Điện tử viễn thông truyen song khotailieu

Phân cực sóng Phân cực sóng: thể hiện phương của véc tơ cường độ điện trường dọc theo phương truyền sóng hay xét sự thay đổi phương hướng của véc tơ cường độ điện trường theo thời gian

CÁC VẤN ĐỀ CHUNG CỦA TRUYỀN SÓNG

Earth

Sky wave

Space wave Ground wave

Đối lưu ( 0 - 12 km)

Bình lưu ( 12 - 60 km)

Điện ly ( 60 - 720 km)

CÁC VẤN ĐỀ CHUNG CỦA TRUYỀN SÓNG

Tên băng sóng Ký hiệu Tần số Phương thức

Sóng đất (Ground wave)

Phân cực sóng

Phân cực sóng: thể hiện phương của véc tơ cường

độ điện trường dọc theo phương truyền sóng hay

xét sự thay đổi phương hướng của véc tơ cường độ điện trường theo thời gian

E

𝐸2 = 𝐸𝑜2cos⁡(𝜔𝑡 + 𝜑2)

𝐸1 = 𝐸𝑜1cos⁡(𝜔𝑡 + 𝜑1)

Phân cực sóng

𝜑2 − 𝜑1 = ±𝑘𝜋 𝜑2 − 𝜑1 = 2𝑘 + 1 𝜋

2

𝐸𝑜1 = 𝐸𝑜2

Phân cực sóng

Direction of Propagation Direction of Propagation

Horizontally polarized directional

yagi antenna Vertically polarized omnidirectional

dipole antenna

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 dọc theo mặt đất đến điểm thu

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 ĐL PX)

Đặc điểm

+Chịu ảnh hưởng nhiều của điều kiện môi trường

+Phù hợp cho băng sóng cực ngắn, là phương thức

truyền sóng chính trong thông tin vô tuyến

SÓNG TRỜI (SÓNG PHẢN XẠ ĐIỆN LY)

năng lượng (mật độ công

suất) tại mặt cầu:

CƯỜNG ĐỘ TRƯỜNG

Theo lý thuyết trường điện từ:

Trong đó:

Eh, Hh: Cường độ điện trường, từ trường hiệu dụng

Z0: Trở kháng sóng trong không gian tự do

Cường độ trường tại điểm thu:

TỔN HAO TRUYỀN SÓNG

+ Xác định bằng tỷ số giữa công suất bức xạ của máy phát với công suất anten thu nhận được

L=P1/P2 + Tổn hao không gian tự do:

HỆ SỐ SUY HAO

+ Môi trường truyền sóng thực tế có nhiều yếu tố ảnh hưởng tới công suất thu Sử dụng hệ số suy hao F+ Trong môi trường thực:

TRUYỀN LAN SÓNG CỰC NGẮN

Đặc điểm:

+ Sóng có tần số 30 MHz đến 300GHz (VHF – EHF) + Tần số cao nên không thể phản xạ trong tầng điện

ly

+ Bước sóng ngắn nên khả năng nhiễu xạ kém, bị

hấp thụ mạnh bởi mặt đất

+ Phương thức truyền phù hợp nhất: truyền sóng

trong không gian

- Tán xạ tầng đối lưu

- Siêu khúc xạ tầng đối lưu

- Truyền sóng tầm nhìn thẳng - LOS

TÁN XẠ TẦNG ĐỐI LƯU

+ Xuất hiện khi tia sóng gặp vùng không đồng nhất + Sóng sẽ khuếch tán theo mọi hướng  truyền sóng tới điểm thu

+ Không ổn định

SIÊU KHÚC XẠ

+ Tia sóng có bán kính cong lớn hơn độ cong trái đất nên quay trở lại mặt đất truyền sóng đến điểm thu sau nhiều lần phản xạ trên mặt đất

+ Không ổn định

TRUYỀN SÓNG TẦM NHÌN THẲNG - LOS

+ Hai anten thu và phát được đặt cao để tránh bị che

chắn bởi các vật cản trên đường truyền và độ cong

của trái đất

+ Ít phụ thuộc vào điều kiện tự nhiên nên được sử

dụng phổ biến

LOS TRONG ĐIỀU KIỆN LÝ TƯỞNG

+ Mặt đất là bằng phẳng, không có vật cản

+ Khí quyển đồng nhất và không hấp thụ

+ Anten đặt cao so với mặt đất (vài lần bước sóng)

