Bài giảng Chương 4: Truyền sóng vô tuyến

*Chương 4: TRUYỀN SÓNG VÔ TUYẾN1. Giới thiệu2. Qúa trình truyền sóng trong không gian tự do3. Truyền sóng trong tần đối lưu4. Bài tập*1. Giới thiệuTrực tiếpPhản xạTầng đối lưuQua tầng điện lyChuyển tiếp qua vệ tinhSóng mặt (sóng đất)Tầng đối lưu (troposphere): vùng thấp của khí quyền (thấp hơn 10km)Tầng điện ly (ionosphere): từ 50 km đến 1000kmẢnh hưởng đến sóng: phản xạ, khúc xạ, nhiễu xạ, tán xạ, suy hao, phân cực*1. Giới thiệu Truyền thông bằng sóng vô tuyến được thực hiện bằng sóng điện từ truyền trong không gian trong một khoảng cách xa mà không dùng dây. Sóng điện từ có tần số từ 100Hz đến 300GHz. Dựa vào tính chất vật lý, đặc điểm lan truyền, chia thành các băng sóng:*1. Giới thiệuTên băng tần (Băng sóng)Ký hiệuPhạm vi tần sốTần số vô cùng thấpULF30 - 300 HzTần số cực thấpELF300 - 3000 HzTần số rất thấpVLF3 - 30 kHzTần số thấp (sóng dài)LF30 - 300 kHzTần số trung bình (sóng trung)MF300 - 3000 kHzTần số cao (sóng ngắn)HF3 - 30 MHzTần số rất cao (sóng mét)VHF30 - 300 MHzTần số cực cao (sóng decimet)UHF300 - 3000 MHzTần số siêu cao (sóng centimet)SHF3 - 30 GHzTần số vô cùng (sóng milimet)EHF30 - 300 GHzDưới milimet300 - 3000 GHz Ứng dụng các băng sóng:+ LF, MF: phát thanh điều biên nội địa, thông tin hàng hải.+ HF: phát thanh điều biên cự ly xa.+ VHF, UHF: phát thanh điều tần (66-108MHz), truyền hình, viba số băng hẹp, hệ thống thông tin di động mặt đất.+ SHF: viba số băng rộng, thông tin vệ tinh.+ EHF: thông tin vũ trụ.*1. Giới thiệu Các hiện tượng ảnh hưởng đến truyền sóng vô tuyến1. Sóng trực tiếp (line of sight): đa số radar, tuyến (SHF) từ mặt đất đến vệ tinh 2. Sóng trực tiếp cộng với phản xạ của mặt đất: VHF UHF broadcast, ground to air, air to air3. Sóng mặt (sóng đất) : AM broadcast, thông tin hàng hải tầm ngắn*1. Giới thiệu Các hiện tượng ảnh hưởng đến truyền sóng vô tuyến4. Bước nhảy ở tầng điện ly : MF HF broadcast , communication5. Dẫn sóng nhờ tầng điện ly : VLF LF communication*1. Giới thiệu Các hiện tượng ảnh hưởng đến truyền sóng vô tuyến6. Đường do tầng đối lưu : tuyến microwave, over the horizon (OTH) radar and communication7. Nhiễu xạ mặt đất8. Truyền sóng tầm thấp và bề mặt*1. Giới thiệu Đặc tính kênh vô tuyến di động ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng truyền dẫn và ứng dụngCác yếu tố hạn chế từ môi trường:+Suy hao: tăng theo khoảng cách.+Che chắn: các vật cản trên đường truyền làm suy giảm tín hiệu.+Phadinh đa đường:tín hiệu trực tiếp, phản xạ, tán xạ, nhiễu xạ giao thoa với nhau gây méo tín hiệu.+Nhiễu: trùng tần số, kênh lân cận.*2. Quá trình truyền sóng trong không gian tự doCông suất trung bình nguồn phát , phát theo mọi hướng. Cách nguồn phát 1 khoảng r, mật độ công suất trên một đơn vị diện tích:Nếu anten phát có độ lợi hướng tính cựcđại là , mật độ công suất theo hướng cực đại:Anten thu được điều chỉnh để nhận công suất cực đại từ nguồn phát. Nếu anten thu có diện tích hiệu dụng , công suất tiêu tán trên tải là:1 m2rTR(P1-W)*2. Quá trình truyền sóng trong không gian tự doTại anten thu, tỷ số diện tích hiệu dụng , với độ lợi của anten thu:Do đó, tỉ số công suất thu và công suất phát là:Nhớ rằng:Biểu diễn f theo MHz, r theo Km. Tỉ số công suất thu và phát theo dB: *2. Quá trình truyền sóng trong không gian tự doNhư vậy, hệ số suy hao đường truyền :Biểu diễn lại tỉ số công suất thu và phát theo dB:Cường độ điện trường E tại anten thu được tính theo mật độ công suất và trở kháng sóng như sau:Với , trong không gian tự do:*2. Quá trình truyền sóng trong không gian tự doTừ đó, cường độ điện trường tại nơi thu:Với là cường độ điện trường trên một đơn vị khoảng cách.Ví dụ: Trong hệ thống thông tin vệ tinh. Vệ tinh ở độ cao 360000km, tần số được dùng là 4000MHz, độ lợi anten phát là 15dB, độ lợi anten thu là 45dB. Tính a) hệ số suy hao đường truyền. b) công suất thu được khi công suất phát là 200W.a) b) *3. Truyền sóng trong tần đối lưuSơ đồ lan truyền sóng:Cường độ điện trường tại anten thu:Nếu r rất lớn ( )Tia 2Tia 1CBAhthrrSóng đến điểm thu theo hai đường:+ Sóng trực tiếp: Đi trực tiếp từ phát đến thu+ Sóng phản xạ: Đến thu sau khi phản xạ từ mặt đất (chỉ có một tia thỏa mãn định luật phản xạ)*3. Truyền sóng trong tần đối lưuVí dụ: Trong hệ thống phát sóng di động VHF, trạm chính phát một công suất 100W ở tần số 150MHz, anten cao 20m. Anten phát là anten dipole có độ lợi 1.64. Tính cường độ trường tại anten thu cao 2m cách đó 40km. Vì nên Đường chân trời vô tuyến:ThuPhátAB Quá trình truyền lan sóng đất (sóng bề mặt)OhrhtABadmaxC