Bài giảng Truyền sóng & Anten - Nguyễn Phạm Anh Dũng

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG 
TRUYỀN SÓNG – ANTEN 
(Dùng cho sinh viên hệ đào tạo đại học từ xa) 
Lưu hành nội bộ 
HÀ NỘI - 2006 
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG 
TRUYỀN SÓNG – ANTEN 
 Biên soạn : TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng 
 ThS. Phạm Thị Thúy Hiền 
LỜI NÓI ĐẦU 
Các hệ thống thông tin vô tuyến đặc biệt là các hệ thống thông tin di động đã và đang phát 
triển rất mạnh mẽ. Quá trình truyền sóng và anten là những phần kiến thức không thể thiếu khi 
nghiên cứu về các hệ thống này. 
Mục đích của tài liệu này là cung cấp cho sinh viên các kiến thức căn bản nhất về truyền 
lan sóng vô tuyến điện và anten.Tài liệu bao gồm các bài giảng về môn học "Truyền sóng và 
anten" được biên soạn theo chương trình đại học công nghệ viễn thông của Học viện Công nghệ 
Bưu chính Viễn thông. 
Tài liệu này được xây dựng trên cơ sở sinh viên đã học các môn: Lý thuyết trường điện từ, 
Kỹ thuật siêu cao tần. 
Do hạn chế của thời lượng nên tài liệu này chỉ bao gồm các phần căn bản liên quan đến 
các kiến thức căn bản về truyền sóng và anten. Tuy nhiên học kỹ tài liệu này sinh viên có thể hoàn 
chỉnh thêm kiến thức của môn học bằng cách đọc các tài liệu tham khảo dẫn ra ở cuối tài liệu này. 
Tài liệu này được chia làm sáu chương. Được kết cấu hợp lý để sinh viên có thể tự học. 
Mỗi chương đều có phần giới thiệu chung, nội dung, tổng kết, câu hỏi vài bài tập. Cuối tài liệu là 
đáp án cho các bài tập. 
Người biên soạn: TS.Nguyễn Phạm Anh Dũng 
ThS. Phạm Thị Thúy Hiền 
 i
MỤC LỤC 
CHƯƠNG 1. CÁC VẤN ĐỀ CHUNG VỀ TRUYỀN SÓNG 1 
1.1. Giới thiệu chung 1 
1.2. Nhắc lại một số tính chất cơ bản của sóng điện từ 1 
1.3. Sự phân cực của sóng vô tuyến điện 3 
1.4. Nguyên tắc phân chia sóng vô tuyến điện theo tần số và bước sóng 6 
1.5. Các phương pháp truyền lan sóng trong môi trường thực 7 
1.6. Công thức truyền sóng trong không gian tự do 10 
1.7. Nguyên lý Huyghen và miền Fresnel 13 
1.8. Tổng kết 18 
1.9. Câu hỏi và bài tập 18 
CHƯƠNG 2. TRUYỀN LAN SÓNG CỰC NGẮN 20 
2.1. Giới thiệu chung 20 
2.2. Các phương pháp truyền lan sóng cực ngắn 20 
2.3. Truyền lan sóng trong giới hạn nhìn thấy trực tiếp với các điều kiện lý tưởng 22 
2.4. Truyền lan sóng trong giới hạn nhìn thấy trực tiếp khi kể đến ảnh hưởng của địa hình 29 
2.5. Ảnh hưởng của tầng đối lưu không đồng nhất 32 
2.6. Các dạng pha đinh và biện pháp chống 40 
2.7. Tổng kết 41 
2.8. Câu hỏi và bài tập 41 
CHƯƠNG 3. KÊNH TRUYỀN SÓNG VÔ TUYẾN TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG 43 
3.1. Giới thiệu chung 43 
3.2. Mở đầu 43 
3.3. Kênh truyền sóng trong miền không gian 48 
3.4. Kênh truyền sóng trong miền tần số 49 
3.5. Kênh truyền sóng trong miền thời gian 50 
3.6. Quan hệ giữa các thông số trong các miền khác nhau 51 
3.7. Các loại pha đinh phạm vi hẹp 52 
3.8. Các phân bố Rayleigh và Rice 53 
3.9. Các mô hình kênh trong miền thời gian và miền tần số 54 
3.10. Ảnh hưởng của thừa số K kênh Rice và trải trễ lên các thuộc tính kênh trong 
 miền tần số 57 
3.11. Tổng kết 60 
3.8. Câu hỏi và bài tập 61 
CHƯƠNG 4. LÝ THUYẾT CHUNG VỀ ANTEN 62 
4.1. Giới thiệu chung 62 
4.2. Mở đầu 62 
4.3. Các tham số cơ bản của anten 65 
4.4. Các nguồn bức xạ nguyên tố 73 
4.5. Tổng kết 79 
4.6. Câu hỏi và kiểm tra 79 
CHƯƠNG 5. CHẤN TỬ ĐỐI XỨNG 81 
5.1. Giới thiệu chung 81 
5.2. Phân bố dòng điện trên chấn tử đối xứng 81 
 iii
 iv
5.3. Trường bức xạ của chấn tử đối xứng trong không gian tự do 83 
5.4. Các tham số của chấn tử đối xứng 85 
5.5. Ảnh hưởng của mặt đất đến đặc tính bức xạ của anten 92 
5.6. Hệ hai chấn tử đặt gần nhau 96 
5.7. Các phương pháp cấp điện cho chấn tử đối xứng 103 
5.8. Tổng kết 109 
5.9. Câu hỏi và bài tập 109 
CHƯƠNG 6. ANTEN DÙNG TRONG THÔNG TIN VI BA 111 
6.1. Giới thiệu chung 111 
