LÝ THUYẾT TRƯỜNG ĐIỆN TỪ VÀ CƠ SỞ KỸ THUẬT SIÊU CAO TẦN... -Thực chất bức xạ sóng là quá trình chuyển đổi năng lượngI... -Trường khu xa r>>*giá trị trung bình vectơ Poynting luôn khác k
Trang 1LÝ THUYẾT TRƯỜNG ĐIỆN TỪ VÀ CƠ
SỞ KỸ THUẬT SIÊU CAO TẦN
Trang 2-Thực chất bức xạ sóng là quá trình chuyển đổi năng lượng
I Bức xạ sóng điện từ của lưỡng cực điện (dipol)
- Gọi là nguyên tố anten thẳng
- Lưỡng cực điện là đoạn dây dẫn thẳng, chiều dài
- Cung cấp dòng xc tức tạo điện trường biến thiên phân
bố đều
- Khảo sát cường độ trường điện từ trong hệ tọa độ cầu:
- M(r,,)
- : góc ngẩng
- : góc phương vị
- r: khoảng cách
l t
j
hd e I
Trang 3- Xét trường khu gần (r<<)
- Năng lượng của trường khu gần có tính
chất dao động
- Trường khu gần gọi trường cảm ứng,
- khu gần gọi khu cảm ứng
- Vectơ poynting biến đổi với (trở kháng sóng)
tần số gấp đôi tần số của nguồn trường, giá trị có thể âm, dương
- Gía trị trung bình của trong một chu kỳ bằng 0
E H
1
sin
m
r
2 3 cos 4
s
Z
r
2 3 sin 8
s m
Z
r
s
Trang 4-Trường khu xa (r>>)
*giá trị trung bình vectơ Poynting luôn khác không
*năng lượng bức xạ dịch chuyển từ nguồn vào không gian xung quanh.
với hướng truyền lan Sóng như vậy gọi là sóng điện từ ngang.
1 2
jkr m
r
1
Z
0
r
E
x
y
z
r
E r
H
E
Trang 5Nhận xét về trường bức xạ:
vectơ từ trường hướng theo tiếp tuyến với đường tọa độ .
-hệ số sóng:
-xét riêng về pha
- Vectơ poyting trung bình phức
k
v
( )
I l
1 2
H
E,
E ,
s
E
Z H
Trang 61
s i n
.
h d
t b
r
Công suất bức xạ:
do đó
Tổng trở bức xạ:
Với chân không thì trở kháng sóng chân không
khi đó
dS P
S tb
bx
2 2
3
2
hd
2 2
3
2
I
P R
hd
bx bx
120
0
0
0
Z
Z S
2
2 2
2 2
80
R bx
Trang 7Nhận xét
- Đồ thị định hướng: cho biết phân bố biên độ của trường trong không gian với cùng một khoảng cách
- Ta thấy từ biểu thức E, H không phụ thuộc vào mà chỉ phụ thuộc vào
- ở đây
- âm, lấy đối xứng qua trục tung
bx
P I2 ,l2 , f 2
I
P bx
l
P bx
f
P bx
f ,
sin
f
0 180
1 90
0 0
0
0
f f f
Trang 8z
sin
a) f sin
y
x
b) f 1
Đồ thị phương hướng của lưỡng cực điện
- Đồ thị định hướng không phụ thuộc , biên độ bằng nhau→quỹ đạo hình tròn→phát đều này gọi phát đẳng hướng
Trang 9II Bức xạ của vòng dây
- Tạo ra trường của lưỡng cực từ bằng cách cho dòng điện biến đổi
I chạy qua một vòng dây dẫn nhỏ mảnh
- Vòng dây bán kính a đủ nhỏ so với bước sóng
(2πa<<)
- Khảo sát trong hệ tọa độ cầu
- Vòng dây trùng với mặt phẳng vĩ tuyến
của tọa độ cầu,dòng điện xoay chiều qua
- Lấy đoạn ngắn dl của vòng dây→coi một nguyên tố anten thẳng
- Các công thức tương ứng anten thẳng
i
z
x
y
dl
r
0
r
’
M
Trang 10Xét trường khu xa :
trở kháng sóng
hệ số sóng
Các thành phần sóng bức xạ của nguyên tố anten vòng
