Chương 4: TRUYỀN SÓNG VÔ TUYẾN pdf

1
Chương 4: TRUYỀN SÓNG VÔ TUYẾN
1. Giới thiệu
2. Qúa trình truyền sóng trong không gian tự do
3. Truyền sóng trong tần đối lưu
4. Bài tập
2
1. Giới thiệu
1. Trực tiếp
2. Phản xạ
3. Tầng đối lưu
4. Qua tầng điện ly
5. Chuyển tiếp qua vệ tinh
6. Sóng mặt (sóng đất)
Tầng đối lưu (troposphere): vùng thấp của khí quyền (thấp hơn 10km)
Tầng điện ly (ionosphere): từ 50 km đến 1000km
Ảnh hưởng đến sóng: phản xạ, khúc xạ, nhiễu xạ, tán xạ, suy hao, phân cực
3
1. Giới thiệu
•
Truyền thông bằng sóng vô tuyến được thực hiện bằng sóng điện từ
truyền trong không gian trong một khoảng cách xa mà không dùng
dây.
•
Sóng điện từ có tần số từ 100Hz đến 300GHz.
•
Dựa vào tính chất vật lý, đặc điểm lan truyền, chia thành các băng
sóng:
4
1. Giới thiệu
Tên băng tần (Băng sóng) Ký hiệu Phạm vi tần số

Tần số vô cùng thấp ULF 30 - 300 Hz
Tần số cực thấp ELF 300 - 3000 Hz
Tần số rất thấp VLF 3 - 30 kHz
Tần số thấp (sóng dài) LF 30 - 300 kHz
Tần số trung bình (sóng trung) MF 300 - 3000 kHz
Tần số cao (sóng ngắn) HF 3 - 30 MHz
Tần số rất cao (sóng mét) VHF 30 - 300 MHz
Tần số cực cao (sóng decimet) UHF 300 - 3000 MHz
Tần số siêu cao (sóng centimet) SHF 3 - 30 GHz
Tần số vô cùng (sóng milimet) EHF 30 - 300 GHz
Dưới milimet 300 - 3000 GHz
•
Ứng dụng các băng sóng:
+ LF, MF: phát thanh điều biên nội địa, thông tin hàng hải.
+ HF: phát thanh điều biên cự ly xa.
+ VHF, UHF: phát thanh điều tần (66-108MHz), truyền hình, viba số
băng hẹp, hệ thống thông tin di động mặt đất.
+ SHF: viba số băng rộng, thông tin vệ tinh.
+ EHF: thông tin vũ trụ.
5
1. Giới thiệu
•
Các hiện tượng ảnh hưởng đến truyền sóng vô tuyến
1. Sóng trực tiếp (line of sight): đa số radar, tuyến (SHF) từ mặt đất đến vệ tinh
2. Sóng trực tiếp cộng với phản xạ của mặt đất: VHF UHF broadcast, ground to
air, air to air
3. Sóng mặt (sóng đất) : AM broadcast, thông tin hàng hải tầm ngắn
6
1. Giới thiệu
•

Các hiện tượng ảnh hưởng đến truyền sóng vô tuyến
4. Bước nhảy ở tầng điện ly : MF HF broadcast , communication
5. Dẫn sóng nhờ tầng điện ly : VLF LF communication
7
1. Giới thiệu
•
Các hiện tượng ảnh hưởng đến truyền sóng vô tuyến
6. Đường do tầng đối lưu : tuyến microwave, over the horizon (OTH) radar and
communication
7. Nhiễu xạ mặt đất
8. Truyền sóng tầm thấp và bề mặt
8
1. Giới thiệu
•
Đặc tính kênh vô tuyến di động ảnh hưởng trực tiếp đến chất
lượng truyền dẫn và ứng dụng
Các yếu tố hạn chế từ môi trường:
+Suy hao: tăng theo khoảng cách.
+Che chắn: các vật cản trên
đường truyền làm suy giảm tín
hiệu.
+Phadinh đa đường:tín hiệu trực
tiếp, phản xạ, tán xạ, nhiễu xạ
giao thoa với nhau gây méo tín
hiệu.
+Nhiễu: trùng tần số, kênh lân
cận.
9
2. Quá trình truyền sóng trong không gian tự do
•

