Nghiên cứu và thiết kế anten thông minh trong nhà cho máy thu truyền hình mảng anten thu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------Bùi Văn Nhẫn

NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ ANTEN THÔNG MINH
TRONG NHÀ CHO MÁY THU TRUYỀN HÌNH:
MẢNG ANTEN THU

Chuyên ngành: Kỹ thuật truyền thông

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Kỹ thuật truyền thông

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
PGS.TS. Đào Ngọc Chiến

Hà Nội – Năm 2013


Nghiên cứu và thiết kế anten thông minh trong nhà cho máy thu truyền hình: Mảng anten thu

LỜI CAM ĐOAN

Tôi là Bùi Văn Nhẫn, số hiệu học viên: CB110887, học viên cao học lớp
KTTT 1 khóa 2011B. Người hướng dẫn là PGS.TS. Đào Ngọc Chiến.
Tôi xin cam đoan luận văn là công trình nghiên cứu của chính tôi, không có sự
sao chép hay vay mượn dưới bất kỳ hình thức nào để hoàn thành bản luận văn tốt
nghiệp cao học chuyên ngành Điện tử Viễn thông.
Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về nội dung của luận văn này trước Viện
đào tạo sau đại học – Trường Đại học Bách khoa Hà nội.

Học viên

Bùi Văn Nhẫn

3


Nghiên cứu và thiết kế anten thông minh trong nhà cho máy thu truyền hình: Mảng anten thu

Mục lục
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt .......................................................................6
Danh mục bảng ...........................................................................................................6
Danh mục hình ảnh, đồ thị ..........................................................................................6
Mở đầu ........................................................................................................................9
Chương 1: Giới thiệu ................................................................................................10
1.1 Sơ lược về lịch sử phát triển truyền hình .....................................................10
1.2 Truyền hình số và lộ trình số hóa tại Việt Nam ...........................................13
1.2.1 Một số tiêu chuẩn TH số trên thế giới ..................................................13
1.2.2 Số hóa truyền hình tại Việt Nam ...........................................................15
1.3 Các loại Anten thu truyền hình phổ biến......................................................17
1.3.1 Anten dipole ..........................................................................................17
1.3.2 Anten vòng ............................................................................................19
1.3.3 Anten loga chu kỳ .................................................................................20
1.3.4 Anten yagi .............................................................................................22
1.3.5 Một số loại Anten thu có mạch khuếch đại dùng trong nhà .................24
1.4 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài. ...................................................................25
Chương 2: Cơ sở lý thuyết trường điện từ và Anten .................................................26
2.1 Lý thuyết trường điện từ ứng dụng trong Anten ..........................................26
2.1.1 Hệ phương trình Maxwell .....................................................................26
2.1.2 Điều kiện biên .......................................................................................28

2.1.3 Phương trình thế ...................................................................................29
2.2 Các thông số cơ bản của Anten ....................................................................33
2.2.1 Trường xa và trường gần ......................................................................36
2.2.2 Đồ thị bức xạ và gain ............................................................................37
2.2.3 Búp sóng và độ định hướng ..................................................................43
2.2.4 Hiệu suất Anten .....................................................................................46
2.2.6 Sự phân cực...........................................................................................48
2.3 Lý thuyết đường truyền vi dải ......................................................................50

4


Nghiên cứu và thiết kế anten thông minh trong nhà cho máy thu truyền hình: Mảng anten thu

Chương 3: Phân tích thiết kế Anten thu dùng phần tử đơn theo nguyên lý Anten
yagi, ứng dụng cho máy thu truyền hình số. .............................................................53
3.1 Phân tích nguyên lý thiết kế Anten Yagi .........................................................53
3.1.1 Cấu trúc Anten Yagi thông thường ..........................................................53
3.1.2 Vấn đề tiếp điện và phối hợp trở kháng ..................................................59
3.1.2 Tiếp điện cho chấn tử đối xứng bằng cáp đồng trục ...............................62
3.2 Thiết kế và mô phỏng Anten Yagi...................................................................66
3.2.1 Các bước tính toán thiết kế ......................................................................66
3.2.2 Kết quả mô phỏng và tối ưu ....................................................................67
3.3 Chế tạo thử nghiệm và đo đạc ........................................................................75
3.3.1 Chế tạo Anten ..........................................................................................75
3.3.2 Kết quả đo Anten mẫu chế tạo được........................................................76
Chương 4: Nghiên cứu Anten thông minh sử dụng tiếp điện mạng pha...................82
4.1 Khái niệm về Anten thông minh .....................................................................82
4.2 Nguyên lý hoạt động .......................................................................................83
4.3 Các kiểu anten thông minh .............................................................................86

4.3 Ưu điểm của anten thông minh .......................................................................90
4.4 Thiết kế mảng Anten thông minh sử dụng mạng tiếp điện là ma trận Butler .92
Kết luận và hướng nghiên cứu phát triển đề tài ........................................................95
Kết luận .................................................................................................................95
Hướng phát triển đề tài .........................................................................................95
Tài liệu tham khảo .....................................................................................................97

5


Nghiên cứu và thiết kế anten thông minh trong nhà cho máy thu truyền hình: Mảng anten thu

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt
DVB: Digital Video Broadcasting
DVB-T: Digital Video Broadcasting Terrestrial
SFN: Single Frequency Network
EIRP: Equivalent Isotropically Radiated Power
ERP: Effective Radiated Power
HF:

High Frequency

ISM: Industrial Scientific and Medical radio band
LF:

Low Frequency

MWF: Microwave Frequency
RCS: Radar Cross Section
VHF: Very High Frequency

UHF: Ultra High Frequency
EM:

Electromagnetic

RF:

Radio Frequency

Danh mục bảng
Bảng 1: Hệ số sóng chậm 𝜉 .......................................................................................58
Bảng 2 : Thông số đặc tính yêu cầu thiết kế Anten...................................................66
Bảng 3: Bảng thông số đo S21 và tính toán gain Anten ...........................................78
Bảng 4: Thông số đo và tính toán gain theo hướng bức xạ khác nhau .....................81

Danh mục hình ảnh, đồ thị
Hình 1-1 Sơ đồ khối hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T2 ...............................14
Hình 1-2 Mô hình thiết lập mạng đơn tần của AVG – Việt Nam ..............................17
Hình 1-3 Mô hình nguyên lý anten dipole và hình ảnh Anten thực tế ......................18
Hình 1-4 Anten vòng .................................................................................................19
Hình 1-5 Anten loga chu kỳ ......................................................................................20