6.2. Đặc điểm và yêu cầu của anten dùng trong thông tin vi ba 111 
6.3. Anten nhiều chấn tử 113 
6.4. Anten khe 120 
6.5. Nguyên lý bức xạ mặt 124 
6.6. Anten loa 129 
6.7. Anten gương 132 
6.8. Tổng kết 138 
6.9. Câu hỏi và bài tập 138 
HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI 141 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 145 
Chương 1: Các vấn đề chung về truyền sóng 
CHƯƠNG 1 
CÁC VẤN ĐỀ CHUNG VỀ TRUYỀN SÓNG 
1.1 GIỚI THIỆU CHUNG 
1.1.1 Các chủ đề được trình bày trong chương 
 - Sự phân cực của sóng vô tuyến điện 
 - Phân chia sóng vô tuyến điện theo tần số và bước sóng 
 - Các phương pháp truyền lan sóng trong môi trường thực 
 - Công thức truyền sóng trong không gian tự do 
1.1.2 Hướng dẫn 
 - Hoc kỹ các phần được trình bày trong chương 
 - Tham khảo thêm [1], [2], [3] 
 - Trả lời các câu hỏi và bài tập 
1.1.3 Mục đích của chương 
- Nắm được các dạng phân cực của sóng vô tuyến điện và các băng sóng vô tuyến 
 - Hiểu về các phương pháp truyền lan sóng trong môi trường thực 
- Nắm được cách tính toán các tham số khi truyền sóng trong không gian tự do 
1.2 NHẮC LẠI MỘT SỐ TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA SÓNG ĐIỆN TỪ. 
 Sóng điện từ bao gồm hai thành phần: điện trường, ký hiệu E (V/m) và từ trường, ký hiệu 
H (A/m). Chúng có quan hệ mật thiết với nhau trong quá trình truyền lan và được mô tả bằng hệ 
phương trình Maxwell, viết ở các dạng khác nhau. 
 Giả sử ta xét một sóng phẳng truyền lan trong môi trường điện môi đồng nhất và đẳng 
hướng có các tham số: hệ số điện môi ε và hệ số từ thẩm μ, khi không có dòng điện và điện tích 
ngoài, thì hệ phương trình Maxwell biểu thị mối quan hệ giữa điện trường và từ trường được viết 
dưới dạng vi phân như sau: 
yx
yx
HE
t z
HE
t t
∂∂ ⎫ε = − ⎪∂ ∂ ⎪⎬∂∂ ⎪= −μ ⎪∂ ∂ ⎭
 (1.1) 
1 
Chương 1: Các vấn đề chung về truyền sóng 
 Nghiệm của hệ phương trình này cho ta dạng của các thành phần điện trường và từ trường 
là một hàm bất kỳ. 
 xE F
zt F t
v v
= ⎛ ⎞ ⎛− + +⎜ ⎟ ⎜⎝ ⎠ ⎝1 2
z ⎞⎟⎠ (1.2a) 
 y G
zH t G t
v v
= ⎛ ⎞ ⎛− + +⎜ ⎟ ⎜⎝ ⎠ ⎝1 2
z ⎞⎟⎠ (1.2b) 
Trong đó: F1, F2, G1, G2 là các hàm sóng tùy ý. 
 v z
t
= Δ =Δ εμ
1 (m/s) là vận tốc pha của sóng. 
Từ (1.2) ta có : G1 = F1/ Z và G2 = F2/ Z với Z = με (Ω) là trở kháng sóng của môi 
trường. 
Nếu môi trường truyền sóng là chân không (còn được gọi là không gian tự do) các tham 
số của môi trường có giá trị: 
 ε0 = 109/36π (F/m) ; μ0 = 4π.10-7 (H/m) 
Do đó : v . (m / s) c= =ε μ
8
0 0
1 3 10 = (vận tốc ánh sáng) 
 Z = μ = πε00 0 120 (Ω) 
 Trong thực tế sóng điện từ thường biến đổi điều hòa theo thời gian. Đối với các sóng điện 
từ phức tạp ta có thể coi nó là tổng vô số các dao động điều hòa, nghĩa là có thể áp dụng phép 
phân tích Fourier để biểu thị. Trong trường hợp này khi giả thiết chỉ có sóng thuận, tức là sóng 
truyền từ nguồn theo phương trục z và môi trường mà không có sóng nghịch thì các thành phần 
điện trường và từ trường được biểu thị như sau: 
 ( ) ( )m mE E zcos t E cos t kzv= ω − = ω − 
 ( ) ( )m mH E Ezcos t cos t kzvZ Z= ω − = ω − (1.3) 
 Trong đó k = ω/v = 2π/λ gọi là hệ số pha hay hằng số sóng. 
Sóng điện từ có mật độ công suất ( hay còn gọi là thông lượng năng lượng), được biểu thị bởi véc 
tơ năng lượng k [E H]= ×r r r . Như vậy sóng điện từ có các véc tơ Er và nằm trong mặt phẳng 
vuông góc với phương truyền sóng 
H
r
k
r
. Bởi vậy sóng điện từ truyền đi trong môi trường đồng nhất 
đẳng hướng là sóng điện từ ngang TEM. 
2 
Chương 1: Các vấn đề chung về truyền sóng 
 Hình 1.1. Sự truyền lan sóng điện từ 
1.3 SỰ PHÂN CỰC CỦA SÓNG VÔ TUYẾN ĐIỆN. 
 Trường điện từ của sóng vô tuyến điện khi đi trong một môi trường sẽ dao động theo một 
hướng nhất định. Phân cực của sóng điện từ chính là hướng dao động của trường điện từ. Việc sử 
dụng các phân cực khác nhau của sóng điện từ có một ý nghĩa rất lớn trong việc sử dụng hiệu quả 
tần số trong thông tin vô tuyến. 
