truong dien tu va truyen song

ĐỀ CƯƠNG MÔN HỌC: TRƯỜNG ĐIỆN TỪ VÀ TRUYỀN SÓNG

Đại học Quốc gia Hà Nội

Trường Đại học Công nghệ Bộ môn: Thông tin vô tuyến

Khoa Điện tử -Viễn thông

1. Thông tin về giảng viên

Họ và tên: Phan Anh

Chức danh, học hàm, học vị: GS.TSKH

Thời gian, địa điểm làm việc: Bộ môn Thông tin Vô tuyến

Địa chỉ liên hệ: 204/G2, 144 Đường Xuân Thuỷ, Cầu Giấy, Hà Nội

Điện thoại: 7549270 Email: [email protected]

Các hướng nghiên cứu chính: Kỹ thuật siêu cao tần, Anten và truyền sóng

Thông tin về trợ giảng: Trần Thị Thuý Quỳnh - Nghiên cứu sinh, CBGD

2. Thông tin chung về môn học

- Tên môn học: Trường điện từ và Truyền sóng

- Mã môn học: ELT2023

- Số tín chỉ: 02

- Môn học: - Bắt buộc:

- Lựa chọn:

- Các môn học tiên quyết: Toán cao cấp, Vật lý đại cương

- Các môn học kế tiếp: Kỹ thuật siêu cao tần

- Các yêu cầu đối với môn học (nếu có)

- Giờ tín chỉ đối với các hoạt động:

+ Nghe giảng lý thuyết: 22 giờ (1,46 tc)

+ Làm bài tập trên lớp: 4 giờ (0,27 tc)

+ Thảo luận: 4 giờ (0,27 tc)

+ Thực hành, thực tập (ở PTN, nhà máy, studio, điền dã, thực tập...): 0 + Hoạt động theo nhóm: 0+ Tự học: 0

- Địa chỉ Khoa/ bộ môn phụ trách môn học: 204/G2 – BMTTVT

3. Mục tiêu của môn học

- Kiến thức: Cung cấp các kiến thức căn bản về đặc tính và sự lan truyền

sóng điện từ trong không gian tự do và trong các hệ truyền dẫn đặc biệt

phục vụ cho truyền thông tin.

- Kỹ năng: Phân tích, tính toán các đường truyền vô tuyến trong các môi

trường truyền sóng.

- Thái độ, chuyên cần: Nghiêm chỉnh chấp hành giờ học trên lớp, giờ tự

học, hoàn thành đầy đủ các bài tập và có khả năng tự nghiên cứu.

4. Tóm tắt nội dung môn học (khoảng 150 từ): Môn học chia làm 3 phần:

- Cơ sở lý thuyết trường điện từ bao gồm các nội dung của điện trường

tĩnh, từ trường tĩnh, các quy luật cơ bản của trường điện từ biến thiên.

- Lý thuyết sóng điện từ trong không gian tự do và trong các hệ định

hướng: Các quy luật phản xạ, khúc xạ của sóng phẳng, bức xạ sóng điện

từ, các mode TEM, TM, TE của sóng điện từ trong hệ định hướng tạo

bởi 2 mặt phẳng dẫn điện song song và trong ống dẫn sóng thực tế.

- Cơ sở lý thuyết về truyền sóng vô tuyến điện và đặc điểm truyền lan của

các dải sóng bao gồm: khái niệm chung về truyền sóng vô tuyến điện,

các quy luật truyền sóng đất, truyền sóng tầng đối lưu và truyền sóng

tầng điện ly, đặc điểm truyền lan của các dải sóng quang học, sóng cực

ngắn, sóng ngắn, sóng trung, sóng dài và cực dài.

