Download miễn phí Tài liệu Truyền sóng
- Khi các anten định xứgần hay trên mặt đất, sóng không gian (Space wave) biến
mất do trường phản xạtriệt tiêu tia trực tiếpÆtrường thu được ởanten thu sẽdo
trường sóng mặt (Surface wave)
- Truyền sóng theo sóng mặt là mode truyền chủyếu ởdải tần từvài kHz đến vài
chục MHz.
- Suy hao công suất tín hiệu gần nhưtỷlệnghịch với R4.
- Anten thường có dạng tháp cao, công suất từ10kw đến 1Mw và phạm vi truyền
sóng cỡhàng trăm dặm. Trong chương này sẽ đưa ra lời giải giải tích chobức xạtừ
các dipole đặt vuông góc trên mặt đất phẳng có tổn hao, từ đó xác định đóng góp của
sóng không gian và sóng mặt .
Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Tóm tắt nội dung tài liệu:
do đó θ1, θ1’, θ2, θ2’ rất nhỏ Æ kiểu bức xạ của cácanten có thể coi không đổi trong các khoảng góc nhỏ.
+ Trường hợp ngoại lệ: Khi dùng các anten định hướng cao và h2 lớn (trên máy
bay) khi đó phần công suất bức xạ về phía mặt đất sẽ rất thấp, tức là
f1(θ2) << f1(θ1)
và nếu coi như
1/R1 ≈ 1/R2
thì điện áp nhận được tổng cộng sẽ tỷ lệ với:
|f1(θ1).f2(θ1’)exp(-jk0R1/4πR1)|.F
9
Hệ số F được coi là path - gain - factor (độ lợi đường) chỉ ra sự khác biệt của
trường tại anten thu so với khi không có phản xạ từ mặt đất.
+ trường hợp
f1(θ2) ≈ f1(θ1) và f2(θ2’) ≈ f2(θ1’)
thì: F = |1 + ρ.exp[jφ – jk0(R2 –R1)]|.
Æ Độ lợi đường chính bằng hệ số mảng của mảng gồm anten ở chiều cao h1 và ảnh
của nó dưới mặt đất với dòng kích thích khác biệt một lượng tương đối ρ.exp(jφ)
Từ tính toán hình học đơn giản => khi h1 , h2 << d:
R2 – R1 = 2h1h2/d
Khi ρ.exp(jφ) = -1 (đất dẫn điện lý tưởng):
F = 2|sin(k0h1h2/d)| (2.3)
=> ảnh hưởng của giao thoa có thể làm tăng gấp đôi cường độ trường so với khi
không có giao thoa.
Gọi ψ0 là góc tính từ chân anten phát đến anten thu so với phương ngang, có thể
viết lại:
F = 2|sin(k0h1tgψ0| với tgψ0 = h2/d (2.4)
- Quan hệ (2,4) thường được vẽ thành giản đồ biểu thị sự thay đổi của F theo h2 và
d với h1 và λ0 cho trước dưới dạng h1/ λ0
* F sẽ đạt cựa đại khi:
tgψ0 = (1/k0h1)(π/2 + nπ)
và cực tiểu khi:
tgψ0 = (λ0/ h1)(n/2) với n = 0,1,2,… (2.5)
* Giản đồ phủ sóng (coverage diagram): Là đồ thị cường độ trường tương đối
như là hàm của hướng bức xạ trong không gian từ anten phát (tương tự kiểu bức xạ
của anten).
- Thông số cố định: λ0, h1
- Biến: h2 và d , tạo ra mặt phẳng (d,h2)
10
- Giản đồ phủ sóng là đồ thị của các đường cong:
F/r = const.
trong mặt phẳng (d,h2) với r là khoảng cách từ anten phát tới anten thu ≈ d.
- Các đường cong F/r khác nhau thường được chọn vẽ để thể hiện mức tín hiệu như
nhau có thể thu được tại một khảng cách bội hay phần của khoảng tham chiếu không
gian tự do, chẳng hạn:
F/r = m/rf hay F= mr/rf ≈ md/rf với m = 1, 21/2, 2 … hay 2-1/2, 1/2...
- Mức tín hiệu giữa các đường cong kế tiếp sẽ chênh lệch 3dB và được tìm từ quan
hệ (khi hệ số phản xạ = -1)
F = 2|sin(k0h1h2/d)| = md/df với ký hiệu rf = df (2.6.a)
Với mặt đất phẳng thì dùng (2.3) và (2.5) sẽ tiện hơn, khi đó:
2|sin(k0h1tgψ0| ≈ 2|sin(k0h1ψ0| = md/df (2.6.b)
Với d được coi là bán kính và ψ0 là góc cực trong hệ tọa độ cực.
+ Dạng điển hình của giản đồ phủ sóng:
- rf : Khoảng cách tự do để thu được cường độ tín hiệu cho trước => khoảng
cách tối đa để thu được cùng mức tín hiệu khi có giao thoa là 2rf tương ứng với
khoảng cách :
d = 2 rf cosψ0
Ví dụ: cho rf = 2 km =>
- Bất kỳ cặp giá trị (h2,d) trên đường cong mô tả búp sóng sẽ thể hiện một điểm
trong không gian mà tại đó cường độ tín hiệu thu được giống với khoảng cách 2km
trong không gian tự do
Ví dụ : Nếu chiều cao anten thu là 10m Æ công suất tín hiệu thu được ở khoảng
cách 3,2km sẽ giống với ở khoảng cách 2km dưới điều kiện truyền sóng tự do (không
giao thoa).
