dh dhab d Rc c c .dsin .dnn.sin n dn .sin d c .nn 1 10R R h ,h r 90 ;n 1dn dNdnsin .dh dhdhos +d os osos d=ϕ= ≈ ϕ<< ⇔ =ϕ ϕ ϕ ϕ ϕϕϕ= + ϕ+ ϕ ⇔ ϕ ϕ=−⇔ = ⇔ = = << ⇔ϕ= =  − −ϕ − ÷ + dN/dh > 0  R < 0; dN/dh < 0  R > 0; dN/dh= 0  R = ∞(2.31)Hình 2.17 tính bán kínhcong tia sóng
  53. 53. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 53 Phương pháp tính cường độ điện trường• Bán kính tương đương của trái đất, atd+ Mặt đất thực bán kính a = 6.378 km, tia sóng bị khúc xạ với bán kínhcong R+ Mặt đất có bán kính atd, tia sóng đi thẳng (R = ∞)Bán kính atdphải thỏa mãn điều kiện: Độ cong tương đối giữa mặt đất và tiasóng không đổi2.5 Ảnh hưởng của tầng đối lưuBán kínhtrái đ tấBán kínhcong quỹđ oạa)aRb)atđ∞( )td6td2 1td1 1 1 1 a aaa dNa R a 1 1 a .10R dhdN4.10 m a 8.500kmdh−− −− = − ⇔ = =∞ − += − ⇔ =(2.32)Hình 2.18 Các quỹ đạo của sóng vô tuyếna) Quỹ đạo thực với trái đất bán kính thựcb) Quỹ đạo đường thẳng với trái đất có bánkính tương đương
  54. 54. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 54 Phương pháp tính cường độ điện trường• Hệ số cong tia sóng, k+ Cự ly nhìn thấy trực tiếp+ Độ lồi trái đất2.5 Ảnh hưởng của tầng đối lưutd6a 1kdNa 1 a .10dh−= =+( ) ( )0 t rr 2k.a h h m= +( ) ( )( )1 km 2 kmr .rB m12,74.k=(2.33)(2.34)(2.35)
  55. 55. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 552.5 Ảnh hưởng của tầng đối lưuLoại khúc xạ(1/m)R (m) atđ (m) Quỹ đạo sóng thực tếQuỹ đạo sóng tươngđươngKhúc xạ âm >0 < 0 < 6,37.106Không khúc xạ 0 ∞ 6,37. 106Khúc xạ thường - 0,04 2,5. 1078,5. 106Khúc xạ tới hạn - 0,157 6,37. 106∞Siêu khúc xạ < - 0,157 < 6,37. 106< 0dNdhatd = ∞aaatd = aaatd < 4a/3a atd < aa atd < 0
  56. 56. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 56 Hấp thụ sóng trong tầng đối lưu+ Năng lượng sóng bị hấp thụ do các phân tử khí, mưa, sương mù+ Hấp thụ phụ thuộc vào tần số, thay đổi theo không gian, thời gian• Hấp thụ phân tử+ Chủ yếu do phân tử nước và ôxy+ Phụ thuộc thiều vào tần sốđặc biệt tăng nhanh với tần số trên 10GHz2.5 Ảnh hưởng của tầng đối lưu3 6 15 30 60 150 30010+210+110010-110-210-3T n s GHzầ ốSuyhaodB/kmf = 22 GHzO2H2 OHình 2.19. Sự phụ thuộc của hệ số hấp thụsóng của O2và H2O vào tần số
  57. 57. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 57 Hấp thụ sóng trong tầng đối lưu• Hấp trong mưa và sương mù+ Hấp thụ trong mưa phụ thuộc vào cường độ mưa tính theo mm/h, vàtheo tần số, tăng nhanh với tần số từ 6GHz trở lên+ Hấp thụ do sương mù phụ thuộctheo tần số và tầm nhìn xa của anten+ Gây thay đổi phân cực sóng2.5 Ảnh hưởng của tầng đối lưu68 10 20 30 40 50 60 100234840302010Tần số GHzHấpthụdB/km41 m 150 mHấp thụ dB/km0,010,111010 30 10031 Tần số GHz30 mHình 2.21. Sự phụ thuộc của hệ số hấp thụtrong mưa với cường độ mưa 100 mm/h vào tầnsốHình 2.20. Sự phụ thuộc của hệ số hấp thụtrong sương mù theo tầm nhìn xa và tần số
  58. 58. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 58 Đặc tính kênh vô tuyến di động ảnh hưởng trực tiếp đến chấtlượng truyền dẫn và dung lượng.CHƯƠNG III – KÊNH TRUYỀN SÓNG VÔ TUYẾNHình 3.0: Truyền sóng vô tuyến
  59. 59. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 59 Các yếu tố hạn chế từ môi trường vô tuyến• Suy hao: Tăng theo khoảng cách, giá trị từ 50 đến 150dB• Che tối: Các vật cản trên đường truyền làm suy giảm tín hiệu• Phadinh đa đường: Tín hiệu trực tiếp, phản xạ, nhiễu xạ, tánxạ giao thoa với nhau gây méo tín hiệu (thay đổi cường độ tínhiệu; Nhiễu giao thoa giữa các ký hiệu ISI, InterSymbolInterferrence, do phân tán thời gian)• Nhiễu: Trùng tần số (CCI – CoChannel Interference), kênh lâncận (ACI – Adjacent Channel Interference)3.1 Giới thiệu
  60. 60. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 60 Phân loại kênh vô tuyến• Theo phạm vi không gian+ Phadinh phạm vi rộng- Khoảng cách đánh giá kênh lớn (vài km), phadinh xảy ra trong thời giandài+ Phadinh phạm vi hẹp- Khoảng cách đánh giá kênh nhỏ, Phadinh xảy ra trong thời gian ngắn(phadinh nhanh, do hiện tượng đa đường)• Theo đặc tính kênh+ Phân tập không gian: Đặc tính kênh thay đổi theo không gian (phadinhchọn lọc không gian)+ Phân tập tần số: Đặc tính kênh thay đổi theo tần số (phadinh chọn lọctần số)+ Phân tập thời gian: Đặc tính kênh thay đổi theo thời gian (phadinh chọnlọc thời gian)3.1 Giới thiệu
  61. 61. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 613.1 Giới thiệu Ảnh hưởng phạm vi rộng• Suy hao đường truyền và che tối.