5. Nội dung chi tiết môn học (tên các chương, mục, tiểu mục):

Chương 1 Điện trường tĩnh

1.1 Định luật Coulomb

1.2 Cường độ điện trường E

1.3 Vectơ điện cảm D

1.4 Định lý về thông lượng của D

1.5 Divergence của cường độ trường

1.6 Công của lực điện trường. Khái niệm thế

1.7 Gradient thế

1.8 Phương trình Poison và Laplas

1.9 Điều kiện bờ của trường tĩnh điện

1.10 Mật độ năng lượng điện trường

Chương 2 Dòng điện

2.1 Định nghĩa

2.2 Một số định luật cơ bản và khái niệm quan trọng của dòng điện

2.3 Khái niệm sức điện động ngoài và định luật Kirchoff

2.4 Khái niệm công và công suất

Chương 3 Từ trường tĩnh

3.1 Định luật Ampe

3.2 Cường độ từ trường H

3.3 Tính liên tục của từ thông

3.4 Định luật toàn dòng điện

3.5 Điều kiện bờ của từ trường

3.6 Mật độ năng lượng của từ trường

Chương 4 Trường điện từ biến thiên

4.1 Khái niệm về dòng điện dịch

4.2 Phương trình Maxwell thứ nhất

4.3 Phương trình Maxwell thứ hai

4.4 Hệ thống phương trình Maxwell

4.5 Nguyên lý đổi lẫn

4.6 Điều kiện bờ của trường điện từ biến thiên

4.7 Năng lượng của trường điện từ. Định lý Poynting

4.8 Phương trình Maxwell phức và vectơ Poynting trung bình

Chương 5 Sóng điện từ phẳng

5.1 Định nghĩa sóng phẳng

5.2 Phương trình sóng phẳng và các tính chất

5.3 Sóng phẳng điều hoà

5.4 Sóng trong môi trường bán dẫn

5.5 Phương trình sóng phẳng truyền theo hướng tuỳ ý

5.6 Phản xạ, khúc xạ của sóng phẳng truyền theo hướng tới xiên

5.7 Phản xạ, khúc xạ của sóng phẳng truyền theo hướng tới vuông góc

5.8 Các trường hợp riêng

5.9 Hiệu ứng bề mặt

Chương 6 Bức xạ sóng điện từ

6.1 Nghiệm của phương trình Maxwell khi có nguồn ngoài

6.2 Bức xạ của lưỡng cực điện

Chương 7 Cơ sở của sóng điện từ định hướng

7.1 Phân loại các hệ định hướng thực tế

7.2 Sóng điện từ giữa hai mặt phẳng dẫn điện song song

7.3 Vận tốc truyền lan tín hiệu

Chương 8 Các hệ định hướng

8.1 Ống dẫn sóng chữ nhật

8.2 Ống dẫn sóng tròn

8.3 Ống dẫn sóng điện môi.

8.4 Sợi dẫn quang

Chương 9 Các khái niệm chung về truyền sóng vô tuyến điện

9.1 Các dạng phân cực sóng

9.2 Công thức truyền sóng lý tưởng

9.3 Phản xạ sóng từ mặt đất

9.4 Nguyên lý Huyghen và miền Fresnel

Chương 10 Truyền sóng đất

10.1 Giả thiết về mặt đất

10.2 Phân loại các trường hợp truyền sóng

10.3 Công thức giao thoa khi anten đặt cao

10.4 Công thức giao thoa khi tính đến độ cong của mặt đất

10.5 Đặc điểm truyền sóng khi anten đặt thấp

10.6 Tính cường độ trường khi anten đặt thấp. Công thức Suleikin

10.7 Truyền sóng trên mặt đất không đồng nhất

Chương 11 Truyền sóng trong tầng đối lưu

11.1 Tính chất vật lý của tầng đối lưu

11.2 Hệ số điện môi và chiết suất của tầng đối lưu

11.3 Hiện tượng khúc xạ khí quyển

11.4 Bán kính tương đương của Trái Đất

11.5 Đặc điểm truyền sóng tầng đối lưu

11.6 Truyền sóng do tán xạ

11.7 Suy giảm sóng trong tần đối lưu

Chương 12 Truyền sóng qua tầng điện ly

12.1 Thành phần lớp khí quyển cao và tầng điện ly

12.2 Các nguyên nhận ion hoá chất khí

12.3 Sự hình thành tầng điện ly

12.4 Các tham số điện của tầng điện ly

12.5 Sự hấp thụ sóng khi truyền qua tầng điện ly

12.6 Vận tốc truyền sóng trong tầng điện ly

12.7 Khúc xạ và phản xạ sóng, Các khái niệm quan trọng

12.8 Đặc tính biến đổi của các lớp ion hoá

Chương 13 Đặc điểm truyền sóng của các dải sóng

13.1 Sóng dài và cực dài

13.2 Sóng trung

13.3 Sóng ngắn

13.4 Sóng cực ngắn

13.5 Dải sóng quang học

6. Học liệu

6.1.Học liệu bắt buộc ghi theo thứ tự ưu tiên (tên tác giả, tên sách, nhà xuất bản, năm xuất bản, nơi có tài liệu này, website, băng hình,...):

1. GS.TSKH Phan Anh, Trường Điện từ và Truyền sóng, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2006 (có tại Bộ môn Thông tin vô tuyến)

6.2. Học liệu tham khảo ghi theo thứ tự ưu tiên (tên tác giả, tên sách, nhà xuất bản, năm xuất bản, nơi có tài liệu này, website, băng hình…)

1. Paul F. Combes, Microwave Transmission for Telecommunications, John Wiley & Sons.

2. Mathews P.A, Radio Wave Propagation, VHF and above, Chapman & Hall.

7. Hình thức tổ chức dạy học

7.1. Lịch trình chung: (Ghi tổng số giờ tín chỉ cho mỗi cột)

Nội dung

Hình thức tổ chức dạy học môn học

TổngLên lớp Thực

hành, thí nghiệm,

điền dã ...

Tự học, tự nghiên

cứu

Lý thuyết

Bài tập

Thảo luận

ND 1: Các khái niệm và hệ thức cơ bản của giải tích vectơ

1,0

1,0

ND 2: Điện trường tĩnh 1,0 1,0

ND 3: Dòng điện 1,0 1,0

ND 4: Từ trường tĩnh 1,0 1,0

ND 5: Bài tập và thảo luận cho các nội dung về trường tĩnh (1-4)

0,5 0,5 1,0

ND 6: Trường điện từ biến thiên

1,5 0,25 1,75

ND 7: Sóng điện từ phẳng 2,0 1,0 0,25 3,25

ND 8: Bức xạ sóng điện từ 1,5 0,5 0,25 2,25

ND 9: Cơ sở của sóng điện từ định hướng

2,5 1,0 0,75 4,25

ND 10: Các hệ định hướng 2,5 1,0 0,75 4,25

ND 11: Các khái niệm chung về truyền sóng vô tuyến điện

1,5 0,25 1,75

ND 12: Truyền sóng đất 2,0 0,25 2,25

ND 13: Truyền sóng qua tầng đối lưu

1,5 0,25 1,75

ND 13: Truyền sóng qua tầng điện ly

1,5 0,25 1,75

ND 15: Đặc điểm truyền sóng của các dải sóng

1,5 0,25 1,75

Cộng 22 h 4h 4h 0h 0 h 30 h

7.2. Lịch trình tổ chức dạy học cụ thể

Nội dung 1-5, tuần 1+2: Cơ sở của Trường Điện - Từ không đổi

Hình thức tổ chức dạy

học

Thời gian, địa điểm

Nội dung chính Yêu cầu SV chuẩn bị

Ghi chú

Lí thuyết (4) Theo lịch của Nhà trường

Giới thiệu môn học, ôn tập về Giải tích vectơ , Các khái niệm cơ sở của Điện trường , Dòng điện và Từ trường tĩnh

Đọc giáo trình

Bài tập (0,5) Áp dụng phương trình Laplas để giải các bài toán của điện trường tĩnh

Làm bài tập

Thảo luận (0,5)

Các khái niệm Grad, Div, Rot và ý nghĩa vật lý khi biểu thị Trường theo các quan hệ toán tử. Các phép tính của toán tử .

chuẩn bị các câu hỏi để thảo luận

Thực hành, thí nghiệm, điền dã, …

Tự học, tự nghiên cứu

Thư viện, ở nhà

Hệ thống hoá các đặc tính của Điện trường và Từ trường tĩnh. Biểu diễn các đặc tính của Điện và Từ trường tĩnh theo các toán tử, so sánh đề thấy rõ sự khác nhau về bản chất.