 Trường tại vùng xa của anten có dạng sóng phẳng TEM và được xác định bằng vectơ 
Pointing: . Điều này có nghĩa là các vectơ k [E H]= ×r r r Er và Hr nằm trong mặt phẳng vuông góc 
với phương truyền sóng k . 
r
Phương của đường do đầu mút của véc tơ trường điện vẽ lên sẽ xác định phân cực sóng. 
Trường điện và trường từ là các hàm thay đổi theo thời gian. Trường từ thay đổi đồng pha với 
trường điện và biên độ của nó tỷ lệ với biên độ của trường điện, vì thế ta chỉ cần xét trường điện. 
Có ba loại phân cực sóng vô tuyến điện: phân cực thẳng, phân cực tròn và phân cực elip. 
1.3.1 Phân cực thẳng. 
Hầu hết truyền dẫn vô tuyến sử dụng phân cực tuyến tính, trong đó phân cực đứng được 
gọi là phân cực trong đó trường điện vuông góc với mặt đất và phân cực ngang được gọi là phân 
cực trong đó trường điện song song với mặt đất. Giả thiết rằng phương ngang và đứng được coi là 
trục x và y (hình1.2a). Tại một điểm nào đó trong không gian, vectơ trường của sóng được biểu 
thị bởi các thành phần thẳng đứng và nằm ngang như sau: 
 = Eysinωt (1.4) yE
r
ya
r
 = Exsinωt (1.5) xE
r
xa
r
trong đó , là các vectơ đơn vị trong phương đứng và phương ngang; Ey, Ex là giá trị đỉnh 
(hay biên độ) của trường điện trong phương đứng và phương ngang. 
ya
r
xa
r
3 
Chương 1: Các vấn đề chung về truyền sóng 
Trường tổng sẽ là vectơ E hợp với trục ngang một góc được xác định như sau: 
 y
x
E
arctan g
E
α = (1.6) 
Trong trường hợp này ta thấy vectơ E
r
không biến đổi. Độ dài của vectơ thay đổi theo thời gian 
nhưng đầu mút của vectơ luôn nằm trên đường thẳng cố định trùng với phương của vectơ có góc 
nghiêng α (hình 2c). Đó là hiện tượng phân cực đường thẳng của sóng điện từ. Khi α = 00 ta có 
sóng phân cực ngang, lúc này vectơ E
r
 luôn song song với mặt đất; còn khi α = 900 ta có sóng 
phân cực đứng, vectơ E luôn vuông góc với mặt đấy. 
r
y
x
+Ey
-E y
-E x +Ex
y
x
Trôc z hưíng 
ra ngoμi 
ya
r
xa
r
y x| | E E= +2 2rE
Hình 1.2. Các thành phân ngang và đứng của phân cực thẳng 
1.3.2 Phân cực tròn 
 Khi các thành phần thẳng đứng và nằm ngang có biên độ bằng nhau ( ký hiệu là E0) nhưng 
một trường nhanh pha hơn 900. Các phương trình thể hiện chúng trong trừơng hợp này như sau: 
 = E0 sinωt (1.7a) yE
r
ya
r
 = E0 cosωt (1.7b) Er xar
 Áp dụng ptr. (1.6) cho trường hợp này ta được α=ωt. Biên độ vectơ tổng là E0. Trong 
trường hợp này, vectơ có biên độ không đổi nhưng hướng của nó thay đổi liên tục theo thời 
gian với quy luật ωt. Nói cách khác, vectơ 
E
r
E
r
 quay quanh gốc của nó trong mặt phẳng xy với vận 
tốc ω. Đầu mút của vectơ trường điện vẽ lên đường tròn có bán kính bằng độ dài vectơ. Đó là hiện 
tượng phân cực tròn. 
4 
Chương 1: Các vấn đề chung về truyền sóng 
 t = 0 0 x
y
z
Vectơ x 
hướng ra 
ngoài
tω = 090
tω = 0270
tω = 0180 tω
§iÓm nh×n theo 
IEEE
z
RHC
§iÓm nh×n theo 
IEEE
z
LHC
Hình 1.3. Phân cực tròn 
 Hướng của phân cực tròn được định nghĩa bởi phương quay của vectơ điện nhưng điều 
này đòi hỏi ta phải quan sát cả chiều quay của vectơ. Theo định nghĩa của IEEE thì phân cực tròn 
tay phải (RHC) là phân cực quay theo chiều kim đồng hồ khi nhìn dọc theo phương truyền sóng 
(hình 1.3), còn phân cực tròn tay trái (LHC) là phân cực quay ngược chiều kim đồng hồ khi nhìn 
dọc theo phương truyền sóng. Phương truyền sóng dọc theo trục z dương. 
1.3.3 Phân cực elip 
 Trong trường hợp tổng quát hơn sóng điện từ có dạng phân cực elip. Điều này xẩy ra khi 
hai thành phần tuyến tính là: 
 = Eysinωt (1.8a) yE
r
ya
r
 = Excos(ωt+δ) (1.8b) Er xar
5 
Chương 1: Các vấn đề chung về truyền sóng 
 Tỷ số sóng phân cực elip là tỷ số giữa trục chính và trục phụ của elip. Phân cực elip trực 
giao xẩy ra khi một sóng có cùng tỷ số phân cực nhưng phương quay ngược chiều. 
