Bức xạ điện từ là hiện tượng trường biến thiên lan truyền trong không
gian dưới dạng sóng từ các vùng nguồn. Anten là thiết bị để phát và thu sóng
điện từ.
Hiện tượng bức xạ điện từ được ứng dụng rộng rãi trong thông tin vô
tuyến điện, kỹ thuật rada, Bức xạ điện từ có thể định hướng sự lan truyền
sóng tùy thuộc vào cấu trúc của anten. Trên hình 5.1 biểu diễn sự phát và thu
sóng của anten loa.
56 trang |
Chia sẻ: maiphuongtt | Lượt xem: 2168 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đề tài Bức xạ điện từ, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
115
Chương V. BỨC XẠ ĐIỆN TỪÙ Ï Ä Ø
V.1 Kha ùi nie äm chung ve à bư ùc xa ï đie än tư øù ä à ù ï ä ø
Bức xạ điện từ là hiện tượng trường biến thiên lan truyền trong không
gian dưới dạng sóng từ các vùng nguồn. Anten là thiết bị để phát và thu sóng
điện từ.
Hiện tượng bức xạ điện từ được ứng dụng rộng rãi trong thông tin vô
tuyến điện, kỹ thuật rada, … Bức xạ điện từ có thể định hướng sự lan truyền
sóng tùy thuộc vào cấu trúc của anten. Trên hình 5.1 biểu diễn sự phát và thu
sóng của anten loa.
Hình 5.1
Khái niệm các điểm ở “vùng xa”: Khi khoảng cách R từ điểm xét đến
anten rất lớn, tại điểm đó ta có thể coi sóng bức xạ từ anten là sóng phẳng.
Khái niệm này rất quan trọng bởi trong hầu hết các trường hợp các vùng khảo
sát thuộc “vùng xa”, và các phép tính nhờ đó mà đơn giản hơn rất nhiều.
Có hai loại nguồn bức xạ đơn giản:
– Nguyên tố bức xạ thẳng (nguyên tố anten thẳng);
– Nguyên tố bức xạ vòng (nguyên tố anten vòng).
V.2 Trươ øng bư ùc xa ï cu ûa nguyên to á anten tha úngø ù ï û â á ú
Nguyên tố anten thẳng (hình 5.2a), còn gọi là dipole Hertz, là đoạn dây
dẫn thẳng, rất mảnh, hở hai đầu, mang dòng điện biến thiên tần số w , độ dài l
rất nhỏ so với bước sóng
w
p
==l
v2
f
v ( 50l<l ) sao cho có thể xem dòng
116
điện có giá trị như nhau tại mọi điểm trên đoạn dây: )tsin(I)t(i m y+w= . Để
đơn giản ta cho độ lệch pha ban đầu của dòng điện bằng 0, tức
( ) ( )tsinIti m w= .
a).
Hình 5.2
b).
Ta có phương trình đối với từ thế vector A
r
như sau:
JA
tv
1
A
2
2
2
2 rrr m-=
¶
¶
-Đ
Nghiệm của phương trình này có dạng:
ị p
÷
ø
ư
ç
è
ỉ -m
=
V
dV
R4
v
R
tJ
A
r
r
, trong đó V là thể tích đoạn dây dẫn, tức
lddSdV ×=
Þ ịịị ị ị p
÷
ø
ư
ç
è
ỉ -m
=÷
ø
ư
ç
è
ỉ -
p
×m
=
p
÷
ø
ư
ç
è
ỉ -m
=
ll l
l
rl
l
r
r
R4
d
v
R
ti
dS
v
R
tJ
R4
d
ddS
R4
v
R
tJ
A
SS
Þ
[ ]
l
r
l
r
l
r
r
×
p
-wm
=
p
×ú
û
ù
ê
ë
é
÷
ø
ư
ç
è
ỉ -wm
=
p
×÷
ø
ư
ç
è
ỉ -m
=
R4
kRtsinI
R4
v
R
tsinI
R4
v
R
ti
A m
m
, trong đó
vk w= là hệ số sóng.
