LÝ THUYẾT TRƯỜNG ĐIỆN TỪ VÀ KỸ THUẬT SIÊU CAO TẦN

98 Et Sh  0 (5.1) Để tìm nghiệm phương trình sóng người ta dùng phương pháp phân li biến số. Tức là đặt Em q1,q2,z  E q1,q2 Fz (5.2)  H m  q1, q 2 , z   H   q1, q 2  F  z  Và E q1,q2   Eq q1,q2   z0Ez q1,q2  (5.3)  H  q1, q2   Hq  q1, q 2   z 0H Z  q1, q 2  Ở đây Eq , Hq là các véc-tơ ngang chỉ phụ thuộc vào tọa độ ngang q1 , q2 của điện trường và từ trường; Ez và Hz là các thành phần dọc của điện trường và từ trường. Đặt (5.2), (5.3) vào phương trình sóng rút ra được phương trình xác định hàm F(z), Ez , Hz , và Eq , Hq như sau:  d2F   2 F  0  dz2  (5.4) q2Ez  k 2 E z  0 n q2Hz  k 2 Hz  0 (5.5) n (5.6) q2Eq  k 2 Eq  0 n q2Eq  k 2 Eq  0 n q2Hq  k 2 Hq  0 n Trong đó:  là hằng số truyền sóng dọc trục z, kn là số sóng ngang như ở ống dẫn sóng. Nghiệm của phương trình (5.4) có dạng: F z  Aez  Bez (5.7) A và B là các hằng số được chọn từ điều kiện bờ và khi kích thích sóng trong hộp cộng hưởng. Phương trình (5.5) giải bằng phương pháp phân li biến số trong các hệ tọa độ cụ thể cho các hộp cộng hưởng được nghiệm là Ez , Hz . Các thành phần ngang của trường có thể tìm được bằng cách giải các phương trình (5.6) hoặc tìm chúng từ các thành phần dọc thông qua hệ phương trình Maxwell.

99 Trong hệ trụ tọa độ tổng quát ta có:   1   1 . Ez   i 1 . Hz  E1   h1 q1  h2 q2   k 2  z    n   1   1 . Ez   i 1 . Hz  E2   h2 q2  h1 q1  k 2  z    n  (5.8)     H1  1   1 . Hz   i 1 . Ez     h1 q1  h2 q2  k 2 z n  1   1 . Hz  1 . Ez  H  h2 q2  h1 q1   2  k 2  z    i  n  h1, h2 là hệ số Lame của hệ tọa độ. Trong hệ tọa độ Đề các thì h1=h2=1, q1  x , q2  y . Trong hộp cộng hưởng chữ nhật chỉ tồn tại hai loại trường là trường TM và TE. Cần xác định hàm F(z) cho các trường này. Từ điều kiện bờ (5.1) tách thành hai điều kiện sau: Et Sxq  0 (5.9) Et z0,c  0 (5.10) Điều kiện (5.9) tương tự như điều kiện bờ đối với ống dẫn sóng có cùng tiết diện ngang với hộp cộng hưởng. Vậy các hàm phân bố theo các tọa dộ ngang Ez , Hz trong hộp cộng hưởng có dạng tương tự các hàm phân bố theo tọa độ ngang của các thành phần dọc của trường trong ống dẫn sóng có cùng tiết diện ngang. Vì vậy ta có thể sử dụng các kết quả nhận được khi nghiên cứu trường trong ống dẫn sóng. Điều kiện (5.10) cho phép xác định phân bố trường dọc theo các tạo độ z trong hộp cộnghưởng, tức là tìm dạng cụ thể của hàm F(z) đối với các dạng trường. a) Phân bố trường dọc theo trục z Đối với trường TM, từ điều kiện (5.10) và phương trình trong tọa độ trụ tổng quát (5.8) suy ra điều kiện dF  0 (5.11) dz z0,c Khi z = 0, từ (5.11) và (5.7) suy ra A=B Khi z = c ta có Aec  Aec  0 , hay shc  0 Phương trình này chỉ có nghiệm khi   i , tức là chuyển sang dạng

100 shc  shic  2i.sinc  0 (5.12) Rút ra:   p  , với p=0,1,2,…. (5.13) c Hàm phân bố của trường có dạng : F(z)  Aeiz  Aeiz  2Acosz (5.14) Đối với trường TE thì điều kiện là: Fz  0 (5.15) z0,c Tiến hành tương tự như đối với trường TM, ta rút ra Fz  2iAsinz (5.16) b) Trường TM Áp dụng kết quả phân bố trường theo tọa độ ngang trong ống sóng chữ nhật (4.34), hàm F(z) (5.14) và biểu thức (5.8) ta nhận được biểu thức các thành phần trường của trường TM trong hộp cộng hưởng chữ nhật như sau:    Em  p  m  cos  m x  sin  n y  sin  p z  Ex    c  a a  b   c   k 2  p  (5.17a) Ey n  c  Em n  sin  m x  cos  n y  sin  p z  b   a  b  c  k 2 n   Em sin  m x sin  n y  cos  p z  Ez  a  b  c   Hx   Emi  n sin  m x  cos  n y  cos  p z  (5.17b)  b  a   b   c  k 2 n    Emi  m   m   n   p  H  a  cos  a x  sin  b y  cos  c z   y k 2 n Em  2A là hằng số tùy ý, nó được xác định từ kết quả của việc kích thích trường, còn kn như đã tính ở chương 4; m = 1, 2, 3, … n = 1, 2, 3, … p = 0, 1, 2, Bước sóng cộng hưởng riêng trong hộp cộng hưởng chữ nhật được tính như sau: Từ biểu thức tính số sóng ta có: 0  2 k Thay các giá trị k  k 2  2 với   i  i p ; k 2   m 2   n 2 n c n  a   b  Suy ra: 0  2 (5.18)  m 2   n 2   p 2  a   b   c 

101 Từ biểu thức trường trong hộp cộng hưởng chữ nhật ta thấy các thành phần ngang của điện trường và từ trường lệch pha nhau  , do đó véc-tơ mật độ công 2 suất trung bình theo phương trục z bằng 0. Các thành phần điện trường ngang và dọc đồng pha nhưng điểm cực đại của chúng lệch nhau theo trục z một khoảng t . 4 Trong ống dẫn sóng chữ nhật hệ số pha  được biểu thị qua bước sóng trong ống dẫn sóng   2 , mặt khác ta lại có   p , ta suy ra: c c  p t với p = 1, 2, 3, … (5.19) 2 Biểu thức (5.19) là điều kiện cộng hưởng của hộp cộng hưởng chữ nhật. c) Trường TE Áp dụng kết quả phân bố trường theo tọa độ ngang trong ống sóng chữ nhật, hàm F(z) (5.16) và biểu thức (5.8) ta nhận được biểu thức của các thành phần trường TE trong hộp cộng hưởng chữ nhật như sau:    Hm  p  m  sin  m x  cos  n y  cos  p z  Hx  c   a  a   b  c   k 2 n    Hm  p  n  cos  m x  sin  n y  cos  p z  Hy  c   b  a   b  c   k 2 n Hz  Hm cos  m x  cos  n y sin  p z  (5.20)   a  b  c    Hmi  n  cos  m x  sin  n y  sin  p z  Ex  b   a  b   c   k 2 n    Hmi  m   m  cos  n  sin  p  E  a   a  b  c   y k 2 sin x y z n Hm  2iA , còn kn như đã tính ở chương 4; m = 0, 1, 2, 3,... n = 0, 1, 2, 3,... p = 1, 2, 3,...            H101 H011 Hình 5.2. Cấu trúc trường trong hộp cộng hưởng chữ nhật

102 Từ các biểu thức (5.17) và (5.20) ta thấy ứng với mỗi cặp ba số nguyên m, n, p trong hộp cộng hưởng chữ nhật tồn tại các dạng trường đơn vị TMmnp và TEmnp. Chúng được gọi là các dạng dao động riêng trong hộp cộng hưởng. Mỗi dạng dao động riêng có bước sóng cộng hưởng riêng. Khi đã cho kích thước của hộp cộng hưởng, dao động riêng có bước sóng cộng hưởng lớn nhất gọi là dao động cơ bản, các dao động khác gọi là dao dộng bậc cao. 5.1.3. Hộp cộng hưởng trụ tròn Hộp cộng hưởng trụ tròn được hình thành từ một đoạn ống dẫn sóng trụ tròn được bịt kín hai đầu bằng các mặt kim loại. Để khảo sát hộp cộng hưởng ta dùng hệ tọa độ trụ có trục z trùng với trục của hộp, tâm O đặt vào tâm của một trong hai đáy (hình 5.3). Như vậy nếu hộp cộng hưởng có bán kính R, dài L thì mặt xung quanh và hai đáy có phương trình là: r = R, z = 0, L. Để đơn giản ta xét hộp cộng hưởng lý tưởng: thành ống là kim loại dẫn điện lý tưởng có kl   , trong hộp chứa không khí hoặc điện môi có dm   . Các biểu thức trường trong hộp cộng hưởng trụ tròn cũng được tìm bằng cách giống như tìm các biểu thức trường trong hộp cộng hưởng chữ nhật. Khi phân tích điều kiện bờ (5.1) cũng có thể tách thành hai trường hợp cho mặt xung quanh và hai đáy: Et rR  0 (5.21) Et z0,L  0 (5.22) Điều kiện (5.21) tương tự như điều kiện bờ trong ống dẫn sóng trụ tròn có cùng tiết diện nên có thể áp dụng kết quả về hàm phân bố trong các tọa độ ngang r,  trong hộp cộng hưởng trụ tròn cho hàm phân bố trường cũng theo các tọa độ r,  trong hộp cộng hưởng tròn. Điều kiện (5.22) tương tự như điều kiện bờ trong hộp cộng hưởng chữ nhật có cùng độ dài. Vì vậy, có thể áp dụng kết quả về hàm phân bố dọc theo tọa độ z trong hộp cộng hưởng chữ nhật làm hàm phân bố theo tọa độ này của trường trong hộp cộng hưởng trụ tròn. Tương tự hộp cộng hưởng chữ nhật, hộp cộng hưởng trụ tròn tồn tại các loại trường TM và TE.  z 2R r L Hình 5.3. Hộp cộng hưởng trụ tròn

103 a) Trường TM Áp dụng kết quả tính toán từ ống dẫn sóng trụ tròn và hộp cộng hưởng chữ nhật cho thành phần dọc của điện trường, ta có Ez  r, , z   E m J m  k n r  cos  m  0  cos  p  z  (5.23)  L  Các thành phần ngang của trường tìm qua các thành phần dọc. Trong hệ tọa độ trụ thì q1  r , q2  , h1 1, h2  r . Ta có kết quả   1   Ez    Emp J 'm kn ,rcosm  0  sin  p  z  Er z  r  knL  L   k 2 n   1 1   Ez    Emmp Jm kn , r  sin m  0 sin  p  z  E r z     L   k 2 k 2 rL (5.24) n n Hr  i Ez   iE mm Jm  k , r  sin  m  0  cos  p  z     L  k 2 r k 2 r n n n H   i Ez   iEm J 'm  k n , r  cos  m  0  cos  p  z  k 2 r kn  L  n Trong đó: m = 0, 1, 2, ...; p = 0, 1, 2, ...; n = 1, 2, 3, ...; Em là hằng số. b) Trường TE Tiến hành tương tự như với trường TM, kết quả nhận được H z  r, , z   HmJ m  k n r  cos  m  0  sin  p  z  (5.25)  L    1   Hz    Hmp J 'm kn ,rcosm  0  cos  p  z  Hr z  r  knL  L   k 2 n   1 1   Hz    Hmmp kn r  sin m  0     H r z    k 2n rL Jm , cos  p L z    k 2 n  (5.26) Er   i Hz  iHmm Jm  k , r  sin  m  0  sin  p  z     L  k 2 r k 2 r n n n E   i Hz   iHm J 'm  k n , r  cos  m  0  sin  p  z  k 2 r kn  L  n Trong đó: m = 0, 1, 2, ...; p= 1, 2, 3, ...; n= 1, 2, 3, ...; Em là hằng số. c) Điều kiện cộng hưởng và toán đồ các dạng dao động Từ biểu thức:   2  p suy ra điều kiện cộng hưởng trong hộp cộng t L hưởng trụ tròn như sau:

