giáo trình anten chương 1

CHƯƠNG 1: TRUYỀN SÓNG
(PROPAGATION)
1. Truyền sóng trong không gian tự do
2. Truyền sóng trong tầng đối lưu
3. Truyền sóng trong tầng điện ly
4. Truyền sóng trong môi trường thông tin di động

1:19 PM

Chương 1

1

Mục đích:
Tìm hiểu các đặc điểm, tính chất cũng như ảnh hưởng của môi
trường vô tuyến đối với các mạng không dây (wireless), bản chất và
các thông số cơ bản của anten.
Nội dung:
- Truyền sóng: các khái niệm, công thức cơ bản trong truyền sóng,
đặc điểm của sóng truyền lan trong môi trường truyền.
- Anten : nguyên lý bức xạ, các thông số và đặc tính cơ bản của anten,
một số anten thường gặp và anten thông minh
Yêu cầu:
- Hiểu
- Hiểu
- Hiểu
1:19 PM
- Hiểu

rõ về bản chất của sóng điện từ.
bản chất của kỹ thuật siêu cao tần

kỹ toán học (giải tích và hình học)
Chương 1
về xác suất, thống kê

2

1


Tài liệu tham khảo:
[1] Lê Tiến Thường, Trần Văn Sư – Anten và truyền sóng – ĐHBK TPHCM
[2] Robert E. Collin – Antenna and Radiowave Propagation –McGraw Hill 1986.
[3] GS TS Phan Anh – Lý thuyết và kỹ thuật Anten –Nhà xuất bản khoa học và kỹ
thuật Hà Nội – 1997.
[4] John D. Kraus – Antenna –McGraw Hill
[5] Constantine A. Balanis – Antenna theory analysis and design –John Wiley &
Sons – 1997
1:19 PM

Chương 1

3

Truyền sóng
Điện ly

+ Môi trường truyền sóng
- Đất
- Khí quyển
Tầng đối lưu (Troposphere)

Tầng bình lưu (Stratosphere)
xem như có tầng giữa Mesosphere (trung lưu)
Tầng điện ly (Ionosphere)
- Không gian giữa các hành tinh
+ Phân loại sóng điện từ
- Theo đặc tính điện-từ
- Theo băng sóng
- Theo phương thức truyền sóng
1:19 PM

Chương 1

Bình lưu
12 ÷ 60
Đối lưu
Đất

60 ÷ 20.000
10 ÷ 12

4

2


Truyền sóng
- Theo đặc tính điện-từ
E
H

H

H

không có E hay H theo
hướng truyền sóng

TEM
(Transverse Electromagnetic)

E

E

có E (nhưng không có H)
theo hướng truyền sóng

có H (nhưng không có E)
theo hướng truyền sóng

1:19 PM

TM
(Transverse magnetic)
TE
(Transverse electric)

Chương 1

5

Truyền sóng
Phân cực sóng điện từ: thể hiện phương của vector cường độ điện
trường dọc theo phương truyền sóng hay xét sự thay đổi phương
hướng của véc tơ cường độ điện trường theo thời gian
E2=E2mcos(wt +ϕ2)

E

E1=E1mcos(wt +ϕ1)

1:19 PM

Chương 1

6

3


Truyền sóng

ϕ1 − ϕ 2 = ± kπ

ϕ 1 − ϕ 2 = ( 2 k + 1)π 2
E

1:19 PM

1m

Chương 1

= E2m

7

Truyền sóng

1:19 PM

Chương 1

8

4


Truyền sóng
- Phân cực đứng (Vertically Polarization)

1:19 PM

Chương 1

9

Truyền sóng
- Phân cực ngang (Horizontally Polarization)

1:19 PM

Chương 1

10

5


Truyền sóng

1:19 PM

Truyền sóng

1:19 PM

Chương 1

11

- Theo băng sóng

Chương 1

12

6


Truyền sóng

-Theo phương thức truyền sóng:

Ionosphere
(80 - 720 km)
Sky wave
Mesosphere
(50 - 80 km)
Stratosphere
(12 - 50 km)