Nội dung 6, tuần 3: Trường Điện từ biến thiên.


học



Ghi chú

Lí thuyết (1,5)

Theo lịch của Nhà trường

Hệ phương trình Maxuel, Định lý Poynting.Các điều kiện bờ trong trường điện từ biến thiên

Đọc giáo trình,

Bài tập

Thảo luận Ý nghĩa của véc tơ Poynting. Áp dụng vectơ Poynting để giải

chuẩn bị câu hỏi để thảo

(0,25) thích một số hiện tượng thực tế về sự truyền năng lượng trong mạch điện và trong không gian.

luận



Cách thiết lập hệ phương trình Maxuel và ý nghĩa vật lý của chúng. Cách chứng minh biểu thức của định luật về sự bảo toàn năng lượng trong trường Điện từ. Khái niệm về vec tơ Poynting và ý nghĩa vật lý .

Nội dung 7, tuần 4+5: Sóng điện từ phẳng


học



Ghi chú

Lí thuyết (2) Theo lịch của Nhà trường

Phương trình sóng phẳng. Phản xạ và khúc xạ của sóng phẳng. Sóng phẳng trong môi trường bán dẫn

Đọc giáo trình

Bài tập

(1)

Tính toán trường của sóng phẳng khi truyền qua 2 hay 3 môi trường có tham số khác nhau. Tìm điều kiện để không có sóng phản xạ khi đặt giữa hai môi trường một môi trường thứ 3.

Làm bài tập

Thảo luận

(0,25)

Định luật phản xạ, khúc xạ. So sánh với các định luật quang hình. Tìm điều kiện để có nội phản xạ toàn phần và liên hệ với ứng dụng thực tế.

Giải thích hiệu ứng bề mặt và ứng dụng.

chuẩn bị câu hỏi để thảo luận



học



Ghi chú


Thiết lập phương trình sóng phẳng từ việc xác định nghiệm của hệ phương trình Maxuel trong môi trường điện môi lý tưởng không chứa nguồn ngoài.

Tìm nghiệm của phương trình sóng phẳng và rút ra các tính chất . Xác định quan hệ giữa E và H . Xác định các quy luật phản xạ và khúc xạ dựa vào điều kiện bờ của trường điện từ.

Nội dung 8, tuần 6: Bức xạ sóng đện từ


học



Ghi chú

Lí thuyết (1,5)


Nghiệm tổng quát của hệ phương trình Maxuel khi có nguồn ngoài, khái niệm về thế chậm. Bức xạ của dipole điện.

Đọc giáo trình

Bài tập (0.5) Tính trường bức xạ của dipole điện ở khu xa

Làm bài tập

Thảo luận (0.25)

Tính chất của trường bức xạ khu gần và khu xa




Phương pháp giải hệ phương trình Maxuel theo thế véc tơ A và thế vô hướng U. Áp dụng các kết quả cho trường hợp dipole điện. Đặc tính trường ở khu gần và khu xa. Khái niệm về hàm phương hướng , đồ thị phương


học



Ghi chú

hướng, điện trở bức xạ.

Nội dung 9, tuần 7+8: Cơ sở của sóng điện từ định hướng


học



Ghi chú

Lí thuyết (2,5)


Truyền sóng trong hệ định hướng gồm 2 mặt phẳng song song rộng vô hạn. Các mode sóng TEM, TM, TE. Các khái niệm về tần số tới hạn, vận tốc pha, vận tốc nhóm.

Đọc giáo trình

Bài tập

(1)

Xác định các mode sóng có thể tồn tại trong hệ định hướng khi cho trước khoảng cách giữa 2 mặt phẳng và tần số của nguồn trường.

