Chương 1 - Lý thuyết đường dây truyền sóng. Những nội dung chính được trình bày trong chương này gồm có: Khái niệm, phương trình truyền sóng, các thông số thứ cấp, hiện tượng phản xạ sóng, hiện tượng sóng đứng, trở kháng đường dây. Mời các bạn cùng tham khảo!
Trang 1Phan Hong Phuong 1
BỘ MÔN VIỄN THÔNG KHOA ĐIỆN –ĐIỆN TỬ
-KỸ THUẬT SIÊU CAO TẦN
CHƯƠNG 1 LÝ THUYẾT
ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN SÓNG
NỘI DUNG
-1 KHÁI NIỆM
2 PHƯƠNG TRÌNH TRUYỀN SÓNG
3 CÁC THÔNG SỐ THỨ CẤP
4 HIỆN TƯỢNG PHẢN XẠ SÓNG
5 HIỆN TƯỢNG SÓNG ĐỨNG
6 TRỞ KHÁNG ĐƯỜNG DÂY
cuu duong than cong com
Trang 2Phan Hong Phuong 3
1 KHÁI NIỆM
-Tần số thấp
L j R
Z = + ω
Tần số cao
Trở về
Lý thuyết ĐDTS 1-D Wave Theory
Phân tích mạng siêu cao tần
Mở rộng lý thuyết mạch
PT Maxwell trong trường hợp đặc biệt
Kích thước mạch ~ λ
Lý thuyết
cuu duong than cong com
Trang 3Phan Hong Phuong 5
1 KHÁI NIỆM (tiếp theo)
- Tín hiệu phân bố theo thời gian và không gian
tạo ra sự trễ pha khi truyền từ nguồn đến tải;
Khi tín hiệu có tần số thấp (bước sóng lớn hơn
nhiều so với chiều dài đường dây ) có thể
bỏ qua sự phân bố theo không gian, đường dây như
đoạn nối tắt;
Ở vùng tần số siêu cao độ trễ pha trở nên
đáng kể.
l
≈ λ
l
>>
λ
l
<<
λ
Trở về
1 KHÁI NIỆM (tiếp theo)
-Trở về
cuu duong than cong com
Trang 4Phan Hong Phuong 7
2 PHƯƠNG TRÌNH TRUYỀN SÓNG
-L
Z
0
Z
Nguồn i ( x , ) i ( x+Δx , ) Tải
) , x x (
v +Δ
) , x ( v
0 x x+Δx l
x
R⋅Δ
x
C⋅Δ
x
G⋅Δ
x
L⋅Δ
Trở về
R [ /m] - diễn tả sự tổn hao kim loại tạo thành dây dẫn
Ω
G [S/m] - diễn tả sự rò rỉ giữa 2 dây dẫn, tức độ dẫn điện của lớp điện môi
L [H/m] - diễn tả điện cảm giữa 2 dây dẫn
do trường từ xung quanh chúng
C [F/m] - diễn tả điện dung giữa 2 dây dẫn
x -x
x -x
e I e I I(x)
e V e
V V(x)
γ γ
− +
γ γ
− +
+
=
+
=
Nghiệm của phương trình truyền sóng
C j G
L j R
Z0
ω +
ω +
=
] e V e
V [ Z
1 I(x) x - x
0
γ γ
− + −
=
: Trở kháng đặc tính
−
− +
+ = −
=
I
V I
V
π
=
λ 2 vp = λ f
β
ω
=
Đường dây không tổn hao
LC
1 v
LC
2 2
β
ω
= ω
π
= β
π
= λ 0
LC
LC j j
= α
ω
= β
ω
= β + α
= γ
C
L
Z0 =
x j 0
x j 0
x j -x j
e Z
V e
Z
V
I(z)
e V e
V
V(z)
β
−
− β
− +
β
− β
− +
−
=
+
=
Trở về
cuu duong than cong com
Trang 5Phan Hong Phuong 9
-1 Hệ số truyền sóng (propagation constant):
β + α
= ω + ω
+
= ω
2 Trở kháng đặc tính (characteristic impedance):
)
( ω
α - hệ số suy hao [Neper/m], β ( ω ) - hệ số pha [rad/m]
C j G
L j R
Z0
ω +
ω +
3 Vận tốc truyền sóng (phase velocity): vϕ = β ω [m/s]