1.4 PHÂN CHIA SÓNG VÔ TUYẾN ĐIỆN THEO TẦN SỐ VÀ BƯỚC SÓNG 
 1.4.1 Nguyên tắc phân chia sóng vô tuyến điện 
 Sóng điện từ nói chung đã được ứng dụng rất rộng rãi trong đời sống ở nhiều lĩnh vực 
khác nhau như y học, quốc phòng, thăm dò tài nguyên khoáng sản, nghiên cứu vũ trụ, thông tin 
liên lạc...Dựa vào tính chất vật lý, đặc điểm truyền lan để phân chia sóng vô tuyến điện thành các 
băng sóng khác nhau. 
 Sóng cực dài: Những sóng có buớc sóng lớn hơn 10.000 m (tần số thấp hơn 30 kHz). 
 Sóng dài: Những sóng có buớc sóng từ 10.000 đến 1.000 m (Tần số từ 30 đến 300 kHz) 
 Sóng trung: Những sóng có buớc sóng từ 1.000 đến 100 m (Tần số từ 300 kHz đến 3 
MHz) 
 Sóng ngắn: Những sóng có buớc sóng từ 100 đến 10 m (Tần số từ 3 đến 30 MHz). Sử 
dụng cho thông tin phát thanh điều tần, truyền hình. 
 Sóng cực ngắn: Những sóng có buớc sóng từ 10 m đến 1mm (Tần số từ 30 đến 300.000 
MHz).Sóng cực ngắn được chia nhỏ hơn thành một số băng tần số . 
Tiếp đến là các băng sóng gần ánh sáng, hồng ngoại, ánh sáng trắng, tia cực tím, tia X 
Khoảng tần số từ 30 Hz đến 3000 GHz được chia thành 11 băng tần như trong bảng 1.1 
1.4.2. Các băng sóng vô tuyến điện và ứng dụng 
 Mỗi băng sóng được ứng dụng cho các hệ thống thông tin khác nhau do đặc điểm truyền 
lan sóng trong các môi trường thực. 
 Băng sóng cực dài sử dụng ở lĩnh vực vật lý, thông tin vô tuyến đạo hàng, thông tin trên 
biển. 
 Băng sóng dài và băng sóng trung được sử dụng cho thông tin phát thanh nội địa, điều 
biên; thông tin hàng hải; vô tuyến đạo hàng. 
 Băng sóng ngắn sử dụng cho phát thanh điều biên cự ly xa và một số dạng thông tin đặc 
biệt. 
 Băng sóng mét được sử dụng cho phát thanh điều tần và truyền hình. 
 Băng sóng decimét được sử dụng cho truyền hình, các hệ thống thông tin vi ba số băng 
hẹp, thông tin di động. 
 Băng sóng centimét được sử dụng cho thông tin vi ba số băng rộng, thông tin vệ tinh. 
 Băng sóng milimét được sử dụng hạn chế cho thông tin vệ tinh với băng Ka, dùng cho 
thông tin vũ trụ. 
6 
Chương 1: Các vấn đề chung về truyền sóng 
Bảng 1.1 
Tên băng tần (Băng sóng) Ký hiệu Phạm vi tần số 
Tần số vô cùng thấp ULF 30 - 300 Hz 
Tần số cực thấp ELF 300 - 3000 Hz 
Tần số rất thấp VLF 3 - 30 kHz 
Tần số thấp (sóng dài) LF 30 - 300 kHz 
Tần số trung bình (sóng trung) MF 300 - 3000 kHz 
Tần số cao (sóng ngắn) HF 3 - 30 MHz 
Tần số rất cao (sóng mét) VHF 30 - 300 MHz 
Tần số cực cao (sóng decimet) UHF 300 - 3000 MHz 
Tần số siêu cao (sóng centimet) SHF 3 - 30 GHz 
Tần số vô cùng (sóng milimet) EHF 30 - 300 GHz 
Dưới milimet 300 - 3000 GHz 
1.5 CÁC PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN LAN SÓNG TRONG MÔI TRƯỜNG THỰC. 
Sơ lược về bầu khí quyển. 
 Bầu khí quyển của trái đất được chia làm 3 vùng chính: tầng đối lưu, tầng bình lưu và tầng 
điện ly. Biên giới giữa các tầng này không rõ ràng và thay đổi theo mùa và theo vùng địa lý. Tính 
chất của các vùng này rất khác nhau. 
 Tầng đối lưu là khoảng không gian tính từ bề mặt trái đất lên đến độ cao 6 đến 11 km. 
Nhiệt độ của không khí trong tầng đối lưu thay đổi theo độ cao (nhiệt độ giảm khi độ cao tăng). 
Ví dụ nhiệt độ trên bề mặt trái đất là 100C có thể giảm đến -550C tại biên trên của tầng đối lưu. 
 Tầng bình lưu bắt đầu từ biên trên của tầng đối lưu và có phạm vi khoảng 50 km. Đặc 
điểm của tầng này là nhiệt độ hầu như không thay đổi theo độ cao. 
 Tầng điện ly tồn tại ở độ cao khoảng từ 60 km đến 600 km. Lớp khí quyển ở tầng này rất 
mỏng và bị ion hóa rất mạnh chủ yếu là do bức xạ của mặt trời, ngoài ra còn có bức xạ của các vì 
sao, các tia vũ trụ, chuyển động của các thiên thạch tạo thành một miền bao gồm chủ yếu là các 
điện tử tự do và các ion. 
