Bài giảng Trường điện từ - Chương 6: Bức xạ điện từ và anten (Mới)
Ch 6:
Bức xạ điện từ và anten
EM - Ch6
1
Nội dung chương 6:
6.1 Khái niệm bức xạ điện từ.
6.2 Nguyên tố anten thẳng.
6.3 Các đặc trưng của bức xạ điện từ.
EM - Ch6
2
6.1 Khái niệm bức xạ điện từ:
Bức xạ điện từ là hiện tượng một phần năng lượng của nguồn
gởi ra không gian dưới dạng sóng điện từ.
Nguồn bức xạ điện từ thường là anten. Là các dây dẫn mảnh,
tạo hay thu sóng điện từ.
Sóng điện từ
Zn
+
_
Z2
Đường dây
Đường dây
Em
Anten phát
Anten thu
EM - Ch6
3
Thế vector:
.Dây dẫn mang dòng biến thiên i(t)
thế vector
1
4 L r
r
A
.i(t )d l
. Miền thời gian:
. Miền phức:
v
2π
β
1
L
A
.I.e jβrd l
EM - Ch6
4
6.2 Nguyên tố anten thẳng:
EM - Ch6
5
6.2.1 Trường điện từ của nguyên tố anten:
Nguyeân toá anten thaúng laø daây daãn thaúng, maûnh, chieàu daøi
khoâng ñaùng keå ℓ << (ℓ ≤ /20) vaø mang doøng ñieàu hoøa:
i(t) Im cos(t )
EM - Ch6
6
6.2.1 Trường điện từ của nguyên tố anten:
Đối với nguyên tố anten thẳng: ℓ << ( ℓ /20 )
Dòng trên anten xem hằng số:
Thế vector tạo ra do I(z) :
Ie jβr
A
l az A az
4r
Chuyển sang hệ tọa độ cầu:
A Ar ar A a
(Acos) ar (Asin) a
EM - Ch6
7
6.2.1 Trường điện từ của nguyên tố anten:
Tìm trường từ dùng:
1
H rot A H a
Suy ra trường điện (giả sử môi trường điện môi lý tưởng):
1
j
E rot H Er ar E a
2
l Iβ sin j 1
H
e jβr
4 βr β2r2
3
jl Iβ cos j 1
Er
e jβr
2 β2r2 β3r3
3
jl Iβ sin 1 j 1
E
e jβr
4 βr β2r2 β3r3
EM - Ch6
8
6.2.2 Miền gần của nguyên tố anten:
Miền gần thỏa điều kiện: r << 1 (r << /2) .
Ta có:
H H a
1
1
1
; e jβr ~1
βr β2r2 β3r3
E Er ar E a
l Iβ2 sin 1 l Isin
Với:
H
4 β2r2 4r2
jl Icos
2r3
Er
jl Isin
4r3
Eθ
EM - Ch6
9
Nhận xét miền gần (near field) :
+ Sóng điện & từ lệch 90o.
+ Vectơ Poynting trung bình
bằng 0 . Nên <Pr> = 0 .
+ Lan truyền trường điện từ
chỉ có tính dao động: thiết bị
thu không thể thu năng
lượng điện từ trong miền
này .
EM - Ch6
10
6.2.3 Miền xa của nguyên tố anten:
a) Trường điện từ ở miền xa:
Miền xa thỏa điều kiện : r >> 1 (r >> /2) .
1
1
1
H
; E
r 2r2 3r3
Với:
jl Isin
μ jl Isin
ε 2λr
jl Isin
H
e jβr ; Eθ
e jβr
e jβr
2λr
2λr
lIm sin
2r
H
cos(t βr 90o ) a
lIm sin
E
cos(t βr 90o ) a
2r
EM - Ch6
11
Phân bố sóng ở miền xa (far-field) :
Miền gần
Miền xa
EM - Ch6
12
b) Nhận xét bức xạ ở miền xa :
a) Phương: E H và vuông góc với phương truyền -> sóng
điện từ ngang (TEM wave) .
b) Biên độ: suy giảm theo qui luật 1/r .
c) Pha : t – r + + 90o = const -> r = const -> mặt đồng pha
là mặt cầu. Bức xạ điện từ thuộc loại sóng cầu.
