Trường Anten và điện tử

17/12/2009 1
ĐAI TIẾNG Nói VIỆT NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG PHAT THANH TRUYỀN HINH1
TRƯỜNG ĐIỆN TỪ &ANTEN
HỆ CAO ĐẲNG.
HÀ NAM NGÀY 16/12/2009.
BIÊN SOẠN GV:THẠC SĨ CÙ VAN THANH.
17/12/2009 2
TỔNG QUAN VỀ MÔN HỌC
1.Nội dung ( gồm 2 phần :phần trường điện từ và phần anten.)
Phần trường điện từ:
Chương1:Tổng quan về trường điện từ.
Chương2: Lan truyền trường điện từ trong khí quyển.
Chương3:Lan truyền trường điện từ trong hệ thống hưu tuyến
Phần anten:
Chương1:Tổng quan về anten.
Chương2: Kỹ thuật điều chỉnh anten.
Chương3:Một số anten thông dụng.
2.Mục đich yeu cầu:
+Cung cấp cho sinh vien một sú kiến thức cơ bản ,cô đọng về trường điện
từ và anten.
+Sinh vien có thể thiết kế được một ante đơn giản.
3.Thời gian thực hiện:( 45 tiết)
17/12/2009 3
PHẦN MỘT: TRƯỜNG ĐIỆN TỪ.
17/12/2009 4
PHẦN MỘT: TRƯỜNG ĐIỆN TỪ.
CHƯƠNG1:TỔNG QUAN VỀ TRƯỜNG ĐIỆN TỪ.
1.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA TRƯỜNG ĐIỆN TỪ.
1.2.TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN TRƯỜNG .
1.3. TỔNG QUAN VỀ TỪ TRƯỜNG.
1.4. TỔNG QUAN VỀ TRƯỜNG ĐIỆN TỪ.

1.5.LUẬN ĐIỂM MAXWELL VỀ TRƯỜNG ĐIỆN TỪ.
1.6. HỆ PHƯƠNG TRỐNH MAXELL VỀ TRƯỜNG ĐIỆN TỪ.
17/12/2009 5
1.1.LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN VÀ ỨNG DỤNG CỦA TRƯỜNG ĐIỆN TỪ.
•
1844 d ch v i n bị ụ đ ệ áo dùng cap ng ng d ng i n bao c a samuel f b more.đồ ứ ụ đ ệ ủ
•
1862.maxwell-ng i anh a a ra 2 lu n i m v 4 ph ng trinh v song i n t .ườ đ đư ậ đ ể à ươ ề đ ệ ừ
•
1888.henri hertz ng i c , a th nghi m th nh c ng vi c t o ra song i n t v – ườ đứ đ ử ệ à ụ ệ ạ đ ệ ừ à
thu phat chung trong phong thi nghi m.(song d i lw)ệ à
•
1895. alexander popov- ng i nga a ch t o ra may thu phat vo tu n i n bao v i c ườ đ ế ạ ế đ ệ ớ ự
ly thong tin g n 500m.(sầ óng d i lw)à –
•
1911 marcononi-ng i ý a a may thu phat vo tuy n xu ng t u bi n.(song d i , song ườ đ đư ế ố ầ ể à
trung-mw, lw )
•
1917-1943. may thu phat vo tuy n i n bao a c s d ng trong quan s ph c v ế đ ệ đ đượ ử ụ ự ụ ụ
chi n tranh.(d i song mw, sw,vhf)ế ả
17/12/2009 6
1.1.LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN VÀ ỨNG DỤNG CỦA TRƯỜNG ĐIỆN TỪ.
•
1950.h th ng phat hinh , h th ng i n bao h u tuy n ra i.(vhf,uhf)ệ ố ệ ố đ ệ ữ ế đờ
•
1960 h th ng thu phat v tinh, t i ba ra i.(d i song cm,mm)ệ ố ệ ả đờ ả
•
1970 h th ng thong tin quang, h th ng thong tin di ng ra i.(d i vhf,uhf,ghz,thz)ệ ố ệ ố độ đờ ả
•
1980 m ng internet ra i.(thong tin s ).ạ đờ ố