104 L  p t với p = 1, 2, 3, … (5.27) 2 Bước sóng cộng hưởng, hay tần số cộng hưởng của các dạng dao động riêng trong hộp cộng hưởng trụ tròn được tính từ biểu thức: k 2  2  k2    p  2   2  n  L   0    Với trường TM thì kn  mn ; với trường TE thì kn  mn . R R Kết quả: 0  2 (5.28)  mn ;mn 2   p 2  R   L  Đặt D = 2R và thay vào biểu thức tính kn, biến đổi công thức (5.28) được:  D 2   mn ;mn 2  p2  D 2 (5.29)  0   R  4  L    Đây là phương trình của các đường thẳng không đi qua gốc tọa độ, cắt trục tung tại tung độ:  mn ;mn 2 (hình 5.4). Mỗi đường thẳng ứng với một dạng dao  R  động riêng. Các đường thẳng này được gọi là toán đồ các dạng dao động riêng trong hộp cộng hưởng trụ tròn. Toán đồ này được sử dụng để giải quyết bài toán chọn kích thước tối ưu của hộp cộng hưởng cũng như bài toán ngược là tìm bước sóng cộng hưởng của các dạng dao động riêng theo kích thước của hộp. Dao động riêng cơ bản trong hộp cộng hưởng trụ tròn là dạng dao động có bước sóng cộng hưởng 0 lớn nhất. Từ công thức (5.28) ta thấy tùy theo tỉ số L/R của hộp mà dao động riêng cơ bản có thể là dạng TM hay TE. (D/)2 E211 H311 3 H011,E111 E210 H211 2 E011 H111 E110 1 E010 (D/L)2 24 Hình 5.4. Toán đồ một số dao động riêng trong hộp cộng hưởng trụ tròn

105 E111 E011 H112 H111 Hình 5.5. Cấu trúc trường của một số dạng dao động Emnp và Hmnp trong hộp cộng hưởng trụ tròn 5.1.4. Hộp cộng hưởng đồng trục Hộp cộng hưởng đồng trục được tạo thành từ một đoạn ống dẫn sóng đồng trục dài L, bán kính lõi trong là R1, bán kính lõi ngoài là R2 được bịt kín hai đầu bằng kim loại làm ống dẫn sóng (hình 5.6). Việc khảo sát trường trong hộp cộng hưởng tiến hành tương tự như khảo sát trường trong hộp cộng hưởng trụ tròn r z 2R2 2R1 L Hình 5.6. Hộp cộng hưởng đồng trục Đối với các dạng dao động TEMp với p = 1, 2, 3, …bước sóng cộng hưởng riêng được tính từ điều kiện cộng hưởng: 0p  2L (5.30) p Khi L  R2  R1 dao động cơ bản trong hộp cộng hưởng đồng trục là dạng dao động TEM1. Nó có bước sóng cộng hưởng bằng: 0 TEM1   2L (5.31) Khi R2  R1  L bước sóng cộng hưởng của dạng dao động riêng E010 trong hộp cộng hưởng đồng trục bằng 2R2  R1 lớn hơn bước sóng cộng hưởng của dạng TEM1 nên E010 là dạng dao động cơ bản. Hình 5.7 là cấu trúc trường của nó. Trường của dạng dao động này có một số đặc điểm:

106 - Do m = 0, nên trường không phụ thuộc góc  - Do p = 0, điện trường chỉ có thành dọc hướng theo trục z - Từ trường chỉ có thành phần ngang H dạng các vòng tròn đồng tâm - Do n=1 nên dọc theo bán kính r chỉ có một chu kì biến thiên của điện và từ trường. Hình 5.8 là cấu trúc trường của một số dạng dao động với chỉ số thấp trong hộp cộng hưởng đồng trục. Hình 5.7. Cấu trúc trường của dao động riêng E010                              TEM1 H111 Hình 5.8. Cấu trúc trường của một số dạng dao động với chỉ số thấp trong hộp cộng hưởng đồng trục 5.1.5. Hộp cộng hưởng đồng trục có khe Hộp cộng hưởng đồng trục có khe được hình thành từ một đoạn ống dẫn sóng đồng trục, một đầu ngắn mạch, đầu còn lại giữa vách kim loại ngắn mạch bên ngoài và lõi trong để một khe hở. Chiều dài lõi trong của hộp đồng trục là L, bán kính R1; lõi ngoài bán kính là R2; độ rộng của khe là d. Vùng khe hẹp của hộp hình thành 1 điện dung, vùng này tập trung điện trường, vùng còn lại trường có dạng TEMP . Để tìm tần số hoặc bước sóng cộng hưởng của dạng dao động TEMP trong hộp cộng hưởng ta dùng sơ đồ tương đương. ZCT Ctd L Hình 5.9. Sơ đồ tương đương của hộp cộng hưởng

107 Hộp cộng hưởng đồng trục có khe có thể coi là một đoạn đường truyền dài L có trở sóng đặc tính ZCT ngắn mạch đầu cuối. Đầu hở mạch của đường truyền mắc với điện dung Ctd , Ctd là điện dung tương đương của phần khe của hộp, trị số của nó được tính theo công thức: Ctd  S  R12 d d (5.32) Điều kiện cộng hưởng là phần thuần kháng tại điểm mắc tụ bằng 0: 0Ctd  1 cot g 0L  0  cot g  0L  p   0ZctCtd ZCT C C  Hay cot g(x  p)  k 'x (5.33) Ở đây: x  0L C k '  ZctCtd C , với C là vận tốc ánh sáng trong chân không. L Giải (5.33) bằng phương pháp đồ thị (hình 5.11), ta nhận được các nghiệm x01, x02 ,… cot gx k'x 0 x01  x02 2 x03 3 Hình 5.10. Xác định các nghiệm x01, x02, x03 Từ đồ thị ta thấy 0 x01    x02 3 ,… p 1  x0p  2p 1  . , 2 2 2 Thay x0p  0pL0p  2L0p vào kết quả trên ta được: C 0p p 1 0p  L0p  2p 1 0p p= 1, 2, 3… (5.34) 2 4

108 Thực tế thường dùng dạng dao động với chỉ số p=1 để rút gọn kích thước của hộp cộng hưởng ở dải sóng m, dm. Trường hợp này ta có 0  L01  01 (5.35) 4 Khi chúng ta so sánh độ dài của hộp cộng hưởng đồng trục khi làm việc với dao động cơ bản là trường TEM1 như biểu thức (5.31) ta thấy khi đưa khe hẹp vào trong hộp cộng hưởng đã làm cho chiều dài của hộp giảm đi một nửa. Tuy nhiên do có khe hẹp nên mật độ dòng mặt tại đây lớn, gây tổn hao nên phẩm chất của hộp cộng hưởng giảm. Hộp cộng hưởng đồng trục có khe còn được gọi là hộp cộng hưởng đồng trục mắc tải điện dung. Nó được sử dụng trong dải sóng m, dm. Việc điều chỉnh độ dài L của hộp được thực hiện nhờ pittông ngắn mạch dịch chuyển. 5.1.6. Hộp cộng hưởng hình xuyến Hộp cộng hưởng hình xuyến có tiết diện dọc vẽ ở hình 5.11. 2R2 d II L r 2R1 dr Hình 5.11. Tiết diện dọc hộp cộng hưởng hình xuyến Trong các điều kiện R2 << /4, L << /4, d << L (5.36) sự biến thiên của điện trường và từ trường của dạng dao động trong hộp theo các tọa độ r,  và z là không đáng kể. Trong điều kiện như vậy hộp cộng hưởng hình xuyến có thể tách khá rõ rệt vùng điện và vùng từ. Vùng khe hẹp ở giữa xuyến với độ rộng là d tập trung chủ yếu đường sức điện trường tương đương với một tụ điên Ctd . Vùng không gian xuyến hai bên tập trung chủ yếu đường sức từ trường tương đương với một điện cảm Ltd . Như vậy, hộp cộng hưởng hình xuyến có thể coi như một mạch dao động với các phần tử tập trung Ltd và Ctd . Tần số cộng hưởng của mạch tính theo công thức 0  1 (5.37) LtdCtd

109 Nếu bỏ qua hiệu ứng bờ thì điện dung Ctd có thể tính giá trị điện dung như một tụ điện phẳng Ctd  S  R12 (5.38) d d còn điện cảm của xuyến được tính theo công thức Ltd   (5.39) I với  là từ thông đi qua xuyến, I là dòng điện chảy trên thành bên trong của hộp vùng xuyến. Theo định luật dòng điện toàn phần ta có thể viết: I  2rH (5.40) H là cường độ từ trường trong xuyến tại điểm cách tâm hộp với bán kính r. Từ thông đi qua một yếu tố của tiết diện xuyến có độ rộng là dr, dài L (vùng gạch chéo ở hình 5.12) được tính: d  BdS   IL dr (5.41) 2 r Từ thông đi qua cả tiết diện xuyến là   R2 d  IL ln R2 (5.42) R1 2 R1 Thay giá trị của Ltd và Ctd vào (5.37) tính được tần số cộng hưởng: 0  1 2d (5.43) R1 Lln R2 R1 Bước sóng cộng hưởng: 0  R1 2L ln R2 (5.44) d R1 Hộp cộng hưởng hình xuyến thường được sử dụng làm mạch dao động cộng hưởng cho đèn Klitstron trong mạch khuếch đại hay tạo dao động siêu cao tần. 5.1.7. Hộp cộng hưởng Manhetron Hộp cộng hưởng Manhetron gồm N (thường là số chẵn) các hộp cộng hưởng như nhau dạng khe-lỗ ghép cách đều nhau tạo thành một hệ kín (hình 5.12a). Mỗi hộp cộng hưởng dạng khe-lỗ (hình 5.12b) gọi là một khâu Manhetron. Trường điện từ trong khâu Manhetron có đường sức điện trường tập trung ở vùng khe hẹp có độ rộng d, độ dài L, độ sâu a; còn đường sức từ trường tập trung trong vùng lỗ hình trụ bán kính R, độ dài L.

110 Lỗ 2R a L +++ 2R +H + +++ Ea d d Khe L (a) (b) (c) Hình 5.12. Hộp cộng hưởng Manhetron Do tính chất của trường trong khâu Manhetron ta có thể coi khâu tương đương một mạch dao động L, C có điện dung tương đương là vùng khe hẹp và điện cảm tương đương là khoảng không gian lỗ hình trụ. Do đó tần số cộng hưởng của khâu được tính theo công thức: 0  1 (5.45) LtdCtd Trong đó: Ctd  aL là điện dung tụ điện phẳng của khe; d   HdS   R2 là điện cảm tương đương; I S L Ltd   I  là từ thông của từ trường H chảy qua tiết diện hình trụS  R2 ; I là dòng điện chảy ở thành bên trong lỗ hình trụ. Từ trường H trong hình trụ có dạng như từ trường của ống dây dài vô hạn có dòng điện I chạy qua nên nó có hướng dọc theo trục của hình trụ, có giá trị bằng nhau và bằng mật độ dòng điện nên H  I , do đó: L  HdS   R2 Ltd  S I L (5.46) Thay giá trị của Ltd và Ctd vào (5.45) ta tính được 0  R 1 d (5.47)  a Hay: 0  2R a (5.48) d

111 Hộp cộng hưởng Manhetron dùng cho đèn tạo dao động siêu cao tần công suất. 5.1.8. Độ phẩm chất của hộp cộng hưởng a) Khái niệm Độ phẩm chất là một tham số cơ bản, nó đặc trưng cho khả năng duy trì các dao động tự do và dải thông của hộp cộng hưởng. Trong mạch điện có tham số tập trung, độ phẩm chất của khung cộng hưởng được đánh giá qua trị số các linh kiện L, C, điện dẫn thuần g và điện trở thuần r. Đối với hộp cộng hưởng thì khái niệm L, C không còn ý nghĩa nên định nghĩa về độ phẩm chất của hộp cộng hưởng dựa vào hệ thức năng lượng Q  0 W (5.49) Pth Trong đó: W là năng lượng tích lũy cực đại trong mạch, nó là tổng của năng lượng điện và năng lượng từ. Đặt 0  2 vào (5.49), ta nhận được dạng khác của độ phẩm chất T Q  2 W 0 (5.50) Wth Trong đó: Wth = PthT là năng lượng tiêu hao trong một chu kỳ dao động T của mạch; Pth là công suất tiêu hao của trường trong hộp;  0 là tần số cộng hưởng của dạng dao động. Vì trong hộp cộng hưởng tồn tại vô số các dạng dao động riêng, mỗi dạng có cấu trúc trường riêng nên có năng lượng tích lũy, năng lượng tiêu hao hay công suất tiêu hao riêng, do đó hộp cộng hưởng có vô số độ phẩm chất. Tuy nhiên thực tế người ta chỉ xét độ phẩm chất cho một dạng dao động riêng không suy biến tồn tại trong hộp. b) Các loại độ phẩm chất Tiêu hao năng lượng trong hộp cộng hưởng gồm tiêu hao trên bề mặt kim loại bên trong của hộp do hiệu ứng bề mặt, tiêu hao do chất điện môi trong hộ p, tiêu hao do ghép với tải, do đó có thể viết: Pth  Pthkl  Pthdm  Ptht (5.51) Thay giá trị của Pth vào (5.49) và viết lại dưới dạng sau: 1  Pth  1  1  1  1  1 (5.52) Qt 0W Qkl Qdm Qng Q0 Qng