4 Hằng số thời gian (time constant):
ϕ
= τ
v
1 [s/m]
-L Z 0
Z
) x (
x
e
V+ −γ
x
e
V− γ
x
x
V
V e
V
e V ) x
+
− γ
− +
γ
= Γ
Hệ số phản xạ dòng điện: ( x )
e I
e I ) x
x
Γ −γ
+
γ
−
cuu duong than cong com
Trang 6Phan Hong Phuong 11
+
−
= Γ
=
V
V )
(
;
L 0
L 0 0 L
0 L
Y Y Z Z
Z Z
+
−
= +
−
=
Le ) x ( = Γ − γ Γ
;
Đường dây không tổn hao hoặc tổn hao thấp:
0
Z ≡ ⇒
0 L
0 L
R Z
+
−
= Γ
0
Z = ⇒ ΓL = 0
⇒ Phối hợp trở kháng giữa tải và đường dây;
4 HIỆN TƯỢNG PHẢN XẠ SÓNG
(tiếp theo)
-Sóng tới e−αx
Sóng phản xạ eαx
x
Biên độ sóng
Khoảng cách giữa 2 bụng sóng gần nhất là λ/2;
Khoảng cách giữa 2 nút sóng gần nhất là λ/2;
Khoảng cách giữa bụng sóng và nút sóng gần nhất là λ/4;
|
| 1
|
| 1 V
V VSWR
min
max
Γ
−
Γ +
=
=
Trở về Mô tả Minh họa
cuu duong than cong com
Trang 7Phan Hong Phuong 13
6 TRỞ KHÁNG ĐƯỜNG DÂY (1)
-L Z 0
Z
) x (
Ζ
γ
,
Z0
) x ( I
) x ( V ) x (
Z =
) d ( th Z Z
) d ( th Z Z Z ) x ( Z
L 0
0 L
γ +
=
Đường dây không tổn hao:
) d ( tg jZ R
) d ( tg jR Z R ) x ( Z
L 0
0 L
β +
=
- Phối hợp trở kháng: ZL= R0, Γ(x)=0
0
R ) x (
Z = ∀ x
Tải nối tắt ZL = 0
2
4 3λ λ
u i
π
β d = 2 β = d 3π / 2 β = d π β = d π / 2
X(x)
d
) d ( jX ) d ( tg jR
)
x
(
Z = 0 β =
|Γ| = 1
Trở về
Minh họa
cuu duong than cong com
Trang 8Phan Hong Phuong 15
- Tải hở mạch ZL = ∞ Z ( x ) = − jR0ctg ( β x )
2
λ λ 4 4
3λ λ
π
β d = 2 β = d 3π / 2 β = d π β = d π / 2
X(x)
d
u
i
Tải thuần kháng
L
Z =
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
β +
β +
=
) d ( tg X R
) d ( tg R X R j
)
x
(
Z
L 0
0 L 0
|Γ| = 1
|Γ| = 1
Trở về
Trở về
cuu duong than cong com
Trang 9Phan Hong Phuong 17
BÀI TẬP VÍ DỤ (1)
-1 Tính trở kháng vào và hệ số phản xạ Zin, Γin ở đầu
vào đường dây truyền sóng trên hình vẽ Giả sử các
đoạn dây truyền sóng đều không tổn hao Tần số tín
hiệu là 1 GHz.
in
in ,
Z Γ
0
R02
R01
λ 5 0
nH 59 1
nH 59 1
nH 59 1
λ 2 2
λ 2 0
λ 5 1
Ω
=
=
= R R 50
R0 01 02
Trở về
BÀI TẬP VÍ DỤ (2)
-2.Giả sử các đường dây truyền sóng trên hình 1 đều
có điện trở đặc tính là 50Ω Tính trở kháng ZL.
Trở về
cuu duong than cong com
Trang 10Phan Hong Phuong 19
BÀI TẬP VÍ DỤ (3)
-3 Giả sử các đường dây truyền sóng trên hình 1 đều
có điện trở đặc tính là 50Ω Tính trở kháng ZL.
Trở về
BÀI TẬP
-3 Sử dụng đồ thị Smith thiết kế mạch phối hợp trở
kháng trên hình 1 dùng single-stub có điện trở đặc
tính là 50Ω, đầu cuối stub hở mạch Tần số hoạt động
của mạch là 1 GHz Cho
Ω
λ 1 0
L
Mạch PHTK
pF 8 C , 75
RL = Ω L =
Trở về
cuu duong than cong com