Lý thuyết angten

PHẦN 1
LÝ THUYẾT ANTEN
CHƯƠNG I : KHÁI NIỆM TRƯỜNG ĐIỆN TỪ
oOo
I. Đặc điểm sóng điện từ.
Toàn bộ lý thuyết anten được xây dựng trên cơ sở của sóng
điện từ. Điện trường và từ trường đồng thời tồn tại trong không
gian thống nhất tạo thành trường điện từ.
Trường điện từ là một dạng vật chất cơ bản, chuyển
động với vận tốc c trong mỗi hệ quy chiếu quán tính trong chân
không; nó thể hiện sự tồn tại và vận động qua những tương với
một dạng vật chất khác là những hạt hoặc những môi trường chất
mang điện.
Trường điện từ có mang năng lượng và nhiệt độ:

)DHBE(
2
1
W +=
(
3
m
J
)
Trường điện từ đặc trưng bởi các đại lượng sau :
E
: vector cường độ điện trường (
m
V
)
D

: Vector cảm ứng điện (
2
m
C
)
B
: Vector cảm ứng từ (
2
m
Wb
)
H
: Vector cường độ từ trường (
m
A
)
Trường điện từ được biểu diễn qua hệ thống phương trình
Maxwell .
rot
E
= -
t
B
∂
∂
(1.1)
t
D
JHrot
∂

∂
+=
(1.2)
ρ=Ddiv
(1.3)
0Bdiv =
(1.4)
Ngoài ra còn có phương trình liên hệ :

EED
r
εε=ε=
ο
(
2
m
C
) (1.5)
HHB
r
µµ=µ=
ο
(
T
m
Vs
2
=
) (1.6)
EJ γ=

(
2
m
A
) (1.7)
J
:thông lượng vector mật độ dòng dẫn (
2
m
A
)

ρ
: phân bố điện tích khối (
3
m
C
)
γ
: độ dẫn điện của môi trường dẫn (
m
s
m
1
=
Ω
)
:ε
hệ số điện thẩm tuyệt đối của môi trường (
m

A
)
Đối với môi trường chân không
)
m
F
(
36
10
9
π
=ε=ε
−
ο
101
r
÷=ε
:các điện môi thông thường
1
r
=ε
: không khí
43
r
1010 ÷=ε
: một số muối senhet
:µ
hệ số từ thẩm của môi trường (
m
H

)
Đối với môi trường chân không
)
m
H
(10.4
7−
ο
π=µ=µ
1
r
=µ
: đối với môi trường thông thường
Nguồn tạo ra trường điện từ là dòng điện và từ trường.
Ý nghóa hệ phương trình Maxwell.
- Phương trình Maxwell (1.1)và (1.2) nêu rõ từ trường và điện
trường biến thiên luôn gắn bó với nhau và luôn có tính chất xoáy.
- Phương trình Maxwell (1.3)và (1.4)mô tả dạng hình học của hai
mặt thể hiện điện trường và từ trường.
II. Sóng điện từ :
Phương trình sóng điện từ có dạng.

E
=
Eo
cos( t -
V
x
)
Tương tự :

B
=
Bo
cos( t -
)
V
x
Eo
,
Bo
, phụ thuộc điều kiện đầu.
Hàm
E
( x,t ) và
B
( x,t ) là các hàm sóng, như vậy điện trường và
từ trường lan truyền trong không gian dưới dạng sóng .
Vậy sóng điện từ là trường điện từ biến thiên truyền đi trong
không gian. Sự lan truyền của sóng điện từ thể hiện qua sự lan
truyền năng lượng điện từ, các cường độ trường (sóng E, sóng
H )và các thế (sóng A, sóng ϕ).
Theo dạng các mặt phẳng đồng pha của sóng điện từ mà
ta có sóng điện từ phẳng, sóng trụ hoặc sóng cầu Sóng điện từ
phẳng là sóng điện từ có mặt đồng pha là mặt phẳng, phương
truyền của sóng phẳng ở mọi nơi đều vuông góc với một mặt phẳng
xác đònh.
Sóng điện từ được gọi là đơn sắc hay đều hòa nếu các
vector cường độ điện trường, từ trường biến đổi hình sin theo thời
gian với một tần số wxác đònh.
- Sóng phẳng gọi là sóng phẳng đồng nhất nếu vector E,H của

sóng phụ thuộc chỉ một tọa độ không gian.
- Sóng trụ tròn là dạng sóng mà trường và năng lượng lan truyền
theo chiều bán kính r tỏa từ một trục ra không gian xung quanh
hoặc hướng vào trục.

Tính chất của sóng điện từ tồn tại trong môi trường chất và
trong môi trường chân không.
a. Sóng điện từ có chức năng:
- Tạo chùm tia công suất theo một hướng đònh trước.
- Lái chùm tia để một khu vực nào đó có thể được bao phủ sóng.
- Cho phép đo đạc thông tin về góc để có thể xác đònh hướng.
b. Sóng điện từ là sóng không gian. Tại mọi điểm trong không
gian, phương
E
,
B
đều vuông góc với phương truyền sóng. Ta nói
sóng điện từ phẳng thuộc loại sóng điện từ ngang TEM
c.
E
,
H
luôn cùng pha và có trò số luôn tiû lệ với nhau.
d. Biên độ điện trưồng và từ trường của sóng giữ không đổi trong
quá trình lan truyền.
e. Vận tốc dòch chuyển của các mặt đẳng pha được gọi là vận tốc
pha
p
v
(hay là vận tốc truyền năng lượng của trường (cả điện và từ

kèm theo nhau).

