›
›

Bài giảng Lý thuyết cơ sở kỹ thuật siêu cao tầng - Chương 1: Đường dây truyền sóng

pdf 62 trang hapham 830
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Lý thuyết cơ sở kỹ thuật siêu cao tầng - Chương 1: Đường dây truyền sóng", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_ly_thuyet_co_so_ky_thuat_sieu_cao_tang_chuong_1_duong_da.pdf

Nội dung text: Bài giảng Lý thuyết cơ sở kỹ thuật siêu cao tầng - Chương 1: Đường dây truyền sóng

  1. 9Ñöôøng Daây Truyeàn Soùng 9Heä Soá Phaûn Xaï, Trôû Khaùng Ñöôøng Daây 9Hieän Töôïng Soùng Ñöùng, Heä Soá Soùng Ñöùng 1
  2. I. Ñöôøng Daây Truyeàn Soùng Phaân Tích Ñöôøng Daây Truyeàn Soùng V λ = ϕ f 2
  3. ™ Caùc Thoâng Soá Sô Caáp Cuûa Ñöôøng Daây Truyeàn Soùng ) R (Ohm/m) : ñieän trôû tuyeán tính, ñaëc tröng cho ñieän trôû thuaàn cuûa moät ñôn vò chieàu daøi daây daãn. ) L (H/m) : ñieän caûm tuyeán tính, ñaëc tröng cho ñieän caûm töông ñöông cuûa moät ñôn vò chieàu daøi ñöôøng truyeàn soùng. ) C (F/m) : ñieän dung tuyeán tính, ñaëc tröng cho ñieän dung treân moät ñôn vò chieàu daøi ñöôøng truyeàn soùng. ) G (S/m) : ñieän daãn tuyeán tính, ñaëc tröng ñieän daãn thuaàn cuûa lôùp ñieän moâi treân moät ñôn vò daøi ñöôøng truyeàn soùng. 4
  4. 1) Phöông Trình Truyeàn Soùng Töø ñònh luaät Kirchoff veà ñieän aùp: ∂ixt(,) vxt(,) =+Δ+Δ vx ( xt ,) R . xixt .(,) +Δ L . x . ∂t Töø ñònh luaät Kirchoff veà doøng ñieän: ∂vx(,)+Δ xt ixtixxtGxvxxtCx(,)=+Δ+Δ ( ,) . .( +Δ+Δ ,) . . ∂t 5
  5. ⎧ ∂ixt(,) vxt(,)=+Δ+Δ vx ( xt ,) R . xixt .(,) +Δ L . x . ⎪ ∂t ⎨ ∂+Δvx(,) xt ⎪ixt(,)=+Δ+Δ ix ( xt ,) G . xvx .( +Δ+Δ xt ,) C . x . ⎪⎩ ∂t Chuyeån sang mieàn taàn soá: ⎧Vx(,ωωωω )=+Δ++ Vx ( x , ) ( R j L ) (, Δ xIx ) ⎨ ⎩Ix(,ω )=+Δ++ Ix ( x ,ωω ) ( G j C ) Δ xVx ( +Δ x , ω ) Suy ra: ⎧Vx(,)(,)+Δ xωω − Vx =−().(,)RjLIx + ωω ⎪ Δx ⎨ Ix(,)(,)+Δ xωω − Ix ⎪ =−().(,)GjCVxx +ω +Δ ω ⎩⎪ Δx 6
  6. ⎧Vx(,)(,)+Δ xωω − Vx =−().(,)RjLIx + ωω ⎪ Δx ⎨ Ix(,)(,)+Δ xωω − Ix ⎪ =−().(,)GjCVxx +ω +Δ ω ⎩⎪ Δx Khi: Δ→x 0 ⎧∂Vx(,ω ) =−().(,)RjLIx + ω ω ⎪ ∂x ⎨ ∂Ix(,ω ) ⎪ =−().(,)GjCVx + ω ω ⎩⎪ ∂x ⎧∂2Vx(,ω ) ⎪ 2 =+()().(,)RjLGjCVxω +ωω ⎪ ∂x ⎨ ∂2 Ix(,ω ) ⎪ =+()().(,)RjLGjCIxω +ωω ⎩⎪ ∂x2 7