•
ng y nay ó xu t hi n cac h thong thong tin b n g r ng , t c cao , a d ch v à đ ấ ệ ệ ă ộ ố độ đ ị ụ …
p ng c cac nhu c u trao i thong tin c a m i ng i.đỏ ứ đượ ầ đổ ủ ọ ườ
17/12/2009 7
1.2. TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN TRƯỜNG .
1.2.1. Khai ni m v i n tr ng:ệ ề đ ệ ườ
l m t môi tr ng v t ch t bao quanh các i n tích, ó t n t i l c t ng tác gi a à ộ ườ ậ ấ đ ệ ở đ ồ ạ ự ươ ữ
các i n tích.M i i n tích t trong i n tr ng u b i n tr ng tác d ng m t đ ệ ọ đ ệ đặ đ ệ ườ đề ị đ ệ ườ ụ ộ
l c, l c n y t l v i l n c a i n tích v l n c a i n tr ng.ự ự à ỷ ệ ớ độ ớ ủ đ ệ à độ ớ ủ đ ệ ườ
1.2.2.Vec t c ng i n tr ngơ ườ độ đ ệ ườ .
l i l ng c tr ng cho m nh y u c a i n tr ng , nó c xác nh b i t s à đạ ượ đặ ư độ ạ ế ủ đ ệ ườ đượ đị ở ỷ ố
gi a i l ng véc t l c tác d ng c a i n tr ng v i i n tích t trong i n ữ đạ ượ ơ ự ụ ủ đ ệ ườ ớ đ ệ đặ đ ệ
tr ng.ườ
+ công th c xác nh véc t c ng i n tr ng:ứ đị ơ ườ độ đ ệ ườ
+ n v :đơ ị
1.2.3. ng s c c a i n tr ngĐườ ứ ủ đ ệ ườ :
l nh ng ng cong,m ti p tuy n t i m i i m c a nó trùng v i ph ng c a véc t à ữ đườ à ế ế ạ ỗ đ ể ủ ớ ươ ủ ơ
c ng i n tr ng t i i m ó ; chi u c a ng s c l chi u c a véc t ườ độ đ ệ ườ ạ đ ể đ ề ủ đườ ứ à ề ủ ơ
c ng i n tr ng .ườ độ đ ệ ườ
→
→
→
== const
q
F
E
o
m
V
r

r
r
qq
F
→
→
= .
.
.
.
4
1
2
21
0
ε
πε
17/12/2009 8
1.2.TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN TRƯỜNG .
1.2.4.Vec t c m ng i n tr ng:ơ ả ứ đ ệ ườ
c tr ng cho m nh y u c a i n tr ng , khong ph thu c v o moi tr ng t đặ ư độ ạ ế ủ đ ệ ườ ụ ộ à ườ đặ
i n tich.đ ệ
1.2.5.Thông l ng c m ng i n.ượ ả ứ đ ệ
l i l ng c tr ng cho m i quan h gi ú i n tich v vec t c m ng i n .à đạ ượ đặ ư ố ệ ư đ ệ à ơ ả ứ đ ệ
1.2.6. Đ nh lý Ôxtrôgratxki-gao :ị ư
i n thong qua m t m t kin b ng t ng i s cac i n tich ch a trong m t kin o.đ ệ ộ ặ ằ ổ đạ ố đ ệ ứ ặ đ
r
r
r
q

q
F
D
o
o
→→
→
== .
4
2
π
εε
→→
= ED
o
εε
→→
=Φ SdDd
e
.
→→
∫∫
=Φ=Φ SdD
ss
ee
.
)()(
∑
∫
==Φ