β
ω
=
p
v
(1.8)
trong đó β gọi là hệ số pha (rad/m)
f. Năng lượng và năng thông.
- Năng lượng sóng điện từ là năng lượng của trường điện từ.
Năng lượng này tồn tại trong vùng không gian có sóng điện
từ.
- Năng thông là năng lượng truyền đi một đơn vò diện tích trong
một đơn vò thời gian.
Đònh nghóa :Vectơ Poynting.
Là vector mật độ dòng công suất điện từ, vector đó bằng công
suất điện từ chảy qua một đơn vò diện tích đặt vuông góc với dòng
chảy
ExH=δ
III. Sóng điện từ trong môi trường bán dẫn điện đồng chất:
Ta có điện dẫn suất của môi trường γ
≠
0 khi đó hệ thống
các phương trình Maxwell là:
rot
H
=
Eγ
+

t
D
∂
∂
rot
E
= -
t
B
∂
∂
0Bdiv =

ρ=Ddiv
Nếu nguồn trường biến thiên theo qui luật điều hòa

.
jwt
)eERe(E =
(1.9)
Re là phần thực của đại lượng phức. Từ các phương trình liên hệ,
lấy đạo hàm (1.9), kết hợp với các phương trình liên hệ và so sánh
với phương trình Maxwell ta có:

)
m
F
()i1(
p
εω

γ
−ε=ε
Từ sự tương ứng trên sau khi khảo sát người ta rút ra kết luận
:
1. Sóng thộc loại sóng ngang.
2. Vectơ cường độ điện trường và từ trường vuông góc với nhau và
cả hai đều vuông góc với phương truyền sóng.
3. Sóng lan truyền bò môi trường hấp thụ làm suy giảm biên độ.
Mức độ suy giảm theo hàm mủ đặc trưng bởi thừa số với σ =
ρ
λ
π
=ρ
2
c
w
(1.10) là hệ số hấp thụ.
4. Điện trường và từ trường truyền đi với vận tốc giống nhau v= c/n
(m/s).
5. Ở một điểm trong không gian từ trường lệch pha với điện trường
một góc.
ϕ = arctg
n
ρ
(độ)
6. Biên độ cường độ điện trường và từ trường có quan hệ với nhau
bởi biểu thức :
H
m
=

π
ρ+
120
n
22
E
m
(
m
A
)
Qua biểu thức của hệ số hấp thu (1.10)ï ta thấy rằng khi điện
dẫn càng tăng và bước sóng càng ngắn thì hấp thụ càng nhiều .
Truyền sóng qua môi trường bán dẫn điện (mặt đất, mặt
biển) để giảm bớt tổn hao nên dùng sóng có bước sóng lớn.
IV. Sóng vô tuyến:
1. Đặc điểm của sóng vô tuyến:
Sóng vô tuyến có chung đặc tính với các dạng chuyển động
khác. Có thể nói một cách gần đúng, chuyển động sóng là bao gồm
sự kế tiếp liên tục những đỉnh sóng và đáy sóng với những khoảng
cách bằng nhau và chuyển động theo một tốc độ cố đònh. Ví dụ ta
nhìn một mảnh gỗ nổi trên mặt nước bò nâng lên và hạ xuống khi
sóng đi qua, nhưng nếu không có gió và dòng nước thì nó sẽ không
dòch chuyển về bất cứ hướng nào. Điều đó chỉ ra rằng sóng được tạo
ra đầu tiên bởi một sự biến động nào đó ở xa, tònh tiến qua môi
trường (trong trường hợp này là biển) với một tốc độ cố đònh nhưng
bản thân môi trường thì không dòch chuyển. Khoảng cách giữa hai
sóng liên tục gọi là bước sóng (kí hiệu λ). Một dao động hoàn chỉnh
từ một đỉnh sóng qua đáy sóng đến đỉnh sóng kế tiếp gọi là chu kì.
Số chu kì sóng đi qua một điểm cố đònh trong một khoảng thời gian

cho sẵn gọi là tần số (kí hiệu f), có thể giải thích tần số bằng số
chu kì trên giây gọi là Hez (Hz). Rõ ràng là số chu kì trong một
giây phụ thuộc vào bước sóng và tốc độ mà sóng truyền lan (tốc độ
kí hiệu là c). Sóng có bước sóng 2m chuyển động với tốc độ 10m
trên giây phải dao động với tần số là 5 chu kì trên giây.Mối quan
hệ giữa các yếu tố như sau:
Tốc độ bằng tần số x bước sóng
Hoặc C = f x λ (1.11)
Bằng cách suy luận từ sóng biển có thể chứng minh được sự thật
xa hơn. Một hòn đá ném xuống hồ cho thấy sóng sẽ truyền lan ra
với tốc độ cố đònh ở mọi hướng nếu như nó không bò cản trở.
Sóng vô tuyến có đầy đủ các đặc tính vừa mô tả khác nhau về
bản chất ở chổ sóng vô tuyến là sóng điện từ nó tạo nên bởi trường
điện và trường từ, mà không phải là chấn động cơ học. Sóng điện
từ có đặc tính với sóng ánh sáng, mặc dù bước sóng của chúng dài
hơn yếu tố này ảnh hưởng rất lớn đến đặc tính của chúng. Khi nói
đến chúng người ta thường dùng khái niệm điện hơn khái niệm từ,
cường độ của chúng đựơc đo bằng vol/
m
, công suất đo bằng oat/
2
m
.
Sự tồn tại của năng lượng trong sóng điện từ được chứng minh bởi
một sự thực là nó cảm ứng dòng điện trong vật chất mà nó tiếp
xúc. Sóng vô tuyến có trục điện và trục từ vuông góc nhau. Sự đònh
hướng các trục này trong không gian gọi là phân cực và chúng đựơc
biểu diễn theo hướng của trục điện. Bước sóng của sóng vô tuyến
hiện nay thường nằm trong khoảng 20.000m đến 4mm . Tốc độ của
chúng trong không gian tự do là cố đònh khoảng 300 triệu mét hoặc

161800 hải lý trên giây. Giá trò này được sử dụng rộng rãi khi xét
sự truyền lan của sóng trong khí quyển. Vì tốc độ là cố đònh, khi
tần số tăng thì bước sóng giảm. Ví dụ dưới đây chỉ rõ công thức
đưa ra ở trên được sử dụng như thế nào để đổi bước sóng ra tần số:
Hãy tìm tần số của một đài phát sóng vô tuyến phát trên bước
sóng 1500m.