Space wave
Ground wave

1:19 PM

Earth

Troposphere
(0 - 12 km)
Chương 1

13

Truyền sóng
+
-

Sóng đất (ground wave): sóng vô tuyến truyền sát mặt đất
Thường được phân cực đứng
Đất có tính dẫn điện càng cao thì suy hao càng nhiều

Truyền tốt trên mặt nước
Tần số càng tăng thì suy hao tăng, không tốt với những sóng có tần số lớn
hơn 2MHz
- Độ tin cậy cao không bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi thời tiết trong ngày, mùa
- Thường được dùng trong vô tuyến hàng hải

1:19 PM

Chương 1

14

7


Truyền sóng
Sóng không gian (space wave): sóng gồm những tia đến trực tiếp và những tia
gián tiếp. Tia trực tiếp giới hạn bởi chiều cao anten, độ cong mặt đất, khoảng
cách tuyến thường phải nhỏ hơn 80% tầm nhìn thẳng

1:19 PM

Chương 1

15

Truyền sóng
Sóng trời (sky wave): sóng phản xạ từ tầng điện ly, có thể
truyền từ anten phát đến anten thu bằng phản xạ ở tầng
điện ly và mặt đất nhiều lần

Thường sử dụng ở băng tần HF

1:19 PM

Chương 1

16

8


Truyền sóng
Các hiện tượng trong truyền sóng (Propagation Mechanisms)

1:19 PM

Chương 1

17

Chương 1

18

Truyền sóng
Phản xạ (Reflection): xuất
hiện khi tia sóng gặp mặt
chắn dẫn có kích thước so
sánh được với bước sóng
như các bề mặt kim loại

hay mặt đất, hệ số phản
xạ là tỷ số giữa tia phản
xạ và tia tới luôn nhỏ hơn
1. Nếu mặt phản xạ dẫn
hoàn toàn thì hệ số phản
xạ bằng 1
1:19 PM

9


Truyền sóng
Khúc xạ (Refraction):
hiện tượng khúc xạ
xuất hiện khi tia sóng
truyền từ một môi
trường này sang một
môi trường khác.
Tia sóng tuân theo
định luật Snell

n1 sin θ1 = n2 sin θ 2
n = µrε r
1:19 PM

ε
sin θ1
= r2
sin θ 2
ε r1

ε: hằng số điện môi tuyệt đối
µ: hằng số từ thẩm tuyệt đối của môi trường
Chương 1

19

Truyền sóng
Nhiễu xạ (Diffration): xuất hiện tại cạnh chắn của vật thể có
kích thước có thể so sánh được với bước sóng, tia sóng bị uốn
cong theo độ cong của bề mặt vật chắn

1:19 PM

Chương 1

20

10


Truyền sóng
Tán xạ (scattering): xuất hiện khi tia sóng gặp vùng bất đồng
nhất hay các vật thể có kích thước bé hơn nhiều so với bước
sóng

1:19 PM

Chương 1

21

Truyền sóng
Đa đường (Multipath): do tín hiệu từ nguồn phát đến máy thu đi theo
nhiều đường khác nhau do các hiện tượng phản xạ, tán xạ, nhiễu xạ, khúc
xạ, truyền thẳng.
Tín hiệu thu được là tập hợp của nhiều tín hiệu nên có thể tín hiệu có biên
Building
độ thay đổi liên tục theo thời gian và không gian

Direct Signal
Reflected Signal

hb
Diffracted
Signal
1:19 PM

Transmitter

dChương 1

hm
Receiver

22

11

Truyền sóng trong không gian
tự do
Xét nguồn bức xạ đẳng hướng: công suất phân bố đều trên mặt cầu
Công suất và nguồn bức xạ Pt
Điểm khảo sát M cách nguồn bức xạ một khoảng d

Pt

Mật độ công suất tại M:

M

௉

ܲ஽௜ = ସగௗ೟ మ [W/݉ଶ ]
Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương (Equivalent Isotropically Radiated Power):
EIRP = PtGt
Công suất cực đại tại M (khi M trùng với hướng phát xạ cực đại của anten phát):
௉ீ

೟ ೟
ଶ
ܲ஽ = ܲ஽௜ ‫ܩ‬௧ = ସగௗ
మ [W/݉ ]