112 Từ (5.52) người ta đưa ra các loại độ phẩm chất sau: - Độ phẩm chất kim loại Độ phẩm chất kim loại là độ phẩm chất của hộp khi chỉ tính đến tiêu hao do hiệu ứng bề mặt trong hộp: Qkl  0 W (5.53) Pthkl Trị số Qkl có thể xác định qua cường độ từ trường H trong hộp cộng hưởng  Qkl  0 Hm 2 dV  2 v Hm 2 dV (5.54) Ht 2 dS kl Ht 2 dS v Rs Sh Sh Trong đó: Hm là biên độ của trừ trường trong hộp cộng hưởng; Ht là thành phần tiếp tuyến của từ trường tại thành bên trong của hộp; Rs  kl là điện trở mặt riêng của kim loại làm thành hộp cộng hưởng; 2kl   2 là độ sâu thâm nhập của trường; 0klkl kl , kl là độ từ thẩm và độ dẫn điện riêng của kim loại thành hộp,  là độ từ thẩm của điện môi trong hộp; Sh là diện tích của thành hộp. Việc xác định Qkl theo (5.54) rất phức tạp. Để đơn giản, người ta sử dụng kết quả của định lý trung bình và giả thiết      , ta được kl 0 Qkl  k V (5.55) S với k  2H 2 , trong đó Hmtb và Httb là giá trị trung bình của biên độ cường mtb H2 ttb độ từ trường và thành phần tiếp tuyến của nó ở trong hộp và trên thành hộp. Từ (5.55) ta thấy Qkl phụ thuộc vào tỉ số thể tích và diện tích mặt hộp V/S, phụ thuộc vào dạng dao động riêng trong hộp và tỉ lệ nghịch với độ thấm sâu của trường . Để Qkl lớn phải chọn dạng hộp và dạng dao động trong nó thích hợp và làm giảm trở mặt riêng Rs của nó bằng cách chọn kim loại làm thành hộp có độ dẫn điện cao và gia công bề mặt bên trong hộp thật nhẵn.

113 - Độ phẩm chất điện môi Độ phẩm chất điện môi là độ phẩm chất của hộp khi chỉ tính đến tiêu hao trong chất điện môi chứa trong hộp. Qdm  0 W (5.56) Pthdm Nếu trong hộp cộng hưởng chứa đầy chất điện môi có độ dẫn dm thì công suất tiêu hao trong điện môi tính theo công thức:  Pthdm1  1 2 (5.57) 2 JEdV 2 dm Em dV V V Năng lượng của trường tích lũy trong hộp bằng năng lượng điện trường cực đại trong nó: W WE  1 dm Em 2 (5.58) 2 dV V Trong đó: Em là biên độ cường độ điện trường; dm là độ điện thẩm của điện môi chứa trong hộp. Thay (5.57), (5.58) vào (5.56) ta tính được Qdm  0dm  1 (5.59) dm tge Từ (5.59) ta thấy độ phẩm chất điện môi của hộp cộng hưởng chỉ phụ thuộc vào tính chất của bản thân điện môi, không phụ thuộc vào hình dạng của hộp. - Độ phẩm chất ngoài Độ phẩm chất ngoài là độ phẩm chất khi chỉ tính đến tiêu hao do ghép tải ở ngoài hộp. Qng  0 W (5.60) Ptht Trong trường hợp chung thì độ phẩm chất của hộp cộng hưởng là độ phẩm chất tải Qt . Việc tính toán Qt rất phức tạp nên thực tế người ta xác định nó bằng thực nghiệm. Từ kết quả thực nghiệm suy ra Qt    f0 (5.61) 2 2f Như vậy, độ phẩm chất tải của hộp cộng hưởng có thể xác định khi biết dải thông của nó. Q0 được gọi là độ phẩm chất không tải hay độ phẩm chất riêng của hộp.

114 Nó chỉ liên quan đến tiêu hao xảy ra trong bản thân hộp mà không tính đến ảnh hưởng của tải. Như vậy: 11 1 (5.62) Q0 Qkl Qdm Để chỉ mức độ liên kết giữa hộp cộng hưởng với tải bên ngoài, người ta đưa ra khái niệm hiệu suất của hộp cộng hưởng, ký hiệu bằng chữ h h  Ptht (5.63) Pth Thay Pth, Ptht vào tính được h  Qt  Q0 1 Qt (5.64) Qng Q0  Qng Q0 Khi Q0 = Qng thì ghép giữa hộp cộng hưởng với tải ở chế độ tới hạn. Khi Q0 > Qng ta có chế độ ghép chặt. Ngược lại khi Q0 < Qng ta có chế độ ghép lỏng 5.1.9. Điều chỉnh tần số cộng hưởng của hộp cộng hưởng Cũng giống như các khung cộng hưởng sử dụng các phần tử L, C; hộp cộng hưởng cũng phải điều chỉnh tần số cộng hưởng. Tần số cộng hưởng có liên quan đến kích thước của hộp cộng hưởng, do đó khi thay đổi kích thước sẽ nhận được các tần số cộng hưởng mong muốn. Hiện nay để điều chỉnh tần số cộng hưởng người ta thường sử dụng pit tông dịch chuyển được và phương pháp nhiễu loạn nhỏ. a) Phương pháp sử dụng pít tông dịch chuyển Trong trường hợp cần điều chỉnh cộng hưởng với nhiều tần số cần phải thay đổi đáng kể kích thước của hộp cộng hưởng, lúc này người ta thường sử dụng pít tông dịch chuyển. Phương pháp này còn gọi là phương pháp điều chỉnh cộng hưởng bằng điện dung. Sở dĩ gọi là phương pháp điều chỉnh cộng hưởng bằng điện dung là vì khi dịch chuyển pít tông sẽ làm cho khoảng cách giữa hai mặt kim loại của hộp cộng hưởng thay đổi, giá trị điện dung tương đương thay đổi và do đó điều chỉnh được tần số cộng hưởng. (a) (b) Hình 5.13. Điều chỉnh tần số cộng hưởng bằng địên dung

115 Ví dụ điều chỉnh tần số cộng hưởng của hộp cộng hưởng hình xuyến (hình 5.13a). Người ta cũng có thể chế tạo đáy dưới của hộp cộng hưởng dưới dạng màng kim loại mỏng dễ biến dạng cũng có tác dụng như khi điều chỉnh pít tông (hình 5.13b) Phương pháp sử dụng pít tông dịch chuyển có nhược điểm là cấu trúc phức tạp, tổn hao lớn do có dòng mặt ở chỗ tiếp xúc giữa pít tông với thành hộp. b) Phương pháp nhiễu loạn nhỏ Trong trường hợp cần điều chỉnh tần số cộng hưởng của một dạng dao động đã cho trong hộp ở phạm vi nhỏ, mà cấu trúc của hộp đỡ phức tạp, giảm tổn hao, thực hiện đơn giản người ta sử dụng phương pháp nhiễu loạn nhỏ. 0,0 V0 V Hình 5.14. Hộp cộng hưởng với vật thể nhiễu loạn Theo phương pháp này thì việc điều chỉnh cộng hưởng được thực hiện bằng cách đưa vào bên trong hộp một vật thể có kích thước rất nhỏ so với thể tích của hộp. Vật thể này có thể là điện môi, ferit hay kim loại dẫn điện lý tưởng. Phương pháp này còn được sử dụng để khắc phục các nhược điểm khi chế tạo hộp cộng hưởng như sai sót nhỏ về kích thước hoặc tồn tại các bất đồng nhất làm ảnh hưởng đến điều kiện cộng hưởng Giả thiết có hộp cộng hưởng với hình dạng tùy ý có thể tích V0 bên trong chứa không khí với các tham số 0 , 0 đang làm việc với tần số 0 . Nếu đưa vào hộp một vật thể nhỏ có thể tích V, các tham số  , ,  (hình 5.14) thì theo phương pháp nhiễu loạn nhỏ sự thay đổi tần số tương đối trong hộp được tính theo công thức   WH  WE (5.65) 0 2W(v0 ) đây 1 1 là  Ở 2 2 năng lượng cực đại tích lũy W(V0 )  0 V0 E2dV  0 H2dV V0 của điện trường hoặc từ trường trong hộp cộng hưởng khi chưa đưa vật thể V vào. Trường hợp vật thể là kim loại kl   thì WE  WE(V) , WH  WH(V) (5.66)

116 WE(V) , WH(V) là năng lượng điện trường, từ trường cực đại trong thể tích V đã có trước đây của V0 (khi chưa có V). Trường hợp vật thể là điện môi hoặc ferit thì WE    0  WEV 0 (5.67)   0 WH  0 WHV Một số ví dụ: 1. Đưa đĩa mỏng điện môi với hằng số điện môi ε vào vị trí bụng của điện trường của dạng dao động Hmnp trong hộp cộng hưởng trụ tròn (hình 5.15a). Đĩa này không làm méo cấu trúc của dạng dao động và trường trong đĩa coi như đồng nhất. Người ta tính được    d     (5.68)  L  0 1   2. Dùng hai thanh kim loại để điều chỉnh tần số cộng hưởng của dạng dao động E010 của hộp cộng hưởng trụ tròn. Một thanh đưa vào dọc theo trục của hộp tại tâm của mặt đáy và dùng một thanh đưa vuông góc với thành bên của hộp (hình 5.15b) (c) (a) (b) Hình 5.15. Điều chỉnh tần số cộng hưởng bằng phương pháp nhiễu loạn nhỏ. Khi dùng thanh kim loại dọc điều chỉnh thì do tại vùng này từ trường bằng không nên WH  0 còn WE  0 , do đó theo (5.65) thì tần số cộng hưởng tăng vì ở gần mặt xung quanh điện trường bằng không nên WE  0, còn WH  0 Sau đó khi đưa thanh kim loại vào sâu trong hộp đến vùng điện trường tăng, từ trường giảm nên tần số giảm dần cho đến giá trị ban đầu.

117 3. Dùng các vít kim loại điều chỉnh cộng hưởng cho hộp cộng hưởng hình xuyến (hình 5.15c). Các vít kim loại điều chỉnh ở vùng lòng xuyến với điện trường bằng không nên tần số cộng hưởng tăng. 5.1.10. Kích thích và ghép năng lượng trong ống dẫn sóng và hộp cộng hưởng a) Khái niệm Khi đưa ống dẫn sóng và hộp cộng hưởng vào làm việc tạo thành các mạch siêu cao tần một vấn đề được đặt ra là: làm cách nào để tạo ra dạng trường mong muốn trong ống dẫn sóng, hộp cộng hưởng và đưa năng lượng tích lũy trong hộp cộng hưởng ra mạch ngoài? Để thực hiện nhiệm vụ này cần có các phần tử chuyên dùng: phần tử dùng để tạo ra dạng trường mong muốn trong ống dẫn sóng và hộp cộng hưởng được gọi là phần tử kích thích; phần tử dùng để ghép năng lượng của dạng trường đã cho ra mạch ngoài được gọi là phần tử liên kết hay phần tử ghép. Theo nguyên lý tương hỗ thì nguyên tắc làm việc của phần tử kích thích và phần tử ghép tương tự nhau. Tức là phần tử kích thích có thể thực hiện chức năng của phần tử ghép và ngược lại, phần tử ghép có thể thực hiện chức năng của phần tử kích thích. Nói cách khác một phần tử có thể thực hiện được cả hai chức năng là phần tử ghép hoặc phần tử kích thích. Các phần tử kích thích trường trong ống dẫn sóng và hộp cộng hưởng gồm ba loại: loại điện, loại từ và loại nhiễu xạ. Nguyên tắc tạo trường của chúng tuân theo nguyên tắc làm việc của các nguồn bức xạ nguyên tố. b) Các phần tử kích thích - Phần tử kích thích dạng điện H10 H11 E01 a bc Hình 5.16. Phần tử kích thích dạng điện Phần tử kích thích dạng điện là các que dò (hay thăm) kim loại mảnh đưa vào bên trong ống dẫn sóng hoặc hộp cộng hưởng. Muốn tạo ra dạng trường mong muốn phải đặt que dò ở vị trí mà điện trường cần tạo ra có giá trị cực đại và phương của que dò phải song song với đường sức của điện trường. Phần tử kích thích dạng này thường là phần kéo dài của lõi giữa ống dẫn sóng đồng trục hay cáp đồng trục đưa vào bên trong ống dẫn sóng hoặc hộp cộng hưởng với chiều dài xác định, còn lõi ngoài nối với thành ống dẫn sóng