  7. ⎧∂2Vx(,ω ) ⎪ 2 =+()().(,)RjLGjCVxω +ωω ⎪ ∂x ⎨ ∂2 Ix(,ω ) ⎪ =+()().(,)RjLGjCIxω +ωω ⎩⎪ ∂x2 Ñaët: γ ()ωωω=+ (R jLG )( + jC ) ∂2Vx(,ω ) =γ 2 ().(,)ωωVx ∂x2 ∂2 Ix(,ω ) =γ 2 ().(,)ωωIx ∂x2 Moãi phöông trình coù daïng: fafafa''++==12 . ' . 0 , 1 0 8
  8. 2) Nghieäm Cuûa Phöông Trình Truyeàn Soùng Phöông trình: ∂2Vx(,ω ) =γ 2 ().(,)ωωVx ∂x2 Nghieäm coù daïng: −γω().xxγω(). Vx(,ω )=+ V+− . e V. e −γ xxγ Vx()=+ Ve+− . Ve . Vôùi: γ =+αβj −−α x jxβαβ x jx Vx()=+ Ve+− . . e Ve . . e 9
  9. −−α x jxβαβ x jx Vx()=+ Ve+− . . e Ve . . e Xeùt thaønh phaàn thöù 1: −−α x jxβ (Soùng tôùi) Ve+ e Xeùt thaønh phaàn thöù 2: α x jxβ (Soùng phaûn xaï) Ve− e 10
  10. Phöông trình soùng doøng ñieän: ∂2 Ix(,ω ) =γ 2 ().(,)ωωIx ∂x2 Coù nghieäm: −γ xxγ I()xIeIe=++− . . Quan heä vôùi soùng ñieän aùp: VV+ − II+−==−, ZZ00 VV ⇒=I()xe+−−γ xx − eγ ZZ00 11
  11. 3) Caùc Thoâng Soá Thöù Caáp Cuûa Ñöôøng Daây Truyeàn Soùng a) Heä Soá Truyeàn Soùng: γ ()ωαωβω=+ () j () =+ (R j ωLG )( +j ωC ) b) Heä Soá Suy Hao: αω(),[Np / m] αω(),[dB / m] α[/]Np m αα[/]dB m ==20.log10ee (20log10 ). [/]Np m = 8, 68.α[/]Np m Ví duï:Moät ñöôøng truyeàn soùng coù heä soá suy hao laø 1 Np/m, töùc laø khi soùng lan truyeàn qua 1 m chieàu daøi ñöôøng truyeàn soùng thì bieân ñoä seõ bò suy hao 8,68 dB (2,7 laàn). 12
  12. c) Heä Soá Pha: βω(),[rad / m][ ,ñoä / m ] Theå hieän ñoä thay ñoåi pha cuûa soùng khi soùng lan truyeàn treân moät ñôn vò chieàu daøi ñöôøng truyeàn soùng. Quan heä giöõa heä soá pha vaø böôùc soùng: 2 π β = λ * Tröôøng Hôïp Ñöôøng Truyeàn Khoâng Toån Hao: RG==0, 0 ⇒=+γω() (R jLG ω )( + jC ω ) = j ω LC ⇒=αω() 0 βω()= ω LC 13
  13. d) Trôû Khaùng Ñaëc Tính ( Z0 ) : 14
  14. Ñaët: Z =+RjLYGjCω , =+ω ⎛⎞1 ZZx00=Δ+⎜⎟// Z ⎝⎠YxΔ ZRjL+ ω Khi: Δ→x 0 ⇒=Z = 0 YGjC+ ω Ñöôøng truyeàn khoâng toån hao: L ZR00==, [] Ω C 15
  15. e) Vaän Toác Truyeàn Soùng (Vaän toác pha): Laø quaõng ñöôøng soùng lan truyeàn trong moãi ñôn vò thôøi gian. ω ⎛⎞[/]rad s Vmsϕ ==,[/]⎜⎟ β ⎝⎠[/]rad m EX 3.2 P66, EX 3.3 P67 17