λ
=
c
f
, hoặc tần số =
Hz000.200
500.1
000.000.300
=

Tần số sóng vô tuyến thường được đo bằng các bội số của Hz
như: 1 kilôhec (Khz) = 10
3
Hz, 1mêgahec (Mhz) = 10
6
Hz, 1gigahec
(Ghz)=10
9
Hz.
Đối với một khoảng cách thời gian rất ngắn, thời gian thường
được tính bằng micrô giây( tức một phần triệu của giây). Sóng vô
tuyến có bước sóng ngắn như vậy gọi là sóng siêu ngắn (viba ).
Từ những so sánh đơn giản ở trên ta hiểu được bản chất

chung của sóng vô tuyến. Thuộc tính của chúng phụ thuộc rất nhiều
vào phương pháp bức xạ chúng vào không gian. Nhưng điều cần nói
ở đây là sóng vô tuyến có thể được tập trung lại thành chùm tia
theo một hướng nhất đònh và có thể bò phản xạ, khúc xạ, tán xạ
hay nhiễu xạ giống như sóng ánh sáng tùy thuộc vào bản chất môi
trường mà chúng đi qua và những mục tiêu mà chúng tiếp xúc.
2. Sự đònh hướng.
Ta chỉ xét thời điểm mà lúc sóng bắt đầu truyền trong không
gian.
Kích thước cần thiết của bộ phản xạ để tập trung sóng vô
tuyến vào một chùm tia với độ rộng cho trước, phụ thuộc vào bước
sóng được sử dụng, bước sóng càng dài thì bộ phản xạ càng rộng.
Vì vậy để có một bộ phản xạ có kích thước thích hợp, để nhận được
một chùm tia hẹp phải sử dụng sóng có bước sóng rất ngắn. Với
bước sóng 3cm bộ phản xạ rộng 5 fút thì sẽ cho một chùm tia rộng
khoảng 1.5 độ với bộ phản xạ rộng 10 fút sẽ cho chùm tia rộng
0.75 độ.
Độ chính xác của việc do hướng chỉ cần thiết trên mặt phẳng
ngang tức là phương vò. Chúng ta dễ nhận thấy rằng, ở bất kỳ
phương vò nào chùm tia càng rộng thì cường độ của nó càng yếu.
Bộ phản xạ phát năng lượng đi theo một chùm tia hẹp với
góc độ nhất đònh, năng lượng ấy được phát từ tiêu điểm mặt phản
xạ thì bộ phản xạ cũng tập trung tất cả năng lượng từ nguồn bên
ngoài đi đến nó rồi phản xạ về cùng một tiêu điểm ấy theo cùng
góc độ như lúc nó phát đi. Điều đó nói lên rằng anten có tính đònh
hướng cho cả thu và phát. Nó không những có lợi cho độ chính xác
của việc do hướng mà còn làm tăng cường độ của sóng thu được.
Sự suy giảm cường độ tín hiệu theo khoảng cách: cường độ của
tín hiệu thu được ở một điểm sẽ biến đổi khi thay đổi khoảng cách
của điểm đó đến máy phát như sau:

+ Cường độ trường( đo bằng vol/
m
) tỉ lệ nghòch với khoảng cách.
+ Công suất( đo bằng oat/
2
m
) tỉ lệ nghòch với bình phương khoảng
cách. ï
V. Công suất truyền sóng lý tưởng.
Giả sử nguồn bức xạ là đẳng hướng và được đặt trong một
không gian tự do. Nghóa là trong một môi trường đồng nhất, đồng
hướng không hấp thụ và có hệ số điện thẩm tương đối bằng một.
Ta tính mật độ thông lượng năng lượng của trường bức xạ
ở một khoảng cách kể từ nguồn và giả thuyết là năng lượng bức xạ
phân bố đồng đều trên mặt cầu bán kính r.
Biểu thò công suất bức xạ bằng W. Đơn vò chiều dài là m ,
ta có biểu thức thông lượng năng lượng qua một đơn vò điện tích
của mặt cầu bán kính r trong một đơn vò thời gian là:
S =
)m/W(
r4
2
2
π
ρ
(1.12)
Giá trò của biểu thức (1.12) cũng chính bằng giá trò trung
bình của vector Poynting ở trên mặt cầu ấy:
S = E
n

