giáo trình Kỹ thuật siêu cao tần

KỸ THUẬT SIÊU CAO TẦN (Microwave Engineering) Số tiết : 42 ; LT:28; BT:14 Kiểm tra: 30% Kiểm tra viết giữa kỳ (60) Bài tập: 20% Bài tập nhà Thi cuối kỳ: 50% Thi viết cuối kỳ (90)Nội dung môn học: Giới thiệu về kỹ thuật phân tích mạch điện ở tần số siêu cao, khái niệm thông số phân bố và ma trận tán xạ của các phần tử mạch điện, một số mạch siêu cao tần cơ bản. Nội dung môn học gồm 3 chương chính như sau: • Chương 1: Giới thiệu khái niệm đường dây truyền sóng, hệ số phản xạ, hệ số sóng đứng, trở kháng đường dây. • Chương 2: Cấu trúc và ứng dụng của đồ thị Smith trong phân tích và thiết kế mạch siêu cao tần. • Chương 3: Ma trận tán xạ, các đặc tính và ứng dụng. Sinh viên còn có thể tìm hiểu nhiều khái niệm sâu hơn về các mạch chuyên dụng siêu cao tần ở môn học tiếp theo: Môn Mạch siêu cao tần.Tài liệu • Giáo trình: – Vũ Đình Thành, Lý thuyết cơ sở kỹ thuật siêu cao tần, NXB KHKT, 1997 • Tài liệu tham khảo: – Devendra K. Misra, Radio Frequency and Microwave Communication Circuits analysis and design, John Wiley Sons, 2001 – Guilermo Gonzalez, Microwave transistor amplifier analysis and design, prentice Hall, 1984 – Samuel Y. Liao, Microwave Circuits and Devices, Prentice Hall, 1987. – David M. Pozar, Microwave Engineering, AddisonWesley Publishing Co., 1993.Các dải tần số Theo IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers nghĩa là Học Viện kỹ nghệ Điện và Điện TửỨng dụng của kỹ thuật siêu cao tần • Truyền thông – Quảng bá: TV, radio – Hệ thống di động: GSM, CDMA, Wimax,… – Thông tin vệ tinh – GPS,… • Radar – Giám sát không lưu – Dẫn đường cho tên lửa • Các lĩnh vực khác – Sấy, nấu nướng – Điều trị bệnh – Truyền dẫn năng lượng – Nghiên cứu thiên vănNhững lợi điểm của tần số siêu cao • Giảm kích thước anten, kích thước mạch • Cho phép mở rộng băng thông kênh truyền • Cho phép truyền qua tầng điện ly • Ít ảnh hưởng của nhiễu công nghiệpMạch khuếch đại công suất SCT (sử dụng cáp đồng trục phối hợp trở kháng) Một số mạch siêu cao tầnMạch khuếch đại công suất SCT, sử dụng công nghệ vi dảiMạch khuếch đại SCT, sử dụng dây chêm vi dải để phối hợp trở khángMột số mạch ghép, mạch chia công suất, và mạch lọc sử dụng công nghệ vi dảiCirculator Port1 Port2 Port3Circulator , tín hiệu vào port 1 Port1 Port2 Port3Port1 Port2 Port3 Circulator , tín hiệu vào port 3MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuits)Bộ xoay (dịch) pha 6 bitPhần mềm RFSim99 hỗ trợ thiết kế mạch RF, SCT Phần mếm hỗ trợ thiết kếPhần mềm CST Microwave studioThiết bị đoĐiện trường trên dây song hành (Parallel wire twin wire) Một số đường truyền sóng thực tếTừ trường trên dây song hànhCáp đồng trục (coaxial cable)Điện trường trên đường truyền vi dải (microstrip line)Từ trường trên đường truyền vi dảiCoplanar waveguide Strip lineỐng dẫn sóng (waveguide)Một ví dụ Mạch ghép vòng λ 4 λ 4 λ 4 1 2 3 4 3λ 41 9Ñöôøng Daây Truyeàn Soùng 9Heä Soá Phaûn Xaï, Trôû Khaùng Ñöôøng Daây 9Hieän Töôïng Soùng Ñöùng, Heä Soá Soùng Ñöùng2 I. Ñöôøng Daây Truyeàn Soùng Phaân Tích Ñöôøng Daây Truyeàn Soùng Vϕf λ =34 ™ Caùc Thoâng Soá Sô Caáp Cuûa Ñöôøng Daây Truyeàn Soùng ) R (Ohmm) : ñieän trôû tuyeán tính, ñaëc tröng cho ñieän trôû thuaàn cuûa moät ñôn vò chieàu daøi daây daãn. ) L (Hm) : ñieän caûm tuyeán tính, ñaëc tröng cho ñieän caûm töông ñöông cuûa moät ñôn vò chieàu daøi ñöôøng truyeàn soùng. ) C (Fm) : ñieän dung tuyeán tính, ñaëc tröng cho ñieän dung treân moät ñôn vò chieàu daøi ñöôøng truyeàn soùng. ) G (Sm) : ñieän daãn tuyeán tính, ñaëc tröng ñieän daãn thuaàn cuûa lôùp ñieän moâi treân moät ñôn vò daøi ñöôøng truyeàn soùng.5 1) Phöông Trình Truyeàn Soùng Töø ñònh luaät Kirchoff veà ñieän aùp: ( , ) v x t v x x t R x i x t L x ( , ) ( , ) . . ( , ) . . i x t t ∂ = + Δ + Δ + Δ ∂ Töø ñònh luaät Kirchoff veà doøng ñieän: ( , ) i x t i x x t G x v x x t C x ( , ) ( , ) . . ( , ) . . v x x t t ∂ + Δ = + Δ + Δ + Δ + Δ ∂6 ( , ) ( , ) ( , ) . . ( , ) . . ( , ) ( , ) ( , ) . . ( , ) . . i x t v x t v x x t R x i x t L x t v x x t i x t i x x t G x v x x t C x t ⎧ ∂ ⎪ ⎪ = + Δ + Δ + Δ ∂ ⎨ ⎪ = + Δ + Δ + Δ + Δ ∂ + Δ ⎪ ⎩ ∂ ( , ) ( , ) ( ). . ( , ) ( , ) ( , ) ( ). . ( , ) V x V x x R j L x I x I x I x x G j C x V x x ω ω ω ω ω ω ω ω ⎧ = + Δ + + Δ ⎨ ⎩ = + Δ + + Δ + Δ Chuyeån sang mieàn taàn soá: ( , ) ( , ) ( ). ( , ) ( , ) ( , ) ( ). ( , ) V x x V x R j L I x x I x x I x G j C V x x x ω ω ω ω ω ω ω ω ⎧ + Δ − ⎪ ⎪ Δ = − + ⎨ ⎪ + Δ − = − + + Δ ⎪ ⎩ Δ Suy ra:7 ( , ) ( , ) ( ). ( , ) ( , ) ( , ) ( ). ( , ) V x x V x R j L I x x I x x I x G j C V x x x ω ω ω ω ω ω ω ω ⎧ + Δ − ⎪ ⎪ Δ =− + ⎨ ⎪ + Δ − = − + + Δ ⎪ ⎩ Δ Khi: Δ → x 0 ( , ) ( ). ( , ) ( , ) ( ). ( , ) V x R j L I x x I x G j C V x x ω ω ω ω ω ω ⎧∂ ⎪ ⎪ ∂ =− + ⎨ ⎪∂ =− + ⎪ ⎩ ∂ 2 2 2 2 ( , ) ( )( ). ( , ) ( , ) ( )( ). ( , ) V x R j L G j C V x x I x R j L G j C I x x ω ω ω ω ω ω ω ω ⎧∂ ⎪ ⎪ ∂ = + + ⎨ ⎪∂ ⎪ ⎩ ∂ = + +8 Ñaët: γ ( ) ( )( ) ω ω ω = + + R j L G j C 2 2 2 2 ( , ) ( )( ). ( , ) ( , ) ( )( ). ( , ) V x R j L G j C V x x I x R j L G j C I x x ω ω ω ω ω ω ω ω ⎧∂ ⎪ ⎪ ∂ = + + ⎨ ⎪∂ ⎪ ⎩ ∂ = + + 2 2 2 2 2 2 ( , ) ( ). ( , ) ( , ) ( ). ( , ) V x V x x I x I x x ω γ ω ω ω γ ω ω ∂ = ∂ ∂ = ∂ Moãi phöông trình coù daïng: f a f a f a . . 0 , 0 + + = = 1 2 19 2) Nghieäm Cuûa Phöông Trình Truyeàn Soùng 2 2 2 ( , ) V x ( ). ( , ) V x x ω γ ω ω ∂ = ∂ V x V e V e ( , ) . ω = + + − −γ ω ( ).x x . γ ω ( ). Phöông trình: Nghieäm coù daïng: V x V e V e ( ) . . = + + − −γ . . x x γ Vôùi: γ = + α β j V x V e e V e e ( ) . . . . = + + − − − α. . . . x j x x j x β α β10 V x V e e V e e ( ) . . . . = + + − − − α. . . . x j x x j x β α β . . . . V e e − − α x j x β + Xeùt thaønh phaàn thöù 1: Xeùt thaønh phaàn thöù 2: . . . . V e e α x j x β − (Soùng tôùi) (Soùng phaûn xaï)11 2 2 2 ( , ) I x ( ). ( , ) I x x ω γ ω ω ∂ = ∂ Phöông trình soùng doøng ñieän: Coù nghieäm: I( ) . . x I e I e = + + − −γ . . x x γ 0 0 , V V I I Z Z + − + − = = − Quan heä vôùi soùng ñieän aùp: . . 0 0 I( ) x e e V V x x Z Z + − −γ γ ⇒ = −12 3) Caùc Thoâng Soá Thöù Caáp Cuûa Ñöôøng Daây Truyeàn Soùng a) Heä Soá Truyeàn Soùng: γ ( ) ( ) ( ) ( )( ) ω α ω β ω ω ω = + = + + j R j L G j C b) Heä Soá Suy Hao: α ω ( ), Np m α ω ( ), dB m 10 10 20.log (20log ). 8,68. Np m dB m Np m Np m e e α α α α = = = Ví duï:Moät ñöôøng truyeàn soùng coù heä soá suy hao laø 1 Npm, töùc laø khi soùng lan truyeàn qua 1 m chieàu daøi ñöôøng truyeàn soùng thì bieân ñoä seõ bò suy hao 8,68 dB (2,7 laàn).13 c) Heä Soá Pha: β ω ( ), , rad m m ñoä Theå hieän ñoä thay ñoåi pha cuûa soùng khi soùng lan truyeàn treân moät ñôn vò chieàu daøi ñöôøng truyeàn soùng. Quan heä giöõa heä soá pha vaø böôùc soùng: 2π β λ = Tröôøng Hôïp Ñöôøng Truyeàn Khoâng Toån Hao: 0, 0 ( ) ( )( ) ( ) 0 ( ) R G R j L G j C j LC LC γ ω ω ω ω α ω β ω ω = = ⇒ = + + = ⇒ = =14 d) Trôû Khaùng Ñaëc Tính ( Z0 ) :15 Ñaët: 0 0 1 Z Z x Z Y x ⎛ ⎞ = Δ + ⎜ ⎟ , Δ⎝ ⎠ Z = + = + R j L Y G j C ω ω Khi: Δ → x 0 0 Z R j L Z Y G j C ω ω + ⇒ = = + Ñöôøng truyeàn khoâng toån hao: Z R 0 0 L , C = = Ω1617 e) Vaän Toác Truyeàn Soùng (Vaän toác pha): Laø quaõng ñöôøng soùng lan truyeàn trong moãi ñôn vò thôøi gian. , rad s V m s ϕ rad m ω β ⎛ ⎞ = = ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ EX 3.2 P66, EX 3.3 P6718 II. Heä Soá Phaûn Xaï,Trôû Khaùng Ñöôøng Daây V x V e V e ( ) . . = + + − −γ . . x x γ a) Heä Soá Phaûn Xaï Ñieän AÙÙp: Γ = ( ) soùng phaûn xa soùng tôùi ï x γ γ γ − − − + + ⇒ Γ = = ( ) 2 x x V x V e V x e V e V 1) Heä Soá Phaûn Xaï19 b) Heä Soá Phaûn Xaï Doøng Ñieän 2 2 0 0 ( ) ( ) x x x I V x VZ I e I x e e x I e I V Z γ γ γ γ − − − − + + + − Γ = = = = −Γ I( ) . . x I e I e = + + − −γ . . x γ x . . 