→→
i
i
s
e
qSdD.
)(
17/12/2009 9
1.3. TỔNG QUAN VỀ TỪ TRƯỜNG.
1.3.1.Khái ni m v t tr ng:ệ ề ừ ườ
l m t mà ộ ôi tr ng v t ch t bao quanh cườ ậ ấ ác nam châm ho c dặ òng i n, đ ệ ở đó t n t i l c ồ ạ ự
t ng tươ ác gi aữ các dòng i n, ho c t ng tđ ệ ặ ươ ác gi a cữ ác c c c a nam chự ủ âm m i i n ọ đ ệ
tich , dòng i n, t trong t tr ng u b t tr ng tđ ệ đặ ừ ườ đề ị ừ ườ ác d ng m t l c, l c n y t ụ ộ ự ự à ỷ
l v i l n c a dệ ớ độ ớ ủ òng i n v l n c a t tr ng.đ ệ à độ ớ ủ ừ ườ
1.3.2.Véc t t l cơ ừ ự .
l i l ng c tr ng cho l c t ng tà đạ ượ đặ ư ự ươ ác c a t tr ng lên ph n t dòng i n t trong ủ ừ ườ ầ ử đ ệ đặ
t tr ng :ừ ườ
1.3.3.Véc t c m ng t .ơ ả ứ ừ
c cho m nh y u c a t tr ng do ph n t dòng i n gây ra t i i m ang xét;nó đặ độ ạ ế ủ ừ ườ ầ ử đ ệ ạ đ ể đ
ph thu c v o l n c a dòng i n, kho ng cách t i m ang xét t i ph n t gây ụ ộ à độ ớ ủ đ ệ ả ừ đ ể đ ớ ầ ử
ra t tr ngừ ườ
1.3.4.Nguyên lý ch ng ch t t tr ng:ồ ấ ừ ườ
véc t c m ng t t i m t i m do nhi u dòng i n gây ra thì b ng t ng các v c t c m ơ ả ứ ừ ạ ộ đ ể ề đ ệ ằ ổ ộ ơ ả
ng t c a các dòng i n th nh ph n:ứ ừ ủ đ ệ à ầ
.
.
.
4
.
3

0
r
rdII
dB
→→
→
∧
=
π
µµ
.
.
).(.
.
4
.
3
0.00
r
rdIIdII
dF
→→→
→
∧∧
=
π
µµ
→→→→
+++=
n

BBBB
21
17/12/2009 10
1.3. TỔNG QUAN VỀ TỪ TRƯỜNG.
1.3.5.Véc t c ng t tr ng.ơ ườ độ ừ ườ
l i l ng c tr ng cho m nh y u c a t tr ng không ph thu c v o nh à đạ ượ đặ ư độ ạ ế ủ ừ ườ ụ ộ à ả
h ng c a môi tr ng :ưở ủ ườ
+ công th c xác nh .ứ đị
+ n v : a/m.đơ ị
1.3.6. ng s c c a t tr ng.Đườ ứ ủ ừ ườ
l nh ng ng cong trong t tr ng , ti p tuy n t i m i i m trùng v i ph ng c a à ữ đườ ừ ườ ế ế ạ ọ đ ể ớ ươ ủ
véc t c m ng t t i i m ó.chi u c a ng s c l chi u c a t tr ng.ơ ả ứ ừ ạ đ ể đ ề ủ đườ ứ à ề ủ ừ ườ
1.3.7.T thông c a t tr ng:ừ ủ ừ ườ
l s l ng ng s c g i qua di n tích m t m t cong b t k , nó c xác nh b i à ố ượ đườ ứ ử ệ ộ ặ ấ ỳ đượ đị ở
công th c :ứ
0
µµ
→
→
=
B
H
→→
=Φ SdBd
m
.
→→
∫
=Φ SdB
s

m
.
)(
17/12/2009 11
1.4. TỔNG QUAN VỀ TRƯỜNG ĐIỆN TỪ.
1.4.1.Khái ni m v tr ng i n tệ ề ườ đ ệ ừ:
tr ng i n t l m t môi tr ng v t ch t bao quanh dòng i n tích chuy n d i ho c ườ đ ệ ừ à ộ ườ ậ ấ đ ệ ể ờ ặ
dòng i n , ó t n t i s chuy n i gi a i n tr ng v t tr ng.đ ệ ở đ ồ ạ ự ể đổ ữ đ ệ ườ à ừ ườ
1.4.2.Tính ch t c a i n tr ng:ấ ủ đ ệ ườ
+tr ng i n t có n ng l ng:ườ đ ệ ừ ă ượ
+tr ng i n t lan truy n v i v n t c ánh sáng trong chân không.ườ đ ệ ừ ề ớ ậ ố
+t ng n ng l ng c a tr ng i n t b ng t c bi n thiên i n t tr ng, công su t ổ ă ượ ủ ườ đ ệ ừ ằ ố độ ế đ ệ ừ ườ ấ
sinh nhi t, v nguòn ngo i có trong th tích ó.ệ à à ể đ
1.4.3.Phân lo i tr ng i n t :ạ ườ đ ệ ừ
tr ng i n t t nhiên.ườ đ ệ ừ ự
tr ng i n t nhân t o.ườ đ ệ ừ ạ
.)(.
2
1
dvwww
v
he
∫
+=

