Truyen song-va-anten

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
TRUYỀN SÓNG – ANTEN
(Dùng cho sinh viên hệ đào tạo đại học từ xa)
Lưu hành nội bộ
HÀ NỘI - 2006

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
TRUYỀN SÓNG – ANTEN
Biên soạn : TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng
ThS. Phạm Thị Thúy Hiền

LỜI NÓI ĐẦU
Các hệ thống thông tin vô tuyến đặc biệt là các hệ thống thông tin di động đã và đang phát
triển rất mạnh mẽ. Quá trình truyền sóng và anten là những phần kiến thức không thể thiếu khi
nghiên cứu về các hệ thống này.
Mục đích của tài liệu này là cung cấp cho sinh viên các kiến thức căn bản nhất về truyền
lan sóng vô tuyến điện và anten.Tài liệu bao gồm các bài giảng về môn học "Truyền sóng và
anten" được biên soạn theo chương trình đại học công nghệ viễn thông của Học viện Công nghệ
Bưu chính Viễn thông.
Tài liệu này được xây dựng trên cơ sở sinh viên đã học các môn: Lý thuyết trường điện từ,
Kỹ thuật siêu cao tần.
Do hạn chế của thời lượng nên tài liệu này chỉ bao gồm các phần căn bản liên quan đến
các kiến thức căn bản về truyền sóng và anten. Tuy nhiên học kỹ tài liệu này sinh viên có thể hoàn
chỉnh thêm kiến thức của môn học bằng cách đọc các tài liệu tham khảo dẫn ra ở cuối tài liệu này.
Tài liệu này được chia làm sáu chương. Được kết cấu hợp lý để sinh viên có thể tự học.
Mỗi chương đều có phần giới thiệu chung, nội dung, tổng kết, câu hỏi vài bài tập. Cuối tài liệu là
đáp án cho các bài tập.
Người biên soạn: TS.Nguyễn Phạm Anh Dũng
ThS. Phạm Thị Thúy Hiền
i

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1. CÁC VẤN ĐỀ CHUNG VỀ TRUYỀN SÓNG 1
1.1. Giới thiệu chung 1
1.2. Nhắc lại một số tính chất cơ bản của sóng điện từ 1
1.3. Sự phân cực của sóng vô tuyến điện 3
1.4. Nguyên tắc phân chia sóng vô tuyến điện theo tần số và bước sóng 6
1.5. Các phương pháp truyền lan sóng trong môi trường thực 7
1.6. Công thức truyền sóng trong không gian tự do 10
1.7. Nguyên lý Huyghen và miền Fresnel 13
1.8. Tổng kết 18
1.9. Câu hỏi và bài tập 18
CHƯƠNG 2. TRUYỀN LAN SÓNG CỰC NGẮN 20
2.2. Các phương pháp truyền lan sóng cực ngắn 20
2.3. Truyền lan sóng trong giới hạn nhìn thấy trực tiếp với các điều kiện lý tưởng 22
2.4. Truyền lan sóng trong giới hạn nhìn thấy trực tiếp khi kể đến ảnh hưởng của địa hình 29
2.5. Ảnh hưởng của tầng đối lưu không đồng nhất 32
2.6. Các dạng pha đinh và biện pháp chống 40
CHƯƠNG 3. KÊNH TRUYỀN SÓNG VÔ TUYẾN TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG 43
3.2. Mở đầu 43
3.3. Kênh truyền sóng trong miền không gian 48
3.4. Kênh truyền sóng trong miền tần số 49
3.5. Kênh truyền sóng trong miền thời gian 50
3.6. Quan hệ giữa các thông số trong các miền khác nhau 51
3.7. Các loại pha đinh phạm vi hẹp 52
3.8. Các phân bố Rayleigh và Rice 53
3.9. Các mô hình kênh trong miền thời gian và miền tần số 54
3.10. Ảnh hưởng của thừa số K kênh Rice và trải trễ lên các thuộc tính kênh trong
miền tần số 57
CHƯƠNG 4. LÝ THUYẾT CHUNG VỀ ANTEN 62
4.2. Mở đầu 62
4.3. Các tham số cơ bản của anten 65
4.4. Các nguồn bức xạ nguyên tố 73
4.6. Câu hỏi và kiểm tra 79
CHƯƠNG 5. CHẤN TỬ ĐỐI XỨNG 81
5.2. Phân bố dòng điện trên chấn tử đối xứng 81
iii

iv
5.3. Trường bức xạ của chấn tử đối xứng trong không gian tự do 83
5.4. Các tham số của chấn tử đối xứng 85
5.5. Ảnh hưởng của mặt đất đến đặc tính bức xạ của anten 92
5.6. Hệ hai chấn tử đặt gần nhau 96
5.7. Các phương pháp cấp điện cho chấn tử đối xứng 103
CHƯƠNG 6. ANTEN DÙNG TRONG THÔNG TIN VI BA 111
6.2. Đặc điểm và yêu cầu của anten dùng trong thông tin vi ba 111
6.3. Anten nhiều chấn tử 113
6.4. Anten khe 120
6.5. Nguyên lý bức xạ mặt 124
6.6. Anten loa 129
6.7. Anten gương 132
HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI 141
TÀI LIỆU THAM KHẢO 145

Chương 1: Các vấn đề chung về truyền sóng
CHƯƠNG 1
CÁC VẤN ĐỀ CHUNG VỀ TRUYỀN SÓNG
1.1 GIỚI THIỆU CHUNG
1.1.1 Các chủ đề được trình bày trong chương
- Sự phân cực của sóng vô tuyến điện
- Phân chia sóng vô tuyến điện theo tần số và bước sóng
- Các phương pháp truyền lan sóng trong môi trường thực
- Công thức truyền sóng trong không gian tự do
1.1.2 Hướng dẫn
- Hoc kỹ các phần được trình bày trong chương
- Tham khảo thêm [1], [2], [3]
- Trả lời các câu hỏi và bài tập
1.1.3 Mục đích của chương
- Nắm được các dạng phân cực của sóng vô tuyến điện và các băng sóng vô tuyến
- Hiểu về các phương pháp truyền lan sóng trong môi trường thực
- Nắm được cách tính toán các tham số khi truyền sóng trong không gian tự do
1.2 NHẮC LẠI MỘT SỐ TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA SÓNG ĐIỆN TỪ.
Sóng điện từ bao gồm hai thành phần: điện trường, ký hiệu E (V/m) và từ trường, ký hiệu
H (A/m). Chúng có quan hệ mật thiết với nhau trong quá trình truyền lan và được mô tả bằng hệ
phương trình Maxwell, viết ở các dạng khác nhau.
Giả sử ta xét một sóng phẳng truyền lan trong môi trường điện môi đồng nhất và đẳng
hướng có các tham số: hệ số điện môi ε và hệ số từ thẩm μ, khi không có dòng điện và điện tích
ngoài, thì hệ phương trình Maxwell biểu thị mối quan hệ giữa điện trường và từ trường được viết
dưới dạng vi phân như sau:
yx
yx
HE
t z
HE
t t
∂∂ ⎫
ε = − ⎪∂ ∂ ⎪
⎬
∂∂ ⎪= −μ
⎪∂ ∂ ⎭
(1.1)
1

Nghiệm của hệ phương trình này cho ta dạng của các thành phần điện trường và từ trường
là một hàm bất kỳ.
xE F
z
t F t
v v
=
⎛ ⎞ ⎛
− + +⎜ ⎟ ⎜
⎝ ⎠ ⎝
1 2
z ⎞
⎟
⎠
(1.2a)
y G
z
H t G t
v v
=
⎛ ⎞ ⎛
− + +⎜ ⎟ ⎜
⎝ ⎠ ⎝
1 2
z ⎞
⎟
⎠
(1.2b)
Trong đó: F1, F2, G1, G2 là các hàm sóng tùy ý.
v
z
t
=
Δ
=
Δ εμ
1
(m/s) là vận tốc pha của sóng.
Từ (1.2) ta có : G1 = F1/ Z và G2 = F2/ Z với Z = μ
ε
(Ω) là trở kháng sóng của môi
trường.
Nếu môi trường truyền sóng là chân không (còn được gọi là không gian tự do) các tham
số của môi trường có giá trị:
ε0 = 109
/36π (F/m) ; μ0 = 4π.10-7
(H/m)
Do đó : v . (m/s) c= =
ε μ
8
0 0
1
3 10 = (vận tốc ánh sáng)
Z = μ = π
ε
0
0
0
120 (Ω)
Trong thực tế sóng điện từ thường biến đổi điều hòa theo thời gian. Đối với các sóng điện
từ phức tạp ta có thể coi nó là tổng vô số các dao động điều hòa, nghĩa là có thể áp dụng phép
phân tích Fourier để biểu thị. Trong trường hợp này khi giả thiết chỉ có sóng thuận, tức là sóng
truyền từ nguồn theo phương trục z và môi trường mà không có sóng nghịch thì các thành phần
điện trường và từ trường được biểu thị như sau:
( ) ( )m mE E zcos t E cos t kz
v
= ω − = ω −
( ) ( )m m
H
E Ezcos t cos t kz
vZ Z
= ω − = ω − (1.3)
Trong đó k = ω/v = 2π/λ gọi là hệ số pha hay hằng số sóng.
Sóng điện từ có mật độ công suất ( hay còn gọi là thông lượng năng lượng), được biểu thị bởi véc
tơ năng lượng k [E H]= ×
r r r
. Như vậy sóng điện từ có các véc tơ E
r
và nằm trong mặt phẳng
vuông góc với phương truyền sóng
H
r
k
r
. Bởi vậy sóng điện từ truyền đi trong môi trường đồng nhất
đẳng hướng là sóng điện từ ngang TEM.
2

Hình 1.1. Sự truyền lan sóng điện từ
1.3 SỰ PHÂN CỰC CỦA SÓNG VÔ TUYẾN ĐIỆN.
Trường điện từ của sóng vô tuyến điện khi đi trong một môi trường sẽ dao động theo một
hướng nhất định. Phân cực của sóng điện từ chính là hướng dao động của trường điện từ. Việc sử
dụng các phân cực khác nhau của sóng điện từ có một ý nghĩa rất lớn trong việc sử dụng hiệu quả
tần số trong thông tin vô tuyến.
Trường tại vùng xa của anten có dạng sóng phẳng TEM và được xác định bằng vectơ
Pointing: . Điều này có nghĩa là các vectơk [E H]= ×
r r r
E
r
và H
r
nằm trong mặt phẳng vuông góc
với phương truyền sóng k .
r
Phương của đường do đầu mút của véc tơ trường điện vẽ lên sẽ xác định phân cực sóng.
Trường điện và trường từ là các hàm thay đổi theo thời gian. Trường từ thay đổi đồng pha với
trường điện và biên độ của nó tỷ lệ với biên độ của trường điện, vì thế ta chỉ cần xét trường điện.
Có ba loại phân cực sóng vô tuyến điện: phân cực thẳng, phân cực tròn và phân cực elip.
1.3.1 Phân cực thẳng.
Hầu hết truyền dẫn vô tuyến sử dụng phân cực tuyến tính, trong đó phân cực đứng được
gọi là phân cực trong đó trường điện vuông góc với mặt đất và phân cực ngang được gọi là phân
cực trong đó trường điện song song với mặt đất. Giả thiết rằng phương ngang và đứng được coi là
trục x và y (hình1.2a). Tại một điểm nào đó trong không gian, vectơ trường của sóng được biểu
thị bởi các thành phần thẳng đứng và nằm ngang như sau:
= Eysinωt (1.4)yE
r
ya
r
= Exsinωt (1.5)xE
r
xa
r
trong đó , là các vectơ đơn vị trong phương đứng và phương ngang; Ey, Ex là giá trị đỉnh
(hay biên độ) của trường điện trong phương đứng và phương ngang.
ya
r
xa
r
3

Trường tổng sẽ là vectơ E hợp với trục ngang một góc được xác định như sau:
y
x
E
arctan g
E
α = (1.6)
Trong trường hợp này ta thấy vectơ E
r
không biến đổi. Độ dài của vectơ thay đổi theo thời gian
nhưng đầu mút của vectơ luôn nằm trên đường thẳng cố định trùng với phương của vectơ có góc
nghiêng α (hình 2c). Đó là hiện tượng phân cực đường thẳng của sóng điện từ. Khi α = 00
ta có
sóng phân cực ngang, lúc này vectơ E
r
luôn song song với mặt đất; còn khi α = 900
ta có sóng
phân cực đứng, vectơ E luôn vuông góc với mặt đấy.
r
y
x
+Ey
-E y
-E x +Ex
y
x
Trôc z hưíng
ra ngoμi
ya
r
xa
r
y x| | E E= +
2 2r
E
Hình 1.2. Các thành phân ngang và đứng của phân cực thẳng
1.3.2 Phân cực tròn
Khi các thành phần thẳng đứng và nằm ngang có biên độ bằng nhau ( ký hiệu là E0) nhưng
một trường nhanh pha hơn 900
. Các phương trình thể hiện chúng trong trừơng hợp này như sau:
= E0 sinωt (1.7a)yE
r
ya
r
= E0 cosωt (1.7b)E
r
xa
r
Áp dụng ptr. (1.6) cho trường hợp này ta được α=ωt. Biên độ vectơ tổng là E0. Trong
trường hợp này, vectơ có biên độ không đổi nhưng hướng của nó thay đổi liên tục theo thời
gian với quy luật ωt. Nói cách khác, vectơ
E
r
E
r
quay quanh gốc của nó trong mặt phẳng xy với vận
tốc ω. Đầu mút của vectơ trường điện vẽ lên đường tròn có bán kính bằng độ dài vectơ. Đó là hiện
tượng phân cực tròn.
4

t = 00 x
y
zVectơ x
hướng ra
ngoài
tω =
0
90
tω =
0
270
tω =
0
180 tω
§iÓm nh×n theo
IEEE
z
RHC
§iÓm nh×n theo
IEEE
z
LHC
Hình 1.3. Phân cực tròn
Hướng của phân cực tròn được định nghĩa bởi phương quay của vectơ điện nhưng điều
này đòi hỏi ta phải quan sát cả chiều quay của vectơ. Theo định nghĩa của IEEE thì phân cực tròn
tay phải (RHC) là phân cực quay theo chiều kim đồng hồ khi nhìn dọc theo phương truyền sóng
(hình 1.3), còn phân cực tròn tay trái (LHC) là phân cực quay ngược chiều kim đồng hồ khi nhìn
dọc theo phương truyền sóng. Phương truyền sóng dọc theo trục z dương.
1.3.3 Phân cực elip
Trong trường hợp tổng quát hơn sóng điện từ có dạng phân cực elip. Điều này xẩy ra khi
hai thành phần tuyến tính là:
= Eysinωt (1.8a)yE
r
ya
r
= Excos(ωt+δ) (1.8b)E
r
xa
r
5