0 0 I x e e ( ) V V x x Z Z + − −γ γ = − Thoâng thöôøng chæ quan taâm tôùi heä soá phaûn xaï ñieän aùp, quy uôùc: ΓV = Γ20 P V e I e tôùi =( ) + + . . , − − γ γ . . x x ( ) P V e I e phaûn xaï = ( − − . . γ γ . . x )( x ) Pt = + + (V e V e I e I e + − + − . . . . − − γ γ γ γ . . . . x x x x )( ) P V e x I e x t = + Γ + Γ ⎡ ⎤ ⎣ ⎦ + + . 1 ( ) . 1 ( ) − − γ γ . . x x ( V I ) ⎡ ⎤ ⎣ ⎦ ( ) (1 ( ) ( ) V V 2 2 ) P P = − Γ = − Γ P x P P x   phaûn xaï t tôùi tôùi tôùi c) Söï Phaûn Xaï Coâng Suaát21 Taïi taûi: V ( ) l e V 2 l V − γ + Γ = Taïi ñieåm x l d = − ( ) : 2 2 ( ) 2 2 2 ( ) . ( ). x l d V l d d V V V x e e V V V e e l e V γ γ γ γ γ − − − + + − − − + Γ = = = = Γ d) Tính Heä Soá Phaûn Xaï Taïi moät ñieåm baát kyø Thoâng Qua Heä Soá phaûn Xaï Taïi Taûi:22 Γ = Γ V V ( ) ( ). x l e−2γ d Vôùi: γ = + α β j Γ = Γ V V ( ) ( ). . x l e e − − 2 2 αd j d β23 Γ = Γ V V ( ) ( ). . x l e e − − 2 2 αd j d β Khi dich chuyeån veà phía nguoàn moät ñoaïn Vector seõ xoay moät goùc bao nhieâu? d = λ 2 ΓV 2π β λ = 2 2 2 2 2 2 2 βd d π π λ π λ λ ⇒ = = =24 e) Heä Soá Phaûn Xaï Taïi Taûi: V l V e V e ( ) . . = + + − −γ . . l l γ . . 0 0 I( ) l e e V V l l Z Z + − −γ γ = −25 V l V e V e ( ) . . = + + − −γ . . l l γ . . 0 0 I( ) l e e V V l l Z Z + − −γ γ = − 0 ( ) ( ) l l L l l V l V e V e Z Z I l V e V e γ γ γ γ − + − − + − + = = − 0 0 1 1 ( ) 1 ( ) 1 l l L l l V e V e l Z Z Z V e l V e γ γ γ γ − − + − − + + + Γ = = − Γ − 0 0 ( ) L L Z Z l Z Z − ⇒ Γ = +26 z Tröôøng hôïp taûi phoái hôïp trôû khaùng: 0 0 ( ) 0 L L Z Z l Z Z − Γ = = + ⇒ Γ = Γ = ∀ ( ) ( ). 0 , x l e x −2γ d Khoâng coù soùng phaûn xaï Trôû khaùng ñaëc tính chuaån: 50 , 75 , 300 , 600 Ω Ω Ω Ω f) Moät Soá Tröôøng Hôïp Ñaëc Bieät:27 z Tröôøng hôïp taûi noái taét: 0 0 ( ) L 1 L Z Z l Z Z − Γ = = − + Phaûn xaï toaøn boä ( ) l l l l V e l V e V e V e γ γ γ γ − − − − + + Γ = ⇒ = − Taïi taûi, soùng tôùi vaø soùng phaûn xaï ngöôïc pha nhau V l ( ) 0 =28 z Tröôøng hôïp taûi Hôû maïch: 0 0 ( ) 1 ( ) 1 L I L Z Z l l Z Z − Γ = = ⇒ Γ = − + Phaûn xaï toaøn boä ⇒ = − ⇒ = I e I e I l − + γ γ l l − ( ) 0 Taïi taûi, soùng doøng ñieän tôùi vaø phaûn xaï trieät tieâu nhau29 z Tröôøng hôïp taûi Thuaàn khaùng: 0 0 ( ) L L jX R l jX R − Γ = + Phaûn xaï toaøn boä ⇒ Γ = ( ) 1 l30 2) Trôû Khaùng Ñöôøng Daây = ( ) ( ) ( ) V x Z x I x31 V x V e V e ( ) . . (1) = + + − −γ γ . . x x . . 0 0 I x e e ( ) V V x x (2) Z Z + − −γ γ = − . . 0 . . ( ) . . . . x x x x V e V e Z x Z V e V e γ γ γ γ − + − − + − + ⇒ = − Taïi Taûi: ⇒ = = + Z I l V l V e V e L. ( ) ( ) . . + − −γ . . l l γ ( ) ( ) L ( ) V l Z l Z I l = = Töø (2) ta coù: Z I x V e V e 0. ( ) . . = − + − −γ . . x γ x . . ⇒ = − Z I l V e V e 0. ( ) . . + − −γ l l γ32 . . . . 0 . ( ) . . . ( ) . . l l L l l Z I l V e V e Z I l V e V e γ γ γ γ − + − − + − ⎧ ⎪ = + ⎨ ⎪ ⎩ = − . 0 . 0 ( ) ( ) 2 ( ) ( ) 2 l L l L I l V Z Z e I l V Z Z e γ γ + − − ⎧ ⎪ ⎪ = + ⎨⎪ ⎪ ⎩ = − . . 0 . . ( ) . . . . x x x x V e V e Z x Z V e V e γ γ γ γ − + − − + − + = − Thay vaøo : ( ) ( ) 0 0 0 ( ) ( ) 0 0 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) l x l x L L l x l x L L Z Z e Z Z e Z x Z Z Z e Z Z e γ γ γ γ − − − − − − + + − ⇒ = + − −33 0 0 0 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) d d d d L d d d d L Z e e Z e e Z x Z Z e e Z e e γ γ γ γ γ γ γ γ − − − − + + − ⇒ = − + + Ta coù: d l x = − ( ) AÙp duïng: − − + − ( ) , ( ) = = 2 2 u u u u e e e e ch u sh u 0 0 0 . ( ) . ( ) ( ) . ( ) . ( ) L L Z ch d Z sh d Z x Z Z sh d Z ch d γ γ γ γ + ⇒ = + − − − = = + ( ) ( ) ( ) u u u u sh u e e th u ch u e e Vaø: 0 0 0 . ( ) ( ) . ( ) L L Z Z th d Z x Z Z Z th d γ γ + ⇒ = +34 ™ Tröôøng hôïp ñöôøng daây khoâng toàn hao: γ β = ⎧⎨ ⎩ 0 0 = , Soá thöïc j Z R Khi ñoù: β β γ β β β − − − = = + ( ) ( ) j d j d j d j d e e th d th j d e e AÙp duïng: e u j u ju = + cos( ) sin( ) β β β β ⇒ = = 2 sin( ) ( ) . ( ) 2 cos( ) j d th j d j tg d d 0 0 0 . . ( ) ( ) . . ( ) L L Z j R tg d Z x R R j Z tg d β β + ⇒ = +35 Tröôøng hôïp taûi phoái hôïp trôû khaùng = ZL R0 , Soá thöïc 0 0 0 0 . . ( ) ( ) , . . ( ) L L Z j R tg d Z x R R d x R j Z tg d β β + ⇒ = = ∀ + hoaëc ™ Moät Soá Tröôøng Hôïp Ñaëc Bieät:36 Tröôøng hôïp taûi noái taét: = 0 ZL 0 0 0 0 . . ( ) ( ) . . ( ) . . ( ) L L Z j R tg d Z x R j R tg d R j Z tg d β β β + ⇒ = = + ⇒ = Z x j X d ( ) . ( ) , thuaàn khaùng37 Z x j R tg d j X d ( ) . . ( ) . ( ) , = = 0 β thuaàn khaùng Noái taét Hôû Maïch ÖÙng duïng ñöôøng daây truyeàn soùng ñeå thay theá caùc phaàn töû ñieän caûm, ñieän dung (ôû 1 taàn soá nhaát ñònh)38 Tröôøng hôïp taûi hôû maïch: = ∞ ZL 0 0 0 0 0 . . ( ) ( ) . . ( ) . ( ) . .cotg( ) L L Z j R tg d R Z x R R j Z tg d j tg d j R d β β β β + ⇒ = = + = − ⇒ = Z x j X d ( ) . ( ) , thuaàn khaùng39 Z x j R d j X d ( ) . .cotg( ) . ( ) , = − 0 β = thuaàn khaùng Noái taét Hôû Maïch40 Tröôøng hôïp taûi Thuaàn khaùng: = . ZL j XL 0 0 0 . . ( ) ( ) , . ( ) L L jX j R tg d Z x R R X tg d β β + ⇒ = − Thuaàn aûo ⇒ Z x ( ) : thuaàn khaùng Xác định trở kháng đặc tính , trở kháng tải , và hệ số truyền sóng qua việc đo đạc thực tế: p77, Ex 3.941 Ñöôøng Truyeàn Moät phaàn tö böôùc soùng 4 Zin l = λ R0 ZL 0 Z Z L i = ⇒ → ∞ n Neáu taûi hôû maïch: 20 in L R Z Z ⇒ = 0 Z Z L i → ∞ ⇒ = n Neáu taûi ngaén maïch: ÖÙng duïng laøm maïch bieán ñoåi trôû khaùng 20 in L R Z Z = ⇒ = R0 Z Z L in . 0 0 0 . . ( ) (0) . . ( ) L L Z j R tg l Z R R j Z tg l β β + = + Töø : Ex 3.5 p7142 Ñöôøng Truyeàn Nöûa böôùc soùng 2 Zin l = λ Z0 ZL Zin L = Z43 3) Quan heä giöõa trôû khaùng ñöôøng daây vaø heä soá phaûn xaï: . . . . 0 0 . . . . 1 . ( ) . . . . . 1 . . x x x x x x x x V e V e V e V e Z x Z Z V e V e V e V e γ γ γ γ γ γ γ γ − − − + − + − + − − − + + + = = − − 0 1 ( ) ( ) 1 ( ) x Z x Z x + Γ ⇒ = − Γ 0 0 ( ) ( ) ( ) Z x Z x Z x Z − ⇒ Γ = + Ex: 3.11 p78, (cách 2 p80)44 4) Daãn Naïp Ñöôøng Daây: = = + 1 ( ) ( ) ( ) ( ) Y x G x jB x Z x 0 0 0 . ( ) ( ) . ( ) L L Z Z th d Z x Z Z Z th d γ γ + = + Töø : 0 0 0 1 . ( ) ( ) . . ( ) L L Z Z th d Y x Z Z Z th d γ γ + ⇒ = + 0 0 0 1 1 . ( ) ( ) . 1 1 . ( ) L L Y Y th d Y x Y Y Y th d γ γ + ⇒ = + 0 0 0 . ( ) ( ) . . ( ) L L Y Y th d Y x Y Y Y th d γ γ + ⇒ = +45 5) Trôû Khaùng Chuaån Hoaù, Daãn Naïp Chuaån Hoaù 0 ( ) z x ( ) Z x Z = Trôû khaùng chuaån hoaù: Daãn naïp chuaån hoaù: 0 ( ) y x ( ) Y x Y =46 III. Hieän Töôïng Soùng Ñöùng, Heä Soá Soùng Ñöùng 1) Hieän Töôïng Soùng Ñöùng Soùng tôùi vaø soùng phaûn xaï giao thoa taïo ra caùc ñieåm buïng soùng vaø nuùt soùng.47 t = T8 t = 0T4 3T8 t = T2 x x Soùng Toång Soùng tôùi, soùng phaûn xaï λ 2 λ 4 VMax VMin48 2) Heä Soá Soùng Ñöùng Max Min V S VSWR V = = AÙp duïng ñoái vôùi ñöôøng daây khoâng toån hao Ta coù: V x V e V e ( ) . . = + + − − jβ x j x β VMin = − Bieân ño äsoùng tôùi bieân ño äsoùng phaûn xaï ⇒ = + = − V V V V V V Max + − + − , Min 1 1 S + Γ ⇒ = − Γ V V V V S V V V V + − + + + − + + + + Γ = = − − Γ VMax = + Bieân ño äsoùng tôùi bieân ño äsoùng phaûn xaï Ex. 3.13 p8649 Buïng ñieän aùp ~ Nuùt doøng ñieän ~ V I Max Min 0 0 1 . 