H
n
(1.13)
E
h
(V/m); H
n
(A/m) gọi là trò hiệu dụng của vectơ cường độ điện
trường và từ trường .
Trong đơn vò đo lường hợp pháp
H = E/120 ( A/m )
khi đó (1.13) được viết lại
S =
π
120
2
E
(W/
2
m
) Eh =
r
p30
(V/m)
Trong thực tế người ta dùng những hệ thống bức xạ có
tính phương hướng. Mức độ đònh hướng được đánh giá bởi hệ số
phương trình D, hệ số D là một hệ số đặc trưng cho mật độ tập
trung năng lượng bức xạ của anten theo một hướng nào đó. Có thể
hiểu một cách đơn giản như sau: một anten có hướng công suất bức
xạ P và có hệ số tính phương hướng ở một hướng nào đó là D sẽ

tạo ra điểm thu ở hướng đó một cường độ trường có trò sẽ giống
như một anten về hướng có công suất PD tạo ra. Như vậy việc sử
dụng anten có hướng sẽ tương đương với việc tăng công suất bức xạ
lên so với anten vô hướng khi đó:
Eh =
r
PD90
Trò số biên độ của cường độ trường E
m
=
r
pD60
(V/m)
Trò số tức thời của cường độ trường bằng :
E =
r
pD60
cos ( t-
r
pD
c
n 60
) =
cos( wt-Kr )
w : tần số góc của sóng
K=
wc
w
π
2

=
là hệ số sóng

λ
: bước sóng không gian tự do.
Trường hợp nguồn bức xạ không phải đặt trong không
gian tự do mà đặt trên mặt đất dẫn điện lý tưởng, khi ấy năng
lượng sẽ phân bố theo một nữa hình cầu, trò số D sẽ tăng gấp đôi
và cường độ trường sẽ tăng lên
2
lần.
VI. Phân loại sóng theo vô tuyến điện theo băng sóng và
theo phương thức lan truyền .
Các sóng vô tuyến điện chia thành 5 băng sóng.
1. Sóng cực dài: sóng có bước sóng lớn hơn 10.000 m (tần số thấp
hớn 30 Khz ).
2. Sóng dài: là sóng có bước sóng từ 10.000 m đến 1.000 m.
3. Sóng trung: là sóng có bước sóng từ 1.000 m đến 100m
( tần số 300Khz đến 3 Mhz ).
4. Sóng cực ngắn : là sóng có bước sóng 10m đến 1mm (tần số
30 Mhz đến 300.000 Mhz ).
 Những phương thức lan truyền của sóng vô tuyến điện
a. Những sóng vô tuyến điện lan truyền ở mặt đất sẽ lan truyền
theo đường thẳng với vận tốc không đổi. Do sự có mặt của mặt đất
là dẫn điện, một mặt gây phản xạ sóng, làm biến dạng cấu tạo của
sóng và gây ra hấp thụ sóng trong đất, mặt khác bò cuốn đi theo độ
cong mặt đất do hiện tượng nhiễu xạ. Những sóng này gọi là sóng
đất. Vậy sự lan truyền sóng đất có thể bao gồm tất cả các băng
sóng đã nêu ở trên.
b. Tầng đối lưu là một lớp khí quyển nằm trực tiếp sát mặt đất

lên đến độ cao khoảng 10 – 15 km. Đó là một môi trường không
đồng nhất.
c. Những sóng vô tuyến điện được truyền đi do sự khuếch tán
trong tầng đối lưu gọi là sóng tầng đối lưu. Những sóng với bước
sóng ngắn hơn 10 m mới có thể truyền đi theo dạng này. Tầng
điện ly là một miền của khí quyển cao nằm từ độ cao 60 km đến
500 km trên mặt đất. Tầng điện ly là môi trường bán dẫn điện và
sóng có thể phản xạ, từ đó ở những sóng dài hơn 10 m. Ở tầng
điện ly là môi trường không đồng nhất nên nó có khả năng khuếch
tán sóng truyền đến những sóng ngắn hơn 10m.
Như vậy, những sóng vô tuyến điện được truyền đi do sự phản
xạ (một lần hoặc nhiều lần ), hoặc do khuếch tán từ tầng điện ly
gọi là sóng điện ly.
VII . Truyền sóng của những dải sóng khác nhau.
1. Đặc điểm lan truyền của sóng dài và sóng cực dài.
Từ việc truyền sóng ở trên mặt đất tầng đối lưu, tầng
điện ly ở phần trước ta sẽ rút ra kết luận cho việc truyền sóng của
từng dải trong phương thức nào cho thích hợp.
Đối với sóng dài và sóng cực dài, mặt đất có tính dẫn điện
tốt. Do đó khi truyền sóng theo phương thức sóng đất nó sẽ bò mặt
đất hấp thụ ít hơn đối với sóng trung và sóng ngắn. Mặt khác, do
bước sóng của dải sóng này khá lớn có thể so sánh với độ cong mặt
đất nên sóng mặt đất có thể lan truyền theo phng thức nhiễu
xạ. Uốn cong theo mặt đất và đạt cự ly khá lớn. Do những lý do
trên sóng dài và sóng cực dài có thể truyền lan theo phương thức
sóng đất để đạt đến những cự ly khoảng 3000 km.
Với những cự ly lớn hơn 3000 km phải thực hiện sự truyền
sóng bằng tầng điện ly vì bước sóng lớn nó bò tầng điện ly hấp thụ
mạnh nên người ta ít sử dụng.
Khi lan truyền sóng dài và cực dài, người ta quan sát

còn thấy hiện tượng đối cực. Biết rằng, càng đi xa đài phát thì
cường độ trường càng giảm nhỏ. Nhưng nếu tăng cự ly lên nữa thì
sẽ đến một miền mà ở đó cường độ trường lại tăng lên. Miền này
nằm đối diện với đài phát qua tâm trái đất và gọi là miền đối cực.
Sóng dài và sóng cực dài không bò hiện tượng fading so với
các sóng khác nó truyền đi không được xa nhưng có ưu điểm là ổn
đònh.
Ở các nước ôn đới người ta sử dụng các loại sóng này dùng
cho đài phát thanh đòa phương và thông tin cự ly gần không quá
1000 km.
Ở các nước nhiệt đới như Việt Nam sóng này bò ảnh hưởng nhiều
của điện trời (sầm sét, giông bảo, sự phóng điện của khí quyển )
nên không được sử dụng
2. Đặc điểm truyền của sóng trung :
Sóng trung được ứng dụng chủ yếu trong truyền thanh, nó thể
lan truyền bằng sóng đất như sóng điện ly.
Cự ly truyền lan của sóng trung bằng phương thức sóng
đất không vượt quá 500km đến 700 km , với cự ly lớn hơn phải
truyền lan bằng tầng điện ly .
Sự biến đổi điều kiện truyền sóng về ban đêm và ban ngày.
- Ban đêm sóng trung truyền lan bằng cách phản xạ trên lớp E (lớp
E mật độ điện tử tương đối lớn ) nên về ban đêm có thể thực hiện
bằng cả sóng đất lẫn sóng trời.
- Ban ngày do sự xuất hiện của lớp D (có mật độ điện tích nhỏ )nên
sóng này sẽ cho truyền qua và chòu sự hấp thụ rất mạnh. Ban ngày
chỉ có hiệu quả đối với sóng đất.
Sự nhiễu loạn của điện ly không có ảnh hưởng đến sóng trung vì
sóng phản xạ ở lớp E là lớp rất ít bò phá hoại trong thời gian bảo
điện ly.


Hiện tượng fading của sóng trung :
Ở cự ly ngắn hiện tượng fading là hiện tượng giao thoa gọi là
sóng đất và sóng trời.
Ở cự ly xa hiện tượng fading là do giao thoa giữa sóng trời và
sóng trời tại điểm thu. Do mặt tầng điện ly thay đổi theo chiều cao,
phản xạ của sóng cũng biến đổi dẩn đến sự thay đổi quãng đường
đi của sóng.
3. Đặc điểm truyền lan của sóng ngắn :
Sóng ngắn có thể truyền lan bằng sóng đất và sóng điện ly.
Khi tần số tăng sự hấp thụ của mặt đất đối với sóng mặt
đất sẽ tăng. Vì vậy, đối với sóng ngắn nếu dùng đài phát có công
suất trung bình chỉ có thể truyền lan được bằng sóng đất trong cự
ly không vượt quá vài chục km.
Đối với cự ly lớn phải truyền sóng bằng sóng điện ly. Khi ấy có
thể dùng máy phát có công suất trung bình cũng có thể thông tin
được và cự ly rất xa tới hàng nghìn km.
CHƯƠNG II : SƠ LƯC VỀ ANTEN VÀ THÔNG TIN VỆ TINH.
oOo
A. Sơ lược về Anten.
Trong một hệ thống vô tuyến, một sóng điện từ lan truyền
từ máy phát đến máy thu qua không gian. Việc truyền năng lượng
điện từ trong không gian có thể được thực hiện theo hai cách:
- Dùng các hệ truyền dẫn nghóa là các hệ dẫn sóng điện từ như
đường dây song hành, đường truyền đồng trục, ống dẫn sóng kim
loại hoặc điện môi Sóng điện từ truyền lan trong các hệ thống
này thuộc loại sóng điện từ ràng buộc.
- Bức xạ sóng ra không gian. Sóng sẽ được truyền đi dưới dạng
sóng điện từ tự do.
Do đó thiết bò dùng để bức xạ sóng điện từ hoặc thu nhận sóng từ

không gian bên ngoài được gọi là Anten.
Anten là một thiết bò bức xạ và thu năng lượng.
Chúng ta đã thấy anten là bộ phận quan trọng không thể
thiếu được của bất kỳ hệ thống vô tuyến điện nào, bởi vì đã là hệ
thống vô tuyến nghóa là hệ thống trong đó có sử dụng sóng điện từ
thì không thể không dùng đến thiết bò để bức xạ hoặc thu sóng
điện từ. Anten quyết đònh rất nhiều các tính chất khác nhau của
tuyến thông tin liên lạc.
Anten có nhiều dạng và nhiều cấu trúc khác nhau có loại
rất đơn giản nhưng có loại rất phức tạp. Ta có hai loại anten là
anten vô hướng và anten có hướng.
a. Anten vô hướng: là anten có bức xạ công suất một cách
đồng nhất trong một góc khối 4π.
b. Anten có hướng: là anten mà nó tập trung công suất theo
một hướng nhất đònh vì vậy nó phụ thuộc vào hệ số hướng tính D(
θ,φ ) và độ lợiG( θ,φ ).
D( θ,φ) mô tả kiểu bức xạ, G( θ,φ ) cho ta biết sự tổn hao( nhiệt hay
công suất bức xạ vào các búp phụ )
Tuy nhiên phần tử phát xạ chính và thu chính chính là phần
tử đối xứng và không đối xứng.
Thông thường giửa anten phát và anten thu không nối trực
tiếp với nhau mà được ghép với nhau qua đường truyền năng lượng
điện từ, gọi là fiđe. Anten phát có nhiệm vụ biến đổi sóng điện từ
ràng buộc trong fiđe thành sóng điện từ do bức xạ ra không gian.
Anten thu thì có nhiệm vụ ngược với anten phát là tiếp nhận sóng
điện từ tự do từ không gian bên ngoài và biến đổi chúng thành
sóng điện từ ràng buộc. Sóng này được truyền theo các fiđe.
Yêu cầu của thiết bò anten – fiđe là phải thực hiện việc
truyền và biến đổi năng lượng với hiệu suất cao nhất và không gây
méo dạng tín hiệu.

- Chấn tử đối xứng là một trong những nguồn bức xạ được sử
dụng khá phổ biến trong kỹ thuật anten. Nó gồm hai dây dài bằng
nhau(hình trụ, chóp, elipsôit) giữa dây fiđe như hình (2.1). Thường
dùng nhất là chấn tử đối xứng có chiều dài bằng nửa bước sóng và
được gọi là chấn tử nữa bước sóng.
- Chấn tử không đối xứng có một đầu dây nối và một đầu của máy
phát(hay máy thu )còn đầu còn lại của máy phát (hay máy thu ) thì
được nối đất hình (2.2).
Hình 2-1.Chấn tử đối xứng. Hình 2-2.chấn tử không đối xứng.
Tùy theo ứng dụng của anten trong các hệ thống thông tin vô
tuyến, vô tuyến truyền thanh, truyền hình, vô tuyến đạo hàng, vô
tuyến thiên văn, vô tuyến điều khiển từ xa , rada mà người ta
dùng các kết cấu tương tự của anten.
- Đối với các đài phát thanh và vô tuyến truyền hình thì anten cần
bức xạ đồng đều trong mặt phẳng ngang (mặt đất ), để cho các
máy thu đặc ở các hướng bất kỳ đều có thể thu được tín hiệu của
đài phát. Song anten cần bức xạ đònh hướng trong mặt phẳng
đứng, với hướng cực đại song song mặt đất để các đài thu trên mặt
đất có thể nhận được tín hiệu lớn nhất và để giảm nhỏ năng lượng
bức xạ theo các hướng không cần thiết.
- Trong thông tin mặt đất hay vũ trụ thông tin chuyển tiếp, rada,
vô tuyến điều khiển từ xa thì yêu cầu anten bức xạ với hướng tính
cao, nghóa là sóng bức xạ chỉ tập trung vào một góc hẹp trong
không gian.
Như vậy nhiệm vụ của anten không phải chỉ đơn giản là biến đổi
năng lượng điện từ cao tần thành sóng điện từ tự do mà phải bức
xạ sóng ấy theo những hướng nhất đònh, với các yêu cầu kỹ thuật
cho trước.
I. Nguồn bức xạ nguyên tố của anten.
Khi khảo sát của anten phức tạp, ta phải khảo sát các

nguồn bức xạ nguyên tố để làm cơ sở. Nguồn bức xạ nguyên tố gồm
có: lưỡng cực điện và lưỡng cực từ.
1.Lưỡng cực điện.
Lưỡng cực điện là một đoạn dây dẫn mãnh và chiều dài l rất
nhỏ so với bước sóng (l<< λ ). Trên lưỡng cực điện dòng điện xoay
chiều tại mọi nơi đều cùng biên độ và pha.
Ở khoảng cách xa r>>l cường độ điện trường xác đònh bằng
biểu thức :
E(
r
eKIlsisn
j
jKr−
=
θ
θ
30
)
(2.1)
θ
ϕ
r
E(
θ
)
Với K=
:,
2
λ
λ

π
bước sóng
Ta thấy cường độ trường phụ thuộc vào toạ độ khảo sát, dòng điện
trên lưỡng cực và bước sóng.
II. Lưỡng cực từ.
Vòng dây có diện tích s <<
2
λ
. Trên đó có một dòng xoay chiều Iv
tạo nên một trường điện từ xung quanh nó. Ta xem vòng dây này
là một lưỡng cực từ với dòng từ Im. Cường độ điện trường ở khu xa
của vòng dây và lưỡng cực này hoàn toàn giống nhau. Có khái niệm
như vậy làm cho bài toán bớt phần phức tạp.
Theo nguyên lý đổi tần, thường bức xạ của lưỡng cực là :
Em(
r
e
l
j
rjK−
−=
θ
λ
ϕ
sin
2
Im
)
(2.2)
Cường độ trường của lưỡng cực từ phụ thuộc vào dòng từ, kích thước

của nó trong tọa độ và bước sóng.
Trường bức xạ của một hệ thống anten được tính bằng cách cộng
các trường bức xạ của các nguyên tố riêng rẽ của hệ thống anten.
Khi cộng ngoài biên độ phải chú ý góc pha.
II. Các thông số của anten phát.
1. Điện trở bức xạ của anten Rbx (Ω ).
Rbx là 1 tham số biểu thò quan hệ giữa công suất bức xạ (W) với
dòng điện (A) chạy qua một điểm nào đó của anten.
Rbx=
ì
I
Pbx
(2.3)
Người ta thường xác đònh Rbx ở đoạn anten mà dòng điện có biên
độ cực đại hoặc ở các đầu vào.
Rbx phụ thuộc vào kích thước của anten so với bước
sóng, hình dạng anten và các yếu tố khác. Điện trở bức xạ là một
hàm theo (l;λ )đối với chấn tử đối xứng, nó chỉ phụ thuộc vào độ
dài chấn tử chứ không phụ thuộc đường kính của chấn tử.
Bảng (1). Điện trở bức xạ của chấn tử đối xứng có đội dài khác
nhau:
L/λ RΣb l/λ RΣb l/λ RΣb
0.250
0.300
0.350
0.400
0.450
0.500
0.550
0.600

6.4
13
23
36
54
73.1
96
120
0.650
0.700
0.750
0.800
0.850
0.900
0.950
1.00
144
168
187
200
209
212
210
199
1.050
1.100
1.150
1.200
1.250
1.300

1.350
1.400
185
166
145
121
105
93
87
85
2. Tổng trở của anten :Ra
Tổng trở của anten gồm điện trở bức xạ (Rbx ) và điện trở tổn thao
(Rth). Rth biểu thò năng lượng tổn hao vào việc nung nóng dây dẫn
và vật cách điện.
Ra =Rbx +Rth (2.4)
Nếu tính tổng trở đối vối dòng điện ở các đầu cắm anten thì gọi là
điện trở vào của anten (Ra vào).
Rth phụ thuộc vào kết cấu anten và dải sóng làm việc. Khi bước
sóng giảm thì Rth giảm. Ở các dải sóng ngắn thường có thể bỏ qua
Rth.
3.Hiệu suất của anten.
Hiệu suất của anten là quan hệ giữa công suất bức xạ (Pbx)với toàn
bộ công suất đưa vào anten. Toàn bộ công suất đưa vào anten
được bằng công cộng với công suất tổn hao (Pth ).