118 hoặc hộp cộng hưởng. Hình 5.16 là cách kích thích trường H10 trong ống sóng chữ nhật (hình 5.16a), cách kích thích các trường H11 và E01 trong ống dẫn sóng tròn được biểu diễn trên hình 5.16b, c. - Phần tử kích thích dạng từ Phần tử kích thích dạng từ là vòng dây dẫn mảnh, diện tích nhỏ (lưỡng cực từ) được đưa vào ống dẫn sóng hay hộp cộng hưởng. Để tạo ra dạng trường mong muốn cần đặt vòng dây tại vị trí từ trường của dạng trường này đạt cực đại và mặt phẳng của vòng dây vuông góc với đường sức từ trường của chúng. Hình 5.17 thể hiện cách kích thích trường H10 trong ống dẫn sóng chữ nhật và trường TEM1 trong hộp cộng hưởng đồng trục bằng phần tử kích thích dạng từ. H10 TEM1 Hình 5.17. Phần tử kích thích dạng từ - Phần tử kích thích dạng nhiễu xạ Phần tử kích thích dạng nhiễu xạ được thực hiện bằng cách xẻ các khe hẹp hay lỗ nhỏ trên thành ống dẫn sóng hay hộp cộng hưởng. Vì thành trong của ống dẫn sóng hay hộp cộng hưởng ứng với một dạng trường đã cho có phân bố dòng điện mặt xác định. Việc xẻ các khe hay lỗ trên thành ống dẫn sóng hay hộp cộng hưởng sẽ làm biến dạng phân bố của dòng điện mặt và thành phần tiếp tuyến của từ trường tại đây, như vậy khe hoặc lỗ trở thành nguồn bức xạ thứ cấp tương đương với một lưỡng cực từ hoặc tổ hợp của lưỡng cực từ và lưỡng cực điện tùy theo vị trí và hình dạng của lỗ hoặc khe. Khe dọc Khe ngang Hình 5.18. Phần tử kích thích dạng nhiễu xạ Kích thích dạng nhiễu xạ rất thích hợp khi ghép nối giữa các ống dẫn sóng với nhau hoặc giữa ống dẫn sóng với hộp cộng hưởng. Để tạo ra dạng trường mong muốn cần xẻ khe hẹp hay lỗ nhỏ trên thành tại vị trí dòng điện mặt của

119 trường mong muốn đạt cực đại và cắt ngang dòng mặt này, hoặc tại vị trí có thành phần tiếp tuyến của từ trường đạt cực đại và khe hoặc lỗ phải song song với thành phần tiếp tuyến của từ trường. Hình 5.18 thể hiện cách kích thích trường E101 trong hộp cộng hưởng trụ tròn từ ống dẫn sóng chữ nhật với sóng H10 qua khe hẹp ngang trên thành rộng và khe hẹp dọc trên thành hẹp của ống dẫn sóng chữ nhật ghép chung với thành bên của hộp cộng hưởng trụ tròn. 5.2. MỘT SỐ PHẦN TỬ SIÊU CAO TẦN THÔNG DỤNG 5.2.1. Mạng nhiều cực siêu cao tần Một cách tổng quát, ta hiểu mạng nhiều cực siêu cao tần là một vùng không gian được giới hạn bởi các mặt dẫn kim loại dẫn điện tốt (còn gọi là bọc kim loại) chỉ thông ra ngoài qua những nhánh là các đoạn đường truyền dẫn năng lượng siêu cao. Nếu mạng có n nhánh ( 1, 2,...) thì gọi đó là mạng 2n cực siêu cao. Các nhánh có thể có tiết diện khác nhau hoặc cấu trúc khác nhau. Tiết diện cuối cùng của các nhánh (C1,C2, … Cn) được gọi là các mặt cuối của mạng 2n cực. Khi nghiên cứu các mạng 2n cực siêu cao, ta giả thiết rằng trong mỗi nhánh của nó chỉ tồn tại một dạng trường, đồng thời các mặt cuối C phải chọn cách đủ xa chỗ nối vào bọc kim loại để tại các mặt cuối không tồn tại các trường bậc cao. Ta quy ước rằng: - Sóng đi từ ngoài qua mặt cuối C vào mạng nhiều cực được gọi là sóng tới - Còn sóng đi từ trong mạng ra ngoài qua C được gọi là sóng phản xạ. 5.2.2. Ma trận sóng của mạng nhiều cực siêu cao a) Ma trận tán xạ Ma trận tán xạ biểu thị mối liên hệ về biên độ giữa sóng phản xạ và sóng tới, nó xác định tính chất của mạng nhiều cực không phụ thuộc vào tải mắc vào nó. Ma trận tán xạ ký hiệu bằng chữ [S]. a1 a2 1 2 b1 b2 1 2 Hình 5.19. Mạng bốn cực Giả sử có mạng bốn cực, ta ký hiệu: Sóng tới: a1, a2 Sóng phản xạ: b1, b2 Theo sơ đồ mạng bốn cực thì:

120 b1  s11a1  s12a 2 (5.69) (5.70) b2  s21a1  s22a 2 (5.71) Viết dưới dạng ma trận ta có: (5.72) b1   s11 s12  a1  (5.73) b2  s21  a   s22  2  Hay: [b] = [S] [a] Từ mạng 4 cực suy ra mạng 2n cực: b1  s11a1  s12a2  s13a3  ...  s1nan .b2  s21a1  s22a2  s23a3  ...  s2nan . bn  sn1a1  sn2a2  sn3a3  ...  snnan Viết dưới dạng ma trận ta có: b1  s11 s12 ... s1n   a1    s21     b2   s22 ... s 2n   a 2  .   . . . .   .   sn1  a  bn  sn2 ... snn  n  b  Sa b1  a1  s11 s12 ... s1n      s21  b   b2  a    a2  S  . s 22 ... s 2 n    .  . . . .  a  sn1  bn   sn2 ... s  n nn Trong đó: [a] là ma trận sóng tới, [b] là ma trận sóng phản xạ, [S] là ma trận tán xạ của mạng 2 cực. Từ M4C có thể suy ra mạng 2n cực. s11  b1 a2 0 a1 b2 (5.74) a2 s22  a1 0 Ta thấy s11 và s22 chính là hệ số phản xạ ở đầu 1.1 và đầu 2.2. Từ đây có thể suy rộng ra hệ số phản xạ ở các cổng của mạng 2n cực:

121 sii  bi a j0 với i  j (5.75) ai sii là các số hạng trên đường chéo chính của ma trận tán xạ [S], giá trị của nó 0  sii 1 s12  b1 a1 0 a2 Và: (5.76) b2 s21  a1 a2 0 s12 và s21 là hệ số truyền đạt của mạng bốn cực. Suy rộng ra cho mạng 2n cực hệ số truyền đạt tính theo công thức sau sij  bi ai 0 (5.77) aj Như vậy các số hạng ngoài đường chéo chính của ma trận [S] là hệ số truyền đạt. Ma trận tán xạ có các tính chất sau - Nếu mạng nhiều cực là đối xứng, môi trường là đồng nhất thì ma trận tán xạ của nó đối xứng. Tức là sij  sji hay S  ST (5.78) ST là ma trận chuyển vị của ma trận [S] qua đường chéo chính. Mạng 2n cực như thế gọi là phần tử thuận nghịch. - Nếu mạng 2n cực không tiêu hao năng lượng thì ma trận tán xạ [S] của nó sẽ đơn nguyên: + Tổng bình phương module các phần tử của một hàng (hay một cột) bất kỳ bằng 1 n2 i = 1, 2, 3, …, n (5.79)  sij  1 j1 + Tổng của tích các phần tử của một cột (hoặc một hàng) với giá trị liên hợp phức của một cột (hoặc một hàng) khác bằng “0” n Với: j = 1, 2, 3,…, n (5.80) k = 1, 2, 3, …, n sij.s*ik  0 i1 jk b) Ma trận truyền đạt Ma trận truyền đạt [T] biểu thị mối liên hệ về biên độ giữa sóng tới và sóng phản xạ ở đầu vào với sóng phản xạ và sóng tới ở đầu ra. Với mạng bốn cực ta có :

122 a1  t11b2  t12a 2 (5.81) b1  t21b2  t12a 2 Viết dưới dạng ma trận: a1    t11 t12  b2     t 21  a   b1   t 22  2  Khác với ma trận tán xạ, ma trận truyền đạt cũng là một đại lượng phức. Ma trận truyền đạt có tính chất quan trọng là: khi mắc liên tiếp các mạng bốn cực thì ma trận truyền đạt của cả mạng sau khi ghép nối bằng tích các ma trận thành phần theo thứ tự. 12 34   1 t1 2 t2 3 t3 4   Hình 5.20. Mắc liên tiếp các mạng 4 cực Ví dụ: Có 3 mạng bốn cực với các ma trận truyền đạt của từng mạng lần lượt là t1, t2, t3 mắc liên tiếp. Ma trận truyền đạt của mạng bốn cực hợp thành sau khi ghép nối là T  T1T2 T3 Chú ý : Vì không có tính chất giao hoán nên ma trận truyền đạt của mạng bốn cực hợp thánh theo chiều ngược lại có giá trị khác. c) Quan hệ giữa ma trận tán xạ và ma trận truyền đạt Ta có : t11  a1 a2 0 1 1 tức là t11  1 (5.82) b2 b2 s21 s21 (5.83) a a2 0 1 t12  a1 b2 0   s22 a2 s21 (khi b2  0 thì s21a1  s22a2 suy ra a1 b2 0   s22  t12 ) a2 s21  t 21 det  t    t11  S  s11 s12    1 t11  s21 s22   t11    t12  (5.84)  t11  

123 1  s22   s21   T    t11 t12    s21  (5.85)  t 21 t 22   s11 det s     s21   s21  Ở đây det[t] = t11t22 - t12t21; det[s] = s11s22 - s12s21. Các mạng nhiều cực được ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật, nhất là mạng bốn cực. 5.2.3. Một số phần tử siêu cao tần a) Tấm chắn Nếu trong ống dẫn sóng tại một tiết diện S nào đó ta đưa vào một tấm chắn kim loại rất mỏng, có kích thước nhỏ hơn tiết diện ngang của ống dẫn sóng thì tấm chắn này tạo ra xung quanh nó điện trường riêng đối xứng về hai phía, độc lập với chiều của sóng kích thích. Nếu ta coi tấm chắn này với tiết diện S đồng thời là mặt cuối của lối vào và mặt cuối của lối ra thì nó là một mạng bốn cực tán xạ đối xứng điện và có thể biểu diễn bằng sơ đồ tương đương một trở kháng mắc song song với đường truyền. Tính chất và giá trị của điện kháng này phụ thuộc vào cấu trúc cụ thể của tấm chắn trong ống dẫn sóng. Các tấm chắn hay dùng trong tuyến siêu cao tần thường là tấm chắn điện dung, tấm chắn điện cảm và tấm chắn cộng hưởng. - Tấm chắn điện dung Tấm chắn điện dung là một tấm kim loại mỏng đặt tại tiết diện S trong ống dẫn sóng chữ nhật và che mất một phần tiết diện dọc theo thành rộng của ống dẫn sóng. Tấm chắn điện dung có thể là đối xứng (hình 5.21a) hoặc không đối xứng (hình 5.21b). Khi đặt tấm chắn tiết diện của ống sóng chữ nhật theo thành rộng bị giảm đi, ở đó tạo nên một khe hẹp, hai bên khe hẹp tích lũy một điện năng tương đương với một điện dung C mắc song song với đường truyền (hình 5.21c). Dẫn nạp kháng chuẩn hóa của tấm chắn điện dung đối xứng được tính theo công thức gần đúng: Bc   4b ln  sin d  .   2b  db d Bc a a (c) (b) (a) Hình 5.21. Tấm chắn điện dung và sơ đồ tương đương