1 Max Max Min V R R R S I + Γ = = = − Γ Taïi ñoù trôû khaùng ñöôøng daây laø soá thöïc, cöïc ñaïi ( ) 0 1 Min V I +R ⇒ = − Γ I I I I I Min = − = − Γ + − + + Vaø :V V V V V Max = + = + Γ + − + + .50 Nuùt ñieän aùp ~ Buïng doøng ñieän Taïi ñoù trôû khaùng ñöôøng daây laø soá thöïc, cöïc tieåu 0 0 1 1 Min Min Max V R R R I S − Γ = = = + Γ ~ V I Min Max I I I I I Max = + = + Γ + − + + ( ) 0 1 Max V I +R ⇒ = + Γ Vaø :V V V V V Min = − = − Γ + − + + .51 Xác định trở kháng đường dây bằng cách đo hệ số sóng đứng, p86 Ex3.1452 TOÙM TAÉT CHÖÔNG 153 I. Ñöôøng Daây Truyeàn Soùng54 Caùc Thoâng Soá Sô Caáp Cuûa Ñöôøng Daây ¾ R (Ohmm) : ñieän trôû tuyeán tính ¾ L (Hm) : ñieän caûm tuyeán tính ¾ C (Fm) : ñieän dung tuyeán tính ¾ G (Sm) : ñieän daãn tuyeán tính55 1) Phöông Trình Truyeàn Soùng 2 2 2 2 2 2 ( , ) ( ). ( , ) ( , ) ( ). ( , ) V x V x x I x I x x ω γ ω ω ω γ ω ω ∂ = ∂ ∂ = ∂ 2 2 2 2 2 2 ( ) . ( ) ( ) . ( ) V x V x x I x I x x γ γ ∂ = ∂ ∂ = ∂ Chæ xeùt ôû moät taàn soá:ω56 2) Nghieäm Phöông Trình Truyeàn Soùng N V x V e V e ( ) . . = + + − −γ γ . . x x  Soùng Tôùi Soùng Phaûn Xaï I( ) . . x I e I e = + + − −γ . . x x γ 0 0 , V V I I Z Z + − + − = = −57 3) Caùc Thoâng Soá Thöù Caáp Heä Soá Truyeàn Soùng: γ ( ) ( ) ( ) ω α ω β ω = + j Heä Soá Suy Hao: α ω ( ), Np m α ω ( ), dB m Heä Soá Pha: β ω ( ), , rad m m ñoä 2π β λ = Trôû Khaùng Ñaëc Tính : Z0 , Ω Ñöôøng truyeàn khoâng toån hao : Z R 0 0 ≡58 II. Heä Soá Phaûn Xaï, Trôû Khaùng Ñöôøng Daây 1) Heä Soá Phaûn Xaï: Γ = Soùng Phaûn Xaï Soùng Tôùi Heä Soá Phaûn Xaï Taïi Taûi : 0 0 ( ) l L Z Z − Γ = Γ = + L L ZZ ΓV I = −Γ Tính Heä Soá Phaûn Xaï Taïi ñieåm x thoâng qua ΓL : Γ = Γ ( ) . x e L −2γ d59 2) Trôû Khaùng Ñöôøng Daây: 3) Daãn naïp ñöôøng daây : Ñöôøng truyeàn khoâng toån hao: 0 0 0 . ( ) ( ) . ( ) L L Z Z th d Z x Z Z Z th d γ γ + = + 0 0 0 . ( ) ( ) . . ( ) L L Y Y th d Y x Y Y Y th d γ γ + = + 0 0 0 . . ( ) ( ) . . ( ) L L Z j R tg d Z x R R j Z tg d β β + = +60 4) Quan Heä Giöõa Trôû Khaùng Ñöôøng Daây Vaø Heä Soá Phaûn Xaï 5) Trôû Khaùng Chuaån Hoaù: 0 1 ( ) ( ) 1 ( ) x Z x Z x + Γ = − Γ 0 0 ( ) ( ) ( ) Z x Z x Z x Z − Γ = + 0 ( ) z x ( ) Z x Z = 0 ( ) y x ( ) Y x Y Daãn Naïp Chuaån Hoaù: =61 III. Hieän Töôïng Soùng Ñöùng, Heä Soá Soùng Ñöùng 1) Hieän Töôïng Soùng Ñöùng Soùng tôùi vaø soùng phaûn xaï giao thoa taïo ra caùc ñieåm buïng soùng vaø nuùt soùng.62 2) Heä Soá Soùng Ñöùng 1 1 S VSWR + Γ = = − Γ Buïng ñieän aùp ~ Nuùt doøng ñieän 0 0 1 . 1 Max Max Min V R R R S I + Γ = = = − Γ Nuùt ñieän aùp ~ Buïng doøng ñieän 0 0 1 1 Min Min Max V R R R I S − Γ = = = + Γ1 Chöông 2: ÑOÀ THÒ SMITH I. Giôùi Thieäu l ZS Z0 ZL ES 0 x x d Γ( ), ( ) x Z x2 l ZS Z0 ZL ES 0 x x d3 0 11 Z Z = + Γ − Γ 0 11 Z z r jx Z + Γ ⇒ = = = + − Γ Γ = Γ + Γ Re( ) Im( ) j Chæ Xeùt Trôû Khaùng ñaõ chuaån hoaù theo Z045 1 ,0 , 1 1 r r r ⎧ ⎫ ⎨ ⎬ = Taâm : Baùn kính ⎩ ⎭ + +67 1 1 1, , x x ⎧ ⎫ ⎨ ⎬ = Taâm : Baùn kính ⎩ ⎭8 1) Moâ Taû Ñoà Thò Smith II. Ñoà Thò Smith9 Phoái hôïp trôû khaùng Γ = = = 0, 1, 0 r x Voøng Troøn Ñôn Vò Γ = = 1, 0 r Γ = = ∞ 1, z Hôû Maïch Noái taét 1, 0 0, 0 z r x Γ = − = = = Caùc ñöôøng troøn ñaúng r Caùc ñöôøng troøn ñaúng x Im( ) Γ Re( ) Γ10111213 Voøng Troøn Ñaúng Γ −2βd Γ( ) l Γ( ) x Γ = Γ ( ) ( ). x l e−2γ d141516171819 2) Ñaëc Tính a) Bieåu dieãn daãn naïp treân ñoà thò smith 11 z + Γ = − Γ 11 zz − Γ = + 1 1 1 1 1 1 y y y y − − ⇒ Γ = = − + + Quan heä giöõa vôùi z, gioán Γ g quan heä giöõa vôùi y −Γ y g j = + b20 Γ −Γ z = r jx + 1 y g jb z = = + ñaúng g ñaúng b21 b) Ñieåm buïng soùng vaø nuùt soùng treân ñoà thò Smith 1 1 S + Γ = Voøng Troøn Ñaúng − Γ Voøng Troøn Ñaúng S Γ Ñieåm nuùt soùng aùp rmin rmax Ñieåm buïng soùng aùp22 1) Tính Heä Soá phaûn Xaï, Trôû Khaùng Ñöôøng Daây, Heä Soá Soùng Ñöùng III. ÖÙng Duïng Ñoà Thò Smith d R0 ZL Γ, Z L 0 L L L Z z r jx R = = +23 Γ( ) l d zL z Γ zL = + r jx L L z ⇒ = Z z R . 024 Γ( ) l zL dmax dmin Vmin Vmax25Ex. 35 p.104 2627 2) Veõ Vector aùp vaø doøng treân ñoà thò Smith V V V = + + − G G G V (1 ).e V+ ⇒ = + Γ G G Chuaån hoaù theo vector V + G I (1 ).e I+ = − Γ G G Töông töï cho vector doøng I G I+28 V (1 ).e V+ = + Γ G G 1 Γ GVV+ Vmax Vmin29 1 − I Γ G I+ Γ I (1 ).e I+ = − Γ G G Imax Imin3031 3) Tính Trôû Khaùng Maïch Phöùc Hôïp C1 10p R 50 L 22.5nH C2 12p Z ϖ =10 ( ) 9 rad s 1 1 0 1 1 2 RC R j C z j R + ϖ = = − choïn : R0 = 50 ( ) Ω32 1 1 2 zRC = − j A 1 0.2 0.4 y j RC = + B 1 2 0.2 0.95 z j RC C = − D ⇒ = = − Ω Z R z j 0. 10 25( ) 1 2 0.2 1 y j RC C = + C 2 2 0 0.2 0.6 , C 1 g j C b y R ω = ⎫ ⎪ ⎛ ⎞⎬ Δ = = ⎜ ⎟⎪ ⎝ ⎠⎭ C1 10p R 50 L 22.5nH C2 12p E z = 0.2 0.5 − j 0 0.2 0.45 , L r j L x z ω R = ⎫ ⎪ ⎛ ⎞⎬ Δ = = ⎜ ⎟⎪ ⎝ ⎠⎭33 o Khi coù phoái hôïp trôû khaùng, toaøn boä coâng suaát töø nguoàn seõ ñöôïc ñöa ñeán taûi tieâu thuï. o Khi khoâng phoái hôïp trôû khaùng, coâng suaát phaûn xaï veà coù theå laøm hoûng nguoàn phaùt. o Khi khoâng phoái hôïp trôû khaùng, tieâu hao treân ñöôøng daây taêng. o Khi khoâng phoái hôïp trôû khaùng, xuaát hieän caùc ñieåm buïng soùng, gaây quaù aùp hoaëc quaù doøng… 4) Phoái Hôïp Trôû Khaùng Ñöôøng Truyeàn Soùng ( ) N 1 2 2 P P P P P = − Γ = − Γ phaûn xaï t tôùi tôùi tôùi34 a) Phoái hôïp trôû khaùng baèng maïch ñieän thoâng soá taäp trung R0 ZL Maïch phoái hôïp trôû khaùng X1 R0 X 2 ZL Maïng 2 cöûa hình Γ X1 R0 X 2 ZL Maïng 2 cöûa hình35 jx1 2 2 1 jb jx = 0 L 0.2 0.8 L Z z j R = = − 1 zL 1 t L t t z z jx y z = + = 2 0 0 1 1 1 . y y jb t z y Z R z R = + = ⇒ = = ⇒ = = VD: 9 R Z j rad s 0 = Ω = − Ω = 50( ), 10 40( ) , 10 ( ) L ω36 0.2 0.8 zL = − j A D B C 1 2 y j t = + 0.2 0.4 zt = − j 1 1 0.4 0 20( ) x x L nH Δ = = > ⇒ = Caûm khaùng : 2 2 2 2 2 2 , 1 0.5 25( ) b b jx jb x L nH Δ = − = ⇒ = ⇒ = ⇒ = Caûm khaùng :37 0.2 0.8 zL = − j A F zt = + 0.2 0.4 j E 1 2 y j t = − G 1 1 1.2 0 60( ) x x L nH Δ = = > ⇒ = Caûm khaùng : 2 2 2 2 2 2 , 1 0.5 Dung 40( ) b b jx jb x C pF Δ = = ⇒ = ⇒ = − ⇒ = khaùng :38 jb2 jx1 0 L 0.2 0.8 L Z z j R = = − 1 0.3 1.18 L L L z y j z = = + 2 1 t L t t y y jb z y = + = 1 0 0 1 . z z jx t Z R z R = + = ⇒ = = VD: 9 R Z j rad s 0 = Ω = − Ω = 50( ), 10 40( ) , 10 ( ) L ω39 0.2 0.8 zL = − j A B 0.3 1.18 y j L = + C 0.3 0.46 y j t = + D 1 1.55 z j t = − 2 2 2 2 2 0.72 , 1 1.39 70( ) b b jx jb x L nH Δ = − = ⇒ = ⇒ = ⇒ = Caûm khaùng : 1 1 1.55 0 77.5( ) x x L nH Δ = = > ⇒ = Caûm khaùng : E40 0.2 0.8 A zL = − j C 0.3 0.46 y j t = − D 1 1.55 z j t = + 2 2 2 2 2 1.64 , 1 0.61 30.5( ) b b jx jb x L nH Δ = − = ⇒ = ⇒ = ⇒ = Caûm khaùng : B 0.3 1.18 y j L = + 1 1 1.55 0 13( ) x x C pF Δ = − = < ⇒ = Dung khaùng : E414243 b) Phoái hôïp trôû khaùng duøng 1 daây cheâm (singlestub) R0 ZL d l RS Ngaén maïch44 VD: 0 50 50( ), ( ) 2 (2 3) 100( ) L S R Z j R = Ω = Ω + + Daây cheâm : = Ω Yd YS Y Y Y t d S = + R0 ZL d l RS Ngaén maïch 1 0 2 3.73 L L L R y j z Z = = = +45 0.302 0.215 d = (0.302 0.215). − λ Voøng troøn ñaúng S Voøng troøn ñaúng g=1 2 3.73 y j L = + A C 1 2.6 B y j d = − 0 1 BS 2.6 0.052 S R Caàn 1 löôïng ñieän naïp : = =46 y = ∞ 0.052 . 