6


Nghiên cứu và thiết kế anten thông minh trong nhà cho máy thu truyền hình: Mảng anten thu

Hình 1.6 Kết cấu của anten loga chu kỳ ...................................................................21
Hình 1.7 Anten Yagi - Uda sử dụng chấn tử thẳng và chấn tử vòng ........................22
Hình 1.8 Mô hình anten Yagi ....................................................................................23

Hình 1.9 Một số loại Anten thu đặt có mạch khuếch đại dùng trong nhà .................24
Hình 2-1: Hình vẽ phân cách hai môi trường............................................................28
Hình 2-2: Trục tọa độ và cách tạo sóng vô tuyến từ nguồn biến đổi theo thời gian .34
Hình 2-3: Hình trường gần trường xa .......................................................................35
Hình 2-4: Trục tọa độ phân tích anten.......................................................................38
Hình 2-5: Đồ thị 2-D của đồ thị bức xạ ....................................................................39
Hình 2-6: Đầu cuối tham chiếu anten .......................................................................40
Hình 2-7 Búp sóng của đồ thị bức xạ. .......................................................................42
Hình 2-8: Đồ thị bức xạ 2 chiều và 3 chiều theo tỷ lệ tuyến tính .............................44
Hình 2-9: Suy hao phản xạ, dẫn xạ và điện môi .......................................................46
Hình 2-10: Băng thông ..............................................................................................48
Hình 2-11: Đường truyền vi dải ................................................................................50
Hình 2-12: Phân bố trường của đường truyền vi dải ................................................51
Hình 3-1: Mô hình anten Yagi ...................................................................................53
Hình 3-2: Sự phụ thuộc của a và ψ vào X22 .............................................................54
Hình 3-3: Đồ thị phương hướng của cặp chấn tử chủ động và thụ động ứng với
d=0,1λ........................................................................................................................55
Hình 3-4: Sự phụ thuộc của D vào L/λ .....................................................................58
Hình 3-5: Sơ đồ tiếp điện kiểu T ...............................................................................60
Hình 3-6: Sơ đồ tiếp điện cho chấn tử vòng dẹt ........................................................61
Hình 3-7: Sơ đồ mắc trực tiếp cáp đồng trục vào chấn tử đối xứng .........................63
Hình 3-8: Sơ đồ phối hợp kiểu T ..............................................................................64
Hình 3.9: Sơ đồ bộ biến đổi đối xứng .......................................................................65
Hình 3.10 Thiết kế Anten yagi 300 Ohm. .................................................................68
Hình 3.11 Kết quả mô phỏng S11 Anten yagi 300 Ohm...........................................68
Hình 3.12 Giản đồ bức xạ Anten yagi 300 Ohm .......................................................69

7

Nghiên cứu và thiết kế anten thông minh trong nhà cho máy thu truyền hình: Mảng anten thu

Hình 3.13 Gain 3D ở tần số 770 MHz Anten yagi 300 Ohm ....................................69
Hình 3.14 Anten Yagi thêm chấn tử tăng băng thông ...............................................70
Hình 3.15 Kết quả mô S11 Anten yagi 300 Ohm thêm chấn tử................................70
Hình 3.16 Giản đồ bức xạ Anten yagi 300 Ohm thêm chấn tử .................................71
Hình 3.17 Gain 3D tại tần số 770 MHz Anten yagi 300 Ohm thêm chấn tử ............71
Hình 3.18 Thiết kế Balun chữ U trên mạch in ..........................................................72
Hình 3.19 Đường tiếp điện 75 Ohm cho balun chữ U ..............................................72
Hình 3.20 Anten Yagi tích hợp balun chữ U .............................................................73
Hình 3.21 Kết quả mô phỏng S11 Anten Yagi tích hợp balun chữ U .......................74
Hình 3.22 Kết quả mô phỏng Gain và giản đồ bức xạ Anten Yagi tích hợp balun chữ
U tại tần số 770 MHz ................................................................................................74
Hình 3.23 Anten tích hợp Balun chế tạo thực tế .......................................................76
Hình 3.24 Kết quả đo S11 Anten tích hợp Balun chế tạo thực tế .............................77
Hình 3.25 Sơ đồ kết nối phương pháp đo 2 Anten đồng nhất ...................................78
Hình 3.26 Đồ thị gain đo được bằng phương pháp 2 Anten đồng nhất ....................79
Hình 3.27 Đồ thị gain lấy từ kết quả tính toán bằng phần mềm ...............................79
Hình 3-28 Mô hình đo giản đồ bức xạ Anten ...........................................................80
Hình 3-29 Giản đồ bức xạ Anten được vẽ lại từ kết quả đo .....................................81
Hình 4-1 Sơ đồ dàn anten thông minh ......................................................................83
Hình 4-2 Cơ chế nhận biết hướng tín hiệu đến dựa trên thính giác của con người ..85
Hình 4-3 Hệ thống anten thông minh........................................................................86
Hình 4-4 Hiệu quả triệt nhiễu của hệ thống anten thích nghi so với hệ thống anten
chuyển búp sóng và hệ thống truyền thống...............................................................87
Hình 4-5 Giản đồ hướng bức xạ của hệ thống chuyển mạch và dàn anten thích nghi
...................................................................................................................................87
Hình 4-6 Các loại cấu trúc anten thông minh ...........................................................88
Hình 4-7 Sơ đồ nguyên lý của mạng tiếp điện ma trận Butler. .................................93
Hình 4-8 Sơ đồ nguyên lý tiếp điện cho mảng Anten sử dụng ma trận Butler .........94

8


Nghiên cứu và thiết kế anten thông minh trong nhà cho máy thu truyền hình: Mảng anten thu