Biểu diễn các đại lượng điều hòa bằng ảnh phức, ta có:
mII =& ; l
r&&r ×
p
m
=
-
R4
eI
A
jkR
Trong hệ tọa độ cầu (hình 5.2b):
÷
÷
ø
ư
ç
ç
è
ỉ
×q
p
m
=q=
-
R
e
cos
4
I
cosAA
jkR
m
R
l&&
117
÷
÷
ø
ư
ç
ç
è
ỉ
×q
p
m
-=q-=
-
q R
e
sin
4
I
sinAA
jkR
ml&&
0A =j&
Từ đây ta có thể tìm được các vector cường độ điện trường và từ trường:
Arot1H
0
&r&r
m
=
Hrot
j
1
E
0
&r&r
we
=
tức
( )
q
ú
ú
û
ù
ê
ê
ë
é
+
p
= -j sin
kR
1
kR
j
e
4
kI
H
2
jkR
2
ml&
( ) ( )
q
ú
ú
û
ù
ê
ê
ë
é
-
p
= - cos
kR
j
kR
1
Ze
4
kI2
E
32
jkR
2
m
R
l&
( ) ( )
q
ú
ú
û
ù
ê
ê
ë
é
-+
p
= -q sin
kR
j
kR
1
kR
j
Ze
4
kI
E
32
jkR
2
ml& ,
trong đó em=Z là trở kháng sóng của môi trường
( [ ]Wp@em= 120Z 000 đối với môi trường chân không). Các thành phần
còn lại ( jq E,H,HR &&& ) bằng 0.
Ở “vùng xa”, khoảng cách R lớn hơn nhiều so với bước sóng: l>>R ,
hay 1R2kR >>lp= , ta có thể bỏ qua các số hạng bậc 2 hay bậc 3 trong các
biểu thức trên. Ta có các thành phần trường ở “vùng xa”:
[ ]m/Vsin
R
e
4
kZjI
E
jkR
m q÷
÷
ø
ư
ç
ç
è
ỉ
p
=
-
q
l&
[ ]m/A
Z
E
H qj =
&
&
RE& khi đó rất nhỏ có thể bỏ qua. Vậy tại các điểm ở “vùng xa” sóng bức xạ
có dạng gần như các sóng phẳng, E
r
và H
r
cùng pha nhau, vuông góc với nhau
và cùng vuông góc với phương truyền Ri
r
và đều tỉ lệ với qsin . Trên hình 5.3
là các đường sức trường điện bức xạ bởi nguyên tố anten thẳng.
Vector Poynting trung bình, tức mật độ dòng công suất của trường bức
xạ là:
( )*tb HERe2
1
S &
r&rr ´=
Trong trường hợp nguyên tố anten thẳng, theo các biểu thức rút ra ở
phần trên, ta có: ( ) Rtb i,RSS
rr
×q= , trong đó:
( ) úû
ù
êë
éq=q÷
÷
ø
ư
ç
ç
è
ỉ
p
=q
2
2
0
2
22
22
m
2
m
W
sinSsin
R32
IZk
,RS
l
118
Ta nhận thấy cường độ bức xạ tỉ lệ nghịch với khoảng cách R từ điểm
xét đến anten và phụ thuộc góc q , tức phân bố không đều theo các hướng. Ta
nói anten có tính định hướng.
Hình 5.3
Xét các thông số đặc trưng cơ bản của anten.
1. Đồ thị định hướng là đồ thị trong không gian ba chiều biểu diễn cường độ
trường bức xạ hay mật độ công suất bức xạ theo các hướng khác nhau phụ
thuộc vào góc tà q và góc phương vị j .
Theo tính tương hỗ của anten, anten thu có cùng đồ thị định hướng với
anten phát nếu ta sử dụng cùng một loại anten để thu – phát.
Đồ thị định hướng của một anten bất kỳ được xác định bởi cường độ bức
xạ chuẩn hóa, ta ký hiệu là ( )jq,F , có giá trị bằng:
( ) ( )
maxS
,,RS
,F
jq
=jq (không thứ nguyên)
Với nguyên tố anten thẳng ta có
úû
ù
êë
é
÷
ø
ư
ç
è
ỉ
l
p
=÷
÷
ø
ư
ç
ç
è
ỉ
p
==
2
2
2
2
m
22
22
m
2
0max
m
W
R
I15
R32
IZk
SS
ll khi 2p=q .
Vậy ( ) ( )q=q=jq Fsin,F 2 . Đồ thị của ( )qF được trình bày trên hình 5.4.
