phần bắt buộc -...

7
Trang 1/2 Trường Đại Học Bách Khoa Khoa Điện - Điện Tử Bộ Môn Viễn Thông ĐỀ THI ANTEN TRUYỀN SÓNG Thời gian: 110 phút. Ngày thi: 10/12/2014. KHÔNG DÙNG TÀI LIỆU Phần bắt buộc: Câu 1: (2.5 điểm) Cho trường điện từ vùng xa của một anten như sau: ˆ sin ˆ sin 200 j r e r E jkr trong đó 0 0 Các vùng khác không có trường bc x. a. Xác định phân cực của anten theo hướng +y b. Xác định cường độ bức xạ trường điện từ , U c. Tính công suất bức xạ trường điện từ R P d. Tính độ lợi công suất biết hiệu suất anten là 90% e. Cho A I A 10 . Tính điện trở bức xạ, điện trở anten và điện trở tổn hao. Câu 2: (2.5 đim) Cho mt máy phát UHF tn s762MHz. Anten phát là dipole na bước sóng, hiu sut 97.3% và được ni vi mt ngun phát có công sut 50 S P dBm, đin trni ca ngun phát là 50 . Anten thu là mt anten có phân cực tròn xoay, độ li là 14dB, trkháng anten thu là 50 , hiu sut 100%. Anten thu ni vi ti 50 . Hai anten cách nhau 30km. Vtrí hai anten được đặt như hình vẽ. anten thu nhìn ra hướng cực đại a. Tính công sut tiêu thvà công sut bc xca anten phát. b. Dùng công thc Friis tính công sut thu được trên ti Cho biết đặc tính bức xạ của dipole nữa bước sóng cho theo biểu thức: 2 sin cos 2 cos n U Câu 3: (3.0 điểm) Một hệ thống bức xạ gồm 3 dipole được đặt dọc theo trục y như hình sau: Dòng điện trên dipole theo hướng +z ( ) và –z ( ). Cường độ dòng điện kích thích có biên độ bng nhau. Khoảng cách giữa các phần t. a. Xác định Array Factor (AF) ca hthng bc xtrên. b. Xác định vtrí (độ) của búp sóng chính đầu tiên. c. Xác định vtrí (độ) của giá trị không đầu tiên. d. Vđồ th ca hthng bc xtrên. Anten thu Dipole na bước sóng 0 45 z y

Upload: dangdan

Post on 06-Feb-2018

217 views

Category:

Documents


2 download

TRANSCRIPT

Page 1: Phần bắt buộc - dulieu.tailieuhoctap.vndulieu.tailieuhoctap.vn/books/khoa-hoc-ky-thuat/co-khi-che-tao-may/... · Trang 1/2 Trường Đại Học Bách Khoa Khoa Điện - Điện

Trang 1/2

Trường Đại Học Bách Khoa

Khoa Điện - Điện Tử

Bộ Môn Viễn Thông

ĐỀ THI ANTEN TRUYỀN SÓNG

Thời gian: 110 phút. Ngày thi: 10/12/2014.

KHÔNG DÙNG TÀI LIỆU

Phần bắt buộc:

Câu 1: (2.5 điểm)

Cho trường điện từ vùng xa của một anten như sau:

ˆsinˆsin200 jr

erE

jkr

trong đó

0

0

Các vùng khác không có trường bức xạ.

a. Xác định phân cực của anten theo hướng +y

b. Xác định cường độ bức xạ trường điện từ ,U

c. Tính công suất bức xạ trường điện từ RP

d. Tính độ lợi công suất biết hiệu suất anten là 90%

e. Cho AI A 10 . Tính điện trở bức xạ, điện trở anten và điện trở tổn hao.

Câu 2: (2.5 điểm)

Cho một máy phát UHF ở tần số 762MHz. Anten phát là dipole nữa bước sóng, hiệu suất 97.3%

và được nối với một nguồn phát có công suất 50SP dBm, điện trở nội của nguồn phát là 50 .

Anten thu là một anten có phân cực tròn xoay, độ lợi là 14dB, trở kháng anten thu là 50 , hiệu

suất 100%. Anten thu nối với tải 50 . Hai anten cách nhau 30km. Vị trí hai anten được đặt như

hình vẽ. anten thu nhìn ra hướng cực đại

a. Tính công suất tiêu thụ và công suất bức xạ của anten phát.

b. Dùng công thức Friis tính công suất thu được trên tải

Cho biết đặc tính bức xạ của dipole nữa bước sóng cho theo biểu thức:

2

sin

cos2

cos

nU

Câu 3: (3.0 điểm) Một hệ thống bức xạ gồm 3 dipole được đặt dọc theo trục y như hình sau:

Dòng điện trên dipole theo hướng +z ( ) và –z ( ). Cường độ dòng điện kích thích có biên độ

bằng nhau. Khoảng cách giữa các phần tử là .

a. Xác định Array Factor (AF) của hệ thống bức xạ trên.

b. Xác định vị trí (độ) của búp sóng chính đầu tiên.

c. Xác định vị trí (độ) của giá trị không đầu tiên.

d. Vẽ đồ thị của hệ thống bức xạ trên.