0.052 100 5.2 S S S S B b B R = ⇒ = = × = l RS Ngaén maïch 5.2 ( ) 0.052 S S S y j R Y j S = = theo : l = 0.469×λ Voøng troøn ñaúng S B y j S = 5.2 A47 c) Phoái hôïp trôû khaùng duøng 2 daây cheâm (doublestub) R0 ZL d l1 RS1 l2 RS 2 d1248 R0 ZL d l1 R0 l2 R0 12 3 , , 8 4 8 d λ λ λ =49 Voøng troøn ñaúng S Voøng troøn ñaúng g=1 Voøng troøn aûnh cuûa voøng troøn ñaúng g=1 38 d = λ50 Voøng troøn ñaúng S Voøng troøn ñaúng g=1 Voøng troøn aûnh cuûa voøng troøn ñaúng g=1 2 8 4 d = λ = λ51 R0 = Ω 50 ZL =100 100 + j d = 0.4λ l1 = ? R0 l2 = ? R0 12 38 d = λ 100 100 2 2 L 50 j z j = + = + 0.25 0.25 ⇒ = − y j L52 Voøng troøn ñaúng g=1 yL Voøng troøn ñaúng S (treân ñoaïn ) d = 0.4λ yd1 Voøng troøn aûnh cuûa voøng troøn ñaúng g=1 yt1 Voøng troøn ñaúng S (treân ñoaïn ) d12 = 3 8 λ yd 2 Suy ra l1 Suy ra l25354Chöông III MA TRAÄN TAÙN XAÏ I. Daãn Nhaäp Maïng 2 Cöûa I1 I2 Cöûa 1 V1 V2 Cöûa 2 Chæ quan taâm ñeán quan heä vaøo ra maø khoâng caàn quan taâm ñeán caáu truùc beân trong cuûa maïng Ngöôøi ta ñöa ra caùc khaùi nieäm: Haøm truyeàn, ma traän ñaëc tính (ma traän trôû khaùng Z, ma traän daãn naïp Y, ma traän H, ma traän ABCD,…) ⇒Maïng N Cöûa Cöûa 1 Cöûa 2 Cöûa j Cöûa N I1 V1 2 V2 I Vj I j IN VNZ0 ZL E I V 0 L E I Z Z = + 0 . L L E V Z Z Z = + Ñeå toái ña coâng suaát ñöa ñeán taûi: Z Z L = 0 AÙp hoaëc doøng taïi moãi ñieåm ñeàu coù theå xem nhö toång cuûa 2 thaønh phaàn soùng tôùi (incident) vaøsoùng phaûn xaï (reflection). V V V I I I = i r i r + = − ;Z0 0 Z E Ii Vi Soùng doøng ñieän tôùi chính laø doøng ñieän trong maïch khi coù söï phoái hôïp trôû khaùng: i 0 0 0 2 E E I Z Z R = = + Töông töï, Soùng ñieän aùp tôùi : 0 0 0 0 0 . . i 2 E Z E Z V Z Z R = = + Quan heä giöõa Soùng ñieän aùp tôùi vaø soùng doøng ñieän tôùi: 0 V Z I i i = .Z0 ZL E I V Soùng phaûn xaï ñieän aùp: V V V r i = − 0 0 0 0 . L . r L E Z E Z V Z Z Z Z = − + + 0 0 0 0 . . − = + L r i L Z Z Z V V Z Z Z Soùng phaûn xaï doøng ñieän: Ir i = − − ( ) I I 0 0 0 0 0 . L r i L L E E Z Z I I Z Z Z Z Z Z − = − = + + + Quan heä giöõa Soùng ñieän aùp phaûn xaï vaø soùng doøng ñieän phaûn xaï: V Z I r r = 0.Maïng N Cöûa Cöûa 1 Cöûa 2 Cöûa j Cöûa N I1 V1 V2 I2 Vj I j IN VN E1 Z01 E2 Z02 Z0 j E j EN Z0N 01 0 0 0 0 N Z Z Z ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ = ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ % Ma traän trôû khaùng chuaån: Ma traän ñieän aùp, doøng ñieän tôùi vaø phaûn xaï: 1 i i iN V V V ⎛ ⎞ = ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ 1 r r rN V V V ⎛ ⎞ = ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ 1 i i iN I I I ⎛ ⎞ = ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ 1 r r rN I I I ⎛ ⎞ = ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ Ma traän Taùn Xaï cuûa maïng N cöûa: S b = S .a Ma traän taùn xaï theå hieän quan heä giöõa Soùng Tôùi a vaø Soùng Veà b taïi caùc cöûa. 11 12 1 21 22 2 2 1 1 1 . N N N N N NN N S S S S S S b S S a b a S ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎡ ⎡ ⎤ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎣ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ = ⎢ ⎣ ⎦⎥ ⎝ ⎠ 2) Quan heä giöõa soùng tôùi vaø soùng veà vôùi ñieän aùp, doøng ñieän. a j bj I j Vj Z0 j E j Cöûa j E V Z I j j j j = + 0 . Ta cuõng coù: V V V I I I j = + = − ij rj j ; ij rj Vaø: V Z I V Z I ij j ij rj j rj = = 0 0 . ; . ⇒ = + = + + − E V Z I Z I Z I Z I I j j j j 0 0 . ( ) ( ) oj ij j rj j 0 ij rj ⇒ = + = E Z I Z I R I j oj ij j 0 0 ij j 2 . ij 0 0 0 . 2 2 j j j j ij j j E V Z I I R R + ⇒ = = 0 0 0 . . 2 j j j j j ij j V Z I a R I R + ⇒ = =Quan heä cuûa soùng veà theo doøng, aùp taïi cöûa j: V V V I I I j ij rj j ij rj = + = − ; Vaø: V Z I V Z I ij j ij rj j rj = = 0 0 . ; . ⇒ − = + − − V Z I Z I Z I Z I I j j j 0 0 . ( ) ( ) oj ij j rj j 0 ij rj ⇒ − = + = V Z I Z I Z I R I j j j j 0 0 . 2 rj oj rj j 0 . rj 0 0 . 2 j j j rj j V Z I I R − ⇒ = 0 0 0 . . − 2 ⇒ = = j j j j j rj j V Z I b R I R Ta cuõng coù:Toång quaùt hoaù cho N cöûa: a R V Z I = + 12 . . . 0 0 −1 2 { } b R V Z I = − 12 . . . 0 0 −1 2 { ⎡ ⎤ ⎣ ⎦ } Tính Vaø Theo , : V I a b j j j j 0 0 0 0 0 0 0 0 . . . 2 2 2 + − + − = − = = j j j j j j j j j j j j j j j j V Z I V Z I Z Z a b I R I R R R 0 0 0 0 2 − + = + j j j j j j j j V Z Z a b I R R Neáu Z =R laø soá thöïc : 0j 0j 0 ⇒ + = j j j j V a b R3) Quan heä giöõa coâng suất với soùng tôùi vaø soùng veà. I j Vj R0 j E j Cöûa j Pij Prj Pj Coâng suaát truyeàn vaøo cöûa j: Pj j = 12 Re . ( ) V I j Pj j = + − 12 Re{ R a b a b R 0 0 ( ) j j . ( ) j j j } Pj j = − + − 12 Re{ } a a a b a b b b j j j j ( ) j j j ⇒ = − Pj j j 12{ a b 2 2}4) YÙ Nghóa Vaät Lyù Cuûa Caùc Heä Soá Trong Ma traän S Soùng tôùi taïi cöûa j: 0 0 0 . . + 2 = = j j j j j ij j V R I a R I R Soùng Veà taïi cöûa j: 0 0 0 . . − 2 = = j j j j j rj j V R I b R I R R01 E1 I1 V1 R02 E2 V2 I2 Maïng Hai Cöûa S a1 b1 a2 b2YÙ nghóa cuûa S11 : 11 12 21 1 1 2 22 2 . ⎡ ⎤ ⎡ ⎤ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ = ⎣ ⎦ ⎣ ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ ⎦ S S S S b a b a 1 11 1 12 2 2 21 1 22 2 . . . . ⎧ = + ⇔ ⎨ ⎩ = + b S a S a b S a S a 1 11 1 0 2 = = a b S a a2 = 0: Coù nghóa khoâng coù soùng vaøo cuûa 2 , Töùc laø: Nguoàn E2 bò trieät tieâu vaø coù phoái hôïp trôû khaùng ôû cöûa 2. R01 E1 I1 V1 ab11 Maïng Hai Cöûa S b2 R02 S11 I2 V21 01 1 1 01 . + 2 = V R I a R 1 01 1 1 01 . − 2 = V R I b R 1 11 1 0 2 = ⇒ = a b S a 2 02 1 01 1 11 1 01 1 0, .. = Taûi − ⇒ = + E R V R I S V R I 1 11 1 2 02 : 0, Ñaët Laø trôû khaùng ngo õvaøo trong tröôøng hôïp : Taûi = = V Z I E R 11 01 11 11 01 − ⇒ = + Z R S Z R = Γ1 R01 E1 I1 V1 ab11 Maïng Hai Cöûa S b2 R02 S11 1 = Γ I2 V2YÙ nghóa cuûa S21 : 1 11 1 12 2 2 21 1 22 2 . . . . ⎧ = + ⎨ ⎩ = + b S a S a b S a S a 2 21 1 0 2 = = a b S a R01 E1 I1 V1 ab11 Maïng Hai Cöûa S b2 R02 I2 V2 Heä soá S21 : theå hieän heä soá truyeàn ñaït töø cöûa 1 sang cöûa 22 2 2 2 2 21 2 2 1 2 0 1 1212 = = = a b b S a a R01 E1 I1 V1 ab11 Maïng Hai Cöûa S b2 R02 I2 V2 Heä soá theå hieän heä soá truyeàn ñaït coâng suaát töø cöûa 1 sang cöûa 2 trong ñieàu kieän cöûa 2 phoái hôïp trôû khaùng. 2 S21 : 2 1 1 12 = Pi a 2 2 1 2 2 = Pr bYÙ nghóa cuûa S22 : 1 11 1 12 2 2 21 1 22 2 . . . . ⎧ = + ⎨ ⎩ = + b S a S a b S a S a 2 22 2 0 1= = a b S a a1 = 0: Coù nghóa khoâng coù soùng vaøo cuûa 1 , Töùc laø: Nguoàn E1 bò trieät tieâu vaø coù phoái hôïp trôû khaùng ôû cöûa 1. R01 E2 I1 V1 Maïng Hai Cöûa R02 S b1 b2 S22 I2 V2 a2 = Γ2YÙ nghóa cuûa S12 : 1 11 1 12 2 2 21 1 22 2 . . . . ⎧ = + ⎨ ⎩ = + b S a S a b S a S a 1 12 2 0 1= = a b S a Heä soá S12 : theå hieän heä soá truyeàn ñaït töø cöûa 2 sang cöûa 1 R01 E2 I1 V1 Maïng Hai Cöûa R02 S b1 b2 S22 I2 V2 a25) Ño Caùc Heä Soá Ma traän taùn xaï S R0 E a1 Phaàn töû Scaàn ño ZL b1 a2 b2 Γ1 Boä Chæ Thò Soùng Ñöùng R0 Γ2 1 11 1 12 2 2 21 1 22 2 . . . . ⎧ = + ⎨ ⎩ = + b S a S a b S a S a 2 2 2 a b Γ = 1 11 1 12 2 2 2 21 1 22 2 2 . .( ) . .( ) ⎧ = + Γ ⇒ ⎨ ⎩ = + Γ b S a S b b S a S b21 2 1 22 2 . 1 . S b a S = − Γ 1 11 1 12 2 2 2 21 1 22 2 2 . .( ) . .( ) ⎧ = + Γ ⎨ ⎩ = + Γ b S a S b b S a S b ⎡ Γ ⎤ = + ⎢ ⎥ ⎣ − Γ ⎦ 21 12 2 1 1 11 1 . 22 2 S S b a S S Γ Γ = = + − Γ 1 21 12 2 1 11 1 2 1 . 2 2 b S S S a Sa) Duøng : Taûi baèng ñieän trôû chuaån ZL = R0 ⇒ Γ = 2 0 2 1 21 21 2 1 11 11 a 1 2 0 1 . 2 2 b S S S S a S Γ = Γ Γ = = + = − Γ b) Duøng 0 : Taûi ngaén maïch ZL = ⇒ Γ = − 2 1 Γ =− Γ = = − + 2 1 21 12 1 11 b 1 2 1 1 2 b S S S a S c) Duøng : Taûi hôû maïch ZL = ∞ ⇒ Γ = 2 1 Γ = Γ = = + − 2 1 21 12 1 11 c 1 2 1 1 2 b S S S a SΓ = 1 11 a S (1) 1 11 21 21 22 (2) b 1 S S S S Γ = − + 21 21 1 11 22 (3) c 1 S S S S Γ = + − (2) ⇒ = + − Γ S S S S 21 21 (1 )( ) (4) 22 11 1b Thay (4), (1) vaøo (3) 22 11 1 1 11 22 (1 )( ) 1 b c S S S S + − Γ ⇒ Γ = + − 22 1 1 1 1 22 (1 )( ) 1 a b c a S S + Γ − Γ ⇒ Γ = Γ + − ⇒ S S S 22 12 21 , ( . ) Neáu maïng 2 cöûa mang tính thuaän nghòch: ⇒ = S S 12 21b1 a1 a2 b2 a b 1 2 = a b 2 1 = 0 1 1 0 ⇒ = S ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ Baøi Taäp: Trôû Khaùng Chuaån Z0 Trôû Khaùng Chuaån Z0b1 a1 a2 b2 Baøi Taäp: Trôû Khaùng Chuaån Z01 Trôû Khaùng Chuaån Z02 Z 2 1 11 01 02 01 11 11 1 1 a 0 1 01 02 01 b Z Z Z Z Z S a Z Z Z Z Z = − + − = = Γ = = + + + 1 2 22 02 01 02 22 22 2 2 a 0 2 02 01 02 b Z Z Z Z Z S a Z Z Z Z Z = − + − = = Γ = = + + + 2 2 21 1 a 0 b S a = =6) Dòch Chuyeån Maët Phaúng Chuaån Cuûa Ma traän taùn xaï S l1 l2l1 l2II. Caùc Ma traän Ñaëc Tính Khaùc 1) Ma traän Trôû Khaùng2) Ma traän Daãn Naïp3) Ma traän ABCD 1 2 1 2 V V A B I C D I ⎡ ⎤ ⎡ ⎤ ⎡ ⎤ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ = ⎢ ⎥ ⎣ ⎦ ⎣ ⎦ ⎣ ⎦ 1 2 2 1 2 2 V AV BI I CV DI = + = + 2 1 2 I 0 V A V = = 2 1 2 V 0 V B I = = 2 1 2 I 0 I C V = = 2 1 2 V 0 I D I = =. A B A B A B C D C D C D a b ⎡ ⎤ ⎡ ⎤ ⎡ ⎤ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ = ⎣ ⎦ ⎣ ⎦ ⎣ ⎦ Maïng 2 Cöûa a I1a I2a V1a V2a Maïng 2 Cöûa b I1b I2b V1b V2b I1 V1 I2 V2Quan heä giöõa ma traän taùn xaï S vaø Ma traän trôû khaùng ZQuan heä giöõa ma traän taùn xaï S vaø Ma treän daãn naïp YQuan heä giöõa ma traän taùn xaï S vaø Ma traän ABCD 11 22 01 02 21 11 22 01 02 21 11 22 21 01 02 11 22 02 01 21 11 12 12 21 (1 ) 2 (1 ) . 