›
›

Truyền sóng và anten - Chương 2: Truyền lan sóng cực ngắn

pdf 33 trang vanle 2610
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Truyền sóng và anten - Chương 2: Truyền lan sóng cực ngắn", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdftruyen_song_va_anten_chuong_2_truyen_lan_song_cuc_ngan.pdf

Nội dung text: Truyền sóng và anten - Chương 2: Truyền lan sóng cực ngắn

  1. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN CHƢƠNG 2 TRUYỀN LAN SÓNG CỰC NGẮN GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 38 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  2. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN NỘI DUNG . Nội dung chương 2: (5) • 2.1 Tổng Quát • 2.2 Truyền lan trong giới hạn nhìn thấy trực tiếp với điều kiện lý tưởng • 2.3 Ảnh hưởng của độ cong trái đất • 2.4 Ảnh hưởng của địa hình • 2.5 Ảnh hưởng của tầng đối lưu • 2.6 Câu hỏi và bài tập GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 39 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  3. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 2.1 Tổng quát . Đặc điểm truyền lan sóng cực ngắn • Bước sóng từ 1mm đến 10m (30MHz – 300GHz): Là sóng siêu cao tần (RF – Radio Frequency) • Phương pháp truyền + Tần số cao nên không thể phản xạ trong tầng điện ly (đi xuyên qua) + Bước sóng ngắn nên khả năng nhiễu xạ kém, bị hấp thụ mạnh bởi mặt đất + Phương pháp truyền sóng không gian: Là phù hợp nhất - Tán xạ tầng đối lưu - Siêu khúc xạ tầng đối lưu - Truyền lan trong giới hạn nhìn thấy trực tiếp GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 40 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  4. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 2.1 Tổng quát . Đặc điểm truyền lan sóng cực ngắn • Tán xạ tầng đối lưu + Tồn tại các vùng không gian không đồng nhất trong tầng đối lưu + Sóng đi vào trong vùng không đồng nhất sẽ khuyếch tán theo mọi hướng Lợi dụng để truyền sóng đến điểm thu + Đặc điểm: Không ổn định do vùng không đồng nhất luôn thay đổi Hình 2.1: Tán xạ tầng đối lưu GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 41 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  5. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 2.1 Tổng quát . Đặc điểm truyền lan sóng cực ngắn • Siêu khúc xạ tầng đối lưu + Chỉ số chiết suất N giảm theo độ cao. -1 + Khi tốc độ giảm đạt dN/dh < -0,157 (m ) Tia sóng có bán kính cong lớn hơn độ cong trái đất nên quay trở lại mặt đất : Siêu khúc xạ Lợi dụng để truyền sóng đến điểm thu sau khi phản xạ nhiều lần trên mặt đất + Đặc điểm: Không ổn định do miền siêu khúc xạ luôn thay đổi 2 1 3 Hình 2.2: Siêu khúc xạ tầng đối lưu gh 4 5 4’ 4 5’ A h0 GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 42 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  6. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 2.1 Tổng quát . Đặc điểm truyền lan sóng cực ngắn • Truyền lan trong giới hạn nhìn thấy trực tiếp + Hai anten thu và phát phải được đặt cao trên mặt đất để tránh bị che chắn bởi các vật cản trên đường truyền hay độ cong của trái đất + Sóng truyền từ phát đến thu trong miền không gian nhìn thấy trực tiếp giữa hai anten + Đặc điểm: Ít phụ thuộc vào điều kiện thiên nhiên, sử dụng phổ biến Hình 2.3 Truyền lan trong giới hạn nhìn thấy trực tiếp GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 43 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  7. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 2.2 Truyền lan trong giới hạn nhìn thấy trực tiếp với điều kiện lý tưởng . Sơ đồ tuyến thông tin • Khảo sát quá trình truyền lan sóng với điều kiện lý tưởng + Mặt đất là bằng phẳng, không có vật cản trên đường truyền + Khí quyển đồng nhất, đẳng hướng và không hấp thụ + Anten đặt cao trên mặt đất ít nhất vài bước sóng công tác () • Sơ đồ truyền lan sóng B Tia 1 Sóng đến điểm thu theo hai đường: A h + Sóng trực tiếp: Đi trực tiếp từ phát r đến thu Tia 2 + Sóng phản xạ: Đến thu sau khi phản ht xạ từ mặt đất (chỉ có một tia thỏa mãn C định luật phản xạ) r Hình 2.4 Mô hình truyền sóng với điều kiện lý tưởng GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 44 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  8. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 2.2 Truyền lan trong giới hạn nhìn thấy trực tiếp với điều kiện lý tưởng . Cường độ điện trường tại điểm thu • Tổng hợp cường độ trường hai sóng thành phần (giao thoa) (2.1) EEER 1 2 + Cường độ trường do tia trực tiếp 245. P GT1 T kW jt (2.2) E1 e mV/m r1 km + Cường độ trường do tia phản xạ 245. P G T kW T2 j  t k r (2.3) E2 Re mV/m r2 km r1 : đoạn đường đi của tia tới trực tiếp; r2 : đoạn đường đi của tia phản xạ r: hiệu số đường đi của hai tia r = r1-r2; k : hệ số sóng (= 2 /) R : hệ số phản xạ phức từ mặt đất: R Re j , R: mô đun,  góc sai pha GT1 và GT2: hệ số khuếch đại của anten phát theo hướng tia trực tiếp và tia phản xạ GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 45 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  9. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 2.2 Truyền lan trong giới hạn nhìn thấy trực tiếp với điều kiện lý tưởng . Cường độ điện trường tại điểm thu • Do chiều cao anten hT, hR <<r GT1 = GT2 = GT; r1 = r2 = r, nhưng khi tính sai pha thì không bỏ qua vì r = r2 – r1  + Cường độ điện trường do tia trực tiếp 245. P G T kW T jt (2.4) E1 e mV/m r km + Cường độ điện trường do tia phản xạ 2 245. P G j  t  r T kW T  (2.5) E2 Re mV/m r km + Cường độ điện trường tổng 2 245. P G jr  T kW T  jt (2.6) EEE 12 1 R.e e mV/m r km GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 46 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  10. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 2.2 Truyền lan trong giới hạn nhìn thấy trực tiếp với điều kiện lý tưởng . Cường độ điện trường tại điểm thu + Đặt  =  + k. r: Góc sai pha toàn phần. Chuyển dạng hàm mũ sang hàm lượng giác jj 2 1 R . e 1 R .cos jR .sin  1 R .cos  R . e (2.7) tg R.sin  1 R .cos  + Cường độ điện trường tổng tại điểm thu 2 245. PT kW GT . 1 2R cos  R jt  E .e mV/m (2.8) r km 173. P G T kW T 2 (2.9) Eh . 1 2R cos  R mV/m r km + Hệ số suy giảm trong trường hợp mặt đất phẳng 2 F 1 2R cos  R F  1 R F 1 R (2.10) GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 47 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  11. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 2.2 Truyền lan trong giới hạn nhìn thấy trực tiếp với điều kiện lý tưởng . Cường độ điện trường tại điểm thu • Với tuyến xác định: hT, hR, , , có thể xác định cự ly thông tin r để có hệ số suy giảm đạt cực trị + Cực đại tại ( + k. r) = 2n. với n = 1,2, + Cực tiểu tại ( + k. r) = (2n + 1). với n = 1,2, GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 48 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  12. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 2.2 Truyền lan trong giới hạn nhìn thấy trực tiếp với điều kiện lý tưởng . Cường độ điện trường tại điểm thu + B Hiệu số đường đi giữa hai tia Tia 1 h -h r r t A hr Tia 2 ht 2 22 2 C r1 AB h r h t r 2 '2 2 2 r2 AB h t h r r hr +ht hr 22 22 rr21 r2 r 1 r 2 r 1 . r 2 r 1 r rr21 2h h B’ rmtr (2.11) r Hình 2.5 Xác định hiệu số đường đi giữa hai tia GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 49 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  13. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 2.2 Truyền lan trong giới hạn nhìn thấy trực tiếp với điều kiện lý tưởng . Cường độ điện trường tại điểm thu 0 0 • Do r >> hT, hR góc tới tia phản xạ rất lớn ( 90 ) R 1;  180 2 F 1 2R cos  R 2 F 1 2R cos  4 .hTR .h R r. F 2 2cos4 .hTRTR .h 2. sin 2 .h .h (2.12) r. r. + Công thức hợp lý hóa 0,36.hT m .h R m (2.13) F 2. sin r. km  m + Công thức giao thoa đơn giản 346. PT kW .GT 0,36.h .h E . sinT m R m mV / m (2.14) h r. r km km m GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 50 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  14. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 2.2 Truyền lan trong giới hạn nhìn thấy trực tiếp với điều kiện lý tưởng . Cường độ điện trường tại điểm thu • Xác định điểm giao thoa đạt cực trị + Cực đại sin2 .hTRTR .h 1 sin 2 .h .h 1 r. r. 2 .hTR .h 2n 1 . n 0,1,2, r. 2 4.hTR .h rmn _ max (2.15) 2n  1 . + Cực tiểu sin2 .hTRTR .h 0 2 .h .h n 1 . n 0,1,2, r. r. 2.hTR .h rmn _ min (2.16) n  1 . GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 51 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  15. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 2.2 Truyền lan trong giới hạn nhìn thấy trực tiếp với điều kiện lý tưởng . Cường độ điện trường tại điểm thu • Công thức Vơvedensky 0 + Với sin( ) (rad) khi < 20 , nên h .h r. (2.17) TR 18 F 4 .hTR .h .r 2,18. PT kW .GT .h T m .h R m (2.18) Eh 2 mV / m r. km  m + Công thức Vơvedensky xác định cường độ điện trường tại cự ly r 18.hTR .h (2.19)  GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 52 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  16. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 2.3 Ảnh hưởng của độ cong trái đất . Sơ đồ tuyến thông tin khi kể đến độ cong trái đất • Ảnh hưởng của độ cong trái đất + Hiệu số đường đi giữa sóng trực tiếp và sóng phản xạ thay đổi + Điểm phản xạ lồi nên có tính tán xạ Hệ số phản xạ nhỏ + Hạn chế tầm nhìn trực tiếp giữa anten thu và phát B A ’ h r ’ h t A1 C B1 ht hr Hình 2.7 Mô hình truyền a sóng trên mặt đất cầu O GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 53 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  17. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 2.3 Ảnh hưởng của độ cong trái đất . Cự ly nhìn thấy trực tiếp, cường độ điện trường tại điểm thu • Cự ly nhìn thấy trực tiếp r0 + Là cự ly lớn nhất có thể nhìn thấy được với anten có độ cao ht, hr r0 AC CB r o 2 22 C A AC a ht a 2a.h t h t 2a.h t h t a B h t hr 2 2 CB a hr a 2a.h r h r a (2.20) r 2a. h h m a 0 t r + Công thức thực nghiệm (r0 = r, cự ly dọc theo mặt đất) (2.21) r 3,57 h h km O 0 t m r m Hình 2.8 Cự ly nhìn thấy trực tiếp GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 54 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  18. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 2.3 Ảnh hưởng của độ cong trái đất . Cự ly nhìn thấy trực tiếp, cường độ điện trường tại điểm thu • Cường độ điện trường + Quá trình truyền sóng ở cự ly nhỏ hơn cự ly nhìn thấy trực tiếp - Tương tự như mặt đất phẳng, chiều cao anten xác định bằng chiều cao giả định : h’t, h’r - Giá trị chiều cao anten giả định xác định bằng hệ số bù m (tra theo bảng hoặc đồ thị - phụ thuộc hệ địa lý) '' ht .h r m.h t .h r (2.22) 2.m.h .h rmtr (2.23) r 4 .m.h .h (2.24) F tr .r 2,17 P G .m.h .h T kW T t m r m (2.25) Eh 2 mV / m r. km  m GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 55 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  19. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 2.4 Ảnh hưởng của địa hình . Độ gồ ghề của trái đất (tia phản xạ) • Ảnh hưởng độ ghề của trái đất + Hiện tượng tán xạ + Tiêu chuẩn Rayleigh  hm (2.26) 8sin Hình 2.9 Mặt cắt ngang địa hình thực Tia A h: Độ cao của mặt đất phẳng giả định Mặt sóng 1 Tia B A’ so với mặt đất thực Mặt sóng 2 C : Góc tới tại điểm phản xạ A ’ C Khi tiêu chuẩn Rayleigh thỏa mãn  sự phản xạ sóng không có tính tán xạ B’ h Mặt đất coi là phẳng B Hình 2.10 Mô hình tiêu chuẩn Rayleigh GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 56 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  20. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 2.4 Ảnh hưởng của địa hình . Nguyên lý Huyghen, miền Fresnel (tia trực tiếp) • Nguyên lý Huyghen + Nhận xét - Bản chất điện từ của sóng ánh sáng - Tính chất sóng của sóng điện từ khi truyền lan + 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. M S r A Hình 2.11: Xác định trường theo nguyên lý Huyghen GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 57 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  21. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 2.4 Ảnh hưởng của địa hình . Nguyên lý Huyghen, miền Fresnel (tia trực tiếp) • Nguyên lý Huyghen B’ B C Hình 2.12. Biểu diễn nguyên lý Huyghen trong không gian tự do A A’ + 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. GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 58 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  22. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 2.4 Ảnh hưởng của địa hình . Nguyên lý Huyghen, miền Fresnel (tia trực tiếp) N • Miền Fresnel n + Xây dựng miền Fresnel N1 + Nguồn phát A, điểm thu B, AB = r N0 A B + Dựng mặt sóng đi qua điểm N0 N’1 + Dựng mặt nón tròn xoay trục BN0, đường sinh là: (BN + n./2), cắt mặt r ’ r 0 1 Nn 2 sóng ở Nn (n = 1,2,3 ) + N4 - + + N3 - Khái niệm + + + - N2 + Miền Fresnel thứ n (F ) là vùng không gian được + - - - + n - N1 + + - giới hạn bởi quỹ tích các điểm mà hiệu số giữa tổng + + + - + - N0 + - + - + + + 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. + + AN N B AB n.  (2.27) nn 2 + Miền Fresnel có dạng elip tròn xoay nhận hai điểm thu Hình 2.13: Nguyên lý cấu tạo miền Fresnel trên mặt sóng cầu và phát làm tiêu điểm, có bán kính là bn GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 59 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  23. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 2.4 Ảnh hưởng của địa hình . Nguyên lý Huyghen, miền Fresnel (tia trực tiếp) S0 • Miền Fresnel Nn + Tính bán kính miền Fresnel n, bn  AN BN r r n. bn n n 1 2 2 bb22 22 nn A r1 r2 B ANn r 1 b n r 1 . 1 2 r 1 b n r 1 r 2r N0 11 bb22 BN r22 b r . 1 nn r b r Hình 2.14: Xác định bán kính miền Fresnel n 2 n 2r2 2 2r n 2 22 b bb22  1max r nn r r r n. 12r 2 2r 1 2 2 12 r .r (2.28) b= 12 .n. m A B n rr 12 + Công thức hợp lý hóa r .r .n bm= 17,32. 1(km) 2(km) n (2.29) Hình 2.15: Vùng tham gia vào quá trình r12 r .f GHz km truyền lan sóng GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 60 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  24. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 2.4 Ảnh hưởng của địa hình . Nguyên lý Huyghen, miền Fresnel (tia trực tiếp) • Miền Fresnel + Chứng minh được rằng: Cường độ trường tại điểm thu chủ yếu được gây ra bởi vùng không gian nằm trong khoảng một nửa miền Fresnel thứ nhất (0,6b1). Tổng cường độ trường do các điểm nằm ngoài miền này gây ra tại điểm thu sẽ bù trừ cho nhau và triệt tiêu do pha của chúng ngược nhau. Đây là giới hạn của vùng truyền sóng trong phạm vi nhìn thấy trực tiếp. + Ý nghĩa - Quá trình truyền sóng vô tuyến giữa hai anten thu và phát không phải chỉ theo một tia, cũng không phải do toàn bộ miền không gian mà chỉ là vùng không gian có dạng elip tròn xoay nằm trong khoảng một nửa miền Fresnel thứ nhất - Quá trình truyền sóng vô tuyến cơ bản tồn tại khi vùng không gian giới hạn bởi 0,6 b1 không bị cản trở suốt dọc đường truyền. - Để quá trình phát và thu sóng vô tuyến đạt hiệu quả cao, ta dùng các biện pháp kỹ thuật để sóng điện từ bức xạ ra chỉ tập chung trong miền Fresnel thứ nhất sử dụng anten có hướng (anten parabol). GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 61 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  25. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 2.5 Ảnh hưởng của tầng đối lưu . Chiết suất (n), chỉ số chiết suất (N) ' c1'  n1  v2 (2.30) 6 N 10 . n 1 + 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 Hiện tượng khúc xạ khí quyển B - Tốc độ thay đổi: A dN 1/m dh C Hình 2.16 Quỹ đạo của tia sóng trực tiếp và tia phản xạ từ mặt đất trong tầng khí quyển thực GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 62 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  26. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 2.5 Ảnh hưởng của tầng đối lưu Quỹ đạo sóng . Bán kính cong của sóng b + d + Nguyên tắc n + dn = const dh + Chia tầng đối lưu thành các lớp a mỏng với độ dày dh, chiết suất thay c n = const đổi một lượng dn + Cung AB nằm trên đường tròn bán R kính R, góc chắn tâm d + Bán kính cong d ab Hình 2.17 tính bán kính R O d cong tia sóng dh dh dh ab d R cos +d c os c os .d sin .dn n.sin n dn .sin d cos . d n 6 n 1 10 0 R R htr ,h r 90 ;n 1 dn dn dN sin . dh dh dh (2.31) + dN/dh > 0 R 0; dN/dh = 0 R = GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 63 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  27. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 2.5 Ảnh hưởng của tầng đối lưu . Phương pháp tính cường độ điện trường • Bán kính tương đương của trái đất, atd + 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 = ) Bán kính atd phải thỏa mãn điều kiện: Độ cong tương đối giữa mặt đất và tia sóng không đổi a) b) Hình 2.18 Các quỹ đạo của sóng vô tuyến a) Quỹ đạo thực với trái đất bán kính thực R Bán kính b) Quỹ đạo đường thẳng với trái đất có bán a cong quỹ atđ kính tương đương Bán kính đạo trái đất 1 1 1 1 a a a td a dN (2.32) a R atd 1 1 a .10 6 R dh dN 21 4.10 m atd 8.500km dh GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 64 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  28. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 2.5 Ảnh hưởng của tầng đối lưu . Phương pháp tính cường độ điện trường • Hệ số cong tia sóng, k a1 k td (2.33) dN 6 a 1 a .10 dh + Cự ly nhìn thấy trực tiếp (2.34) ' r0 2k.a h t h r m + Độ lồi trái đất r1 km .r 2 km Bm (2.35) 12,74.k GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 65 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  29. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN dN 2.5 Ảnh hưởng của tầng đối lưu Quỹ đạo sóng tương Loại khúc xạ R (m) a (m) Quỹ đạo sóng thực tế dh (1/m) tđ đương Khúc xạ âm >0 < 0 < 6,378.106 a atd < a Không khúc xạ 0 6,378. 106 a atd = a Khúc xạ thường - 0,04 2,5. 107 8,5. 106 a atd < 4a/3 Khúc xạ tới hạn - 0,157 6,378. 106 a atd = Siêu khúc xạ < - 0,157 < 6,378. 106 < 0 a atd < 0 GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 66 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  30. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 2.5 Ảnh hưởng của tầng đối lưu . Hấp thụ sóng trong tầng đối lưu + Năng lượng sóng bị hấp thụ do các phân tử khí, mưa, sương mù + Hấp thụ phụ thuộc vào tần số, thay đổi theo không gian, thời gian • Hấp thụ phân tử + Chủ yếu do phân tử nước và ôxy + Phụ thuộc thiều vào tần số +2 10 H2 O đặc biệt tăng nhanh với tần số trên 10GHz O2 Suy +1 hao 10 dB/ km 100 f = 22 GHz Hình 2.19. Sự phụ thuộc của hệ số hấp thụ sóng 10-1 của O2 và H2O vào tần số 10-2 10-3 3 6 15 30 60 150 300 Tần số GHz GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 67 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  31. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 2.5 Ảnh hưởng của tầng đối lưu . Hấp thụ sóng trong tầng đối lưu • Hấp thụ trong mưa và sương mù + Hấp thụ trong mưa phụ thuộc vào cường độ mưa tính theo mm/h, và theo tần số, tăng nhanh với tần số từ 6GHz trở lên 40 30 + Hấp thụ do sương mù phụ thuộc Hấp thụ theo tần số và tầm nhìn xa của anten dB/km 20 + Gây thay đổi phân cực sóng Hấp thụ dB/km 10 8 10 30 m 6 1 4 41 m 150 m 3 0,1 2 0,01 1 3 10 30 100 Tần số GHz 8 10 20 30 40 50 60 100 Tần số GHz Hình 2.20. Sự phụ thuộc của hệ số hấp thụ trong Hình 2.21. Sự phụ thuộc của hệ số hấp thụ trong sương mù theo tầm nhìn xa và tần số mưa với cường độ mưa 100 mm/h vào tần số GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 68 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  32. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 2.6 Câu hỏi và bài tập . Bài tập chương 2 9. Cho đường truyền có các thông số sau: Công suất bức xạ 15 W, bước sóng công tác 35 cm, hệ số khuếch đại của anten phát là 100, độ cao của anten phát và anten thu lần lượt là 80 m và 20 m, cự ly đường truyền là 10 km. Với R = 0,91 và  = 1800 khi sóng phân cực ngang và R = 0,68;  = 1800 khi sóng phân cực đứng. Xác định hệ số suy giảm? (a) 0,42 và 0,44; (b) 0,52 và 0,54; (c) 0,62 và 0,64; (d) 0,72 và 0,74 10. Số liệu như bài 9, xác định cường độ điện trường hiệu dụng tại điểm thu? (a) 10 mV/m và 11,5 mV/m; (b) 11 mV/m và 10,5 mV/m; (c) 11 mV/m và 11,5 mV/m; (d) 10,5 mV/m và 11,5 mV/m 11. Số liệu như bài 9, xác định tổn hao truyền sóng biết hệ số khuếch đại của anten thu là 100. (a) 76,78 dB và 76,45 dB; (b) dB; (c) 76,78 dB và 80,45 dB; (d) 80,78 dB và 80,45 dB 12. Xác định hệ số suy giảm khi đường truyền có các tham số: công suất phát 50 W, bước sóng công tác 10 cm, hệ số khuếch đại anten phát 60, độ cao anten phát 25 m, anten thu 10 m, cự ly truyền sóng 10 km, hệ số phản xạ R = 1 và  = 1800. (a) 1,62 ; (b) 1,72; (c) 1,82; (d) 1,92 13. Số liệu như bài 12, xác định cường độ điện trường tại điểm thu? (a) 115,34 µV/m; (b) 125,34 µV/m; (c) 115,34 mV/m; (d) 125,34 mV/m GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 69 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  33. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 2.6 Câu hỏi và bài tập . Bài tập chương 2 14. Số liệu như bài 12 nhưng bước sóng công tác là 1m. Hãy xác định cường độ điện trường tại điểm thu? (a) 15 mV/m; (b) 16 mV/m; (c) 17 mV/m; (d) 18 mV/m 15. Một anten phát được đặt ở độ cao 49m và anten thu được đặt ở độ cao 25m. Khoảng cách tầm nhìn thẳng của hai anten này là giá trị nào dưới đây? (a) 35,8 km; (b) 42,8 km; (c) 45,8 km; (d) 50,8 km 16. Một anten phát được đặt ở độ cao 30m và anten thu được đặt ở độ cao 15m. Khoảng cách tầm nhìn thẳng của hai anten này là giá trị nào dưới đây? (a) 27,4 km; (b) 30,4 km; (c) 33,4 km; (d) 35,4 km 17. Anten phát vô tuyến truyền hình đặt ở độ cao 64m. Tính độ cao của anten thu tại một điểm đặt cách xa đài phát đó một khoảng 50 km để có thể thu được tín hiệu. (a) 2 m; (b) 2,5 m; (c) 3 m; (d) 3,5 m 18. Xác định bán kính cong của tia sóng khi đi trong tầng đối lưu đối lưu tiêu chuẩn? (a) 2.106 m; (b) 2,5.106 m; (c) 2.107 m; (d) 2,5.107 m GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 70 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1