Tỷ số sóng phân cực elip là tỷ số giữa trục chính và trục phụ của elip. Phân cực elip trực
giao xẩy ra khi một sóng có cùng tỷ số phân cực nhưng phương quay ngược chiều.
1.4 PHÂN CHIA SÓNG VÔ TUYẾN ĐIỆN THEO TẦN SỐ VÀ BƯỚC SÓNG
1.4.1 Nguyên tắc phân chia sóng vô tuyến điện
Sóng điện từ nói chung đã được ứng dụng rất rộng rãi trong đời sống ở nhiều lĩnh vực
khác nhau như y học, quốc phòng, thăm dò tài nguyên khoáng sản, nghiên cứu vũ trụ, thông tin
liên lạc...Dựa vào tính chất vật lý, đặc điểm truyền lan để phân chia sóng vô tuyến điện thành các
băng sóng khác nhau.
Sóng cực dài: Những sóng có buớc sóng lớn hơn 10.000 m (tần số thấp hơn 30 kHz).
Sóng dài: Những sóng có buớc sóng từ 10.000 đến 1.000 m (Tần số từ 30 đến 300 kHz)
Sóng trung: Những sóng có buớc sóng từ 1.000 đến 100 m (Tần số từ 300 kHz đến 3
MHz)
Sóng ngắn: Những sóng có buớc sóng từ 100 đến 10 m (Tần số từ 3 đến 30 MHz). Sử
dụng cho thông tin phát thanh điều tần, truyền hình.
Sóng cực ngắn: Những sóng có buớc sóng từ 10 m đến 1mm (Tần số từ 30 đến 300.000
MHz).Sóng cực ngắn được chia nhỏ hơn thành một số băng tần số .
Tiếp đến là các băng sóng gần ánh sáng, hồng ngoại, ánh sáng trắng, tia cực tím, tia X…
Khoảng tần số từ 30 Hz đến 3000 GHz được chia thành 11 băng tần như trong bảng 1.1
1.4.2. Các băng sóng vô tuyến điện và ứng dụng
Mỗi băng sóng được ứng dụng cho các hệ thống thông tin khác nhau do đặc điểm truyền
lan sóng trong các môi trường thực.
Băng sóng cực dài sử dụng ở lĩnh vực vật lý, thông tin vô tuyến đạo hàng, thông tin trên
biển.
Băng sóng dài và băng sóng trung được sử dụng cho thông tin phát thanh nội địa, điều
biên; thông tin hàng hải; vô tuyến đạo hàng.
Băng sóng ngắn sử dụng cho phát thanh điều biên cự ly xa và một số dạng thông tin đặc
biệt.
Băng sóng mét được sử dụng cho phát thanh điều tần và truyền hình.
Băng sóng decimét được sử dụng cho truyền hình, các hệ thống thông tin vi ba số băng
hẹp, thông tin di động.
Băng sóng centimét được sử dụng cho thông tin vi ba số băng rộng, thông tin vệ tinh.
Băng sóng milimét được sử dụng hạn chế cho thông tin vệ tinh với băng Ka, dùng cho
thông tin vũ trụ.
6

Bảng 1.1
Tên băng tần (Băng sóng) Ký hiệu Phạm vi tần số
Tần số vô cùng thấp ULF 30 - 300 Hz
Tần số cực thấp ELF 300 - 3000 Hz
Tần số rất thấp VLF 3 - 30 kHz
Tần số thấp (sóng dài) LF 30 - 300 kHz
Tần số trung bình (sóng trung) MF 300 - 3000 kHz
Tần số cao (sóng ngắn) HF 3 - 30 MHz
Tần số rất cao (sóng mét) VHF 30 - 300 MHz
Tần số cực cao (sóng decimet) UHF 300 - 3000 MHz
Tần số siêu cao (sóng centimet) SHF 3 - 30 GHz
Tần số vô cùng (sóng milimet) EHF 30 - 300 GHz
Dưới milimet 300 - 3000 GHz
1.5 CÁC PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN LAN SÓNG TRONG MÔI TRƯỜNG THỰC.
Sơ lược về bầu khí quyển.
Bầu khí quyển của trái đất được chia làm 3 vùng chính: tầng đối lưu, tầng bình lưu và tầng
điện ly. Biên giới giữa các tầng này không rõ ràng và thay đổi theo mùa và theo vùng địa lý. Tính
chất của các vùng này rất khác nhau.
Tầng đối lưu là khoảng không gian tính từ bề mặt trái đất lên đến độ cao 6 đến 11 km.
Nhiệt độ của không khí trong tầng đối lưu thay đổi theo độ cao (nhiệt độ giảm khi độ cao tăng).
Ví dụ nhiệt độ trên bề mặt trái đất là 100
C có thể giảm đến -550
C tại biên trên của tầng đối lưu.
Tầng bình lưu bắt đầu từ biên trên của tầng đối lưu và có phạm vi khoảng 50 km. Đặc
điểm của tầng này là nhiệt độ hầu như không thay đổi theo độ cao.
Tầng điện ly tồn tại ở độ cao khoảng từ 60 km đến 600 km. Lớp khí quyển ở tầng này rất
mỏng và bị ion hóa rất mạnh chủ yếu là do bức xạ của mặt trời, ngoài ra còn có bức xạ của các vì
sao, các tia vũ trụ, chuyển động của các thiên thạch tạo thành một miền bao gồm chủ yếu là các
điện tử tự do và các ion.
Bên cạnh đó, do tính chất vật lý của mỗi băng sóng mà mỗi băng sóng có phương thức truyền
lan thích hợp để đạt được hiệu quả nhất.
Do đó, tùy theo môi trường truyền sóng có bốn phương thức truyền lan sau: truyền lan sóng
bề mặt, truyền lan sóng không gian, truyền lan sóng trời (sóng điện ly), và truyền lan sóng tự do.
Sóng bề mặt và sóng không gian đều được gọi là sóng đất (cùng truyền lan trong tầng đối lưu) tuy
nhiên chúng có sự khác nhau rõ rệt.
1.5.1 Truyền lan sóng bề mặt
Sóng bề mặt truyền lan tiếp xúc trực tiếp với bề mặt trái đất. Bề mặt quả đất là một môi
trường bán dẫn điện, khi một sóng điện từ bức xạ từ một anten đặt thẳng đứng trên mặt đất, các
7

đường sức điện trường được khép kín nhờ dòng dẫn trên bề mặt quả đất như chỉ ra ở hình 1.4.
Nếu gặp vật chắn trên đường truyền lan, sóng sẽ nhiễu xạ qua vật chắn và truyền lan ra phía sau
vật chắn.
ThuPhát
A B
Hình 1.4: Quá trình truyền lan sóng bề mặt
Như vậy sự truyền lan sóng bề mặt có thể dùng để truyền tất cả các băng sóng. Tuy nhiên,
sóng bề mặt bị suy giảm nhiều do sự hấp thụ của trái đất. Sự suy giảm phụ thuộc vào tần số, khi
tần số tăng thì sự suy giảm càng lớn. Hơn nữa khả năng nhiễu xạ qua vất chắn trên đường truyền
phụ thuộc vào độ cao tương đối của vật chắn so với bước sóng.
Với các loại đất có độ dẫn điện lớn như mặt biển, đất ẩm thì sóng ít bị suy hao trong đất,
làm cho cường độ trường tại điểm thu tăng lên. Các sóng vô tuyến điện có bước sóng lớn khả
năng nhiễu xạ mạnh và bị mặt đất hấp thụ nhỏ. Bởi vậy sóng bề mặt được sử dụng để truyền lan
các băng sóng dài và sóng trung như trong hệ thống phát thanh điều biên, hay sử dụng cho thông
tin trên biển
1.5.2 Truyền lan sóng không gian
Lớp khí quyển bao quanh quả đất có độ cao từ 0 đến 11km (với tầng đối lưu tiêu chuẩn),
gọi là tầng đối lưu. Các hiện tượng thời tiết như sương mù mưa, bão, tuyết... đều xẩy ra trong tầng
đối lưu và ảnh hưởng rất lớn đến quá trình truyền lan sóng vô tuyến điện.
Nếu hai anten thu và phát đặt cao (nhiều lần so với bước sóng công tác) trên mặt đất thì
sóng có thể truyền trực tiếp từ anten phát đến anten thu, hoặc phản xạ từ mặt đất như chỉ ra ở hình
1.5a, hoặc lợi dụng sự không đồng nhất của một vùng nào đó trong tầng đối lưu để tán xạ sóng vô
tuyến dùng cho thông tin gọi là thông tin tán xạ tầng đối lưu như chỉ ra ở hình 1.5b. Các phương
thức thông tin như trên gọi là truyền lan sóng không gian hay sóng tầng đối lưu.
Phương thức truyền lan sóng không gian thường được sử dụng cho thông tin ở băng sóng
cực ngắn (VHF, UHF, SHF), như truyền hình, các hệ thống vi ba như hệ thống chuyển tiếp trên
mặt đất, hệ thống thông tin di động, thông tin vệ tinh... Phương thức truyền lan sóng không gian
sẽ được nghiên cứu kỹ trong chương II
Hình 1.5: Truyền lan sóng không gian
Phát Thu
a) Vùng
khôngb)
đồng nhất
Phát Thu
8

9
1.5.3 Truyền lan sóng trời
Lớp khí quyển ở độ cao khoảng 60 km đến 600 km bị ion hoá rất mạnh chủ yếu do năng
lượng bức xạ của mặt trời, tạo thành một lớp khí bao gồm chủ yếu là điện tử tự do và các ion. Lớp
khí quyển đó được gọi là tầng điện ly. Tính chất đặc biệt của tầng điện ly là trong những điều kiện
nhất định có thể phản xạ sóng vô tuyến điện. Lợi dụng sự phản xạ đó để sử dụng cho thông tin vô
tuyến bằng cách phản xạ một hoặc nhiều lần từ tầng điện ly, như chỉ ra ở hình 1.6. Phương thức
đó gọi là phương thức truyền lan sóng trời hay tầng điện ly.
Tầng điện ly
Thu
Tầng điện li
Phát
Phát Thu
Khuếch tán từ tầng điện ly Phản xạ nhiều lần từ tầng điện li
Hình 1.6: Truyền lan sóng trời
1.5.4 Truyền lan sóng tự do
Trong một môi trường đồng nhất, đẳng hướng và không hấp thụ ví dụ như môi trường chân không,
sóng vô tuyến điện khi truyền lan từ điểm phát đến điểm thu sẽ đi theo đường thẳng, như chỉ ra
trên hình 1.7, không ảnh hưởng đến quá trình truyền sóng.
Trong thực tế một môi trường lý tưởng như vậy chỉ tồn tại ngoài khoảng không vũ trụ. Với lớp
khí quyển quả đất chỉ trong những điều kiện nhất định, khi tính toán cũng có thể coi như môi
trường không gian tự do.
Trạm trên mặt
Mục tiêu trong
Hình 1.7 Sự truyền lan sóng tự do