CƯỜNG ĐỘ TRƯỜNG

Tổng hợp cường độ trường hai sóng giao thoa:

𝐸𝑅 = 𝐸1 + 𝐸2Cường độ trường do tia trực tiếp:

DT1, DT2: hệ số định hướng của anten phát theo

hướng tia trực tiếp và tia phản xạ

𝑅 hệ số phản xạ mặt đất (dạng phức), 𝑅 = 𝑅 𝑒−𝑗𝜃

CƯỜNG ĐỘ TRƯỜNG

Do chiều cao anten hT, hR<<r  DT1 = DT2 = DT, r1=r2=r

Lưu ý: sai pha do ∆r <>0

Cường độ trường do tia trực tiếp:

Cực tiểu: 𝛽 = (2𝑛 + 1)𝜋 n=1,2

CƯỜNG ĐỘ TRƯỜNG

Ψ

Ψ

CƯỜNG ĐỘ TRƯỜNG

Do chiều cao anten hT, hR<<r  𝜓⁡rất nhỏ  R~1 và 𝜃~ 180o

Với bước sóng cho trước, xác định điểm giao thao cực đại (rmax); cực tiểu (rmin)?

CÔNG THỨC VƠDENSKI

Ta biết khi 𝛼 < 𝜋9 thì sin𝛼⁡~ 𝛼 vì vậy khi

ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ CONG TRÁI ĐẤT

- Hạn chế tầm nhìn giữa anten thu và phát

- Điểm phản xạ lồi nên có tính tán xạ  hệ số phản xạ giảm

ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ CONG TRÁI ĐẤT

NGUYÊN LÝ HUYGHEN

Nguyên lý:

Mỗi điểm nằm trên một mặt sóng do một nguồn bức xạ

sóng điện từ sơ cấp gây ra sẽ trở thành nguồn bức xạ thứ cấp mới Nguồn bức xạ thứ cấp mới này lại tạo ra các mặt sóng thứ cấp mới khác Như vậy trường điện từ tại một điểm trong không gian do một nguồn bức xạ sơ cấp sinh

ra sẽ do toàn bộ vùng không gian bao quanh nguồn bức

xạ sơ cấp gây ra

Ý nghĩa

-Quá trình truyền sóng điện từ từ điểm phát đến điểm thu không phải chỉ theo một tia mà cường độ trường tại điểm thu là do toàn bộ miền không gian bao quanh điểm phát gây ra

-Có thể xác định cường độ trường tại một điểm bất kỳ

trong không gian khi biết mật độ trường của mặt sóng tạo

ra nó

không gian được giới hạn bởi quỹ

tích các điểm mà hiệu số giữa tổng

khoảng cách từ điểm này đến điểm

phát và điểm thu với khoảng cách

giữa hai điểm thu phát là hằng số

có giá trị bằng n lần nửa bước

sóng công tác

ANn + NnB – AB = n 𝜆/2

BÁN KÍNH MIỀN FRESNEL

Chứng minh được rằng: tác dụng của các miền Fresnel bậc cao nằm kề nhau sẽ bù trừ lẫn nhau và cường độ trường tại điểm thu chủ yếu được tạo ra bởi nửa miền Fresnel thứ nhất (0,6b 1 ) Đây là giới hạn của vùng truyền sóng trong giới hạn nhìn thấy trực tiếp

ẢNH HƯỞNG CỦA TẦNG ĐỐI LƯU

Chiết suất (n), chỉ số chiết suất (N) và hệ số điện môi tương đối 𝜺′

- Chiết suất n của tầng đối lưu xấp xỉ bằng 1, trong tính toán

để đảm bảo độ 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 và thời gian  chiết suất thay đổi

+ Tốc độ thay đổi chỉ số chiết suất theo độ cao ảnh hưởng tới quá trình sóng truyền lan: Quỹ đạo sóng bị cong do hiện

tượng khúc xạ

Tốc độ biến thiên chỉ số chiết suất

theo độ cao:

TÍNH BÁN KÍNH CONG CỦA TIA SÓNG

- Chia tầng đối lưu thành các

lớp có độ dày dh, chiết suất

thay đổi dn

- Cung ab có bán kính trong R,

tâm O

- dN/dh>0: R<0: tia sóng có bề lõm hướng lên trên

- dN/dh<0: R>0: tia sóng có bề lõm hướng xuống dưới

BÁN KÍNH TRÁI ĐẤT TƯƠNG ĐƯƠNG

- Mặt đất thực bán kính a = 6.378 km, tia sóng bị khúc xạ với bán kính cong R

- Mặt đất có bán kính atd, tia sóng đi thẳng (R = ∞)