124 - Tấm chắn điện cảm db d aa (a) (b) (c) Hình 5.22. Tấm chắn điện cảm và sơ đồ tương đương Tấm chắn điện cảm là một tấm kim loại mỏng che một phần tiết diện của ống dẫn sóng chữ nhật theo thành hẹp, nó có thể là đối xứng (hình 5.22a) hoặc không đối xứng (hình 5.22b). Khi đặt tấm chắn, một phần dòng điện ngang trên thành rộng của ống dẫn sóng chảy theo tấm chắn và tạo nên trên tấm chắn một năng lượng từ trường, nó tương đương với một cuộn cảm mắc song song trên đường truyền. Giá trị điện nạp chuẩn hóa của tấm chắn điện cảm đối xứng được tính theo công thức gần đúng: BL    cot g 2  d  . a  2a  - Tấm chắn cộng hưởng Tấm chắn cộng hưởng là một tấm kim loại mỏng, có lỗ hình chữ nhật hoặc ôvan có kích thước thích hợp, đặt tại một tiết diện S nào đó của ống dẫn sóng chữ nhật (hình 5.23a). a’ b’ b C L a (a) (b) Hình 5.23. Tấm chắn cộng hưởng và sơ đồ tương đương Tấm chắn cộng hưởng là sự kết hợp của tấm chắn điện dung và tấm chắn điện cảm. Sơ đồ tương đương của nó là một khung cộng hưởng song song L, C (hình 5.23b) mắc song song vào đường truyền. Tần số cộng hưởng của tấm chắn được xác định một cách gần đúng từ kích thước của lỗ và đẳng thức về trở sóng của đường truyền theo công thức: f  b  b' 2 2  a 1   0  a' 1   0  2a  2a '

125 - Ma trận sóng của tấm chắn  s11  s22  1 yt 1 1 ib  ib (5.86) 1 yt  1 ib 2  ib (5.87) 1 (5.88) yt : Dẫn nạp chuẩn hóa Yc b : Phần tử kháng chuẩn hóa s12  s21  b2 a2 0 a1 Vì a1  b1  a2  b2 nhưng a2  0 nên b2  a1  b1 do đó: s12  s21  a1  b1 a2 0 1 b1 a2 0  1  s11 . a1 a1 Suy ra: s12  s21  1  ib  2 2 2  ib  ib  ib 2   Như vậy: S   2  ib 2  ib  2 ib   2  ib 2  ib  b) Chạc ba ống dẫn sóng - Chạc ba kiểu E (P) 3 3 2 12 1 (a) (b) 1 2 (c) Hình 5.24. Chạc ba ống dẫn sóng kiểu E Chạc ba ống dẫn sóng kiểu E chính là sự phân nhánh của ống dẫn sóng chữ nhật trên thành rộng nối ghép vuông góc tạo thành. Sơ đồ cấu tạo (Hình 5.24a). Chạc ba ống dẫn sóng kiểu E có mặt phẳng đối xứng P đi qua giữa nhánh 3 còn gọi là nhánh E, các nhánh còn lại là nhánh 1 và nhánh 2. Ma trận tán xạ của chạc ba ống dẫn sóng kiểu E có dạng: s11 s12 s13   S  s21  s22 s 23  (5.89) s31 s32 s33 

126 Khi đưa sóng điện từ vào nhánh 3 (nhánh E) thì nó sẽ truyền về nhánh 1 và nhánh 2. Trường ở nhánh 1 và nhánh 2 đồng biên nhưng ngược pha (hình 5.25c). Do đó s13  s31   , s23  s32   , s33   . Ma trận tán xạ viết lại thành:         S     (5.90)      Áp dụng tính chất đơn nguyên của ma trận [S] ta có: Tính chất đơn nguyên 1: Hàng 1.1: 2  2  2  1 Hàng 3.3: 2  2  2 1 Tính chất đơn nguyên 2: Cột 1.2: *  S*  *  0 Cột 1.2: *  *  *  0 Giả thiết nhánh 3 phối hợp trở kháng, tức là   0 : Ta có 22  1 tức là   1 2 Thay   0 và   1 vào ta có hệ phương trình: 2 2  2  1 / 2     0 Giải hệ phương trình trên được:     1 / 2 . Thay các phần tử vừa tính được vào ta được: 1 1 1     2 2 2   1 1 2 1 1 1  S   1 2  1  1  2 2 (5.91)  2 1   2 2  2   2  1   0  0   2 Từ ma trận tán xạ ta thấy các hệ số phản xạ s11  s22 1/ 2 , tức là nếu đưa năng lượng vào nhánh 1 hoặc 2 thì 1/2 năng lượng theo điện áp (hoặc 1/4 năng lượng theo công suất) bị phản xạ trở lại.

127 Hệ số truyền s12  1 ; s13  1 2 2 Nếu nhánh 1 và 2 phối hợp, tức là   0 : Ta có:   1  1  1 Thay vào (5.90) ta được: 0 1 0 (5.92) S  1 0 0 0 0 1 Các hệ số phản xạ s11 = s22 = 0; s33 = 1. Các hệ số truyền đạt s12 = s21 = 1; s13 = s23 = s31 = s32 = 0. Như vậy, nếu đưa trường vào nhánh 1 thì nó sẽ truyền toàn bộ sang nhánh 2, đưa vào nhánh 2 sẽ truyền toàn bộ sang nhánh 1; còn nếu đưa vào nhánh 3 sẽ bị phản xạ toàn phần. - Chạc ba kiểu H 2 3 2 2 Yc (P) 1 3  (c) 1 (b)  (a) 1 Hình 5.25. Chạc ba ống dẫn sóng kiểu H Chạc ba ống dẫn sóng kiểu H chính là sự phân nhánh của ống dẫn sóng chữ nhật trên thành hẹp nối ghép vuông góc tạo thành. Sơ đồ cấu tạo (Hình 5.25a), các đường sức điện trường (Hình 5.25b) và sơ đồ tương đương (Hình 5.25c) của chạc ba ống dẫn sóng kiểu H. Chạc ba ống dẫn sóng kiểu H có mặt phẳng đối xứng P đi qua giữa nhánh 3 còn gọi là nhánh H, các nhánh còn lại là nhánh 1 và nhánh 2. Do nhánh 1 và nhánh 2 đối xứng nên: s11  s22   s12  s21   Khi kích thích trường vào nhánh 3 (nhánh H) trường sẽ cảm ứng sang nhánh 1 và 2; trường ở hai nhánh này đồng pha với nhau và lệch pha so với trường ở nhánh 3 một góc 900 (do dòng cảm ứng). Vì vậy:

128 s13  s31  i s23  s32  i Và s33   Ma trận tán xạ của chạc ba ống dẫn sóng kiểu H có dạng:   i  S     i  (5.92) i i  Áp dụng tính chất đơn nguyên của ma trận tán xạ ta có :  2  2  2 1 (a) (5.93)  2  2  2  1 (b) *  *  *  0 (c) *  *  *  0 (d) Khi nhánh 3 phối hợp,   0 ; từ (5.93b) ta có 22  1, suy ra   1 . 2 Thay gía trị này vào (5.93a) ta được 2  2 1 / 2 . Thay   1 vào (5.93d) ta được     0 . Kết hợp với kết quả vừa tính 2 được ở (5.93a) ta có hệ phương trình: 2  2  1 / 2     0 Giải hệ phương trình này được kết quả :   1/ 2 ;   1/ 2 Thay giá trị  ,  ,  ,  vào (5.92) ta được : 1 1 i  2   2 1 2  1 1 i 2 2 i   1  S    1 i 2   1  1 i2 (5.94)  2 2  2  i 2 0  i 2  i  0   2 Khi nhánh 1 và nhánh 2 phối hợp   0 ; từ (5.93c) suy ra   0 . Thay   0 vào (5.93a) tính được   1. Thay   0 vào (5.93b) tính được  1. Thay giá trị của  ,  ,  ,  vào (5.92) ta được : 0 1 0 (5.95 S  1 0 0 0 0 1 Kết quả như đối với chạc 3 kiểu E.

129 c) Cầu T kép Cầu T kép có bốn cổng 1, 2, 3, 4, được cấu tạo bởi hai chạc ba ống dẫn sóng kiểu E và kiểu H ghép lại sao cho chúng có cùng mặt phẳng đối xứng P. Sơ đồ cấu tạo của cầu T kép (a) và sơ đồ tương đương (b). Cầu T kép mang đầy đủ tính chất của các chạc ba thành phần, tín hiệu đưa vào và ra ở các cổng có thể tóm tắt theo sơ đồ hình (a). Việc truyền tín hiệu của cầu T kép có thể giải thích trên hình 5.27. Từ hình vẽ ta thấy nếu đưa trường cơ bản vào nhánh 1 thì ở nhánh 2 và 3 tồn tại trường đồng biên, đồng pha; còn ở nhánh 4 có hai thành phần trường đồng biên ngược pha nên triệt tiêu lẫn nhau (hình 5.27a). Tương tự như vậy khi đưa trường vào nhánh 2 (hoặc 3) thì sẽ tồn tại trường trên nhánh 1 và 3 (hoặc 2), không tồn tại trường trên nhánh 4. Nếu đưa trường vào nhánh 4 thì ở nhánh 2 và 3 có trường đồng biên, ngược pha; còn trên nhánh 1 có hai thành phần trường đồng biên, ngược pha, chúng triệt tiêu lẫn nhau (hình 5.27b). Như vậy, nếu kích thích trường vào nhánh 1 trường sẽ không ra ở nhánh 4 và ngược lại, kích thích trường vào nhánh 4 trường sẽ không ra ở nhánh 1. Người ta nói nhánh 1 và nhánh 4 cách li nhau. 2 Nhánh E 1 3 4 1 4 2 (P) 3 Nhánh H (b) (a) Hình 5.26. Cầu T kép (a) 2 // 1 // 1 // 2 // 1 2 3 3 34 4 44 23 4 41 2 32 3 1 (b) (c) 1 Hình 5.27.Trường trong cầu T kép

130 Vì cầu T kép đối xứng và có tính thuận ngịch, với tính chất các chạc ba kiểu E và kiểu H ta có: s24  s42  s34  s43 E (5.96)  H s21  s12  s31  s13 Do các nhánh 1 và 4 cách li nhau nên s14  s41  0 . Ma trận tán xạ có dạng: s11 s12 s13 s14  s11 s21 s12 0   S  s21  s12  s22 s23 s24   s22 s23 s24  (5.97) ss3411 s32 s33 s34  s012 s23 s33 s34  s42 s43 s44  s24 s34 s44    Khi nhánh 1 và nhánh 4 phối hợp s11  s44  0. Theo tính chất đơn nguyên của ma trận tán xạ:  s21 2  s22 2  s23 2  s24 2  1 (5.98)  (5.99)  s31 2  s32 2  s33 2  s34 2 1 Theo tính chất chạc ba kiểu E thì s24  s34  s12 2  s12 2 1 s12  1  2   s34 2 1  s24 2  1 s24  2 Thay (5.99) vào (5.98) tính được s22  s33  s23  0 . Thay các giá trị tính được vào ta được:  0 11 0   22    1 00 1 0 1 1 0 1 0 0   2 2  1 1  (5.100)  S   2 1 0 0 1 1 1  0 0   0   2 2  1 1 0   0 1 1 0   22  Từ (5.100) ta thấy khi nhánh 1 và nhánh 4 phối hợp: - Nếu kích thích trường vào nhánh 1 sẽ có trường ở nhánh 2 và 3 đồng pha, không có trường ở nhánh 4.