Anten thu Dipole nữa

bước sóng

045

𝑑 𝜆

z

y 𝜃

Page 2: Phần bắt buộc - dulieu.tailieuhoctap.vndulieu.tailieuhoctap.vn/books/khoa-hoc-ky-thuat/co-khi-che-tao-may/... · Trang 1/2 Trường Đại Học Bách Khoa Khoa Điện - Điện

Trang 2/2

Phần tự chọn: Sinh viên chọn 1 trong 2 câu sau: Câu 4 (2.0 điểm):

Xét một tuyến anten hoạt động ở tần số 150MHz, khoảng cách giữa 2 anten là 5km. Anten phát

A là một dipole nửa bước sóng có hiệu suất 85%, nguồn của anten phát có nội trở 50 Ω, dòng đặt

vào anten A là 5A. Anten A được đặt ngang so với mặt đất và có độ cao so với mặt đất là 90m,

hướng bức xạ chính hướng về phía anten thu B. Anten thu B là anten vi dải phân cực tròn tay

trái, độ lợi là 6dBi (ứng với trường hợp phối hợp phân cực co-polarization, tỉ số trục AR=1).

Anten B có trở kháng ZB=50+j10 Ω (tại 150MHz), tải của anten B có trở kháng 50 Ω. Anten B

được đặt với hướng chính hướng về anten A, và cách mặt đất 90m. Giả sử hệ số phản xạ sóng

trên mặt đất (ứng với sóng tới có phân cực ngang và góc tới so với bề mặt đất nhỏ).

a. Xác định phân cực của trường sóng tới anten B.

b. Xác định mật độ công suất sóng đến anten B.

c. Xác định công suất tiêu thụ trên tải của anten B.

d. Nếu anten B là anten phát, anten A là anten thu, nguồn phát có nội trở 50 Ω, dòng đặt vào

anten B là 5A, tải của anten A là 50 Ω. Công suất tiêu thụ trên tải của anten A có thay đổi

so với trường hợp trước hay không, nếu có thì yếu tố nào ảnh hưởng, giải thích?

Câu 5: (2.0 điểm)

Thiết kế hệ thống bức xạ cho 9 phần tử anten vi dải đặt trên mặt phẳng xy thỏa mãn các yêu cầu

sau:

- Hướng chính theo hướng +z, búp chính hẹp nhất.

- Bức xạ triệt tiêu theo hướng trên cả hai mặt phẳng xz và yz.

- Hệ thống có đồ thị hướng tính (về cường độ bức xạ) giống nhau trên mặt phẳng xz và yz.

- Các búp phụ có cường độ không vượt quá -10dB so với búp chính.

a. Xác định cách bố trí không gian cho 9 phần tử anten trên mặt xy cũng như việc kích thích

cho 9 phần tử này.

b. Vẽ đồ thị hệ số sắp xếp (AF) của hệ thống trên mặt phẳng xz và yz.

c. Giả sử 1 phần tử anten vi dải đặt trên mặt phẳng xy có: | |

trên cả 2 mặt phẳng xz và yz. Vẽ đồ thị bức xạ của hệ thống vừa thiết kế.

Giảng viên ra đề Trưởng bộ môn Viễn Thông

Nguyễn Dương Thế Nhân

Hoàng Mạnh Hà

Trịnh Xuân Dũng

TS. Huỳnh Phú Minh Cường

A B

Mặt đất

Page 3: Phần bắt buộc - dulieu.tailieuhoctap.vndulieu.tailieuhoctap.vn/books/khoa-hoc-ky-thuat/co-khi-che-tao-may/... · Trang 1/2 Trường Đại Học Bách Khoa Khoa Điện - Điện

1

Trường Đại Học Bách Khoa

Khoa Điện - Điện Tử

Bộ Môn Viễn Thông

ĐÁP ÁN ANTEN TRUYỀN SÓNG

Ngày thi: 10/12/2014.