Xét một anten phát đặt ở gốc tọa độ một hệ tọa độ cầu (hình 5.5). Vi
phân công suất bức xạ qua diện tích dA là:
SdAdAiSdASdP Rtbtbrad =×=×=
rrr
S là thành phần bán kính của vector Poynting trung bình tbS
r
.
119
Hình 5.4 Hình 5.5
Ở “vùng xa” của một anten bất kỳ vector tbS
r
chỉ có thành phần bán
kính, ta có: jqq= ddsinRdA 2 .
Đặt jqq==W ddsin
R
dA
d
2
Þ ( ) Wjq= d,,RSRdP 2rad .
Vậy công suất bức xạ bằng:
( ) ( )
( ) [ ]Wd,FSR
ddsin,FSRddsin,,RSRP
4
max
2
2
0 0
max
2
2
0 0
2
rad
ịị
ị ịị ị
p
p
=j
p
=q
p
=j
p
=q
Wjq=
jqqjq=jqqjq=
2. Độ rộng của đồ thị định hướng
Đối với các anten chỉ có một búp chính, để so sánh đồ thị định hướng
của các anten khác nhau người ta dùng khái niệm độ rộng của đồ thị định
hướng. Thông thường người ta sử dụng hai khái niệm độ rộng sau:
– Độ rộng theo mức 0 là góc giữa hai hướng mà tại đó cường độ bức xạ giảm
đến 0;
– Độ rộng theo mức 3 dB (nửa công suất) là góc giữa hai hướng mà tại đó
cường độ bức xạ giảm một nửa so với hướng cực đại.
Ta có thể đưa ra ví dụ sau. Trên hình 5.6a là đồ thị định hướng của anten loa
trên mặt phẳng 0=j của hệ tọa độ cầu (hệ tọa độ cực trên mặt phẳng). Trong
nhiều trường hợp để tiện phân tích người ta biểu diễn đồ thị định hướng trong
hệ tọa độ vuông góc (hình 5.6b). Ta có thể xác định độ rộng theo mức 3 dB
như sau: 12 q-q=b , trong đó 21,qq là các góc sao cho ( ) 5,0,F 2,1 =jq .
Trong trường hợp nguyên tố anten thẳng (hình 4.2), ( )qF cực đại khi
o90=q Þ o2
o
1 135,45 =q=q . Vậy
ooo 9045135 =-=b .
3. Hệ số định hướng
120
( ) p
4
tb
max 4
d,F
4
1
1
F
F
D
W
p
=
Wjq
p
==
ịị
p
[không thứ nguyên]
trong đó ( )ịị
p
Wjq=W
4
p d,F . pW gọi là góc đặc của búp. Vậy hệ số định hướng
tỉ lệ nghịch với pW . Ta có thể viết D dưới dạng sau:
tb
max
rad
max
2
S
S
P
SR4
D =
p
= , trong đó
2
rad
tb
R4
P
S
p
= là mật độ công suất bức
xạ trung bình của anten. Thông thường D được tính bằng decibel:
[ ] Dlog10dBD = .
Trên hình 5.7 mô tả ý nghĩa hình học của góc pW . Xét anten có một búp
có đồ thị dịnh hướng như trên hình 5.8. Ta có: yzxzp bb»W , suy ra:
yzxzp
44
D
bb
p
»
W
p
= .
Công thức này có thể dùng để đánh giá gần đúng hệ số định hướng của anten
bằng cách đo đạc.
a). b).
Hình 5.6
121
Hình 5.7
a). b). c).
Hình 5.8
Ví dụ 1:
Xác định hướng mà tại đó cường độ bức xạ cực đại, tính góc đặc pW , hệ
số định hướng, độ rộng theo mức 3 dB của anten bức xạ chỉ trên nửa cầu trên
và có cường độ bức xạ chuẩn hóa là ( ) q=jq 2cos,F .
Hình 5.9
¨ Vì hướng bức xạ chỉ ở nửa cầu trên nên ta
có thể viết:
( ) ( )
ï
ỵ
ï
í
ì
p£j£
p£q£q
=q=jq
lại còn điểm các tại 0
20
20cos
F,F
2
– Đồ thị định hướng của anten có dạng như
trên hình 5.9.