2
1
2
dvwdvEw
v

ee
∫∫
==
→
ε

2
1
2
dvwdvHw
v
h
v
h
∫∫
==
→
µ
εµ
c
v =
1, ==
εµ
khicv
ngt
s
pp
dt
dw
ds −−−=Π

∫
→
17/12/2009 12
1.5.LUẬN ĐIỂM MAXWELL VỀ TRƯỜNG ĐIỆN TỪ.
1.5.1.Lu n i m 1 .ậ đ ể
+phát bi u lu n i mể ậ đ ể .
b t k m t t tr ng n o bi n i theo th i gian c ng sinh ra m t i n tr ng xoáy.ấ ỳ ộ ừ ườ à ế đổ ờ ũ ộ đ ệ ưỡ
+công th c bi u di nứ ể ễ :
d ng tích phân: d ng vi phânạ ạ

1.5.2.Lu n i m2.ậ đ ể
+ phát bi u lu n i mể ậ đ ể .
b t k m t i n tr ng n o bi n i theo th i gian c ng sinh ra m t t tr ng xoáy.ấ ỳ ộ đ ệ ườ à ế đổ ờ ũ ộ ừ ưỡ
+công th c bi u di nứ ể ễ :
d ng tích phân: d ng vi phân:ạ ạ
→→→→
∫∫
−= dsBdlE
s
dt
d
c
.
dt
Bd
Erot
→
→
−=
→

→
→→
+=
dt
Dd
JHrot
→
→
→
→→
∫∫
+= Sd
dt
Dd
dlH
sc
.).(
τ
17/12/2009 13
1.6. HỆ PHƯƠNG TRÌNH MAXELL VỀ TRƯỜNG ĐIỆN TỪ.

1.6.1.H ph ng trinh1:ệ ươ
mô t lu n i m 1.ả ậ đ ể
1.6.2.H ph ng trình2:ệ ươ
mô t lu n i m 2.ả ậ đ ể
1.6.3H ph ng trình3ệ ươ :
i n thông trong m t th tíchv, bao b i m t cong kín s:đ ệ ộ ể ở ặ
1.6.4.H ph ng trình4ệ ươ :
t thông g u qua m t m t kín s.ừ ử ộ ặ
→→→→

∫∫
−= dsBdlE
s
dt
d
c
.
dt
Bd
Erot
→
→
−=
→
→
→→
+=
dt
Dd
JHrot
→
→
→
→→→
∫∫
+= Sd
dt
Dd
jdlH
sc

.).(
QdVSdD
vs
==
∫∫
→→
δ
.
0. =
→
∫
SdB
s
δ
=
→
Ddiv
0=
→
Bdiv
17/12/2009 14
1.7.CÂU HỎI BÀI TẬP CUỐI CHƯƠNG.
1.Ai l ng i tìm ra tr ng i n t u tiên?à ườ ườ đ ệ ừ đầ
2.Ai l ng i ng d ng tr ng i n t liên l c u tiên?à ườ ứ ụ ườ đ ệ ừ để ạ đầ
3.Ai l ng i a song i n t v o thông tin ng bi n?à ườ đư đ ệ ừ à đườ ể
4.Tr ng i n t l gì? các i l ng c tr ng?ườ đ ệ ừ à đạ ượ đặ ư
5.Trình b y lu n i m c a maxwell v tr ng i n t ?ấ ậ đ ể ủ ề ườ đ ệ ừ
6.Nêu ý ngh a c a các ph ng trình maxwell.ĩ ủ ươ
17/12/2009 15
CHƯƠNG2: TRUYỀN LAN TRƯỜNG ĐIỆN TỪ TRONG KHÍ