 Bên cạnh đó, do tính chất vật lý của mỗi băng sóng mà mỗi băng sóng có phương thức truyền 
lan thích  ... đường cong được tạo ra từ mặt phản xạ trong một mặt phẳng bất kỳ vuông góc với mặt phẳng 
chứa mặt mở và đi qua tiêu điểm (hình 6.23a). Tiêu điểm được ký hiệu là F và đỉnh là O, trục là 
đường thẳng đi qua F và O, FO là tiêu cự được ký hiệu là f. Xét quãng đường đi của hai tia sóng 
xuất phát từ bộ chiếu xạ đặt tại tiêu điểm của gương: một tia trùng với quang trục của gương và 
phản xạ tại đỉnh gương, đến miệng gương tại O’; một tia phản xạ tại điểm A bất kỳ trên mặt 
gương và đến miệng gương tại B. Ta sẽ có FO + OO’= FA + AB = k (với k là hằng số).Quãng 
đường đi dài như nhau có nghĩa rằng sóng phát từ tiêu điểm có phân bố pha đồng đều trên mặt mở. 
Thuộc tính này cùng với thuộc tính các tia song song có nghĩa là mặt sóng là mặt phẳng. Như vậy 
133 
Chương 6: Anten dùng trong thông tin viba 
phát xạ từ mặt phản xạ parabol tròn xoay giống như phát xạ một sóng phẳng từ một mặt phẳng 
vuông góc với trục và chứa đường chuẩn (đường vuông góc với FO và đi qua điểm đối xứng với 
F qua đỉnh O trên trục, độ dài của đường chuẩn là đường kính của miệng gương parabol còn gọi là 
đường kính của anten parabol). Cần lưu ý rằng theo nguyên lý đảo lẫn, các tính chất này cũng áp 
dụng cho cả anten ở chế độ thu. 
 Tỷ số giữa đường kính của miệng gương và tiêu điểm là một tỷ số quan trọng, nên ta đi 
xét tỷ số này. Ký hiệu đường kính của miệng gương là d, ta được: 
 00, 25cot
2
f ang
d
ψ= (6.40) 
 Vị trí của tiêu điểm so với mặt phản xạ đối với các giá trị f/d khác nhau được cho ở hình 
6.24. Đối với f/d<0,25, anten sơ cấp (tiếp sóng) nằm trong không gian giữa mặt phản xạ và miệng 
gương và chiếu xạ giảm mạnh ở biên của mặt phản xạ. Đối với f/d>0,25, anten sơ cấp nằm ngoài 
miệng gương vì thế chiếu xạ trở nên đồng đều hơn, nhưng một phần bị tràn ra ngoài bộ phản xạ. 
Ở chế độ phát sự tràn này là sự phát xạ của anten sơ cấp hướng đến bộ phản xạ nhưng vượt ra 
ngoài góc 2Ψ0. 
 Hình 6.24. Vị trí tiêu điểm đối với các giá trị f/d khác nhau 
Đồ thị phương hướng của anten parabol 
 Năng lượng của sóng điện từ được phản xạ từ gương và tập trung xung quanh quang trục 
của gương, được gọi là búp sóng chính. Tuy nhiên, do có sự ảnh hưởng bởi sự che chắn của các 
thanh đỡ bộ chiếu xạ cũng như của chính bộ chiếu xạ nên gây ra miền tối ở phía sau bộ chiếu xạ; 
bộ chiếu xạ bức xạ sóng sơ cấp một phần sóng truyền ra ngoài mặt gương; mặt phản xạ không 
phẳng tuyệt đối nên khi phản xạ một phần năng lượng bị tán xạ. Do đó đồ thị phương hướng của 
anten gương parabol ngoài búp sóng chính còn có các búp sóng phụ. 
Độ rộng búp sóng chính θ3dB hay góc nửa công suất của đồ thị phương hướng được xác 
định theo công thức: 
3 1
2
212dB fd
θ θ= = (độ) (6.41) 
Hay 
3 1
2
702dB d
λθ θ= = (6.42) 
134 
Chương 6: Anten dùng trong thông tin viba 
Trong đó: f là tần số công tác (GHz), d là đường kính miệng gương (m), λ bước sóng công 
tác (m). 
0 dB 
3 dB
Búp chính
Các búp phụ 
Búp 
ngược 
G 
18
0 
0
- 1800 0
2θ 1/2
Hình 6.25. Đồ thị phương hướng của anten parabol trong tọa độ vuông góc 
Hiệu suất làm việc của anten parabol 
Ở anten parabol không phải tất cả năng lượng sóng bức xạ từ nguồn sơ cấp (bộ chiếu xạ) 
đều được phản xạ từ gương parabol. Một phần năng lượng sóng được hấp thụ từ gương và một 
phần khác bị tán xạ ra xung quang mép gương do mặt gương không phẳng tuyệt đối. Thêm vào đó, 
bộ chiếu xạ đặt ở giữa gương cộng với giá đỡ sẽ che chắn mất một phần miệng gương (tạo nên 
một vùng tối đối diện với gương). Chính vì thế mà trong thực tế hiệu suất của anten parabol chỉ 
đạt được khoảng 55- 70 % công suất bức xạ từ bộ chiếu xạ. 
Hệ số hướng tính và hệ số khuếch đạicủa anten gương parabol tròn xoay: 
2
2
4 S dD ⎛ ⎞= = ⎜ ⎟⎝ ⎠
π η π
λ λ (6.42) 
2
2
4 S dG ⎛ ⎞= = ⎜ ⎟⎝ ⎠
π η π ηλ λ (6.43) 
trong đó: d đường kính miệng gương (m) 
 λ bước sóng công tác (m) 
η hiệu suất làm việc của anten 
S là diện tích thực của miệng anten (S = πd2/4) 
 Nếu biểu thị theo đơn vị decibel ta có: 
( ) ( )( ) 20lg 20lg 10lg 20, 4m GHzG dBi d f η= + + + (6.44) 
135 
Chương 6: Anten dùng trong thông tin viba 
Chú ý: Hệ số hướng tính D và hệ số khuếch đại G trong các công thức trên được tính ở 
hướng bức xạ cực đại. 
