PHAÀN 1 LYÙ THUYEÁT
ANTEN



CHƯƠNG I : KHÁI NIỆM TRƯỜNG ĐIỆN TỪ
oOo
I. Đặc điểm sóng điện từ.
Toàn bộ lý thuyết anten được xây dựng trên cơ sở của sóng điện
từ. Điện trường và từ trường đồng thời tồn tại trong không gian thống
nhất tạo thành trường điện từ.
Trường điện từ là một dạng vật chất cơ bản, chuyển động với
vận tốc c trong mỗi hệ quy chiếu quán tính trong chân không; nó thể
hiện sự tồn tại và vận động qua những tương với một dạng vật chất
khác là những hạt hoặc những môi trường chất mang điện.
Trường điện từ có mang năng lượng và nhiệt độ:

)DHBE(
2

Trường điện từ được biểu diễn qua hệ thống phương trình
Maxwell .
rot
E
= -
t
B
∂
∂
(1.1)
t
D
JHrot
∂
∂
+=
(1.2)
ρ=Ddiv
(1.3)
0Bdiv =
(1.4)
Ngoài ra còn có phương trình liên hệ :


EED
r
εε=ε=
ο
(
2

: phân bố điện tích khối (
3
m
C
)
: độ dẫn điện của môi trường dẫn (
γ
m
s
m
1
=
Ω
)
:ε
hệ số điện thẩm tuyệt đối của môi trường (
m
A
)
Đối với môi trường chân không
)
m
F
(
36
10
9
π
=ε=ε
−

: đối với môi trường thông thường
Nguồn tạo ra trường điện từ là dòng điện và từ
trường.

Ý nghóa hệ phương trình Maxwell.
- Phương trình Maxwell (1.1)và (1.2) nêu rõ từ trường và điện trường
biến thiên luôn gắn bó với nhau và luôn có tính chất xoáy.

- Phương trình Maxwell (1.3)và (1.4)mô tả dạng hình học của hai mặt
thể hiện điện trường và từ trường.
II. Sóng điện từ :
Phương trình sóng điện từ có dạng.

E
=
Eo
cos( t -
V
x
)
Tương tự :
B
=
Bo
cos( t - )
V
x

Eo
,

- Lái chùm tia để một khu vực nào đó có thể được bao phủ sóng.
- Cho phép đo đạc thông tin về góc để có thể xác đònh hướng.
b. Sóng điện từ là sóng không gian. Tại mọi điểm trong không gian,
phương
E
,
B
đều vuông góc với phương truyền sóng. Ta nói sóng điện
từ phẳng thuộc loại sóng điện từ ngang TEM
c.
E
,
H
luôn cùng pha và có trò số luôn tiû lệ với nhau.
d. Biên độ điện trưồng và từ trường của sóng giữ không đổi trong quá
trình lan truyền.
e. Vận tốc dòch chuyển của các mặt đẳng pha được gọi là vận tốc pha
(hay là vận tốc truyền năng lượng của trường (cả điện và từ kèm
theo nhau).
p
v

β
ω
=
p
v
(1.8)
trong đó β gọi là hệ số pha (rad/m)
f. Năng lượng và năng thông.


0Bdiv =
ρ=Ddiv

Nếu nguồn trường biến thiên theo qui luật điều hòa

.
jwt
)eERe(E = (1.9)
Re là phần thực của đại lượng phức. Từ các phương trình liên hệ, lấy
đạo hàm (1.9), kết hợp với các phương trình liên hệ và so sánh với
phương trình Maxwell ta có:

)
m
F
()i1(
p
εω
γ
−ε=ε

Từ sự tương ứng trên sau khi khảo sát người ta rút ra kết luận :
1. Sóng thộc loại sóng ngang.
2. Vectơ cường độ điện trường và từ trường vuông góc với nhau và cả
hai đều vuông góc với phương truyền sóng.
3. Sóng lan truyền bò môi trường hấp thụ làm suy giảm biên độ. Mức độ
suy giảm theo hàm mủ đặc trưng bởi thừa số với σ =
ρ
λ