Mở đầu
Truyền hình trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng đang trong giai
đoạn phát triển và chuyển giao mạnh mẽ sang công nghệ số. Đi cùng với lịch sử
phát triển lâu đời của công nghệ truyền hình thì các loại Anten thu cho hệ thống
truyền hình mặt đất cũng phát triển hết sức mạnh mẽ và đa dạng. Tuy vậy, một thực
tế là đặc điểm môi trường truyền sóng và phía thu đã có nhiều thay đổi. Ban đầu
người dùng truyền hình chủ yếu thu sóng bằng Anten gắn trên cây cột cao hàng
chục mét tới nay đã còn không phù hợp. Đặc biệt ở trong khu vực đô thị thì nhu cầu
thu sóng truyền hình mặt đất bằng Anten để trong nhà đang trở lên cần thiết hơn bao
giờ hết khi mà không gian và thẩm mỹ không còn cho phép giương cột lên lắp
Anten. Thực tế là thị trường Anten thu truyền hình ở Việt Nam chủ yếu là hàng trôi
nổi, chất lượng và nguồn gốc đều khó kiểm soát làm ảnh hưởng đến chất lượng thu
sóng của phía thu. Từ đó ý tưởng thiết kế chế tạo một loại Anten thu trong nhà
thông minh được ấp ủ và tôi lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu và thiết kế anten thông
minh trong nhà cho máy thu truyền hình: Mảng anten thu” cho luận văn tốt nghiệp
của mình.
Mục tiêu của đề tài trước hết là nghiên cứu thiết kế ra một sản phẩm Anten thu
ứng dụng cho mạng truyền hình số với các thông số đặc tính tương đương hoặc tốt
hơn các loại Anten thông dụng trên thị trường, có kích thước nhỏ, dễ sử dụng và lắp
đặt. Từ đó tiếp tục nghiên cứu và thiết kế kết hợp với kỹ thuật mạng pha tiếp điện
để tạo nên Anten mảng thông minh có khả năng thay đổi búp sóng tự động.
Trong quá trình thực hiện luận văn có được sự hướng dẫn tận tâm nhiệt tình và
khoa học của PGS.TS. Đào Ngọc Chiến đã giúp cho luận văn đạt được những kết
quả khả quan. Luận văn không tránh khỏi những thiếu sót, tôi rất mong nhận được

nhiều ý kiến đóng góp của các thầy cô giáo, các anh chị và các bạn để luận văn
được hoàn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn!

9


Nghiên cứu và thiết kế anten thông minh trong nhà cho máy thu truyền hình: Mảng anten thu

Chương 1: Giới thiệu
1.1 Sơ lược về lịch sử phát triển truyền hình
Truyền hình hiện là phương tiện truyền thông phổ biến nhất thế giới. Không chỉ
là một phương tiện truyền thông, giải trí thuần tuý, ngày nay truyền hình còn được
ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực của cuộc sống hiện đại. Mặc dù là loại hình
phương tiện thông tin đại chúng mới xuất hiện từ khoảng giữa thế kỷ XX, nhưng đã
phát triển rất nhanh chóng, mạnh mẽ và được phổ biến hết sức rộng rãi trong vòng
vài ba thập niên trở lại đây. Thế mạnh đặc trưng của truyền hình là cung cấp thông
tin dưới dạng hình ảnh, âm thanh, mang tính hẫp dẫn sinh động, trực tiếp và tổng
hợp.
Truyền hình là hệ thống phát và thu hình ảnh và âm thành bằng những thiết bị
truyền dẫn tín hiệu từ qua cáp, sợi quang và quan trọng nhất là sóng điện từ. Những
hệ thống truyền hình thật sự đầu tiên bắt đầu đi vào hoạt động chính thức trong
thập niên 40 của thế kỷ này, không lâu sau khi khái niệm "truyền hình" được sử
dụng với nghĩa như chúng ta vẫn hiểu ngày nay. Ngành truyền hình thế giới đã phải
trải qua một thời gian dài phát triển mới có được thành tựu đó.
Năm 1873, nhà khoa học người Scotland James Cleck Maxwell tiên đoán sự tồn
tại của sóng điện từ, phương tiện chuyền tải tín hiệu truyền hình. Cùng năm này,
nhà khoa học người Anh Willoughby Smith và trợ lý Joseph May chứng minh rằng
điện trở suất của nguyên tố Selen thay đổi khi được chiếu sáng. Phát minh này đã
đưa ra khái niệm "suất quang dẫn", nguyên lý hoạt động của ống vidicon truyền

ảnh. 15 năm sau, năm 1888, nhà vật lý người Đức Wihelm Hallwachs tìm ra khả
năng phóng thích điện tử của một số vật liệu. Hiện tượng này được gọi là "phóng tia
điện tử", nguyên lý của ống orthicon truyền ảnh.
Mặc dù nhiều phương thức chuyển đổi ánh sáng thành dòng điện tử đã được
phát minh và hoàn thiện nhưng hệ thống truyền hình đầu tiên vẫn chưa đủ điều kiện
để ra đời. Vấn đề cốt yếu là dòng điện tạo ra còn yếu và chưa tìm được một phương
pháp khuyếch đại hiệu quả. Mãi cho tới năm 1906, khi Lee De Forest, một kỹ sư
người Mỹ đăng ký sáng chế ống triode chân không thì vấn đề mới được giải quyết.

10


Nghiên cứu và thiết kế anten thông minh trong nhà cho máy thu truyền hình: Mảng anten thu

Năm 1884, kỹ sư Paul Nipkow chế tạo thành công thiết bị thực nghiệm truyền
hình đầu tiên, đĩa Nipkow. Ông đặt chiếc đĩa có đục lỗ theo hình xoáy ốc phía trước
một bức tranh được chiếu sáng. Khi quay đĩa, lỗ thủng đầu tiên quét qua điểm cao
nhất của bức tranh, lỗ thứ hai quét thấp hơn lỗ đầu tiên một chút, lỗ thứ 3 lại thấp
hơn chút nữa,… và cứ như vậy cho tới tâm bức tranh. Để thu được hình ảnh,
Nipkow quay chiếc đĩa, sau mỗi vòng quay, tất cả các điểm của bức tranh lần lượt
hiện lên. Những chiếc đĩa tương tự quay ở điểm nhận. Khi tốc độ quay đạt 15
vòng/'giây, ánh sáng đi qua hệ thống đĩa tái tạo được hình ảnh tĩnh của bức tranh.
Thiết bị của Nipkow được sử dụng mãi tới thập kỷ 20 của thế kỷ này. Sau đó kỹ
thuật truyền ảnh tĩnh dựa trên hệ thống đĩa Nipkow được Jenkins và Baird tiếp tục
hoàn thiện. Những hình ảnh thu được tuy còn thô nhưng đã có thể nhận ra. Thiết bị
thu vẫn sử dụng đĩa Nipkow đặt phía trước một ngọn đèn được điểu khiển độ sáng
bằng tin hiệu từ bộ phận cảm quang phía sau đĩa ở thiết bị phát. Năm 1926 Baird
công bố một hệ thống truyền ảnh tĩnh sử dụng đĩa Nipkow 30 lỗ. Kỹ thuật này được
gọi là phương pháp quét cơ học, hay phương pháp phân tích cơ học.
Đồng thời với sự phát triển của phương pháp phân tích cơ học, năm 1908 nhà