Gt: độ lợi hướng tính cực đại của anten phát
1:19 PM

Chương 1

23

Truyền sóng trong không gian
tự do
Gr: độ lợi hướng tính cực đại của anten thu
Diện tích hiệu dụng của anten thu:

‫ܣ‬௘௙௙

ߣଶ Gr
=
4ߨ

Công suất thu cực đại tại M:

ܲ௥ = ܲ஽௜ ‫ܩ‬௧ ‫ܣ‬௘௙௙

ܿ
݂

ܲ௧ ‫ܩ‬௧ ߣଶ Gr
=
= ܲ௧ ‫ܩ‬௧ Gr ߣ
4ߨ݀ଶ 4ߨ
4ߨ݀

ܲ௥
= ‫ܩ‬௧ Gr ߣ
ܲ௧
4ߨ݀

1:19 PM

ߣ=

ଶ

ଶ

Chương 1

24

12


Truyền sóng trong không gian
tự do
ଶ

ܲ௥
ܿ
= ‫ܩ‬௧ ‫ܩ‬௥
ܲ௧
4ߨ݂݀

= ‫ܩ‬௧ ‫ܩ‬௥

3‫ݔ‬10ହ ‫ݔ‬10ି଺
4ߨ݂݀

ܲ௥
0,57‫ݔ‬10ିଷ
= ‫ܩ‬௧ ‫ܩ‬௥
ܲ௧
݂݀ ଶ
ܲ௥
ܲ௧
ܲ௥
ܲ௧

= ‫ܩ‬௧

ௗ஻

= ‫ܩ‬௧

ௗ஻

+ ‫ܩ‬௥

ௗ஻

ଶ

f: tần số phát [MHz]
d: khoảng cách [km]

− (20݈‫݃݋‬ଵ଴ ݂ + 20݈‫݃݋‬ଵ଴ ݀ + 32.5)

ௗ஻

+ ‫ܩ‬௥

ௗ஻

‫ܮ‬଴ௗ஻ = 20݈‫݃݋‬ଵ଴ ݂ + 20݈‫݃݋‬ଵ଴ ݀ + 32.5

− ‫ܮ‬଴ௗ஻

ௗ஻

L0: hệ số suy hao đường truyền
1:19 PM

Chương 1

25

Truyền sóng trong không gian
tự do
Cường độ điện trường hiệu dụng tại anten thu:
ܼ଴ ܲ஽

‫ܧ‬௥௠௦ =
Z0: trở kháng sóng
ܼ଴ =

ߤ
= 120π
ߝ

‫ܧ‬௥௠௦ =

ଷ଴௉೟ ீ೟
ௗ

µ = µ0 = 4πx10-7 H/m
ε = ε0 = 8,854x10-12 F/m
௏
௠

[ ]

‫ܧ‬௠ = ‫ܧ‬௥ 2
1:19 PM

Chương 1

26

13


Truyền sóng trong không gian
tự do
Chuyển đổi công thức đo công suất:
P [dBm] = 10log10P[W] + 30 = 10log10P[mW]
P [dBW] = 10log10P[W] = 10log10P[mW] – 30
P[mW] = 10P[dBm]/10 = 10(P[dBW]+30)/10
P[W] = 10(P[dBm]-30)/10 = 10P[dBW]/10

1:19 PM

Chương 1

27

Truyền sóng trong không gian
tự do
Xét hệ thống thông tin vệ tinh (giả thiết trong điều kiện không gian tự do) ở độ
cao 36.000km và sử dụng tần số 4GHz, độ lợi anten phát 15 dB, độ lợi anten thu
45 dB, công suất phát 200W.
Hệ số suy hao đường truyền:
‫ܮ‬଴ = 20݈‫݃݋‬ଵ଴ ݂ + 20݈‫݃݋‬ଵ଴ ݀ + 32.5 = 20݈‫݃݋‬ଵ଴ 4‫ݔ‬10ଷ + 20݈‫݃݋‬ଵ଴ 36000 + 32.5 = 195,67 ݀‫ܤ‬
௉ೝ
௉೟ ௗ஻