Rbx
Rth
RthRbx
Rbx
PthPbx

Pbx
A
A
A
+
=
+
=
+
=
1
1
)(
2
2
η
(2.5)
Hiệu suất của anten cũng là một trong các thông số quan trọng đặc
trưng cho mức độ tổn hao công suất của anten.
4. Đồ thò phương hướng của anten.
Biểu thò sự phụ thuộc biên độ theo phương hướng bằng phương
pháp toán học hoặc đồ thò.
Khi biểu thò đặc tính phng hướng bằng đồ thò người ta dùng các
đường cong phẳng vẽ đặc tính phương hướng theo hai mặt phẳng
chính, mặt phẳng ngang và mặt phẳng đứng (đối với mặt đất ).
Búp của đặc tính phương hướng ứng với hướng phát cực đại
gọi là búp chính còn các búp khác gọi là búp phụ.
Ví dụ : búp hướng của anten đứng nối đất.
Hình 2-3.Búp hướng của anten nối đất.
5. Hệ số tác dụng phương hướng D.

Đó là tỷ số của bình phương cường độ trường ở hướng khảo
sát trên cường độ điện trường trung bình hay nói cách khác đó là tỉ
số của mật độ công suất bức xạ bởi anten ở điểm nào đó nằm trên
hướng ấy, trên mật độ công suất bức xạ bởi anten chuẩn cũng tại
hướng và khoảng cách trên.
D=
2
)(
Etb
E
θ
(2.6)
Điện trường trung bình suy ra từ công suất bức xạ:

Stbr
2
4
ο
πρ
=
∑
(2.7)
Stb :mật độ công suất bức xạ trung bình .
Stb=
π
240
2
Etb
(2.8)
Suy ra: Etb=

2
60
ο
ρ
r
∑
(2.9)
Vậy: D=
∑
ρ
θ
ο
60
)(
2
2
rE
(2.10)
Chú ý : khi dùng anten có tính phương hướng thì điều quan trọng
là phải hướng thật đúng hướng bức xạ cực đại về phía mà ta đònh
thông tin.
6. Hệ số tăng tích của anten (G).
Hệ số tăng tích của anten là một thông số biểu thò cho đặc tính bức
xạ của anten so với hệ số đònh hướng vì nó không chỉ biểu thò đơn
thuần đặc tính đònh hướng của anten mà còn biểu thò sự tổn hao
trên anten.
Hệ số tăng tích là tích số của hệ số tác dụng phương hướng với
hiệu suất anten. G là một tham số đầy đủ hơn nhất vì nó không
những kể đến tác dụng phương hướng mà còn kể đến cả công suất
tiêu hao vô ích trong anten.

7. Đặc tính tần số với dải thông tần của anten.
Anten cũng là một hệ thống dao động có tính chọn lọc. Anten phải
bảo đảm được hiệu suất bức xạ cũng như đặc tính phương hướng
trong bảng tần số làm việc. Người ta chia ra :
a. Anten dải rộng:là anten dùng để làm việc ở một tần số sóng
mang nhưng bảo đảm bức xạ không méo nhưng tín hiệu có dải tần
số rất rộng.
b. Anten băng sóng: là anten làm việc ở một vài tần số sóng mang.
8. Hệ số khuếch đại ε của anten.
Hệ số khuếch đại ε là tích số của hệ số tính phương hướng D với
hiệu suất η:

ηε
.D=
(2.11)
ε: biểu thò mật độ công suất bức xạ ở một điểm quan sát náo đó lớn
hơn bao nhiêu lần so với trường hợp công suất vào Pv của anten
được phân bố đều trong không gian.
9. Độ dài hiệu dụng.
Độ dài hiệu dụng là chiều dài của một cạnh hình chữ nhật, có diện
tích bằng tích của biên độ dòng điện tại điểm cấp điện và độ dài
ấy. Từ đây ta có thể nói: độ dài hiệu dụng của anten là độ dài của
một anten dây giả đònh có dòng điện phân bố đồng đều với biên độ
bằng biên độ dòng điện tại điểm cấp điện của anten khảo sát. Độ
dài hiệu dụng của anten có giá trò khác độ dài hình học, và phụ
thuộc vào bước sóng. Đối với dây dẫn có độ dài l=
2
λ
thì độ dài hiệu
dụng có giá trò