sáng chế người Anh Campbell Swinton đưa ra phương pháp phân hình điện tử. Ông
sử dụng một màn ảnh để thu nhận một điện tích thay đổi tương ứng với hình ảnh, và
một súng điện tử trung hoà điện tích này, tạo ra dòng biến tử biến thiên. Nguyên lý
này được Zworykin áp dụng trong ống ghi hình iconoscope, bộ phận quan trọng
nhất của camera. Về sau, chiếc đèn orthicon hiện đại hơn cũng sử dụng một thiết bị
tương tự như vậy.
Năm 1878, nhà vật lý và hoá học người Anh, William Crookes phát minh ra tia
âm cực. Tới năm 1908, Campbell Swinton và Boris Rosing, người Nga, độc lập
nghiên cứu những kết qủa thu được của hai ông lại tương đồng. Theo đó, hình ảnh
được tái tạo bằng cách dùng một ống phóng tia âm cực (cathoderays, tube-CRT) bắn
phá màn hình phủ phóphor. Trong suốt những năm 30, công nghệ CRT được kỹ sư
điện tử người Mỹ tên là Allen DuMont tập trung nghiên cứu. Phương pháp tái hiện

11


Nghiên cứu và thiết kế anten thông minh trong nhà cho máy thu truyền hình: Mảng anten thu

hình ảnh của DuMont về cơ bản giống phương pháp chúng ta đang sử dụng ngày
nay.
Ngày 13/1/1928, nhà phát minh Emst Alexanderson cho ra đời chiếc máy thu
hình áp dụng phương pháp phân hình điện tử đầu tiên trên thế giới tại Schenectady,
New York, Mỹ. Hình ảnh trên màn hình 76 mm (3 inch) xấu và không ổn định
nhưng máy thu hình vẫn phổ biến ở nhiều gia đình. Nhiều máy thu kiểu này đã
được sản xuất và bán tại Schenectady. Cũng tại đây, ngày 10/5/ 1928, đài WGY bắt
đầu phát sóng đều đặn.
Ngay từ năm 1904 người ta đã biết rằng có thể chế tạo thiết bị truyền hình màu
bằng cách sử dụng 3 màu cơ bản là đỏ, lục và xanh. Năm 1928, Baird cho ra mắt
truyền hình màu dùng 3 bộ đĩa Nipkow quét hình ảnh. 12 năm sau, Peter Goldmark
chế tạo được hệ thống truyển hình màu với khả năng lọc tốt hơn. Năm 1951 buổi

phát hình màu đầu tiên đã sử dụng hệ thống của Goldmark. Tuy nhiên, hệ thống này
không thích hợp với truyền hình đơn sắc nên cuối năm đó thí nghiệm bị hủy bỏ.
Cuối cùng thì hệ thống truyển hình màu thích hợp với truyền hình đơn sắc cũng ra
đời năm 1953. Một năm sau, phát hình màu công cộng lại xuất hiện.
Những bước phát triển tiếp theo của nghành truyền hình thế giới chỉ là hoàn
thiệt chất lượng truyền hình bằng những màn hình lớn hơn, công nghệ phát và
truyền dẫn tín hiệu truyền hình tốt hơn mà thôi. Những màn hình đầu tiên chỉ đạt 18
hoặc 25 cách mạng (7 hoặc 10 inch) kích thước đường chéo. Màn hình ngày nay có
kích thước lớn hơn rất nhiều. Với sự ra đời của máy chiếu, mán ảnh truyền hình có
thể phục vụ những mán hình có kích thước đường chéo lên tới 2m. Nhưng các nhà
sản xuất cũng không quên phát triển máy thu hình để nhỏ gọn, chẳng hạn một máy
thu hình cỡ 3 inch (7,6 cm).
Ngày nay, ngành truyền hình thế giới đang từng bước chuyển dần từ công nghệ
tương tự (hay tuần tự- analog) sang truyền hình kỹ thuật số (digital). Từ thập kỷ 80,
hệ truyền hình độ nét cao (high-definition television - HDTV) sử dụng kỹ thuật số
bắt đầu được nghiên cứu và hiện nay ngày càng được sử dụng rộng rãi. Nhiễu nước
trên thế giới như Mỹ, Anh, Nhật, Hàn Quốc... đã dừng hẳn việc phát sóng truyền

12


Nghiên cứu và thiết kế anten thông minh trong nhà cho máy thu truyền hình: Mảng anten thu

hình tương tự và chuyển sang phủ sóng truyền hình kỹ thuật số. Việt Nam theo kế
hoạch cũng sẽ dừng hẳn việc phát sóng analog vào năm 2015.
1.2 Truyền hình số và lộ trình số hóa tại Việt Nam
1.2.1 Một số tiêu chuẩn TH số trên thế giới
Công nghệ truyền hình số có nhiều ưu điểm hơn hẳn so với công nghệ truyền
hình tương tự như: khả năng sử dụng hiệu quả phổ tần, truyền dẫn phát sóng được
nhiều chương trình trên một kênh, có khả năng phát hiện và sửa lỗi, khắc phục được

những ưu điểm thường thấy trong truyền hình tương tự, có khả năng tương thích với
nhiều loại hình dịch vụ khác nhau cũng như khả năng phát sóng các chương trình
truyền hình độ phân giải cao HDTV… việc truyền dẫn tín hiệu truyền hình số được
thực hiện thông qua cáp đồng trục, cáp quang, vệ tinh hay truyền hình số mặt đất.
Các đặc điểm cơ bản của hệ thống truyền hình số gồm có:
- Thiết bị truyền hình số dùng trong truyền dẫn chương trình truyền hình là hệ
thống nhiều kênh. Tín hiệu truyền hình số yêu cầu băng tần rộng hơn, ngoài tín hiệu
truyền hình còn kèm theo âm thanh và các thông tin khác như: thời gian chuẩn, các
thông tin phụ… được ghép vào các khoảng trống của đường truyền.
- Ít bị tác động của nhiễu, khả năng chống nhiễu và sửa lỗi tốt hơn, có thể khắc
phục được hiện tượng chồng phổ tín hiệu, hiện tượng bóng ma (Ghosts) so với
truyền hình tương tự
- Việc truyền tín hiệu số được thực hiện khi đảm bảo sự tương quan giữa các
kênh truyền tín hiệu. Do đó, các thông tin đồng bộ được đưa vào để đồng bộ các tín
hiệu và có thể khóa mã dễ dàng.
- Quá trình xử lý tín hiệu số đơn giản hơn nhiều so với tín hiệu tương tự như:
sửa đổi thời gian gốc, chuyển đổi tiêu chuẩn, dựng hậu kỳ, giảm độ rộng băng tần…
Hiện tại trên thế giới chủ yếu sử dụng 3 tiêu chuẩn phát sóng truyền hình số là :
- Họ DVB: DVB-T/ DVB-T2/ DVB-S2 (Digital Video Broadcasting-Terrestrial)
Tiêu chuẩn Châu Âu. Hiện tại Việt Nam đang sử dụng và hướng tới sử dụng chuẩn
DVB-T2/ DVB-S2
- ATSC (Advanced Television System Committee) Tiêu chuẩn của Mỹ.