Hình 1.8 cho ta thấy các phương pháp truyền lan sóng trong môi trường thực của khí quyển quả
đất
Sóng tự do
Không gian tự do
Tầng điện ly
Tầng bình lưu
Tần
Hình 1.8 Các phương thức truyền sóng vô tuyến điện
1.6 CÔNG THỨC TRUYỀN SÓNG TRONG KHÔNG GIAN TỰ DO
1.6.1 Mật độ thông lượng công suất, cường độ điện trường
Giả thiết có một nguồn bức xạ vô hướng (đẳng hướng) có công suất phát PT(W) đặt tại
điểm A trong một môi trường không gian tự do là môi trường đồng nhất đẳng hướng và không
hấp thụ, có hệ số điện môi tương đối ε'
= 1. Xét trường tại một điểm M cách A một khoảng r (m).
Hình 1.9: Bức xạ của nguồn bức xạ vô hướng trong không gian tự do
Vì nguồn bức xạ là vô hướng, môi trường đồng nhất và đẳng hướng nên năng lượng sóng
điện từ do nguồn bức xạ sẽ tỏa đều ra không gian thành hình cầu. Như vậy mật độ công suất (mật
độ thông lượng năng lượng) ở điểm M cách nguồn một khoảng r sẽ được xác định bằng công thức
sau:
T
iS
P
r
=
π
2
4
(W/m2
) (1.9)
Theo lý thuyết trường điện từ ta có:
Sóng trời
Sóng đất Mặt đất
g đối lưu
Sóng không gian
1 m2
r
A M
(PW)
10

i hS E H= (W/m2
) (1.10)h
h
h
E
H = (A/m) (1.11)
π120
Trong đó: Eh (V/m), Hh (A/m) là giá trị hiệu dụng của cường độ điện trường và từ
trường ; 120π là trở kháng sóng của không gian tự do (Ω)
Thay công thức (1.11) vào (1.10) được
h
i
E
S = (W/m2
) (1.12)
π
2
120
So sánh công thức (1.12) và (1.9) ta có
T
hE (V/m) (1.13)
P
r
= 2
30
Nhận xét: cường độ điện trường của sóng vô tuyến điện truyền lan trong môi trường đồng
nhất đẳng hướng và không hấp thụ tỷ lệ thuận với căn hai công suất bức xạ, tỷ lệ nghịch với
khoảng cách. Khoảng cách tăng thì cường độ trường giảm vì năng lượng sóng toả rộng ra không
gian, còn gọi là sự khuyếch tán tất yếu của sóng. Để hạn chế sự khuếch tán này người ta sử dụng
các bộ bức xạ có năng lượng tập trung về hướng cần thông tin để làm tăng cường độ trường lên.
Đó chính là các anten có hướng, với hệ số hướng tính D hoặc hệ số khuếch đại G.
Nếu nguồn bức xạ có hướng, lúc đó năng lượng của sóng vô tuyến điện sẽ được tập trung
về hướng điểm M được biểu thị bằng hệ số hướng tính hay hệ số khuếch đại như chỉ ra trên hình
1.10.
M
bức xạ vô
hướng
A
Hình1.10: Nguồn bức xạ có hướng
Trong trường hợp này mật độ công suất được xác định theo công thức
T T
S
P G
= (W/m2
) (1.14)
rπ
2
4
khi đó cường độ điện trường sẽ được tính theo công thức:
T T
hE = (V/m) (1.15)
P G
r
30
11

Nếu sóng điện từ do nguồn bức xạ biến đổi điều hoà theo thời gian, nghĩa là theo quy luật
sinωt, cosωt, hoặc viết dưới dạng phức số eiωt
thì giá trị tức thời của cường độ điện trường sẽ được
biểu thị bởi công thức
( ) (T T
E
P G
t cos
r
= ω
60
)t kr− (V/m) (1.16)
Trong đó: ω tần số góc của sóng
k = ω/c =2π/λ hệ số sóng (hệ số pha)
Nếu viết ở dạng phức công thức (1.16) có dạng:
( ) (j t krT T
E
P G
t e
r
ω −
=
60 )
(V/m) (1.17)
Nếu biểu thị cự ly r (km), công suất phát PT(kW), ta sẽ có giá trị hiệu dụng của cường độ
trường:
( )
( )
TT kW
h
km
E
P G
r
=
173
(mV/m) (1.18a)
Biên độ của trường là
( )
( )
TT kW
m
km
E
P G
r
=
245
(mV/m) (1.18b)
và giá trị tức thời của cường độ trường
( )
( )
( )
( )
(mV/m) (1.19)
TT kW j t kz
km
E
P G
t e
r
ω −
=
245
1.6.2 Công suất anten thu nhận được
Trong khi tính toán tuyến ta cần phải xác định công suất anten thu nhận được PR để đưa vào
đầu vào của máy thu sao cho máy thu có thể làm việc được. Công suất anten thu nhận được bằng
mật độ thông lượng công suất tại nơi đặt anten thu nhân với diện tích hiệu dụng của anten thu:
PR = S.Ah (W) (1.20)
Diện tích hiệu dụng củ anten thu bằng diện tích thực tế nhân với hiệu suất làm việc Ah = A. ηa.
Trong các hệ thống thông tin vô tuyến sử dụng anten gương parabol tròn xoay quan hệ giữa tính
hướng và diện tích hiệu dụng của anten được cho bởi công thức
R
h
G
A
λ
=
π
2
4
(m2
) (1.21)
Thay công thức (1.14) và (1.21) vào công thức (1.20) ta có
12

( )
T T R
R
P G G
P
r
λ
=
π
2
2
4
(W) (1.22)
Nếu biểu thị cự ly r (km), công suất bức xạ PT(kW), ta có công thức
( ) ( )
( )
T RT kW m
R
km
P G G
P , .
r
− λ
=
2
3
2
6 33 10 (mW) (1.23)
1.6.3 Tổn hao truyền sóng
Khi sóng vô tuyến điện truyền trong một môi trường, ngoài tổn hao do môi trường gây ra
như bị hấp thụ trong các phân tử khí, trong hơi nước..., tổn hao do tán xạ do mây mưa, tổn hao do
vật chắn v.v... thì sự suy hao lớn nhất chính là do sự khuyếch tán tất yếu của sóng ra mọi phương
và được gọi là tổn hao không gian tự do.
Nếu ta bức xạ ra môi trường một công suất PT, anten thu chỉ nhận được một công suất PR,
thì hệ số tổn hao truyền sóng được định nghĩa bằng tỉ số của công suất bức xạ trên công suất anten
thu nhận được, được biểu thị bằng biểu thức:
( )T
R T R
rP
L
P G G
π
= =
λ
2
2
4
(số lần) (1.24)
Trong trường hợp không có tác động tính hướng của nguồn, nghĩa là GT=1, GR=1, tổn hao
được gọi là tổn hao truyền sóng cơ bản trong không gian tự do, và bằng:
( )r
L
π
=
λ
2
0 2
4
(số lần) (1.25)
Tính theo đơn vị dB ta được:
10log10L = 20log10(4πr) - 20log10λ - 10log10GT - 10log10GR
L(dB) = 20log10(4πr) - 20log10λ - GT(dBi) - GR(dBi) (1.26)
và:
L0 = 20log10(4πr) - 20log10λ (dB) (1.27)
L0 = 20log10r(km) + 20log10f(GHz) + 92,45 (dB) (1.28)
L0 = 20log10r(km) + 20log10f(MHz) + 32, 5 (dB) (1.29)
1.7 NGUYÊN LÝ HUYGHEN VÀ MIỀN FRESNEL
1.7.1 Nguyên lý Huyghen
13

Để hiểu rõ một số đặc điểm truyền lan của sóng trên mặt đất cần biết những khái niệm về
miền Fresnel. Việc biểu thị miền được dựa trên nguyên lý Huyghen.
Nguyên lý Huyghen cho biết rằng mỗi điểm của mặt sóng gây ra bởi một nguồn bức xạ sơ
cấp có thể được coi như một nguồn sóng cầu thứ cấp mới. Vì vậy nguyên lý này cho phép ta có
thể tính trường điện từ ở một điểm bất kỳ trong không gian khi đã biết được trường ở một bề mặt
nào đó. Giả sử nguồn của sóng sơ cấp đặt tại điểm A (hình 1.11). Ký hiệu S là một mặt kín bất kỳ
bao quanh nguồn sóng. Bây giờ ta xác định trường của sóng tại điểm bất kỳ nằm ngoài mặt kín,
theo các trị số của trường trên mặt S.
S r
A
M
Hình 1.11: Xác định trường theo nguyên lý Huyghen
Ký hiệu ψ là thành phần của trường cần tìm tại điểm M và ψS là trị số của thành phần ấy
trên mặt S. Khoảng cách từ mỗi điểm trên mặt S đến M được ký hiệu là r.
Theo nguyên lý Huyghen, trường thứ cấp tạo bởi một nguyên tố bề mặt dS tại điểm M được
xác định theo công thức
ikr
S
e
d Aψ = (1.30)dS
r
−
ψ
Trong đó A là một hệ số tỷ lệ.
Trường tổng tại điểm M sẽ là trường tạo bởi toàn mặt S
ikr
SS
e
A
r
−
ψ = ψ∫ dS (1.31)
Nếu S là mặt phẳng thì
( )
i
A cos n,r=
λ
n là pháp tuyến ngoài của mặt phẳng;
λ là bước sóng công tác
Thay vào (1.31) ta có công thức Huyghen đối với mặt phẳng
( )
ikr
SS
i
c
r
os n,r
−
ψ = ψ
λ ∫
e
dS (1.32)
14

Trong trường hợp mặt S có dạng bất kỳ, công thức Huyghen có dạng tổng quát
ikr ikr
S
S
1 e e
dS
4 n r r n
− −
⎡ ⎤⎛ ⎞ ∂ψ− ∂
ψ = ψ −⎢ ⎜ ⎟
π ∂ ∂⎝ ⎠⎣ ⎦
∫ ⎥ (1.33)
Nguyên lý Huyghen cũng nêu lên rằng năng lượng từ mỗi điểm truyền theo tất cả các hướng
và tạo thành nhiều mặt sóng cầu sơ cấp được gọi là các sóng con. Đường bao của các sóng con
này sẽ tạo ra một mặt sóng mới. Với độ chính xác cao, mỗi mặt sóng có thể được biểu diễn bởi
một mặt phẳng có pháp tuyến chính là véc tơ mật độ thông lượng năng lượng k (hình 1.12, đường
AA’
được coi là vị trí bắt đầu của sóng). Các sóng sơ cấp bắt nguồn từ mỗi điểm trên AA’
tạo ra
một mặt sóng mới BB’
. Mặt BB’
được vẽ tiếp tuyến với tất cả các sóng sơ cấp có cùng bán kính.
Như chỉ ra trong hình các sóng thứ cấp bắt nguồn từ các điểm dọc AA’
có biên độ không cùng tỉ
lệ theo tất cả các hướng. Nếu gọi α là góc giữa hướng của điểm C bất kỳ trên mặt cầu sơ cấp và
véc tơ pháp tuyến của mặt sóng thì biên độ sóng sơ cấp theo hướng đó sẽ tỉ lệ với (1+ cosα). Như
vậy biên độ sóng theo hướng k sẽ tỉ lệ với (1+ cos0) = 2, còn trong hướng khác biên độ sẽ nhỏ
hơn 2. Sóng ngược trở lại có biên độ bằng 0 vì (1+ cosπ) = 0. Do đó không có sóng truyền theo
hướng ngược trở lại. Các sóng truyền về phía trước theo hướng pháp tuyến với mặt sóng. Sự sai
khác pha giữa các dao động tại các điểm lân cận của các đường AA’
và BB’
phụ thuộc vào khoảng
cách r giữa chúng theo tỉ lệ k.r = 2πr/λ. Nếu r = λ thì tất cả các điểm của AA’
và BB’
sẽ dao động
cùng pha, còn nếu r = λ/2 thì các điểm đó sẽ dao động ngược pha.
C
α
B
A’
A
B’
Hình 1.12. Biểu diễn nguyên lý Huyghen trong không gian tự do
1.7.2 Miền Fresnel
15

Nguyên lý Huyghen cho phép xác định phần không gian thực sự tham gia vào quá trình
truyền lan sóng. Giả sử có một nguồn bức xạ được đạt tại điểm A và máy thu được đặt tại
điểm B. Lấy A làm tâm, ta vẽ một hình cầu bán kính r1. Hình cầu này là một trong số các mặt
sóng. Trên hình 1.13 ký hiệu r2 là khoảng cách từ B đến mặt cầu bán kính r1. Từ B vẽ một họ
các đường thẳng cắt mặt cầu ở các điểm cách B một khoảng bằng r2 +λ/2. Họ các đường
thẳng này sẽ tạo thành một hình chóp nón cắt mặt cầu tại N1 và N1
’
. Bằng cách tương tự ta lập
các mặt nón bậc cao có
BN1 = + λ/22r
BN2 = + 2λ/2, …2r
BNn = + nλ/22r
Giao của các mặt nón với mặt cầu là các đường tròn đồng tâm. Miền giới hạn bởi các
đường tròn gọi là miền Fresnel. Miềm giới hạn bởi đường tròn N1 là miền; miền giới hạn bởi các
đường tròn N1 và N2 là miền Fresnel thứ hai…(Miền Fresnel bậc cao)
Áp dụng nguyên lý Huyghen, ta coi mặt cầu là tập hợp những nguồn điểm thứ cấp và ta
tính trường tạo bởi những nguồn ấy tại điểm B. Các nguồn điểm thứ cấp trong miền Fresnel thứ
nhất sẽ tạo ra trường tại B có pha khác pha với trường do điểm N0 tạo ra ở B một góc Δϕ < 1800
.
Pha của trường tạo bởi nguồn điểm thứ cấp trong miền Fresne bậc hai khác pha với trường do
điểm N0 tạo ra ở B một góc 1800
< Δϕ < 3600
. Một cách tổng quát có thể thấy rằng Pha của
trường tạo bởi miền Fresne bậc hai khác pha với trường tạo bởi miền Fresnel thứ nhất 1800
. Pha
của trường tạo bởi miền Fresne bậc ba khác pha với trường tạo bởi miền Fresnel thứ hai 1800
...
sự khác nhau ấy được biểu thị bởi các dấu cộng, trừ trên hình vẽ.
Nn
N1
A
N0
B
N’1
2rNn
’
1r
N4+ +
Hình 1.13: Nguyên lý cấu tạo miền Fresnel trên mặt sóng cầu
N0
N1
N2
+
+
+ + +
+
+
+
+
+
+
+ +
+
+
+
++
+
+
+ +
+
+
+
-
-
- -
-
-
-
--
--
-
- -
-
-
-
-
N3
16