π
λ
nghóa là chỉ bằng 0.637l. Trường hợp dây dẫn có
độ dài rất nhỏ so với bước sóng thì độ dài hiệu dụng tiến đến độ
dài hình học của anten.
Anten có kết cấu hình học khác nhau nhưng nếu có cùng chiều cao
hiệu dụng như nhau thì mức độ thu như nhau.
B. Giới thiệu thông tin vệ tinh.
I. Giới thiệu chung.
Chúng ta đang sống trong thời kỳ quá độ tới một xã hội
đònh hướng thông tin tiên tiến nhờ có các công nghệ mới trong
nhiều lónh vực khác nhau. Các loại thông tin truyền trên sóng vô
tuyến, đó là viễn thông vô tuyến, đã đi vào đời sống hằng ngày của
chúng ta và chúng ta có thể cảm nhận cuộc sống hiện tại của thế
giới xung quanh chúng ta nhờ các phương tiện truyền hình và điện
thoại quốc tế.
Về đại thể các thông tin có thể được phân ra các loại
như thông tin dùng cáp đồng trục hoặc cáp sợi quang và thông tin
vô tuyến sử dụng sóng vô tuyến điện nối liền nhiều nơi trên thế
giới vượt qua thời gian và không gian.
Hiện nay, các hệ thống cáp biển dung lượng lớn sử dụng các cáp sợ
quang đã được đưa vào sử dụng cho thông tin quốc tế. Đối với thông
tin vô tuyến quốc tế, thông tin vệ tinh đã cung cấp các đường thông
tin dung lượng lớn thay thế cho thông tin sóng ngắn trước đây được
sử dụng thường xuyên hơn.
Để đạt được thông tin vệ tinh hiệu quả hơn, cần phải
hiểu rõ hệ thống truyền dẫn, các công nghệ và cấu hình hệ thống
trạm mặt đất.
1. Nguyên lý thông tin vệ tinh.
Một vệ tinh, có khả năng thu, phát sóng vô tuyến điện

sau khi được phóng vào vũ trụ dùng cho thông tin vệ tinh; khi đó
vệ tinh sẽ khuếch đại sóng vô tuyến điện nhận được từ các trạm
mặt đất và phát lại sóng vô tuyến đến các trạm mặt đất khác. Loại
vệ tinh nhân tạo sử dụng cho thông tin vệ tinh như thế được gọi là
vệ tinh thông tin.
Do vệ tinh chuyển động khác nhau khi quan sát từ mặt đất,
phụ thuộc vào quỹ đạo bay của vệ tinh, vệ tinh có thể được phân ra
vệ tinh quỹ đạo thấp và vệ tinh đòa tónh.
Vệ tinh quỹ đạo thấp là vệ tónh mà nhìn từ mặt đất nó
chuyển động liên tục, thời gian cần thiết cho vệ tinh để chuyển
động xung quanh quỹ đạo của nó khác với chu kỳ quay của quả đất
xung quanh trục của nó.Vệ tinh đòa tónh là vệ tinh được phóng lên
quỹ đạo tròn ở độ cao khoảng 36.000 km so với đường xích đạo. Vệ
tinh loại này bay xung quanh quả đất một vòng mất 24 giờ. Do chu
kỳ bay của vệ tinh bằng chu kỳ quay của quả đất xung quanh trục
của nó theo hướng đông cùng với hướng quay của quả đất, bởi vậy
vệ tinh dường như đứng yên khi quan sát từ mặt đất. Do vậy nó
được gọi là vệ tinh đòa tónh. Bởi vì một vệ tinh đòa tónh có thể bảo
đảm thông ổn đònh liên tục nên có nhiều ưu điểm hơn vệ tinh quỹ
đạo thấp dùng làm vệ tinh thông tin.
Nếu ba vệ tinh đòa tónh được đặt ở các vò trí cách điều nhau
bên trên xích đạo thì có thể thiết lập thông tin hầu hết các vùng
trên quả đất bằng cách chuyển tiếp qua một hoặc hai vệ tinh.
Cấu hình cơ bản nhất của một hệ thống thông tin từ trạm mặt đất
qua vệ tinh đến trạm mặt đất khác được trình bày như hình (2.5):
Hình 2-5. Cấu hình cơ bản của một hệ thống thông tin.
Đường hướng từ trạm mặt đất phát đến vệ tinh được gọi là đường
lên và đường hướng từ vệ tinh đến trạm mặt đất thu gọi là đường
xuống. Hầu hết, các tần số trong khoảng 6 GHz và/hoặc 14GHz
được dùng cho đường lên và các tần số ở khoảng 4GHz hoặc 11GHz

được sử dụng cho đường xuống.
Quỹ đạo của vệ tinh nhân tạo có ba thông số quan trọng:
khoảng cách từ quỹ đạo vệ tinh đến mặt đất, hình dạng và góc
nghiêng so với mặt bình độ. Một thông số chung là mặt phẳng
chuyển động của vệ tinh phải đi qua tâm quả đất. Thời gian vệ
tinh đi hết một đường quỹ đạo tỉ lệ thuận với căn bậc ba của phân
nửa trục quỹ đạo. Có ba dạng quỹ đạo cơ bản được dùng cho vệ
tinh: quỹ đạo êllip, quỹ đạo đồng bộ con, quỹ đạo đòa tónh.
Đối với quỹ đạo êlip và quỹ đạo đồng bộ con, thời gian đi
của vệ tinh hết một quỹ đạo khác với thời gian quay quanh trục của
vệ tinh, nghóa là vệ tinh chuyển động nhanh hơn khi càng gần mặt
đất. Các vệ tinh viễn thông đầu tiên được đặt trên các quỹ đạo
thấp, từ 200 đến 500km. Chúng quay vòng quanh trái đất trong
khoảng hai tiếng đồng hồ. Các vệ tinh chụp ảnh, hay quan sát mặt
đất, cũng như các tàu con thoi và phòng thí nghiệm vũ trụ, luôn
luôn được đặt trên quỹ đạo thấp. Các loại vệ tinh này được gọi là
vệ tinh tònh tiến. Nó đòi hỏi anten thu luôn luôn phải di chuyển
theo chúng, trong thời gian nó xuất hiện. Thời gian này bằng
khoảng một nửa thời gian tồn tại của nó.
Nhờ vào sự phát triển của tên lửa phóng và các vệ tinh nên có thể
đạt đến quỹ đạo mà thời gian di chuyển của vệ tinh chung quanh