BỘ MÔN VIỄN THÔNG
KHOA ĐIỆN –ĐIỆN TỬ
-------------------------------------------------------------------------------------
KỸ THUẬT SIÊU CAO TẦN
CHƯƠNG 1
om
LÝ THUYẾT
co
ng
.c
ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN SÓNG
1
on
g
th
an
Phan Hong Phuong
NỘI DUNG
du
-------------------------------------------------------------------------------------
cu
u
1. KHÁI NIỆM
2. PHƯƠNG TRÌNH TRUYỀN SÓNG
3. CÁC THÔNG SỐ THỨ CẤP
4. HIỆN TƯNG PHẢN XẠ SÓNG
5. HIỆN TƯNG SÓNG ĐỨNG
6. TRỞ KHÁNG ĐƯỜNG DÂY
Phan Hong Phuong
2
1
CuuDuongThanCong.com
/>
1. KHÁI NIỆM
-------------------------------------------------------------------------------------
Tần số cao
.c
om
Tần số thấp
co
ng
Z = R + jωL
Trở về
3
Phân tích mạng siêu cao tần
u
du
on
g
th
an
Phan Hong Phuong
cu
Kích thước
mạch ~ λ
Lý thuyết
mạch
Lý thuyết ĐDTS
1-D Wave Theory
Lý thuyết
trường
Mở rộng
PT Maxwell trong
lý thuyết mạch
trường hợp đặc biệt
Phan Hong Phuong
4
2
CuuDuongThanCong.com
/>
1. KHÁI NIỆM (tiếp theo)
-------------------------------------------------------------------------------------
Tín hiệu phân bố theo thời gian và không gian
tạo ra sự trễ pha khi truyền từ nguồn đến tải;
Khi tín hiệu có tần số thấp (bước sóng lớn hơn
nhiều so với chiều dài đường dây λ >> l ) có thể
om
bỏ qua sự phân bố theo không gian, đường dây như
đoạn nối tắt;
.c
Khi λ ≈ l ta cần tính đến sự trễ pha;
co
ng
Ở vùng tần số siêu cao λ << l độ trễ pha trở nên
đáng kể.
Phan Hong Phuong
5
g
th
an
Trở về
on
1. KHÁI NIỆM (tiếp theo)
cu
u
du
-------------------------------------------------------------------------------------
Trở về
Phan Hong Phuong
6
3
CuuDuongThanCong.com
/>
2. PHƯƠNG TRÌNH TRUYỀN SÓNG
------------------------------------------------------------------------------------i( x, t ) i( x+Δx, t )
Nguồ n
Tải
R ⋅ Δx L ⋅ Δx
v( x+Δx, t)
v (x , t )
Z0
ZL
G ⋅ Δx
x x+Δx
0
l
C ⋅ Δx
x+Δ x
x
om
R [Ω/m] - diễn tả sự tổn hao kim loại tạo
thành dây dẫn
.c
G [S/m] - diễ n tả sự rò rỉ giữa 2 dây dẫ n ,
tứ c độ dẫn điệ n củ a lớp điệ n môi
ng
L [H/m] - diễn tả điện cảm giữa 2 dây dẫn
do trườn g từ xung quanh chúng
co
C [F/m] - diễ n tả điệ n dung giữ a 2 dâ y dẫ n
Trở về
7
g
th
an
Phan Hong Phuong
on
Nghiệm của phương trình truyền sóng
V(x) = V+ e − γx + V-e γx
I(x) = I + e − γx + I-e γx
cu
u
du
I(x) =
Z0 =
R + jωL
G + jω C
: Trở kháng đặc tính
λ=
− V−
V
Z0 = + =
I+
I−
Đường dây không toån hao
V(z) = V+ e − jβx + V-e − jβx
V
V
I(z) = + e − jβx − − e − jβx
Z0
Z0
Trở về
1
[ V+ e − γx − V-e γx ]
Z0
2π
β
vp =
γ = α + jβ = jω LC
β = ω LC
ω
= λf
β
Z0 =
2π
2π
=
β ω LC
ω
1
vp = =
Phan Hong Phuong
β
LC
α=0
L
C
λ=
8
4
CuuDuongThanCong.com
/>
3. CÁC THÔNG SỐ THỨ CẤP
-------------------------------------------------------------------------------------
1. Hệ số truyền sóng (propagation constant):
γ (ω) = ( R + jωL)(G + jωC) = α + jβ
α (ω) - hệ số suy hao [Neper/m], β(ω) - hệ số pha [rad/m]
R + jωL
G + jωC
Z0 =
om
2. Trở kháng đặc tính (characteristic impedance):
[Ω]
co
ng
.c
ω
v
=
[m/s]
ϕ
3. Vận tốc truyền sóng (phase velocity):
β
1
[s/m]
4. Hằng số thời gian (time constant): τ =
v
ϕ
Phan Hong Phuong
9
Minh họa
g
th
an
Trở về
on
4. HIỆN TƯNG PHẢN XẠ SÓNG
du
-------------------------------------------------------------------------------------
V−e γx
cu
u
Nguồn
V+ e − γx
Tải
Z0
ZL
Γ( x )
0
Γ(l )
x
Hệ số phản xạ điện áp:
Γv ( x ) =
l
V− e γx
V+ e − γx
=
V− 2 γx
e
V+
γx
Hệ số phản xạ dòng điện: Γ ( x ) = I − e = −Γ ( x)
