dẫn sóng

N
g
u
y
ễn Côn
g
Phươn
g
gy g g
Lý thuyếttrường điệntừ
Lý

thuyết

trường

điện

từ
Dẫn sóng & bức xạ
Nội dun
g
1. Giới thiệu
2. Giải tích véctơ
3. Luật Coulomb & cường độ điện trường
4. Dịch chuyển điện, luật Gauss & đive
5. Năng lượng & điện thế
6. Dòng điện & vật dẫn
7. Điện môi & điện dun
g
g

8. Các phương trình Poisson & Laplace
9. Từ trường dừng
10. L
ự
c từ & đi
ệ
n cảm
ự ệ
11. Trường biến thiên & hệ phương trình Maxwell
12. Sóng phẳng
13.
Phảnxạ &tánxạ sóng phẳng
Dẫn sóng & bức xạ
2
13.
Phản

xạ

&

tán

xạ

sóng

phẳng
14. Dẫn sóng & bức xạ
Dẫn són

g
& bức xạ
•
Trường của đường dây dài
Trường

của

đường

dây

dài
• Các kiểu dẫn sóng cơ bản
•
Phân tích sóng phẳng củadẫn sóng song phẳng
•
Phân

tích

sóng

phẳng

của

dẫn

sóng

song

phẳng
• Phân tích dẫn sóng song phẳng bằng phương trình sóng
•
Dẫn sóng chữ nhật
•
Dẫn

sóng

chữ

nhật
•Dẫn sóng điện môi phẳng
Cá
•
Cá
p quang
• Các nguyên lý cơ bản của anten
Dẫn sóng & bức xạ
3
Trườn
g
của đườn
g
dâ
y
dài (1)

++ ++
++
+
–
––
– –––
––
–
I I
0
()
jz
s
Vz Ve



++

++
+

+
+
+
+

+
++

++
+

+
+
k
E
 H
E
 H
0
()
s
0
0
()
j
z
s
V
Iz e
Z



– –––
––
–
+
++

++ ++
++
+
0
/víi ZLC
0
()
j
z
s
sx
VV
E
ze
dd



1
bd
()
sx
dd
0
0
()
jz
s
sy sz
IV

Hz K e
bbZ



00
1
ˆ
Re{ }
2
bd
zxsys
P
E H dxdy

ˆ
1
VV
0
00
0
1
()
ˆ
2
VV
bd
d
bZ


2
0
1
ˆ
V
Dẫn sóng & bức xạ
4
0
0
1
ˆ
Re[ ]
ˆ
2
2
ss
V
VI
Z


Trườn
g
của đườn
g
dâ
y
dài (2)
t
'

b
Vật dẫn (σ
c
)
d
Điệnmôi
(
σ
ε
’
μ
)
'
b
C
d


t
b
(
σ
,
ε
,
μ
)
'
b
GC

d




ngoµi
d
LL
b


Ld
2
R
b


0
'
Ld
Z
Cb



Dẫn sóng & bức xạ
5
c
b


Trườn
g
của đườn
g
dâ
y
dài (3)
2'
C



Điệnmôi
Mặt
dẫ
ln( / )
C
ba

a
b
Điện

môi
(σ, ε’, μ)
Mặt
dẫ
n
(σ
c

)
2
GC



c
Cao t
ầ
n
'ln(/)
GC
ba


ln
µi
b
L


ln
2
ngo
µi
L
a

11
,

22
trong ngoµi
R
R
b


111
R




,
22
trong ngoµi
cc
a
b




0
1
ln
ngoµi
L
b
Z



Dẫn sóng & bức xạ
6
2
c
ab




0
ln
2'C
Z
a


Trườn
g
của đườn
g
dâ
y
dài (4)
2'
C




Điệnmôi
Mặtdẫ
ln( / )
C
ba
a
b
Điện

môi
(σ, ε’, μ)
Mặt

dẫ
n
(σ
c
)
2
'
ln( / )
GC
ba




c
Th
ấp

t
ầ
n
ln( / )
ba

2
1
()
trong
c
c
l
R
S
a



p
11 1

22
1
[( )]
ngoµi
c
R
cb




222
11 1
c
R
acb






2
22
11 4
bcc



Dẫn sóng & bức xạ
7
22
22 22
11 4
ln 3 ln
24
4( )
bcc
Lbc

ab
cb cb




 







Trườn
g
của đườn
g
dâ
y
dài (5)
Mặt dẫn (σ
c
)
1
''
()
Cad




a
Điện môi
(σ, ε’, μ)
a
d
1
()
ln( / )
cosh ( / 2 )
da
da

1
cosh ( / 2 ) ln ( )
d
Ldaad





d
Cao tần
cosh ( / 2 ) ln ( )
Ldaad
a




ngoµi
GC


1
'
cosh ( / 2 )
GC
da



1
1
c
R
a



Dẫn sóng & bức xạ
8
Trườn
g
của đườn
g
dâ
y
dài (5)
Mặt dẫn (σ

c
)
1
'
C



a
Điện môi
(σ, ε’, μ)
a
d
1
cosh ( / 2 )da

G



d
Thấp tần
1
cosh ( / 2 )
G
da


1
1

h(/2)
Ld



1
1
cos
h(/2)
4
Ld
a







2
2
2
c
R
a



Dẫn sóng & bức xạ
9

Dẫn són
g
& bức xạ
•
Trường của đường dây dài
Trường

của

đường

dây

dài
• Các kiểu dẫn sóng cơ bản
•
Phân tích sóng phẳng củadẫn sóng song phẳng
•
Phân

tích

sóng

phẳng

của

dẫn

sóng

song

phẳng
• Phân tích dẫn sóng song phẳng bằng phương trình sóng
•
Dẫn sóng chữ nhật
•
Dẫn

sóng

chữ

nhật
•Dẫn sóng điện môi phẳng
Cá
•
Cá
p quang
• Các nguyên lý cơ bản của anten
Dẫn sóng & bức xạ
10
ể
Các ki
ể
u dẫn són
g
cơ bản (1)

z
x
d
y
ε
Dẫn sóng & bức xạ
11
ể
Các ki
ể
u dẫn són
g
cơ bản (2)
y
x
b
a
a
n
2
n
2
n
Dẫn sóng & bức xạ
12
d
n
2
n
1

n
1
a
b
ể
Các ki
ể
u dẫn són
g
cơ bản (3)
++ ++
++
+
–––
––––
––
–
I I
++

++
+

+
+
+
+

+
++

++
+

+
+
k
E
 H
E
 H
d
z
––––
––
–
+
++
++ ++
++
+
x
lx
k


kk
y
ε
k

l
k
l
k
x
θ
θ
Dẫn sóng & bức xạ
13
θ
ể
Các ki
ể
u dẫn són
g
cơ bản (4)
x
H
E 
k
E
H 
k
x
H
k
l
k
x
E

k
l
k
x
TE
TM
z
TE
TM
k
l
k
l
k
x
θ
θ
Dẫn sóng & bức xạ
14
θ
Dẫn són
g
& bức xạ
•
Trường của đường dây dài
Trường

của

đường

dây

dài
• Các kiểu dẫn sóng cơ bản
•
Phân tích sóng phẳng củadẫn sóng song phẳng
•
Phân

tích

sóng

phẳng

của

dẫn

sóng

song

phẳng
• Phân tích dẫn sóng song phẳng bằng phương trình sóng
•
Dẫn sóng chữ nhật
•
Dẫn

sóng

chữ

nhật
•Dẫn sóng điện môi phẳng
Cá
•
Cá
p quang
• Các nguyên lý cơ bản của anten
Dẫn sóng & bức xạ
15
Phân tích sóng phẳng của dẫn sóng song phẳng (1)
κ
λ
κ
m
k
l
λ
22
k


θ
m
mm
k




β
m
'
0
'
r
n
k
cc




Dẫn sóng & bức xạ
16
cc
Phân tích sóng phẳng của dẫn sóng song phẳng (2)
k
k
k
k
k
x
k
l



E
tới
E
phản xạ
k
x
k
l
E
tới
E
phản xạ


E
z
–
E
z
Vật dẫn
l
ý

tưở
n
g
Vật dẫn
lý tưởng

ýtưở g

lý

tưởng
TE, lệch π
TM, lệch 0
Dẫn sóng & bức xạ
17
Phân tích sóng phẳng của dẫn sóng song phẳng (3)
22
k


'
0
'
r
n
k





mm
k

0
k
cc


Phản xạ với dịch pha 0 hoặc π
k
l
λ
κ
m
d
κ
m
d
k
l
λ
k
x
Phản xạ với dịch pha 0 hoặc π
m

Dẫn sóng & bức xạ
18
2
mm
ddm
 
 
m
m
d




Phân tích sóng phẳng của dẫn sóng song phẳng (4)
κ
22
k


κ
m
k
l
λ
'
0
'
r
n
k
cc




mm
k

k

m
m

d



θ
m
cc
cos
mm
k



β
m
arccos arccos arccos
mmcm




    
 
    

22
22
arccos arccos arccos
2
11

m
mm
kd nd nd
mmc
kk k




    

    




  
  
  

Dẫn sóng & bức xạ
19
11
mm
kk k
kd nd


  


  

Phân tích sóng phẳng của dẫn sóng song phẳng (5)
κ
§
Þ
nh n
g
hÜa:
cm
mc



2
1
m
mc
k






κ
m
k
l
λ

Þg
cm
nd
1
m
k
nd




θ
m
2
1
cm
n






β
m
1
cm
m
c







22cnd



2
2
n



cm
cm
m



Dẫn sóng & bức xạ
20
2
1
m
cm
n





 


Phân tích sóng phẳng của dẫn sóng song phẳng (6)
Xét đường dây dẫn sóng song phẳng khoảng cách giữa2mặtdẫnlà
d
=1cm
Ví dụ 1
Xét

đường

dây

dẫn

sóng

song

phẳng
,
khoảng

cách

giữa

2

mặt

dẫn

là

d
=

1

cm
,
được điền đầy teflon với ε’
r
= 2,1. Xác định tần số hoạt động của sóng để nó
có thể lan truyền ở chế độ m = 1.
8
10
1
2
'
1 .3.10 3
10
21
2110
c
mc c

nd
d
  



  
10
10
1
1
3.10
10310 Hz 103GHz
c
f


  
2
,
1
2
,
1
.
10
r
nd
d


1
1
,
03
.
10 Hz 10
,
3GHz
2
22,1
c
f


  
10,3 GHz 20,6 GHzf
Dẫn sóng & bức xạ
21
Phân tích sóng phẳng của dẫn sóng song phẳng (7)
Xét đường dây dẫn sóng song phẳng khoảng cách giữa2mặtdẫnlà
d
=1cm
Ví dụ 2
Xét

đường

dây

dẫn

sóng

song

phẳng
,
khoảng

cách

giữa

2

mặt

dẫn

là

d
=

1

cm
,
được điền đầy teflon với ε’
r

= 2,1. Bước sóng của sóng hoạt động là λ = 2 mm.
Có bao nhiêu chế độ sóng lan truyền được?
3
3
2 2 2,1.10.10
2.10
cm
nd
mm



 
22,1.10
14 5
m
 
mm
14
,
5
2
m
 
Dẫn sóng & bức xạ
22
Phân tích sóng phẳng của dẫn sóng song phẳng (8)
E 
H 
x

H
k
l
k
x
E
k
l
k
x
z
TE
TM
00
lx
jj
ys
EEe Ee


k.r k.r
κ
m
λ
lmxmz

kaa
x
mx mz


 kaa
m
k
l
λ
x
z
xzra a
0
()
mmm
jx jx jz
ys
EEe e e


 
θ
m
Dẫn sóng & bức xạ
23
'
00
2sin() sin()
mm
j
z
j
z
mm

jE x e E x e





β
m
Phân tích sóng phẳng của dẫn sóng song phẳng (9)
0
()
mmm
jx jx jz
y
s
EEe e e



'
()R[ ] i( ) ( )
jt
EEE


'
00
2sin() sin()
mm
y

j
zjz
mm
jE x e E x e





2
1
cm
n





0
(
,
)R
e
[]
s
i
n
()
cos
()

jt
yys mm
E
zt
E
e
E
xtz



  
1
cm
m
c






||
mm
jj


 
NÕu
cm



NÕu
cm

'
0
sin( )
m
z
ys m
EE xe








Dẫn sóng & bức xạ
24
'
0
(,) sin( ) cos
m
z
m
Ezt E xe t









Phân tích sóng phẳng của dẫn sóng song phẳng (10)
22
n

2
1
cm
n





cm
c



1
cm
m
c






cm



2
2
22
2
11
cm cm
mcm
cm cm
n
nn
cc







    





cm cm


arccos arccos arccos
2
m
mmcm
kd nd nd




    
 
    
    
cm
mc
nd





Dẫn sóng & bức xạ
25
cos
cm
m

cm





