Bài giảng trường điện từ - Chương 5 ppsx

1
1
© TS. Lương Hữu Tuấn
Trường
TrườngTrường
Trường điện
điệnđiện
điện từ
từtừ
từ
ª Chương
ChươngChương
Chương 1
11
1 : Khái niệm & phtrình cơ bản của TĐT
ª Chương
ChươngChương
Chương 2
22
2 : Trường điện tónh
ª Chương
ChươngChương
Chương 3
33
3 : TĐT dừng
ª Chương
ChươngChương
Chương 4 :
4 :4 :
4 : TĐT biến thiên
ª Chương

ChươngChương
Chương 5 :
5 :5 :
5 : Bức xạ điện từ
2
© TS. Lương Hữu Tuấn
Chương
ChươngChương
Chương 5 :
5 : 5 :
5 : Bức
BứcBức
Bức xạ
xạxạ
xạ điện
điệnđiện
điện từ
từtừ
từ
1.
1. 1.
1. Khái
KháiKhái
Khái niệm
niệmniệm
niệm
2.
2. 2.
2. Nguyên
NguyênNguyên

Nguyên tố
tốtố
tố anten
antenanten
anten thẳng
thẳngthẳng
thẳng
3.
3. 3.
3. Nguyên
NguyênNguyên
Nguyên tố
tốtố
tố anten
antenanten
anten vòng
vòngvòng
vòng
4.
4. 4.
4. Tính
TínhTính
Tính đònh
đònhđònh
đònh hướng
hướnghướng
hướng
5.
5. 5.
5. Nguyên

NguyênNguyên
Nguyên lý
lýlý
lý tương
tươngtương
tương hỗ
hỗhỗ
hỗ
2
3
© TS. Lương Hữu Tuấn
1.
1. 1.
1. Khái
KháiKhái
Khái niệm
niệmniệm
niệm
ª Bức
BứcBức
Bức xạ
xạxạ
xạ điện
điệnđiện
điện từ
từtừ
từ
° TĐT biến thiên lan truyền dưới dạng sóng điện từ
° Công suất điện từ phụ thuộc : độ lớn & tốc độ biến
thiên của nguồn, cấu trúc nguồn và môi trường

° Ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật
ª Thế
ThếThế
Thế vectơ
vectơvectơ
vectơ của
củacủa
của dòng
dòngdòng
dòng điện
điệnđiện
điện dây
dâydây
dây
ª Miền
MiềnMiền
Miền khảo
khảokhảo
khảo sát
sátsát
sát
° miền gần (miền cảm ứng): r << λ
° miền xa (miền bức xạ): r >> λ
( )
j t
c
I t I Ie
ω
→ =
 

( )
( )
j t r v j r v
c
I t r v Ie I e
ω ω
− −
− → =
 
1
4
2
jkr
r
L
A Ie dl k v
µ
π
ω π λ
−
⇒ = = =
∫




1
4
( )
r

r v
L
A I t dl
µ
π
= −
∫


4
© TS. Lương Hữu Tuấn
Chương
ChươngChương
Chương 5 :
5 : 5 :
5 : Bức
BứcBức
Bức xạ
xạxạ
xạ điện
điệnđiện
điện từ
từtừ
từ
1.
1. 1.
1. Khái
KháiKhái
Khái niệm
niệmniệm

niệm
2.
2. 2.
2. Nguyên
NguyênNguyên
Nguyên tố
tốtố
tố anten
antenanten
anten thẳng
thẳngthẳng
thẳng
ª Phân bố của trường điện từ
ª Miền gần
ª Miền xa
3
5
© TS. Lương Hữu Tuấn
ª Phân
PhânPhân
Phân bố
bốbố
bố của
củacủa
của trường
trườngtrường
trường điện
điệnđiện
điện từ
từtừ

từ
°Thế vectơ :
1
4 4
jkr
jkR
z z
L
Ie
A Ie dli li
R r
µ µ
π π
−
−
=
∫


 



1
H rotA H i
φ φ
µ
= =







Nguyên tố anten thẳng là dây dẫn thẳng,
mãnh, chiều dài l << λ và mang dòng
điều hòa
( ) cos( )
m
i t I t
ω ψ
= +
như nhau trên toàn bộ anten
°TĐT :
1
r r
j
E rotH E i E i
θ θ
ωε
= = +
 