Người ta chứng minh được rằng tác dụng của các miền Fresnel bậc cao nằm kề nhau sẽ bù
trừ cho nhau do pha của chúng ngược nhau nên cuối cùng tác dụng tổng hợp của tất cả các miền
Fresnel bậc cao gần như chỉ tương đương tác dụng của khoảng nửa miền Fresnel thứ nhất. Như
vậy, khoảng không gian có tham gia vào quá trình truyền sóng có thể xem như được giới hạn bởi
một nửa miền Fresnel thứ nhất.
Các vùng Fresnel có thể được xây dựng trên các bề mặt có hình dạng bất kỳ. Để thuận tiện
ta chọn bề mặt để lập miền Fresnel là mặt phẳng S0. Mặt phẳng này vuông góc với phương truyền
lan AB (hình 1.14)
1r
Nn
bn
N0
S0
A B
2r
Hình 1.14: Xác định bán kính miền Fresnel
Theo định nghĩa ta có:
n n 1 2AN + BN = r + r + n
2
λ
Mặt khác ANn và BNn có thể được xác định theo hình học
2
2 n
n 1
2
2 n
n 2
b
b r
b
r b r
2
n 1
1
2
n 2
2
AN = r
2r
BN =
2r
+ ≈ +
+ ≈ +
Ta có bán kính miền Fresnel tính gần đúng bằng
1 2
1 2
r r
b n
r r
n= λ
+
(1.34)
Đối với vùng Fresnel thứ nhất, n = 1, nên
1 2
1 2
r r
b
r r
1= λ
+
(1.35)
Khi ta dịch chuyển mặt phẳng S0 dọc theo đường truyền lan từ A đến B, giới hạn của miền
Fresnel sẽ vạch ra một mặt elipsoit. Ở đây, ta chỉ xét miền thứ nhất. Ta có
c1 1 1 2AN + BN = r + r + osnt
2
λ
=
17

Đây chính là phương trình của hình elipsoit với các tiêu điểm A và B (hình 1.15). Khoảng không
gian tham gia vào quá trình truyền lan sóng được giới hạn bởi ½ miền Fresnel thứ nhất. Trong
hình vẽ, khoảng không gian này được đánh dấu bởi các đường kẻ song song.
b ax1m
Hình 1.15: Vùng tham gia vào quá trình truyền lan sóng
1.8 TỔNG KẾT
Chương này đã xét các vấn đề chính liên quan đến quá trình truyền lan sóng vô tuyến. Thứ
nhất là về phân cực của sóng vô tuyến điện, việc sử dụng các phân cực khác nhau của sóng điện từ
có ý nghĩa rất lớn trong việc sử dụng một cách hiệu qủa tần số trong thông tin vô tuyến. Thứ hai là
về cách phân chia các băng sóng vô tuyến và ứng dụng. Thứ ba đề cập đến các phương pháp
truyền lan sóng, có bốn phương pháp truyền lan sóng trong môi trường thực đó là: truyền lan sóng
bề mặt, truyền lan sóng không gian, truyền lan sóng trời và truyền lan sóng tự do. Mỗi phương
thức truyền sóng sẽ được sử dụng để truyền lan cho băng sóng nhất định để đạt được hiệu quả lớn
nhất. Trong chương cũng đưa ra các công thức tính toán các thông số cơ bản của quá trình truyền
sóng đó là mật độ công suất, cường độ điện trường, công suất nhận được tại điểm thu, và tổn hao
truyền sóng. Cuối cùng đề cập đến khái niệm miền Fresnel và từ đó xác định khoảng không gian
trực tiếp tham gia vào quá trình truyền lan sóng từ điểm phát đến điểm thu được giới hạn bởi một
nửa miền Fresnel thứ nhất.
1.9 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP
1.Trình bày các dạng phân cực của sóng vô tuyến điện.
2. Trình bày các phương pháp truyền lan sóng trong môi trường thực.
3. Xây dựng công thức tính mật độ công suất bức xạ và cường độ điện trường khi truyền sóng
trong môi rường không gian tự do.
4. Phát biểu định nghĩa và viết biểu thức tính tổ hao truyền sóng.
5. Trình bày về miền Fresnel.
6. Mặt trời có công suất bức xạ theo mọi hướng khoảng 3,85.1020
W, khoảng cách nhỏ nhất từ quả
đất đến mặt trời là 147.098.090 km (vào tháng giêng) và lớn nhất là 152.097.650 km. Tính:
- Mật độ công suất bức xạ cực tiểu và cực đại của mặt trời lên bề mặt quả đất?
BA
18

19
- Mật độ công suất bức xạ mặt trời ở khoảng cách trung bình và tỷ lệ phần trăm sai số của
bức xạ cực đại và cực tiểu so với giá trị trung bình?
7. Một máy phát có công suất 3 W, anten phát có hệ số khuếch đại là 30 dBi. Ở cự ly 40 km đặt
một anten thu có diện tích hiệu dụng là 3,5 m2
, hiệu suất làm việc 100%. Tính công suất sóng
mang nhận được ở anten thu.
(a) 0,164.10-5
W; (b) 0,164.10-4
W; (c) 0,154.10-5
W ; (d) 0,154.10-4
W
8. Xác định công suất máy phát cần thiết để thực hiện tuyến thông tin có các điều kiện: cự ly
thông tin 50 km, tần số công tác 2GHz, hệ số khuyếch đại của anten thu và anten phát là 30 dBi,
công suất anten thu nhận được là 10-6
W.
(a) 1,63W; (b) 2,63W; (c) 3,63W; (d) 4,63W
9. Một máy phát có công suất 50 W. Biểu diễn công suất máy phát sang đơn vị dBm và dBW?
(a) 15 dBW và 45 dBm; (b) 16 dBW và 46 dBm; (c) 17 dBW và 47 dBm; (d) 18dBW và 48 dBm
10. Công suất ở bài 9 được cấp cho anten vô hướng làm việc với sóng mang có tần số 900 MHz,
tìm công suất thu (tính theo dBm) tại điểm cách anten phát một khoảng 10 km. Giả sử anten thu
có hệ số khuếch đại là 2 và sóng truyền trong không gian tự do.
(a) - 45,5 dBm; (b) - 51,5 dBm; (c) - 55,5 dBm; (d) - 61,5 dBm
11. Số liệu như bài 9 và 10, tính biên độ cường độ điện trường hiệu dụng tại điểm đặt anten thu.
(a) 2,9 mV/m; (b) 3,9 mV/m; (c) 4,9 mV/m; (d) 5,9 mV/m
12. Tính tổn hao khi truyền sóng trong không gian tự do (theo dơn vị dB) biết cự ly truyền sóng
50 km, tần số công tác 2 GHz, với anten vô hướng.
(a) 132,5 dB; (b) 135,5 dB; (c) 142,5 dB; (d) 145,5 dB
13. Số liệu như bài 12, nếu cả hai anten có hệ số khuyếch đại là 30 dBi thì tổn hao là bao nhiêu?
(a) 72,5 dB; (b) 75,5 dB; (c) 82,5 dB; (d) 85,5 dB
14. Một nguồn vô hướng có công suất bức xạ 100W. Môi trường truyền sóng là không gian tự do.
Hãy xác định:
a, Mật độ công suất tại điểm cách xa nguồn 1000 m.
(a) 6,96 μW; (b) 6,96 mW; (c) 7,96 μW; (d) 7,96 mW
b, Mật độ công suất tại điểm cách xa nguồn 20 km.
(a) 19,9 pW ; (b) 19,9 μW ; (c) 20,9 pW; (d) 20,9 μW
15. Xác định cường độ điên trường hiệu dụng tại điểm thu với các giả thiết cho trong bài 13.
(a) 44,7 mV/m và 1,74 mV/m; (b) 44,7 mV/m và 2,74 mV/m; (c) 54,7 mV/m và 1,74 mV/m; (d)
54,7 mV/m và 2,74 mV/m
16. Xác định mật độ công suất tại điểm cách anten 30 km của một anten có công suất bức xạ 5 W
và hệ số khuếch đại của anten là 40 dBi.
(a) 4,42 pW; (b) 4,42 µW; (c) 5,42 pW; (d) 5,42 μW
17. Một anten phát có hệ số khuyếch đại 30 dBi, hiệu suất làm việc 60%. Để có cường độ điện
trường hiệu dụng tại điểm thu cách anten phát 100 km bằng 3,46 mV/m thì cần phải đưa vào anten
công suất là bao nhiêu? Với điều kiện sóng truyền trong không gian tự do.
(a) 3 W; (b) 3,5W; (c) 4 W; (d) 5 W

Chương2: Truyền lan sóng cực ngắn
CHƯƠNG 2
TRUYỀN LAN SÓNG CỰC NGẮN
- Các phương pháp truyền lan sóng cực ngắn
- Truyền sóng trong giới hạn nhìn thấy trực tiêp với các điều kiện lý tưởng
- Truyền sóng trong giới hạn nhìn thấy trực tiếp khi kể đến ảnh hưởng của địa hình
- Ảnh hưởng của tầng đối lưu không đồng nhất
- Tham khảo thêm [1], [2], [3]
- Nắm được các phương pháp truyền lan sóng cực ngắn
- Nắm được các công thức tính toán trường khi truyền sóng trong giới hạn nhìn thấy trực
tiếp với điều kiện lý tưởng và trong các điều thực tế (có xét đến ảnh hưởng của địa hình và
của tầng đối lưu)
- Hiểu về hiện tượng pha đinh và biện pháp chống
2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN LAN SÓNG CỰC NGẮN
Như đã giới thiệu ở chương 1, sóng cực ngắn là những sóng có tần số từ 3 MHz đến 300
GHz (ứng với bước sóng nhỏ hơn 10 m) và được chia thành 4 băng:
Sóng mét: bước sóng từ 10 m đến 1m (30 - 300 MHz)
Sóng decimét: bước sóng từ 1m đến 10 cm (300 - 3000 MHz)
Sóng centimét: bước sóng từ 10 cm đến 1cm (3000- 30.000 MHz)
Sóng milimétt: bước sóng ngắn hơn 1cm (tần số cao hơn 30.000 MHz)
2.2.1 Truyền sóng do khuếch tán trong tầng đối lưu
20

Tầng đối lưu là lớp khí quyển trải từ bề mặt trái đất lên đến độ cao khoảng 8 - 10 km vĩ
tuyến cực, khoảng 10 - 12 km ở các vĩ tuyến trung bình và 16 - 18 km ở vùng nhiệt đới. Tầng đối
lưu là một môi trường có các tham số thay đổi theo thời gian và không gian. Các hiện tượng khí
tượng như mưa, bão, tuyết... đều xảy ra trong tầng đối lưu. Bởi vậy tầng đối lưu là một môi
trường không đồng nhất. Nếu một vùng nào đó trong tầng đối lưu không đồng nhất với môi
trường xung quanh, theo nguyên lý quang, một tia sóng đi vào vùng không đồng nhất sẽ kị khuếch
tán ra mọi phía. Sơ đồ tuyến thông tin theo phương thức tán xạ tầng đối lưu được vẽ ở hình 2.1
A B
C
CD V
Hình 2.1. Sự khuếch tán sóng trong tầng đối lưu
Giả sử anten phát đặt tại A, giản đồ tính hướng của nó được giới hạn bởi hai đường AC và
AC1 và chiếm một thể tích nhất định của tầng đối lưu. An ten thu đặt tại B, giản đồ tính hướng của
nó được giới hạn bởi hai đường BC và BD. Hai giản đồ này giao nhau tại thể tích V, thể tích này
sẽ tham gia vào quá trình truyền sóng tán xạ và đươc gọi là thể tích tán xạ. Nếu trong thể tích V
cấu tạo của khí quyển không đồng nhất, nghĩa là trong đó có những miền mà hệ số điện môi cục
bộ khác với hệ số điện môi của môi trường xung quanh thì sóng đi vào vùng này sẽ bị khuếch tán
ra mọi phía và một phần sẽ được truyền tới anten thu.
Trong thực tế phương thức thông tin này ít được sử dụng do độ tin cậy kém, pha đinh sâu,
yêu cầu công suất máy phát lớn và tính hướng anten cao.
2.2.2 Truyền sóng trong điều kiện siêu khúc xạ tầng đối lưu.
Ở một khoảng chiều cao nào đó của tầng đối lưu nếu chiết suất biến thiện theo quy luật
dN
,
dh
< −0 157 (1/m) thì tia sóng đi vào tầng đối lưu sẽ bị uốn cong với độ cong lớn hơn độ cong
quả đất, minh họa trong hình 2.2. Hiện tượng đó gọi là hiện tượng siêu khúc xạ tầng đối lưu.
Giả thiết miền siêu khúc xạ trải từ mặt đất lên đến độ cao h0, đồng thời ở độ cao lớn hơn
h0 chiết suất biến thiên theo quy luật giống như đối với tầng đối lưu thường. Đặt tại A một nguồn
bức xạ, những tia sóng có góc xuất phát lớn hơn so với mặt phẳng nằm ngang (tia 1 và tia 2) sẽ bị
khúc xạ ít và nó xuyên qua miền siêu khúc xạ mà không bị giữ lại. Ta ký hiệu αth là góc giới hạn
mà khi sóng xuất phát theo góc đó sẽ bị uốn cong theo đường giới hạn ở độ cao h0 (bán kính cong
của tia sóng bằng bán kính trái đất, tia 3). Tất cả các tia có góc xuất phát α < αth đều bị uốn cong
trở về mặt đất và phản xạ nhiều lần để truyền đi xa. Hình ảnh sóng truyền đi xa khi có hiện tượng
siêu khúc xạ giống với quá trình truyền sóng trong một ống dẫn sóng mà thành trên của ống dẫn là
giới hạn trên của miên siêu khúc xạ và thành dưới là mặt đất.
21

Lợi dụng tính chất trên của miền siêu khúc xạ để truyền lan sóng cực ngắn đi xa. Tuy
nhiên miền siêu khúc xạ xảy ra bất thường, độ cao và chiều dài của miền siêu khúc xạ cũng luôn
luôn thay đổi nên sử dụng phương pháp truyền lan bằng siêu khúc xạ tầng đối lưu thông tin bị thất
thường và không liên tục. Chính vì thế phương pháp này cũng không sử dụng cho thông tin vi ba.
2
31
Hình 2.2 Hiện tượng siêu khúc xạ tầng đối lưu
2.2.3 Truyền lan sóng trong giới hạn nhìn thấy trực tiếp
Hai phương pháp thông tin trên không được sử dụng rộng rãi vì các nhược điểm của nó,
phụ thuộc nhiều vào điều kiện thiên nhiên. Bởi vậy, thông tin vi ba thường sử dụng phương pháp
truyền lan trong phạm vi nhìn thấy trực tiếp. Nghĩa là hai anten thu và phát phải đặt cao trên mặt
đất để không bị che chắn bởi các chướng ngại vật có trên mặt đất, như chỉ ra trong hình vẽ.
Phần duới đây ta sẽ xem xét kỹ phương pháp truyền lan này.
2.3 TRUYỀN LAN SÓNG TRONG GIỚI HẠN NHÌN THẤY TRỰC TIẾP
VỚI CÁC ĐIỀU KIỆN LÝ TƯỞNG
2.3.1 Tính cường độ trường trong trường hợp tổng quát - công thức giao thoa
Để đơn giản trước hết ta nghiên cứu quá trình truyền sóng trong giới hạn nhìn thấy trực
tiếp với giả thiết môi trường ở các điều kiện lý tưởng. Đó là: mặt đất phẳng, bỏ qua độ cong và độ
45
4’
5’
α4
αgh
h0A
Hình 2.3. Truyền sóng trong giới hạn nhìn thấy trực tiếp
22

ghồ ghề của mặt đất, khí quyển đồng nhất, không hấp thụ và anten đặt cao so với mặt đất ít nhất
vài bước sóng công tác. Lúc này quá trình truyền sóng được mô tả như hình 2.4.
Tia 2
Tia 1
C
B
A
ht
hr
r
Hình 2.4. Mô hình truyền sóng trong điều kiện lý tưởng
Như vậy tại điểm thu B có một tia đi thẳng trực tiếp trong tầng đối lưu (được giả thiết là
không gian tự do) (tia 1), gọi là tia tới trực tiếp, và một tia phản xạ từ mặt đất tại điểm C (tia 2) đi
đến. Chỉ có một tia phản xạ đến điểm B vì với giả thiết mặt đất phẳng, chỉ có tia 2 là thoả mãn
điều kiện góc tới bằng góc phản xạ đối với điểm B.
Cường độ trường tại điểm B sẽ là sự tổng cường độ trường của tia tới 1 và tia phản xạ 2
gây ra. Hiện tượng đó gọi là hiện tượng giao thoa.
Giả thiết độ dài đường truyền là r, chiều cao anten phát và thu là ht, hr. Bằng phép tính
hình học có thể tìm được điểm phản xạ C từ mặt đất, góc nghiêng Δ và hiệu số đường đi giữa tia
phản xạ từ mặt đất và tia tới trực tiếp Δr.
Cường độ điện trường tại điểm thu do tia tới trực tiếp truyền trong không gian tự do sẽ là:
( )
( )
TT kW j t
km
E
P G
e
r
ω
=
1
1
1
245
(mV/m) (2.1)
Chọn hệ toạ độ sao cho góc pha đầu của tia tới trực tiếp bằng 0.
Cường độ điện trường tại điểm thu của tia phản xạ sẽ là :
( )
( )
( )TT kW j t k r
km
E
P G
R e
r
ω − Δ
=
2
2
2
245
(mV/m) (2.2)
Trong đó:
- r1 : đoạn đường đi của tia tới trực tiếp, bằng AB trên hình
- r2 : đoạn đường đi của các tia phản xạ, bằng AC + BC hình
- Δr: là hiệu số đường đi của tia phản xạ và tia trực tiếp Δr = r1-r2
- k : hệ số sóng bằng 2π/λ
23

- R : Hệ số phản xạ phức từ mặt đất: j
R Re
− θ
= , R là mô đun, θ góc pha phụ thuộc vào loại
đất tại điểm phản xạ và phân cực của sóng. Các giá trị này thường được tính sẵn bằng
bảng hoặc đồ thị.
- GT1 và GT2 là hệ số khuếch đại của anten phát theo hướng tia trực tiếp và tia phản xạ
Trong công thức hệ số G ở hướng tia tới và tia phản xạ coi như bằng nhau và bằng GT, vì
trong thực tế một tuyến vi ba bao giờ cũng thoả mãn điều kiện độ cao anten ht, hr << r, bởi
vậy phương bức xạ của tia 1 và 2 gần như trùng nhau.
Cũng vì r >> ht, hr nên có thể coi r1≈ r2 ≈ r, ở phần biên độ. Nhưng vì bước sóng công tác
ở giải sóng vi ba rất bé, góc sai pha do đường đi khác nhau giữa tia trực tiếp và tia phản xạ lại
không thể bỏ qua được vì λ ≈ Δr, thay các điều kiện trên vào các công thức (2.1) và (2.2) ta sẽ
nhận được:
( )
( )
TT kW j t
km
E
P G
e
r
ω
=1
245
(mV/m) (2.3)
Cường độ điện trường của tia phản xạ sẽ là :
( )
( )
j t rTT kW
km
E
P G
R e
r
π⎛ ⎞
ω −θ−Δ⎜ ⎟
λ⎝
=
2
2
245 ⎠
(mV/m) (2.4)
Cường độ điện trường tổng hợp tại B bằng:
( )
( )
j rTT kW j t
km
E E E
P G
R.e e
r
π⎛ ⎞
− θ+Δ⎜ ⎟ ωλ⎝ ⎠
=
⎡ ⎤
⎢ ⎥+ = +
⎢ ⎥⎣ ⎦
2
1 2
245
1 (mV/m) (2.5)
hay
( ) ( )
( )
(TT kW j t
km
E
P G R cos r / R
e
r
)ω −ϕ+ θ + Δ π λ +
=
2
245 1 2 2
(mV/m) (2.6)
Trong đó: θ+Δr2π/λ góc sai pha toàn phần.
( )
( )
R sin r /
tg
R cos r /
θ + Δ π λ
ϕ =
+ θ + Δ π
2
1 2 λ
Giá trị hiệu dụng của cường độ điện trường tại B được xác định theo công thức:
( ) ( )
( )
TT kW
h
km
E
P G Rcos r / R
r
+ θ + Δ π λ +
=
2
173 1 2 2
(mV/m) (2.7)
Công thức trên được gọi là công thức giao thoa, để xác định cường độ trường tại điểm thu
khi sóng truyền lan trên mặt đất phẳng và anten đặt cao so với mặt đất.
So sánh (2.7) với công thức (1.18) của truyền lan sóng trong không gian tự do, trong
trường hợp sóng truyền trên mặt đất phẳng có hệ số suy giảm F bằng:
24

( )F Rcos r /= + θ + Δ π λ +
2
1 2 2 R (2.8)
F biểu hiện cho ảnh hưởng của mặt đất phẳng lên quá trình truyền lan sóng không gian ở
cự ly nhìn thấy trưc tiếp trực tiếp, khi anten đặt cao trên mặt đất. Chú ý rằng thuật ngữ hệ số suy
giảm ở đây chỉ có ý nghĩa tương đối và có điều kiện, bởi vì giá trị cực đại của F có thể lớn hơn 1.
Trong công thức R là modun hệ số phản xạ và θ là góc sai pha khi phản xạ, chúng phụ thuộc vào
góc tới, tính chất của đất và sự phân cực của sóng. Các giá trị này thường được tính sẵn theo bảng
hay đồ thị.
Hiệu đường đi của tia phản xạ từ mặt đất và tia tới trực tiếp được xác định theo phương
pháp hình học.
B
B’
hr -ht
Tia 2
Tia 1
C
A
hrhr +ht
r hr
ht
Hình 2.5. Xác định hiệu số đường đi Δr
( )
( )
/
r t r t r t
r t
/
' t r t t r
t r
t r
h h h h h h
r AB h h r r r
r r
h h h h h h
r AB h h r r r
r r
h h
r r r
r
⎡ ⎤− −⎛ ⎞
= = − + = − ≈ +⎢ ⎥⎜ ⎟
⎝ ⎠⎢ ⎥⎣ ⎦
⎡ ⎤ r
+
+ + +⎛ ⎞
= = + + = + ≈ +⎢ ⎥⎜ ⎟
⎝ ⎠⎢ ⎥⎣ ⎦
Δ = − ≈
1 22 2 2
2 2
1
1 22 2 2
2 2
2
2 1
2
1
2
2
1
2
2
(2.9)
Các công thức trên chưa tính đến yếu tố phân cực, hoặc nói chính xác hơn chỉ đúng với
sóng có phân cực ngang, lúc đó vectơ cương độ trường của tia tới và vectơ cường độ trường của
tia phản xạ là cùng phương.
Nếu sóng có phân cực thẳng đứng (hình 2.6) thì lúc đó vectơ 1E vuông góc với tia AB còn
vectơ 2E vuông góc với tia CB, như vậy chúng sẽ có phương kkhác nhau. Tính toán chính xác
trong trường hợp này theo tổng hợp vectơ 1E và 2E với góc lệch tương ứng giữa chúng có giá trị
gần đúng là th h
r
−
α ≈ r
. Trường tổng hợp có thể xem cùng phương với trục đứng.
25

α α
E2 E1
B
Tia 2
Tia 1
C
A
hr
ht
Hình 2.6. Vectơ E1 và E2 trong trường hợp sóng phân cực thẳng đứng
Như vậy, nếu sóng phân cực ngang thì trường tổng hợp sẽ là phân cực ngang và nếu sóng phân
cực đứng thì trường tổng hợp có thể xem là phân cực đứng.
Thay giá trị của Δr ở công thức (2.9) vào công thức (2.8) ta có
t rh h
F R cos
r
π⎛ ⎞
= + θ + +⎜ ⎟
λ⎝ ⎠
24
1 2 R (2.10)
Ví dụ 2.1. Xác định hệ số suy giảm và cường độ điện trường hiệu dụng tại điểm thu khi đường
truyền có các thông số sau: công suất phát 15W, bước sóng truyền lan là 35cm, hệ số khuếch đại
của anten phát là 200, chiều cao anten phát là 80m, chiều cao anten thu là 20m, cự ly đường
truyền là 8km. Biết khi sóng phân cực ngang R = 0,91 và θ = 1800
và khi sóng phân cực đứng R =
0,68 và θ = 1800
Giải
Theo công thức (2.9) hiệu số quãng đường đi là
t rh h . .
r ,
r
Δ = (m)= =
2 2 80 20
0 4
8000
Thay các giá trị vào công thức (2.10) tìm được
Khi sóng phân cực ngang:
F = 0,83 hay F = 20 lg 0,83 = -1,6 (dB)
Khi sóng phân cực đứng:
F = 0,783 hay F = 20 lg 0,712 = -2,1 (dB)
Theo công thức (2.7) giá trị cường độ trường tại điểm thu sẽ là:
Khi sóng phân cực ngang:
hE (mV/m)
. .
. , ,
−
= =
3
173 15 10 200
0 83 311
8
Khi sóng phân cực đứng:
hE (mV/m)
. .
. , ,
−
= =
3
173 15 10 200
0 783 29 3
8
2.3.2 Các dạng đơn giản của công thức giao thoa
26

Trong thực tế độ cao của anten phát và thu nhỏ hơn rất nhiều so với khoảng cách giữa
chúng nên góc nghiêng δ của tia phản xạ từ mặt đất sẽ nhỏ đến mức có thể xem R = 1 và θ = 1800
.
Thay vào các công thức (2.6) và (2.8) và biến đổi ta sẽ nhận được
( ) t rr
F cos r / sin sin
r
πΔ π⎛ ⎞ ⎛
= + θ + Δ π λ + = =⎜ ⎟ ⎜
λ λ⎝ ⎠ ⎝
2
1 2 2 1 2 2
h h ⎞
⎟
⎠
(2.11)
Và
( )
( )
( ) ( )
( ) ( )
TT kW t m r m
h
km m m
E
P G h h
sin
r r
⎛ ⎞π
= ⎜
⎜ λ⎝ ⎠
346 2
⎟
⎟
(mV/m) (2.12)
Công thức (2.12) có thể đơn giản hơn được nữa nếu đạt được điều kiện
t rh h
r
π π
≤
λ
2
9
Hay t r
r
h h
λ
≤
18
Khi ấy có thể thay thế gần đúng
t r t rh h h h
sin
r r
π π
≈
λ λ
2 2
Lúc này công thức giao thoa có dạng đơn giản nhất
( ) ( ) ( )
( ) ( )
TT kW t m r m
h
km m
E
, P G h h
r
=
λ
2
2 17
(mV/m) (2.13)
Công thức (2.13) do Vêdenski đưa ra năm 1922 nên được gọi là công thức Vêdenski.
Ví dụ 2.2. Xác định hệ số suy giảm và cường độ trường tại điểm đặt anten thu với các thông số
sau: công suất phát 50 W, bước sóng 10 cm, hệ số khuếch đại của anten phát là 60; chiều cao của
anten phát và anten thu lần lượt là 25m và 10m; khoảng cách giữa hai anten là 10km, R = 1 và θ =
1800
.
Giải: Hệ số suy giảm được xác định theo công thức (2.11)
t rh h . .
F sin sin sin
r , .
π π⎛ ⎞
= = =⎜ ⎟
λ⎝ ⎠
0
4
2 2 25 10
2 2 2
0 1 10
=90 2
Như vậy, hệ số suy giảm ở đây không đúng như tên gọi, mà trường tổng hợp tại điểm thu sẽ tăng
lên gấp hai lần.
Cường độ điện trường tại điểm thu được các định theo (2.12)
hE
. .
sin
−
= =
3
0346 50 10 60
90 60
10
(mV/m)
Ví dụ 2.3 Như ví dụ 2.2 nhưng bước sóng bằng 1m.
Giải: Ta có (m2
) vàt rh h .= =25 10 250 r /λ =18 555m2
nghĩa là thỏa mãn điều kiện t r
r
h h
λ
≤
18
nên
cường độ trường được tính theo công thức (2.13)
27