(Tuy nhiên , trong kỹ thuật, khi r rất lớn và diện tích khảo sát bé: ta gần
đúng mặt đồng pha là mặt phẳng: sóng bức xạ là sóng phẳng )
d) Vận tốc pha = vận tốc truyền sóng trong ptrình D’Alembert:
vp v 1/ με
e) Do biên độ sin , bức xạ cực đại khi góc = 90o và cực
tiểu khi = 0o .
Bức xạ điện từ có tính định hướng
EM - Ch6
13
VD 6.2.1: Bức xạ điện từ
VD1: Chọ lựa đúng ?
PW: plane wave ; DW: dipole wave
VD2: Chọn lựa Yes hay No ?
In lossless medium:
(Exam-s07- Illinois)
In conductive medium:
In radiated medium:
Yes
No
Yes
EM - Ch6
14
c) Công suất bức xạ:
P EH .H.ar
Vectơ Poynting tức thời:
H2 0 : dòng công suất điện từ luôn hướng từ nguồn ra
miền bên ngoài. Miền xa còn gọi là miền bức xạ.
Vectơ Poynting trung bình ở miền xa:
P Re{.Hm2 .ar
2
2
Mật độ công suất bức xạ:
1
1
P .H2m Em2
r
2
2
EM - Ch6
15
Công suất bức xạ :
. Là công suất điện từ trung bình gởi qua mặt cầu, tâm tại vị trí
đặt anten, bán kính r >> (tức là thuộc về miền xa). Công thức
xác định theo định nghĩa :
P
bx
EM - Ch6
16
VD 6.2.2: Tính Pbx nguyên tố anten
1
<P H2m ; Hm
. Mật độ công suất bức xạ:
r
2
l2I2m sin2
1
P Rbx I2m
82r2
r
2
2
2 2
2
P l I sin (r2 sindd)
1
l
m
P Im2
82r2
bx
bx
3
0 0
.Nhận xét: Pbx tỉ lệ nghịch với 2, tức là tỉ lệ thuận với f2: là lý
do dùng cao tần trong bức xạ điện từ.
EM - Ch6
17
d) Điện trở bức xạ:
. Ký hiệu Rbx , là điện trở mà công suất tiêu tán trên nó tương
đương với công suất bức xạ của anten khi nối vào nguồn pháp
tín hiệu, và xác định theo:
2Pbx
2
1
2
Pbx RbxIm
Rbx
Im2
Ví dụ: Với nguyên tố anten thẳng
2
2 l
Rbx
3
EM - Ch6
18
Lưu ý:
. Điện trở bức xạ thay đổi nhiều theo chiều dài anten . Chọn ℓ =
/20 ta có giá trị điện trở bức xạ lớn nhất .
EM - Ch6
19
e) Một số loại anten khác:
1. Anten ngắn (short or small dipole):
I (12z /
Anten có : /20 < ℓ /10 &
Im (1 2z / 0)
2. Anten phần tư sóng :
Anten có chiều dài ℓ = /4 .
3. Anten bán sóng :
I sin[β(λ / 4 z)] (0<z<
Anten có chiều dài ℓ = /2 .
Im sin[β(λ / 4 z)] (-
4. Anten vòng :
Anten có cấu trúc là vòng dây dẫn tròn, bán kính R, nằm
trong mặt phẳng x-y, tâm tại gốc tọa độ, mang dòng điều hòa
i(t) = Imcos(t + ) .
EM - Ch6
20
Tải về để xem bản đầy đủ
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Trường điện từ - Chương 6: Bức xạ điện từ và anten (Mới)", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
bai_giang_truong_dien_tu_chuong_6_buc_xa_dien_tu_va_anten_mo.pdf