131 - Nếu kích thích trường vào nhánh 2 sẽ có trường ở nhánh 1 và 4 đồng pha, không có trường ở nhánh 3. - Nếu kích thích trường vào nhánh 3 sẽ có trường ở nhánh 1 và 4 đồng pha, không có trường ở nhánh 2. - Nếu kích thích trường vào nhánh 4 sẽ có trường ở nhánh 2 và 3 đồng pha, không có trường ở nhánh 1. d) Cầu khe Cầu khe được tạo thành từ hai đoạn ống dẫn sóng chữ nhật giống hệt nhau đặt song song, ghép chung trên thành hẹp. Trên thành hẹp chung có đục một khe với chiều cao bằng chiều cao ống dẫn sóng, có độ dài . Ở giữa khe có một vít kim loại đặt xuyên qua thành rộng có thể điều chỉnh độ dài dung để điều chỉnh phối hợp giữa các nhánh. Ở hai thành hẹp đối diện với khe có đặt hai tấm kim loại mỏng để ngăn sự truyền lan của sóng H30 trong đoạn lỗ chung (hình 5.28). Khi đưa trường H10 vào nhánh 1 sẽ nhận được ở nhánh 3 và 4 hai trường lệch pha nhau. Chọn độ dài thích hợp sẽ nhận được góc lệch pha này là 900, tức là trường ở nhánh 3 đồng pha với trường ở nhánh 1, trường ở nhánh 4 lệch pha so với trường ở nhánh 1 góc 900. Vít điều chỉnh 1 3 2 Miếng kim loại mỏng 4 Hình 5.28. Cầu khe  0 0 s13 s14    Ma trận tán xạ có dạng: S   0 0 s23 s24  (5.101) ss3411 s32 0 0 s42 0  0  Theo nguyên lý hoạt động của cầu khe thì: s14 = is13 ; s23 = is24 ; s32 = is24 ;s41= is13

132  0 0 s13 is13   Do đó: S   0 0 is24 s24  (5.102) iss1133 is24 0 0 s24 0  0  Khi phối hợp không có tiêu hao năng lượng thì từ tính đơn nguyên của ma trận tán xạ ta có: s13 2  s24 2 1; 2 s13 2 1; 2 s24 2 1 Từ đó suy ra: s13  s24  1 2 Nếu chọn các mặt cuối của cầu khe một cách thích hợp ta nhận được ma trận tán xạ đơn giản sau  0 0 1 i  2   0 i 2   i 2 1  0 0 1 i  0 2 2  0 0 i 1 (5.103) 0  1 i 0 0 S   1 0    i 1 0 0      2 i 1 0 0   2 2  Từ (5.103) ta thấy: - Nếu đưa trường vào nhánh 1 sẽ nhận được trường ở nhánh 3 đồng pha, trường ở nhánh 4 lệch pha 900. - Nếu đưa trường vào nhánh 2 sẽ nhận được trường ở nhánh 4 đồng pha, trường ở nhánh 3 lệch pha 900. - Nếu đưa trường vào nhánh 3 sẽ nhận được trường ở nhánh 1 đồng pha, trường ở nhánh 2 lệch pha 900. - Nếu đưa trường vào nhánh 4 sẽ nhận được trường ở nhánh 2 đồng pha, trường ở nhánh 1 lệch pha 900. e) Một vài ứng dụng của các bộ cầu siêu cao tần Các bộ cầu siêu cao được sử dụng nhiều trong tuyến siêu cao. Chúng được làm các bộ chia đôi công suất, bộ quay pha phối hợp, phối hợp trở kháng, bộ cầu trở kháng, bộ trộn tần công bằng, tách sóng pha cân bằng, bộ điều chế cân bằng, bộ phân biệt tần số kiểu Pauda. - Cầu trở kháng Khi kết hợp với các phần tử ferit chúng tạo ra các bộ đảo mạch anten, phân đường thu phát v.v… Sau đây chỉ giới thiệu một vài ứng dụng của các bộ cầu siêu cao dựa trên cầu T kép và cầu khe.

133 Máy phát (1) 2 cực (1) T kép (2) Tải (4) Tinh thể Đồng hồ đo Hình 5.29. Cầu trở kháng Cầu trở kháng được tạo thành từ một cầu T kép, nhánh (1) của cầu được nối với mạng 2 cực cần nghiên cứu, nhánh (2) nối với tải không phản xạ, nhánh (4) được ghép với một phần tử để đo công suất phối hợp, còn nhánh (3) nối với nguồn năng lượng siêu cao tần. Với cầu T kép được phốihợp với máy phát thì công suất trên đồng hồ sẽ cho ta biết mô đun của hệ số phản xạ tại mạng 2 cực cần nghiên cứu theo hệ thức. Pd  P R2 4 Ở đây Pd : công suất đo ở đồng hồ, P: công suất của máy phát, R: hệ số phản xạ của mạng 2 cực. - Bộ trộn tần đối xứng Bộ trộn tần đối xứng thường được dùng trong các máy thu siêu ngoại sai ở siêu cao tần. Nó cấu tạo từ một cầu T kép phối hợp. Trong các nhánh (1) và (2) mắc đi ốt tinh thể phối hợp D1 và D2 , nhánh (4) ghép với anten thu, còn nhánh (3) qua bộ suy giảm mắc với bộ dao động tại chỗ hay bộ dao động tại chỗ. Bộ dao động tại chỗ (3) D2 D1 (2) (1) T kép (4) Hình 5.30. Bộ trộn tần đối xứng Tín hiệu từ anten thu với tần số f1 qua nhánh (4) đi vào 2 đi ốt D1 và D2 , đồng thời dao động tại chỗ với tần số f2 , từ bộ dao động tại chỗ qua bộ suy giảm

134 qua nhánh (3) cũng đưa vào 2 đi ốt D1 và D2 . Bộ suy giảm sẽ điều chỉnh để biên độ sóng từ bộ dao động tại chỗ phù hợp với biên độ tín hiệu thu từ anten để cho 2 đi-ốt thực hiện viêc trộn tần tốt. Ở đầu các đi-ốt D1 và D2 có tín hiệu trung tần với tần số F  f1  f2 và các pha ngược nhau. Các đi ốt này có đầu ra nối với 2 cuộn dây có chiều ngược nhau của biến áp trung tần. Tín hiệu sẽ được khuếch đại ở tầng khuếch đại trung gian cộng lại với nhau, còn tạp âm ở bộ dao động tại chỗ sẽ bị triệt tiêu nhau. Dùng bộ trộn tần cân bằng trong máy thu siêu cao có tác dụng giảm hệ số tạp âm, nên nó hay được sử dụng. - Bộ quay pha phối hợp Bộ quay pha phối hợp được tạo thành từ một cầu khe phối hợp (hình 5.31) Nhánh (1) nối với máy phát, nhánh (2) nối với tải phối hợp, còn ở 2 nhánh (3) và (4) ta gắn 2 pít tông ngắn mạch có cùng mặt phẳng nối tắt dịch chuyển được. C2 C4 (2) b2 (4) H10 a1 (3) (1) C1 C3 Hình 5.31. Bộ quay pha phối hợp Ta gọi  là góc pha tính từ mặt cuối của nhánh (3) và (4) C3 và C1 đến mặt pít tông thì ta có mối quan hệ giữa sóng tới và phản xạ tại các nhánh là: a3  b3e2i a4  b4e2i Vì nhánh (2) là phối hợp với tải nên a2  0 và a1 là sóng truyền vào nhánh (1) và b2 là sóng đi đến tải thì ta có mối quan hệ sau:  b1  0 0 1 i  a1  b2  0 1     1 0 i   0  bb43  2 1 i 0 0 a 3    1 0 0 a 4    i  Từ đó ta rút ra được:  ia1e2i  a ei 2   2  b2 1 Tức là khi thay đổi vị trí của pít tông thì ta đã thay đổi được pha của sóng đi đến tải. Bộ quay pha này rất thuận tiện khi lắp ráp trong tuyến siêu cao.

135 - Phối hợp trở kháng Người ta sử dụng một cầu khe để tạo ra một bộ phối hợp trở kháng. Nó có cấu tạo nhánh (1) lắp với máy phát, nhánh (2) lắp với tải cần được phối hợp trở kháng, còn nhánh (3) và (4) lắp với pít tông ngắn mạch có thể dịch chuyển tùy ý như hình 5.32. Ta cũng gọi các góc pha 3 và 4 giữa các mặt cuối C3 và C4 ở các nhánh (3) và (4) với mặt pít tông, thì có: a3  b3e2i3 a4  b4e2i4 Với ma trận tán xạ [S] của cầu khe và quan hệ giữa các sóng phản xạ và tới các nhánh, ta có:  b1  0 0 1 i  a1  b2  0  a    1 0 i 1   2  bb34  2 1 i 0 0 a 3    1 0 0 a 4    i  Do tải ở nhánh (2) là chưa phối hợp nên có sóng phản xạ a2 . Để ở nhánh (1) được phối hợp, tức là có điều kiện để b1  0, từ biểu thức trên ta rút ra: b3e2i3  ib4e2i4 . Hay ta có biểu thức: 1 i a2 a1  e2i4 3  1i a2 a1 Điều kiện trên có thể thực hiện được vì mô đun của nó bằng đơn vị. Rõ ràng với tải đã cho, ta sẽ có tỉ số a2 và chọn một cách thích hợp các vị a1 trí của 2 pít tông ngắn mạch theo điều kiện, sẽ đạt được sự phối hợp ở nhánh (1). C2 C4 (2) a2 (4) (1) a1 b1 (3) C1 C3 Hình 5.32. Phối hợp trở kháng sử dụng cầu khe

136 5.2.4 Bộ ghép định hướng, các phần tử siêu cao tần có ferit a) Bộ ghép định hướng - Khái niệm Cho một mạng tám cực với các nhánh 1, 2, 3, 4 (hình 5.29). Ta nhóm các nhánh lại thành hai nhóm: nhóm I gồm các nhánh 1 và 2; nhóm II gồm các nhánh 3 và 4. Ta nói mạng tám cực này là một bộ ghép định hướng nếu các nhánh của mỗi nhóm hoàn toàn cách li khi các nhánh của nhóm kia được phối hợp. Ví dụ: Nếu ta nối vào các nhánh 3 và 4 các tải không phản xạ, cho trường vào nhánh 1 thì không có trường ra nhánh 2. Ngược lại, nối vào nhánh 1 và nhánh 2 các tảu không phản xạ, đưa trường vào nhánh 4 sẽ không có trường ra nhánh 3. 13 24 Hình 5.33. Mạng tám cực Các điều kiện trên được thể hiện bởi hệ thức: s12  s21  s34  s43  0 Ma trận tán xạ của bộ ghép định hướng có dạng: s11 0 s13 s14     S  0 s22 s23 s24  (5.104) ss3411 s32 s33 0 s42 0  s44  Với mạng tám cực như hình 5.33, nếu ta chọn nhánh 1 là nhánh vào thì nhánh 3 là nhánh ra, nhánh 4 là nhánh ghép định hướng và nhánh 2 là các nhánh cách li. b) Các tính chất Các bộ ghép định hướng có ba tính chất sau: - Các hệ số phản xạ của bộ ghép định hướng có cùng module: s11  s22  s33  s44 (5.105) - Nếu bộ ghép định hướng đối xứng để cho s14 = s23 và s13 = s24 thì nó hoàn toàn phối hợp, tức là: s11  s22  s33  s44 (5.106) - Một mạng tám cực thuận nghịch và hoàn toàn phối hợp là một bộ ghép định hướng.

137 Để đặc trưng cho bộ ghép định hướng thực, người ta dùng hai khái niệm là hệ số ghép (hay hệ số phân mạch) C và hệ số định hướng D: Hệ số ghép là tỉ số của biên độ sóng tới với biên độ sóng ở nhánh ghép tính theo dexibel: C  20lg a1 (dB) (5.107) b4 Hệ số định hướng là tỉ số biên độ sóng ở nhánh ghép và biên độ sóng ở nhánh cách li tính theo dexibel: D  20lg b4 (dB) (5.108) b2 Ở đây sóng vào ở nhánh 1, ra ở nhánh 3, một phần năng lượng sẽ sang nhánh ghép định hướng 4 và phản xạ sang nhánh cách li 2. c) Cách ghép Để ghép ống sóng phụ với ống sóng chính có thể dùng cách ghép lỗ hoặc ghép khe. Độ ghép phụ thuộc vào vị trí đặt lỗ ghép (khe ghép). Nếu vị trí đặt lỗ ghép có cường độ trường lớn thì độ ghép lớn và ngược lại. Bộ ghép định hướng có thể thực hiện trên thành hẹp chung (Hình 5.34a), trên thành rộng chung song song (Hình 5.34b) hoặc thành rộng chung vuông góc (Hình 5.34c). (c) (a) (b) 3 A /4 2 B 4 1 Hình 5.34. Các cách ghép Về nguyên tắc hoạt động: xét bộ ghép định hướng có thành rộng chung vuông góc (hình 5.34c). Hai lỗ A và B có thể là lỗ tròn hoặc lỗ chữ thập, tâm của chúng cách nhau khoảng  / 4 và cách thành hẹp của ống dẫn sóng một khoảng mà tại đó từ trường của trường H10 có phân cực tròn. Khi truyền sóng cơ bản H10 vào nhánh 1 thì tại vị trí lỗ A, từ trường của nó là phân cực tròn quay phải. Qua lỗ A sóng được kích thích qua ống dẫn sóng phụ, nhìn theo chiều từ nhánh 2 sang nhánh 4 thì từ trường của sóng cũng quay