  62. 62. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 623.1 Giới thiệuẢnh hưởng phạm vi hẹp+ trải trễ,+ trải góc+ trải Doppler
  63. 63. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 63 Minh họa đặc tính của kênh3.1 Giới thiệuHình 3.1; 3.2; 3.3: Tính chất kênh trong miền không gian, miền tần số, miền thời gianHình 3.1 Hình 3.3Hình 3.2
  64. 64. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 64 Miền không gian• Tổn hao đường truyền: PL (Path Loss) hay Lp+ Là hàm phụ thuộc khoảng cáchn = 2: Không gian tự do; n = 3 ÷ 5: Môi trường di độngd: Khoảng cách truyền dẫn+ Công suất thu trung bình giảm so với khoảng cách theo hàm log+ Mô hình tổn hao đường truyền bao gồm nhiều tham số, tại một khoảngcách d xác định thì PL là một quá trình ngẫu nhiên có phân bố log chuẩnquanh giá trị trung bình: Tổn hao đường truyền trung bìnhXσ: Biến ngẫu nhiên phân bố Gausse trung bình “0” với lệch chuẩn σd0: Khoảng cách tham chuẩn thu phátn: Mũ tổn hao đường truyền3.2 Đặc tính kênh trong các miền(3.1)( )[dB] = PL(d) ( ) lg dB( )dPL d X PL d n Xdσ σ+ = + +  ÷ 0010 (3.2)( )PL dndPL ∝
  65. 65. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 65 Miền tần số• Điều biến tần số+ Gây ra do hiệu ứng Doppler: Dịch tần số dopplerv : Tốc độ máy di động (MS)λ: Bước sóngα: Góc giữa phương chuyển động của MS và sóng tớifd: Tần số doppler cực đại+ Tín hiệu đa đường từ các phương khác nhau làm tăng độ rộng băng tầntín hiệu, gọi là trải phổ doppler• Chọn lọc tần số+ Một số đoạn phổ của tín hiệu qua kênh chọn lọc tần số bị ảnh hưởngnhiều hơn+ Phadinh chon lọc tần số làm méo tín hiệu3.2 Đặc tính kênh trong các miềncos cos cosc df f fcν ν= α = α = αλ(3.3)Hình 3.4 Hiệu ứng Doppler
  66. 66. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 66 Miền thời gian+ Các kênh vô tuyến thay đổi theo thời gian (phadinh chọn lọc thời gian)+ Biểu diễn tín hiệu thux(t): Tín hiệu phát τ: Trễ đa đườngh(t,τ): Đáp ứng xung kim kênh vô tuyến+ Ảnh hưởng đa đường kênh vô tuyến là trải trễ (phân tán thời gian),nghiêm trọng với các hệ thống tốc độ cao3.2 Đặc tính kênh trong các miền( ) ( ) ( , ) ( ) ( , )y t x h t d x t h t∞−∞= τ τ τ = ⊗ τ∫ (3.4)Hình 3.5 Ảnh hưởng của trải trễ
  67. 67. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 67 Miền thời gian• Trải trễ trung bình quân phương, RDS (Root mean square DelaySpread)P(τk): Công suất trung bình đa đường tại thời điểm τk+ RDS biểu thị trễ so với đường đến sớm nhất (LOS – Line Of Sight)+ RDS đánh giá ảnh hưởng của ISI (InterSymbol Interference)3.2 Đặc tính kênh trong các miền( ) ( )( ) ( )k k kk kk kk kkP PP Pτττ τ τ ττ = τ =τ τσ = − τ∑ ∑∑ ∑2 222(3.6)(3.5)(3.7)
  68. 68. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 68 Miền thời gian• Trễ trội cực đại+ Trễ trội cực đại tại X dB là trễ thời gian mà ở đó năng lượng đađường giảm X dB so với năng lượng cực đại• Thời gian nhất quán, Tc+ Là thời gian ở đó kênh tương quan rất mạnh với tín hiệu thu+ Tcxác định tính tĩnh của kênh, các ký hiệu truyền qua kênh chịuảnh hưởng của phadinh như nhau (kênh phadinh chậm)3.2 Đặc tính kênh trong các miền
  69. 69. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 69 Quan hệ các thông số trong các miền khác nhau• Băng thông nhất quán và trải trễ trung bình quân phươngBăng thông nhất quán là dải tần mà kênh có đặc tính tĩnh theo tầnsố, tác động của kênh lên các thành phần phổ trong dải tần đềunhư nhauVới tương quan tần số là 0,5• Thời gian nhất quán và trải doppler3.2 Đặc tính kênh trong các miềnc1B5 t=s (3.8)CdTf≈1(3.9)
  70. 70. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 70Miền không gian Miền tần số Miền thời gianThông số d;Thăng giáng ngẫunhiênfd; στ;Nhược điểm Chọn lọc không gian Chọn lọc tần số Chọn lọc thời gianGiải pháp MIMO OFDM Thích ứngMục đích Lợi dụng đa đường Phađinh phẳng(T≥στ)Phađinh chậm(BS>>fd)Chú thích d: khoảng cách thu phát; MIMO: Multile Input Multiple Output; fd:trải Doppler; BC: độ rộng băng nhất quán của kênh xét cho trườnghợp tương quan lớn hơn 90%; T: chu kỳ ký hiệu; στ: trải trễ trungbình quân phương; TC: thời gian nhất quán của kênh; BS: độ rộngbăng tín hiệu phát Tổng kết đặc tính kênh3.2 Đặc tính kênh trong các miềncBτ≈σ150cdTf≈1Bảng 3.1 Các đặc tính kênh của ba miền