  16. II. Heä Soá Phaûn Xaï,Trôû Khaùng Ñöôøng Daây 1) Heä Soá Phaûn Xaï −γ xxγ Vx()=+ Ve+− . Ve . a) Heä Soá Phaûn Xaï Ñieän AÙÙp: γ x soùng phaûn xa ï Ve−− V 2γ x Γ=()x ⇒ΓV ()xe =−γ x = soùng tôùi Ve++ V 18
  17. b) Heä Soá Phaûn Xaï Doøng Ñieän −γ x γ x I()xIeIe=++− . . VV Ix()=−+− e−γ x eγ x ZZ00 V − − Ieγ x I Z Γ=()xeex−− =22γγxx =0 =−Γ() IV−γ x V Ie++ I + Z0 Thoâng thöôøng chæ quan taâm tôùi heä Γ =Γ soá phaûn xaï ñieän aùp, quy uôùc: V 19
  18. c) Söï Phaûn Xaï Coâng Suaát −−γγ xx γγ x x PVeIetôùi =()++ ,( ) PVeIe phaûn xaï = ( −− )( ) −−γγ x xxx γγ Pt =+(Ve+−+− Ve)( Ie + Ie ) ⎡⎤−−γγ xx⎡⎤ PVet =+Γ+Γ⎣⎦++.1().1()( VI x) ⎣⎦ Ie( x) P =−Γ=−ΓPxPPx1()22 () t tôùi ( VV) tôùi tôùi P phaûn xaï 20
  19. d) Tính Heä Soá Phaûn Xaï Taïi moät ñieåm baát kyø Thoâng Qua Heä Soá phaûn Xaï Taïi Taûi: V Taïi taûi: − 2γ l Γ=V ()le V+ VV−−22γγxl()−d Taïi ñieåm xld=−():Γ=V ()xe = e VV++ V− 22γ ld−−γγ2d ==Γee.().V le V+ 21
  20. −2γ d Γ=ΓVV()xle (). Vôùi: γ =+αβj −−22αdjdβ Γ=ΓVV()xlee (). . 22
  21. −−22αdjdβ Γ=ΓVV()xlee (). . Khi dich chuyeån veà phía nguoàn moät ñoaïn d = λ /2 Vector Γ V seõ xoay moät goùc bao nhieâu? 2π 22π πλ β = ⇒=22βdd = 2 = 2π λ λ λ 2 23
  22. e) Heä Soá Phaûn Xaï Taïi Taûi: −γ llγ Vl()=+ Ve+− . Ve . VV I()le=−+−−γ ll eγ ZZ00 24
  23. −γ llγ Vl()=+ Ve+− . Ve . VV I()le=−+−−γ ll eγ ZZ00 −γ llγ Vl() Ve+−+ Ve ZZL ==0 −γ llγ I()lVeVe+−− γ l Ve− 1+ −γ l Ve+ 1()+ Γ l ZZL ==00γ l Z Ve− 1()− Γ l 1− −γ l Ve+ ZZ− ⇒Γ()l = L 0 ZZL + 0 25
  24. f) Moät Soá Tröôøng Hôïp Ñaëc Bieät: z Tröôøng hôïp taûi phoái hôïp trôû khaùng: ZZ− Γ=()l L 0 = 0 ZZL + 0 ⇒Γ()xle =Γ ().−2γ d = 0, ∀ x Khoâng coù soùng phaûn xaï Trôû khaùng ñaëc tính chuaån: 50Ω , 75ΩΩΩ , 300 , 600 26
  25. z Tröôøng hôïp taûi noái taét: ZZ− Γ=()l L 0 =−1 ZZL + 0 Phaûn xaï toaøn boä γ l Ve− γ ll−γ Γ=()lVeVe−γ l ⇒−+ =− Ve+ Taïi taûi, soùng tôùi vaø soùng phaûn xaï ngöôïc pha nhau Vl()= 0 27
  26. z Tröôøng hôïp taûi Hôû maïch: ZZL − 0 Γ=()ll =⇒Γ=− 1I () 1 ZZL + 0 Phaûn xaï toaøn boä γγll − ⇒=−⇒=Ie−+ Ie Il() 0 Taïi taûi, soùng doøng ñieän tôùi vaø phaûn xaï trieät tieâu nhau 28
