ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN VĂN CÔNG

THIẾT KẾ MÁY THU THÔNG TIN VỆ TINH BĂNG TẦN C

LUẬN VĂN THẠC SỸ NGHÀNH CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ-VIỄN THÔNG

Huế - 2014


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN VĂN CÔNG

THIẾT KẾ MÁY THU THÔNG TIN VỆ TINH
BĂNG TẦN C

Ngành:

CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ -VIỄN THÔNG

Chuyên nghành

KỸ THUẬT –ĐIỆN TỬ 60.52.02.03

Mã số

LUẬN VĂN THẠC SĨ NGHÀNH CÔNG NGHỆ - ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS - TS BẠCH GIA DƯƠNG

Huế- 2014


1

LỜI CẢM ƠN

Tôi chân thành gửi lời cảm ơn đến Ban Giám Đốc Đài PT-TH Quảng Trị,
Phòng Kỹ Thuật- Công nghệ cùng anh chị em đồng nghiệp đã hết sức tạo điều
kiện cho tôi vừa công tác vừa tham gia học tập và hoàn thành tốt chương trình
cao học và thực hiện luận văn này.
Để hoàn thành chương trình cao học và viết luận văn này, tôi đã nhận được
sự hướng dẫn, giúp đỡ nhiệt tình của Quý thầy cô giáo khoa Điện tử - viễn thông
trường Đại Học Công Nghệ - Đại Học Quốc Gia Hà nội. Tôi ghi nhận và biết ơn
về sự giúp đỡ quý báu đó.
Tôi cũng xin chân thành gửi lời cám ơn đến, Phòng Đào tạo Sau đại học,
Bộ môn Điện Tử - Viễn Thông, khoa Vật lý trường Đại Học Khoa Học Huế đã
tạo điều kiện, giúp đỡ cho tôi học tập, thực hành trong suốt hơn hai năm qua.
Tôi chân thành cảm ơn tất cả các học viên lớp ĐT-VT 18, những người
bạn, người đồng chí đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong suốt quá trình học tập.
Tôi đặc biệt dành sự kính trọng và biết ơn sâu sắc đến PGS- Tiến sỹ
BẠCH GIA DƯƠNG, người đã dành sự quan tâm đặc biệt cho đề tài nghiên cứu
cũng như hỗ trợ kịp thời, có ý nghĩa và hướng dẫn tận tình tôi hoàn thành tốt luận
văn này.
Tôi thật sự biết ơn những người thân trong gia đình đã hỗ trợ, giúp đỡ tôi
về vật chất cũng như tinh thần để tôi hoàn thành tốt luận văn này.

Mặc dù tôi đã có nhiều cố gắng hoàn thiện luận văn bằng tất cả sự nhiệt
tình và năng lực của mình, tuy nhiên không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất
mong nhận được những đóng góp quí báu của quí thầy cô và các bạn.
Quảng Trị, ngày 08 tháng 1 năm 2014
Học viên

Nguyễn Văn Công


2

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu,
kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất
kỳ công trình nào khác.
Tác giả

Nguyễn Văn Công


3

MỤCLỤC

LỜI CẢM ƠN
LỜI CAM ĐOAN........................................................................................................
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VIẾT TẮT.....................................................................
DANH MỤC HÌNH ẢNH ..........................................................................................
MỞ ĐẦU.....................................................................................................................


1.1.

Khái quát chung..................................................................

1.2.

Các thuật ngữ cần thiết – Tham số tập trung, tham số phân

1.3.

Lý thuyết về đường dây truyền sóng .................................

1.3.1

Khái niệm và đị

1.3.2.

Cách biểu diễn m

tập trung ..............................................................................................................

1.3.3.

Phương trình vi

1.3.4.

Truyền sóng trê


1.3.5.

Đường truyền k

1.3.6.

Hệ số phản xạ :.

1.3.7.

Hiện tượng sóng

1.3.8.

Hệ số sóng đứng

1.3.9.

Hệ số phản xạ tạ

1.4.

Công suất trung bình truyền theo đường dây truyền sóng..

1.4.1. Tổn hao do phản xạ ..................................................................................
1.4.2.

Trở kháng vào c


1.5.

Mạch dải siêu cao tần ........................................................

1.6.

Đồ thị vòng tròn- Đồ thị Smith ..........................................

1.6.1.

Đồ thị vòng tròn


1.6.2. Đồ thị vòng tròn về trở kháng trong hệ tọa độ cực ( Đồ thị Smith) .........
1.6.2.1 .
1.6.2.2 .

1.6.2.3.
1.6.2.4.

1.7.1. Ý nghĩa của việc phối hợp trở kháng ......................................................
1.7.2. Phối hợp trở kháng dùng các phần tử tập trung.......................................
1.7.3.

Phối hợp trở kháng dải hẹp bằng những đoạn dây dẫn song song mắc liên

tiếp

............................
1.7.3.1. Phối hợp trở kháng bằng đoạn dây


4

.................

1.7.3.2. Phối hợp trở kháng bằng đoạn dây có chiều dài b
1.8.

Tổng quan về vòng bám pha (PLL):...................................

1.8.1.

Bắt chập và giữ c

1.8.2. Bộ tổ hợp tần số dùng vòng bám pha: ....................................................
1.8.3.

Bộ so pha ...........

1.8.4. Các bộ chia tần .......................................................................................
CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THU PHÁT THÔNG TIN VỆ TINH52
2.1.

Lịch sử thông tin vệ tinh ....................................................

2.2.

Quá trình phát triển thông tin vệ tinh ở Việt Nam .............

2.2.1.


Vệ tinh Vinasat-1

2.2.2.

Vệ tinh Vinasat-2

2.2.3. Tầm quan trọng của Vinasat 1 và Vinasat 2 ............................................
2.3.

Đặc trưng cơ bản của đường truyền thông tin vệ tinh : .....

2.3.1. Dải tần hoạt động có độ suy hao nhỏ nhất ..............................................
2.3.2. Những ưu điểm của đường truyền thông tin vệ tinh ................................
2.4.

Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống thu tín hiệu..................

CHƯƠNG 3MÔ HÌNH MÁY THU VỆ TINH BĂNG TẦN C VÀ THIẾT KẾ MÔ
PHỎNG DÙNG PHẦN MỀM ANSOFT ...................................................................
3.1.

Mô hình tổng quát máy thu vệ tinh băng tần C .................


5

3.2.Chế tạo bộ khuếch đại cao tần tạp âm thấp băng tầ

3.3.Nghiên cứu thiết kế bộ trộn tín hiệu siêu cao tần b

KẾT LUẬN ...............................................................................................................
TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................................


6

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VIẾT TẮT

AM

Amplitude Modulation

EHF

Extremely High Frequency

FM

Frequency Modulation

IF

Intermediate Frequency

LNA

Low Noise Amplifier

LO


Local Oscillator

PM

Phase Modulation

RF

Radio Frequency

SHF

Super High Frequency

TEM

Transverse Electromagnetic

VCO

Voltage Controlled Oscillator


7

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Biểu diễn mạch tương đương của một đoạn đường truyền sóng siêu cao
tần (1a,1b)
Hình 1.2
cao tần


Mạng

Hình 1.3

Sơ đồ

Hình 1.4
cuối

Sóng đ

Hình 1.5
truyềnkhông tổn hao có mắc tải đầu cuối

Sóng

Hình 1.6

Các lo

Hình 1.7

Các dạ

Hình 1.8

Trở k

Hình 1.9


Họ cá

Hình 1.10

Họ cá

Hình 1.11

Đồ th

Hình 1.12

Họ vò

Hình 1.13

Mô h

Hình 1.14

Mạch

Hình 1.15
Hình 1.16

Phối h
Phối h

Cần xác định Za và l dể có thể phối hợp ZL với Z0.

Hình 1.17

Sơ đồ

Hình 1.18

Đặc tr

Hình 1.19

Sự ph

Hình 1.20 Sơ đồ chức năng bộ tổ hợp tần số dùng mạch vòng bám pha.


8

Hình 1.21 Cấu trúc của 1 bộ so pha số, trong đó: Delay: bộ trễ, U1, U2: Các
trigơ D, U3: bộ AND, U4: bộ đảo
Hình 1.22

Giả

Hình 1.23

Giả

Hình 2.1

Ph


Hình 2.2

Vùn

Hình 2.3

Vùn

Hình 3.1

Sơ

Hình
mã tín hiệu

3.2

Sơ

Hình 3.3
băng tần C

Sơ

Hình 3.4

Kết

Hình 3.5


Kết

Hình 3.6

Kết

Hình

3.7

Sơ

Hình 3.8
Ansoft

Kết

Hình 3.9
Ansoft

Kết

Hình 3.10
Ansoft.

Kết

Hình
Hình 3.12


3.11

Sơ
Sơ

Hình

3.13 Mạ

Hình

3.14 Kết


9

MỞ ĐẦU
Cùng với sự phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật, việc phát triển hệ
thống thông tin vệ tinh đóng vai trò hết sức quan trọng trong việc truyền dẫn. Với
sự phát triển nhanh chóng về công nghệ, chất lượng truyền dẫn được nâng cao,
băng thông được mở rộng đã khắc phục được những nhược điểm mà hệ thống
truyền dẫn vô tuyến mặt đất đang mắc phải. Với ưu thế về độ bao phủ cũng như
tính ổn định, hệ thống truyền dẫn bằng vệ tinh đã mang lại những lợi ích vô cùng
to lớn, giảm thiểu rủi ro trong việc truyền thông tin, giúp cho việc định vị mục
tiêu trở nên đơn giản và chính xác hơn
Tại Việt nam, kể từ khi nước ta kết hợp với một số đối tác phóng thành
công vệ tinh Vinasat 1, rồi sau đó là Vinasat 2 đã mang lại những ứng dụng vô
cùng to lớn, một trong số những ứng dụng quan trọng được áp dụng đó là truyền
dẫn các gói kênh của Đài TH VN, đài tiếng nói Việt Nam cùng một số đài địa

phương, nâng tầm phủ sóng đến các vùng sâu vùng xa, và gần đây Việt Nam
cùng một số đối tác đã phóng thành công vệ tinh VNREDSat-1 bước đầu áp dụng
thành công việc giám sát và bảo vệ biển đảo, giám sát rừng qua vệ tinh cũng như
ứng dụng khác nhằm đảm bảo an ninh quốc phòng.
Việc chế tạo hoàn chỉnh một hệ thống thông tin vệ tinh là vô cùng phức
tạp, đòi hỏi nhiều yêu cầu công nghệ cao cũng như kinh phí đầu tư. Trong khuôn
khổ luận văn này, tác giả chỉ đề cập đến một mục nhỏ trong toàn bộ hệ thống
thông tin vệ tinh nhưng đóng vai trò hết sức quan trọng đó là : Chế tạo bộ khuếch
đại tạp âm thấp băng tần C.
Với đề tài : THIẾT KẾ MÁY THU THÔNG TIN VỆ TINH BĂNG TẦN
C, tác giả đã mạnh dạn nghiên cứu chế tạo mạch ở tần số siêu cao, trở ngại chính
và khó khắc phục nhất chính là ở dải tần siêu cao đòi hỏi kích thước mạch rất nhỏ
để đảm bảo giảm thiểu điện dung ký sinh, giảm thiểu sự mất phối hợp trở kháng
toàn mạch. Tuy vậy bằng nỗ lực cá nhân cũng như sự hướng dẫn tận tình của thầy
Bạch Gia Dương, luận văn này tạo tiền đề cho những học viên muốn nghiên cứu
sâu hơn về lĩnh vực này.
Bằng lý thuyết và thực nghiệm, luận văn đã trình bày một cách cô đọng
các yêu cầu sau:
1) Tổng quan về lý thuyết siêu cao tần, kỹ thuật phối hợp trở kháng
2) Tổng quan vệ tinh, khái quát về đường truyền vệ tinh, giới thiệu về hệ thống

vệ tinh Vinasat của Việt Nam


10

3) Thiết kế bộ khuếch đại cao tần tạp âm thấp dùng JFET siêu cao tần băng tần

C
Thiết kế nguyên lý bộ khuếch đại tập âm thấp dùng JFET: Mô phỏng bộ khuếch

đại tạp âm thấp với phần mềm Ansoft Designer
Thực nghiệm với phần mềm Ansoft Design Sv


11

CHƯƠNG 1
1.1.

TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT SIÊU CAO TẦN

Khái quát chung

Thuật ngữ viba dùng để chỉ những sóng điện từ có bước sóng rất ngắn
tương ứng với tần số rất cao, ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ
thuật cũng như những đột phá về khoa học vật liệu, các nhà khoa học đã tạo ra
được những vật liệu có khả năng thu phát nằm trong dải phổ tần số rất cao. Theo
thông lệ quốc tế, người ta quy ước phổ tần số cho cho các dải tần như sau:
Giới hạn trên của dải thường được chọn tới 300GHz ( f=3.1011Hz), tương
ứng với bước sóng λ =1mm.
Giới hạn dưới thường có nhiều cách chọn khác nhau và tùy theo cách phân
chia cũng như mục đích sử dụng của từng quốc gia hoặc của từng tổ chức riêng.
Thông thường sóng cực ngắn là những sóng có tần số f ≥30GHz tương ứng với
bước sóng λ ≤10m, trong khi đó cũng có nơi xem sóng viba là những sóng có
f≥300MHz tức là có λ≤1m.
Trong ứng dụng thực tế, để đảm bảo tính thống nhất và dễ phân loại, người
ta phân chia sóng viba thành 03 lớp như sau:
- Cực cao tần UHF tương đương
300MHz ≤ f ≤ 3GHz
- Siêu cao tần SHF tương đương 3GHz ≤ f ≤ 30GHz

- Thậm cao tần EHF tương đương 30GHz ≤ f ≤ 300GHz.

1.2.

Các thuật ngữ cần thiết – Tham số tập trung, tham số phân bố

Lý thuyết mạch kinh điển đi cùng với hệ phương trình Maxwell là lý
thuyết áp dụng cho mạch điện với các phân tử mạch điện là các phần tử tập trung
( ví dụ các phần tử tụ điện, điện trở), trong khi đó cấu kiện viba thường là các
phần tử có tham số phân bố vì ở đây pha của điện áp và dòng điện sẽ thay đổi tùy
theo điểm khảo sát bởi vì kích thước của cấu kiện vi ba có thể so sánh được với
bước sóng λ.
Tương tự như lý thuyết mạch kinh điển, công cụ để giải quyết các bài toán
viba cũng là hệ phương trình Maxwell với nghiệm của nó nằm ở dạng tổng quát
nhất áp dụng cho lý thuyết về hệ truyền dẫn viba với các điều kiện ban đầu ( điều
kiện biên) tương ứng với cấu trúc hệ truyền dẫn. Các nghiệm này được
E,
trình bày dưới dạng điện từ trường
H là hàm của các tọa độ của không gian
khảo sát.
1.3.

Lý thuyết về đường dây truyền sóng
1.3.1 Khái niệm và định nghĩa

Đường dây truyền sóng là đường truyền dẫn năng lượng sóng điện từ, là
hình thức quá độ giữa mạch điện gồm các phần tử tập trung ở tần số thấp bao
gồm các phần tử L, C, R và ống dẫn sóng ở siêu cao tần. Đường dây truyền sóng



12

được coi là mạch điện có phần tử phân bố nhưng nó có thể được biểu diễn theo
sơ đồ của mạch điện với các phần tử tập trung.
Đối với mạch điện có các phần tử tập trung, ta có thể phân tích bằng lý
thuyết mạch kinh điển, với giả thiết rằng khi có một điện áp đặt vào, lập tức sẽ
tác động đồng thời tại mọi điểm trong mạch. Trong một mạch vòng kín, khi có
một dòng điện chạy thì ở mọi điểm trong mạch vòng ấy, biên độ và pha của dòng
đều như nhau. Tuy nhiên ý tưởng trên chỉ đúng trong điều kiện lý tưởng, còn
trong thực tế năng lượng điện từ trong một mạch điện truyền đi có một vận tốc
nhất định, do vậy bên trong nó bao giờ cũng tồn tại một độ trễ nhất định giữa pha
điện áp và dòng điện. Lúc này việc áp dụng lý thuyết mach kinh điển sẽ cho ta
kết quả không còn chính xác nữa.
Khi việc truyền năng lượng trong một mạch điện phải mất một thời gian
đáng kể nào đó thì mạch điện đó được xếp vào loại mạch có phần tử phân bố,
điều này có nghĩa là cấu kiện của mạch được coi như có kích cỡ so sánh được với
bước sóng của mạch, điều này dẫn đến khái niệm sóng đứng của điện áp ( hoặc
dòng điện) và trở kháng vào của đường dây thay đổi theo tần số.
1.3.2. Cách biểu diễn một hệ có phần tử phân bố theo sơ đồ của hệ có
phần tử tập trung
Một đường dây truyền sóng được mô tả như một hệ gồm hệ gồm 2 dây dẫn
song song. Đó là vì khi truyền dẫn sóng TEM ta phải có ít nhất 2 vật dẫn.
z
Một phần tử rất ngắn của đường dây có độ dài (hình 1.1a) có thể được
biểu diễn bởi một mạng 4 cụm đơn giản gồm các phần tử tập trung (hình 1.1b)

Hình 1.1 Biểu diễn mạch tương đương của một đoạn đường truyền sóng siêu
cao tần
Trong đó:



13

R - Điện trở nối tiếp trên một đơn vị dài của cả hai dây,
Điện cảm nối tiếp trên một đơn vị dài của cả hai dây,

m L-

Hm

G - Điện dẫn song song trên một đơn vị dài,
m
- Điện dung song song trên một đơn vị dài, F

SmC

Theo giả thiết đoạn dây mà ta khảo sát có chiều dài rất ngắn, nên thời gian
cần thiết để sóng truyền qua đoạn dây rất ngắn và xem như không đáng kể. Trong
trường hợp một mạng gồm 4 cụm như hình vẽ, khi đó để biểu diễn một hệ có
phần tử phân bố (đường dây truyền sóng) ta có thể dùng một chuỗi liên tiếp các
mạng 4 cụm đơn giản hình hay T đối xứng như ở hình 1.2, bởi vì thời gian cần
thiết để sóng truyền qua hệ này lớn hơn nhiệu so với mạng chỉ có một phần tử tập
trung đơn giản.

Hình 1.2 Mạng đơn giản hình T hay đối xứng của đường truyền
sóng siêu cao tần
1.3.3. Phương trình vi phân của đường dây truyền sóng
z
Xét một đoạn rất ngắn của đường dây truyền sóng. Sơ đồ tương đương
của đoạn dây với các giá trị điện áp và dòng điện được hiển thị như ở hình 1.1b.

Áp dụng định luật Kirchhoff, ta có thể viết các hệ thức sau đây đối với
điện áp và dòng điện trên đoạn mạch, tại các thời điểm t:
Đối với điện áp ta có:
V (z,t) R zI (z,t) L z

Đối với dòng điện:
I (z,t) G zV (z,t) C z

Ký hiệu:
V ( z z, t) V ( z, t) V I ( z z, t)
I ( z, t) I

Chia (1.1) và (1.2) cho

z

và cho

z

dz

, ta nhận được:


14

V (z,t)
z


RI (z, t)

L

I (z, t)

(1.3)

t

I (z,t)
z

GV (z,t)

C

V (z,t)

(1.4)

t

Đối với tín hiệu hình sin, tần số

ta có thể viết:
Ii I

Thay vào (1.3) và (1.4) ta nhận được:
V (z)


I ( z)

(R

i L)I (z)

(1.5)

(G

i C)V (z)

(1.6)

Thay
Z

R iL

Y

G iC

(1.7)

ta có thể viết lại (1.5) và (1.6):
V
Z


(1.8)

I
Z

Để tách riêng biến số, ta đem vi phân (1.8) theo vật liệu và biến đổi đơn
giản sẽ nhận được z phương trình riêng biệt đối với V và I:
2

V (z)
z

2

I (z)
z

Phương trình (1.8) hệ phương trình vi phân bậc 2 của V và I cho phép tính
V, I tại các điểm bất kỳ trên đường dây khi biết các thông số Z, Y của đường dây
và các điều kiện biên.
1.3.4. Truyền sóng trên đường dây- nghiệm của phương trình vi phân


Để tìm nghiệm của phương trình vi phân (1.9). Ta đặt
Từ (1.7) ta có:

ZY

2



15

Vì là một số phức, nên có thể viết lại thành hai phần thực và ảo
i

(R i L)(G i C

(1.10)

Hệ phương trình (1.9) có thể được viết lại
d 2V (z)
dz

(1.11)

d 2 I (z)
dz

Theo lý thuyết về phương trình vi phân, ta có nghiệm của (1.11)
V(z)

V0 e z V0 e z

I(z)

I0 e z

(1.12a)
(1.12b)


I0 e z

Công thức (1.12a) và (1.12b) biểu thị các sóng điện áp và dòng điện trên
e
đường dây, trong đó, số hạng chứa z biểu thị cho sóng truyền theo hướng +z
e
(sóng thuận), còn số hạng chứa z biểu thị cho sóng truyền theo hướng -z (sóng
ngược), với là hệ số truyền sóng phức được xác định theo (1.10)
V
I
0 và 0 biểu thị cho biên độ điện áp và dòng điện sóng thuận.
V
I
0 và 0 biểu thị cho biên độ điện áp và dòng điện sóng ngược.
Từ (1.5) ta rút ra:
I (z)

1

V (z)

R i L

z

Tr
o
n
g

đ
ó

Áp dụng (1.12a) ta nhận được:

R
i L

Z0

Ký hiệu

Z0

So sánh (1.13b) với (1.12b) ta rút ra được các mối quan hệ sau:

I

0

G
i C


Từ (1.14) có thể viết
(1.13a)

(1.13b)

(1.14)


(1.15)


Z
0

Khi chuyển biểu thức biểu thị hàm sóng về miền thời gian, ta cần nhân thêm với hàm mũ e i t , nghĩa là:

V0 e zei t

V(z,t)

V0 e zei t

Lưu ý rằng biên độ của điện áp V0 (hoặc dòng điện I0) cũng là các đại lượng
phức, ví dụ:
VV ei
VV ei

do đó:
V0 e

z

ei t

V0 ei

V0


e

e

V0 e z ei t

V0 ei

V0

e

ei(

z

z

e z ei(

e

z

ei

iz

t z


t

)

ei z ei t
t z

)

Nếu viết dưới dạng hàm lượng giác, ta có biểu thức của sóng điện áp trên đường
dây:
V (z,t)

Vận dụng các phép chứng minh và suy luận như khi nghiên cứu lý thuyết sóng
điện từ phẳng trong giáo trình “Lý thuyết trường điện từ”, ta xác định được ý
nghĩa vật lý cũng như các mối quan hệ của các số hạng trong (1.17):
- hệ số pha của sóng, có quan hệ với bước sóng công tác bởi:

2
(1.18)
và có quan hệ với vận tốc pha của sóng bởi:
vf


17

Các biểu thức nhận được ở trên là các công thức tổng quát cho trường hợp đường
truyền dẫn sóng thực tế có tổn hao, nghĩa là khi các dây dẫn không phải là vật
dẫn lý tưởng (R 0) và điện môi trong không gian giữa các dây dẫn không phải là

điện môi lý tưởng ( 0).
Xét trường hợp đường dây truyền sóng không tổn hao:
Đối với trường hợp đường dây truyền sóng lý tưởng ta có: R=0; =0

i

Thay vào (1.10), ta nhận được:
Suy ra:

i

LC

(1.20)

w LC
0

(1.21)

Trở kháng đặc tính của đường truyền được xác định theo (1.15):
L
Z0

(1.22)

C

là đại lượng thực
Nghiệm tổng quát của V và I trên đường dây truyền sóng không tổn hao, theo

(1.12a) và (1.13a) sẽ có dạng:
V (z) V0 e i z
V

I(z)

0

e

Z0

iz

V 0 ei z
V

0

(1.23a)

ei z

Z0

(1.23b)

Bước sóng trong đường dây, theo (1.18) bằng:
(1.24)
LC


Và vận tốc pha của sóng:
(1.25)
vf

1.3.5. Đường truyền không tổn hao có mắc tải đầu cuối
Sơ đồ của đường truyền không tổn hao, có mắc tải dây cuối cùng với các trục toạ
độ được vẽ trên hình 1.3


18

V z ,I z

IL

VL

d

ZL

z
l

O

Hình 1.3 Sơ đồ đường truyền không tổn hao có mắc tải đầu cuối

Z

L

là trở kháng tải, trong trường hợp tổng quát đó là đại lượng phức.

Z

0 là trở kháng đặc tính của đường dây, là đại lượng thực (vì là đường dây không
tổn hao).
Khi đặt vào đường dây một nguồn dao động, tại vị trí z<0, trên đường dây sẽ xuất
hiện sóng tới (truyền theo hướng z>0) và sóng phản xạ (truyền theo hướng z<0),
được mô tả bởi:

Tại

z 0

(vị trí mắc tải) ta có:
Z

Từ (1.37) ta có thể rút ra:

1.3.6. Hệ số phản xạ :


Nếu định nghĩa hệ số phản xạ là tỷ số của sóng phản xạ trên sóng tới thì từ
z0
(1.28) ta xác định được hệ số phản xạ tại (Vị trí mắc tải)
(0)



19

Rõ ràng là biên độ của hệ số phản xạ có giá trị bằng hoặc nhỏ hơn 1 hay 1.
Áp dụng (1.29) ta sẽ viết lại (1.26) như sau:

V e i zei z

V
(Z )

I
(Z )

Các biểu thức (1.30) cho thấy rằng điện áp và dòng điện trên đường truyền
được xác định bởi sự “xếp chồng” của hai sóng là sóng tới và sóng phản
xạ. Do vậy, biên độ

V

V

và

I

tại mỗi vị trí z sẽ có giá trị khác nhau. Có những

I

điểm, biên độ hoặc luôn đạt giá trị cực đại, ngược lại có những điểm luôn có

giá trị cực tiểu, nghĩa là biên độ điện áp (hoặc dòng điện) có dạng dao động theo
z. Sóng này được gọi là “sóng đứng”.
0
Như vậy sóng đứng sẽ xảy ra khi hệ số phản xạ
0
Khi
, trên đường truyền chỉ có một sóng là sóng tới, có dạng sóng chạy.
Như vậy sóng chạy sẽ xảy ra khi:
Z Z
0
hay L 0 ; Ta nói đường truyền được phối hợp trở kháng.

1.3.7. Hiện tượng sóng đứng
Sau đây sẽ giải thích kỹ hơn về hiện tượng sóng đứng trên đường truyền,
lấy sóng điện áp làm ví dụ, ta viết lại (1.30a):
V(Z ) V0 e i z 1 e2i z
Biên độ của điện áp:
V
(Z )

Viết lại (1.41) theo toạ độ l, lưu ý rằng khi lấy

l

z

, ta có

V
(l )


Có thể biểu thị dưới dạng
Biểu thức (1.32) sẽ có dạng:

ei

V
(l)

Ta nhận thấy V sẽ đạt được giá trị cực đại Vmax khi

ei (

2 l )

1

, nghĩa là ứng với:


( 2 l) 0; 2

;

4

;

2n