- Búp sóng nhỏ hơn với rf = 1,4 biểu thị mức tín hiệu 3dB lớn hơn búp sóng to,
tương ứng với m = 21/2 trong phương trình (2.6.b)
11
- Khi ψ0 nhỏ hơn rất nhiều so với cực đại đầu tiên thì từ (2.4) =>
F = 2k0h1h2/d
=> Điện áp tín hiệu thu được ~ 1/d2 và giảm vùng phủ sóng.
* Hệ số phản xạ đối với sóng TEM được cho bỡi công thức Fresnel, phụ thuộc
vào dạng phân cực của sóng tới (đứng, ngang) độ dẫn điện của đất, độ điện thẩm
(hằng số điện môi) tần số và góc tới. Nếu độ dẫn điện của đất là σ, hằng số điện môi
ε = κ ε0
và ψ là góc giữa tia tới và đất thì sẽ có các công thức của hệ số phản xạ tại mặt đất
cho các trường hợp:
+ Sóng phân cực đứng
+ Sóng phân cực ngang
Giá trị điển hình của κ là ≈ 15, σ = 10-3 Æ 3x10-2 (S/m), và 10-2 (S/m) cho đất
đồng cỏ. Độ dẫn của đồi núi sẽ thấp hơn nhiều và κ ≈ 6—7 với độ dẫn thấp và tăng
khi độ dẫn tăng.
Khi điểm phản xạ ở trên bề mặt gồ ghề thì trường bị tán xạ theo kiểu khuếch tán Æ
ρ giảm và Æ xuất hiện tượng trễ pha của sóng phản xạ khi tới an ten thu.
* Ảnh hưởng của sự thay đổi chiết suất khí quyển:
- Chiết suất giảm theo chiều cao Æ đường chuyền sóng sẽ bị bẻ cong.
- Để khảo sát, có thể chia khí quyển thành nhiều lớp với các giá trị chiết suất rời
rạc cho mỗi lớp.
- Theo luật khúc xạ Snell thì đường truyền bị bẻ cong về phía nằm ngang.
- Để khảo sát hiệu ứng bẻ cong đường truyền, có thể coi sóng truyền qua mặt đất
hình cầu và thay mặt đất phẳng bởi một mặt đất cầu có bán kính lớn hơn và tia truyền
là thẳng trong từng lớp.
- cần chọn một phân bố chiết suất chuẩn và thường được chọn sao cho sự
thay đổi chiết suất tương ứng với tăng bán kính quả đất bởi hệ số 4/3
- Bán kính hiệu dụng của quả đất được chọn:
ae =5280 mi, hay 8497 km.
12
* Khoảng chân trời:
dT = (2h1ae)1/2
hay khi dT đo bằng mi, h đo bằng feet (ft):
dT = (2h1(ft))1/2
khoảng cách giữa 2 anten:
dM = (2h1(ft))1/2 +(2h1(ft))1/2 (mi)
§2.2 ANTEN ĐỊNH XỨ TRÊN MẶT ĐẤT HÌNH CẦU
- Xét các anten định xứ trên mặt cầu bán kính hiệu dụng ae (tính tới sự thay đổi
chiết suất) khi đó hệ số F trở thành:
F = {(1 + Dρ)2 - 4 Dρsin2[(φ – k0 ∆R)/2]}1/2
Với D : Hệ số sai lệch biên độ tia
* Giản đồ phủ: Được vẽ dưới dạng đường cong với
h2 = const.
có dạng Parabol .
- Nếu hệ số phản xạ = -1 thì độ lợi đường là:
F = {(1 + Dρ)2 - 4 Dcos2[( k0 ∆R)/2]}1/2
={(1 + Dρ)2 - 4 Dcos2[(π/2)νξ]}1/2
với
ν = 4h13/2/λ0(2ae)1/2
= h13/2/1030λ0 với h1, h2 tính theo m
* Giản đồ phủ là đồ thị thị của phương trình:
F = ={(1 + Dρ)2 - 4 Dcos2[(π/2)νξ]}1/2 = md/dT
với m = dT/rf
- Khi hệ số phản xạ khác -1: D và ξ được tìm từ đồ thị các đường cong D = const.
với các trục là (h2 / h1) và d/dT và đồ thị các đường cong ξ = const.
13
- Điều kiện có thể áp dụng các công thức đơn giản của giao thoa trên mặt đất
phẳng:
2k0h1h2/d – πνξ < 0,1π
Sau đó vẽ các giản đồ với
ν = const.
và chọn vùng bên trái các đường cong này
* Ứng dụng của giản đồ phủ và công thức giao thoa:
Ví dụ 1 (Hệ thống Rada): Một Radar có chiều cao anten là h1 = 15m, theo rõi máy
bay đến đang ở chiều cao 300m = h2 bước sóng làm việc λ = 10cm, Rada dùng sóng
phân cực ngang để có hệ số phản xạ = -1. Xác định các vùng máy bay có thể được
quan sát, khi khoảng quan sát cực đại trong không gian tự do của Radar là 40km.
Giải : Dựa vào đồ thị mức tín hiệu thu tương đối, phụ thuộc d/dT.
ν = 0,564
Æ có thể dùng giản đồ ν = 0,5 ( ứng với h1 = 13,85)
- Khoảng chân trời dT15,96 km
=> khoảng tự do cực đại 40km = 2,5dT
- Công suất sóng tới mục tiêu ~ F2, công suất từ mục tiêu về lại radar cũng ~ F2
=> công suất thu ở radar ~ F4.
=> công suất tín hiệu giữa các búp sóng lân cận trên giản đồ thay đổi 6dB (nếu
công suất thu ~ r4, => sự thay đổi 21/2r sẽ thay đổi 6dB mức tín hiệu).
G...