13


Nghiên cứu và thiết kế anten thông minh trong nhà cho máy thu truyền hình: Mảng anten thu

- ISDB - T (Intergrated Services Digital Broadcasting- Terrestrial) Tiêu chuẩn
của Nhật.

Cùng với sự phát triển mạnh của công nghệ truyền hình cũng như nhu cầu nghe
nhìn của người dùng đòi hỏi về chất lượng và nội dung phong phú đa dạng hơn, các
nhà nghiên cứu đã phát triển tiêu chuẩn DVB-T2 là phiên bản tiếp theo của tiêu
chuẩn DVB-T. Tiêu chuẩn DVB-T2 được giới thiệu lần đầu tiên vào 6/2008 và được
Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu - ETSI (European Telecommunication
Standardisations Institute) chuẩn hóa từ tháng 9/2009.

Hình 1-1 Sơ đồ khối hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T2

So sánh với chuẩn truyền hình số hiện nay là DVB-T thì chuẩn thế hệ thứ hai
DVB-T2 cung cấp sự gia tăng dung lượng tối thiểu 30% trong cùng điều kiện thu
sóng và dùng các anten thu hiện có. Trên thực tế, một số thử nghiệm sơ bộ cho thấy
dung lượng có thể gia tăng lên tới 50%. Điều này càng thuận lợi cho việc triển khai
các dịch vụ quảng bá mới đòi hỏi dung lượng cao như HDTV, 3DTV.... Từ năm
2009, đã có rất nhiều Quốc gia đưa DVB-T2 vào phát sóng thử nghiệm và đến nay
nhiều nước bắt đầu triển khai truyền hình số mặt đất đều lựa chọn tiêu chuẩn DVBT2. Điển hình như Ấn Độ, Nga, Thái Lan, Malaysia, Indonesia, các nước Đông
Âu... Những nước đã triển khai phát sóng DVB-T đều có kế hoạch chuyển dần sang
phát sóng tiêu chuẩn DVB-T2 và không tiếp tục mở rộng mạng DVB-T.
Giá thành của thiết bị truyền hình số tiêu chuẩn DVB-T2 đã giảm đáng kể từ khi
mà tiêu chuẩn này đã được nhiều nước triển khai áp dụng. Hiện nay giá thành thiết
bị phát sóng truyền hình số mặt đất sử dụng tiêu chuẩn DVB-T2 là tương đương với

14


Nghiên cứu và thiết kế anten thông minh trong nhà cho máy thu truyền hình: Mảng anten thu

thiết bị sử dụng tiêu chuẩn DVB-T. Giá thành thiết bị thu sử dụng công nghệ DVBT2 cao hơn không đáng kể khi sử dụng chuẩn DVB-T.
Nếu tiếp tục triển khai phát sóng theo chuẩn DVB-T thì sẽ không phù hợp với
xu thế công nghệ của khu vực và thế giới, về lâu dài sẽ gây tốn kém và khó khăn

hơn cho quá trình chuyển đổi công nghệ từ tiêu chuẩn DVB-T sang tiêu chuẩn
DVB-T2.
Tại ASEAN: vào đầu năm 2012, Hiệp hội các nước Đông Nam Á ASEAN đã
khuyến cáo các nước thành viên cần áp dụng ngay tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất
thế hệ mới DVB-T2 để tránh quá trình chuyển đổi công nghệ DVB-T kéo dài và tốn
kém sau này.
1.2.2 Số hóa truyền hình tại Việt Nam
Số hóa hiện đã trở thành một xu hướng tất yếu của ngành truyền hình thế giới.
Đã có 7 nước(Luxembourg, Hà Lan, Phần lan, Thụy điển, Thụy sỹ, Đức và Mỹ)
hoàn tất quá trình chuyển đổi từ truyền hình analog sang truyền hình số. Còn lại đa
phần các nước khác đều đang trong quá trình chuyển đổi. Việc chuyển đổi từ truyền
hình analog sang truyền hình số là quá trình thay thế công nghệ truyền hình analog
đã có tuổi đời đến 60 năm bằng công nghệ truyền hình số phát triển trên nền tảng
công nghệ mới với nhiều ưu điểm hơn. Truyền hình số qua vệ tinh, cáp, và mặt đất
hiện nay đang là lĩnh vực được nghiên cứu mạnh mẽ, nhất là tại Bắc mỹ và Châu âu
và ở Việt Nam thì truyền hình kỹ thuật số cũng đang từng bước phát triển.Với mục
tiêu đến năm 2020 100% mạng truyền hình cáp chuyển sang công nghệ số,hạ tầng
truyền dẫn, phát sóng được phát triển đồng bộ, hiện đại, hiệu quả, thống nhất về tiêu
chuẩn và công nghệ, đảm bảo có thể chuyển tải được các dịch vụ phát thanh, truyền
hình, viễn thông và công nghệ thông tin trên cùng một hạ tầng kỹ thuật, đáp ứng
yêu cầu hội tụ công nghệ và dịch vụ
Truyền hình số mặt đất ra đời và đã nhanh chóng khẳng định được vị thế trên thị
trường. Chính vì những ưu điểm vượt trội của truyền hình số mà hầu hết các nước
trên thế giới trong đó có Việt Nam đã đưa ra lộ trình số hóa truyền hình số mặt đất
và ngưng phát sóng truyền hình tương tự. Căn cứ Quyết định 2451/QĐ-TTg ngày