  27. z Tröôøng hôïp taûi Thuaàn khaùng: jXR− Γ=()l L 0 ⇒Γ()l = 1 jXRL + 0 Phaûn xaï toaøn boä 29
  28. 2) Trôû Khaùng Ñöôøng Daây Vx() Zx()= I()x 30
  29. −γγ xx Vx()=+ Ve+− . Ve . (1) VV Ix()=−+− e−γγ xx e (2) ZZ00 −γγ x x Ve+− + Ve ⇒=Zx() Z0 −γγ x x Ve+− − Ve Vl() Taïi Taûi: Zl()== Z L I()l −γ llγ ⇒==+ZIlL .() Vl () Ve+− . Ve . −γ x γ x Töø (2) ta coù: ZIx0.()=− Ve+− . Ve . −γ llγ ⇒=−ZIl0.() Ve+− . Ve . 31
  30. −γ llγ ⎪⎧ZIlL .()=+ Ve+− . Ve . ⎨ −γ llγ ⎩⎪ZIl0.()=− Ve+− . Ve . ⎧ Il() VZZe=+()γ .l ⎪ + 2 L 0 ⎨ Il() ⎪VZZe=−()−γ .l ⎩⎪ − 2 L 0 −γ x γ x Ve+− + Ve Thay vaøo : Zx()= Z0 −γ x γ x Ve+− − Ve γγ()lx−−()lx− ()ZZeLL++−00 () ZZe ⇒=Zx() Z0 γγ()lx−−()lx− ()()ZZeLL+−−00 ZZe 32
  31. Ta coù: dlx=−() γγdd−− γγ dd ZeL ()()++ e Ze0 − e ⇒=Zx() Z0 γγdd−− γγ dd ZeL ()()−+ e Ze0 + e eeuu+−− eeuu− AÙp duïng: ch() u == ,sh () u 22 ZchdL .(γ )+ Zshd0 .(γ ) ⇒=Zx() Z0 ZshdZchdL .(γ )+ 0 .(γ ) sh() u euu− e− Vaø: th() u == ch() u euu+ e− ZZthdL + 0.(γ ) ⇒=Zx() Z0 ZZthd0 + L .(γ ) 33
  32. ™ Tröôøng hôïp ñöôøng daây khoâng toàn hao: ⎧γβ= j ⎨ ⎩ZR00= ,Soá thöïc eejβ djd− − β Khi ñoù: th()γβ d== th ( j d ) eejβ djd+ − β AÙp duïng: eujuju =+cos( ) sin( ) 2sin(j βd ) ⇒=th() jβ d =j.() tgβ d 2cos(βd ) ZjRtgdL + (0 β ) ⇒=Zx() R0 R0 + jZ (L tgβ d ) 34
  33. ™ Moät Soá Tröôøng Hôïp Ñaëc Bieät: Tröôøng hôïp taûi phoái hôïp trôû khaùng ZL = R0 , Soá thöïc ZjRtgdL + (0 β ) ⇒=Zx() R00=∀R, dhoaëc x RjZtgd0 + (L β ) 35
  34. Tröôøng hôïp taûi noái taét: ZL = 0 ZjRtgdL + (0 β ) ⇒=Zx() R00=jRtg ()β d RjZtgd0 + (L β ) ⇒=Zx() jXd . (),thuaàn khaùng 36
  35. Zx()== jRtg .0 . (β d ) jXd . (),thuaàn khaùng Hôû Maïch Noái taét ÖÙng duïng ñöôøng daây truyeàn soùng ñeå thay theá caùc phaàn töû ñieän caûm, ñieän dung (ôû 1 taàn soá nhaát ñònh) 37
  36. Tröôøng hôïp taûi hôû maïch: ZL = ∞ ZjRtgdL + (00β ) R ⇒=Zx() R0 = R0 + jZ (L tgβ d ) jtg .(β d ) =−jR cotg()0 β d ⇒=Zx() jXd . (),thuaàn khaùng 38
  37. Zx()=− jR .0 .cotg(β d )= jXd . (),thuaàn khaùng Noái taét Hôû Maïch 39