Câu 1: Cho trường điện từ vùng xa của một anten như sau:

ˆsinˆsin200 jr

erE

jkr

trong đó

0

0

Các vùng khác không có trường bức xạ.

a. Xác định phân cực của anten theo hướng +y

b. Xác định cường độ bức xạ trường điện từ ,U

c. Tính công suất bức xạ trường điện từ RP

d. Tính độ lợi công suất biết hiệu suất anten là 90%

e. Cho AI A 10 . Tính điện trở bức xạ, điện trở anten và điện trở tổn hao.

Đáp án:

a. 2

ˆˆ,ˆ

xjzp

phân cực tròn xoay trái nhì từ trong gốc tọa độ ra trục +z

b.

2222

3sinsin375.5sinsin

3

500, U …[W/sr]

c. 423.399

35002

RP W

d. 54.19.0*7.1 G

e. 788.0RR Ω; 876.0AR Ω ; 088.0DR Ω

Câu 2: Cho một máy phát UHF ở tần số 762MHz. Anten phát là dipole nữa bước sóng, hiệu suất 97.3% và được

nối với một nguồn phát có công suất 50SP dBm, điện trở nội của nguồn phát là 50 . Anten thu là

một anten có phân cực tròn xoay, độ lợi là 14dB, trở kháng anten thu là 50 , hiệu suất 100%. Anten thu

nối với tải 50 . Hai anten cách nhau 30km. Vị trí hai anten được đặt như hình vẽ. anten thu nhìn ra

hướng cực đại

a. Tính công suất tiêu thụ và công suất bức xạ của anten phát.

b. Dùng công thức Friis tính công suất thu được trên tải

Cho biết đặc tính bức xạ của dipole nữa bước sóng cho theo biểu thức:

2

sin

cos2

cos

nU

Anten thu Dipole nữa

bước sóng

045

Page 4: Phần bắt buộc - dulieu.tailieuhoctap.vndulieu.tailieuhoctap.vn/books/khoa-hoc-ky-thuat/co-khi-che-tao-may/... · Trang 1/2 Trường Đại Học Bách Khoa Khoa Điện - Điện

2

Qt4 Ra Rs

Ra Rs( )2

Xa2

Qt 0.862

PsdBm 50 Rs 50 f 762 et 0.973 Ra 73 Xa 42.5 t

4

Gt et 1.643

cos

2cos t( )

sin t( )

2

Gt 0.63 GtdB 10 log Gt( )

GtdB 2.004

Qt4 Ra Rs

Ra Rs( )2

Xa2

Qt 0.862 QtdB 10log Qt( )

QtdB 0.644

PadBm PsdBm QtdB

PadBm 49.356

FPL 32.44 20 log f( ) 20 log r( )

FPL 119.622

PLF 3

PLdBm PsdBm GtdB GrdB FPL QtdB QrdB PLF

PL 10

PLdBm

107.464 10

7

a.

et=0.973 ; Ps=100W; PA=86.2W; Pr= 83.873W

b.

Câu 3:

Một hệ thống bức xạ gồm 3 dipole được đặt dọc theo trục z như hình sau:

Dòng điện trên dipole theo hướng +x ( ) và –x ( ). Cường độ dòng điện kích thích có biên độ

bằng nhau. Khoảng cách giữa các phần tử là .

a. Xác định Array Factor (AF) của hệ thống bức xạ trên.

b. Xác định vị trí (độ) của búp sóng chính đầu tiên.

c. Xác định vị trí (độ) của giá trị không đầu tiên.

d. Vẽ đồ thị của hệ thống bức xạ trên.

dBm PLdBm 61.27

𝑑 𝜆

z

𝜃 y

Page 5: Phần bắt buộc - dulieu.tailieuhoctap.vndulieu.tailieuhoctap.vn/books/khoa-hoc-ky-thuat/co-khi-che-tao-may/... · Trang 1/2 Trường Đại Học Bách Khoa Khoa Điện - Điện

3

Cách 1:

a. Hệ thống bức xạ trên là một hệ thống bức xạ tuyến tính gồm 3 phần tử cách đều nhau với biên

độ dòng điện kích thích bằng nhau và độ lệch pha giữa 2 phần tử liền kề là . AF của hệ thống

bức xạ trên là:

(

)

( )

(

)

( )

Với:

.