15


Nghiên cứu và thiết kế anten thông minh trong nhà cho máy thu truyền hình: Mảng anten thu

27 tháng 12 năm 2011 của Thủ tướng Chính phủ phê duyệt “Đề án số hóa truyền
dẫn, phát sóng truyền hình mặt đất đến năm 2020”.
Mục tiêu của quá trình số hóa:
- Chuyển đổi hạ tầng truyền dẫn, phát sóng truyền hình mặt đất từ công nghệ
tương tự sang công nghệ số ( sau đây gọi là số hóa truyền dẫn, phát sóng truyền
hình mặt đất) theo hướng hiện đại, hiệu quả, thống nhất về tiêu chuẩn và công nghệ
nhằm nâng cao chất lượng dịch vụ, tăng số lượng kênh chương trình, nâng cao hiệu
quả sử dụng tần số truyền hình, đồng thời giải phóng một phần tài nguyên tần số để
phát triển các dịch vụ thông tin di động và vô tuyến băng rộng.
- Mở rộng vùng phủ sóng truyền hình số mặt đất nhằm phục vụ tốt nhiệm vụ
phát triển kinh tế, văn hóa, xã hội, cung cấp các dịch vụ truyền hình đa dạng, phong
phú, chất lượng cao, phù hợp với nhu cầu và thu nhập của người dân đảm bảo thực
hiện tốt nhiệm vụ chính trị, quốc phòng an ninh của Đảng và nhà nước.
- Hình thành và phát triển thị trường truyền dẫn, phát sóng truyền hình số mặt
đất nhằm thu hút nguồn lực của xã hội để phát triển hạ tầng kỹ thuật truyền hình,
trên cơ sở đảm bảo sự quản lý thống nhất, có hiệu quả của Nhà nước.
- Tạo điều kiện để tổ chức và sắp xếp lại hệ thống các đài phát thanh, truyền
hình trên phạm vi cả nước theo hướng chuyên môn hóa, chuyên nghiệp.

16


Nghiên cứu và thiết kế anten thông minh trong nhà cho máy thu truyền hình: Mảng anten thu

Hình 1-2 Mô hình thiết lập mạng đơn tần của AVG – Việt Nam

Tại Việt Nam: Công ty Cổ phần nghe nhìn toàn cầu AVG đang triển khai
phát sóng truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn DVB-T2 với mạng đơn tần. Đài
truyền hình Việt Nam cũng đã quyết định sử dụng tiêu chuẩn DVB-T2 và đã phát

sóng chính thức tại Hà Nội và TP Hồ Chí Minh từ đầu năm 2013. Công ty VTC, là
doanh nghiệp đang sử dụng tiêu chuẩn DVB-T cũng có kế hoạch triển khai phát
sóng truyền hình số tiêu chuẩn DVB-T2 và dần chuyển đổi hoàn toàn công nghệ
sang DVB-T2.
1.3 Các loại Anten thu truyền hình phổ biến
Anten máy thu truyền hình là loại anten được thiết kế đặc biệt để nhận tín
hiệu truyền hình dưới dạng sóng điện từ trong không gian, thông thường ở dải tần
số 41 - 250 Mhz trong băng tần VHF, và 470 - 960 Mhz trong băng tần UHF, tùy
theo quy định của từng quốc gia. Anten truyền hình thường được thiết kế và sản
xuất thành 2 loại chính:
-

Anten đặt trong nhà (đặt trên nóc ti vi hoặc gần ti vi),

-

Anten ngoài trời (thường được lắp đặt trên nóc nhà).

1.3.1 Anten dipole

17


Nghiên cứu và thiết kế anten thông minh trong nhà cho máy thu truyền hình: Mảng anten thu

Hình 1-3 Mô hình nguyên lý anten dipole và hình ảnh Anten thực tế

Anten dipole là loại anten đơn giản nhất nhưng lại được sử dụng rộng rãi và phổ
biến nhất trong truyền sóng không giây, trong viễn thông cũng như trong truyền
hình. Dipole là loại anten được phát minh sớm nhất, từ năm 1886 bởi nhà vật lý

Heinrich Hertz. Cấu tạo chính của anten gồm có 2 vật dẫn giống hệt nhau (dây dẫn
hoặc thanh dẫn điện) và được bố trí đối xứng với nhau trong không gian. Tín hiệu
thu về sẽ được lấy từ hai nửa đối xứng đó của anten.
Dipole là loại anten cộng hưởng, nghĩa là các thành phần của nó chính là các bộ
dao động, với sóng đứng của dòng điện từ trường chạy qua lại giữa các cực của nó.
Chính vì vậy độ dài của mỗi nửa dipole có liên quan tới bước sóng của tần số sóng
điện từ sử dụng. Thông thường hay sử dụng loại anten dipole nửa sóng, nghĩa là
mỗi nửa kim loại của nó có độ dài bằng một phần tư bước sóng, hay nói cách khác,
tổng độ dài anten là nửa bước sóng.
Anten dipole có thể được sử dụng độc lập (như trường hợp anten trong nhà
dùng với máy thu truyền hình), hoặc cũng có thể được sử dụng làm các thành phần
cấu tạo nên các loại anten khác phức tạp hơn, như anten yagi, anten parabol chu kỳ,
anten log chu kỳ...
Đối với anten dipole dùng cho tivi, người dùng có thể điều chỉnh độ dài của các
chấn tử để phù hợp với bước sóng của kênh truyền hình mong muốn. Tuy nhiên loại
anten này không hiệu quả cho sử dụng ngoài trời do có nhược điểm là tính định
hướng thấp, và không phải lúc nào cũng được điều chỉnh về kích thước đúng của
các kênh cần xem khác nhau. Hơn nữa anten dipole lại được đặt trong nhà, gần với

18


Nghiên cứu và thiết kế anten thông minh trong nhà cho máy thu truyền hình: Mảng anten thu

mặt đất cho nên khả năng thu các tín hiệu sóng điện từ yếu sẽ kém hơn rất nhiều so
với các anten nhiều phần tử ngoài trời. Thông thường anten dipole được sử dụng tốt
trong trường hợp tín hiệu truyền hình có cường độ mạnh do các trạm phát đặt gần
nơi thu sóng, giúp giảm thiểu chi phí và tiện lợi cho người sử dụng.
1.3.2 Anten vòng