- Tỷ số bán kính tương đương:

BÁN KÍNH TRÁI ĐẤT TƯƠNG ĐƯƠNG

- Độ lồi của trái đất:

𝐵 = 514 𝑟1(𝑘𝑚)𝑘.𝑟2(𝑘𝑚) (m)

TẦNG ĐIỆN LY

Lớp D: 60-90km, HF bị hấp thụ nhiều bởi lớp này

Lớp E: 110km, mật độ điện tử trung bình: 5.104 điện tử/cm3

Lớp F1: 200-250km

Lớp F2: 300-400km

Lớp F: 300km, mật độ trung bình: 5.105 điện tử/cm3

KHÚC XẠ VÀ PHẢN XẠ TẦNG ĐIỆN LY

𝑠𝑖𝑛𝜃0 =

𝜀′0𝜀′1

𝑃𝑋𝑇𝑃: ⁡𝑠𝑖𝑛𝜓𝑛 = 1 𝑠𝑖𝑛𝜃0𝑡ℎ = 𝜀′𝑛

𝜀′0 ~ 𝜀′𝑛 = 1 − 80,8𝑁𝑒

𝑓2

𝑠𝑖𝑛𝜃0 𝜀′0 = 𝑠𝑖𝑛𝜓1 𝜀′1 = 𝑠𝑖𝑛𝜓𝑛 𝜀′𝑛

KHÚC XẠ VÀ PHẢN XẠ TẦNG ĐIỆN LY

- Với tần số cho trước, chiều cao tầng điện ly cho

trước xác định được cự ly thông tin ngắn nhất (cự ly tới hạn)

- Miền im lặng: miền hình vành khăn xung quanh đài

phát giới hạn bởi vòng tròn ngoài là cự ly tới hạn, vòng tròn trong là cự ly truyền lan của sóng đất

- Với góc tới cho trước (xác định bởi chiều cao tầng

điện ly và cự ly thông tin)  xác định được tần số lớn nhất mà sóng có thể phản xạ trở về

𝑓𝜃 = 80,8 𝑁𝑒

𝑐𝑜𝑠𝜃0

Khi sóng tới thẳng góc tầng điện ly  tần số tới hạn vuông góc: 𝑓𝑡ℎ = 80,8 𝑁𝑒𝑚𝑎𝑥

Tần số công tác cực đại: thông thường f𝑓𝑚𝑎𝑥 = 𝑓𝑡ℎ/ cos 𝜃0 max <4.f th

ĐIỀU KIỆN THU ĐƯỢC TÍN HIỆU

- Thỏa mãn điều kiện phản xạ tại tầng điện ly Xác định giới hạn trên của dải tần

- Thỏa mãn điều kiện năng lượng: cường độ trường tại điểm thu giới hạn dưới của dải tần công tác

THAM KHẢO Trường điện từ và truyền sóng - GS Phan Anh

VẤN ĐỀ FADING

Định nghĩa

Phân loại

Biện pháp khắc phục

ABSORPTION AND FADING

Fading of signals is the effect at a receiver do to a disturbed propagation path A local station will come

in clearly, a distant station may rise and fall in strength or appear garbled

Fading may be caused by a variety of factors:

a A reduction of the ionospheric ionization level near sunset

b Multi-path propagation: some of the signal is being reflected by one layer of the ionosphere and some

by another layer The signal gets to the receiver by two different routes The received signal may be enhanced or reduced by the wave interactions In essence, radio signals' reaching the receiving antenna

by two or more paths Causes include atmospheric ducting ionospheric reflection and refraction, and

reflection from terrestrial objects, such as mountains and buildings

d Difference in path lengths caused by changing levels of ionization in the reflecting layer

e E layer starts to disappear radio waves will pass through and be reflected by the F layer, thus causing the skip zone to fall beyond the receiving station

shortwave AM reception The signal arrives at the receiver by two different paths, and at least one of

the paths is changing (lengthening or shortening) This typically happens in the early evening or early morning as the various layers in the ionosphere move, separate, and combine The two paths can both

be skywave or one can be ground wave