2 (1 ) 2 . (1 ) 2 A S S S Z Z S B S S S Z Z S C S S S S Z Z D S S S Z Z S S S S S S = + − − Δ = + + + Δ = − − − Δ = − + − Δ Δ = − 02 01 02 01 11 02 01 02 01 01 02 12 02 01 02 01 01 02 21 02 01 02 01 02 01 02 01 22 02 01 02 01 2( ) 2 AZ B CZ Z DZ S AZ B CZ Z DZ AD BC Z Z S AZ B CZ Z DZ Z Z S AZ B CZ Z DZ AZ B CZ Z DZ S AZ B CZ Z DZ + − − = + + + − = + + + = + + + − + − + = + + +CHÖÔNG 4 HEÄ THOÁNG BÖÙC XAÏ (ARRAY ANTENNAS ) Keát hôïp nhieàu anten ñôn leû thaønh moät heä thoáng böùc xaï. 1. GIÔÙI THIEÄU Khoâng phaûi heä thoáng anten. Muïc ñích: + Caûi thieän ñoà thò böùc xaï: taêng ñoä ñònh höôùngAnten dipole nöûa böôùc soùng:Gheùp 4 Anten dipole nöûa böôùc soùng. Port 1 : pha 90, port 2 : pha 0, port 3: pha 90, port 4 : pha 0.+ Ñieàu khieån ñoà thò ñònh höôùng baèng caùch thay ñoåi bieân ñoä vaø pha kích thích töøng anten rieâng leû (anten thoâng minh) Anten nhiều buùp soùng xaùc ñònh theo caùc höôùng khaùc nhau Ñieàu khieån höôùng buùp soùng chính cuûa anten höôùng theo ñoái töôïng di ñoäng.Array antenna A 6dBi Vertical Polarised Omnidirectional Antenna Omnidirectional Antenna http:www.wlan.org.ukantennapage.htmlArray antenna cho bức xạ định hướng VHFUHF arrays WLAN 2.4 GHz arraysArray antenna cho bức xạ định hướng (2) 1 x 2 W shaped patch array for base cellular station 1 x 4 E shaped patch array for base cellular station Cellular base station antennasDạng array antenna hỗn hợp NTSCDTV VHF 2Dipole Antenna Model No. HG2VD66 HG2VD88 HG2VD222 Frequency Range(Option) 54~72MHz 76~88MHz 174~220MHz Input Impedance(Ω) 50~75 50 V.S.W.R ≤ 1.1 Gain(1PaneldB) (Stack) 8(10.14dBi) (See Page) Power Handling Capacity(1~16Panel) 500W~50kW Polarization Hor or Ver Beam Width at 6dB Point 90°± 5° Input Connector EIA ø 78~ø158 NType~EIA ø1 58 Wind Survival(msec) 60 Total Weight(Kg) 200~ 600 200~310 50~100 http:www.highgain.co.krproducts.htmArray antennas và MIMO antennas • Mỗi anten là 1 phần tử riêng lẻ, cách ly với nhau càng nhiều càng tốt. • Tín hiệu của mỗi anten được thuphát riêng biệt. Máy thuphát có nhiều bộ thu phát. • Các anten tạo thành 1 hệ thống thống nhất, có quan hệ chặt chẽ. • Anten chỉ có 1 ngõ vàora để nối vào máy phátthu. MIMO antenna Array antennaXeùt 2 dipole gioáng nhau, chieàu daøi l, ñaët caùch nhau moät khoaûng d. Doøng ñieän kích thích 2 anten leäch nhau moät goùc: β Tröôøng toång hôïp taïi M: θ1 θ2 M E E E t = + 1 2 Khi xeùt tröôøng ôû mieàn xa: 1 2 1 2 cos 2 cos d 2 r r d r r θ θ θ θ θ ≈ ≈ ≈ − ≈ + r r r chobien do 1 2 ≈ ≈ : ( . 2) 1 2 ( . 2) 0 1 2 1 2 ˆ . cos cos 4 j k r j k r t kI l e e E j r r β β θ η θ θ π ⎧ ⎫ − − − + = + ⎨ ⎬ ⎩ ⎭ 2. HEÄ THOÁNG BÖÙC XAÏ GOÀM 2 PHAÀN TÖÛ{ } . ˆ 0 . ( . cos ) 2 ( . cos ) 2 . .cos 4 . jk r j k d j k d t kI l e E j e e r θ η θ θ β θ β − π + + − + ⇒ = + . ˆ 0 . 1 . .cos .2cos ( . cos ) 4 . 2 jk r t kI l e E j k d r θ η θ θ β − π ⎡ ⎤ ⇒ = ⎢ ⎣ + ⎥ ⎦   Heä soá saép xeáp (Array Factor): AF , hoaëc ARFAC 1 2.cos ( . cos ) 2 AF k d = + ⎡ ⎢ ⎣ θ β ⎤ ⎥ ⎦ Heä soá saép xeáp Chuaån hoaù: 1 cos ( . cos ) AF k d n = + ⎡ ⎢ ⎣2 θ β ⎤ ⎥ ⎦ Tröôøng sinh ra töø moät heä nhieàu phaàn töû anten: E( ) (single element). total E = AF2. HEÄ THOÁNG BÖÙC XAÏ GOÀM N PHAÀN TÖÛ Xeùt N phaàn töû anten gioáng nhau, ñaët treân moät truïc thaúng caùch nhau moät khoaûng d. Doøng kích thích caùc phaàn töû coù bieân ñoä gioáng nhau, caùc phaàn töû lieân tieáp nhau leäch pha nhau moät goùc . βHeä soá saép xeáp trong heä thoáng naøy: AF e e = + + + + 1 . j k d ( . cos ) 2.( . cos ) θ β + + − + j k d θ β .. e j N k d .( 1).( . cos ) θ β .( 1).( . cos ) 1 N j n k d n AF e − + θ β = = ∑ .( 1). 1 .cos N j n n AF e kd ψ ψ θ β − = = = + ∑AF e e e = + + + + 1 j j j N ψ ψ 2 ( ... −1)ψ 2 3 ( 1) . ... ⇒ = + + + + + AF e e e e e e j j j j j N jN ψ ψ ψ ψ − ψ ψ ⇒ − = − + AF e .( 1) ( 1 ) j j ψ ψ e N ⇒ − = − + AF e .( 1) ( 1 ) j j ψ ψ e N ( 2) ( 2) ( 1) 2 (1 2) (1 2) ( 1) ) ( 1) ) jN j N j N j N j j j e e e AF e e e e ψ ψ ψ ψ ψ ψ ψ − − − − − ⎡ ⎤ ⇒ = = ⎢ ⎥ − − ⎣ ⎦ ( 1) 2 sin 21 sin 2 j N N AF e ψ ψ ψ − ⎡ ⎛ ⎞⎤ ⎢ ⎜ ⎟⎥ ⇒ = ⎢ ⎝ ⎠⎥ ⎢ ⎛ ⎞ ⎥ ⎢ ⎣ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ ⎥ ⎦Khi dòch chuyeån ñieåm goác ñeán giöõa daõy: sin 21 sin N 2 AF ψ ψ ⎡ ⎤ ⎛ ⎞ ⎢ ⎥ ⎜ ⎟ ⇒ = ⎢ ⎥ ⎝ ⎠ ⎢ ⎥ ⎛ ⎞ ⎢ ⎥ ⎣ ⎦ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ sin 1 2 . 1 sin 2 n N AF N ψ ψ ⎡ ⎤ ⎛ ⎞ ⎢ ⎥ ⎜ ⎟ ⇒ = ⎢ ⎥ ⎝ ⎠ ⎢ ⎥ ⎛ ⎞ ⎢ ⎥ ⎣ ⎦ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ Khi nhoû: ψ sin 1 2 . 12 n N AF N ψ ψ ⎡ ⎤ ⎛ ⎞ ⎢ ⎥ ⎜ ⎟ ⇒ = ⎢ ⎥ ⎝ ⎠ ⎢ ⎥ ⎛ ⎞ ⎢ ⎥ ⎣ ⎦ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠sin 1 2 . 1 sin 2 n N AF N ψ ψ ⎡ ⎤ ⎛ ⎞ ⎢ ⎥ ⎜ ⎟ = ⎢ ⎥ ⎝ ⎠ ⎢ ⎥ ⎛ ⎞ ⎢ ⎥ ⎣ ⎦ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ Xaùc ñònh caùc caùc ñieåm null cuûa heä soá saép xeáp naøy: 0 sin 0 n 2 N AF = ⇒ = ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ ψ ⎝ ⎠ N2 ψ nπ ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ = ± ⎝ ⎠ ( cos ) N2 ⇒ + = ⎜ ⎟ ⎛ ⎞ kd θ β π ± n ⎝ ⎠ 1 2 cos 2 1,2,3,... n d N n λ θ β π π − ⎡ ⎤ ⎛ ⎞ ⇒ = − ± ⎢ ⎥ ⎜ ⎟ ⎣ ⎦ ⎝ ⎠ =Cöïc ñaïi cuûa heä soá saép xeáp xaûy ra khi: 1 ( ) cos 2 2 ψ = + = ± kd θ β π m sin 1 2 . 1 sin 2 n N AF N ψ ψ ⎡ ⎤ ⎛ ⎞ ⎢ ⎥ ⎜ ⎟ = ⎢ ⎥ ⎝ ⎠ ⎢ ⎥ ⎛ ⎞ ⎢ ⎥ ⎣ ⎦ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ cos 1 ( ) 2 2 0,1,2,3... m d m λ θ β π π − ⎡ ⎤ ⇒ = − ± ⎢ ⎥ ⎣ ⎦ =200 0 200 400 600 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 N = 2 200 0 200 400 600 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 N = 3 200 0 200 400 600 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 N = 4 200 0 200 400 600 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 N = 5 sin 1 2 . 1 sin 2 n N AF N ψ ψ ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ = ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠Nhaän xeùt: • Cöïc ñaïi xuaát hieän taïi ψ = 0 • Haøm AF coù chu kyø tuaàn hoaøn laø 2 360 π ( 0) • Coù N1 ñieåm null caùch ñeàu nhau moät khoaûng caùch: 2 360 π N N ( 0 ) • Coù N2 buùp soùng con trong khoaûng 0 2 ≤ψ ≤ π • Khi N taêng, bieân ñoä caùc buùp soùng con tieäm caän ñeán 13dB 2 0 0 0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 0 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 0 . 6 0 . 7 0 . 8 0 . 