138 phải nên năng lượng sóng kích thích sẽ đi theo chiều vào nhánh 4. Còn nhìn theo hướng ngược lại từ nhánh 4 sang nhánh 2 thì tại lỗ A từ trường của sóng sẽ quay trái không phù hợp với chiều quay phân cực của sóng kích thích nên không có sóng truyền theo hướng này. Vì hai ống dẫn sóng đặt vuông góc với nhau nên sóng trong ống dẫn sóng phụ chậm pha hơn sóng trong ống dẫn sóng chính một góc 90o . Như vậy, chỉ riêng với lỗ A bộ ghép đã có tính định hướng. Tại lỗ B, từ trường của sóng kích thích ở ống dẫn sóng chính là phân cực tròn quay trái, đồng thời đối với sóng được kích thích trong ống dẫn sóng phụ theo chiều từ nhánh 2 sang nhánh 4 trường cũng phân cực tròn quay trái nên sóng truyền theo hướng vào nhánh 4. Còn nhìn theo chiều ngược lại từ nhánh 4 sang nhánh 2 thì sóng có từ trường phân cực tròn quay phải, không phù hợp với chiều quay phân cực của sóng kích thích nên sóng không truyên sang nhánh 2. Ở đây sóng trong ống dẫn sóng phụ qua lỗ B cũng nhanh pha hơn sóng trong ống dẫn sóng chính một góc 90o . Như vậy sóng ở ống dẫn sóng phụ tại nhánh 4 sẽ đồng pha, nói cách khác có 2 lỗ A và B làm tăng tính định hướng của bộ ghép. Bộ ghép định hướng thương làm thiết bị trích năng lượng để đo đạc, kiểm tra,... mà không phải ngăn đường truyền cơ bản. b) Các phần tử siêu cao tần có ferit - Bộ quay mặt phẳng phân cực 1800 Bộ quay mặt phẳng phân cực là một mạng bốn cực có tính chất: khi truyền sóng siêu cao tần từ nhánh 1 sang nhánh 2 thì góc pha quay 1800, còn khi truyền sóng theo chiều ngược lại từ nhánh 2 sang nhánh 1 thì pha không đổi. Cấu tạo bộ quay mặt phẳng phân cực gồm một đoạn ống dẫn sóng tròn, hai đầu nối với hai đoạn chuyển tiếp thành ống dẫn sóng chữ nhật. Phía nhánh 1 thành rộng của ống dẫn sóng chữ nhật được xoắn 900 sang trái theo chiều từ nhánh 1 sang nhánh 2. Ở giữa trục của đoạn ống dẫn sóng tròn đặt một thanh ferit quay pha 900 sang trái, hình trụ tròn nhọn hai đầu để tránh phản xạ (hình 5.35a). Khi truyền sóng vào nhánh 1 véc-tơ E khi qua đoạn xoắn ống bị quay pha 90o sang trái, khi qua thanh ferit tiếp tục quay pha sang trái 90o rồi dưa ra nhánh 2. Như vậy véc-tơ E ở nhánh 1 và nhánh 2 lệch pha nhau 180o (hình 5.35b). Khi truyền sóng vào nhánh 2 khi qua thanh ferit véc-tơ E bị quay pha sang trái 90o , sau đó qua đoạn xoắn ống bị quay pha 90o sang phải rồi đưa ra nhánh 1. Như vậy sau hai lần quay pha 90o thì chiều ngược nha véc-tơ E ở nhánh 2 và nhánh đồng pha (hình 5.35c).

139 Dưới đây là sơ đồ miêu tả bộ quay pha mặt phẳng phân cực 1800 a) 1 900 2 900 b) 1 900(t) 900(t) 2 c) 2 900(t) 900(p) 1 Hình 5.35. Bộ quay mặt phẳng phân cực - Bộ quay phân cực 900 khi không có bộ quay mặt phẳng phân cực a) 1 900 2 b) 1 900 2 c) 2 900 1 Hình 5.36. Bộ quay phân cực 900 Cấu tạo bộ quay phân cực 90o gồm một đoạn ống dẫn sóng tròn, hai đầu nối với hai đoạn chuyển tiếp thành ống dẫn sóng chữ nhật sao cho thành rộng của chúng vuông góc với nhau. Ở giữa trục của đoạn ống dẫn sóng tròn đặt một thanh ferit quay pha 900 hình trụ tròn nhọn hai đầu để tránh phản xạ (hình 5.36a). Truyền sóng vào nhánh 1 qua thanh ferit quay pha 90o rồi đưa ra nhánh 2 có thành rộng vuông góc với thành rộng của nhánh 1 nên phù hợp với véc-tơ E sau khi quay pha 90o (hình 5.36b). Truyền sóng vào nhánh 2 cũng tương tự (hình 5.36c). Như vậy véc-tơ E trên nhánh 1 và nhánh 2 luôn lệch pha nhau 90o . - Bộ dẫn một chiều Cấu tạo bộ dẫn một chiều gồm một đoạn ống dẫn sóng tròn, hai đầu nối với hai đoạn chuyển tiếp thành ống dẫn sóng chữ nhật. Phía nhánh 1 thành rộng

140 của ống dẫn sóng chữ nhật được xoắn 450. Ở giữa trục của đoạn ống dẫn sóng tròn đặt một thanh ferit quay pha 450 ngược chiều với chiều xoắn ống, hình trụ tròn nhọn hai đầu để tránh phản xạ (hình 5.37a). a) 1 450 2 450 b) 1 450(t) 450(p) 2 c) 2 450(p) 900(p) 1 Hình 5.37. Bộ dẫn một chiều Khi truyền sóng vào nhánh 1 véc-tơ E qua hai lần quay pha 450 nhưng ngược chiều nhau rồi đưa đến nhánh 2. Như vậy véc-tơ E ở nhánh 1 và nhánh 2 đồng pha. Khi truyền sóng vào nhánh 2 véc-tơ E qua hai lần quay pha 450 cùng chiều rồi đưa đến nhánh 1. Tại nhánh 1 véc-tơ E song song với thành rộng của ống dẫn sóng nên bị tổn hao hết. Như vậy sóng không truyền theo chiều từ nhánh 2 sang nhánh 1. - Bộ chuyển mạch tuần hoàn kiểu pha  1 2 3 Cầu khe 1 Cầu khe 2 4 Hình 5.38. Bộ chuyển mạch tuần hoàn Bộ chuyển mạch tuần hoàn kiểu pha là một mạng tám cực được cấu tạo từ hai bộ cầu khe ống dẫn sóng và một bộ quay pha không thuận ghịch ghép với nhau (hình 5.38). Bộ quay pha không thuận nghịch làm quay pha một góc  =  theo chiều từ nhánh 1 sang nhánh 2. Cầu khe làm lệch pha 900. Bộ chuyển mạch tuần hoàn làm việc theo chu trình: 12341 Khi đưa sóng vào nhánh 1: - Sóng truyền sang nhánh 2 bằng hai đường: + Đường thứ nhất qua bộ quay pha 1800 đến nhánh 2;

141 + Đường thứ hai qua cầu khe 1 làm lệch pha 900 qua cầu khe 2 tiếp tục bị lệch pha 900 nữa, tổng lệch pha khi đến nhánh 2 là 1800; đồng pha với sóng đi theo đường thứ nhất, chúng được cộng lại. - Sóng truyền sang nhánh 4 cũng bằng hai đường; + Đường thứ nhất qua cầu khe 1 làm lệch pha 900 rồi đến nhánh 4; + Đường thứ hai đi qua bộ quay pha 1800, qua cầu khe 2 tiếp tục bị lệch pha 900 nữa, đến nhánh 4 lệch pha tổng cộng là 2700; ngược pha với sóng đi theo đường thứ nhất, chúng triệt tiêu nhau. Như vậy khi đưa sóng vào nhánh 1, sóng sẽ truyền sang nhánh 2; sóng ở nhánh 2 ngược pha với sóng ở nhánh 1. Khi đưa sóng vào nhánh 2: - Sóng truyền sang nhánh 3 bằng hai đường: + Đường thứ nhất qua bộ quay pha không thuận nghịch, do truyền ngược chiều nên bộ quay pha không làm việc; qua cầu khe 1 làm lệch pha 900 rồi đến nhánh 3; + Đường thứ hai qua cầu khe 2 làm lệch pha 900 rồi đến nhánh 3; đồng pha với sóng đi theo đường thứ nhất, chúng được cộng lại. - Sóng truyền sang nhánh 1 bằng hai đường: + Đường thứ nhất qua cầu khe 2 làm lệch pha 900, qua cầu khe 1 bị lệch pha tiếp 900 rồi đến nhánh 1 với lệch pha tổng cộng là 1800; + Đường thứ hai đi qua bộ quay pha 1800 không làm việc đến nhánh 1 sóng không bị quay pha, nó ngược pha với sóng đi theo đường thứ nhất chúng triệt tiêu lẫn nhau. Như vậy khi đưa sóng vào nhánh 2, sóng sẽ truyền sang nhánh 3; sóng ở nhánh 3 lệch pha với sóng ở nhánh 1 góc 900. Khi đưa sóng vào nhánh 3: - Sóng truyền sang nhánh 4 bằng hai đường: + Đường thứ nhất truyền thẳng từ nhánh 3 sang nhánh 4, không lệch pha; + Đường thứ hai đi qua cầu khe 1 làm lệch pha 900, qua bộ quay pha làm lệch pha 1800, qua cầu khe 2 tiếp tục làm lệch pha 900 nữa, tổng lệch pha đến nhánh 4 là 3600; đồng pha với sóng đi theo đường thứ nhất, chúng được cộng lại. - Sóng truyền sang nhánh 2 bằng hai đường: + Đường thứ nhất qua cầu khe 2 làm lệch pha 900 rồi đến nhánh 2; + Đường thứ hai qua cầu khe 1 làm lệch pha 900, qua bộ quay pha làm lệch pha 1800, đến nhánh 2 lệch pha tổng cộng là 2700, ngược pha với sóng đi theo đường thứ nhất, chúng triệt tiêu nhau. Như vậy khi đưa sóng vào nhánh 3, sóng sẽ truyền sang nhánh 4; sóng ở

142 nhánh 4 đồng pha với sóng ở nhánh 3. Khi đưa sóng vào nhánh 4: - Sóng truyền sang nhánh 1 bằng hai đường: + Đường thứ nhất qua cầu khe 2 làm lệch pha 900, qua bộ quay pha không thuận nghịch không làm việc do truyền ngược chiều rồi đến nhánh 1; + Đường thứ hai qua cầu khe 1 làm lệch pha 900 rồi đến nhánh 1; đồng pha với sóng đi theo đường thứ nhất, chúng được cộng lại. - Sóng truyền sang nhánh 3 bằng hai đường: + Đường thứ nhất truyền thẳng từ nhánh 3 sang nhánh 4, không lệch pha; + Đường thứ hai qua cầu khe 2 làm lệch pha 900, qua bộ quay pha không thuận nghịch không làm việc, qua cầu khe 1 làm lệch pha tiếp 900 rồi đến nhánh 3. Tổng cộng là 1800, nó ngược pha với sóng đi theo đường thứ nhất chúng triệt tiêu lẫn nhau. Như vậy khi đưa sóng vào nhánh 4, sóng sẽ truyền sang nhánh 1; sóng ở nhánh 1 lệch pha với sóng ở nhánh 4 góc 900. Bộ chuyển mạch tuần hoàn kiểu pha thường được dùng để phân cách rãnh thu và rãnh phát khi máy thu và máy phát dùng chung anten: Người ta nối máy phát vào nhánh 1, máy thu vào nhánh 3 còn anten vào nhánh 2. Khi máy phát làm việc năng lượng từ máy phát (nhánh 1) chỉ đưa ra anten (nhánh 2) mà không đưa sang máy thu (nhánh 3). Khi thu, năng lượng nhận được trên anten (nhánh 2) chỉ đưa về máy thu (nhánh 3) mà không đưa sang máy phát (nhánh 1). 5.2.5. Đèn Klistron trực xạ và phản xạ a) Đèn Klistron trực xạ Đèn Klistron là một loại linh kiện đèn điện tử hiện vẫn còn đang được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật siêu cao tần do khả năng tạo ra công suất lớn, hiệu suất cao với một dải tần số tương đối rộng. Đèn Klistron bao gồm hai loại: đèn Klistron trực xạ và đèn Klistron phản xạ.Nguyên lý hoạt động của chúng có những điểm tương đồng nhau. Cấu tạo: Đèn gồm 1 vỏ thủy tinh, có cực Katốt, cực Anốt, hốc cộng hưởng 1 và 2, cực góp collector, giữa hốc cộng hưởng 1 và 2 là không gian quán tính; cấu tạo được mô tả trên hình 5.40. Nguyên lý làm việc: - Đèn Klistron trực xạ được sử dụng trong mạch khuếch đại siêu cao tần công suất lớn, dựa trên nguyên lý điều chế vận tốc và điều chế cường độ dòng điện của chùm tia electron. Đèn có hai hốc cộng hưởng 1 và 2, đặt thẳng hàng lần lượt trên đường đi của chùm tia electron.