i
v
I + e − γx
Trở về
Phan Hong Phuong
10a
Minh họ
5
CuuDuongThanCong.com
/>
4. HIỆN TƯNG PHẢN XẠ SÓNG
(tiếp theo)
--------------------------------------------------------------Γ(l ) = ΓL =
x=l ;
ΓL =
V− 2 γl
e
V+
Z L − Z 0 Y0 − YL
=
Z L + Z 0 Y0 + YL
;
Γ( x ) = ΓL e − 2 γd
om
Tại tải
Đường dây không tổn hao hoặc tổn hao thấp:
ZL − R0
ZL + R 0
ng
⇒ ΓL = 0
⇒ Phối hợp trở kháng giữa tải và đường dây;
co
ZL = R0
ΓL =
⇒
.c
Z0 ≡ R 0
Phan Hong Phuong
11
Minh họa
g
th
an
Trở về
on
5. HIỆN TƯNG SÓNG ĐỨNG
Biên độ sóng
Sóng tới
e −αx
cu
u
du
-------------------------------------------------------------------------------------
Sóng phản xạ
e αx
0
l x
VSWR =
Vmax 1+ | Γ |
=
Vmin 1− | Γ |
Khoảng cách giữa 2 bụng sóng gần nhất là λ/2;
Khoảng cách giữa 2 nút sóng gần nhất là λ/2;
Khoảng cách giữa bụng sóng và nút sóng gần nhất là λ/4;
Trở về
Phan Hong Phuong
Mô tả
12
Minh họa
6
CuuDuongThanCong.com
/>
6. TRỞ KHÁNG ĐƯỜNG DÂY (1)
-------------------------------------------------------------------------------------
Z0 , γ
Nguồn
Tải
Z0
ZL
Z( x) =
Ζ( x )
l
x
Z( x ) = Z 0
ng
Z L + jR 0 tg(β d )
R 0 + jZ L tg(β d )
co
Z( x) = R 0
.c
Đường dây không tổn hao:
Z L + Z 0 th( γd )
Z 0 + Z L th( γd )
om
0
V( x)
I( x )
Trở về
13a
Minh họ
g
th
an
Phan Hong Phuong
on
6. TRỞ KHÁNG ĐƯỜNG DÂY (2)
du
-------------------------------------------------------------------------------------
Z( x ) = R 0
Minh họa
∀x
cu
u
Phối hợp trở kháng: ZL= R0, Γ(x)=0
Tải nối taét Z L = 0
βd = 2π βd = 3π / 2
βd = π
βd= π/2
|Γ| = 1
u
i
d
λ
Z( x ) = jR 0 tg (βd ) = jX (d )
Trở về
X(x)
3λ 4
λ2
λ4
Phan Hong Phuong
14
7
CuuDuongThanCong.com
/>
6. TRỞ KHÁNG ĐƯỜNG DÂY (3)
-------------------------------------------------------------------------------------
Tải hở mạch Z L = ∞
Z( x ) = − jR 0 ctg(β x )
|Γ| = 1
βd = 2π
βd = 3π / 2
βd = π
Tải thuần kháng
X(x)
u
i
λ
3λ 4
λ4
.c
X + R 0 tg(β d ) ⎞
⎛
⎟
Z( x ) = j⎜⎜ R 0 L
R 0 + X L tg(β d ) ⎟⎠
⎝
λ2
om
d
Z L = jX L
βd= π /2
co
ng
|Γ| = 1
Trở về
15
cu
u
du
on
g
th
an
Phan Hong Phuong
Trở về
Phan Hong Phuong
16
8
CuuDuongThanCong.com
/>
BÀI TẬP VÍ DỤ (1)
-------------------------------------------------------------------------------------
1. Tính trở kháng vào và hệ số phản xạ Zin, Γin ở đầu
vào đường dây truyền sóng trên hình vẽ. Giả sử các
đoạn dây truyền sóng đều không tổn hao. Tần số tín
hiệu là 1 GHz.
λ
1.5
R 0 = R 01 = R 02 = 50Ω
1.59nH
om
R 02
0.2λ
R 01
0.5
λ
1.59nH
1.59nH
ng
Zin , Γin
R0
.c
R0
co
2.2λ
Trở về
17
g
th
an
Phan Hong Phuong
on
BÀI TẬP VÍ DỤ (2)
du
------------------------------------------------------------------------------------
cu
u
2.Giả sử các đường dây truyền sóng trên hình 1 đều
có điện trở đặc tính là 50Ω. Tính trở kháng ZL.
Trở về
Phan Hong Phuong
18
9
CuuDuongThanCong.com
/>
BÀI TẬP VÍ DỤ (3)
------------------------------------------------------------------------------------
co
ng
.c
om
3. Giả sử các đường dây truyền sóng trên hình 1 đều
có điện trở đặc tính là 50Ω. Tính trở kháng ZL.
Trở về
19
on
g
th
an
Phan Hong Phuong
BÀI TẬP
du
-------------------------------------------------------------------------------------
cu
u
3. Sử dụng đồ thị Smith thiết kế mạch phối hợp trở
kháng trên hình 1 dùng single-stub có điện trở đặc
tính là 50Ω, đầu cuối stub hở mạch. Tần số hoạt động
R L = 75Ω, CL =. 8pF
của mạch là 1 GHz. Cho
50Ω
Mạch PHTK
50Ω
RL
CL
0.1λ
Trở về
Phan Hong Phuong
20
10
CuuDuongThanCong.com
/>