hE
, . . . .
,
−
= =
3
2
2 17 50 10 60 25 10
9 4
10
(mV/m)
2.3.3 Điều kiện truyền sóng tốt nhất
Qua việc khảo sát công thức giao thoa ở trên ta thấy tia phản xạ từ mặt đất thường là gây
tác dụng xấu, làm giảm cường độ trường tại điểm thu. Nếu chọn quan hệ giữa các thông số của
đường thông tin một cách thích đáng, có thể làm cho tia phản xạ hoặc sẽ không gây tác dụng xấu
làm yếu trường hoặc sẽ tăng thên cường độ trường tại điểm thu.
Giá trị hiệu dụng cường độ trường của tia tới trực tiếp được xác định bởi biểu thức
( )
( )
TT kW
h
km
E
P G
r
=1
173
(mV/m) (2.14)
Trong khi đó, giá trị hiệu dụng cường độ trường tổng ở điểm thu được xác định bởi
( )
( )
( ) ( )
( ) ( )
TT kW t m r m
h
km m m
E
P G h h
sin
r r
⎛ ⎞π
= ⎜
⎜ λ⎝ ⎠
346 2
⎟
⎟
(mV/m) (2.15)
Trường tổng sẽ bằng trường của tia tới trực tiếp khi thực hiện đẳng thức:
t rh h
sin ,
r
π
=
λ
2
0 5
Từ đó nhận được t r
r
h h
12
λ
= (2.16)
Biểu thức này chứng tỏ rằng, với khoảng cách giữa các trạm thông tin và bước sóng cho
trước, nếu chọn độ cao anten thích hợp sao cho đẳng thức (2.16) được thỏa mãn thì tia phản xạ từ
mặt đất sẽ không gây tác dụng làm yếu trường của tia tới trực tiếp. Về mặt ý nghĩa vật lý, điều này
có thể giải thích là trong trường hợp trên góc lệch pha do hiệu số đường đi giữa hai tia bằng 600
,
thêm vào đó là góc chậm pha 1800
khi sóng phản xạ từ mặt đất nên giữa các vec tơ E1 và E2 sẽ có
góc lệch pha chung 2400
. Do vậy độ lớn của véc tơ tổng bằng độ lớn của các véc tơ thành phần
(hình 2.7).
Nếu chọn quan hệ giữa các thông số của một
E1
E
E2
1800
600
Hình 2.7
đường thông tin như thế nào để thực hiện được đẳng
thức
t rh h
sin
r
π
=
λ
2
1
Hay t r
r
h h
λ
=
4
(2.17)
28

29
thì trường tổng tại điểm thu sẽ lớn gấp hai lần trường của tia tới trực tiếp tạo ra. Về ý nghĩa vật lý,
điều này được giải thích là trong trường hợp này, góc lệch pha do hiệu số đường đi giữa hai tia
bằng 1800
, thêm vào đó là góc lệch pha 1800
khi sóng phản xạ từ mặt đất, trường của tia phản xạ
tại điểm thu sẽ đồng pha với trường của tia tới trực tiếp.
2.4 TRUYỀN SÓNG TRONG GIỚI HẠN NHÌN THẤY TRỰC TIẾP KHI
KỂ ĐẾN ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIẠ HÌNH
2.4.1 Truyền sóng trong giới hạn nhìn thấy trực tiếp khi tính đến độ cong của mặt đất
Khi khoảng cách giữa anten phát và anten thu khá lớn, ta không thể coi mặt đất là phẳng mà
phải coi nó là mặt cầu, do đó trong các tính toán cần phải tính đến độ cong của mặt đất.
Một thông số quan trọng của đường thông tin trong trường hợp này là khoảng cách tầm nhìn
thẳng. Khoảng cách này được xác định bởi độ dài của đoạn đường thẳng nối giữa anten phát,
anten thu và tiếp tuyến với mặt đất, ký hiệu là r0 (hình 2.8 ).
0r AC CB= +
O
hr
ht
a
ro
C
BA
Hình 2.8 Cự ly nhìn thấy trực tiếp
Ở đây ( )
2 2
t tAC a h a 2ah= + − =
( )
2 2
r rCB a h a 2ah= + − =
Do đó ( )0 tr 2a h h= + r (m) (2.18)
Trong đó a là bán kính trái đất, ht và hr là độ cao của anten phát và anten thu so với mặt đất.
Thay a = 6370 km và biểu thị r0 bằng km, ht, hr bằng mét ta có :
( )0 tr 3,57 h h= + r (km) (2.19)
Bây giờ ta khảo sát bài toán truyền sóng trên mặt đất cầu (hình 2.9).

B
A
Hình 2.9 Mô hình truyền sóng trên mặt đất cầu
Quá trình truyền lan sóng trên mặt đất cầu tương tự như mặt đất phẳng. Trường tại điểm thu
là kết quả giao thoa của hai tia: tia trực tiếp và tia phản xạ từ mặt đất. Nếu qua điểm phản xạ của
sóng trên mặt đất ta vẽ một mặt phẳng tiếp tuyến với mặt đất và tính chiều cao anten kể từ mặt đất
phẳng ấy (gọi là chiều cao giả định) thì cường độ trường tại điểm thu sẽ tính theo công thức giao
thoa như mặt đất phẳng nhưng cần thay chiều cao thưc ht và hr bằng chiều cao giả h'
t và hr
'
.
Công thức truyền sóng trong giới hạn nhìn thấy trực tiếp khi anten đặt cao trên mặt đất cầu
sẽ là:
( ) ( ) ( )
( ) ( )
' '
TT kW t m r m
h
km m
E
, P G h h
r
=
λ
2
2 17
(mV/m) (2.20)
Để tính cường độ trường cần tìm các giá trị chiều cao giả của anten theo chiều cao thực và
khoảng cách r.
Từ hình vẽ ta tìm được
( )' '
t t t t
(A C)
A C a h h h h
a
= − → = −
2
1
1 2
2
(2.21a)
( )' '
r r r r
(CB )
CB a h h h h
a
= − → = −
2
1
1 2
2
(2.21b)
Việc tính toán chính xác điểm phản xạ tương đối phức tạp, ta chỉ xét trường hợp cự ly thông
tin lớn gần bằng khoảng cách tầm nhìn thẳng. Ta có thể coi
tA C ah≈1 2 và rC B ah≈1 2
Cho rằng ( )0 tr r 2a h h≈ = + r
Ta tìm được t
t r
r h
A C
h h
=
+
1 (2.22a)
A1 B1C
O
a
hrht
h’
t
h’
r
30

r
t r
r h
CB
h h
=
+
1 (2.22b)
Tuy nhiên trong các công thức tính toán cường độ trường ta thấy chỉ có tích số độ cao thật
của anten là ht và hr. Do vậy để tính toán khi kể đến độ cong quả đất ta đưa vào hệ số bù m (m
thường được xác định theo đồ thị), lúc đó
' '
t r t rh h mh h=
Như vậy công thức truyền sóng trong giới hạn nhìn thấy trực tiếp khi anten đặt cao trên mặt đất
cầu sẽ là:
( ) ( ) ( )
( ) ( )
TT kW t m r m
h
km m
E
, P G m.h h
r
=
λ
2
2 17
(mV/m) (2.23)
2.4.2 Truyền sóng trong giới hạn nhìn thấy trực tiếp khi tính đến độ mấp mô của mặt
đất
Trong các trường hợp nêu trên chúng ta đều coi mặt đất là bằng phẳng nhưng thực tế mặt
đất là không bằng phẳng. Khi sóng tới gặp một bề mặt mấp mô thì sóng phản xạ sẽ có tính chất
tán xạ và chỉ có một phần năng lượng sóng phản xạ tới được điểm thu làm ảnh hưởng đến cường
độ trường tại điểm thu. Như vậy việc cần thiết là phải xác định sự mấp mô của bề mặt. Rõ ràng
rằng bề mặt được coi là mấp mô ở một vài tần số và góc tới nào đó, nhưng khi các tham số này
thay đổi thì bề mặt này lại có thể coi là bằng phẳng. Để đánh giá độ mấp mô của mặt đất ta sử
dụng tiêu chuẩn Rayleigh. Hình 2.10a minh họa bề mặt thực và bề mặt này được lý tưởng trong
hình 2.10b.
B
B’
θ
C’
C
A’
A
h
Tia B
Tia A
Hình 2.10b.Mô hình lý tưởng hóa
của bề mặt mấp mô
Mặt sóng 1
Mặt sóng 2
Hình 2.10a.Mặt cắt địa hình thực
Tiêu chuẩn Rayleigh được xây dựng trên cơ sở bề mặt được lý tưởng hóa với tia A được
phản xạ từ phần trên của bề mặt mấp mô còn tia B được phản xạ từ phần dưới. Các mặt sóng
tương ứng AA'
và CC'
được biểu diễn trong hình 2.10b. Từ đây ta có sự sai khác về quãng đường
của hai tia này khi đạt tới các điểm C và C'
tại mặt sóng CC'
sau khi phản xạ tại B và B'
là:
( ) ( )' ' ' '
r AB BC A B BCΔ = + − + ( )
h
c hs
sin
os2 in= − θ =
θ
1 2 θ
Do đó sự sai lệch về pha là:
31

2 4 sih
r
nπ π θ
ϕ
λ λ
Δ = Δ =
Ta thấy rằng nếu độ cao h là nhỏ so với bước sóng thì sự sai lệch về pha cũng nhỏ và do
đó bề mặt được coi là bằng phẳng. Thực tế sự sai lệch về pha chạy từ 0 đến π. Khi Δϕ = π các tia
phản xạ sẽ triệt tiêu nhau, trường tổng bằng 0. Khi góc sai pha Δϕ > π/2 thì sự phản xạ sóng có
tính chất tán xạ. Như vậy tiêu chuẩn Rayleigh nhận được từ
hsinπ θ
Δϕ = ≤
λ
4
2
π
hay h
sin
λ
≥
θ8
(2.24)
Nếu độ mấp mô của mặt đất thỏa mãn tiêu chuẩn Rayleigh thì có thể coi mặt đất là phẳng.
Với tia tới trực tiếp ta phải xét đến vùng tham gia vào quá trình truyền lan sóng.
2.5 ẢNH HƯỞNG CỦA TẦNG ĐỐI LƯU KHÔNG ĐỒNG NHẤT
2.5.1 Hệ số điện môi và chiết suất của tầng đối lưu
Tầng đối lưu là một môi trường không đồng nhất theo mọi phương, thể hiện ở các tham số
của môi trường: nhiệt độ, độ ẩm và áp suất luôn thay đổi theo không gian và thời gian.
Tính chất quan trọng của tầng đối lưu là nhiệt độ giảm theo độ cao, khoảng 60
/km. Nhiệt
độ trung bình ở giới hạn trên của tầng đối lưu trong các miền cực khoảng - 550
C và ở miền nhiệt
đới khoảng - 800
C.
Áp suất trung bình của khí quyển ở mặt đất là 1041 mbar (1 mbar = 1/1000 bar; 1bar có áp
lực bằng 105
N/m2
), ở độ cao 5 km trị số đó giảm đi gần một nửa còn 538 mbar. Tới độ cao 11
km, áp suất trung bình là 225 mbar, lên đến độ cao 17 km là giới hạn trên của tầng đối lưu ở vùng
nhiệt đới trị số của nó chỉ còn khoảng 90 mbar.
Hơi nước trong tầng đối lưu là do sự bốc hơi nước từ đại dương, biển hay sông hồ,... dưới
tác dụng bức xạ của mặt trời. Vì vậy tầng khí quyển ở đại dương ẩm hơn tầng khí quyển trên đất
liền, lượng hơi nước giảm nhanh theo độ cao.
Trong phần khảo sát sau ta dùng khái niệm tầng đối lưu tiêu chuẩn hay tầng đối lưu
thường, có tính chất sau: Ở mặt đất có áp suất P = 1013 mbar, nhiệt độ T = 150
C, độ ẩm tương đối
60 %. Mỗi khi chiều cao tăng 100 m thì áp suất giảm đi 12 mbar, nhiệt độ giảm đi 0,550
C, độ ẩm
tương đối được bảo toàn suốt độ cao. Giới hạn trên của tầng đối lưu thường là 11 km.
Hệ số điện môi của không khí vẫn được coi gần đúng bằng ε0 nhưng thực ra nó lớn hơn ε0
một chút và phụ thuộc vào áp suất, nhiệt độ và độ ẩm của không khí
' hP
P
T T
−⎡ ⎛ ⎞
ε = + +⎜ ⎟⎢
⎝ ⎠⎣ ⎦
6156 4810
1
⎤
⎥10 (2.25)
Chiết suất của môi trường được xác định bởi
'
'
n
ε −
= ε = +
1
1
2
Hay ' hP
n P
T T
−⎡ ⎛ ⎞
= ε = + +⎜ ⎟⎢
⎝ ⎠⎣ ⎦
678 4810
1
⎤
⎥10 (2.26)
32