143 Vùng không gian Hốc cộng Hốc cộng hưởng 1 Mật độ của điện tích hưởng 2 Ka-tốt Collector B0 Chùm điện tử U0 Anốt Sóng siêu cao tần vào Sóng siêu cao tần ra (Tín hiệu RF vào) (Tín hiệu RF ra) Hình 5.40. Đèn Klistron trực xạ - Khi Katốt được sưởi nóng và có điện thế ban đầu - B0, các electron bức xạ bởi Katốt đã có một vận tốc ban đầu. Chúng được một điện cực Anốt, mang điện thế - U0, dương hơn so với - B0, gia tốc và do đó chúng di chuyển thành một chùm tia với vận tốc đều nhau V0. Hốc cộng hưởng 1, đặt trên đường đi của chùm tia electron (có tiết diện dạng lưới, cho phép chùm tia electron xuyên qua), nhận một tín hiệu RF ở siêu cao tần từ bên ngoài và tạo ra một hiệu điện thế siêu cao tần giữa hai chùm vách của hốc cộng hưởng (cách nhau khoảng d). Khi chùm electron đi xuyên qua hốc cộng hưởng 1, hiệu điện thế này có tác dụng gia tốc thêm cho các electron ở bán kỳ dương hoặc làm giảm vận tốc của electron ở bán kỳ âm. Kết quả là các electron được gia tốc sẽ di chuyển nhanh và bắt kịp các electron phía trước, các electron bị giảm vận tốc sẽ di chuyển chậm lại và gặp các electron phía sau. Khi hiện tượng trên xảy ra tuần tự liên tiếp, chùm electron ban đầu sẽ lần lượt bị kết nhóm electron sau khi ra khỏi hốc cộng hưởng 1 và các nhóm electron này di chuyển trong vùng không gian giữa hộc cộng hưởng 1 và hốc cộng hưởng 2. - Khi các nhóm electron này đi xuyên qua hốc cộng hưởng 2, sự dịch chuyển thành nhóm của hạt mang điện sẽ tương đương dòng điện bị điều chế cường độ và do đó cảm ứng hiệu điện thế RF ở tần số cao trong hốc. Hiệu thế này đồng dạng với tín hiệu RF vào, sẽ được lấy ra từ hốc cộng hưởng 2 (tín hiệu RF ra), nhờ vậy ta tạo được mạch khuếch đại siêu cao tần. Các electron sau khi ra khỏi hốc cộng hưởng 2 sẽ được thu nhận bởi điện cực collector. Đèn Klistron trực xạ có một số đặc tính kỹ thuật chính như sau: - Hiệu suất công suất: trong lý thuyết hiệu suất công suất  = Pout/Pin có thể

144 đạt cực đại đến 58%, nhưng trong thực tế  thường đạt từ 15% đến 30%. - Công suất phát lớn, có thể đạt đến 500 kW với tín hiệu liên tục và hàng chục MW cho tín hiệu xung, tại các tần số từ 10 GHz đến 20 GHz. - Hệ số khuếch đại công suất lớn, có thể đạt đến 40 dB. Ứng dụng: tạo ra tín hiệu siêu cao tần b) Đèn Klistron phản xạ Với đèn Klistron trực xạ, năng lượng của chùm tia electron khi ra khỏi hộc cộng hưởng 1 sẽ được trao cho hốc cộng hưởng 2. Nếu cấu trúc chỉ có một hốc cộng hưởng và tia electron sau khi ra khỏi hốc cộng hưởng này sẽ bị đẩy ngược trở lại vào hốc cộng hưởng đó một lần nữa sẽ có khả năng xảy ra hồi tiếp dương của tín hiệu điều chế vận tốc của các nhóm electron trong quá trình trên (nếu tổng quãng đường đi tương ứng với độ trễ pha là bội số của 2). Lúc này đèn Klistron sẽ tạo ra dao động siêu cao tần. Đây là loại đèn Klistron phản xạ. - Cấu tạo: Đèn gồm một vỏ thủy tinh, có cực Katốt (1), lưới tăng tốc (2), hộp cộng hưởng (3), cực phản xạ (4) và bộ ghép năng lượng (5); Cấu tạo được mô tả trên hình 5.41. Cực phản xạ (4) Phòng phản xạ Hệ thống Vòng lối cộng hưởng (3) Lưới tăng tốc (2) Ka-tốt (1) Hình 5.41. Đèn Klistron phản xạ Đèn Klistron phản xạ được dùng để làm các bộ nguồn tín hiệu siêu cao tần công suất thấp (từ 10mW đến 500mW) với dải tần số từ 1GHz đến 25GHz. Hiệu suất của đèn đạt từ 20% đến 30%. Đèn Klistron phản xạ có thể được sử dụng trong phòng thí nghiệm để thực tập, đo lường siêu cao tần hoặc có thể làm bộ dao động nội của máy thu trong các thiết bị radar, tên lửa quân sự, dân dụng hoặc hàng không. Nguyên lý làm việc: Tín hiệu đưa vào Katốt (1) qua cực tăng tốc (2) đến hộp cộng hưởng (3) các điện tử bị điều tốc tạo thành nhóm điện tử, nhờ cực

145 phản xạ (4) nhóm điện tử này rơi vào trường cản, tại đây sẽ xảy ra hiện tượng tương tác, trao đổi và nhận năng lượng. Phải điều khiển sao cho các chùm điện tử rơi vào hộp cộng hưởng. Hộp cộng hưởng giữ hai vai trò: tạo nhóm điện tử và nhận năng lượng từ các nhóm điện tử phản xạ. 5.2.6 Đèn sóng chạy và diode a) Đèn sóng chạy Đèn sóng chạy (TWT: Traveling-Wave Tube) cũng là một loại linh kiện siêu cao tần, được sử dụng trong mạch khuếch đại RF công suất cao hoặc mạch tạo sóng có công suất trung bình và dải tần số rộng. Dải tần số hoạt động từ 300MHz đến 50GHz, hệ số khuếch đại khoảng 70dB. Có hai loại đèn sóng chạy: đèn sóng chạy dùng phần tử làm chậm sóng hình xoắn và đèn sóng chạy dùng các hốc cộng hưởng ghép. Chúng ta chỉ khảo sát đèn sóng chạy dùng phần tử làm chậm hình xoắn. Hình 5.42. Đèn sóng chạy hình xoắn - Cấu tạo: đèn sóng chạy hình xoắn được cấu tạo gồm các phần tử: (1) súng điện tử; (2) đầu vào RF; (3) nam châm;(4) bộ suy giảm; (5) lõi xoắn; (6) đầu ra RF; (7) ống chân không; (8) collector được thể hiện trên hình 5.42 - Nguyên lý làm việc: Đèn gồm một Katốt nung nóng bức xạ chùm tia electron, được gia tốc bởi cực Anốt và hấp thụ bởi cực thu. Khối hội tụ dùng từ trường có tác dụng làm hội tụ thành chùm tia electron khi chúng đi qua vùng cấu trúc làm chậm sóng. Cấu trúc này thường có dạng xoắn, thực chất là một ống dẫn sóng, là nơi ta đặt tín hiệu siêu cao tần vào. Khi tín hiệu siêu cao tần này lan truyền dọc theo đường ống xoắn, vô hình chung sẽ tạo một điện trường hướng dọc theo trục của ống xoắn. Điện trường này cũng lan truyền dọc trục với vận tốc được tính gần đúng bằng vận tốc lan truyền của sóng dọc theo chu vi mỗi vòng xoắn. Khi chùm tia electron di chuyển dọc theo trục ống xoắn, sẽ xảy ra sự tương tác giữa điện trường vì: các electron đi vào tại thời điểm bán kỳ dương của điện trường sẽ được gia tốc trong khi các electron đi vào tại thời điểm bán kỳ âm sẽ bị giảm tốc. Kết quả là sẽ xảy ra sự kết nhóm của chùm tia electron. Người ta tính toán sao cho các nhóm electron này ra khỏi ống xoắn tại thời điểm vuông

146 pha với điện trường, do đó động năng của chúng được chuyển thành năng lượng của tín hiệu trong ống xoắn. Quá trình này được ứng dụng để khuếch đại tín hiệu siêu cao tần hoặc tạo dao động, tương tự như đối với đèn Klistron. Tuy nhiên, sự khác biệt chính giữa hai loại đèn này là trong đèn sóng chạy, sự tương tác giữa chùm tia electron và điện trường xảy ra liên tiếp dọc suốt chiều dài di chuyển của chùm tia trong khi trong đèn Klistron sự tương tác chỉ xảy ra tại đúng thời điểm khi tia electron đi ngang qua khe của hốc cộng hưởng. b) Diode PIN Diode bán dẫn PIN gồm có một bản silic cao ôm phẳng, ở hai mặt phẳng đầu có trộn tạp chất là Bo (để tạo ra vùng dẫn loại p) và phốt pho (để tạo ra vùng bán dẫn loại n ). Vùng cao ôm ở giữa được gọi là vùng i rất nghèo điện tích tự do.Diode trong trường hợp này không cho qua tín hiệu siêu cao tần, nó ở chế độ ngắt mạch. Khi đặt thiên áp thuận lên diode thì hàng rào thế của các lớp chuyển tiếp hạ thấp làm cho các điện tử và lỗ trống phun từ vùng n và vùng p vào vùng i làm cho diode thông. Trạng thái này diode được biểu diễn bởi sơ đồ ở Hình 5.43d. Trong trạng thái thông diode PIN cho qua tín hiệu siêu cao có dòng khá lớn. Ta dùng hai trạng thái thông và tắt của diode PIN cùng các tham số của nó khi mắc vào đường truyền siêu cao sẽ tạo ra các thiết bị điều khiển sự truyền sóng mong muốn như các bộ chuyển mạch và quay pha. p C_ iR L n Ci r _ r (a) (b) (c) (d) Hình 5.43. Diode PIN c) Diode tunnel Hiệu ứng Tunnel xảy ra trên các hạt mang điện tại tiếp xúc p-n mật độ rất cao, không giống như hiệu ứng điện trường thông thường trong lớp bán dẫn (các hạt mang điện dịch chuyển dưới tác dụng của một điện trường bên ngoài và thời gian dịch chuyển qua vùng tiếp xúc bằng bề rộng vùng tiếp xúc chia cho vận tốc của hạt), mà do sự dịch chuyển lượng tử của các hạt nhân trên cùng một mức năng lượng. Diode Tunnel được sử dụng nhiều trong mạch khuếch đại, mạch dao động siêu cao tần, mạch flip-flop dùng trong bộ nhớ. Lý do chính là kích thước nhỏ, giá thành hạ, tốc độ cao, công suất tiêu thụ thấp, nhiễu thấp và tỉ số dòng điện đỉnh – thung lũng rất cao.

147 - Nguyên lý hoạt động Vùng dẫn Chứa đầy elEctron (vùng dẫn n) Ec Vùng cấm EFn Ev PN EFp Vùng hóa trị Trạng thái hở mạch Không chứa Vùng tiếp xúc electron (vùng Bán dẫn p Bán dẫn n hóa trị p) Hình 5.44. Diode tunnel ở trạng thái hở mạch Diode tunnel là diode tiếp xúc p-n có điện trở âm. Mật độ tạp chất ở cả hai vùng bán dẫn p và n rất cao (khoảng từ 1025 đến 1026 nguyên tử/m3) và bề dày miền rào thế tiếp xúc rất nhỏ (khoảng từ 100 Ao đến 10-6 cm). Theo quy luật thông thường, một hạt mang điện không thể vượt qua rào thế tiếp xúc trừ khi nó tích lũy đủ mức năng lượng lớn hơn hàng rào thế năng này. Tuy nhiên, khi bề dày của miền rào thế tiếp xúc quá nhỏ, có thể xảy ra trường hợp các hạt mang điện chui xuyên qua miền rào thế (hiệu ứng đường hầm tunnel) dù rằng động năng của hạt chưa đủ lớn. Chúng ta hãy quan sát Hình 5.44, diode tunnel ở trạng thái hở mạch (trạng thái tĩnh). Do mật độ tạp chất ở hai vùng pvà n rất cao nên khi chúng tạo thành vùng tiếp xúc chung mức Fermi EF ở cả hai bên lấn sâu vào vùng hóa trị p và vùng dẫn n và phải bằng nhau), vùng hóa trị của bán dẫn p lại có mức năng lượng cao hơn vùng dẫn của bán dẫn n. Hiệu ứng Hiệu ứng chui hầm chui hầm Hình 5.45. Các hiệu ứng của Diode tunnel