Công suất trung bình nguồn phát , phát theo mọi hướng.
Cách nguồn phát 1 khoảng r, mật độ công suất trên một đơn vị
diện tích:
•
Nếu anten phát có độ lợi hướng tính cực
đại là , mật độ công suất theo hướng cực đại:
•
Anten thu được điều chỉnh để nhận công suất cực đại từ
nguồn phát. Nếu anten thu có diện tích hiệu dụng , công
suất tiêu tán trên tải là:
]/[
4
2
2
mW
r
P
W
T
π
=
T
P
1 m
2
r
T
R
(P
1-W

)
T
G
]/[
4
.
.
2
2
mW
r
GP
GWP
TT
TD
π
==
eff
A
R
P
][.
4
.
.
2
WA
r
GP
APP

eff
TT
effDR
π
==
10
2. Quá trình truyền sóng trong không gian tự do
•
Tại anten thu, tỷ số diện tích hiệu dụng , với độ lợi của
anten thu:
•
Do đó, tỉ số công suất thu và công suất phát là:
•
Nhớ rằng:
•
Biểu diễn f theo MHz, r theo Km. Tỉ số công suất thu và phát
theo dB:
π
λ
4
=
R
eff
G
A
eff
A
R
G
2

4
.






=
r
GG
P
P
RT
T
R
π
λ
2
4
.








=⇒=

rf
c
GG
P
P
f
c
RT
T
R
π
λ
)log20log205.32()()( fdGG
P
P
dBRdBT
dB
T
R
++−+=








11
2. Quá trình truyền sóng trong không gian tự do

•
Như vậy, hệ số suy hao đường truyền :
•
Biểu diễn lại tỉ số công suất thu và phát theo dB:
•
Cường độ điện trường E tại anten thu được tính theo mật độ
công suất và trở kháng sóng như sau:
•
Với , trong không gian tự do:
dB
L
dBdBRdBT
dB
T
R
LGG
P
P
−+=








)()(
fdL
dB

log20log205.32 ++=
D
P
0
Z
D
PZE .
0
=
ε
µ
=
0
Z
)(120/10854.8,/104
0
12
0
7
0
Ω=⇒×==×==
−−
πεεπµµ
ZmFmH
12
2. Quá trình truyền sóng trong không gian tự do
•
Từ đó, cường độ điện trường tại nơi thu:
Với là cường độ điện trường trên một đơn vị khoảng cách.
•

Ví dụ: Trong hệ thống thông tin vệ tinh. Vệ tinh ở độ cao
360000km, tần số được dùng là 4000MHz, độ lợi anten phát là
15dB, độ lợi anten thu là 45dB. Tính a) hệ số suy hao đường truyền.
b) công suất thu được khi công suất phát là 200W.
a)
b)
r
E
r
GP
E
TT
0
30
==
TT
GPE 30
0
=
dBL
dB
1964000log2036000log205.32 =++=
pWWP
P
P
dBLGG
P
P
R
T

R
dBdBRdBT
dB
T
R
51051025.02001025.0
1361964514)()(
121313
=×=××=⇒×=⇒
−=−+=−+=








−−−
13
3. Truyền sóng trong tần đối lưu
•
Sơ đồ lan truyền sóng:
•
Cường độ điện trường tại anten thu:
Nếu r rất lớn ( )
Tia 2
Tia 1
C
B

A
h
t
h
r
r
Sóng đến điểm thu theo hai đường:
+ Sóng trực tiếp: Đi trực tiếp từ phát
đến thu
+ Sóng phản xạ: Đến thu sau khi phản
xạ từ mặt đất (chỉ có một tia thỏa mãn
định luật phản xạ)






=
r
hh
r
E
E
rt
R
λ
π
2
sin

2
0
2
0
0
42
.
2
r
hh
E
r
hh
r
E
E
rtrt
R
λ
π
λ
π
=






≅

radrhh
rt
5.0/2 <<
λπ
14
3. Truyền sóng trong tần đối lưu
•
Ví dụ: Trong hệ thống phát sóng di động VHF, trạm chính phát một
công suất 100W ở tần số 150MHz, anten cao 20m. Anten phát là
anten dipole có độ lợi 1.64. Tính cường độ trường tại anten thu
cao 2m cách đó 40km.
•
Vì nên
•
Đường chân trời vô tuyến:
mVE /7064.110030
0
=××=
2/
λ
m2
10150
10300
6
6
=
×
×
=
λ

radrhh
rt
5.0/2 <<
λπ
mV
r
hh
EE
rt
R
/11
)1040(2
24704
232
0
µ
π
λ
π
=
××
××
=≅
Thu
Phát
A B
Quá trình truyền lan sóng đất (sóng bề mặt)
O
h
r

h
t
A
B
a
dmax
C
)(17)(17)(
max
mhmhkmd
rt
+=