QUYỂN.
17/12/2009 16
CHƯƠNG2: SỰ TRUYỀN LAN TRƯỜNG ĐIỆN TỪ TRONG KHÍ
QUỂN.
2.1.T NG QU T V TR NG I N T TRONG KH QUY N.Ổ Á Ề ƯỜ Đ Ệ Ừ Í Ể
2.2. S TRUY N LAN TR NG I N T - SÓNG T.Ự Ề ƯỜ Đ Ệ Ừ – ĐẤ
2.3. S TRUY N LAN TR NG I N T - SÓNG TR IỰ Ề ƯỜ Đ Ệ Ừ – Ờ
2.4. S TRUY N LAN TR NG I N T - SÓNG TH NG.Ự Ề ƯỜ Đ Ệ Ừ – Ả
2.5. S TRUY N LAN TR NG I N T - SÓNG VÔ H NG.Ự Ề ƯỜ Đ Ệ Ừ – ƯỚ
2.6. S TRUY N LAN TR NG I N T - SÓNG NH H NG.Ự Ề ƯỜ Đ Ệ Ừ – ĐỊ ƯỚ
17/12/2009 17
2.1.TỔNG QUÁT VỀ TRƯỜNG ĐIỆN TỪ TRONG KHÍ QUYỂN
2.1.1.B ng sóng vô tuy n i n v ng d ng:ă ế đ ệ à ứ ụ
dải sóng tần số bước sóng. ứng dụng
lw (30-300) khz phát thanh, tt hàng không, hàng hải.
mw (300-1600) khz phát thanh am, tt ngiệp dư
sw (1,6-30) mhz phát thanh am,tt hàng hải
vhf (30-300) mhz tv,radio-fm.
uhz (300-1000) mhz tv,ttdiđộng, ttvt.
shf (1-100) ghz ttvt,ttdiđộng.
Thz 10exp(14-15 ) thz ttquang.
17/12/2009 18
2.1.TỔNG QUÁT VỀ TRƯỜNG ĐIỆN TỪ TRONG KHÍ QUYỂN
2.1.2. c tr ng c a tr ng i n t (sóng vô tuy n i n )v ng d ng:Đặ ư ủ ườ đ ệ ừ ế đ ệ à ứ ụ
thông s n ng l ng:công su t b c x l n h ng kw.c ly c ng xa thì công s t c ng l n.ố ă ượ ấ ứ ạ ớ à ự à ấ à ớ
c tr ng cho biên g m có các thông s :um,im,pm.đặ ư độ ồ ố
thông s nh n d ng:giúp cho quá trình thu sóng nh n v s lý c d d ng.các thông s ố ậ ạ ậ à ử đượ ễ à ố
n y g m có: t n s sóng mang (fx,) góc d ch pha c a sóng mang t,biên c a sóng à ồ ầ ố ị ủ độ ủ
mang.
các ph ng th c i u ch .ươ ứ đ ề ế

ph ng th c i u ch tín hi u rf t ng t :ươ ứ đ ề ế ệ ươ ự
+am,pm,fm.
ph ng th c i u ch tín hi u s :ươ ứ đ ề ế ệ ố
+ask, fsk, psk.
+ofdm.qbsk,mqam.
x
Φ
17/12/2009 19
2.1.TỔNG QUÁT VỀ TRƯỜNG ĐIỆN TỪ TRONG KHÍ QUYỂN
2.1.3.TÝnh chÊt cña sãng v« tuyÕn ®iÖn .
1. VËn tèc lan truyÒn :

2. TÝnh ph©n cùc cña sãng ®iÖn tõ:
+Ph©n cùc th¼ng.
+Ph©n cùc trßn,
+Ph©n cùc ElÝp.
εµ
c
v =
1, ==
εµ
khicv
smc /10.3
8
=
17/12/2009 20
2.2.SỰ LAN TRUYỀN SÓNG ĐIỆN TỪ –SÓNG ĐẤT.
2.2.1.Khái ni m ,tính ch t v sóng t:ệ ấ ề đấ
+sóng i n t lan truy n t phía phát t i phía thu b ng cách bò lan sát m t t.đ ệ ừ ề ừ ớ ằ ặ đấ
+ t n hao b i h p th , khúc x c a ch ng ng i.ổ ở ấ ụ ạ ủ ướ ạ

+b c sóng l n h n ch ng ng iướ ớ ơ ướ ạ
2.2.2. ng d ngứ ụ :
s d ng trong phát thanh sóng d i, sóng trung, thông tin h ng h i.ử ụ à à ả
17/12/2009 21
2.2.SỰ LAN TRUYỀN SÓNG ĐIỆN TỪ –SÓNG TRỜI.
2.2.1.Khái ni m ,tính ch t v sóng tr iệ ấ ề ờ
+sóng i n t lan truy n t phía phát t i phía thu b ng cách ph n x khúc x nhi u l n đ ệ ừ ề ừ ớ ằ ả ạ ạ ề ầ
trong khí quy n.ể
+ t n hao b i h p th , khúc x trong khí quy n.ổ ở ấ ụ ạ ể
+d i t n 10-30mhz.ả ầ
2.2.2. ng d ngỨ ụ :
s d ng trong thông tin xa, thu phân t p.ử ụ ậ
Tr¸i ®Êt
èng dÉn sãng tù
nhiªn
17/12/2009 22
2.3.SỰ LAN TRUYỀN SÓNG ĐIỆN TỪ –SÓNG THẲNG
2.3.1.Khái ni m ,tính ch t v sóng th ng.ệ ấ ề ẳ
+sóng i n t lan truy n t phía phát t i phía thu b ng cách truy n th ngv ph n x qua đ ệ ừ ề ừ ớ ằ ề ẳ à ả ạ
các ch ng ng i.ướ ạ
+d i t n vhf, uhf, shfả ầ
2.3.2. ng d ng:Ứ ụ
+dùng trong phát thanh fm, trong truy n hình, trong thông tin vi ba, v tinh.ttdi ng.ề ệ độ
17/12/2009 23
2.4.sù lan truyÒn sãng ®iÖn tõ –sãng v« h íng.
2.4.1. c i m c a sóng vô h ng :Đặ đ ể ủ ướ
t i m i i m c ng i n tr ng l nh nhau.ạ ọ đ ể ườ độ đ ệ ườ à ư
ch i t n hao trong khí quy n nh nhau, i m c ng xa c ng b suy hao.ụ ổ ể ư đ ể à à ị
công su t b c x cao t n l n.ấ ứ ạ ầ ớ
dùng m i d i sóng.ở ọ ả

2.4.2. ng d ng:Ứ ụ
dùng trong phát thanh truy n hình qu ng bá.ề ả
dùng trong thông tin di ng.độ
17/12/2009 24
2.5.SỰ LAN TRUYỀN SÓNG ĐIỆN TỪ –SÓNG ĐỊNH HƯỚNG.
2.4.1. c i m c a sóng nh h ng :Đặ đ ể ủ đị ướ
t i m i i m thu c h ng ph sóng thì có c ng l n h n các h ng còn l i.ạ ọ đ ể ộ ướ ủ ườ độ ớ ơ ướ ạ
ch i t n hao trong khí quy n nh nhau, i m c ng xa c ng b suy hao.ụ ổ ể ư đ ể à à ị
công su t b c x cao t n nh .ấ ứ ạ ầ ỏ
dùng d i sóngvhf,uhf,shf.ở ả
2.4.2. ng d ng:Ứ ụ
dùng trong thông tin v tinh.ệ
dùng trong thông tin t i ba.ả
dùng trong thông tin chuy n ti p.ể ế
17/12/2009 25
2.6.CÂU HỎI ÔN TẬP CUỐI CHƯƠNG.
1. Trình b y c i m, ng d ng c a sóng t?ầ đặ đ ể ứ ụ ủ đấ
2. Trình b y c i m, ng d ng c a sóng tr i?ầ đặ đ ể ứ ụ ủ ờ
3. Trình b y c i m, ng d ng c a sóng th ng?ầ đặ đ ể ứ ụ ủ ẳ
4. Trình b y c i m, ng d ng c a sóng vô h ng?ầ đặ đ ể ứ ụ ủ ướ
5. Trình b y c i m, ng d ng c a sóng nh h ng?ầ đặ đ ể ứ ụ ủ đị ướ