Thực tế giá trị n chỉ lớn hơn 1 rất ít nên để sử dụng thuận tiện người tan thường dùng khái
niệm chỉ số chiết suất để biểu thị chiết suất. Chỉ số chiết suất được định nghĩa bằng
( )N n= −
6
10 1
Từ công thức (2.26) ta được
hP
N P
T T
⎛
= +⎜
⎝ ⎠
78 4810 ⎞
⎟ (2.27)
Lấy vi phân biểu thức này theo h ta có
hdN dP P P dT dP
dh T dh dh dhT T T
⎛ ⎞⎛ ⎞
= − + +⎜ ⎟⎜ ⎟
⎝ ⎠⎝ ⎠
2 3 2
1 9600 4800
78 h
(2.28)
Tầng đối lưu thường (hay còn gọi là tầng đối lưu tiêu chuẩn) sẽ có 2dN
4,3.10
dh
−
= − (1/m).
Trong các tính toán thường dùng giá trị 2dN
4.10
dh
−
≈ −
2.5.2 Hiện tượng khúc xạ khí quyển
Tầng đối lưu không đồng nhất cho nên nếu có một tia sóng truyền đi không song song với
mặt đất thì nó sẽ bị khúc xạ liên tiếp. Kết quả là tia sóng bị uốn cong, hiện tượng này gọi là hiện
tượng khúc xạ khí quyển. Ta sẽ xác định bán kính cong của quỹ đạo sóng khi có khúc xạ khí
quyển. Khảo sát hai lớp khí quyển kề nhau có chiết suất khác nhau một lượng dn, và dh là bề dày
của lớp khí quyển có chiết suất n + dn (hình 2.11)
Quỹ đạo sóng
Giả thiết ta bức xạ một tia sóng có góc tới ϕ đi xuyên qua khoảng dh tới lớp có chiết suất
n + dn với góc tới ϕ + dϕ. Bán kính cong của tia sóng sẽ bằng:
ab
R
d
=
ϕ
Xét tam giác abc ta có
dϕ
b
ϕ + dϕ
ϕ
R
O
c
a
n + dn = const
dh
n = const
Hình 2.11. Mô tả các thông số tính bán kính cong của tia
ó
33

( )
dh dh
ab
c c
= ≈
ϕ ϕ ϕos +d os
Do đó
dh
R
c .dos
=
ϕ ϕ
(2.29)
Áp dụng định luật khúc xạ tại điểm a ta có
( ) ( )nsin n dn sin dϕ = + ϕ + ϕ
Khai triển vế phải và bỏ qua các đại lượng nhỏ bậc hai ta có
n sin n sin ncos d +sin dnϕ = ϕ + ϕ ϕ ϕ
Nên
sin dn
c
n
os d
ϕ
ϕ ϕ = −
Thay giá trị này vào (2.29) ta có
n
R
dn
sin
dh
=
⎛ ⎞
ϕ −⎜ ⎟
⎝ ⎠
(m) (2.30)
Trong thực tế chiết suất của lớp khí quyển n ≈ 1, thông tin vi ba có cự ly truyền sóng lớn
hơn nhiều lần chiều cao của anten nên tia sóng truyền từ anten phát đến anten thu gần như nằm
ngang, bởi vậy sinϕ ≈ 1, khi đó bán kính cong của quỹ đạo sóng được tính theo công thức đơn
giản
R
dn dN
dh dh
= =
− −
6
1 10 (m) (2.31)
Nhận xét: Bán kính cong của tia sóng khi đi qua tầng đối lưu phụ thuộc vào tốc độ biến
thiên của chiết suất theo độ cao mà không phụ thuộc vào giá trị tuyệt đối của nó. Nếu chiết suất
tăng theo độ cao (
dn
0
dh
> ) thì bán kính cong có giá trị âm, quỹ đạo sóng sẽ có bề lõm hướng lên
trên (tia sóng bị uốn cong lên) và được gọi là khúc xạ âm. Nếu chiết suất giảm theo độ cao
(
dn
0
dh
< ), bán kính cong có giá trị dương, quỹ đạo sóng sẽ có bề lõm quay xuống dưới và được
gọi là khúc xạ dương. Nếu chiết suất không thay đổi theo độ cao, tia sóng sẽ đi thẳng.
2.5.3 Ảnh hưởng của khúc xạ khí quyển khi truyền sóng trong tầm nhìn thẳng.
Như đã đề cập ở phần trước, khi áp dụng công thức giao thoa, trường ở điểm thu phụ thuộc
vào hiệu số hình học của đường đi giữa tia tơi trực tiếp và tia phản xạ từ mặt đất. Hiện tượng khúc
xạ khí quyển làm cho tia sóng đi cong, do đó hiệu số hình học của tia tới trực tiếp và tia phản xạ
sẽ khác trong trường hợp sóng truyền trong khí quyển đồng nhất.
34

B
A
C
Hình 2.12 Quỹ đạo của tia sóng trực tiếp và tia phản xạ từ mặt
đất trong tầng khí quyển thực
Để xét đến ảnh hưởng của khúc xạ khí quyển, phương pháp đơn giản nhất là coi cả hai tia
tới trực tiếp và tia phản xạ trên mặt đất đều được truyền theo quỹ đạo thẳng nhưng không phải
truyền lan trên mặt đất cầu bán kính a mà trên mặt cầu tưởng tượng có bán kính atd.
Việc thay thế tia sóng thực và mặt đất thực bằng tia sóng đi thẳng và mặt đất tương đương
phải thỏa mãn điều kiện: độ cong tương đối giữa mặt đất thực và tia sóng thực phải bằng độ cong
tương đối giữa mặt đất tương đương và tia sóng đi thẳng. Nghĩa là phải thỏa mãn phương trình:
tda R a
− = −
∞
1 1 1 1
Từ đó rút ra
td
a
a
a
R
=
−1
(2.32)
Thay bán kính cong R bởi công thức (2.31) vào (2.32) ta được:
td
a a
a
dn dN
a a
dh dh
−
= =
+ +
6
1 1 10
(2.33)
Khái niệm bán kính tương đương của trái đất cho phép áp dụng các công thức ở phần trước
nhưng cần thay thế bán kính a của mặt đất trong các công thức đó bằng bán kính atđ.
- Cự ly tầm nhìn thẳng:
Hình 2.13 Các quỹ đạo của sóng vô tuyến
a) Quỹ đạo thực với trái đất bán kính thực
b) Quỹ đạo đường thẳng với trái đất có bán kính tương đương
Bán kính
trái đất
Bán kính
cong quỹ
a) b)
R
∞a atđ
35

( )'
td t rr a h h= +0 2
Gọi k là tỉ số của bán kính tương đương và bán kính thực k = atd//a ta có
( )'
tr ka h h= +0 2 r (m)
Với tầng đối lưu thường k = 4/3 ta có
( )'
t rr , h (m) h (m)= +0 4 15 (km)
- Độ cao giả của anten
( )
2
1' A C
h h
2ak
= −
2.5.4 Các dạng khúc xạ khí quyển
Căn cứ vào sự biến đổi của chiết suất theo độ cao ta tiến hành phân loại các dạng khúc xạ
khí quyển. Khúc xạ khí quyển được chia làm hai loại chính
- Khúc xạ âm
Ứng với
dN
0
dh
> , trong trường hợp này chiết suất tăng theo độ cao và quỹ đạo tia sóng có
bề lõm hướng lên trên, R< 0. Bán kính tương đương của trái đất sẽ nhỏ hơn bán kính thực và điều
đó sẽ dẫn đến giảm cường độ điện trường ở điểm thu.
- Khúc xạ dương
Ứng với
dN
0
dh
< , trong trường hợp này chiết suất sẽ giảm theo độ cao và quỹ đạo tia sóng
có bề lõm hướng xuống dưới, R> 0.
Khúc xạ dương được phân thành một số trường hợp sau:
1) Khúc xạ khí quyển thường: ứng với sự khúc xạ xảy ra trong tầng đối lưu thường.Cường
độ điện trường tại điểm thu trong trường hợp này lớn hơn so với trường hợp không có khúc xạ.
2) Khúc xạ tới hạn: xảy ra khi
6
dN 10
0,157
dh a
= − = − (m-1
)
Trường hợp này bán kính cong của tia sóng bằng bán kính của trái đất, bán kính tương
đương của trái đất có giá trị ∞. Sóng truyền song song với mặt đất cầu.
3) Siêu khúc xạ: xảy ra khi
6
dN 10
,
dh a
< − hay
dN
0,157
dh
< − (m-1
)
Trường hợp này bán kính cong của tia sóng nhỏ hơn bán kính của trái đất, bán kính tương
đương của trái đất nhỏ hơn 0. Sóng bị uốn cong trở về mặt đất và bị phản xạ trên mặt đất.
36

Bảng 2.1: Phân loại các dạng khúc xạ khí quyển
Loại
khúc
xạ
dN
dh
(1/m)
R (m) atđ (m) Quỹ đạo sóng thực
tế
Quỹ đạo sóng tương
đương
Khúc
xạ âm
>0 < 0 < 6,37.106
Không
khúc
xạ
0 ∞ 6,37. 106
Khúc
xạ
thường
- 0,04 2,5. 107
8,5. 106
Khúc
xạ tới
hạn
- 0,157 6,37. 106
∞
Siêu
khúc
xạ
< - 0,157 < 6,37.
106
< 0
a atđ < a
atđ = ∞
a
atđ < 0
a
a
atđ = 4a /3
atđ = aa
37

2.5.5 Hấp thụ sóng trong tầng đối lưu
Sóng vô tuyến điện truyền lan trong tầng đối lưu ngoài các hiện tượng phản xạ, khúc xạ, tán
xạ còn bị suy hao do hấp thụ trong các phân tử, hấp thụ do mưa, sương mù,... Các hấp thụ này phụ
thuộc nhiều vào tần số, điều kiện khí tượng của từng vùng và phương của tia sóng.
Hấp thụ phân tử
Hấp thụ phân tử trong tầng đối lưu chủ yếu do phân tử hơi nước (H2O) và phân tử ôxy (O2).
Hấp thụ phân tử phụ thuộc vào tần số. Khi tần số công tác dưới 10 GHz hấp thụ phân tử có thể bỏ
qua, còn từ 10 GHz hấp thụ phân tử tăng nhanh theo tần số. Có các giá trị cộng hưởng hấp thụ,
tương ứng với các bước sóng 1,35cm; 1,5 cm và 0,75 mm đối với phân tử hơi nước, bước sóng
0,5 cm và 0,25 cm đối với phân tử ôxy.
Hình 2.15 chỉ ra sự phụ thuộc của hấp thụ sóng do phân tử hơi nước tại tần số 22 GHz và
các phân tử oxy ở khoảng tần số 60 GHz
H2 O
O2
f = 22 GHz
10-3
10-2
10-1
100
10+1
10+2
30060 15015 303 6
SuyhaodB/km
Tần số GHz
Hình 2.14. Sự phụ thuộc của hệ số hấp thụ sóng của O2 và H2O vào tần số
Hấp thụ trong mưa và sương mù
Hấp thụ sóng trong mưa phụ thuộc vào cường độ mưa tính theo đơn vị mm/gi và tần số. Ở
những tần số nhỏ hơn 6 GHz thì hấp thụ trong mưa không đáng kể. Khi cường độ mưa tăng thì
hấp thụ tăng. Hình 2.15 chỉ ra sự phụ thuộc của hệ số hấp thụ trong mưa phụ thuộc vào tần số của
sóng vô tuyến điện và cường độ mưa 100 mm/gi
38

6
8 10 20 30 40 50 60 100
2
3
4
8
40
30
20
Tần số GHz
10HấpthụdB/km
Hình 2.15. Sự phụ thuộc của hệ số hấp thụ trong mưa với cường độ
mưa 100 mm/gi vào tần số
Hấp thụ trong sương mù phụ thuộc và cường độ sương mù thể hiện bằng tầm nhìn xa (m) và
tần số được chỉ trong hình 2.16.
41 m 150 m
Hấp thụ dB/km
0,01
0,1
1
10 30 m
1 3 Tần số GHz1003010
Hình 2.16
Ngoài ra các hạt nước (mưa và sương mù) còn làm biến đổi phân cực sóng. Thường thì các
hạt mưa không phải là hình cầu lý tưởng mà chúng có hình dạng khác nhau. Khi sóng phân cực
thẳng truyền qua hạt mưa có hình dẹt sẽ biến thành sóng phân cực elip. Sự biến đổi phân cực gây
ra sự mất phối hợp về phân cực giữa hai anten phát và thu làm tín hiệu thu bị yếu đi; nó còn làm
giảm độ cách li giữa hai sóng phân cực thẳng khi cần tách hai sóng phân cực thẳng được phát đi
ban đầu với hướng của vectơ phân cực vuông góc.
2.6 CÁC DẠNG PHA ĐINH VÀ BIỆN PHÁP CHỐNG
39