  71. 71. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 71 Phân loại phadinh phạm vi hẹp• Trải trễ đa đường+ Là thông số miền thời gian, làm méo tín hiệu do trễ và phadinh chọn lọctần số (ảnh hưởng lên đặc tính kênh miền tần số)- Phadinh phẳng- Phadinh chọn lọc tần số• Trải doppler+ Là thông số miền tần số, dẫn đến tán tần và phadinh chọn lọc thời gian(ảnh hưởng lên đặc tính kênh miền thời gian)- Phadinh chậm- Phadinh nhanh• Ý nghĩa+ Điều kiện phadinh ngoài phụ thuộc thông số kênh là trải trễ đa đường vàbăng thông nhất quán, còn phụ thuộc đặc điểm của tín hiệu bao gồmchu kỳ ký hiệu và độ rộng băng tần+ Lựa chọn tín hiệu phù hợp sẽ cải thiện được hiệu năng truyền dẫn3.3 Phadinh phạm vi hẹp
  72. 72. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 72 Phân loại phadinh phạm vi hẹpB: Độ rộng băng tần tín hiệuBc: Băng thông nhất quánfd: Trải doppler cực đạiT: Chu kỳ ký hiệuστ: Trải trễ trung bình quân phương3.3 Phadinh phạm vi hẹpCơ sở phân loại Loại Phađinh Điều kiệnTrải trễ đa đườngPhađinh phẳng B<<BC; T≥10στPhađinh chọn lọc tần số B>BC; T<10στTrải DopplerPhađinh nhanh T>TC; B<fdPhađinh chậm T<<TC; B>>fdBảng 3.2. Các loại phađinh phạm vi hẹp
  73. 73. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 73• Được sử dụng để mô tả tính chất thống kê thay đổi theo thời giancủa tín hiệu phadinh phẳng Phân bố phadinh Rayleigh• Là phân bố đường bao của tổng hai tín hiệu có phân bố Gaussvuông góc• Hàm mật độ xác suất, PDFβ: Biến ngẫu nhiên của điện áp đường bao tín hiệu thu, r: giá trị của βσ: Giá trị trung bình quân phương của tín hiệu thu của từng thành phầnGaussσ2: Công suất trung bình theo thời gian của tín hiệu thu3.4 Các phân bố Rayleigh và Rice,( ),rre rf rr−σβ≤ ≤ ∞=σ<222200 0(3.10)
  74. 74. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 74 Phân bố phadinh Rayleigh• Giá trị trung bình của phân bố rayleigh• Phương sai của phân bố rayleigh (thành phần công suất xoaychiều)3.4 Các phân bố Rayleigh và Rice(3.11)[ ] ( ) ,tb E rp r dr∞π= α = = σβ = σ∫021 253[ ] - [ ] ( ) ,r E E r p r dr∞σ π πσ = β β = − = σ −  = σ ÷ ∫222 2 2 20222 20 4292 (3.12)
  75. 75. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 75 Phân bố phadinh Rice• Là phân bố đường bao phadinh phạm vi hẹp, nhận được khi tín hiệuthu có thành phần ổn định vượt trội, (LoS – Line of Sight)• Thành phần đa đường xếp chồng lên tín hiệu vượt trội• Hàm mật độ xác xuấtA: Biên độ đỉnh của tín hiệu vượt trộiI0(.): Hàm Bessel cải tiến loại một bậc không3.4 Các phân bố Rayleigh và Rice(3.13)( )cos, ,( ),( )r Ay tA rr Are If rrI y e dt+−σπ−π≥ ≥β =σ σ<=π  ÷  ∫22 2202 200 00 012
  76. 76. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 76Phân bố phadinh Rice• Phân bố Rice thường được mô tả bằng thừa số KK  0: Suy thoái thành kênh RayleighK  ∞: Kênh chỉ có đường trực tiếp3.4 Các phân bố Rayleigh và Rice(3.14)=σ22C«ngsuÊt trong ®­ êng v­ î t tréi AK =C«ngsuÊt trongc¸c®­ êngt¸n x¹
  77. 77. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 77 Mô hình kênh trong miền thời gian• Nguyên tắc:+ Kênh phadinh đa đường: Đặc trưng toán học bằng bộ lọc tuyến tính thayđổi theo thời gian (đường trễ)+ Kênh đặc trưng bằng đáp ứng xung kim kênh+ Tín hiệu đầu ra bằng tích chập tín hiệu đầu vào kênh với đáp ứng xungkim kênh3.5 Mô hình kênh( )( )( ; ) , ,....,( ) ( ) ,Li th t Lt e t−=τ = = −β δ τ − τ∑100 1 1ll lll$(3.15)Trong đóβl (t),  l (t), τl (t) biểu thị cho biên độ, pha và trễ đối với xung thu thứ l (đường truyền l);τ biểu thị cho trễ, t biểu thị cho sự thay đổi theo thời gian của chính cấu trúc xung kimδ(.) biểu thị cho hàm Delta Dirac, L biểu thị cho số đường truyền( ) ( ) ( , ) ( ) ( , )y t x h t d x t h t∞−∞= τ τ τ = ⊗ τ∫
  78. 78. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 78 Mô hình kênh trong miền thời gian3.5 Mô hình kênhDt Dt Dt0Q∑ ∑ ∑x(t)0b1bL 2-b L 1b-y(t)0 0=t t l1 =t DtL 2 (L 2)- = -t Dt L 1 (L 1)- = -t Dt1Q L 2-Q L 1-QHình 3.6 Mô hình kênh vô tuyến di động bằng đường trễ đa nhánh
  79. 79. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 79 Mô hình kênh trong miền tần số• Nguyên tắc:+ Sự thay đổi thời gian trễ τ dẫn đến thay đổi tần số f’, nghĩa làtán thời của kênh khiến kênh mang tính chọn lọc tần số+ Thực hiện biến đổi fourier đáp ứng xung kim kênh trong miềnthời gian3.5 Mô hình kênh(3.16)-[ ( )]( , ) ( , ) ( , )j fLj f th f t h t e d h t e∞− π τ−∞− π τ== τ τ = τ∫ ∑2120ll
  80. 80. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 80 Phân tập• Thông tin được truyền đồng thời trên nhiều đường độc lập để đạtđược độ tin cậy truyền dẫn cao (các đường truyền không tươngquan nhau)+ Phân tập thời gian: Các ký hiệu được truyền phân tán trong các khoảngthời gian khác nhau đảm bảo tính độc lập (mã hóa và đan xen)+ Phân tập tần số: Các ký hiệu được phát ở hai tần số độc lập (cách nhaumột khoảng bằng độ rộng băng tần nhất quán)+ Phân tập phân cực: Các ký hiệu được phát ở hai phân cực chéo nhauđảm bảo tính độc lập+ Phân tập không gian: Các ký hiệu đến điểm thu theo đường đi độc lậpnhau (sử dụng nhiều anten phát hoặc thu đặt ở khoảng cách đủ xa)SIMO: Single Input Multiple OutputMISO: Multiple Input Single OutputMIMO: Multiple Input Multiple Output3.6 Phân tập
  81. 81. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 81• Phân tập không gian+ Sử dụng hai anten trở lên cho thu hoặc phát- Bố trí cách nhau > 5λ theo phương thẳng đứng- Khoảng cách đảm bảo tín hiệu đi trên hai kênh không tương quan nhau+ Đồng thời cùng truyền một tín hiệu trên hai kênh- Do hai kênh độc lập nên không bị phadinh đồng thời  Kết hợp tín hiệutừ các anten để nhận được tín hiệu tốtLà phương pháp sử dụng phổ biến, chống được cả phadinh phẳng vàphadinh lựa chọn, thường sử dụng phân tập không gian thu3.6 Phân tậpffTxRxRxKết hợpSố liệu vàoSố liệu raHình 3.7 Phân tập không gian
  82. 82. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 82• Phân tập tần số+ Sử dụng hai cặp máy thu/phát làm việc ở hai tần số khác nhau- Các tần số phải có khoảng cách đảm bảo không tương quan phadinhvới nhau- Tạo nên hai kênh vô tuyến độc lập+ Đồng thời cùng truyền một tín hiệu trên hai kênh- Do hai kênh độc lập nên không bị phadinh đồng thời  Kết hợp tín hiệutừ các máy thu để nhận được tín hiệu tốtLà phương pháp sử dụng không hiệu quả tần số, phức tạp trong cấu hình,hiệu quả trong chống phadinh lựa chọn3.6 Phân tậpHình 3.8 Phân tập tần sốSWf2f1Tx1 Rx1Rx2Số liệu vàoSố liệu raTx2
  83. 83. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 83• Phân tập thời gian- Phadinh sâu xảy ra trong thời gian ngắn gây lỗi cụm+ Phân tán thời gian tín hiệu phát để khắc phục lỗi cụm- Phân tán các lỗi trong khoảng thời gian rộng hơn Duy trì chất lượng tuyền dẫn trung bình ở giá trị đảm bảo yêu cầu+ Thực hiện bằng kỹ thuật đan xen tín hiệu trước khi phátLà phương pháp hiệu quả trong việc chống lỗi khối, được sử dụng phổbiến3.6 Phân tậpHình 3.9 Phân tập thời gian
  84. 84. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 84 Vai trò của anten• Là thiết bị bức xạ sóng điện từ ra không gian và thu nhận sóng điệntừ từ không gian bên ngoài+ Anten phát: Biến đổi tín hiệu điện cao tần từ máy phát thành sóng điệntừ tự do lan truyền trong không gian+ Anten thu: Tập trung năng lượng sóng điện từ trong không gian thànhtín hiệu điện cao tần đưa đến máy thu.CHƯƠNG IV – LÝ THUYẾT CHUNG VỀ ANTEN
  85. 85. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 85• Các loại anten4.1 Giới thiệuHình 4.2. Một số loại anten
  86. 86. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 86 Quá trình vật lý bức xạ sóng điện từ• Điện trường xoáy+ Là điện trường có các đường sức không bị ràng buộc với các điện tíchtạo ra nó mà tự bản thân chúng khép kín.• Điều kiện tạo sóng điện từ+ Quy luật của điện từ trường biến thiên, điện trường xoáy biến thiên sẽsinh ra từ trường biến đổi. Bản thân từ trường biến đổi lại sinh ra mộtđiện trường xoáy mới. Quá trình lặp lại và sóng điện từ được hình thành4.1 Giới thiệuHình 4.3. Quá trình truyền lansóng điện từ
  87. 87. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 87 Quá trình vật lý bức xạ sóng điện từ• Khảo sát quá trình bức xạ4.1 Giới thiệu
  88. 88. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 88 Hàm tính hướng• Khái niệm: Là hàm số biểu thị sự phụ thuộc của cường độ trườngbức xạ bởi anten theo hướng khảo sát khi cự ly khảo sát là khôngđổi+ θ, ϕ: Góc bức xạ của anten (góc phương vị và góc ngẩng)• Hàm tính hướng biên độ: Biểu thị quan hệ của biên độ trường bứcxạ theo hướng khảo sát với cự ly khảo sát không đổi• Hàm biên độ tương đối (chuẩn hóa)4.2 Các tham số cơ bản( ) ( ) ( ), , . , .f f i f iθ θ ϕ ϕθ ϕ θ ϕ θ ϕ= +ur ur ur(4.1)( ) ( ) ( )22, , ,f f fθ ϕθ ϕ θ ϕ θ ϕ= +ur(4.2)( )( )( )axax,, ; 1,mmfF Ffθ ϕθ ϕθ ϕ= = (4.3)
  89. 89. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 89 Đồ thị tính hướng+ Là đồ thị không gian biểu thị sự biến đổi tương đối của biên độ trườngbức xạ theo hướng khảo sát khi cự ly khảo sát là không đổi+ Được vẽ từ F(θ,ϕ) trên tọa độ Đềcác hoặc tọa độ cực- Mặt phẳng chọn vẽ đồ thị là hai mặt phẳng vuông góc đi qua hướng bứcxạ cực đại của anten- Với tọa độ cực, trục chuẩn ban đầu chọn trùng với trục đối xứng của đồthị, bắt đầu ở hướng cực đại- Thang biểu diễn có thể theo thang thập phân hay thang logarit4.2 Các tham số cơ bản-60 -30 30θo0,250,500,751,00 90-90 60Hình 4.5. Đồthị tính hướng
  90. 90. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 90 Độ rộng đồ thị tính hướng• Là góc giữa hai hướng mà theo hướng đó công suất bức xạ giảm+ Góc bức xạ không (2θ0): Công suất bức xạ hướng cực đại giảm đến “0”+ Góc bức xạ nửa công suất (2θ1/2hay θ3dB): Công suất bức xạ giảm một nửaso với hướng cực đại• Thể hiện tính tập chung năng lượng bức xạ theo hướng làm việc4.2 Các tham số cơ bảnHình 4.6. Độ rộng củađồ thị tính hướng
  91. 91. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 91 Công suất bức xạ, điện trở bức xạ, hiệu suất+ Công suất bức xạ (PΣ): Là phần công suất bức xạ thành năng lượng điệntừ+ Công suất tổn hao (Pth): Công suất bị tiêu tán do nhiệt bởi vật dẫn, trongcác lớp điện môi …+ Công suất đưa vào anten: Pa= PΣ+ Pth• Hiệu suất anten• Điện trở bức xạ:+ Điện trở bức xạ đặc trưng cho khả năng bức xạ của anten4.2 Các tham số cơ bản11athaPPPPη ΣΣ= =+21.2mP I RΣ Σ=(4.4)(4.5)
  92. 92. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 92 Hệ số tính hướng, hệ số tăng ích• Hệ số tính hướng+ Là tỉ số giữa mật độ công suất của anten tại một hướng xác định với mậtđộ công suất của một anten chuẩn khi hai anten đặt cùng vị trí và côngsuất bức xạ như nhau. Anten chuẩn thường chọn anten vô hướng• Hệ số khuyếch đại của anten (tăng ích)+ Định nghĩa như hệ số tính hướng nhưng hai anten có công suất đưa vàoanten như nhau và anten chuẩn có hiệu suất bằng 1- Hệ số tăng ích vừa biểu hiện tính hướng, vừa biểu thị tổn hao trên anten4.2 Các tham số cơ bản( )( )( )( )( ) ( ) ( ) ( )220 02ax ax, ,, ; , ;, . , , . ,m mS ED DS EE E F D D Fθ ϕ θ ϕθ ϕ θ ϕθ ϕ θ ϕ θ ϕ θ ϕ= == ⇔ =( )( )( )0,, . . ,a aSG DSθ ϕθ ϕ η η θ ϕ= =(4.6)(4.7)(4.8)
  93. 93. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 934.2 Các tham số cơ bảnĐồ thị phương hướng của anten omni-directional và anten có hướng
  94. 94. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 94 Trở kháng vào• Anten là tải của máy phát, trị số tải đặc trưng bởi trở kháng vào củaanten+ Thuần trở R đặc trưng cho thành phần năng lượng bức xạ thành sóngđiện từ+ Điện kháng X là do phần trường gần, bị ràng buộc với anten (vô công)Trở kháng vào ảnh hưởng tới chế độ làm việc của các thiết bị nối tới anten4.2 Các tham số cơ bảnava va vaaUZ R jXI= = +Hình 4.7. Mạch trở kháng tương đương của anten(4.9)
  95. 95. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 95 Chấn tử điện (dipol điện)+ Là phần tử dẫn điện thẳng, rất mảnh, có độ dài l rất nhỏ hơn bước sóng.Dòng điện phân bố đều cả về biên độ và pha4.3 Nguồn bức xạ nguyên tốHϕEθIeIeIel EθHϕIeHình 4.9. Bức xạ của chấn tử điện trong không giantự doHình 4.8. Phân bố dòng điện trong chấn tửxzIerθkHϕEθϕy
  96. 96. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 96 Chấn tử điện (dipol điện)• Khảo sát trường tại điểm M+ Tồn tại vecto điện trường trong mặt phẳng điện trường (θ)+ Tồn tại vecto từ trường trong mặt phẳng từ trường (ϕ)4.3 Nguồn bức xạ nguyên tốsin ( / )400sin4ikreikreikZ eE I l i V mrEHik eH I l irθ θϕθϕ ϕθπθπ−−====(4.10)
  97. 97. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 97 Chấn tử điện (dipol điện)• Khảo sát trường tại điểm M+ Nhận xét- Trường bức xạ của dipol điện là trường phân cực đường thẳng, điệntrường chỉ có thành phần Eθvà từ trường chỉ có thành phần Hϕ- Mặt phẳng E trùng với mặt phẳng kinh tuyến chứa trục chấn tử, mặtphẳng H trùng với mặt phẳng vĩ tuyến vuông với trục chấn tử- Tại mỗi điểm vecto E và H có pha giống nhau nên năng lượng bức xạ lànăng lượng thực+ Hàm tính hướng- Trường bức xạ có hướng trong mặt phẳng E, vô hướng trong mặt phẳngH4.3 Nguồn bức xạ nguyên tố( )( )( ) ( )( ) ( ), . . .sin ., . . . sinsin onstonst onsteef Z I l if Z I lF cF c cθθ ϕ θθ ϕ θθ θ ϕϕ θ= −== == =(4.11)(4.12)
  98. 98. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 98 Chấn tử điện (dipol điện)• Khảo sát trường tại điểm M+ Đồ thị tính hướng4.3 Nguồn bức xạ nguyên tốc) Tọa độ vuông góc1,00,80,60,40,21,00,80,60,40,236000018003600001800ϕ0θ0F(ϕ)F(θ)a) Trong không gianxyzb) Tọa độ cựcθϕEθF(θ); ϕ = constF(ϕ) = 1;θ = constHình 4.10. Đồ thị tínhhướng của dipol điện
  99. 99. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 99 Chấn tử điện (dipol điện)• Khảo sát trường tại điểm M+ Công suất bức xạ+ Điện trở bức xạ+ Hệ số tính hướng4.3 Nguồn bức xạ nguyên tố( )2222 30 0 01 1E x H . sin sin2 2 4eesZ I lEP ds d r d dZπ π πθπϕ θ θ θ θλΣ = =  ÷ = ÷ ∫ ∫ ∫ ∫223e Z lRπλΣ =  ÷ 223eeZ I lPπλΣ =  ÷ ( )( )2 22ax, .4 .1 3, . sin2 . 23/ 2hmE rDZ PDθ ϕ πθ ϕ θΣ= ==(4.13)(4.14)(4.15)
  100. 100. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 100 Chấn tử từ (dipol từ)+ Là phần tử dẫn từ thẳng, rất mảnh, có độ dài l rất nhỏ hơn bước sóng.Dòng từ phân bố đều cả về biên độ và pha4.3 Nguồn bức xạ nguyên tốHình 4.12. Bức xạ của chấn tử từ trong không gian tựdoHình 4.11. Phân bố dòng từ trong chấn tửImlEϕHθIma)HθEϕImxzImrθkEϕHθϕy
  101. 101. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 101 Chấn tử từ (dipol từ)• Khảo sát trường tại điểm M+ Tồn tại vecto điện trường trong mặt phẳng điện trường (ϕ)+ Tồn tại vecto từ trường trong mặt phẳng từ trường (θ)4.3 Nguồn bức xạ nguyên tốsin ( / )400sin4 .ikrmikrmik eE I l i V mrEHik eH I l iZ rϕ ϕθϕθ θθπθπ−−= −===(4.16)
  102. 102. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 102 Chấn tử từ (dipol từ)• Khảo sát trường tại điểm M+ Nhận xét- Trường bức xạ của dipol từ là trường phân cực đường thẳng, điệntrường chỉ có thành phần Eϕvà từ trường chỉ có thành phần Hθ- Mặt phẳng H trùng với mặt phẳng kinh tuyến chứa trục chấn tử, mặtphẳng E trùng với mặt phẳng vĩ tuyến vuông với trục chấn tử+ Hàm tính hướng- Trường bức xạ có hướng trong mặt phẳng H, vô hướng trong mặt phẳngE4.3 Nguồn bức xạ nguyên tố( )( )( ) ( )( ) ( ), . .sin ., . . sinsin onstonst onstmmf I l if I lF cF c cθθ ϕ θθ ϕ θθ θ ϕϕ θ=== == =(4.17)(4.18)
  103. 103. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 103 Chấn tử từ (dipol từ)• Khảo sát trường tại điểm M+ Đồ thị tính hướng4.3 Nguồn bức xạ nguyên tốc) Tọa độ vuông góc1,00,80,60,40,21,00,80,60,40,236000018003600001800ϕ0θ0F(ϕ)F(θ)a) Trong không gianxyzb) Tọa độ cựcθϕEθF(θ); ϕ = constF(ϕ) = 1;θ = constHình 4.13. Đồ thị tínhhướng của dipol từ
  104. 104. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 104 Chấn tử từ (dipol từ)• Khảo sát trường tại điểm M+ Công suất bức xạ+ Điện dẫn bức xạ+ Hệ số tính hướng4.3 Nguồn bức xạ nguyên tố( )221/3m lGZπλΣ = Ω ÷ 223mmI lPZπλΣ =  ÷ ( )( )2 22ax, .4 .1 3, . sin2 . 23/ 2hmE rDZ PDθ ϕ πθ ϕ θΣ= ==m eI ZI= (4.19)(4.20)(4.21)(4.22)
  105. 105. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 1054.3 Nguồn bức xạ nguyên tố Nguyên tố bức xạ hỗn hợp• Trường bức xạ• Hàm tính hướng• Hàm tính hướng chuẩn hóaM(θ,ϕ)IexxzImyrθϕyHình 4.14. Nguyên tố bức xạhỗn hợp( )( )os os +a4sin 1 os4ikrexikrexikZ eE I lc c irikZ eE I l ac irθ θϕ ϕϕ θπϕ θπ−−= −= +( ) ( )( ) ( ), os os +a, sin 1 osexexf ZI lc c if ZI l ac iθ θϕ ϕθ ϕ ϕ θθ ϕ ϕ θ== − +( )( )( )( )os os +a,1sin 1 os,1c cFaacFaθϕϕ θθ ϕϕ θθ ϕ=++=+zyxθz
  106. 106. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 106 Khái niệm• Là một cấu trúc gồm hai vật dẫn hình dạng tùy ý+ Kích thước giống nhau, đặt thẳng hàng trong không gian+ Ở giữa nối với nguồn điện cao tần• Sử dụng như anten hoàn chỉnh, hay cấu tạo nên anten phức tạp Phân bố dòng điện• Tương quan chấn tử đối xứng và đường dây song hànhCHƯƠNG V- CHẤN TỬ ĐỐI XỨNGlza) b)Hình 5.1 Sự tương quan giữa chấn tử đối xứng và đường dây song hành5.1 Giới thiệu
  107. 107. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 107 Phân bố dòng điện• Tương quan chấn tử đối xứng và đường dây song hành+ Khác biệt- Thông số phân bố L, C thay đổi dọc theo chấn tử- Năng lượng bức xạ ra không gian dưới dạng sóng điện từ+ Với chấn tử mảnh (d << 0,01 λ), điểm khảo sát ở xa (r >> λ): Coi là tươngquan. Phân bố dòng điện trên chấn tử đối xứng có dạng sóng đứng+ Phân bố điện tích5.1 Giới thiệu( ) ( ){ }.sinz bI z I k l z= −Ib là biên độ dòng điện ở điểm bụng .l: là độ dài một nhánh chấn tử( ){ }( ){ }..cos . , 0...cos . , 0.bzbk Ik l z ziQk Ik l z ziωω− >= − + <(5.1)(5.2)
  108. 108. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 108 Phân bố dòng điện5.1 Giới thiệuQIa) l = 0,25λQIc) l = 0,675λQIb) l = 0,5λHình 5.2 Phân bố dòng điện và điện tích trên chấn tử đối xứng
  109. 109. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 109• Bài toán+ Chấn tử đối xứng chiều dài 2l đặt trong không gian tự do+ Khảo sát trường tại M cách chấn tử r0>> λ, lập với trục chấn tử góc θ• Xác định cường độ trường+ Chia chấn tử thành các phần tử rất nhỏ dz << λ. Mỗi phần tử tươngđương với một chấn tử điện- Chiều dài dz- Khoảng cách r- Mật độ dòng không đổi Iz5.2 Bức xạ của chấn tử đối xứng trong không gian tự doθ∆rdzdz Mror1r2lzHình 5.3 Mô tả các thông số tính trường bức xạ củachấn tử đối xứng trong không gian tự do
  110. 110. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 110• Xác định cường độ trường+ Trường do phần tử dz nhánh 1 và 2 gây ra tại M+ Tổng hợp cường độ trường do hai phần tử5.2 Bức xạ của chấn tử đối xứng trong không gian tự do12112260sin60sinikrzikrzI dzdE i e irI dzdE i e irθθπθλπθλ−−==1 02 0ososdo rr r zcr r zcλθθ>>= −= +( ){ }( ){ } ( )( ){ } ( )001 2os os00; .sin .60 . ..sin .sin . ..60 . .sin .sin . .2cos kz.cos.z bikr ikzc ikzcbikrbdE dE dE I I k l zI dzdE i k l z e e e irI dzdE i k l z e irθ θθθπθλπθ θλ− −−= + = −= − += −(5.3)(5.5)(5.4)
  111. 111. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 111• Xác định cường độ trường+ Điện trường do toàn bộ chấn tử gây ra tại M5.2 Bức xạ của chấn tử đối xứng trong không gian tự do( )( )( )0 00 000cos klcos coskl60 60. . . . . ,sin60.. ,likr ikrb bbI IE d E i e i i e fr rIE frθθθ ϕθθ ϕ ϕ− −−= = == ∉∫ur urur (5.7)(5.6)
  112. 112. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 112 Hàm tính hướng và đồ thị tính hướng• Hàm tính hướng biên độTrong mặt phẳng H vuông góc với trục chấn tử có θ là hằng số, hàm tínhhướng chỉ phụ thuộc vào “k.l”, (hay chiều dài tương đối l/λ)+ Chấn tử ngắn: l < λ/4- Tương tự chấn tử điện: Có hướng ở mặt phẳng E chứa trục chấn tử, vôhướng ở mặt phẳng H vuông góc với trục chấn tử, cực đại ở hướngvuông với trục5.3 Tham số của chấn tử đối xứng( ) ( )( ) ( )cos klcos cos kl,sinf fθθ ϕ θθ−= =( ) ( )( )( )22 k.lxcosx 1 sin2 2sinx fFθ θθ θ≈ − < ⇔ == (5.10)(5.9)(5.8)
  113. 113. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 113 Hàm tính hướng và đồ thị tính hướng• Hàm tính hướng biên độ+ Chấn tử nửa sóng : l = λ/4+ Chấn tử cả sóng: l = λ/2- Đồ thị hẹp hơn5.3 Tham số của chấn tử đối xứng( ).2cos cos cos cos .cos2 2 2sin sink lfππ π πθ θθθ θ=   − ÷  ÷   = =( )( )2.2cos .coscos .cos 1 2sin sink lfππθπ θθθ θ=  ÷+  = =(5.11)(5.12)
  114. 114. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 114 Hàm tính hướng và đồ thị tính hướng• Hàm tính hướng biên độ+ Chấn tử dài: l > λ/2Trên mỗi nhánh xuất hiện dòng điện ngược pha, do đó- Tại hướng vuông góc, không có sai pha về đường đi nhưngdòng điện ngược pha nên cường độ trường tổng giảm (búpchính thu hẹp lại)- Tại hướng có sai pha về đường đi thì sai pha được bù trừ nhờsai pha về dòng điện nên xuất hiện các búp phụ (búp phụ lớndần). Khi l = λ, bốn búp phụ trở thành bốn búp chính. Tính hướng của chấn tử đối xứng phụ thuộc vào chiều dàiđiện5.3 Tham số của chấn tử đối xứnglλ
  115. 115. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 115 Hàm tính hướng và đồ thị tính hướng• Đồ thị tính hướng của chấn tử đối xứng trong mặt phẳng E5.3 Tham số của chấn tử đối xứng90o0o180oc) l ≤ 0,5λθ90o0o180oa) l ≤ 0,1λθ90o0o180ob) l ≤ 0,25λθ90o0o180od) l ≤ 0,75λθ90o0o180oe) l ≤ λθHình 5.4 Đồ thị phươnghướng của chấn tử đối xứngtrong mặt phẳng E
  116. 116. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 116 Trở kháng sóng, trở kháng vào• Trở kháng sóng+ Trở kháng sóng dây song hànhD: Khoảng cách tâm hai dây dẫnr: Bán kính dây dẫn+ Chấn tử đối xứng thông số điện dung phân tán thay đổi- Với l ≤ λ- Với l > λ (công thức Kesenich)E: Hằng số Ơle (= 0,577)5.3 Tham số của chấn tử đối xứng276.lgfDZr =  ÷ ( )( )2120 ln 1120 ln.AAlZrZ Erλπ  = − Ω ÷     = − Ω ÷   (5.13)(5.14)(5.15)
  117. 117. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 117 Trở kháng sóng, trở kháng vào• Trở kháng vào+ Với đường dây song hành hở mạch đầu cuối có trở kháng vào+ Chấn tử đối xứng năng lượng bức xạ ra không gian nên có thành phầnđiện trở bức xạ đầu vào đóng vai trò thuần trở+ Trở kháng vào của chấn tử(Với l < 0,75λ)5.3 Tham số của chấn tử đối xứng( )cotg .vA AX iZ k l= −( )( )( )22sin.cotgsinbvAbvA vA vA ARRklRZ R jX iZ kllkΣΣ== + = −(5.17)(5.18)(5.16)
  118. 118. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 118 Trở kháng sóng, trở kháng vào• Trở kháng vào5.3 Tham số của chấn tử đối xứng- 300- 400- 200- 10001002003004000 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2XVA(Ω)l/r=40l/r=20l/r=60100-1002003004005006007008000 0,2 0,4 0,6 0,7 1,0 1,2RVA(Ω)l/r =40l/r =20l/r =600Hình 5.5. Sự phụ thuộc của ZvAvàolλNhận xét:- Chấn tử ngắn (l < λ/4): cotg là (+) nên ZVA là (-)  Trở kháng vào mang tính dung- Chấn tử nửa sóng (l = λ/4): cotg = 0 nên ZVA = RVA = 73,1 Ω  Mạch cộng hưởng nốitiếp- Chấn tử có (λ/4 < l < λ/2): cotg là (-) nên ZVA là (+)  Trở kháng vào mang tính cảm- Chấn tử toàn sóng (l = λ/2): cotg = 0, sin = 0, nên ZVA = ∞ Mạch cộng hưởng songsong