Làm bài tập

Thảo luận

(0,75)

Cấu trúc trường của các mode sóng TEM, TM1, TE1 trong 3 mặt cắt của hệ định hướng .




Cách giải hệ phương trình Maxuel trong không gian giới hạn bởi 2 mặt phẳng rộng vô hạn.

Nội dung 10, tuần 8 + 9: Các hệ định hướng


học



Ghi chú

Lí thuyết (2,5)


Ống dẫn sóng chữ nhât. Ống dẫn sóng tròn. Ống dẫn song điện môi và sợi dẫn quang..

Đọc giáo trình


học



Ghi chú

Bài tập (1) Xác định các mode sóng có thể tồn tại trong ống dẫn sóng khi cho trước các kích thước ÔDS và tần số của nguồn trường. Xác định các thông số của các mode sóng đó.

Làm bài tập

Thảo luận (0,75)

Cấu trúc trường của các mode sóng TM, TE trong 3 mặt cắt của ống dẫn sóng.




Giải hê phương trình Maxuel để tìm các thành phần trường trong không gian của ống dẫn song chữ nhật

Nội dung 11, tuần 10: Truyền sóng vô tuyến điện


học



Ghi chú

Lí thuyết (1,5)


Các khái niêm chung về truyền sóng vô tuyến điện. Công thức truyền sóng lý tưởng. Nguyên lý Huyghen. và miền Fresnel

Đọc tài liệu

Bài tập


Các dạng phân cực sóng. Các trường hợp xảy ra phân cực thẳng, tròn và ellip.




Đặc điểm phản xạ sóng trên mặt đất thực. Rút ra các kết luận.

Nội dung 12, tuần 11+12: Truyền sóng đất


học



Ghi chú

Lí thuyết (2,0)


Công thức giao thoa khi anten đặt cao. Đặc điểm truyền sóng khi anten đặt thấp và cách tính cường độ trường, công thức Suleikin.

Đọc giáo trình, chuẩn bị câu hỏi

Bài tập

Thảo luận

(0,25)

Giải thích một số hiện tượng thực tế khi truyền sóng trên tuyến có chướng ngại vật, khi đi qua các miền bất đồng nhất




Quá trình đơn giản hoá các công thức giao thoa. Rút ra điều kiện truyền sóng tốt nhất

Nội dung 13, tuần 12+13: Truyền sóng qua tầng đối lưu


học



Ghi chú

Lí thuyết (1,5)


Chiết suất của tầng đối lưu và sự biến đổi theo độ cao. Hiện tượng khúc xạ khí quyển và các dạng khúc xạ . Khái niệm bán kính tương đương của trái đất. Đặc điểm truyền sóng tầng đối lưu

Đọc giáo trình, chuẩn bị câu hỏi

Bài tập


Giải thích các hiện tượng truyền sóng cực ngắn đi xa trong tầng đối lưu.


Thực hành,

thí nghiệm, điền dã, …


Chứng minh công thức bán kính tương đương trái đất

Nội dung 14, tuần 13+14: Truyền sóng qua tầng điện ly


học



Ghi chú

Lí thuyết (1,5)

Sự hình thành tầng điện lyCác tham số điện. Sự hấp thụ sóng .Vận tốc truyền sóng Khúc xạ và phản xạ sóng, Các khái niệm quan trọng

Bài tập

Thảo luận

(0,25)

Giải thích về các hiện tượng thực tế trong thông tin sóng ngắn




Thành phần lớp khí quyển cao và tầng điện ly. Các nguyên nhận ion hoá chất khí. Đặc tính biến đổi của các lớp ion hoá theo thời gian trong ngày, trong năm và theo chu kỳ 11 năm

Nội dung 15, tuần 14+15: Đặc điểm truyền sóng của các dải

sóng


học



Ghi chú

Lí thuyết (1,5)

Theo lịch của Nhà

Sóng dài và cực dài

Sóng trung

trường Sóng ngắn

Sóng cực ngắn

Dải sóng quang học

Bài tập

Thảo luận

(0,25)

Đặc điểm truyền lan của các dải sóng




Tại thư viện, ở nhà

Đọc giáo trình, chuẩn bị cho thảo luận

8. Chính sách đối với môn học và các yêu cầu khác của giảng viên

Yêu cầu và cách thức đánh giá, sự hiện diện trên lớp, mức độ tích cực tham gia các hoạt động trên lớp, các qui định về thời hạn, chất lượng các bài tập, bài kiểm tra….