Ví dụ 
 Một anten parabol có đường kính miệng parabol là 2m, công suất bức xạ là 5 W, tần số 
công tác là 6 GHz, hiệu suất làm việc 55% . Hãy xác định: 
 a, Độ rộng búp sóng chính 
 b, Hệ số khuếch đại 
 c, Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương. 
 Giải 
 a, Áp dụng công thức (6.41) ta có độ rộng búp sóng nửa công suất là 
 0
3
21 21 1,75
6.2dB fd
= = =θ 
 b, Hệ số khuếch đại được tính theo công thức (6.44) 
 ( ) ( )
( ) 20lg 20lg 10lg 20, 4
20lg 2 20lg 6 10lg 0,55 20, 4 39, 4( )
m GHzG dBi d f
dBi
= + + +
= + + + =
η
 c, Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương 
 5EIRP ( ) ( ) 39,4 10lg 39,4 37 76,4
0,001T T
G dBi P dBm= + = + = + = (dBm) 
6.7.3 Anten hai gương: anten Cassegrain 
 Anten Cassegrain gồm một gương phản xạ parabol tròn xoay còn gọi là gương chính, một 
gương phản xạ hyperbol còn gọi là gương phụ và bộ chiếu xạ dùng anten loa. Bộ chiếu xạ được 
bố trí sao cho tâm loa nằm ở giữa đỉnh parabol. Gương phụ có hai tiêu điểm: một trùng với tiêu 
điểm của gương chính và một trùng với tâm pha của bộ chiếu xạ (hình: Mặt cắt dọc theo quang 
trục của anten Cassegrain ). 
 Anten biến đổi sóng cầu từ bộ chiếu xạ thành sóng phẳng đồng pha ở miệng gương chính 
sau hai lần phản xạ liên tiếp tại gương phụ và gương chính. 
Ưu điểm của anten Cassegrain là độ rộng búp sóng chính của đồ thị phương hướng nhỏ 
hơn so với anten parabol đơn, bộ chiếu xạ đặt ở ngay đỉnh gương chính nên rất thuận lợi cho viếc 
cấp điện. Gương phản xạ phụ được lắp phía trước gương phản xạ chính nói chung có kích cỡ nhỏ 
hơn loa tiếp sóng và gây ra che tối ít hơn. Như vậy, anten Cassegrain cũng có nhược điểm là 
gương phụ chắn mất một phần không gian ở trước gương chính gây ra miền tối, làm cho phân bố 
biên độ của trường không đồng đều, giảm tính định hướng của anten. 
Hệ thống Cassegrain được sử dụng rộng rãi cho các trạm mặt đất. 
136 
Chương 6: Anten dùng trong thông tin viba 
Hình 6.26. Mặt cắt dọc theo quang trục của anten Cassegrain và các tia truyền đối 
với anten. 
Hình 6.27. Anten Cassegrain 
6.7.4. Anten Gregorian 
 Một dạng khác của anten hai gương là anten Gregorian. Anten gồm một gương phản xạ 
parabol tròn xoay chính và một gương phản xạ phụ elip tròn xoay. Cũng như ở trường hợp trên, 
gương phản xạ phụ có hai tiêu điểm, một trùng với tiêu điểm của gương phản xạ chính và điểm 
kia trùng với tâm pha của loa tiếp sóng. Hoạt động của hệ thống Gregorian có nhiều điểm giống 
như Cassegrain. Anten Gregorian đươc minh hoạ ở hình 6.28. 
137 
Chương 6: Anten dùng trong thông tin viba 
Hình 6.28. Anten Cassegrain lệch trục 
6.8 TỔNG KẾT 
 Anten là thiết bị không thể thiếu trong các hệ thống thông tin vô tuyến. Tùy vào tính chất 
của mỗi hệ thống thông tin vô tuyến người ta sử dụng các loại anten thích hợp. Có rất nhiều loại 
anten khác nhau hiện đang được sử dụng. Trong chương đã đề cập đến một số loại anten được 
dùng phổ biến nhất. Các anten nhiều chấn tử được ứng dụng rộng rãi trong vô tuyến truyền hình. 
Các anten này thường đơn giản về cấu trúc, chịu được áp lực gió khi đặt trên cao và hoạt động của 
chúng có nhiều ưu điểm về thông số điện. Các anten bức xạ mặt được sử dụng ở các tần số cao 
hơn. Ưu điểm của chúng là đạt được tính hướng rất cao. Anten loa là một dạng anten được sử 
dụng phổ biến trong thông tin vệ tinh. Loa có thể sử dụng như một anten độc lập hay thường 
xuyên hơn nó được sử dụng làm các bộ tiếp sóng cho các anten gương. Các anten gương parabol 
được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống thông tin chuyển tiếp mặt đất cũng như hệ thống thông 
tin vệ tinh. Tiếp sóng cho các anten này có thể là các loa được đặt tại chính tâm hoặc lệch tâm. 