 
 
 
2
2 2
sin
1
4

( )
j
jkr
lIk
kr
k r
H e
θ
φ
π
−
= +


3
2 2 3 3
cos
1
2
( )
jlIk j
jkr
r
k r k r
E e
θ
πωε
−
= − +



3
2 2 3 3
sin
1 1
4
( )
jlIk j
jkr
kr
k r k r
E e
θ
θ
πωε
−
= − − + +


l r

(
I
, γ = 0)
6
© TS. Lương Hữu Tuấn
ª Miền
MiềnMiền
Miền gần
gầngần

gần
2 2 3 3
1 1 1
2
: , 1
jkr
r kr
k r k r
Do r e
λ
π
λ
−
=
   
H H i
φ φ
=




r r
E E i E i
θ θ
= +

 

 

2
sin
4
lI
r
H
θ
φ
π
=


3
cos
2
jlI
r
r
E
θ
πωε
= −


3
sin
4
jlI
r
E

θ
θ
πωε
= −


Sóng điện & sóng từ lệch pha nhau 90
o
, công suất
điện từ trung bình bằng 0 : lan truyền công suất điện
từ có tính dao động
4
7
© TS. Lương Hữu Tuấn
ª Miền
MiềnMiền
Miền xa
xaxa
xa
°Phân
PhânPhân
Phân bố
bốbố
bố sóng
sóngsóng
sóng
°Công
CôngCông
Công suất
suấtsuất

suất bức
bứcbức
bức xạ
xạxạ
xạ
8
© TS. Lương Hữu Tuấn
°Phân
PhânPhân
Phân bố
bốbố
bố sóng
sóngsóng
sóng
Nhận xét :
 phương : sóng điện từ ngang
 biên độ : suy giảm theo qui luật 1/r
 pha : mặt đồng pha là mặt cầu
… v
p
= v
 tính đònh hướng : do biên độ ∼ sinθ
bức xạ cực đại khi θ=90
o
và cực tiểu khi θ=0
o
,180
o
2 2 3 3
1 1 1

2
: ,
r kr
k r k r
Do r H H i E E i
λ
φ φ θ θ
π
λ
= ⇒ = =
 
 
 
 
  
2
sin sin
4 4
,
r r
j j
jlIk jlIk
v v
r r
H e E e
ω ω
θ θ
φ θ
π πωε
− −

= =
 
 
,
c c
E Z H Z
θ φ
µ ε
= =
 
với
1
2
sin cos( 90 )
o
m
r v
H lI t r i
ω
φ
λ
θ ω ψ
= − + +


1
2
sin cos( 90 )
o
c m

r v
E Z lI t r i
ω
θ
λ
θ ω ψ
= − + +


5
9
© TS. Lương Hữu Tuấn
° Công
CôngCông
Công suất
suấtsuất
suất bức
bứcbức
bức xạ
xạxạ
xạ
 Vectơ Poynting :
r r
P E H P i
= × =
  

2 2 2
2 2
sin

2
4
cos ( 90 )
m
l I
o
r c
v
r
P Z t r
θ
ω
λ
ω ψ
= − + +
2 2 2
2 2
sin
8
m
l I
r c
r
P Z
θ
λ
=
Nhận xét : Bức xạ luôn truyền từ ‘nguồn’ ra miền bxạ
 Công suất bức xạ : cs điện từ trung bình gửi qua 1 mặt
cầu tâm là nguyên tố anten (r >> λ)

bx r
S S
P P dS P dS
= =
∫ ∫


 
2 2
1 2
2 3
, ( )
bx bx m bx c
P R I R Z l
π λ
= =
Nhận xét : P
bx
tỉ lệ nghòch với λ
2
, ∼ f
2
: dùng cao tần
2 2
1
3
( )
bx c m
P Z I l
π λ

=
2
0
r c
P Z H
= ≥
10
© TS. Lương Hữu Tuấn
Chương
ChươngChương
Chương 5 :
5 : 5 :
5 : Bức
BứcBức
Bức xạ
xạxạ
xạ điện
điệnđiện
điện từ
từtừ
từ
1.
1. 1.
1. Khái
KháiKhái
Khái niệm
niệmniệm
niệm
2.
2. 2.