  38. Tröôøng hôïp taûi Thuaàn khaùng: ZL = jX. L jXL + j ( R0 tgβ d ) ⇒=Zx() R0 ,Thuaàn aûo RXtgd0 − L .(β ) ⇒ Zx():thuaàn khaùng Xác định trở kháng đặc tính , trở kháng tải , và hệ số truyền sóng qua việc đo đạc thực tế: p77, Ex 3.9 40
  39. Ñöôøng Truyeàn Moät phaàn tö böôùc soùng R0 ZL Z in λ l = 4 R2 ZjRtglL + (0 β ) 0 Töø : ZR(0) = ⇒=Zin 0 Z R0 + jZ ()L tgβ l L Neáu taûi hôû maïch: ZZLi→∞ ⇒n =0 Neáu taûi ngaén maïch: ZZLi= 0 ⇒→∞n 2 R0 Zin = ⇒=R0 ZZLin. ZL ÖÙng duïng laøm maïch bieán ñoåi trôû khaùng Ex 3.5 p71 41
  40. Ñöôøng Truyeàn Nöûa böôùc soùng Z0 ZL Zin λ l = 2 Zin= Z L 42
  41. 3) Quan heä giöõa trôû khaùng ñöôøng daây vaø heä soá phaûn xaï: γ .x Ve− . −−γγ x xx1+ γ. Ve+− + Ve Ve + . Zx()== Z00−γγ xxZ γ .x Ve+− − Ve Ve−. 1− −γ .x Ve+ . 1()+ Γ x ⇒=Zx() Z 0 1()−Γ x Zx()− Z ⇒Γ()x = 0 Zx()+ Z0 Ex: 3.11 p78, (cách 2 p80) 43
  42. 4) Daãn Naïp Ñöôøng Daây: 1 Yx()==+ Gx () jBx () Zx() ZZthdL + 0.(γ ) Töø : Zx()= Z0 ZZthd0 + L .(γ ) 1 ZZthd+ .(γ ) ⇒=Yx() . 0 L ZZ00L + Zthd.(γ ) 1/YYthd0 + 1/L . (γ ) ⇒=Yx() Y0 . 1/YYthdL + 1/0 . (γ ) YYthdL + 0.(γ ) ⇒=Yx() Y0 . YYthd0 + L .(γ ) 44
  43. 5) Trôû Khaùng Chuaån Hoaù, Daãn Naïp Chuaån Hoaù Trôû khaùng chuaån hoaù: Zx() zx()= Z0 Daãn naïp chuaån hoaù: Yx() yx()= Y0 45
  44. III. Hieän Töôïng Soùng Ñöùng, Heä Soá Soùng Ñöùng 1) Hieän Töôïng Soùng Ñöùng Soùng tôùi vaø soùng phaûn xaï giao thoa taïo ra caùc ñieåm buïng soùng vaø nuùt soùng. 46
  45. ttt = =t= = T/8 03T/8T/4 T/2 Soùng tôùi, soùng phaûn xaï x VMax Soùng Toång x λ λ VMin 2 4 47
  46. 2) Heä Soá Soùng Ñöùng AÙp duïng ñoái vôùi ñöôøng daây khoâng toån hao V SVSWR==Max VMin VMax =+Bieân ño äsoùng tôùi bieân ño äsoùng phaûn xaï VMin =−Bieân ño äsoùng tôùi bieân ño äsoùng phaûn xaï − jβ xjxβ Ta coù: Vx()=+ Ve+− . Ve . ⇒=+VVVVVVMax + −+−, Min =− VV++Γ V V 1+ Γ S ==+− + + ⇒=S VV+−−−Γ V + V + 1− Γ Ex. 3.13 p86 48
  47. Buïng ñieän aùp ~ Nuùt doøng ñieän VIMax~ Min IIIIIMin =−=−Γ+ −+ + V+ ⇒=IMin ()1 −Γ R0 Vaø : VVVVVMax =+=+Γ+ −+. + Taïi ñoù trôû khaùng ñöôøng daây laø soá thöïc, cöïc ñaïi VMax 1+Γ RRRSMax ==00 =. IMin 1−Γ 49
