Slide.Kỹ Thuật Cao Siêu Tần

mạch điện hoặc các phần tử điện hoạt động với các tín hiệu điện từ ở vùng tần số siêu cao thường nằm trong phạm vi 1 Ghz đến 300 Ghz, tương ứng với bước sóng từ 30 cm đến 1 mm Engineers

KỸ THUẬT SIÊU CAO TẦN

 ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN SÓNG

mạch điện hoặc các phần tử điện hoạt động với các tín hiệu điện từ ở vùng tần số siêu cao (thường nằm trong phạm vi 1 Ghz đến 300 Ghz, tương ứng với bước sóng từ  30 cm đến 1 mm)

Engineers)  đã định nghĩa các dãi băng tần trong 

vùng tần số siêu cao như trong bảng 1.1:

Khái niệm

 Đường dây nối từ điểm nguồn đến điểm đích lớn hơn nhiều lần 

so với bước sóng , tín hiệu siêu cao tần phải mất một thời gian để  lan truyền đến điểm tải => dùng mô hình siêu cao tần. 

 Ta gọi đó là hiện tượng truyền sóng trên đường dây.

 Truyền sóng siêu cao tần trên đường dây có các hệ quả sau:

 Có sự trễ pha của tín hiệu tại điểm thu so với tín hiệu tại điểm  phát vthu(t)=vnguồn(t­T)

 Khoảng thời gian trễ này tỉ lệ với chiều dài  l  của đường 

truyền

 Có sự suy hao về biên độ tín hiệu tại nơi thu so với biên độ  tín hiệu tại nơi phát

Có sự phản xạ sóng trên tải và trên nguồn. Điều này dẫn đến 

 Thông số phân bố (thông số rải) của mạch điện: cũng là 

các đại lượng đặc tính điện , nhưng chúng không tồn tại ở tại  duy nhất một vị trí cố định trong mạch điện, mà chúng được  phân bố rãi đều trên chiều dài của mạch điện đó. 

Mô hình vật lý­ Các thông số sơ cấp

Mô hình vật lý­ Các thông số sơ cấp

Các thông s tuy n t ố ế ính c a đ ủ ườ ng truy n g m: ề ồ

•Đi n c m tuy n t ệ ả ế ính L, đ n v [H/m], t ơ ị ính trên m t ộ

đ n v chi u d ơ ị ề ài đ ườ ng truy n ề

•Đi n dung tuy n t ệ ế ính C, đ n v [F/m], ơ ị

•Đi n tr tuy n t ệ ở ế ính R, đ n v [Ohm/m] ơ ị

•Đi n d n tuy n t ệ ẫ ế ính G, đ n v [S/m], ơ ị

Mô hình vật lý­ Các thông số sơ cấp

tổng quát, đều có sự hiện diện của cả hai loại tổn hao: R mắc nối tiếp L tạo thành trở kháng nối tiếp

Phương trình truyền sóng trên đường  dây

i x L t

x i x R t

x x

v t

∆+

∆+

= ( , ) ( , ) ( , ))

,(

t

t x x

v x C t

x x

v x G t

x x

i t

x i

∂

∆ +

∂

∆ +

∆ +

∆ +

∆ +

= ( , ) ( , ) ( , ))

, (







∆ +

∆ +

+

∆ +

=

∆ +

+

∆ +

=

) , (

).

( ) , (

) , (

) , ( ).

( ) , (

) ,

(

ω ω

ω ω

ω ω

ω

ω

x x

V x C j G x

x I x

I

x I x L j R x

x V x

( )

, (

) , ( ).

( )

, (

2 2

2

2 2

2

ω ω

γ ω

ω ω

γ ω

x

I x

x I

x

V x

x V

( )

( ω R jωL G jωC

βα

γ = + j

Phương trình truyền sóng trên đường dây  Nghiệm của phương trình truyền sóng. 

 một sóng huớng từ tải trở về nguồn, biên độ sóng cũng giảm dần 

do có suy hao trên đường dây. Ta gọi thành phần này là sóng  phản xạ.

Phương trình truyền sóng trên đường dây  Nghiệm của phương trình truyền sóng. 

Sóng tới và sóng phản xạ

truyền sóng đều có thể được coi là tổng của hai thành phần sóng tới và sóng phản xạ cùng gặp nhau tại 

điểm x tại thời điểm t  đang khảo sát

Phương trình truyền sóng trên đường dây  Nghiệm của phương trình truyền sóng. 

Sóng tới và sóng phản xạ

( )

( ω R jωL G jωC

LC

j ω ω

γ ( ) =

βα

γ = + j

λ

π

β = 2α

L j

R Z

ω

ω ω

+

+

=

) (

0

)()

()

 Như vậy các tần số sẽ đến đầu cuối của đường dây không tại  cùng một thời điểm. 

 Kết quả là tại cuối đường dây tổ hợp lại không tái tạo lại tín hiệu  giống hệt tín hiệu ban đầu ta có sự méo dạng tín hiệu. 

ϕ

Tổn hao kim loại

 skin effect

 Lý thuyết đã chứng minh rằng sự phân bố mật độ  dòng điện giảm dần khi đi từ bề mặt về phía vùng  giữa của tiết diện theo dạng hàm số mũ âm.

Tổn hao khác

 Tổn hao điện môi Trong điều kiện lý tưởng , lớp điện 

môi phân cách giữa hai lớp dây dẫn của đường truyền sóng phải là cách điện hoàn toàn

V

V e

+

−

− +

= Γ

 hệ số phản xạ

d l

d l

x

V

V e

V

V e

− +

= Γ

d

e l

x ) ( ). 2 ( ).