9 1 2 ψ = kd cosθ β + π π 3 π 2 2π 0.2 0.4 0.6 0.8 1 30 210 60 240 90 270 120 300 150 330 180 0 z β kd θ™Heä thoáng Broadside ψ = + = kd cos 0 θ β Cöïc ñaïi cuûa AF xaûy ra khi: Buùp soùng chính vuoâng goùc vôùi truïc cuûa heä thoáng (truïc z) Ñeå chieàu cöïc ñaïi theo höôùng π 2 θ = 2 kd cos π 0 ψ = + = θ β θ = ⇒ = β 00.2 0.4 0.6 0.8 1 30 210 60 240 90 270 120 300 150 330 180 0 5, , 0 2 N d = = = λ β 0.2 0.4 0.6 0.8 1 30 210 60 240 90 270 120 300 150 330 180 0 10, , 0 2 N d = = = λ β 0.2 0.4 0.6 0.8 1 30 210 60 240 90 270 120 300 150 330 180 0 2, , 0 2 N d = = = λ β 0.2 0.4 0.6 0.8 1 30 210 60 240 90 270 120 300 150 330 180 0 3, , 0 2 N d = = = λ βNhaän xeùt: • Khi d khoâng ñoåi, khi taêng N: ñoä roäng buùp soùng chính giaûm vaø soá buùp soùng phuï taêng0.2 0.4 0.6 0.8 1 30 210 60 240 90 270 120 300 150 330 180 0 N d = = = 7, 0.1 , 0 λ β 0.2 0.4 0.6 0.8 1 30 210 60 240 90 270 120 300 150 330 180 0 N d = 7, 0.3 , 0 = = λ β 0.2 0.4 0.6 0.8 1 30 210 60 240 90 270 120 300 150 330 180 0 N d = = = 7, 0.5 , 0 λ β 0.2 0.4 0.6 0.8 1 30 210 60 240 90 270 120 300 150 330 180 0 N d = 7, 0.7 , 0 = = λ βNhaän xeùt: • Khi N khoâng ñoåi, khi taêng d: ñoä roäng buùp soùng chính giaûm vaø soá buùp soùng phuï taêng 0.2 0.4 0.6 0.8 1 30 210 60 240 90 270 120 300 150 330 180 0 N d = = = 7, , 0 λ β • Khi taêng buùp soùng phuï coù bieân ñoä baèng buùp soùng chính xuaát hieän. d ≥ λ 0.2 0.4 0.6 0.8 1 30 210 60 240 90 270 120 300 150 330 180 0 N d = 7, 2 , 0 = = λ β™Heä thoáng EndFire Buùp soùng chính doïc theo truïc cuûa heä thoáng (truïc z) Ñeå chieàu cöïc ñaïi theo höôùng θ = 0 ψ = + = kd cosθ β θ =0 0 kd + = ⇒ = − β 0 β kd Ñeå chieàu cöïc ñaïi theo höôùngθ = π kd cos 0 ψ = + = θ β θ π = − + = ⇒ = kd β 0 β kd (Endfire loaïi 1) (Endfire loaïi 2)1 .4 1 .2 1 0 .8 0 .6 0 .4 0 .2 0 0 0 .1 0 .2 0 .3 0 .4 0 .5 0 .6 0 .7 0 .8 0 .9 1 0.2 0.4 0.6 0.8 1 30 210 60 240 90 270 120 300 150 330 180 0 7, 0.3 0.6 N d kd λ π = = = 0.2 0.4 0.6 0.8 1 30 210 60 240 90 270 120 300 150 330 180 0 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 7, 0.1 0.2 N d kd λ π = = =2 1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 0.2 0.4 0.6 0.8 1 30 210 60 240 90 270 120 300 150 330 180 0 N d 7, 0.5 kd λ π = = = 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 7, 0.7 1.4 N d kd λ π = = = 0.2 0.4 0.6 0.8 1 30 210 60 240 90 270 120 300 150 330 180 0™Heä thoáng Hansen Woodyard kd π N β = − + ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ Ñieàu kieän ñeå möùc böùc xaï phuï nhoû hôn möùc böùc xaï chính: β < π 2.5 2 1.5 1 0.5 0 0.5 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 0.2 0.4 0.6 0.8 30 210 60 240 90 270 120 300 150 330 180 0 kd ( ) kd π N β = − + 5 6, 13 ( ) N d kd N λ β π = = = − +Ñoái vôùi heä thoáng Hansen – Woodyard: Ñoä roäng buùp soùng chính giaûm => taêng ñoä ñònh höôùng Tuy nhieân bieân ñoä buùp soùng chính cuõng giaûm => bieân ñoä buùp soùng phuï cuõng khaù lôùn khi so saùnh vôùi buùp soùng chính.0.2 0.4 0.6 0.8 1 30 210 60 240 90 270 120 300 150 330 180 0 30 60 90 120 150 0.2 0.4 0.6 0.8 1 30 210 60 240 90 270 120 300 150 330 180 0 30 60 90 120 150 ™Ñoä roäng giöõa caùc ñieåm null ñaàu tieân, ñoä roäng nöûa coâng suaát vaø ñoä ñònh höôùng. BWFN HPBWTa ñaõ bieát cöïc ñaïi xuaát hieän taïi: ψ = ±2nπ Vaø caùc buùp soùng phuï coù bieân ñoä lôùn laø ñieàu khoâng mong muoán Caùc ñieåm null ñaàu tieân xuaát hieän taïi ñieåm: 2 π N ψ ± = 2 kd cos π N ψ = + = θ β ± 1 1 2 cos cos kdN kd Nd kd π β λ β ⇒ = − = − θ − − ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ± ± ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ Giaû söû ta choïn cöïc ñaïi taïi: ψ öùng vôùi: = 0 θ θ β = = − max cos −1 ( kd ) 1 left null cos max Nd kd λ β ⇒ = − − θ − ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ − θ ⎝ ⎠ 1 ; c right null max os Nd kd λ β θ θ = − − − ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ 1 1 null null cos cos BWFN left right Nd kd Nd kd λ β λ β ⇒ = − = − − − θ θ − − ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ − ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ÔÛ ñaây, giaû söû caùc anten phaàn töû laø ñaúng höôùngKhi : Nd  λ, 0 β ≈ 1 cos λ 2Nd kd Nd kd − ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ β π λ β ⇒ − ≈ − − ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ 2 2 2 BWFN Nd kd Nd kd Nd ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ π λ β π λ β λ ⇒ ≈ − + − + + = ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ : N lôùn, Broadside (gaàn broadside) Ñoái vôùi heä thoáng Endfire: θleft right null null = θ 2 kd cos left null , kd π N ψ = + = = − θ β β − 1 2 null cos 1 left kdN π ⇒ = − θ − ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ 2 null ⇒ ≈ BWFN θleftÑoä roäng nöûa coäng suaát cuûa heä thoáng Broadside (gaàn broadside): 1 1,391 2 cos , 1 2 HPBW d Nd π λ π λ π − ⎡ ⎤ ⎛ ⎞ ≈ − ⎢ ⎥ ⎜ ⎟ ⎣ ⎦ ⎝ ⎠  Ñoä roäng nöûa coâng suaát cuûa heä thoáng Endfire: 1 1,391 HPBW 2cos 1 , 1 d Nd λ π λ π − ⎛ ⎞ ≈ − ⎜ ⎟ ⎝ ⎠  Heä soá ñònh höôùng cuûa heä thoáng Broadside (gaàn broadside): D L N max 2 , , 1 L d N λ ≈ ≈  Heä soá ñònh höôùng cuûa heä thoáng Endfire: D L N max 4 , , 1 L d N λ ≈ ≈  Heä soá ñònh höôùng cuûa heä thoáng Hansen Woodyard: D L max 1,805. 4 , , 1 L Nd N λ ⎛ ⎞ ≈ ≈ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ 3. Hệ thống bức xạ phân bố trên một mặt phẳng ( 1)( sin cos ) 1 x x M j m kd m AF e − + θ φ β = = ∑( 1)( sin cos ) 1 x x M j m kd xm m S e − + θ φ β = = ∑ xm yn AF S S = ( 1)( sin sin ) 1 y y N j n kd yn n S e − + θ φ β = = ∑ ( 1)( sin cos ) ( 1)( sin sin ) 1 1 x x y y M N j m kd j n kd m n AF e − + θ φ β e − + θ φ β = = = ∑ ∑3 2 0 x y x y M N d d λ β β = = = = = =3 2 3 0 x y x y M N d d λ β π β = = = = = = 3 2 0 3 x y x y M N d d λ β β π = = = = = =3 2 3 3 x y x y M N d d λ β π β π = = = = = = 3 2 3 x y x y M N d d λ β π β π = = = = = =2 2 0 x y x y M N d d λ β β = = = = = =CHÖÔNG 5 MỘT SỐ LOAÏI ANTEN 1. Dipole daûi roäng 2. Anten Yagi 3. Anten Helic 5. Anten parabol 6. Anten vi dải1. Dipole daûi roäng ™ Baêng thoâng cuûa anten – Pattern bandwidth – Impedance bandwidth™Dipole daûi roäng ¾Dipole coù ñöôøng kính lôùn ¾Dipole daïng noùn keùp ¾Dipole beû voøngDipole daûi roäng¾Dipole coù ñöôøng kính lôùn2 l < λ2 l = λ2 l > λ¾Dipole daïng noùn keùpTrôû khaùng vaøo cuûa dipole noùn keùp coù chieàu daøi höõu haïnMoät soá daïng dipole noùn keùp caûi bieân¾Dipole beû voøngTrôû khaùng vaøo cuûa dipole beû voøng Trường hợp: 2 l = λ Zt → ∞ 0 ⇒ = It Mode ñöôøng truyeàn soùng: Mode anten: 2 a dipole V I Z = I toång: 2 0 2 2. a in t dipole I V I I Z = + = + 4. in dipole in V Z Z I ⇒ = = Trường hợp tổng quát:Dipole ñöôïc noái vôùi nguoàn coù trôû khaùng 75 ZS = Ω Dipole beû voøng ñöôïc noái vôùi nguoàn coù trôû khaùng 300 ZS = ΩMoät soá daïng Monopole2. Anten YagiThoâng thöôøng phaàn töû chuû ñoäng coäâng höôûng töông öùng vôùi chieàu daøi Coù daïng dipole thöôøng hoaëc dipole beû voøng. 0, 45 0,49 ÷ λ Trong khi ñoù caùc phaàn töû höôùng xaïcoù chieàu daøi khoaûng vaø chuùng khoâng nhaát thieát phaûi coù chieàu daøi baèng nhau. 0, 4 0, 45 ÷ λ Khoaûng caùch giöõa caùc phaàn töû höôùng xaï khoaûng vaø chuùng cuõng khoâng nhaát thieát phaûi caùch ñeàu nhau. 0,3 0, 4 ÷ λ Chieàu daøi phaàn töû phaûn xaï lôùn hôn phaàn töû chuû ñoäng vaø noù caùch phaàn töû chuû ñoäng khoaûng 0, 25λXeùt moät anten Yagi:Kết quả moâ phỏng moät anten Yagi:Anten Yagi vôùi caùc chaán töû voøng3. Anten Helic4. Anten ParabolMinh họa một số mặt parabolMặt phản xạHệ số ñònh höôùng : Vôùi G laø haøm ñònh höôùng cuûa boä kích thích theo goùc θ Anten parabol với mặt phản xạ phụ5. Anten Vi dảiHình dạng anten vi dảiKích thích anten vi dảiPhân tích anten vi dải: Mô hình đường truyền sóng Mô hình hộp cộng hưởngMô hình đường truyền sóngMô hình hộp cộng hưởngAnten vi dải với phân cực tròn