- Chuẩn bị tốt các phần được giao tự học

- Có mặt trên lớp ít nhất là 24/30 giờ học

- Mỗi sinh viên tham gia thảo luận không ít hơn 2 lần

- Mỗi sinh viên lên chữa bài tập không ít hơn 1 lần

- Bài tập và bài kiểm tra đạt trên 6/10

9. Phương pháp, hình thức kiểm tra - đánh giá kết quả học tập môn học

Phân chia các mục tiêu cho từng hình thức kiểm tra - đánh giá

9.1. Kiểm tra – đánh giá thường xuyên

Mục đích: Sinh viên nắm vững kiến thức của mỗi chương, mỗi phần

Các kỹ thuật đánh giá

Kiến thức thu hoạch trong các phần thảo luận

Bài tập/báo cáo theo từng nội dung môn học

Tỷ lệ điểm cho mỗi hình thức KT-ĐG: Thảo luận: 40%(2x20%); Bài tập: 60% (2x30%)

9.2. Kiểm tra - đánh giá định kì

Bao gồm các phần sau (trọng số của từng phần do giảng viên đề xuất, chủ nhiệm bộ môn thông qua):

STT Nội dung Trọng số (%)

Ghi chú

1. Tham gia học tập trên lớp (đi học đầy đủ, chuẩn bị bài tốt và tích cực thảo luận, …)

10

2. Phần tự học, tự nghiên cứu (hoàn thành tốt nội dung, nhiệm vụ được giao /tuần; bài tập nhóm /tháng; bài tập cá nhân/ học kì, …);

10

3. Hoạt động theo nhóm 10

4. Kiểm tra - đánh giá giữa kì 30

5. Kiểm tra - đánh giá cuối kì 40

6. Các kiểm tra khác 0

9.3. Tiêu chí đánh giá các loại bài tập

1. Bài tập về lý thuyết:

- Trình bày tốt bản chất vấn đề yêu cầu, có mở rộng: 10 điểm

- Trình bày đúng bản chất vấn đề yêu cầu: 8-9 điểm

- Trình bày được vấn đề ở mức trung bình: 5-7 điểm

- Trình bày chưa đúng bản chất, nội dung: 1-4 điểm

2. Bài tập về ứng dụng:

- Làm tốt cả diễn giải và đáp số theo đáp án: 10 điểm

- Viết đúng diễn giải, sai đáp số: 7-9 điểm

- Chỉ viết được diễn giải: 6 điểm

- Chỉ biết công thức, thay số đúng: 5 điểm

- Làm sai, không làm được: 1-4 điểm

3. Bài tập lớn:

- Hoàn thành tốt: 9-10 điểm

- Hoàn thành ở mức khá: 7-8 điểm

- Hoàn thành ở mức trung bình: 5-6 điểm

- Không hoàn thành: 1-4 điểm

9.4. Lịch thi, kiểm tra (kể cả thi lại)

STT Nội dung thi, kiểm tra Lịch thi Lịch kiểm tra Ghi chú

1. Nội dung 1 đến 8Thi giữa kỳ 45 phút đầu

của giờ học tuần thứ 9

2. Toàn bộ 15 nội dung Thi cuối kỳ Theo lịch

chung của

Trường

3. Thi lại Theo lịch

chung của

Trường

Duyệt Chủ nhiệm bộ môn Giảng viên

(Thủ trưởng đơn vị đào tạo) (Ký tên) (Ký tên)

Trần Quang Vinh Phan Anh Phan Anh

truong dien tu va truyen song

Documents