)
Qua biểu thức của hệ số hấp thu (1.10)ï ta thấy rằng khi điện dẫn càng
tăng và bước sóng càng ngắn thì hấp thụ càng nhiều .
Truyền sóng qua môi trường bán dẫn điện (mặt đất, mặt biển) để
giảm bớt tổn hao nên dùng sóng có bước sóng lớn.
IV. Sóng vô tuyến:

1. Đặc điểm của sóng vô tuyến:
Sóng vô tuyến có chung đặc tính với các dạng chuyển động khác. Có
thể nói một cách gần đúng, chuyển động sóng là bao gồm sự kế tiếp
liên tục những đỉnh sóng và đáy sóng với những khoảng cách bằng
nhau và chuyển động theo một tốc độ cố đònh. Ví dụ ta nhìn một mảnh
gỗ nổi trên mặt nước bò nâng lên và hạ xuống khi sóng đi qua, nhưng
nếu không có gió và dòng nước thì nó sẽ không dòch chuyển về bất cứ
hướng nào. Điều đó chỉ ra rằng sóng được tạo ra đầu tiên bởi một sự
biến động nào đó ở xa, tònh tiến qua môi trường (trong trường hợp này
là biển) với một tốc độ cố đònh nhưng bản thân môi trường thì không
dòch chuyển. Khoảng cách giữa hai sóng liên tục gọi là bước sóng (kí
hiệu λ). Một dao động hoàn chỉnh từ một đỉnh sóng qua đáy sóng đến
đỉnh sóng kế tiếp gọi là chu kì. Số chu kì sóng đi qua một điểm cố đònh
trong một khoảng thời gian cho sẵn gọi là tần số (kí hiệu f), có thể giải
thích tần số bằng số chu kì trên giây gọi là Hez (Hz). Rõ ràng là số chu
kì trong một giây phụ thuộc vào bước sóng và tốc độ mà sóng truyền
lan (tốc độ kí hiệu là c). Sóng có bước sóng 2m chuyển động với tốc độ
10m trên giây phải dao động với tần số là 5 chu kì trên giây.Mối quan
hệ giữa các yếu tố như sau:
Tốc độ bằng tần số x bước sóng
Hoặc C = f x λ (1.11)
Bằng cách suy luận từ sóng biển có thể chứng minh được sự thật xa
hơn. Một hòn đá ném xuống hồ cho thấy sóng sẽ truyền lan ra với tốc

f
, hoặc tần số =
Hz000.200
500.1
000.000.300
=

Tần số sóng vô tuyến thường được đo bằng các bội số của Hz như:
1 kilôhec (Khz) = 10
3
Hz, 1mêgahec (Mhz) = 10
6
Hz, 1gigahec
(Ghz)=10
9
Hz.
Đối với một khoảng cách thời gian rất ngắn, thời gian thường được
tính bằng micrô giây( tức một phần triệu của giây). Sóng vô tuyến có
bước sóng ngắn như vậy gọi là sóng siêu ngắn (viba ).
Từ những so sánh đơn giản ở trên ta hiểu được bản chất chung của
sóng vô tuyến. Thuộc tính của chúng phụ thuộc rất nhiều vào phương
pháp bức xạ chúng vào không gian. Nhưng điều cần nói ở đây là sóng
vô tuyến có thể được tập trung lại thành chùm tia theo một hướng nhất
đònh và có thể bò phản xạ, khúc xạ, tán xạ hay nhiễu xạ giống như sóng
ánh sáng tùy thuộc vào bản chất môi trường mà chúng đi qua và những
mục tiêu mà chúng tiếp xúc.
2. Sự đònh hướng.
Ta chỉ xét thời điểm mà lúc sóng bắt đầu truyền trong không gian.
Kích thước cần thiết của bộ phản xạ để tập trung sóng vô tuyến
vào một chùm tia với độ rộng cho trước, phụ thuộc vào bước sóng được