Trường hợp thứ hai cho phép tránh được hiện tượng che tối nhưng đòi hỏi phải có các biện pháp 
để tạo phân bố trường chiếu xạ đều hơn trên mặt mở của parabol và giá đỡ bộ phản xạ cũng phức 
tạp hơn. Các anten phản xạ kép cũng được sử dụng trong thông tin vệ tinh, cho phép đặt tiếp sóng 
ngay tại tâm của chảo phản xạ chính vì thế bảo dưỡng và quay anten tiện hơn. Anten Cassegrain 
bao gồm hai bộ phản xạ: bộ phản xạ phụ có hình hyperbol tròn xoay và bộ phản xạ chính là 
parabol tròn xoay. Anten Gregorian cũng có bộ phản xạ chính là parabol tròn xoay nhưng bộ phản 
xạ phụ là elip tròn xoay. 
6.9 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 
1. Trình bày cấu tạo và nguyên lý làm việc của anten yagi. 
138 
Chương 6: Anten dùng trong thông tin viba 
2. Trình bày cấu tạo và nguyên lý làm việc của anten loga - chu kỳ. 
3. Trình bày cấu tạo và nguyên lý làm việc của anten loa. Điều kiện để loa tối ưu. 
4. Trình bày cấu tạo và nguyên lý làm việc của anten gương parabol. 
5. Trình bày cấu tạo và nguyên lý làm việc của anten gương kép Cassegrain. 
6. Một anten parabol đường kính 5m có hiệu suất làm việc 0,65 làm việc tại tần số 6GHz. 
Tìm diện tích mặt mở hiệu dụng của anten 
 (a) 12,76 m2; (b) 13,76m2; (c) 14,76m2; (d) 15,75m2 
7. Số liệu như bài 6, tìm hệ số khuếch đại của anten. 
 a ) 45,1dBi; (b) 46,1dBi; (c) 47,1dBi; (d) 48,1dBi 
8. Số liệu như bài 6, xác định độ rông búp sóng chính. 
a ) 0,50; (b) 0,7 0; (c) 1,50; (d) 1,7 0 
9. Một anten parabol đường kính 3m có hiệu suất làm việc 0,55 làm việc tại tần số 2GHz. 
Tìm diện tích mặt mở hiệu dụng của anten. 
a ) 2,9 m2; (b) 3,5 m2; (c) 3,9 m2; (d) 4,5 m2 
10. Số liệu như bài 9, tìm hệ số khuếch đạicủa anten. 
a ) 33,4dBi; (b) 35,4dBi; (c) 37,4dBi; (d) 39,4dBi 
11. Số liệu như bài 9, xác định độ rông búp sóng chính. 
a ) 2,50; (b) 3,0 0; (c) 3,50; (d) 3,7 0 
12. Một anten gương parabol có hệ số khuếch đại là 50 dBi, hiệu suất làm việc 60%. Tính góc 
nửa công suất. 
a ) 0,440; (b) 0,540; (c) 0,640; (d) 0,740 
13. Một anten có góc nửa công suất bằng 20. Xác định hệ số khuếch đại khi biết hiệu suất làm 
việc của anten là 55%. 
a ) 30,2dBi; (b) 35,2dBi; (c) 38,2dBi; (d) 40,2dBi 
14. Một anten phát có hệ số khuếch đạilà 40 dBi, anten có công suất phát là bao nhiêu để 
anten thu gương parabol có đường kính miệng gương 0,9 m; hiệu suất làm việc 0,55 đặt cách 
anten phát 50 km nhận được công suất – 70 dBW. Giả thiết sóng truyền trong không gian tự 
do. 
a ) 0,5 mW; (b) 0,5 W; (c) 0,9 mW; (d) 0,9W 
15. Anten gương parabol có hệ số khuếch đạilà 40 dBi, hiệu suất làm việc 60%, làm việc tại 
tần số 4GHz.Tính đường kính miệng gương. 
a ) 3,08 m; (b) 3,28 m; (c) 3,58 m; (d) 3,78 m 
16. Số kiệu như bài 15, tính độ rộng búp sóng θ3dB. 
a ) 1,50; (b) 1,70; (c) 2,50; (d) 2,70 
17. Một anten phát có hệ số khuếch đạilà 30 dBi, công suất phát của anten là 5W. Ở cự ly 50 
km đặt một anten thu gương parabol có đường kính miệng gương 1,5m. Tính công suất anten 
thu nhận được. 
a ) 1,13 pW; (b) 1,13μW; (c) 1,13 mW ; (d) 1,13 W 
18. Số liệu như bài 17, tính tổn hao truyền sóng trong không gian tự do khi truyền từ anten 
phát đến anten thu. 
139 
Chương 6: Anten dùng trong thông tin viba 
140 
a ) 60,45dB; (b) 63,45dB; (c) 65,45dB; (d) 66,45dB 
19. Một anten gương parabol có hệ số khuếch đại là 30 dBi, hiệu suất làm việc 60%. Tính góc 
nửa công suất. 
a ) 4,380; (b) 5,380; (c) 6,380; (d) 7,380 
20. Một anten có góc nửa công suất bằng 1,20. Xác định hệ số khuếch đại khi biết hiệu suất 
làm việc của anten là 55%. 
