Chương 4: TRUYỀN SÓNG VÔ TUYẾN pdf

Sóng mặt sóng đất Tầng đối lưu troposphere: vùng thấp của khí quyền thấp hơn 10km Tầng điện ly ionosphere: từ 50 km đến 1000km Ảnh hưởng đến sóng: phản xạ, khúc xạ, nhiễu xạ, tán xạ, suy

Chương 4: TRUYỀN SÓNG VÔ TUYẾN

1 Giới thiệu

2 Qúa trình truyền sóng trong không gian tự do

3 Truyền sóng trong tần đối lưu

4 Bài tập

1 Giới thiệu

1 Trực tiếp

2 Phản xạ

3 Tầng đối lưu

4 Qua tầng điện ly

5 Chuyển tiếp qua vệ tinh

6 Sóng mặt (sóng đất)

Tầng đối lưu (troposphere): vùng thấp của khí quyền (thấp hơn 10km)

Tầng điện ly (ionosphere): từ 50 km đến 1000km

Ảnh hưởng đến sóng: phản xạ, khúc xạ, nhiễu xạ, tán xạ, suy hao, phân cực

1 Giới thiệu

• Truyền thông bằng sóng vô tuyến được thực hiện bằng sóng điện từ truyền trong không gian trong một khoảng cách xa mà không dùng dây

• Sóng điện từ có tần số từ 100Hz đến 300GHz

• Dựa vào tính chất vật lý, đặc điểm lan truyền, chia thành các băng sóng:

1 Giới thiệu

Tên băng tần (Băng sóng) Ký hiệu Phạm vi tần số

• 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 (66-108MHz), truyền hình, viba số băng hẹp, hệ thống thông tin di động mặt đất.

+ SHF: viba số băng rộng, thông tin vệ tinh.

+ EHF: thông tin vũ trụ.

1 Giới thiệu

• Các hiện tượng ảnh hưởng đến truyền sóng vô tuyến

1 Sóng trực tiếp (line of sight): đa số radar, tuyến (SHF) từ mặt đất đến vệ tinh

2 Sóng trực tiếp cộng với phản xạ của mặt đất: VHF UHF broadcast, ground to air, air to air

3 Sóng mặt (sóng đất) : AM broadcast, thông tin hàng hải tầm ngắn

1 Giới thiệu

• Các hiện tượng ảnh hưởng đến truyền sóng vô tuyến

4 Bước nhảy ở tầng điện ly : MF HF broadcast , communication

5 Dẫn sóng nhờ tầng điện ly : VLF LF communication

1 Giới thiệu

• Các hiện tượng ảnh hưởng đến truyền sóng vô tuyến

6 Đường do tầng đối lưu : tuyến microwave, over the horizon (OTH) radar and communication

7 Nhiễu xạ mặt đất

1 Giới thiệu

• Đặc tính kênh vô tuyến di động ảnh hưởng trực tiếp đến chất

lượng truyền dẫn và ứng dụng

Các yếu tố hạn chế từ môi trường: +Suy hao: tăng theo khoảng cách +Che chắn: các vật cản trên

đường truyền làm suy giảm tín hiệu.

+Phadinh đa đường:tín hiệu trực tiếp, phản xạ, tán xạ, nhiễu xạ giao thoa với nhau gây méo tín hiệu.

+Nhiễu: trùng tần số, kênh lân cận.

2 Quá trình truyền sóng trong không gian tự do

• Công suất trung bình nguồn phát , phát theo mọi hướng

Cách nguồn phát 1 khoảng r, mật độ công suất trên một đơn vị diện tích:

• Nếu anten phát có độ lợi hướng tính cực

đại là , mật độ công suất theo hướng cực đại:

• Anten thu được điều chỉnh để nhận công suất cực đại từ

nguồn phát Nếu anten thu có diện tích hiệu dụng , công

] /

[ 4

2

r

P

π

=

T

P

1 m 2

r

(P1-W)

T

G

] /

[ 4

.

r

G

P G

W

T D

π

=

=

A

2 Quá trình truyền sóng trong không gian tự do

• Tại anten thu, tỷ số diện tích hiệu dụng , với độ lợi của

anten thu:

• Do đó, tỉ số công suất thu và công suất phát là:

• Nhớ rằng:

• Biểu diễn f theo MHz, r theo Km Tỉ số công suất thu và phát

theo dB:

π

λ

4

=

R

eff

G A

eff

2

4











=

r

G

G P

P

R T T

R

π

λ

2

4

.









=

⇒

=

rf

c G

G P

P f

c

R T T

R

π λ

) log 20 log

20 5

32 ( )

( )

P

P

dB R dB

T dB

T









2 Quá trình truyền sóng trong không gian tự do

• Như vậy, hệ số suy hao đường truyền :

• Biểu diễn lại tỉ số công suất thu và phát theo dB:

• Cường độ điện trường E tại anten thu được tính theo mật độ

công suất và trở kháng sóng như sau:

dB

L

dB dB

R dB

T dB

T

P

P

− +

=









) (

) (

f d

D

D

P Z

2 Quá trình truyền sóng trong không gian tự do

• Từ đó, cường độ điện trường tại nơi thu:

Với là cường độ điện trường trên một đơn vị khoảng cách

• Ví dụ: Trong hệ thống thông tin vệ tinh Vệ tinh ở độ cao

360000km, tần số được dùng là 4000MHz, độ lợi anten phát là

15dB, độ lợi anten thu là 45dB Tính a) hệ số suy hao đường truyền b) công suất thu được khi công suất phát là 200W

a)

b)

r

E r

G

P

=

=

T

T G P

E0 = 30

dB

pW W

P P

P

dB L

G

G P

P

R T

R

dB dB

R dB

T dB

T

R

5 10

5 10

25 0 200 10

25 0

136 196

45 14

) (

) (

12 13

×

=

⇒

−

=

− +

=

− +

=









−

−

−

3 Truyền sóng trong tần đối lưu

• Sơ đồ lan truyền sóng:

• Cường độ điện trường tại anten thu:

Tia 2 Tia 1

C

B

A

ht

hr

r

Sóng đến điểm thu theo hai đường:

+ Sóng trực tiếp: Đi trực tiếp từ phát

đến thu

+ Sóng phản xạ: Đến thu sau khi phản

xạ từ mặt đất (chỉ có một tia thỏa mãn

định luật phản xạ)













=

r

h

h r

E

R

λ

π

2 sin

2 0

3 Truyền sóng trong tần đối lưu

• Ví dụ: Trong hệ thống phát sóng di động VHF, trạm chính phát một

công suất 100W ở tần số 150MHz, anten cao 20m Anten phát là anten dipole có độ lợi 1.64 Tính cường độ trường tại anten thu cao 2m cách đó 40km

• Vì nên

• Đường chân trời vô tuyến:

m V

E0 = 30 × 100 × 1 64 = 70 /

2 /

λ

m

2 10

150

10

300

6

6

=

×

×

=

λ

rad r

h

h t r / 0 5

2 π λ <<

m

V r

h

h E

) 10 40

( 2

2 4

70

4

2 3 2

λ

×

×

×

×

=

≅

Thu Phát

Quá trình truyền lan sóng đất (sóng bề mặt) O

hr

ht

a

dmax

C

) ( 17 )

( 17 )

(