Hình 1-4 Anten vòng

Anten vòng (hay còn gọi là vòng điện nguyên tố) là loại anten có cấu tạo gồm 1
hoặc nhiều vòng kim loại, ống hoặc các loại vật dẫn điện khác với các cực đầu cuối
được nối với một đường truyền cân bằng. Có hai loại anten vòng với thiết kế vật lý
khác nhau: anten vòng nhỏ (hay anten vòng từ trường) với kích thước nhỏ hơn
nhiều so với bước sóng, và anten vòng to cộng hưởng với chu vi xấp xỉ bằng bước
sóng.
Anten vòng nhỏ thường có chu vi bằng một phần mười bước sóng sử dụng, hoặc
ngắn hơn nữa. Nó có độ lợi thấp và thường được sử dụng làm anten thu ở các tần số
thấp. Ngoại trừ radio cho xe hơi, hầu hết các loại bộ thu AM đều có một anten vòng
nhỏ tích hợp ngay bên trong. Anten vòng nhỏ còn được sử dụng cho mục đích định
hướng sóng điện từ, và tương đối dễ chế tạo.
Anten vòng to cộng hưởng thì lại có kích thước lớn hơn, thường có chu vi bằng
với bước sóng làm việc, hoặc có thể là một số lẻ lần bước sóng. Thông thường
chúng được sử dụng ở các tần số cao hơn, đặc biệt là ở dải tần VHF và UHF, do
kích thước của anten ở dải tần này dễ dàng cho việc triển khai và chế tạo. Loại

19


Nghiên cứu và thiết kế anten thông minh trong nhà cho máy thu truyền hình: Mảng anten thu

anten này cũng có một số đặc tính giống anten dipole, và có độ lợi tương tự với
anten dipole. Do đồ thị bức xạ không hướng lên trời và xuống dưới đất nên độ lợi
anten vòng to có nhỉnh hơn đôi chút, hơn khoảng 10% theo phương nằm ngang.
Đối lập với anten vòng nhỏ, anten vòng to bức xạ theo phương vuông góc với
mặt phẳng của vòng, về cả hai phía. Do đó loại anten này thường được đặt cho vòng
nằm thẳng đứng, và thường quay xung quanh trục. Nếu được tiếp điện từ phía dưới
lên, anten sẽ phân cực ngang, còn nếu tiếp điện từ bên sườn, anten sẽ phân cực

thẳng.
1.3.3 Anten loga chu kỳ

Hình 0-5 Anten loga chu kỳ

Anten loga chu kỳ (hay còn gọi là anten mảng loga chu kỳ, anten chùm loga chu
kỳ) là một loại anten băng rộng, nhiều phần tử, có tính định hướng cao, có trở
kháng và đặc tính bức xạ theo dạng hàm logarithm của tần số kích thích. Các thành
phần con bên trong thông thường là dipole (đối với loại anten mảng dipole loga chu
kỳ). Anten loga chu kỳ được thiết kế với các phần tử tương tự nhau, tạo thành một
mảng fractal. Anten loga chu kỳ được phát minh bởi Dwight E. Isbell, Raymond
DuHamel và Paul Mayes.
Anten này thường được sử dụng trong những tình huống đòi hỏi hoạt động
trong dải tần số rộng, mà vẫn có độ lợi và tính định hướng tốt. Chính vì vậy anten

20


Nghiên cứu và thiết kế anten thông minh trong nhà cho máy thu truyền hình: Mảng anten thu

loga chu kỳ là một trong những loại anten được sử dụng nhiều cho máy thu truyền
hình, ở dải tần VHF và UHF.
Anten được tạo bởi tập hợp các chấn tử có kích thước và khoảng cách khác
nhau và được tiếp điện từ một đường fiđe song hành chung, các chấn tử nhận dòng
từ fiđe theo cách tiếp điện chéo:

Hình 0.6 Kết cấu của anten loga chu kỳ

Kích thước của các chấn tử và khoảng cách giữa chúng biến đổi dần theo một tỉ
lệ, tỉ lệ này được gọi là chu kỳ của kết cấu:

𝑙

𝑙

𝑙

𝑙

𝑙
𝑙

( 0.1)

Đặc tính kết cấu của anten lôga - chu kỳ được xác định bởi hai thông số chính là
τ và góc α. Nếu máy phát làm việc ở tần số of nào đó, tần số này lại là tần số cộng
hưởng của một trong các chấn tử thì trở kháng của chấn tử đó sẽ là điện trở thuần.
Các chấn tử có quan hệ pha như trên, nên chấn tử đứng trước chấn tử cộng
hưởng sẽ thỏa mãn điều kiện chấn tử dẫn xạ, còn chấn tử tử dứng sau sẽ thỏa mãn
điều kiện của chấn tử phản xạ. Bức xạ của anten chủ yếu do chấn tử cộng hưởng
quyết định và sẽ được định hướng theo trục anten, về phía các chấn tử nhỏ hơn. Nếu
tần số máy phát giảm đi, còn là τf (nhỏ hơn 1) thì vai trò của chấn tử cộng hưởng
sẽ được dịch chuyển sang chấn tử có độ dài lớn hơn kế đó, và ngược lại, nếu tần số
tăng lên bằng

𝑓

thì chấn tử cộng hưởng sẽ chuyển sang chấn tử ngắn hơn kế đó.

21

Nghiên cứu và thiết kế anten thông minh trong nhà cho máy thu truyền hình: Mảng anten thu

1.3.4 Anten yagi

a) Anten Yagi sử dụng chấn tử thẳng

b) Anten Yagi có sử dụng chấn tử vòng
Hình 0.7 Anten Yagi - Uda sử dụng chấn tử thẳng và chấn tử vòng

Anten Yagi là loại anten định hướng rất phổ biến bởi vì chúng dễ chế tạo. Các
anten định hướng như Yagi thường sử dụng trong những khu vực khó phủ sóng hay
ở những nơi cần vùng bao phủ lớn hơn vùng bao phủ của anten đẳng hướng. Anten
Yagi hay còn gọi là anten Yagi-Uda (do 2 người Nhật là Hidetsugu Yagi và Shintaro
Uda chế tạo vào năm 1926) được biết đến như là một anten định hướng cao được sử
dụng trong truyền thông không dây. Loại anten này thường được sử dụng cho mô
hình điểm - điểm và đôi khi cũng dùng cho mô hình điểm - đa điểm. Anten Yagi Uda được xây dựng bằng cách hình thành một chuỗi tuyến tính các anten dipole
song song nhau.