Một trong số những hiện tượng thường gặp trong thông tin vô tuyến là cường độ trường tín
hiệu thu lớn khi đặt máy thu ở vị trí này nhưng lại có thể rất bé hoặc thậm chí bằng không nếu ta
chuyển đổi máy thu sang vị trí khác. Trong nhiều trường hợp, khi máy thu đặt ở một vị trí cố định
thì sự dao động cường độ trường tại điểm thu vẫn xảy ra. Hiện tượng đó được gọi là pha đinh.
Người ta phân biệt hiện tượng phađinh thành phađinh phẳng và pha đinh lựa chọn tần số. Pha đinh
phẳng ảnh hưởng chủ yếu lên các hệ thống dung lượng nhỏ băng tần hẹp. Pha đinh lựa chọn tần số
ảnh hưởng chủ yếu đến các hệ thống truyền dẫn dung lượng cao, băng tần rộng. Hai loại pha đinh
này có thể xuất hiện độc lập với nhau hoặc xuất hiện đồng thời với nhau. Không một loại pha đinh
nào có thể tiên đoán được một cách chính xác bởi sự biến động của chúng. Kinh nghiệm cho thấy
điều kiện khí hậu và địa hình là nguyên nhân chính gây ra pha đinh. Các đặc trưng quan trọng của
pha đinh là tần số trung bình của pha đinh (trị số trung bình của pha đinh trong một phút hoặc một
giây) và độ sâu pha đinh.
Theo lý thuyết, ta biết rằng sóng vô tuyến truyền lan trong tầng đối lưu có thể đến điểm thu
theo các đường khác nhau, ngoài sóng đi thẳng còn nhiều sóng phản xạ từ các điểm khác nhau
trên đường truyền dẫn, người ta gọi là hiện tượng truyền dẫn đa đường. Do đường đi khác nhau
cho nên trường giữa các sóng đó có một độ trễ (sự lệch pha) với nhau. Trường tại điểm thu là tổng
vectơ của tất cả các trường sóng đó cho nên có thể tăng, giảm hoặc bằng không. Hiện tượng pha
đinh này được gọi là pha đinh nhiều tia hay pha đinh đa đường. Đây là loại pha đinh rất nguy
hiểm. Pha đinh nhiều tia với hiệu ứng lựa chọn làm méo dạng biên độ và méo thời gian trễ suốt độ
rộng băng tần của kênh. Điều này làm tăng tỷ số lỗi bit (BER) mà không có bất kỳ biểu hiện gì ở
tín hiệu thu.
Để khắc phục hiện tượng pha đinh có thể bằng các phương pháp chủ động hoặc thụ động.
Phương pháp thụ động được thực hiện thông qua việc thiết kế các mạch trong máy thu để
loại trừ tác động của pha đinh. Ví dụ để nâng cao chất lượng của tín hiệu thu, máy thu sử dụng các
bộ cân bằng tự thích nghi.
Các phương pháp chủ động bao gồm:
- Sử dụng các anten có hướng tính cao để loại trừ các tia phản xạ gây giao thoa sóng tại phía
phát cũng như phía thu.
- Tạo ra sự chênh lệch về độ cao giữa hai anten để loại trừ bớt các tia phản xạ đến được
điểm thu.
- Sử dụng các biện pháp phân tập anten: phân tập tần số, phân tập không gian, phân tập phân
cực, phân tập góc và phân tập thời gian hoặc kết hợp các biện pháp phân tập này với nhau.
a, Phân tập không gian
Phân tập không gian là phương pháp sử dụng hai hay nhiều hơn hai anten cho các máy thu
hoặc phát để truyền dẫn đồng thời cùng một tín hiệu trên cùng một kênh vô tuyến.
Thông thường người ta sử dụng hai anten bố trí cách nhau một khoảng nào đó lớn hơn năm
lần bước sóng công tác để phát hoặc thu cùng một thông tin từ nơi phát đến nơi nhận tin. Khoảng
cách này đảm bảo sao cho các tín hiệu riêng biệt thu không tương quan nhau. Như vậy ta luôn thu
được tín hiệu tốt và bằng cách kết hợp (hoặc chọn) tín hiệu giữa hai đường truyền này ta sẽ được
một tín hiệu tốt.
40

f
f
Tx
Rx
Rx
Kết
hợpSố liệu
vào
Số liệu
ra
Hình 2.17 Phân tập không gian
b, Phân tập tần số
Phân tập tần số là phương pháp truyền đồng thời cùng một tín hiệu trên hai tần số khác nhau
trong cùng một dải tần. Bởi vì xác suất xảy ra đồng thời pha đinh ở hai tần số không tương quan
với nhau là rất nhỏ. Vì thế ta luôn thu được tín hiệu tốt và bằng cách kết hợp (hoặc chọn) tín hiệu
giữa hai đường truyền này ta sẽ được một tín hiệu tốt.
Tx1 Rx1 SW
c, Phân tập phân cực
Là phương pháp sử dụng hệ thống anten của cả hai trạm thu phát có các dạng phân cực khác
nhau như: phân cực đứng và phân cực ngang; phân cực tròn quay trái và phân cực tròn quay phải.
2.7 TỔNG KẾT
Sóng cực ngắn được truyền lan trong tầng đối lưu bằng ba phương pháp: tán xạ tầng đối lưu,
siêu khúc xạ tầng đối lưu và truyền lan trong giới hạn nhìn thấy trực tiếp. Tuy nhiên, phương pháp
truyền lan cơ bản nhất đó là truyền lan. Trong chương này đã xét các công thức tính toán các tham
số của đường truyền sóng trong giới hạn nhìn thấy trực tiếp với điều kiện lý tưởng. Từ đó làm cơ
sở để xét các ảnh hưởng thực tế của môi trường tầng đối lưu lên quá trình truyền lan sóng như ảnh
hưởng của địa hình, ảnh hưởng của tầng khí quyển không đồng nhất. Các ảnh hưởng này đều tác
động trực tiếp đến các tham số của tuyến truyền dẫn giữa điểm phát và điểm thu như cự ly tầm
nhìn thẳng, bán kính cong của tia sóng… Chương này cũng đã đề cập đến hiện tượng điển hình
thường gặp phải trong truyền lan sóng vô tuyến, làm giảm chất lượng truyền dẫn trong thông tin
vô tuyến đó là hiện tượng pha đinh cũng như các biện pháp được áp dụng để tránh hiện tượng này.
2.8 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP.
1. Trình bày các phương pháp truyền lan sóng cực ngắn.
Hình 2.18 Phân tập tần số
f
f
Rx2
Số liệu
vào
Số liệu
ra
Tx2
41

42
2. Xây dựng công thức tính cường độ điện trường tại điểm thu khi truyền sóng trong giới hạn nhìn
thấy trực tiếp trong điều kiện lý tưởng.
3. Xác định điều kiện truyền sóng tốt nhất?
4. Xác định công thức truyền sóng khi tính đến ảnh hưởng của địa hình (mặt đất cầu) lên quá trình
truyền lan sóng?
5. Tính bán kính cong của tia sóng khi truyền sóng trong tầng đối lưu không đồng nhất?
6. Hiện tượng khúc xạ khí quyển ảnh hưởng như thế nào khi truyền sóng trong tầm nhìn thẳng?
7. Trình bày các dạng khúc xạ khí quyển?
8. Trình bày về các dạng pha đinh và biện pháp chống.
9. Cho đường truyền có các thông số sau: Công suất bức xạ 15 W, bước sóng công tác 35 cm, hệ
số khuếch đại của anten phát là 100, độ cao của anten phát và anten thu lần lượt là 80 m và 20 m,
cự ly đường truyền là 10 km. Với R = 0,91 và θ = 1800
khi sóng phân cực ngang và R = 0,68; θ =
1800
khi sóng phân cực đứng. Xác định hệ số suy giảm?
(a) 0,42 và 0,44; (b) 0,52 và 0,54; (c) 0,62 và 0,64; (d) 0,72 và 0,74
10. Số liệu như bài 9, xác định cường độ điện trường hiệu dụng tại điểm thu?
(a) 10 mV/m và 11,5 mV/m; (b) 11 mV/m và 10,5 mV/m; (c) 11 mV/m và 11,5 mV/m; (d) 10,5
mV/m và 11,5 mV/m
11. Số liệu như bài 9, xác định tổn hao truyền sóng biết hệ số khuếch đại của anten thu là 100.
(a) 76,78 dB và 76,45 dB; (b) dB; (c) 76,78 dB và 80,45 dB; (d) 80,78 dB và 80,45 dB
12. Xác định hệ số suy giảm khi đường truyền có các tham số: công suất phát 50 W, bước sóng
công tác 10 cm, hệ số khuếch đại anten phát 60, độ cao anten phát 25 m, anten thu 10 m, cự ly
truyền sóng 10 km, hệ số phản xạ R = 1 và θ = 1800
.
(a) 1,62 ; (b) 1,72; (c) 1,82; (d) 1,92
13. Số liệu như bài 12, xác định cường độ điện trường tại điểm thu?
(a) 115,34 µV/m; (b) 125,34 µV/m; (c) 115,34 mV/m; (d) 125,34 mV/m
14. Số liệu như bài 12 nhưng bước sóng công tác là 1m. Hãy xác định cường độ điện trường tại
điểm thu?
(a) 15 mV/m; (b) 16 mV/m; (c) 17 mV/m; (d) 18 mV/m
15. Một anten phát được đặt ở độ cao 49m và anten thu được đặt ở độ cao 25m. Khoảng cách tầm
nhìn thẳng của hai anten này là giá trị nào dưới đây?
(a) 35,8 km; (b) 42,8 km; (c) 45,8 km; (d) 50,8 km
16. Một anten phát được đặt ở độ cao 30m và anten thu được đặt ở độ cao 15m. Khoảng cách tầm
nhìn thẳng của hai anten này là giá trị nào dưới đây?
(a) 27,4 km; (b) 30,4 km; (c) 33,4 km; (d) 35,4 km
17. Anten phát vô tuyến truyền hình đặt ở độ cao 64m. Tính độ cao của anten thu tại một điểm đặt
cách xa đài phát đó một khoảng 50 km để có thể thu được tín hiệu.
(a) 2 m; (b) 2,5 m; (c) 3 m; (d) 3,5 m
18. Xác định bán kính cong của tia sóng khi đi trong tầng đối lưu đối lưu tiêu chuẩn?
(a) 2.106
m; (b) 2,5.106
m; (c) 2.107
m; (d) 2,5.107
m

Chương 3: Kênh truyền sóng vô tuyến trong thông tin di động
CHƯƠNG 3
KÊNH TRUYỀN SÓNG VÔ TUYẾN
TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG
- Truyền lan sóng phẳng trong môi trường vô tuyến di động, các đặc tính của kênh
- Kênh truyền sóng trong miền thời gian
- Kênh truyền sóng trong miền tần số
- Kênh truyền sóng trong miền không gian
- Quan hệ giữa các thông số trong các miền khác nhau
- Các loại phađinh phạm vi hẹp
- Các phân bố Rayleigh và Rice
- Các mô hình kênh trong miền thời gian và miền tần số
- Đánh giá đặc tính kênh trong các miền khác nhau
- Tham khảo thêm [3]
- Nắm được đặc điểm truyền sóng trong môi trường vô tuyến di động, các đặc tính của
kênh
- Nắm được đặc tính kênh truyền sóng trong các miền không gian, thời gian và tần số
cũng như quan hệ giữa các thông số trong các miền này
- Hiểu về các loại phađinh phạm vi hẹp, các phân bố Rayleigh và Rice
- Nắm được các mô hình kênh trong miền thời gian và miền tần số
3.2 MỞ ĐẦU
3.2.1 Truyền lan sóng phẳng trong môi trường vô tuyến phađinh di động
Trong thông tin vô tuyến, sóng vô tuyến được truyền qua môi trường vật lý có nhiều cầu
trúc và vật thể như tòa nhà, đồi núi, cây cối xe cộ chuyển động…. Nói chung quá trình truyền
sóng trong thông tin vô tuyến rất phức tạp. Quá trình này có thể chỉ có một đường truyền thẳng
(LOS: line of sight), hay nhiều đường mà không có LOS hoặc cả hai. Truyền sóng nhiều đường
xẩy ra khi có phản xạ, nhiễu xạ và tán xạ. Hình 3.1 mô tả môi trường truyền sóng này.
43

Chương 3: Kênh truyền sóng vô tuyến trong thông tin di động
Máy phát
Máy thu
Hình 3.1: Truyền sóng vô tuyến
Phản xạ xẩy ra khi sóng vô tuyến đập vào các vật cản có kích thước lớn hơn nhiều so với
bước sóng. Nói chung phản xạ gây ra do bề mặt của quả đất, núi và tường của tòa nhà.
Nhiễu xạ xẩy ra do sóng điện từ gập phải các bề mặt sắc cạnh và các thành gờ của các cấu
trúc.
Tán xạ xẩy ra khi kích thứơc của các vật thể trong môi trường truyền sóng nhỏ hơn bước
sóng. Tán xạ thường xẩy ra khi sóng vô tuyến gặp phải các ký hiệu giao thông, cột đèn.
Ngoài phản xạ, nhiễu xạ và tán xạ, sóng vô tuyến còn bị suy hao đường truyền. Cường độ
tín hiệu cũng bị thay đổi theo thời gian do sự chuyển động của máy thu hoặc máy phát. Để phân
tích ta có thể đặc trưng ảnh hưởng truyền sóng vô tuyến thành hai loại: suy hao tín hiệu phạm vi
rộng và méo tín hiệu phạm vi hẹp. Suy hao tín hiệu phạm vi rộng gây ra do suy hao đường truyền
và sự che tối máy phát và máy thu còn méo tín hiệu phạm vi hẹp xẩy ra do truyền sóng nhiều
đường. Dưới đây ta sẽ xét hai ảnh hưởng này.
Ngoài ra, hiệu ứng Doppler cũng ảnh hưởng xấu lên các đặc tính truyền dẫn của kênh vô
tuyến di động. Do chuyển động của máy di động, hiệu ứng Doppler gây ra dich tần số đối với
từng sóng mang thành phần. Nếu ta định nghĩa góc tới αi l góc hợp bởi phương tới của sóng tới
thứ i và phương chuyển động của máy di động như thấy ở hình 3.2, thì góc này sẽ xác định tần số
Doppler (dịch Doppler) của sóng tới thứ i theo biểu thức sau:
i df : f cos= iα . (3.1)
Trong trường hợp này, fd là tần số Doppler cực đại quan hệ với tốc độ máy di động v, tốc
độ ánh sáng c0 và tần số sóng mang f0 theo công thức sau
d
v
f
c
= 0
0
f (3.2)
44

Truyen song-va-anten

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Truyen song-va-anten

Similar to Truyen song-va-anten (20)

Truyen song-va-anten