không hấp thụ và có hệ số điện thẩm tương đối bằng một.
Ta tính mật độ thông lượng năng lượng của trường bức xạ ở một
khoảng cách kể từ nguồn và giả thuyết là năng lượng bức xạ phân bố
đồng đều trên mặt cầu bán kính r.
Biểu thò công suất bức xạ bằng W. Đơn vò chiều dài là m , ta có
biểu thức thông lượng năng lượng qua một đơn vò điện tích của mặt cầu
bán kính r trong một đơn vò thời gian là:
S =
)m/W(
r4
2
2
π
ρ
(1.12)
Giá trò của biểu thức (1.12) cũng chính bằng giá trò trung bình của
vector Poynting ở trên mặt cầu ấy:
S = E
n
H
n
(1.13)
E
h
(V/m); H
n
(A/m) gọi là trò hiệu dụng của vectơ cường độ điện trường
và từ trường .
Trong đơn vò đo lường hợp pháp
H = E/120 ( A/m )

r
pD60
(V/m)
Trò số tức thời của cường độ trường bằng :
E =
r
pD60
cos ( t-
r
pD
c
n 60
)
=
cos( wt-Kr )
w : tần số góc của sóng
K=
wc
w
π
2
=
là hệ số sóng

λ
: bước sóng không gian tự do.
Trường hợp nguồn bức xạ không phải đặt trong không gian tự do
mà đặt trên mặt đất dẫn điện lý tưởng, khi ấy năng lượng sẽ phân bố
theo một nữa hình cầu, trò số D sẽ tăng gấp đôi và cường độ trường sẽ
tăng lên

do sự phản xạ (một lần hoặc nhiều lần ), hoặc do
khuếch tán từ tầng điện ly gọi là sóng điện ly.
VII . Truyền sóng của những dải sóng khác nhau.
1. Đặc điểm lan truyền của sóng dài và sóng cực dài.
Từ việc truyền sóng ở trên mặt đất tầng đối lưu, tầng điện ly ở
phần trước ta sẽ rút ra kết luận cho việc truyền sóng của từng dải trong
phương thức nào cho thích hợp.
Đối với sóng dài và sóng cực dài, mặt đất có tính dẫn điện tốt.
Do đó khi truyền sóng theo phương thức sóng đất nó sẽ bò mặt đất hấp
thụ ít hơn đối với sóng trung và sóng ngắn. Mặt khác, do bước sóng
của dải sóng này khá lớn có thể so sánh với độ cong mặt đất nên sóng
mặt đất có thể lan truyền theo phng thức nhiễu xạ. Uốn cong theo
mặt đất và đạt cự ly khá lớn. Do những lý do trên sóng dài và sóng
cực dài có thể truyền lan theo phương thức sóng đất để đạt đến những
cự ly khoảng 3000 km.
Với những cự ly lớn hơn 3000 km phải thực hiện sự truyền
sóng bằng tầng điện ly vì bước sóng lớn nó bò tầng điện ly hấp thụ
mạnh nên người ta ít sử dụng.
Khi lan truyền sóng dài và cực dài, người ta quan sát còn thấy
hiện tượng đối cực. Biết rằng, càng đi xa đài phát thì cường độ trường
càng giảm nhỏ. Nhưng nếu tăng cự ly lên nữa thì sẽ đến một miền mà

ở đó cường độ trường lại tăng lên. Miền này nằm đối diện với đài phát
qua tâm trái đất và gọi là miền đối cực.
Sóng dài và sóng cực dài không bò hiện tượng fading so với
các sóng khác nó truyền đi không được xa nhưng có ưu điểm là ổn
đònh.
Ở các nước ôn đới người ta sử dụng các loại sóng này dùng cho đài
phát thanh đòa phương và thông tin cự ly gần không quá 1000 km.
Ở các nước nhiệt đới như Việt Nam sóng này bò ảnh hưởng nhiều của điện

Khi tần số tăng sự hấp thụ của mặt đất đối với sóng mặt đất sẽ tăng.
Vì vậy, đối với sóng ngắn nếu dùng đài phát có công suất trung bình
chỉ có thể truyền lan được bằng sóng đất trong cự ly không vượt quá
vài chục km.
Đối với cự ly lớn phải truyền sóng bằng sóng điện ly. Khi ấy có thể
dùng máy phát có công suất trung bình cũng có thể thông tin được và cự ly
rất xa tới hàng nghìn km.