2. Nguyên
NguyênNguyên
Nguyên tố
tốtố
tố anten
antenanten
anten thẳng
thẳngthẳng
thẳng
3.
3. 3.
3. Nguyên
NguyênNguyên
Nguyên tố
tốtố
tố anten
antenanten
anten vòng
vòngvòng
vòng (tự đọc)
4.
4. 4.
4. Tính
TínhTính
Tính đònh
đònhđònh
đònh hướng
hướnghướng
hướng
Tính đònh hướng là khả năng tập trung bức xạ vào 1

hướng và yếu đi ở những hướng khác
ª Cường độ bức xạ
ª Cường độ bức xạ chuẩn
ª Độ đònh hướng
6
11
© TS. Lương Hữu Tuấn
ª Cường
CườngCường
Cường độ
độđộ
độ bức
bứcbức
bức xạ
xạxạ
xạ u
uu
u
là công suất điện từ trung bình gửi trên 1 đơn vò góc đặc theo
hướng khảo sát
2
( )
dS
d steradian
r
Ω =
2 2 2 2 2 2
2 2 2
sin sin
8 8

m m
r c c
l I l I
P Z u Z
r
θ θ
λ λ
= ⇒ =
Ví
VíVí
Ví dụ
dụdụ
dụ :
: :
: nguyên tố anten thẳng
u = u(θ,φ) thường độc lập với r
2
r r
u P dS d P r
= Ω =
( / )
W sterad
12
© TS. Lương Hữu Tuấn
ª Cường
CườngCường
Cường độ
độđộ
độ bức
bứcbức

bức xa
xaxa
xa chuẩn
chuẩnchuẩn
chuẩn u
uu
u
n
nn
n
2 2 2
2
sin
8
m
c
l I
u Z
θ
λ
=
Ví
VíVí
Ví dụ
dụdụ
dụ :
: :
: nguyên tố anten thẳng
2
sin

n
u
θ
⇒ =
max
n
u u u
=
2 2
max
2
8
m
c
l I
u Z
λ
⇒ =
7
13
© TS. Lương Hữu Tuấn
ª Độ
ĐộĐộ
Độ đònh
đònhđònh
đònh hướng
hướnghướng
hướng D
DD
D

max
n ntb
D u u
=
Ví
VíVí
Ví dụ
dụdụ
dụ :
: :
: nguyên tố anten thẳng có
max
2
0 0
4
sin
n
n
u
D
u d d
π π
π
θ θ φ
=
∫ ∫
2
2
1
4

0 0
sin sin 2 3
ntb
u d d
π π
π
θ θ θ φ
= = =
∫ ∫
Cường độ bức xạ cực đại sẽ gấp 1,5 lần cường độ bức xạ
trung bình khi bức xạ rãi đều theo mọi hướng
2
1
4
0 0
sin
ntb n
u u d d
π π
π
θ θ φ
=
∫ ∫
max
1,5
n ntb
D u u
= =
u
n

= sin
2
θ, u
nmax
= 1
14
© TS. Lương Hữu Tuấn
Chương
ChươngChương
Chương 5 :
5 : 5 :
5 : Bức
BứcBức
Bức xạ
xạxạ
xạ điện
điệnđiện
điện từ
từtừ
từ
1.
1. 1.
1. Khái
KháiKhái
Khái niệm
niệmniệm
niệm
2.
2. 2.
2. Nguyên

NguyênNguyên
Nguyên tố
tốtố
tố anten
antenanten
anten thẳng
thẳngthẳng
thẳng
3.
3. 3.
3. Nguyên
NguyênNguyên
Nguyên tố
tốtố
tố anten
antenanten
anten vòng
vòngvòng
vòng
4.
4. 4.
4. Tính
TínhTính
Tính đònh
đònhđònh
đònh hướng
hướnghướng
hướng
5.
5. 5.

5. Nguyên
NguyênNguyên
Nguyên lý
lýlý
lý tương
tươngtương
tương hỗ
hỗhỗ
hỗ (tự đọc)