  119. 119. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 119 Công suất bức xạ, điện trở bức xạ, hệ số tính hướng• Công suất bức xạ+ Công suất bức xạ qua diện tích ds+ Công suất bức xạ của chấn tử5.3 Tham số của chấn tử đối xứngxdϕϕds = r2sinθdθdϕzrθy( ) ( )( ) ( )( )222 222 20 0220. . .2cos klcos cos klsin8 sincos klcos cos kl30 .sinbbtb h hEdP S ds E H dsZZIP r d drP I dπ πϕ θπθθ θ ϕπ θθθ ϕθΣΣ= =Σ= = =− =   −  = ∉∫ ∫∫ (5.20)(5.19)
  120. 120. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 120 Công suất bức xạ, điện trở bức xạ, hệ số tính hướng• Điện trở bức xạ+ Xác định tại điểm bụngNhận xét- Khi l/λ nhỏ, giống dipol điện, tăng l làm cho dòng đồng pha tăng Tăng RΣ- Khi l > λ/2, xuất hiện dòng điện ngược pha  Giảm RΣ- Điện trở bức xạ dao động cực đại ở độ dài là bội số chẵn lầnλ/4, cực tiểu ở độ dài là bội số lẻ lần λ/45.3 Tham số của chấn tử đối xứng( ) ( )2201.2cos klcos cos kl60 .sinb bbP I RR dπθθθΣ ΣΣ=−  = ∫(5.21) 0501001502002500,25 0,5 0,75 1,0Rbxb(Ω)
  121. 121. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 121 Công suất bức xạ, điện trở bức xạ, hệ số tính hướng• Hệ số tính hướng5.3 Tham số của chấn tử đối xứng( )( )( ) ( )( )2 22axb, .2 .,Z.PZ1 cos kl2 .mE rDD DRθ ϕ πθ ϕππΣΣ== = −Nhận xét:- Khi l/λ ≤ 0,675: Bức xạ anten cực đại ở hướng θ = ±π/2, tăng l  D tăng- Khi l/λ > 0,675: Tăng l  D giảm do cực đại chính giảm(5.22)
  122. 122. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 122 Chiều dài hiệu dụng+ KN: Là chiều dài tương đương của một chấn tử có dòng điệnphân bố đồng đều và bằng dòng điện đầu vào của chấn tử thậtvới diện tích phân bố dòng điện tương đương.5.3 Tham số của chấn tử đối xứngImIm2l = λ/2 lhdHình 5.8. Chiều dài thực và chiều dài hiệu dụng củachấn tử đối xứng..2hdk ll tgλπ =  ÷ Nhận xét:- Chấn tử ngắn: Coi tgx = x  lhd = l (chiều dài một nhánh chấn tử thật)- Chấn tử nửa sóng: tg = 1  lhd = λ/π(5.23)
  123. 123. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 123 Phương pháp ảnh gương+ Chấn tử trong môi trường thực, các vật dẫn ở gần ảnh hưởng tới sựbức xạ+ Ảnh hưởng của mặt đất được xác định bằng phương pháp ảnh gương- Tác dụng của dòng thứ cấp xác định tương đương với một chấn tử ảo làảnh của chấn tử thật qua mặt phân cách giữa hai môi trường  chấn tửảnh» Bức xạ sẽ tương đương với hệ hai chấn tử có khoảng cách 2h đặttrong không gian tự do» Theo lý thuyết phản xạ sóng phẳng, quan hệ dòng: Ia = It.R.eiϕ5.4 Ảnh hưởng của mặt đất lên bức xạ của chấn tử đối xứngIehhEt’EtE0 E0’ImhhEt’EtEϕEϕ’IeEt’EtEθEθ’Hình 5.9. Nguyên lýảnh gương
  124. 124. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 124 Bức xạ của chấn tử đối xứng đặt nằm ngang5.4 Ảnh hưởng của mặt đất lên bức xạ của chấn tử đối xứngr0∆∆∆Mr1hh r2Hình 5.10. Chấn tử đối xứng đặtnằm ngang trên mặt đất- Coi là hai chấn tử đối xứng có dòng điện ngượcpha- Xác định cường độ trường tại M cách xa chấntử( )( )( ) ( )( )( )( )( ) ( )( ) ( )1 0 002 . .sin2 12 . .sin1 2 0 020 0.cos kl.sin cos kl1-cos kl .cos. 1. 1 2 cos 2 . .sinpxpxi k hpxi k hpxpx px pxE E FFE E R eE E E E F R eE E F R R k hϕϕϕ− ∆− ∆= ∆∆ −∆ =∆= = + = ∆ +  = ∆ + + − ∆E0: cường độ trường của chấn tử ở hướng bức xạ cực đạiF0(∆): hàm tính hướng chuẩn hóa của chấn tử trong mặt phẳng khảo sátE1: biên độ cường độ trường của chấn tử đối xứng trong không gian tự do∆: hướng khảo sát(5.24)(5.25)(5.26)
  125. 125. BÀI GIẢNG MÔNTRUYỀN SÓNG VÀ ANTENwww.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: PHẠM THỊ THÚY HIỀNBỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1Trang 125 Bức xạ của chấn tử đối xứng đặt nằm ngang+ Chấn tử đặt nằm ngang nên ở mặt phẳng vuông góc với trục và đi quatâm chấn tử có F0(∆) = 1+ Với mặt đất dẫn điện lý tưởng có R = 1 và ϕ = πF(∆) thể hiện ảnh hưởng của mặt đất thông qua chấn tử ảnh5.4 Ảnh hưởng của mặt đất lên bức xạ của chấn tử đối xứng( ) ( )( ) ( )0 02 1 cos -2k.h.sin 2 .sin . .sinE E E FF k hπ= + ∆ = ∆  ∆ = ∆90o∆ = 0o180oh = 0,25 λ; σ = ∞180o90o∆ = 0oh = 0,5 λ; σ = ∞Hình 5.11. Đồ thị tính hướng của chấn tử đối xứng đặt nằm ngang trên mặt đất (mp H)(5.28)(5.27)

×