Bài giảng Trường điện từ - Chương 5: Đường dây truyền sóng và ứng dụng - Lecture 12: Phương trình đường dây và ứng dụng trong mạch viễn thông - Trần Quang Việt

Nội dung text: Bài giảng Trường điện từ - Chương 5: Đường dây truyền sóng và ứng dụng - Lecture 12: Phương trình đường dây và ứng dụng trong mạch viễn thông - Trần Quang Việt

1. Chương 5 – ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN SÓNG VÀ ỨNG DỤNG Lecture-12: Phương trình đường dây và ứng dụng trong mạch viễn thông [9. Understand the basic properties of transmission lines; solve frequency-domain problems (find impedance, reflection coefficients, current, voltage, power) for lossless transmission line; solve time- domain problems (find reflection coefficients, currents and voltages versus time at stationary points or versus position at given time) for lossless transmission line. ]  TranTrần Quang ViệtViet – BMCSFaculty – ofKhoa EEE Điện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM 1/12-13 PT đường dây  Phương trình đường dây tại z trên đường dây: z z 0 ℓ u(,)(,) z t  i z t R i(,) z t L z0 0  t i(,)(,) z t  u z t G u(,) z t C z0 0  t  TranTrần Quang ViệtViet – BMCSFaculty – ofKhoa EEE Điện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM 1/12-13 1
2. 5.3.1. Phương trình đường dây dạng phức và nghiệm  Giải phương trình TL dạng phức: từ pt TL dạng phức, ta có: d 2U (j L C )2 U 0 dz 2 0 0 U( z ) Me j z Ne j  z 1 I(z ) Me j z Ne j  z Z0   LC0 0 :Hệ số pha (rad/m) :Trở kháng đặc tính của TL ZLC0 0/ 0  TranTrần Quang ViệtViet – BMCSFaculty – ofKhoa EEE Điện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM 1/12-13 5.3.1. Phương trình đường dây dạng phức và nghiệm  Xác định U, I dùng ĐKB tại z=0 (theo hướng từ S L): I I(z)  1 I2 + Z + g + + ( ,Z )   o  Z  Eg U1 U(z) 2 U2 - - - - z d z = l Z z = 0 Z z d = 0 in d = l UI Z  1 0 1  (Sóng tới tại ngỏ vào) M U1 U MN 2 1 UI Z   1 0 1  (Sóng px tại ngỏ vào) ZI0 1 MN NU 1 2  TranTrần Quang ViệtViet – BMCSFaculty – ofKhoa EEE Điện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM 1/12-13 3
3. 5.3.1. Phương trình đường dây dạng phức và nghiệm  Xác định U, I dùng ĐKB tại d=0 (theo hướng từ L S): . Dạng mũ phức: I I(z)  1 I2 + Z + g + + ( ,Z )   o  Z  Eg U1 U(z) 2 U 2 - - - - z d z = l Z z = 0 Z z d = 0 in d = l d = ℓ – z :  + jβd  jβd  +  U(d ) U2 e U 2 e U U  + jβd  jβd  +  I(d ) I2 e I 2 e I I  TranTrần Quang ViệtViet – BMCSFaculty – ofKhoa EEE Điện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM 1/12-13 5.3.1. Phương trình đường dây dạng phức và nghiệm . Dạng lượng giác: I I(z)  1 I2 + Z + g + + ( ,Z )   o  Z  Eg U1 U(z) 2 U 2 - - - - z d z = l Z z = 0 Z z d = 0 in d = l U(d) U  cos(βd) jZ I sin(βd) 2 0 2 U2  I(d) j sin(βd) I2 cos(βd) Z0  TranTrần Quang ViệtViet – BMCSFaculty – ofKhoa EEE Điện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM 1/12-13 5
4. 5.3.2. Hệ số phản xạ áp trên đường dây  Biểu diễn hệ số phản xạ trên mặt phẳng phức: Im   ()d 2 Re 2d  TranTrần Quang ViệtViet – BMCSFaculty – ofKhoa EEE Điện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM 1/12-13 5.3.3. Trở kháng vào của đường dây I I(z)  1 I2 + Z + g + +   ( ,Zo )   Eg U1 U(z) Z2 U2 - - - - z d z = l Z z = 0 Z z d = 0 in d = l U(d) 1  Z jZ tg( d)  Đ/n: Z() d Z Z 2 0  0 0 I(d ) 1  Z0 jZ 2 tg( d) U 1  Z jZ tg( )  Tại ngỏ vào: ZZZ 1 1 2 0 in  0 0 I1 1  1 Z 0 jZ 2 tg( )  TranTrần Quang ViệtViet – BMCSFaculty – ofKhoa EEE Điện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM 1/12-13 7
5. 5.3.4. Công suất cung cấp cho tải * *  1   1  U  * P= Re{UI } = Re{U (1  ) (1  )} 2 2 Z0 *      1 2 2 1 2 2 P= | U | Re{1   |  | } = | U2 | [1  ] 2Z 2 0 2Z0  *   1 12 1 2 P =P Re{U1 I 1 } |I 1 | Re{Zin} | U 1 | Re{1/Zin} 2 1 2 2 2 (Công suất cấp cho tải bằng CS cấp vào đầu đường dây)  TranTrần Quang ViệtViet – BMCSFaculty – ofKhoa EEE Điện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM 1/12-13 5.3.5. Sóng đứng trên đường dây Sóng đứng (standing wave) được tạo ra do sự giao thoa của sóng tới và sóng phản xạ  Mô hình sóng đứng Xác định quy luật phân bố biên độ của sóng trên đường dây   + jβd + jβd -j2βd  + jβd  jβd  U e [1 2 e ] UUU 2e 2 e U2e [1  ] 2    + jβd  jβd + jβd + jβd -j2βd I Ie I e   2 2 2 I2e [1  ] I2e [1  e ]    + -j2βd + j( -2βd) |U| | U ||1 2 e | |U| | U  ||1 2 e | 2 2  + -j2βd + j( -2βd)   2   |I| | I2 ||1  e | |I| | I2 ||1 2 e |  TranTrần Quang ViệtViet – BMCSFaculty – ofKhoa EEE Điện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM 1/12-13 9
6. 5.3.5. Sóng đứng trên đường dây Ví dụ: Z2 (15 j 20)  ; Z 0 50   Z2 Z 0 (15 j 20) 50 0 j 0.74 2 0.593  133.16 0.593e Z2 Z 0 (15 j 20) 50 1  1 0.593 SWR 2 3.914 1 2 1 0.593 (  )  ( 0.74 ) d 0.065 min 4 4  TranTrần Quang ViệtViet – BMCSFaculty – ofKhoa EEE Điện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM 1/12-13 5.3.5. Sóng đứng trên đường dây  Tính trở kháng tải dùng bộ thông số sóng đứng: . Tính 2: SWR 1  2 SWR 1 . Tính : 4 d  min  . Tính trở kháng tải:   ZZ2 0 (1 2 )/(1  2 )  TranTrần Quang ViệtViet – BMCSFaculty – ofKhoa EEE Điện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM 1/12-13 11
7. 5.3.6. Hòa hợp trở kháng Khi Z0 ZL, cần tới mạch hòa hợp trở kháng để tránh phản xạ từ tải về nguồn. TL hòa hợp khi Zin = Z0 Các phương pháp tính hòa hợp trở kháng TL ???  TranTrần Quang ViệtViet – BMCSFaculty – ofKhoa EEE Điện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM 1/12-13 13