Γ

âm khi  d càng lớn (càng lùi xa tải về phía nguồn)

d j

d v

v( x ) = Γ ( l ) e−2α e− 2β

Γ

d j

e− 2β

d

e−2α

 hệ số phản xạ

 Khi di chuyển trên đường truyền sóng từ tải về phía  nguồn một khoảng cách d, hệ số phản xạ điện áp   

sẽ di chuyển trên một quỹ tích hình xoắn ốc trong 

mặt phẳng phức. 

 Quỹ tích xuất phát từ điểm hệ số phản xạ điện áp tại  tải        và xoay theo chiều kim đồng hồ (đi về phía 

 hệ số phản xạ

2 2 2

λ

π

λ π

I

I e

+

−

− +

= Γ

)()

i = −ΓΓ

Z Z

Z L

Γ

−

Γ +

=

Hiện tượng phản xạ sóng trên đường dây 

 hệ số phản xạ

 trong lĩnh vực tần số cao, các giá trị của trở kháng đặc tính  đường dây và giá trị trở kháng đều phải tuân theo các chuẩn  nhất định : 50 , 75 , 300 , hoặc 600 

ngược về nguồn (do tải hở mạch, I(l) = 0, nên tải  cũng không tiêu thụ công suất).

 hệ số phản xạ  = +1 sẽ làm cho điện áp trên tải 

V(l) tăng gấp đôi và dòng điện trên tải I(l) = 0 do  sóng dòng điện tới và sóng dòng điện phản xạ triệt 

 Các trường hợp tải nối tắt, tải hở mạch, và tải 

thuần kháng đều phản xạ toàn bộ công suất của  sóng tới về phía nguồn, có thể gây quá áp, quá 

 hệ số phản xạ

 Với tải bất kỳ  

  hệ số phản xạ luôn luôn có module nhỏ hơn hay  bằng đơn vị. 

 Điều này thể hiện rằng công suất sóng phản xạ  luôn nhỏ hơn công suất sóng tới.

 Khái niệm trở kháng đường dây Z(x) khác với khái  niệm trở kháng đặc tính đường dây Z 0  , mặc dù 

) (

)

( )

(

x I

x

V x

( )

(

0

0 0

d th

Z Z

d th

Z

Z Z

d

d e e

d

ch γ = γ + −γ

2

) (

d

d e e

d

d ch

d sh d

th

γ γ

Z 0  của đường dây đó.

phản xạ trên tải và cũng không có sóng phản xạ tại 

)(x Z0 th d

) (

) (x jR0 tg d

) ( 0 Z0 d

d th

Z x

=

( )

(

)

( )

(

0

0 0

0

0 0

d tg

X R

d tg

R

X jR

d tg

X R

d tg

jR

jX R

x

Z

L

L L

L

β

β β

được định nghĩa là tỉ số giữa trở kháng đường dây Z(x) với trở kháng đặc tính của đường dây

(

Z

x

Z x

Quan hệ giữa trở kháng đường dây và hệ số phản xạ

)(1

)(1

1

1)

x

x Z

e V

e V

e V

e V

Z e

V e

V

e V e

V Z

x

Z

x x x x

x x

x x

−

− +

−

−

− +

−

− +

γ γ γ γ

γ γ

γ γ

)(1

)(

1)

(

x

x x

1)

()

x z x

Z

Y =)

(

)

( )

(

1 )

(

x V

x

I x

Z

x

) ( 1

) ( 1

)

(

x

x x

y

Γ +

Γ

−

= Γ(x) = − y y((x x))+−11

đều là các tín hiệu sin cùng tần số, lan truyền theo hai hướng ngược chiều nhau. 

truyền sóng , kết quả là trên đường truyền, sẽ có các điểm biên độ sóng tổng (điện áp hoặc dòng điện) đạt cực đại gọi là bụng sóng  và sẽ có các điểm biên độ sóng tổng đạt cực tiểu gọi là nút sóng

đường dây

Hiện tượng sóng đứng

điện áp luôn luôn triệt tiêu hoặc biến thiên trong phạm vi nhỏ. Đó là các điểm nút sóng

điện áp biến thiên trong phạm vi cực đại.Đó là các điểm bụng sóng

λ

4/

λ

0 0

,

=

α

 Điểm có biên độ điện áp cực đại V max  sẽ có biên độ  dòng điện đạt cực tiểu I min  Đặc biệt, nếu đường truyền  không tổn hao thì trở kháng đường dây trở thành số  thực và có giá trị cực đại tại điểm đó 

không tổn hao thì trở kháng đường dây cũng trở thành 

số thực (điện trở đường dây) và có giá trị cực tiểu tại 

min

max max

I

V

V

Hiện tượng sóng đứng

Hiện tượng sóng đứng

( 1

) ( 1

min

max min

max

x

x I

I V

V S

∞

<

≤ S

1

= Γ

Γ

Hệ số sóng đứng S

Quan h 1-1 gi a h s sóng đ ng và h s ph n x ệ ữ ệ ố ứ ệ ố ả ạ

S R

R

=

0 max

max

min min

4 /

λ

2 4

2 λ π λ

π

4 /

2 4

2 λ π λ

π

4 /

λ

 Tải thuần trở

 Nếu RL>R0 thì Rin<R0 ta có bụng điện áp tại tải và nút điện áp tại ngõ vào. 

 Nếu RL<R0 thì Rin>R0 ta có nút điện áp tại tải và bụng điện áp tại ngõ vào

của các đường dây không tổn hao, nên các đặc tính trên của đường dây   cũng đúng với các đường dây có chiều dài (2k+1) 

4 /

λ

L

Z R

λ