Cách 2:

( )

b. Vị trí của các búp sóng chính và búp sóng phụ có biên độ bằng búp sóng chính (SV chỉ cần

giải đúng 1 trong 4 giá trị):

(

)

c. Vị trí của các giá trị không (SV chỉ cần đúng 1 trong các giá trị):

(

)

d. Đồ thị của hệ thống bức xạ trên:

-4 -2 0 2 4 6 8 100

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

phi

|AF

|

0.2

0.4

0.6

0.8

1

30

210

60

240

90

270

120

300

150

330

180 0

Page 6: Phần bắt buộc - dulieu.tailieuhoctap.vndulieu.tailieuhoctap.vn/books/khoa-hoc-ky-thuat/co-khi-che-tao-may/... · Trang 1/2 Trường Đại Học Bách Khoa Khoa Điện - Điện

4

Câu 4:

Xét một tuyến anten hoạt động ở tần số 150MHz, khoảng cách giữa 2 anten là 5km. Anten phát A là một

dipole nửa bước sóng có hiệu suất 85%, nguồn của anten phát có nội trở 50 Ω, dòng đặt vào anten A là

5A. Anten A được đặt ngang so với mặt đất và có độ cao so với mặt đất là 90m, hướng bức xạ chính

hướng về phía anten thu B. Anten thu B là anten vi dải phân cực tròn tay trái, độ lợi là 6dBi (ứng với

trường hợp phối hợp phân cực co-polarization, tỉ số trục AR=1). Anten B có trở kháng ZB=50+j10 Ω (tại

150MHz), tải của anten B có trở kháng 50 Ω. Anten B được đặt với hướng chính hướng về anten A, và

cách mặt đất 90m. Giả sử hệ số phản xạ sóng trên mặt đất (ứng với sóng tới có phân cực ngang

và góc tới so với bề mặt đất nhỏ).

a. Xác định phân cực của trường sóng tới anten B.

b. Xác định mật độ công suất sóng đến anten B.

c. Xác định công suất tiêu thụ trên tải của anten B.

d. Nếu anten B là anten phát, anten A là anten thu, nguồn phát có nội trở 50 Ω, dòng đặt vào anten B

là 5A, tải của anten A là 50 Ω. Công suất tiêu thụ trên tải của anten A có thay đổi so với trường

hợp trước hay không, nếu có thì yếu tố nào ảnh hưởng, giải thích?

a. Phân cực của trường sóng tới anten B là phân cực ngang

b. Mật độ công suất sóng tớn anten B

| |

c. Công suất tiêu thụ trên tải của B

| |

| | | |

d. Công suất tiêu thụ trên tải của A có thay đổi do:

- Khác biệt về sự phối hợp trở kháng giữa anten với nguồn / tải

- Với phân cực tròn, hệ số phản xạ sóng trên mặt đất thay đổi ( tuy nhiên do anten thu

chỉ thu được thành phần phân cực ngang, do đó về phương diện này không có sự thay

đổi so với trường hợp trước)

A B

Mặt đất

Page 7: Phần bắt buộc - dulieu.tailieuhoctap.vndulieu.tailieuhoctap.vn/books/khoa-hoc-ky-thuat/co-khi-che-tao-may/... · Trang 1/2 Trường Đại Học Bách Khoa Khoa Điện - Điện

5

-2pi -pi 0 pi 2pi0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

-2 2

AF

n(

)

0.2

0.4

0.6

0.8

1

30

210

60

240

90

270

120

300

150

330

180 0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

30

210

60

240

90

270

120

300

150

330

180 0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

30

210

60

240

90

270

120

300

150

330

180 0

Câu 5: Thiết kế hệ thống bức xạ cho 9 phần tử anten vi dải đặt trên mặt phẳng xy thỏa mãn các yêu cầu sau:

- Hướng chính theo hướng +z, búp chính hẹp nhất.

- Bức xạ triệt tiêu theo hướng trên cả hai mặt phẳng xz và yz.

- Hệ thống có đồ thị hướng tính (về cường độ bức xạ) giống nhau trên mặt phẳng xz và yz.

- Các búp phụ có cường độ không vượt quá -10dB so với búp chính.

a. Xác định cách bố trí không gian cho 9 phần tử anten trên mặt xy cũng như việc kích thích cho 9

phần tử này.

b. Vẽ đồ thị hệ số sắp xếp (AF) của hệ thống trên mặt phẳng xz và yz.

c. Giả sử 1 phần tử anten vi dải đặt trên mặt phẳng xy có: | |

trên cả 2 mặt phẳng xz và yz. Vẽ đồ thị bức xạ của hệ thống vừa thiết kế.

a. Một phương án: 9 phần tử được sắp xếp thành một ma trận vuông theo chiều x và y,

khoảng cách giữa 2 phần tử liên tiếp theo chiều x và y là

b. Đồ thị |AFn| giống nhau trên 2 mặt phẳng xz và yz:

c. Đồ thị |En| giống nhau trên 2 mặt phẳng xz và yz: