PDA

Xem bản đầy đủ : Các phương thức truyền lan sóng điện từ



hantrongtai2
15-09-2015, 05:29 PM
Các sóng bức xạ từđiểm phát có thểđến được các điểm thu theo những đường khác nhau. Các sóng truyền lan dọc theo bề mặt quảđất gọi là sóng đất hay sóng bề mặt; các sóng đi tới các lớp riêng biệt của tầng ion và phản xạ lại gọi là sóng điện ly hay sóng trời; và sóng không gian (gồm sóng trực tiếp và sóng
19phản xạ từ mặt đất) (hình 1-8). Khi quyên Tr ai đâtSongtrơiSong nhin thăng ( LOS)SongphanxatưđâtSong b ê mătAnten thuAnten phatBê măt trai đâtHình 1-8. Các phương thức truyền sóng
a. Sự truyền lan sóng đất
Sóng đất là sóng truyền lan dọc theo bề mặt trái đất, do đó còn được gọi là sóng bề mặt. Sóng đất là sóng phân cực đứng bởi vì điện trường trong sóng phân cực ngang sẽ song song với bề mặt trái đất, và các sóng như thế sẽ bị ngắn mạch bởi sự dẫn điện của đất. Thành phần điện trường biến đổi của sóng đất sẽ cảm ứng điện áp trong bềmặt trái đất, tạo ra dòng điện chảy. Bề mặt trái đất cũng có điện trở và các tổn hao điện môi, gây nên sự suy hao sóng đất khi lan truyền. Sóng đất lan truyền tốt nhất trên bề mặt là chất dẫn điện tốt như nước muối, và truyền kém trên vùng sa mạc khô cằn. Tổn hao sóng đất tăng nhanh theo tần số, vì thế sóng đất nói chung hạn chếở các tần số thấp hơn 2 MHz. Sóng đất được dùng rộng rãi cho liên lạc tàu thủy - tàu thủy và tàu thủy - bờ. Sóng đất được dùng tại các tần số thấp đến 15 kHz. Các nhược điểm của truyền lan sóng đất là: • Sóng đất yêu cầu công suất phát khá cao. • Sóng đất yêu cầu anten kích thước lớn. • Tổn hao thay đổi đáng kể theo loại đất. Các ưu điểm là: • Với công suất phát đủ lớn, sóng đất có thể dùng để liên lạc giữa 2 điểm bất kì trên thế giới. • Sóng đất ít bịảnh hưởng bởi sự thay đổi điều kiện khí quyển.
20
b. Sự truyền lan sóng không gian
Gồm sóng trực tiếp và sóng phản xạ từ mặt đất, truyền trong vài kilomet tầng dưới của khí quyển. Sóng trực tiếp lan truyền theo đường thẳng giữa các anten phát và thu, còn gọi sóng nhìn thẳng (LOS: Line-Of-Sight). Vì thế, sóng không gian bị hạn chế bởi độ cong của trái đất. Sóng phản xạ từđất là sóng phản xạ từ bề mặt trái đất khi lan truyền giữa anten phát và thu. Độ cong của trái đất tạo nên chân trời đối với sự truyền lan sóng không gian, thường gọi là chân trời vô tuyến. Do khúc xạ khí quyển, chân trời vô tuyến dài hơn chân trời quang họcđối với khí quyển tiêu chuẩn thông thường. Chân trời vô tuyến xấp xỉ bằng 4/3 chân trời quang học. Có thể kéo dài chân trời vô tuyến bằng cách nâng cao anten phát hoặc anten thu (hay cả hai) bằng tháp hoặc đặt trên đỉnh núi (tòa nhà). Hình 1-9 chỉ ra ảnh hưởng của độ cao anten đến chân trời vô tuyến. Chân trời vô tuyến nhìn thẳng đối với một anten bằng: 2dh= (1.8) trong đó: d = khoảng cách đến chân trời vô tuyến (dặm), h = độ cao anten so với mực nước biển (phít). Do đó, khoảng cách giữa anten phát và anten thu là: 22tr t rdd d h h=+= + (1.9) trong đó: d là tổng khoảng cách (dặm), ,trdd là chân trời vô tuyến đối với anten phát và anten thu (dặm hoặc kilomet), ,trhhđộ cao anten phát và anten thu (phít hoặc mét). Khoảng cách cực đại giữa máy phát và máy thu trên đất trung bình có thể tính gần đúng theo công thức sau (đơn vị mét): (max) =17 17trdhh+ (1.10) Như vậy, khoảng cách truyền sóng không gian có thể tăng bằng cách tăng độ cao anten phát, anten thu hoặc cả hai. Anten phatTia nhin thăng LOSAnten thuhthrdtdrdHình 1-9. Sóng không gian và chân trời vô tuyến
21 Do các điều kiện ở tầng dưới khí quyển hay thay đổi nên mức độ khúc xạthay đổi theo thời gian. Trường hợp đặc biệt gọi là truyền lan trong ống sóng xảy ra khi mật độđạt mức sao cho các sóng điện từ bị bẫy giữa tầng này và bề mặt trái đất. Các lớp khí quyển hoạt động nhưống dẫn sóng và các sóng điện từ có thể lan truyền rất xa vòng theo độ cong trái đất và trong ống (hình 1-10). Hiêu ưng ông songKhông khimat hơnKhông khiâm hơnSãng bÞ bÉyBê măt trai đâtHình 1-10. Hiện tượng ống sóng
c. Sự truyền lan sóng trời
Các sóng điện từ có hướng bức xạ cao hơn đường chân trời (tạo thành góc khá lớn so với mặt đất) được gọi là sóng trời. Sóng trời được phản xạ hoặc khúc xạ về trái đất từ tầng điện ly, vì thế còn gọi là sóng điện ly. Tầng điện ly là vùng không gian nằm cách mặt đất chừng 50 km đến 400 km. Tầng này hấp thụ một sốlượng lớn năng lượng của tia cực tím và tia X bức xạ của mặt trời, làm ion hóa các phân tử không khí và tạo ra electron tự do. Khi sóng điện từđi vào tầng điện ly, điện trường của sóng tác động lực lên các electron tự do, làm cho chúng dao động. Khi sóng chuyển động xa trái đất, sự ion hóa tăng, song lại có ít hơn phân tử khí để ion hóa. Do đó, phần trên của khí quyển có số phần trăm phân tử ion hóa cao hơn phần dưới. Mật độ ion càng cao, khúc xạ càng lớn. Nói chung, tầng điện ly được phân chia thành 3 lớp: lớp D, E, và F theo độ cao của nó; lớp F lại được phân chia thành lớp F1, F2 (hình 1-11). Độ cao và mật độ ion hóa của 3 lớp thay đổi theo giờ, mùa và theo chu kì vết đen của mặt trời (11 năm). Tầng điện ly đậm đặc nhất vào ban ngày và mùa hè. Lớp D: là lớp thấp nhất, có độ cao 50 ÷ 100 km và nằm xa mặt trời nhất, do đó có ion hóa ít nhất. Như vậy lớp D ít có ảnh hưởng đến hướng truyền lan sóng vô tuyến. Song các ion ở lớp này có thể hấp thụđáng kể năng lượng sóng điện từ. Lớp D biến mất vềđêm. Lớp này phản xạ sóng VLF và LF, hấp thụ các sóng MF và HF.