  48. Nuùt ñieän aùp ~ Buïng doøng ñieän VIMin~ Max IIIIIMax =+=+Γ+ −+ + V+ ⇒=IMax ()1 +Γ R0 Vaø : VVVVVMin =−=−Γ+ −+. + Taïi ñoù trôû khaùng ñöôøng daây laø soá thöïc, cöïc tieåu VRMin 1−Γ 0 RRMin ==0 = ISMax 1+Γ 50
  49. Xác định trở kháng đường dây bằng cách đo hệ số sóng đứng, p86 Ex3.14 51
  50. TOÙM TAÉT CHÖÔNG 1 52
  51. I. Ñöôøng Daây Truyeàn Soùng 53
  52. Caùc Thoâng Soá Sô Caáp Cuûa Ñöôøng Daây ¾ R (Ohm/m) : ñieän trôû tuyeán tính ¾ L (H/m) : ñieän caûm tuyeán tính ¾ C (F/m) : ñieän dung tuyeán tính ¾ G (S/m) : ñieän daãn tuyeán tính 54
  53. 1) Phöông Trình Truyeàn Soùng ∂2Vx(,ω ) =γ 2 ().(,)ωωVx ∂x2 ∂2 Ix(,ω ) =γ 2 ().(,)ωωIx ∂x2 Chæ xeùt ôû moät taàn soá: ω ∂2Vx() =γ 2.()Vx ∂x2 ∂2 Ix() =γ 2.()Ix ∂x2 55
  54. 2) Nghieäm Phöông Trình Truyeàn Soùng Vx()=+ Ve .−γγ xx Ve .  +−N Soùng Tôùi Soùng Phaûn Xaï −γ xxγ I()xIeIe=++− . . VV+ − II+−==−, ZZ00 56
  55. 3) Caùc Thoâng Soá Thöù Caáp Heä Soá Truyeàn Soùng: γ ()ωαωβω= ()+ j () Heä Soá Suy Hao: αω(),[Np / m] αω(),[dB / m] Heä Soá Pha: βω(),[rad / m][ ,ñoä / m ] 2π β = λ Trôû Khaùng Ñaëc Tính : Z0 , [Ω] Ñöôøng truyeàn khoâng toån hao : ZR00≡ 57
  56. II. Heä Soá Phaûn Xaï, Trôû Khaùng Ñöôøng Daây Soùng Phaûn Xaï 1) Heä Soá Phaûn Xaï: Γ= Soùng Tôùi ΓVI=−Γ Heä Soá Phaûn Xaï Taïi Taûi : ZL − Z0 Γ=Γ=()l L ZL + Z0 Tính Heä Soá Phaûn Xaï Taïi ñieåm x thoâng qua Γ : −2γ d L Γ=Γ()xeL . 58
  57. 2) Trôû Khaùng Ñöôøng Daây: ZZthdL + 0.(γ ) Zx()= Z0 ZZthd0 + L .(γ ) Ñöôøng truyeàn ZjRtgdL + (0 β ) khoâng toån hao: Zx()= R0 R0 + jZ (L tgβ d ) YYthd+ .(γ ) 3) Daãn naïp ñöôøng daây : L 0 Yx()= Y0 . YYthd0 + L .(γ ) 59
  58. 4) Quan Heä Giöõa Trôû Khaùng Ñöôøng Daây Vaø Heä Soá Phaûn Xaï Zx()− Z Γ=()x 0 Zx()+ Z0 1()+ Γ x Zx()= Z 0 1()−Γ x Zx() 5) Trôû Khaùng Chuaån Hoaù: zx()= Z 0 Yx() Daãn Naïp Chuaån Hoaù: yx()= Y0 60
  59. III. Hieän Töôïng Soùng Ñöùng, Heä Soá Soùng Ñöùng 1) Hieän Töôïng Soùng Ñöùng Soùng tôùi vaø soùng phaûn xaï giao thoa taïo ra caùc ñieåm buïng soùng vaø nuùt soùng. 61
  60. 2) Heä Soá Soùng Ñöùng 1+Γ S== VSWR 1−Γ Buïng ñieän aùp ~ Nuùt doøng ñieän VMax 1+Γ RRRSMax ==00 =. IMin 1−Γ Nuùt ñieän aùp ~ Buïng doøng ñieän VRMin 1−Γ 0 RRMin ==0 = ISMax 1+Γ 62