= ‫ܩ‬௧
௉ೝ
௉೟

ௗ஻

+ ‫ܩ‬௥

ௗ஻

= 2,71x10-14

1:19 PM

− ‫ܮ‬଴ௗ஻ = 15 + 45 – 195,67 = - 135,67 dB
Pr = 5,42 pW hay Pr = - 82,66 dBm

Chương 1

28

14


Truyền sóng trong không gian
tự do
Xác định trường tại điểm thu cách anten phát 50 km, độ lợi an ten 1 dB và công
suất phát 10W.
‫=ܧ‬

30ܲ௧ ‫ܩ‬௧
݀

Pt = 10 W
Gt [dB] = 1

Gt = 101/10 = 1,26

d = 50 km
‫=ܧ‬

30‫ݔ‬10‫ݔ‬1,26
= 0,389‫ݔ‬10ିଷ = 389 ߤܸ/݉

50‫ݔ‬10ଷ

1:19 PM

Chương 1

29

Truyền sóng trong không gian
tự do
Xét hệ thống thông tin viba xấp xỉ điều kiện không gian tự do với khoảng cách
truyền 80 km, độ lợi anten phát và anten thu đều là 40 dB, tần số 10 GHz, công
suất phát 10W.
a. Xác định suy hao đường truyền.
b. Xác định công suất thu và cường độ trường tại anten thu.
Xét hệ thống thông tin truyền sóng trong điều kiện không gian tự do. Anten phát
có độ lợi 20, tần số phát 5 GHz, công suất phát 43 dBm. Anten thu có độ lợi 30
và biết rằng tín hiệu thu được khi công suất tại anten thu là 100 pW.
a. Xác định suy hao đường truyền và khoảng cách truyền tối đa .
b. Để khoảng cách truyền là 100 km thì công suất phát là bao nhiêu?
1:19 PM

Chương 1

30

15


Truyền sóng trong tầng đối

lưu
+ Giả thiết của mặt đất:
- Thay mặt đất lồi, lõm bằng mặt đất bằng phẳng
- Bỏ qua sự thay đổi liên tục của chất đất
- Bỏ qua sự thay đổi của đất theo chiều sâu
- Thay mặt đất bất đồng nhất bằng mặt đất đồng nhất với tham số sao cho
gây ra những ảnh hưởng giống mặt đất thực
+ Mặt đất phẳng
- Khi cự ly thông tin đủ bé (nhỏ hơn 0,2 tầm nhìn thẳng) thì mặt đất giữa
anten phát và anten thu được xem là mặt phẳng.
- Tầm nhìn thẳng dmax là khoảng cách từ anten phát đến anten thu và tiếp xúc
với mặt đất
- Tầm nhìn thẳng phụ thuộc vào chiều cao anten phát và anten thu

1:19 PM

Chương 1

31

Truyền sóng trong tầng đối
lưu
A
ht

B

F

hr

C

I

D
d

ht: độ cao anten phát
hr: độ cao anten thu
si = AB: sóng trực tiếp
sd = ACB: sóng phản xạ
1:19 PM

Chương 1

32

16


Truyền sóng trong tầng đối
lưu
A
B

F

ht

hr

hr
C

hr

I

D
d

∆s = si – sd: sai lệch đường truyền
∆IAD: ‫ݏ‬௜ଶ = ℎ௧ + ℎ௥
∆FAB: ‫ݏ‬ௗଶ = ℎ௧ − ℎ௥

ଶ
ଶ

sai lệch pha ∆Φ =

+ ݀ଶ
+ ݀ଶ

ଶగ
∆‫ݏ‬
ఒ

‫ݏ‬௜ଶ − ‫ݏ‬ௗଶ = 4ℎ௧ ℎ௥

1:19 PM

Chương 1

33

Truyền sóng trong tầng đối
lưu
Do khoảng cách truyền >> độ cao anten: si ≈ sd ≈ d
‫ݏ‬௜ଶ − ‫ݏ‬ௗଶ = 4ℎ௧ ℎ௥ = ‫ݏ‬௜ + ‫ݏ‬ௗ Δ‫ ≈ ݏ‬2݀∆‫ݏ‬
∆‫= ݏ‬

2ℎ௧ ℎ௥
݀

∆Φ =

ଶగ
∆‫ݏ‬
ఒ

=

ସగ௛೟ ௛ೝ
ௗఒ

E: cường độ điện trường trực tiếp
Ei: cường độ điện trường do phản xạ, Ei = ΓE
Γ: hệ số phản xạ Γ = |Γ|∠Φ
1:19 PM