– Tính góc đặc của anten:
122
( )
ị ị
ịị ị ị
p
=j
pp
p
p
=j
p
=q
p
=j=j
ú
ú
û
ù
ê
ê
ë
é q
-=
j
ú
ú
û
ù
ê
ê
ë
é
qqq=Wjq=W
2
0
2
0
2
0
3
4
2
0
2
0
2
p
3
2
d
3
1
d
3
cos
ddsincosd,F
– Hệ số định hướng: 6
2
3
4
4
D
p
=
p
×p=
W
p
= ; [ ] dB78,76log10dBD == .
– Độ rộng theo mức 3 dB:
( ) 5,0cos,F 2,122,1 =q=jq Þ o2o1 45,45 =q-=q Þ o12 90=q-q=b .
¨
Ví dụ 2:
Tính hệ số định hướng của nguyên tố anten thẳng.
¨ Đối với nguyên tố anten thẳng ta có ( ) q=q 2sinF . Hệ số định hướng:
( )
5,1
38
4
ddsin
4
ddsin,F
4
D
2
0 0
3
4
=
p
p
=
jqq
p
=
jqqjq
p
=
ị ịịị
p
=j
p
=q
p
[ ] dB76,15,1log10dBD == . ¨
4. Độ lợi:
Gọi tP là công suất tổng do nguồn cung cấp cho anten, radP là công suất
bức xạ, lossP là công suất tiêu hao do tỏa nhiệt ( lossradt PPP += ). Ta định
nghĩa hiệu suất bức xạ của anten là tỉ số giữa công suất bức xạ và công suất
tổng:
t
rad
P
P
=h (không thứ nguyên)
Độ lợi của anten:
t
max
2
P
SR4
G
p
= .
Ta có mối liên quan giữa D,,G h : DG h= .
Đối với anten không tổn hao thì 1=h .
5. Điện trở bức xạ:
radP là công suất bức xạ, lossP là công suất tiêu hao của anten. Ta viết
các biểu thức cho radP và lossP dưới dạng:
rad
2
mrad RI2
1
P = ; loss
2
mloss RI2
1
P =
123
trong đó mI là biên độ dòng điện kích thích anten. radR và lossR gọi là điện
trở bức xạ và điện trở tiêu hao của anten. Vậy ta có thể viết biểu thức tính hiệu
suất bức xạ phụ thuộc vào radR và lossR .
lossrad
rad
lossrad
rad
t
rad
RR
R
PP
P
P
P
+
=
+
==h .
Có thể tính radR bằng cách lấy tích phân mật độ công suất ( )jq,,rS theo các
biến số để tìm radP rồi tính radR .
Ví dụ:
Cho anten là một đoạn dây dẫn 4 cm bức xạ ở tần số 75 MHz. Anten
được làm bằng đồng và có bán kính a = 0,4 mm. Cho biểu thức tính lossR như
sau:
c
c
loss
f
a2
1
R
s
mp
p
=
trong đó cm và cs là độ thẩm từ và độ dẫn điện của dây dẫn. Tính điện trở bức
xạ và hiệu suất bức xạ của anten.
¨ f=75 MHz
m4
105,7
103
f
c
7
8
=
×
×
==lÞ
50
1
10
m4
cm4 2 <==
l
Þ -
l .
Vậy có thể coi anten này là nguyên tố anten thẳng. Ta có:
max
2
rad SD
R4
P ×
p
=
Như đã tính ở ví dụ trước, với nguyên tố anten thẳng thì 5,1D = , suy ra:
2
2
m
2
2
2
2
m
2
rad I40
R
I15
5,1
R4
P ÷
ø
ư
ç
è
ỉ
l
p=÷
ø
ư
ç
è
ỉ
l
×
p
×
p
=
ll
W=÷
ø
ư
ç
è
ỉ
l
p=Þ 08,080R
2
2
rad
l .
Để tìm h ta cần tính lossR . Trong sổ tay tra cứu ta tìm các giá trị cm và
cs của đồng: mS108,5;mH104
77
0c c
-- ×=s×p=m»m .
W=
ú
ú
û
ù
ê
ê
ë
é
×
×p×××p
×
××p
×
=
s
mp
p
=
-
-
-
0,036
21
7
76
4
2
c
c
loss
108,5
1041075
1042
104f
a2
1
R
%6969,0
036,008,0
08,0
R loss
==
+
=
+
=hÞ
rad
rad
R
R
. ¨
V.3 Trươ øng bư ùc xa ï cu ûa nguyên to á anten vo øngø ù ï û â á ø
124
x
y
z
M
ld
j
R
r
'j
i
Hình 5.10
Nguyên tố anten vòng hay
dipole từ là một vòng dây hình tròn
có bán kính a rất nhỏ (a << l) có
dòng điện chạy qua. Vì kích thước
anten nhỏ nên có thể coi dòng điện
tại mọi điểm trên vòng dây là như
nhau: ( )tsinIi m w= (hình 5.10). Xét
đoạn ld trên vòng dây, ta có vi
phân của thế vector được tính như
sau:
r4
edI
Ad
jkr
m
p
×m
=
-l&r
Khi đó vector A&
r
chỉ có thành phần phương vị jA& .
'd'cosa
r
e
4
I
'd'cosa
r4
eI
AdAdA
jkr
m
jkr
m
jj×
p
m
=
jj×
p
×m
===
ị
ịịị
p -
p -
jj
2
0
2
0
&&&
Ở “vùng xa” a << r, do đó qj-» sin'cosaRr . Tuy nhiên cần chú ý rằng r ở
lũy thừa trong thừa số jkre- cần tính càng chính xác càng tốt bởi sự lệch pha
có thể ảnh hưởng lớn đến thế vector (nếu độ lệch pha vượt quá p / 8 là không
thể chấp nhận được). Vậy ta có:
'd'cose
R4
eaI
A 'cossinjka
jkR
m jj
p
m
= ị
p
jq
-
j
2
0
& ;
Mặt khác 1a2ka <<
l
p
= , suy ra: 'cossinjka1e 'cossinjka jq+»jq
( ) 'd'cossinjkacos
R4
eaI
A 2'
jkR
m jjq+j
p
m
=Þ ị
p-
j
2
0
&
q
p
pm
=Þ
-
j sinR4
ekIa
jA
jkR
m
2
&
Ta xác định các thành phần vector E&
r
và H&
r
theo các phương trình sau:
Hrot
j
1
E;Arot
1
H &
r&r&r&r
we
=
m
=
Vậy ở “vùng xa” ta có:
125
jkR
2
m
22
esin
R
Ia
H -q ×q
l
p
-=&
q
-
j -=×q
l
p
= HZesin
R
Ia
ZE jkR
2
m
22
&&
Trong miền thời gian ta có:
÷
ø
ư
ç
è
ỉ w-w×
l
qp
-=q v
R
tsin
R
sinIa
H
2
m
22
÷
ø
ư
ç
è
ỉ w-w×
l
qp
=j v
R
tsin
R
sinIa
ZE
2
m
22
Như vậy sóng điện từ bức xạ bởi nguyên tố anten vòng cũng là sóng cầu, tương
tự như trường hợp nguyên tố anten thẳng,chỉ khác ở chỗ jE của anten thẳng
được thế bởi qH của anten vòng và qH của anten thẳng được thế bởi jE của
anten vòng. jE và qH ngược pha nhau.
Mật độ công suất của trường bức xạ là:
{ } ( ) RR
2
tb i,RSiZ
E
2
1
*HERe
2
1
S
rr&&r&rr ×q=×=´=
j
( ) q××÷
ø
ư
ç
è
ỉ
l
p
=q 22m2
4
sinI
R
1a
Z,RS Þ ( ) q=jq 2sin,F .
Vậy đồ thị định hướng của nguyên tố anten vòng cũng giống như của
nguyên tố anten thẳng.
Công suất bức xạ: 2mrad
2
m
4
rad IR2
1
I
a2
6
ZP =÷
ø
ư
ç
è
ỉ
l
p
×
p
×= .
Điện trở bức xạ:
4
rad
a2
3
ZR ÷
ø
ư
ç
è
ỉ
l
p
×
p
×= .
Trong không khí: p=
e
m
= 120Z
0
0
0 , khi đó
2
m
4
2
rad I
a2
20P ÷
ø
ư
ç
è
ỉ
l
p
p= ;
4
2
rad
a2
40R ÷
ø
ư
ç
è
ỉ
l
p
p=
Ta nhận thấy công suất bức xạ của anten thẳng lớn hơn nhiều so với anten
vòng.
V.4 Trươ øng bư ùc xa ï cu ûa he ä tho áng antenø ù ï û ä á
Ở các phần trên ta chỉ xét hai loại nguồn bức xạ đơn giản nhất. Trong
thực tế người ta dùng nhiều loại anten khác nhau tùy theo từng nhu cầu sử
dụng. Ở đây ta chỉ xét sơ lược các loại anten sau: anten nửa sóng, anten thẳng
có chiều dài bất kỳ, dàn anten.
126
V.4.1 Trươ øng bư ùc xa ï cu ûa anten nư ûa so ùngø ù ï û û ù
Xét một đoạn dây dẫn thẳng có chiều dài 2l=l được kích thích bởi
nguồn thông qua đường dây truyền sóng đến điểm giữa đoạn dây (hình 5.11a).
Dòng điện chảy qua đoạn dây biến thiên theo tọa độ z.
( ) [ ]tjmm ekzcosIRekzcostcosIzi w×=w=
( ) kzcosIzI m=& ; 4z4
l
££
l
- ;
l
p
=
2
k .
a). b).
Hình 5.11
Xét đoạn dz vô cùng nhỏ trên dây dẫn (hình 5.11b). dz là nguyên tố anten
thẳng nên ta có:
( ) ( ) 'sin
r
e
dzzI
4
jkZ
zEd
jkr
q÷÷
ø
ư
çç
è
ỉ
×
p
=
-
q
&&
( ) ( )zEd
Z
1
zHd qj = && ; ( )ị
l
l-=
qq =
4
4z
zEdE &&
Ở “vùng xa” l>>R , ta có q-» coszRr , suy ra:
( ) ( ) q
-
q ×q÷÷
ø
ư
çç
è
ỉ
×
p
= cosjkz
jkR
esin
R
e
dzzI
4
jkZ
zEd &&
Cuối cùng ta có các thành phần trường điện và từ của trường bức xạ trong
không khí là:
÷
÷
ø
ư
ç
ç
è
ỉ
×
ú
ú
ú
ú
û
ù
ê
ê
ê
ê
ë
é
q
÷
ø
ư
ç
è
ỉ q
p
××=
-
q R
e
sin
cos
2
cos
I60jE
jkR
m
&
Z
E
H qj =
&
& , trong đó
e
m
=Z .
Vậy mật độ dòng công suất bức xạ trung bình là:
127
( ) úû
ù
êë
é
q
÷
ø
ư
ç
è
ỉ q
p
=
q
÷
ø
ư
ç
è
ỉ q
p
p
==q q
2m
W
2
2
02
2
2
2
m
2
sin
cos
2
cos
S
sin
cos
2
cos
R
I15
Z
E
,RS
&
trong đó
2
2
m
0
R
I15
S
p
= .
Có thể chứng minh được rằng ( )q,RS cực đại khi 2p=q và
2
2
m
0max
R
I15
SS
p
== . Vậy cường độ bức xạ chuẩn hóa là:
( ) ( )
2
0 sin
cos
2
cos
S
,RS
F
ú
ú
ú
ú
û
ù
ê
ê
ê
ê
ë
é
q
÷
ø
ư
ç
è
ỉ q
p
=
q
=q .
Anten nửa sóng có đồ thị định hướng dạng giống như nguyên tố anten thẳng
(hình 5.12a).
Công suất bức xạ bằng:
( )ịị
p
Wq=
4
2
rad d,RSRP ị ị
p p
jqq
ú
ú
ú
ú
û
ù
ê
ê
ê
ê
ë
é
q
÷
ø
ư
ç
è
ỉ q
p
p
=
2
0 0
2
2
m ddsin
sin
cos
2
cos
I15
.
Kết quả ta nhận được: 2mrad I6,36P = mà ( )22mmax RI15S p= , từ đây ta
có thể tính hệ số định hướng của anten nửa sóng.
64,1
R
I15
I6,36
R4
P
SR4
D
2
2
m
2
m
2
rad
max
2
=÷
÷
ø
ư
ç
ç
è
ỉ
p
p
=
p
= ;
[ ] dB 15,264,1log10dBD ==
Điện trở bức xạ: W»××== 73
I
I6,362
I
P2
R
2
m
2
m
2
m
rad
rad
Ví dụ:
Trở lại ví dụ với đoạn dây đồng dài cm 4=l với m 4=l . Như ta đã
tính được W= 08,0R rad ; W= 036,0R loss ; %69=h . Nếu tăng chiều dài dây
lên m 2=l thì tương tự ta cũng tính được W= 73R rad ; W= 8,1R loss
98% =hÞ . Như vậy hiệu suất bức xạ trong trường hợp này tăng đáng kể.
Hơn nữa, thực hiện phối hợp trở kháng với điện trở 73 W dễ hơn nhiều so với
0,08 W.
V.4.2 Trươ øng bư ùc xa ï cu ûa anten tha úng co ù chie àu da øi ba á t ky øø ù ï û ú ù à ø á ø
Xét một đoạn dây dẫn chiều dài l được kích thích tại điểm giữa
2z l= . Biên độ dòng điện trong đoạn dây phụ thuộc vào tọa độ z như sau:
128
( )
ï
ï
ỵ
ï
ï
í
ì
££ú
û
ù
ê
ë
é
÷
ø
ư
ç
è
ỉ +
££ú
û
ù
ê
ë
é
÷
ø
ư
ç
è
ỉ -
=
0z
2
ksinI
z
2
ksinI
zI
m
m
z
2
- với
2
z0 với
ll
ll
&
Ta có thể tìm các thành phần vector E
r
và H
r
của trường bức xạ theo trình tự
tương tự như với các loại anten đã xét.
ï
ï
ỵ
ï
ï
í
ì
££ú
û
ù
ê
ë
é
÷
ø
ư
ç
è
ỉ +
££ú
û
ù
ê
ë
é
÷
ø
ư
ç
è
ỉ -
××q÷
÷
ø
ư
ç
ç
è
ỉ
p
= q-
-
q
0z
2
ksinI
z
2
ksinI
dzesin
R
e
4
jkZI
Ed
m
m
cosjkz
jkR
m
z
2
- với
2
z0 với
ll
ll
&
Þ
ú
ú
ú
û
ù
ê
ê
ê
ë
é
ú
û
ù
ê
ë
é
÷
ø
ư
ç
è
ỉ ++ú
û
ù
ê
ë
é
÷
ø
ư
ç
è
ỉ -q÷
÷
ø
ư
ç
ç
è
ỉ
p
=
+==
ịị
ịịị
-
qq
-
-
qq
-
qq
dzz
2
ksinedzz
2
ksinesin
R
e
4
jkZI
EdEdEdE
0
2
cosjkz
2
0
cosjkz
jkR
m
0
2
2
0
2
2
l
l
l
ll
l
ll
&&&&
Thế công thức Euler ( ) ( )q+q=q coskzsinjcoskzcose cosjkz vào biểu thức trên,
ta có
ú
ú
ú
ú
û
ù
ê
ê
ê
ê
ë
é
q
÷
ø
ư
ç
è
ỉ-÷
ø
ư
ç
è
ỉ q
×÷
÷
ø
ư
ç
ç
è
ỉ
=
-
q sin
2
k
coscos
2
k
cos
R
e
I60jE
jkR
m
ll
& .
129
a). 2/l=l b). l=l c). 2/3l=l
Hình 5.12
Mật độ công suất trung bình:
( )
2
2
2
m
2
sin
2
k
coscos
2
k
cos
R
I15
Z2
E
S
ú
ú
ú
ú
û
ù
ê
ê
ê
ê
ë
é
q
÷
ø
ư
ç
è
ỉ-÷
ø
ư
ç
è
ỉ q
p
==q q
ll
&
trong đó lp= 2k
Cường độ bức xạ chuẩn hóa: ( ) ( )
maxS
,RS
F
q
=q .
Đồ thị định hướng của các anten thẳng chiều dài 23,,2 lll=l được
biểu diễn trên hình 5.12a), b), c).
V.4.3 Trươ øng bư ùc xa ï cu ûa da øn antenø ù ï û ø
Trong kỹ thuật để nhận được anten có đồ thị định hướng phù hợp với
các nhu cầu sử dụng nhất định người ta dùng dàn anten. Trong mục này ta xét
130
trường hợp dàn anten gồm N anten thẳng đặt song song dọc theo trục z cách
nhau các đoạn d (hình 5.13). Vậy chiều dài của dàn ant