a ) 35,7dBi; (b) 40,7dBi; (c) 42,7dBi; (d) 45,7dBi 
Hướng dẫn trả lời 
HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI 
CHƯƠNG 1 
Câu 7: (a) 
 - Áp dụng công thức (1.14) tính S 
- Áp dụng công thức (1.20) tính PR 
Câu 8: (b) 
- Đổi đơn vị của G sang số lần 
- Tính bước sóng công tác 
 Áp dụng công thức (1.22) 
Câu 9: (c) 
Câu 10: (d) 
 Áp dụng công thức (1.22) hoặc (1.23) 
Câu 11: (b) 
 Áp dụng công thức (1.18a) 
Câu 12: (a) 
 Áp dụng các công thức (1.24) và (1.25) hoặc các công thức(1.26) và (1.27), (1.28), (1.29) 
Câu 13: 
(a) 
Câu 14: 
 a, (c) 
b, (a) 
Áp dụng công thức (1.9) 
Câu 15: (d) 
Áp dụng công thức (1.18a) 
Câu 16: (b) 
 Áp dụng công thức (1.118a) 
Câu 17: (c) 
 Áp dụng công thức (1.14) 
CHƯƠNG 2 
Câu 9: (b) 
 Áp dụng công thức (2.9) tìm Δr 
 Áp dụng công thức (2.10) tìm F 
141 
Hướng dẫn trả lời 
Câu 10: (c) 
 Áp dụng công thức (2.7) 
Câu 11: (a) 
 Áp dụng công thức (1.26), tính đến sự có mặt của hệ số suy giảm 
Câu 12: (a) 
Áp dụng các công thức (2.11) 
Câu 13: (d) 
Áp dụng công thức (2.12) 
Câu 14: (c) 
 Áp dụng công thức (2.13) 
Câu 15: (b) 
 Áp dụng công thức (2.19) 
Câu 16: (c) 
 Áp dụng công thức (2.19) 
Câu 17: (b) 
 Áp dụng công thức (2.19) 
Câu 18: (d) 
 Áp dụng công thức (2.31) 
CHƯƠNG 4 
Câu 7: 
- Định nghĩa, biểu thức tính trường bức xạ 
- Các tham số của dipol: hàm tính hướng, đồ thị tính hướng, công suất bức xạ, điện trở 
bức xạ, hệ số tính hướng 
Câu 8: 
- Định nghĩa, biểu thức tính trường bức xạ 
- Các tham số của dipol: hàm tính hướng, đồ thị tính hướng, công suất bức xạ, điện trở 
bức xạ, hệ số tính hướng 
Câu 9: 
- Định nghĩa, biểu thức tính trường bức xạ 
- Các tham số của dipol: hàm tính hướng, đồ thị tính hướng, hệ số tính hướng 
Câu 10: (d) 
 Áp dụng công thức (4.8) và (4.14a) 
Câu 11: (a) 
 Áp dụng công thức (4.13) và (4.15) 
Câu 12: (b) 
 - Áp dụng công thức (4.15) tính G 
142 
Hướng dẫn trả lời 
- Áp dụng công thức (4.18a) và (4.18b) tính EIRP 
Câu 13: (d) 
 Áp dụng công thức (4.7) và (4.13), (4.15) 
Câu 14: (b) 
 Áp dụng công thức (4.7) và (4.13), (4.15) 
CHƯƠNG 5 
Câu 13: (a) 
Áp dụng công thức (5.25) 
Câu 14: (b) 
Câu 15: (c) 
Câu 16: (c) 
CHƯƠNG 6 
Câu 6: (a) 
Áp dụng công thức (4.19) 
Câu 7: (d) 
Áp dụng công thức (6.43) và (4.15) hoặc công thức (6.44) 
Câu 8: (b) 
Áp dụng công thức (6.41) 
Câu 9: (c) 
Áp dụng công thức (4.19) 
Câu 10: (a) 
Áp dụng công thức (6.43) và (4.15) hoặc công thức (6.44) 
Câu 11: (c) 
Áp dụng công thức (6.41) 
Câu 12: (b) 
Cách 1 
Góc nửa công suất được tính theo công thức (6.42) 
d
702
2
1
λ=θ (độ) 
Mặt khác ta có 
a
2dG η⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛
λ
π= 
143 
Hướng dẫn trả lời 
144 
Gd
aηπ=λ⇒ 
Vậy =π=ηπ=θ
5
a
2
1 10
6070
G
702 , 0,540 
Cách 2. Áp dụng công thức (6.41) 
Câu 13: (c) 
 Tính tương tự câu 12 
Câu 14: (d) 
GT= 40 dBi ⇒ GT= 104 lần 
 PR = -70 dBW ⇒ PR = 10-7 W 
Ta có : ( )
T T R
R
P G GP
r
λ= π
2
24
Mặt khác 
a
2dG η⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛
λ
π= 
Nên ( ) ( )
T T R T T
R A
P G G P G dP
r r
λ= = ηπ
2 2
2 24 4
 Vậy (W) 
( )27 42R
T 2 4 2
T A
10 4.5.10P 16.rP 0
G d 10 .0,9 .0,55
−
= = =η ,9
Câu 15: (a) 
G = 40 dBi ⇒ G = 104 lần 
Từ công thức 
a
2
a
2
c
dfdG η⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ π=η⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛
λ
π= với f (Hz); d (m) 
⇒ 083
60
10
104
103G
f
cd
4
9
8
a
,
,..
. =π=ηπ= (m) 
Câu 16: (b) 
Áp dụng công thức (6.41) 
Câu 17: (b) 
Câu 18: (d) 
Câu 19: (b) 
Câu 20: (c) 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1]. Phan Anh, Trường điện từ và truyền sóng, NXB đại học quốc gia Hà nội. 
[2]. Phan Anh, Lý thuyết và kỹ thuật anten, NXB Khoa học và kỹ thuật, 2004 
[3]. Nathan Blaunstein, Radio propagation in cellular network, Artech House, Boston, 2000 
 145
TRUYỀN SÓNG – ANTEN 
Mã số : 491TSA460 
Chịu trách nhiệm bản thảo 
TRUNG TÂM ÐÀO TẠO BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG 1