Chương 1

34

17


Truyền sóng trong tầng đối
lưu
Er

Ei
Φ - ∆Φ
E
Φ: sai pha do phản xạ
∆Φ: sai pha do sai lệch đường truyền

‫ܧ‬௥ = ‫ ܧ‬1 + |Γ|ଶ + 2 Γ cos(Φ − ∆Φ ) = ‫ܨݔܧ‬
F: hàm giao thoa
Trong đa số trường hợp Γ = -1, nghĩa là biên độ không đổi nhưng pha thay đổi 1800
∆Φ
2ߨℎ௧ ℎ௥
‫ܧ‬௥ = ‫ ܧ‬2 − 2 cos ∆Φ = 2‫݊݅ݏܧ‬
= 2‫݊݅ݏܧ‬
2
݀ߣ
2ߨℎ௧ ℎ௥
‫ܨ‬
=
2‫݊݅ݏ‬

1:19 PM
Chương 1
݀ߣ

35

Truyền sóng trong tầng đối
lưu
Trong trường hợp d đủ lớn: ‫݊݅ݏ‬

‫ܧ‬௥ = ‫ܧ‬

1:19 PM

ଶగ௛೟ ௛ೝ
ௗఒ

≈

4ߨℎ௧ ℎ௥
=
݀ߣ

ଶగ௛೟ ௛ೝ
ௗఒ

(khi

ଶగ௛೟ ௛ೝ
ௗఒ

< 0,5 ‫)݀ܽݎ‬

30ܲ௧ ‫ܩ‬௧ 4ߨℎ௧ ℎ௥
݀
݀ߣ

Chương 1

36

18


Truyền sóng trong tầng đối
lưu
Xét hệ thống phát sóng VHF có công suất 100W tại tần số 600 MHz, độ cao
anten phát 120m và có độ lợi 2,15 dB. Anten thu đặt cách anten phát 40km.
a. Xác định cường độ trường tại anten thu cao 2m.
ߣ=
‫ܩ‬௧

‫ܧ‬௥ =

ܿ
3‫ݔ‬10଼
=
= 0,5݉
݂ 600‫ݔ‬10଺

2ߨℎ௧ ℎ௥
< 0,5 ‫݀ܽݎ‬
݀ߣ

= 2,15 → ‫ܩ‬௧ = 1,64

ௗ஻

30ܲ௧ ‫ܩ‬௧ 4ߨℎ௧ ℎ௥
30‫ݔ‬100‫ݔ‬1,64 4ߨ‫ݔ‬120‫ݔ‬2
=
= 264‫ݔ‬10ି଺ = 264 ߤܸ/݉
݀
݀ߣ
40‫ݔ‬10ଷ
40‫ݔ‬10ଷ ‫ݔ‬0,5

1:19 PM

Chương 1

37

Truyền sóng trong tầng đối
lưu
b. Xác định độ cao anten thu để cường độ trường lớn nhất.
‫ܧ‬௥ = ‫ܨݔܧ‬
‫=ܧ‬
‫ = ܨ‬2‫݊݅ݏ‬

Er cực đại khi F cực đại

30ܲ௧ ‫ܩ‬௧
݇ℎô݊݃ đổ݅
݀

∆Φ
2ߨℎ௧ ℎ௥
= 2‫݊݅ݏ‬
2
݀ߣ
2ߨℎ௧ ℎ௥ ߨ
=
݀ߣ
2

1:19 PM

Fmax = 2 khi sin(∆Φ/2) = 1

ℎ௥ =

݀ߣ
40‫ݔ‬10ଷ ‫ݔ‬0,5
=
= 41,67݉
4ℎ௧
4‫ݔ‬120

Chương 1

38

19


Truyền sóng trong tầng đối
lưu

Xét hệ thống phát sóng VHF có công suất 1W tại tần số 150 MHz, độ cao
anten phát 40m và có độ lợi 4 dB. Biết rằng cường độ trường tối thiểu tại
anten thu là 10µV/m
a. Xác định độ cao tối thiểu của anten thu đặt cách anten phát 10km.
b. Xác định độ cao anten thu để cường độ trường tại anten thu lớn nhất.
c. Giả sử anten thu có độ cao là 3m. Xác định khoảng cách tối đa giữa anten
phát và thu.
1:19 PM

Chương 1

39

Truyền sóng trong tầng đối
lưu
A

Tầm nhìn thẳng
Tầm nhìn thẳng dmax là khoảng cách từ anten
phát đến anten thu và tiếp xúc với mặt đất
݀௠௔௫ =

݀௠௔௫ =

ܽ + ℎଵ

ଶ

− ܽଶ +

ܽ + ℎଶ

2ܽℎଵ + 2ܽℎଶ = 2ܽ

ଶ

B

C
h2

h1
a

− ܽଶ

ℎଵ + ℎଶ

O

h1, h2: độ cao anten
a: bán kính Trái Đất = 6378 km

Do hiện tượng khúc xạ nên bán kính Trái Đất xem như = 4/3 bán kính thật
݀௠௔௫ [݇݉] = 4,124
1:19 PM

ℎଵ [݉] + ℎଶ [݉]
Chương 1

40

20


Truyền sóng trong tầng đối
lưu
a. Xác định tầm nhìn thẳng của tuyến liên lạc khi chiều cao anten phát và thu là
50m và 10m.
b. Cho tầm nhìn thẳng của tuyến liên lạc là 50km, chiều cao anten phát tối đa là
100m. Xác định chiều cao anten thu.

1:19 PM

Chương 1

41

Truyền sóng trong tầng đối
lưu
Khi kể đến độ cong của mặt đất
݀௧ =

ℎ௧ ݀
ℎ௧ + ℎ௥
݀௧ଶ
2ܽ

(khoảng cách truyền > 0,2dmax và < 0,8dmax)
݀௥ =

ℎ௥ ݀
ℎ௧ + ℎ௥

݀௥ଶ
2ܽ
Cho một tuyến liên lạc vô tuyến có anten phát cao 100m, anten thu cao
10m, độ lợi anten phát là 20 dB và anten thu là 30dB, công suất phát 50W,
cự ly thông tin 12km, tần số sóng truyền 150MHz.
ℎ௧ᇱ = ℎ௧ −

ℎ௥ᇱ = ℎ௥ −

a. Xác định tầm nhìn thẳng của tuyến liên lạc. Từ đó xác định mặt đất được
xem là phẳng hay cầu.
b. Tìm cường độ trường và công suất thu được tại anten thu.
1:19 PM

Chương 1

42

21

Truyền sóng trong tầng đối
lưu
Khi kể đến ảnh hưởng của mặt đất (đất bán dẫn)

‫ܧ‬ௗ = ‫= ܨݔܧ‬

30ܲ௧ ‫ܩ‬௧
‫ܨ‬
݀
1

‫=ܨ‬

‫=ݔ‬

2‫ݔ‬
2 + 0,3‫ݔ‬
2
2 + ‫ ݔ‬+ 0,6‫ ݔ‬ଶ
ߨ݀
ߣ

‫ > ݔ‬25
‫ ≤ ݔ‬25

ߝ − 1 ଶ + 60ߣߪ
ߝ ଶ + 60ߣߪ ଶ

1:19 PM

ଶ

Chương 1

43

Truyền sóng trong tầng đối
lưu
Cho quá trình truyền sóng với công suất bức xạ 15W, tần số 850 MHz, độ lợi
anten phát 20 dB, khoảng cách truyền 8 km. Xác định điện trường hiệu dụng tại
điểm thu biết rằng sóng truyền trên mặt đất khô có ε = 4, σ = 0,001S/m.
ߣ=

ܿ
3‫ݔ‬10଼
=
= 0,35݉
݂ 850‫ݔ‬10଺

‫=ݔ‬

ߨ݀
ߣ

‫=ܨ‬

1
2‫ݔ‬

ߝ − 1 ଶ + 60ߣߪ
ߝ ଶ + 60ߣߪ ଶ

ଶ

=

Gt = 100

ߨ8‫ݔ‬10ଷ 9 + 60‫ݔ‬0,35‫ݔ‬0,001
0,35 16 + 60‫ݔ‬0,35‫ݔ‬0,001

ଶ
ଶ

= 13464

= 5,25‫ݔ‬10ିହ

‫ܧ‬ௗ = ‫= ܨݔܧ‬
1:19 PM

Gt [dB] = 20

30ܲ௧ ‫ܩ‬௧
30‫ݔ‬15‫ݔ‬100
‫=ܨ‬
5,25‫ݔ‬10ିହ = 1,39ߤܸ/݉
݀

8‫ݔ‬10ଷ
Chương 1

44

22


Truyền sóng trong tầng đối
lưu
Cho quá trình truyền sóng với công suất bức xạ 20W, tần số 5 GHz, độ lợi anten
phát 50, khoảng cách truyền 15 km. Xác định điện trường hiệu dụng tại điểm thu
biết rằng sóng truyền trên mặt đất ẩm có ε = 10, σ = 0,01S/m.

1:19 PM

Chương 1

45

Truyền sóng trong tầng điện
ly
- Mật độ chất khí thay đổi theo độ cao
- Phần trăm các chất khí không giống nhau theo độ cao
- Năng lượng ion hóa không giống nhau theo độ cao
Độ cao:

Mật độ electron:

D: 40 – 88km

D : 108 ÷109
E : 1011 ÷ 2.1011

E: 88 – 144km

11

11

F1: 144 – 248 km

11

12

F2: < 400 km

F1 : 2.10 ÷ 4.10

F2 : 2.10 ÷ 2.10
1:19 PM

Chương 1

46

23

Truyền sóng trong tầng điện
ly
Hằng số điện môi tương đối:
ߝᇱ = 1 −

ܰ‫ݍ‬ଶ
ߝ଴ ݉߱ ଶ

N: mật độ electron [m-3]
q: điện tích electron = 1,6x10-19 [C]
ε0: hằng số điện môi trong không gian tự do = 8,854 x 10-12 [F/m]
m: khối lượng electron = 9,11x 10-31 [kg]
ω: tần số góc của sóng [rad/s]
Tần số góc plasma:

ଶ
߱ே
=

ܰ‫ݍ‬ଶ
ߝ଴ ݉

ߝᇱ = 1 −
1:19 PM

݂ே = 9 ܰ
߱ே
߱

ଶ

=1−
Chương 1

݂ே
݂

ଶ

47

Truyền sóng trong tầng điện
ly
Tần số tới hạn: là tần số cao nhất có thể phản xạ đươc
của một lớp xác định theo mật độ electron cao nhất
݂଴ = 9 ܰ௠௔௫
Vận tốc pha:
ܿ
‫ݒ‬௣ =
ߝ′
Theo định luật Snell:
‫ߠ݊݅ݏ‬଴ ‫ߠ݊݅ݏ‬ଵ
‫ߠ݊݅ݏ‬௡
=
=⋯=
ܿ
‫ݒ‬௣భ
‫ݒ‬௣೙
‫ߠ݊݅ݏ‬଴ =

ߝଵᇱ ‫ߠ݊݅ݏ‬ଵ = ⋯ =

ߝ௡ᇱ ‫ߠ݊݅ݏ‬௡

Tại góc tới hạn cho phép phản xạ của một lớp:
θi = 900
1:19 PM

Chương 1

48

24


Truyền sóng trong tầng điện
ly
Xét góc tới hạn tại tầng đầu tiên:
θ1 = 900
‫ߠ݊݅ݏ‬଴ =

ߝଵᇱ ‫ߠ݊݅ݏ‬ଵ =

ߝᇱ = 1 −

݂ே
݂

ߝଵᇱ
ଶ

fN: tần số plasma của tầng 1
݂=

݂ே
= ݂ே ‫ߠܿ݁ݏ‬଴ = 9 ܰ‫ߠܿ݁ݏ‬଴
ܿ‫ߠݏ݋‬଴

(định luật Secant)

Tần số khả dụng cực đại MUF (Maximum usable frequency):
‫݂ = ܨܷܯ‬଴ ‫ߠܿ݁ݏ‬଴
1:19 PM

Chương 1

49

Truyền sóng trong tầng điện
ly

1:19 PM

Chương 1

50

25