KỸ THUẬT SIÊU CAO TẦN

Nội dung môn học:

Giới thiệu về kỹ thuật phân tích mạch điện ở tần số siêu cao, khái niệm thông số phân bố và ma trận tán xạ của các phần tử mạch điện, một số

mạch siêu cao tần cơ bản.

Nội dung môn học gồm 3 chương chính như sau:

• Chương 1: Giới thiệu khái niệm đường dây truyền sóng, hệ số phản xạ,

hệ số sóng đứng, trở kháng đường dây.

• Chương 2: Cấu trúc và ứng dụng của đồ thị Smith trong phân tích và

thiết kế mạch siêu cao tần.

• Chương 3: Ma trận tán xạ, các đặc tính và ứng dụng.

Sinh viên còn có thể tìm hiểu nhiều khái niệm sâu hơn về các mạch

chuyên dụng siêu cao tần ở môn học tiếp theo: Môn Mạch siêu cao tần.

Tài liệu

• Giáo trình:

– Vũ Đình Thành, Lý thuyết cơ sở kỹ thuật siêu cao tần, NXB KHKT, 1997

• Tài liệu tham khảo:

– Devendra K Misra, Radio Frequency and Microwave Communication Circuits analysis and design, John Wiley & Sons, 2001

– Guilermo Gonzalez, Microwave transistor amplifier analysis and

design, prentice Hall, 1984

– Samuel Y Liao, Microwave Circuits and Devices, Prentice Hall, 1987 – David M Pozar, Microwave Engineering, Addison-Wesley Publishing Co., 1993

Các dải tần số

– Giám sát không lưu

– Dẫn đường cho tên lửa

• Các lĩnh vực khác

– Sấy, nấu nướng

– Điều trị bệnh

– Truyền dẫn năng lượng

– Nghiên cứu thiên văn

Những lợi điểm của tần số siêu cao

• Giảm kích thước anten, kích thước mạch

• Cho phép mở rộng băng thông kênh truyền

• Cho phép truyền qua tầng điện ly

• Ít ảnh hưởng của nhiễu công nghiệp

Mạch khuếch đại công suất SCT

Mạch khuếch đại công suất SCT, sử dụng công nghệ vi dải

Mạch khuếch đại SCT, sử dụng dây chêm vi dải để phối hợp trở kháng

Port1

Port2

Port3

Circulator , tín hiệu vào port 1

Port1

Port2

Port3

MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuits)

Bộ xoay (dịch) pha 6 bit

Phần mềm RFSim99 hỗ trợ thiết kế

mạch RF, SCT

Phần mếm

Phần mềm CST Microwave studio

Thiết bị đo

Một số đường truyền sóng thực tế

Cáp đồng trục (coaxial cable)

Từ trường trên đường truyền vi dải

Coplanar waveguide

Ống dẫn sóng (waveguide)

λ

9 Đường Dây Truyền Sóng

9 Hệ Số Phản Xạ, Trở Kháng Đường Dây

9 Hiện Tượng Sóng Đứng, Hệ Số Sóng Đứng

I Đường Dây Truyền Sóng

Phân Tích Đường Dây Truyền Sóng

V f

ϕ

λ =

™ Các Thông Số Sơ Cấp Của Đường Dây Truyền Sóng

) R (Ohm/m) : điện trở tuyến tính, đặc trưng cho điện trở

thuần của một đơn vị chiều dài dây dẫn

) L (H/m) : điện cảm tuyến tính, đặc trưng cho điện cảm

tương đương của một đơn vị chiều dài đường truyền sóng.

) C (F/m) : điện dung tuyến tính, đặc trưng cho điện dung

trên một đơn vị chiều dài đường truyền sóng.

) G (S/m) : điện dẫn tuyến tính, đặc trưng điện dẫn thuần

1) Phương Trình Truyền Sóng

Từ định luật Kirchoff về điện áp:

( , ) ( , ) ( , ) ( , ) i x t

( , ) ( , ) ( , ) ( , )

( , ) ( , ) ( , ) ( , )

I x x I x

G j C V x x x

I x x I x

G j C V x x x

I x

G j C V x x

Đặt: γ ω ( ) = ( R + j L G ω )( + j C ω )

2 2 2 2

2

2 2

I x

I x x

f + a f + a f = a =

2) Nghiệm Của Phương Trình Truyền Sóng

2

2 2

( ) x. j x . x. j x

V x = V e+ −α e− β + V e− α e β

Xét thành phần thứ 1:

Xét thành phần thứ 2:

.

. x. j x

V eα e β

(Sóng tới)(Sóng phản xạ)

2 2

3) Các Thông Số Thứ Cấp Của Đường Dây Truyền Sóng

a) Hệ Số Truyền Sóng:

Ví dụ:Một đường truyền sóng có hệ số suy hao là

1 Np/m, tức là khi sóng lan truyền qua 1 m chiều dài đường truyền sóng thì biên độ sẽ

bị suy hao 8,68 dB (2,7 lần)

c) Hệ Số Pha: β ω ( ) , [ rad m / ] [ , độ / m ]

Thể hiện độ thay đổi pha của sóng khi sóng lan truyền

trên một đơn vị chiều dài đường truyền sóng

Quan hệ giữa hệ số pha và bước sóng:

2πβ

d) Trở Kháng Đặc Tính ( Z 0 ) :

e) Vận Tốc Truyền Sóng (Vận tốc pha):

Là quãng đường sóng lan truyền

trong mỗi đơn vị thời gian

[ / ] , [ / ]

EX 3.2 P66, EX 3.3 P67

II Hệ Số Phản Xạ,Trở Kháng Đường Dây

b) Hệ Số Phản Xạ Dòng Điện

Thông thường chỉ quan tâm tới hệ

số phản xạ điện áp, quy uớc: Γ = ΓV

Pt = Ptới − Γ x = Ptới −  PtớiΓ x

c) Sự Phản Xạ Công Suất

d) Tính Hệ Số Phản Xạ Tại một điểm bất kỳ

Thông Qua Hệ Số phản Xạ Tại Tải:

2 2

Khi dich chuyển về phía nguồn một đoạn

Vector sẽ xoay một góc bao nhiêu?

e) Hệ Số Phản Xạ Tại Tải:

l l

−

− +

−

− +

z Trường hợp tải phối hợp trở kháng:

0 0

z Trường hợp tải nối tắt:

0 0

Tại tải, sóng tới và sóng phản xạ ngược pha nhau V l ( ) = 0

z Trường hợp tải Hở mạch:

0 0

z Trường hợp tải Thuần kháng:

0 0

( ) L

L

jX R l

2) Trở Kháng Đường Dây

0

( )

2( )

2

l L

l L

0 0

+

+

™ Trường hợp đường dây không tồn hao:

+

+

Trường hợp tải phối hợp trở kháng

Trường hợp tải nối tắt:

Nối tắt Hở Mạch

Ứng dụng đường dây truyền sóng để thay thế các phần tử

điện cảm, điện dung (ở 1 tần số nhất định)

Trường hợp tải hở mạch:

Nối tắt Hở Mạch

Trường hợp tải Thuần kháng:

Z j X

0 0

Đường Truyền Một phần tư bước sóng

2 0

in

L

R Z

Nếu tải ngắn mạch:

Ứng dụng làm mạch biến đổi trở kháng

2 0

in

L

R Z

Z

= ⇒ R0 = Z ZL. in

0 0

Đường Truyền Nửa bước sóng

3) Quan hệ giữa trở kháng đường dây và hệ số phản xạ:

+ +

( ) ( )

4) Dẫn Nạp Đường Dây:

Y x

γ γ

+

+

0 0

γ γ

+

+

0 0

+

+

5) Trở Kháng Chuẩn Hoá, Dẫn Nạp Chuẩn Hoá

Trở kháng chuẩn hoá:

Dẫn nạp chuẩn hoá:

III Hiện Tượng Sóng Đứng, Hệ Số Sóng Đứng

1) Hiện Tượng Sóng Đứng

Sóng tới và sóng phản xạ giao thoa tạo ra các

điểm bụng sóng và nút sóng

2) Hệ Số Sóng Đứng

Max Min

Bụng điện áp ~ Nút dòng điện

Max Max

Nút điện áp ~ Bụng dòng điện

Tại đó trở kháng đường dây là số thực, cực tiểu

0 0

1 1

Min Min

Xác định trở kháng đường dây bằng cách đo hệ số sóng đứng, p86

Ex3.14

TÓM TẮT CHƯƠNG 1

I Đường Dây Truyền Sóng

Các Thông Số Sơ Cấp Của Đường Dây

¾ R (Ohm/m) : điện trở tuyến tính

¾ L (H/m) : điện cảm tuyến tính

¾ C (F/m) : điện dung tuyến tính

¾ G (S/m) : điện dẫn tuyến tính

1) Phương Trình Truyền Sóng

2

2 2

2

2 2

I x

I x x

2

2 2

I x

I x x

γ γ

2) Nghiệm Phương Trình Truyền Sóng

3) Các Thông Số Thứ Cấp

Hệ Số Truyền Sóng: γ ω α ω ( ) = ( ) + j β ω ( )

Hệ Số Suy Hao: α ω ( ) , [ Np m / ] α ω ( ) , [ dB m / ]

Hệ Số Pha: β ω ( ) , [ rad m / ] [ , độ / m ]

2πβ

λ

=

Trở Kháng Đặc Tính : Z0 , [ ] Ω

Đường truyền không tổn hao : Z0 ≡ R0

II Hệ Số Phản Xạ, Trở Kháng Đường Dây

1) Hệ Số Phản Xạ: Γ = Sóng Phản Xạ

Sóng Tới

Hệ Số Phản Xạ Tại Tải :

0 0

Z Z

Γ = −Γ

Tính Hệ Số Phản Xạ

Tại điểm x thông qua ΓL : 2

( ) x L e− γd

2) Trở Kháng Đường Dây:

3) Dẫn nạp đường dây :

Đường truyền

không tổn hao:

0 0

+

=

+

0 0

+

=

+

0 0

+

=

+

4) Quan Hệ Giữa Trở Kháng Đường Dây Và Hệ Số Phản Xạ

5) Trở Kháng Chuẩn Hoá:

( ) ( )

III Hiện Tượng Sóng Đứng, Hệ Số Sóng Đứng

1) Hiện Tượng Sóng Đứng

Sóng tới và sóng phản xạ giao thoa tạo ra các

điểm bụng sóng và nút sóng

2) Hệ Số Sóng Đứng

1 1

Max Max

1 1

Min Min

Chương 2: ĐỒ THỊ SMITH

( ),x Z x( )

Γ

1 1

Z = Z + Γ

− Γ

0

1 1

1, 0 ,

1) Mô Tả Đồ Thị Smith

II Đồ Thị Smith

Phối hợp trở kháng

0, r 1, x 0

Vòng Tròn Đơn Vị Γ = 1, r = 0

Vòng Tròn Đẳng Γ

2) Đặc Tính

a) Biểu diễn dẫn nạp trên đồ thị smith

1 1

− Γ

1 1

z z

y y

−

−

+ +

Quan hệ giữa với z, giống quan hệΓ giữa với y−Γ

b) Điểm bụng sóng và nút sóng trên đồ thị Smith

1 1

=

− Γ

Vòng Tròn Đẳng

Vòng Tròn Đẳng S

1) Tính Hệ Số phản Xạ, Trở Kháng Đường Dây,

Hệ Số Sóng Đứng

III Ứng Dụng Đồ Thị Smith

2) Vẽ Vector áp và dòng trên đồ thị Smith

3) Tính Trở Kháng Mạch Phức Hợp

C1 10p

R 50

L

22.5nH

C2 12p

22.5nH

C2 12p

o Khi có phối hợp trở kháng, toàn bộ công suất từ nguồn sẽ được đưa đến tải tiêu thụ.

o Khi không phối hợp trở kháng, công suất phản xạ về có thể

làm hỏng nguồn phát

o Khi không phối hợp trở kháng, tiêu hao trên đường dây tăng

o Khi không phối hợp trở kháng, xuất hiện các điểm bụng sóng, gây quá áp hoặc quá dòng…

4) Phối Hợp Trở Kháng Đường Truyền Sóng

a) Phối hợp trở kháng bằng mạch điện

thông số tập trung

0

Mạch phối hợp trở kháng

b) Phối hợp trở kháng dùng 1 dây chêm (single-stub)

45 0.302

0.215

(0.302 0.215).

Vòng tròn đẳng S

Vòng tròn đẳng g=1

S

Cần 1 lượng điện nạp :

c) Phối hợp trở kháng dùng 2 dây chêm (double-stub)

Vòng tròn đẳng S Vòng tròn đẳng g=1

Vòng tròn ảnh của vòng tròn đẳng g=1

3 8

d = λ

Vòng tròn đẳng S Vòng tròn đẳng g=1

Vòng tròn ảnh của

2

d = λ λ=

Vòng tròn đẳng g=1

Chương III MA TRẬN TÁN XẠ

ta đưa ra các khái niệm: Hàm truyền, ma trận đặc

tính (ma trận trở kháng [Z], ma trận dẫn nạp [Y], ma trận H, ma trận ABCD,…)

⇒

N CửaCửa 1

Cửa N1

V = + V V I = − I I

Z

* 0

Z E

i

I

i

V

Sóng dòng điện tới chính là dòng

điện trong mạch khi có sự phối hợp

N CửaCửa 1

N V

0N Z

01 0

Ma trận trở kháng chuẩn:

Ma trận điện áp, dòng điện tới và phản xạ:

1

[ ]

i i

iN

V V

rN

V V

I I

I I

=

Ma trận Tán Xạ của mạng N cửa: [S]

[ ] b = [ ] S [ ] a

Ma trận tán xạ thể hiện quan hệ giữa Sóng Tới [a]

và Sóng Về [b] tại các cửa

2) Quan hệ giữa sóng tới và sóng về với điện áp, dòng điện.

jV

0 j

Z

jE

Quan hệ của sóng về theo dòng, áp tại cửa j:

0

2

j j j rj

0

.

Tổng quát hoá cho N cửa:

3) Quan hệ giữa công suất với sóng tới và sóng về.

jI

jV

rjP

jP

Công suất truyền vào cửa j: 1 ( * )

4) Ý Nghĩa Vật Lý Của Các Hệ Số Trong Ma trận [S]

0

0

.

Ý nghĩa của S11 :

a

2 = 0:

a Có nghĩa không có sóng vào của 2 , Tức là: Nguồn

E2 bị triệt tiêu và có phối hợp trở kháng ở cửa 2

1 01 1

1

01

2

YÙ nghóa cuûa S21 :

2 2

1 2 1 2

=

a

b b

Ý nghĩa của S22 :

a

1 = 0:

a Có nghĩa không có sóng vào của 1 , Tức là: Nguồn

E1 bị triệt tiêu và có phối hợp trở kháng ở cửa 1

YÙ nghóa cuûa S12 :

5) Đo Các Hệ Số Ma trận tán xạ [S]

2

a b

a) Dùng ZL = R0 : Tải bằng điện trở chuẩn ⇒ Γ =2 0

S S S

c

S S S

S

a

=

6) Dịch Chuyển Mặt Phẳng Chuẩn Của Ma trận tán xạ [S]

1

1

II Các Ma trận Đặc Tính Khác

1) Ma trận Trở Kháng

2) Ma trận Dẫn Nạp

1

2 I 0

I C

=

Quan hệ giữa ma trận tán xạ [S] và Ma trận trở kháng [Z]

Quan hệ giữa ma trận tán xạ [S] và Ma trện dẫn nạp [Y]

Quan hệ giữa ma trận tán xạ [S] và Ma trận ABCD

01 02 21

- Không phải hệ thống anten.

- Mục đích:

+ Cải thiện đồ thị bức xạ: tăng độ định hướng

Anten dipole nửa bước sóng:

Ghép 4 Anten dipole nửa bước sóng Port 1 : pha 90,

port 2 : pha 0,

port 3: pha -90,

port 4 : pha 0.

+ Điều khiển đồ thị định hướng bằng cách thay đổi biên độ và

pha kích thích từng anten riêng lẻ (anten thông minh)

Anten nhiều búp sóng xác định

theo các hướng khác nhau Điều khiển hướng búp sóng chính của anten hướng theo đối

tượng di động.

Array antenna

A 6dBi Vertical Polarised Omnidirectional Omnidirectional Antenna

http://www.wlan.org.uk/antenna-page.html

Array antenna cho bức xạ định hướng

VHF/UHF arrays

Array antenna cho bức xạ định hướng (2)

1 x 2 W shaped patch array

1 x 4 E shaped patch array Cellular base station antennas

Dạng array antenna hỗn hợp

NTSC/DTV VHF 2-Dipole Antenna

Model No HG-2VD-66 HG-2VD-88 HG-2VD-222

Frequency Range(Option) 54~72MHz 76~88MHz 174~220MHz Input Impedance(Ω) 50~75 50 V.S.W.R ≤ 1.1

Gain(1Panel/dB) (Stack)

8(10.14dBi) ( See Page ) Power Handling

Capacity(1~16Panel) 500W~50kWPolarization Hor or Ver Beam Width at 6dB Point 90°± 5°

Input Connector EIA ø 7/8"~ø1-5/8" N-Type~EIA

ø1-5/8"

Array antennas và MIMO antennas

• Mỗi anten là 1 phần tử

riêng lẻ, cách ly với nhau

càng nhiều càng tốt

• Tín hiệu của mỗi anten

được thu/phát riêng biệt

Máy thu/phát có nhiều bộ

thu phát

• Các anten tạo thành 1 hệthống thống nhất, có

quan hệ chặt chẽ

• Anten chỉ có 1 ngõ vào/ra

để nối vào máy phát/thu

Xét 2 dipole giống nhau, chiều dài

l, đặt cách nhau một khoảng d.

Dòng điện kích thích 2 anten lệch

nhau một góc: β

Trường tổng hợp tại M:

1 2.cos ( cos )

2 HỆ THỐNG BỨC XẠ GỒM N PHẦN TỬ

Xét N phần tử anten giống nhau, đặt

trên một trục thẳng cách nhau một

khoảng d Dòng kích thích các phần tử

có biên độ giống nhau, các phần tử liên

tiếp nhau lệch pha nhau một góc β

Hệ số sắp xếp trong hệ thống này:

( cos ) 2.( cos ) ( 1).( cos )

AF = + e θ β+ + e θ β+ + + e − θ β+

.( 1).( cos ) 1

N

j n k d n

Khi dịch chuyển điểm gốc đến giữa dãy:

sin

2 1 sin

2

N AF

ψ ψ

.

1 sin

Cực đại của hệ số sắp xếp xảy ra khi:

m d

0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

n

N AF

N

ψ ψ

Nhận xét:

• Cực đại xuất hiện tại ψ = 0

• Hàm AF có chu kỳ tuần hoàn là ( 0)

2 π 360

• Có N-1 điểm null cách đều nhau một khoảng cách: ( 0 )

2 / π N 360 / N

• Có N-2 búp sóng con trong khoảng 0≤ ≤ ψ 2π

• Khi N tăng, biên độ các búp sóng con tiệm cận đến -13dB

210

60 90

™Hệ thống Broadside

kd

Cực đại của AF xảy ra khi:

Búp sóng chính vuông góc với trục của hệ thống (trục z)

Để chiều cực đại theo hướng

0.2 0.4 0.6 0.8 1

Nhận xét:

• Khi d không đổi, khi tăng N: độ rộng búp sóng chính giảm và số búp sóng phụ tăng

0.2 0.4 0.6 0.8 1

Nhận xét:

• Khi N không đổi, khi tăng d: độ rộng búp sóng chính giảm và số búp sóng phụ tăng

0.2 0.4 0.6 0.8 1

™Hệ thống EndFire

Búp sóng chính dọc theo trục của hệ thống (trục z)

Để chiều cực đại theo hướng θ = 0

210

60

90 120

=

0.2 0.4 0.6 0.8 1

30

210

60

90 120

=

-3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

=

0.2 0.4 0.6 0.8 1

300

150

330

Điều kiện để mức bức xạ

phụ nhỏ hơn mức bức xạ

0.2 0.4 0.6 0.8

30

210

60

90 120

N = d = λ

Đối với hệ thống Hansen – Woodyard:

- Độ rộng búp sóng chính giảm => tăng độ định hướng

- Tuy nhiên biên độ búp sóng chính cũng giảm => biên độ búp sóng phụ cũng khá lớn khi so sánh với búp sóng chính.

0.2 0.4 0.6 0.8 1

150

0.2 0.4 0.6 0.8 1

120 150

™Độ rộng giữa các điểm null đầu tiên, độ rộng nửa công suất và độ

định hướng.

Ta đã biết cực đại xuất hiện tại: ψ = ±2nπ

Và các búp sóng phụ có biên độ lớn là điều không mong muốn

Các điểm null đầu tiên xuất hiện tại điểm: 2

N

π

ψ = ±

2 cos

; right null cos

Khi : Nd  λ β , ≈ 0

1 cos

: N lớn, Broadside (gần broadside)

Đối với hệ thống Endfire: null null

left right

θ = θ

2 cos left null ,

Độ rộng nửa cộng suất của hệ thống Broadside (gần broadside):

3 Hệ thống bức xạ phân bố trên một mặt phẳng

( 1)( sin cos ) 1

M

j m kd m

AF e − θ φ β+

=

( 1)( sin cos ) 1

M

j m kd xm

N

j n kd yn

3 / 2 0

3 / 2 / 3

x y x

3 / 2 / 3

/ 3

x y x

2 / 2 0

CHƯƠNG 5 MỘT SỐ LOẠI ANTEN

1 Dipole dải rộng

2 Anten Yagi

3 Anten Helic

5 Anten parabol

6 Anten vi dải

1 Dipole dải rộng

™ Băng thông của anten

– Pattern bandwidth

– Impedance bandwidth

™Dipole dải rộng

¾Dipole có đường kính lớn

¾Dipole dạng nón kép

¾Dipole bẻ vòng

Dipole dải rộng

¾Dipole có đường kính lớn

l < λ

l = λ

l > λ

¾Dipole dạng nón kép

Trở kháng vào của dipole nón kép có chiều dài hữu hạn

Một số dạng dipole nón kép cải biên

¾Dipole bẻ vòng

Trở kháng vào của dipole bẻ vòng

Z

=

I tổng:

/ 2 0

Dipole được nối với

nguồn có trở kháng

75

S

Z = Ω

Dipole bẻ vòng được nối với nguồn có trở kháng

300

S

Z = Ω

Một số dạng Monopole

2 Anten Yagi

Thông thường phần tử chủ động cộâng hưởng tương ứng với chiều dài

Trong khi đó các phần tử hướng xạcó chiều dài khoảng

và chúng không nhất thiết phải có chiều dài bằng nhau. 0, 4 0, 45÷ λ

Khoảng cách giữa các phần tử hướng xạ khoảng và chúng

cũng không nhất thiết phải cách đều nhau. 0, 3 0, 4÷ λ

Chiều dài phần tử phản xạ lớn hơn phần tử chủ động và nó cách phần

tử chủ động khoảng 0, 25λ

Xét một anten Yagi:

Kết quả mô phỏng một anten Yagi:

Anten Yagi với các chấn tử vòng

3 Anten Helic

4 Anten Parabol

Minh họa một số mặt parabol

Mặt phản xạ

Hệ số định hướng :

Với G là hàm định hướng của bộ kích thích theo góc θ '

Anten parabol với mặt phản xạ phụ

5 Anten Vi dải

Hình dạng anten vi dải

Kích thích anten vi dải

Phân tích anten vi dải:

Mô hình đường truyền sóng

Mô hình hộp cộng hưởng

Mô hình đường truyền sóng

Mô hình hộp cộng hưởng

Anten vi dải với phân cực tròn