- Sóng điện từ ở vùng xa cũng là sóng cầu, nhưng so với trường của anten thẳng thì các sóng E và H đã đổi chỗ cho nhau
(r>>)
2 2 2
2 2 2
sin sin
jkr
jkr
a I
r
a I
r
s
k
v
z
x
y
r
H
R
E
Trang 11-Công suất bức xạ của anten vòng
Tổng trở bức xạ:
-anten vòng và anten thẳng nếu chiều dài như nhau, tức
và dòng điện như nhau, thì công suất của anten thẳng lớn hơn
công suất của anten vòng nhiều lần
4 2
2 6
a
4 2
6
bx s
a
0 0
120
s
4
2 20
a
4
20
bx
a
2
1
Trang 12III Trường bức xạ của hệ thống anten
1 Trường bức xạ của anten nửa sóng
- Xét một anten thẳng (dây dẫn thẳng đứng), dài
- Dòng điện xc (dòng điện phân bố trên chiều dài không đều )
- Coi anten nửa sóng được ghép bởi nhiều lưỡng cực điện (dz)
- Trường khu xa (khi r lớn) coi r0 ≈ rz
CHƯƠNG 2 BỨC XẠ SÓNG ĐIỆN TỪ
2
l
0
r
2
l
Trang 13- Biểu thức sóng:
- Hàm định hướng:
- âm, lấy đối xứng qua trục tung
(Đồ thị định hướng của anten nửa sóng)
0
0
cos cos
2
jkr I
.r
s
E Z H
cos cos
2 sin
f
0 180
1 90
0 0
0
0
f f f
z
y
Trang 142.Trường bức xạ hai anten nửa sóng đặt ,cách nhau khoảng d.
- 2 anten A,B khoảng cách d
- Cung cấp lên 2 anten dòng điện
cùng biên độ, tần số, lệch pha nhau
-dòng điện anten A:
-dòng điện anten B:
-điểm M ở vùng xa
Trong đó là dòng điện có pha nằm giữa
r A r
dcos
A
B
t j hd
) (
hd j t
I
r
s
E Z H
cos cos
2
jkr
r
A
I
2
j( t ) hd
I I e
Trang 15- Hàm định hướng phụ thuộc góc phương vị
- Khi =0 (dòng điện trên 2 anten đồng pha)
- Nhận xét: hàm định hướng f() >0
- =(0360), phần còn lại lấy đối xứng
2
d
cos cos
4
180
1 90
2
2 0
0
0
f f f
Trang 16- d=/2
- d=
-Ưu tiên cho phương x hơn
-Búp sóng
cos cos
2
180
1 90
0 0
0
0
f f f
cos cos
180
0 120
1 90
0 60
1 0
0 0 0 0
f f f f f
Trang 17d =
d = /4
d = /2
x
y
Trang 183 Trường bức xạ của dàn anten.
- Để định hướng bức xạ tập trung trong một miền không gian nào đó
- Muốn định hướng bức xạ trong các mặt phẳng ngang tập trung theo phương vị, dùng 1 hệ anten đặt thẳng đứng và thẳng hàng với nhau Ví dụ đặt 5 anten nửa sóng song song cách nhau trên trục Oy, các dòng điện cùng pha, đồ thị định hướng sẽ có hai búp sóng chính, hướng theo trục Ox về hai phía (hình a)
- Muốn định hướng bức xạ tập trung theo , dùng hệ anten xếp nối đuôi nhau trên trục Oz, dòng điện cùng pha (hình b)
- Để định hướng theo cả hai chiều và ta phối hợp hai cách trên, dùng nhiều anten ghép lại thành dàn trên 1 mặt phẳng (hình c)
- Muốn hướng bức xạ chỉ về một phía ta có thể dùng 2 dàn anten có dòng điện lệch pha nhau
2
/
Trang 19Hb) Đồ thị định hướng của hệ thống anten xếp thẳng hàng trên trục Oz Ha) Đồ thị đinh hướng hệ anten đặt thẳng đứng
Hc) Đồ thị định hướng của hệ thống anten bức xạ theo 2 hướng và
x
y
z
x,y
z
x
y