22


Nghiên cứu và thiết kế anten thông minh trong nhà cho máy thu truyền hình: Mảng anten thu

Anten Yagi được dùng rộng rãi trong vô tuyến truyền hình, trong các tuyến
thông tin chuyển tiếp và trong các đài ra đa sóng mét. Anten này được dùng phổ
biến như thế vì nó có tính định hướng tương đối tốt mà kích thước và trọng lượng
lại không quá lớn, cấu trúc đơn giản dễ chế tạo.

Hình 0.8 Mô hình anten Yagi

Trong đồ án này, tác giả sử dụng mô hình lý thuyết là Anten Yagi sử dụng chấn tử
vòng làm chấn tử nguồn. Vì vậy nguyên lý hoạt động và phương pháp thiết kế loại
Anten này sẽ được đề cập đến chi tiết ở phần sau của đồ án.

23


Nghiên cứu và thiết kế anten thông minh trong nhà cho máy thu truyền hình: Mảng anten thu

1.3.5 Một số loại Anten thu có mạch khuếch đại dùng trong nhà

Hình 0.9 Một số loại Anten thu đặt có mạch khuếch đại dùng trong nhà

Đặc điểm chung của các loại Anten này là:
-

Kích thước khá nhỏ gọn và hình thức bắt mắt

-

Cấu trúc Anten đơn giản, thường sử dụng phần tử là anten râu (dipole hoặc
mono pole) hoặc sử dụng kết hợp 2 hay nhiều phần tử Anten khác nhau như
thêm anten vòng, mặt phản xạ…

-

Tuy nhiên thực tế sử dụng thử và đo đạc cho thấy các loại Anten này trên thị
trường Việt Nam có rất nhiều hạn chế:
o Đặc tính của Anten kém: S11 >-10, gain không tốt,

o Chủ yếu dùng mạch khuếch đại có hệ số khuếch đại lớn để tăng cường
tín hiệu, tuy vậy hầu hết các loại mạch khuếch đại đều có hệ số nhiễu
NF cao, do vậy cường độ tín hiệu tốt nhưng chất lượng tín hiệu lại
kém.
o Độ bền kém, nhanh hỏng và dễ rơi vỡ.

24


Nghiên cứu và thiết kế anten thông minh trong nhà cho máy thu truyền hình: Mảng anten thu

1.4 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài.
Khi tìm hiểu nghiên cứu vấn đề Anten thu cho truyền hình kết hợp với việc
mô phỏng lại, mua về sử dụng và đo đạc cho thấy có nổi cộm lên một số vấn đề đối
với Anten thu truyền hình tại Việt Nam:
-

Đối với các loại Anten truyền thống sử dụng treo trên cột ngoài trời thì kích
thước cồng kềnh, đa số có dải tần số thu thấp (từ dải VHF đến băng thấp của
dải UHF). Các loại Anten này lại thường không tích hợp sẵn đầu nối, dây cáp
khiến người sử dụng phải tự kết nối không đảm bảo tính phối hợp trở kháng
của Anten với đường truyền (cáp đồng trục).

-

Các loại Anten được thiết kế để sử dụng trong nhà có tích hợp mạch khuếch
đại thì đặc tính chưa tốt. Khi sử dụng cho truyền hình số có hiện tượng vỡ
hình do hệ số nhiễu trong mạch làm giảm chất lượng tín hiệu.

-

Ngoài ra, hầu hết các loại Anten trên thị trường Việt Nam đều có xuất xứ
không rõ ràng (Trung Quốc?) mà chưa có một thương hiệu, hay một sản
phẩm của người Việt Nam
Do vậy, khi thực hiện đồ án này tôi mục tiêu đặt ra là:

-

Thứ nhất: Thiết kế một loại Anten thu cho hệ thống truyền hình số mặt đất
có kích thước nhỏ gọn, dễ dàng lắp đặt và sử dụng trong thực tế mà chất
lượng không thua kém các loại Anten hiện có trên thị trường.

-

Thứ hai: Kết hợp Anten thu với một bộ tiếp điện mạng pha cho thành dàn
Anten thông minh có thể lựa chọn búp sóng tự động thay cho việc phải quay
Anten bằng tay như thông thường.

-

Ngoài ra, cũng mong muốn tạo ra được một sản phẩm Anten thực sự của
người Việt và dành cho người Việt.

25


Nghiên cứu và thiết kế anten thông minh trong nhà cho máy thu truyền hình: Mảng anten thu

Chương 2: Cơ sở lý thuyết trường điện từ và Anten
2.1 Lý thuyết trường điện từ ứng dụng trong Anten

2.1.1 Hệ phương trình Maxwell
Mối quan hệ và sự thay đổi của điện trường và từ trường, sự nạp điện và
dòng điện liên quan đến sóng điện từ được điều khiển bằng các định luật vật lý mà
chủ yếu là phương trình Mawell. Hệ phương trình này được viết dưới dạng tích
phân và vi phân, dưới đây sẽ trình bày rõ cả dạng tích phân và vi phân cùng ý nghĩa
của từng phương trình trong hệ.
Hệ phương trình Maxwell dạng vi phân
Phương trình Maxwell dạng vi phân là dạng được dùng rộng rãi để giải bài
toán giá trị đường biên trường điện từ. Nó mô tả và chỉ ra các mối quan hệ liên quan
của các vector trường, mật độ dòng điện và mật độ điện tích ở bất kỳ điểm nào
trong không gian tại bất kỳ thời gian nào. Hệ phương trình Maxwell được xây dựng
trên định luật Ampe, định luật Faraday và định luật Gauss. Hệ phương trình
Maxwell dạng vi phân được viết như sau:

∇×𝐄
∇×𝐇

𝐉+

𝑑𝐃
𝑑𝑡

−𝑗𝜔𝜇𝐇

𝐉 + 𝑗𝜔𝜀𝐄

𝑗𝜔𝜀 (1 − 𝑗

𝜌
(∇ ⋅ 𝐃

𝜀
0 (∇ ⋅ 𝐁

∇⋅𝐄
∇⋅𝐇

(2.1)

̂+

𝐄 – cường độ điện trường (𝑉 𝑚)
𝐇 – cường độ từ trường (
𝐃

𝜀𝐄 – vector điện cảm

𝐁

𝜇𝐇 – vector từ cảm

𝜌 – mật độ điện tích khối (

𝑚)

𝑚 )

26

(2.2)

𝜌)

(2.3)

0)

(2.4)

Trong đó,
∇

𝜎
)𝐄
𝜔𝜀

̂+

̂