BÁO cáo THIẾT kế ANTEN LOA thiết kế anten loa

Ì1 =lj BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ - ĐHQG HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THƠNG BÁO CÁO THIẾT KẾ ANTEN LOA NHĨM :4 Thành viên thực : Giảng viên môn: Dương Văn Hùng (Leader)-18020591 TS.Trần Cao Quyền Vũ Đức Thành-18021190 Vũ Oanh-18020987 Nguyễn Đức Mạnh-18020875 Phan Đức Quang-18021055 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Sự bùng nổ nhu cầu thơng tin vơ tuyến nói chung thơng tin di động nói riêng năm gần thúc đẩy phát triển công nghệ truyền thông vô tuyến Trước hết phải kể đến Anten loa Nhờ ưu điểm bật nó, mà Anten loa lựa chọn làm Anten hệ thống tin vô tuyến như: Điện thoại di động cầm tay, kỹ thuật đo lường từ xa Các ưu điểm Anten loa kể đến như: có khối lượng kích thước nhỏ, bề dày mỏng, chi phí sản xuất hàng loạt, có khả phân cực tuyến tính với kỹ thuật tiếp điện đơn giản, đường cung cấp linh kiện phối hợp trở kháng sản xuất đồng thời với việc chế tạo Anten hỗ trợ hai, tuyến tính phân cực trịn Bên cạnh ưu điểm vượt trội, Anten loa cịn số khuyết điểm cần khắc phục là: Băng thông hẹp, vấn đề dung sai, số Anten có độ lợi thấp, khả tích trữ cơng suất thấp Tuy nhiên nay, có nhiều ứng dụng địi hỏi anten phải có kích thước nhỏ, băng thơng rộng đồng thời lại phải có khả hoạt động nhiều dải tần khác Nhận thấy tầm quan trọng vấn đề nên nhóm định chọn đề tài : "Thiết kế Anten loa" làm đề tài nhóm Mục đích nghiên cứu Mục tiêu đề tài tập trung nghiên cứu, thiết kế mô Anten loa Đối tượng phạm vi nghiên cứu Anten loa Phương pháp nghiên cứu Lý thuyết kết hợp với mô Anten loa Bố cục đề tài Ngoài phần mở đầu, kết luận, hướng phát triển đề tài tài liệu tham khảo, bao gồm chương: - I : Tổng quan lý thuyết anten - II : Tổng quan lý thuyết anten loa - III: Thiết kế, mô anten loa - IV: Tài liệu tham khảo Tổng quan tài liệu nghiên cứu Tài liệu nghiên cứu tập hợp báo, sách tham khảo, luận văn trích dẫn suốt luận văn liệt kê phần tài liệu tham khảo cuối báo cáo mi • Ấ J Ấ À Thiết kê anten loa I II III THIẾT KẾ ANTEN LOA I Lý thuyết chung ANTEN l.Giới thiệu IV - Vai trò anten : Là thiết bị xạ sóng điện từ khơng gian thu nhận sóng điện từ từ khơng gian bên ngồi V VI + Anten phát: Biến đổi tín hiệu điện cao tần từ máy phát thành sóng điện từ tự lan truyền không gian VII + Anten thu: Tập trung lượng sóng điện từ khơng gian thành tín hiệu điện cao tần đưa đến máy thu VIII IX X XI - Các loại anten : Hình 1: Hình ảnh minh họa XII XIII Hình 2: Một số loại anten XIV - Q trình vật lý xạ sóng điện từ XV + Điện trường xoáy : Là điện trường có đường sức khơng bị ràng buộc với điện tích tạo mà tự thân chúng khép kín XVI + Điều kiện tạo sóng điện từ : Quy luật điện từ trường biến thiên, điện trường xoáy biến thiên sinh từ trường biến đổi Bản thân từ trường biến đổi lại sinh điện trường xốy Q trình lặp lại sóng điện từ hình thành XVII XIX XVIII Hình 3: Q trình truyền lan sóng điện XX - Q trình vật lý xạ sóng điện từ XXI + Khảo sát trình xạ XXII II Tổng quan lý thuyết anten loa 2.1 Sự phát xạ từ đầu hở ống dẫn sóng chữ nhật 2.1.1 Trường mặt mở ống dẫn sóng chữ nhật Bài toán phát xạ từ đầu hở ống dẫn sóng chữ nhật chưa giải chặt chẽ, giải phương pháp gần Khi đó, người ta giả thiết rằng, phần đầu ống dẫn sóng truyền loại sóng H10 Để loại trừ sóng khác kích thước ống dẫn sóng phải thỏa mãn điều kiện: XXIII XXV XXIV Trên mặt mở (Hình 2.1) xảy phản xạ phần Ngồi sóng (H10) cịn xuất sóng bậc cao bị tắt dần, trường mặt mở có cấu trúc khác với trường phần đầu ống dẫn sóng Trên mặt ngồi thành ống dẫn sóng cịn xuất dòng mặt Thực tế cho thấy với mức độ gần sóng bậc cao dịng mặt ngồi ống dẫn sóng khơng cần xét đến ta giả thiết trường mặt mở (z = 0) có cấu trúc phần ống dẫn sóng XXVI XXVIII XXVII Hình 2.1: Đầu hở ống dân sóng chữ nhật XXIX ' XXX < XXXII Ev =(l a =-(l-ri)ậ-^Lcos(^x) a XXXI Po Ao H = -(1 - r,) ^- ^- sin(- x) XXXIII pữ 2a a + ri)Ecos(—x) XXXIV Ở đây: ri hệ số phản xạ từ mặt mở (theo sóng bản); XXXV p = ẠJ— = 120sr (đôi với chân không); XXXVI Ặo: Bước sóng sóng H10 ống dẫn sóng hình chữ nhật Như vậy, với giả thiết gần mặt mở ống dẫn sóng chữ nhật mặt đồng pha phân bố biên độ mặt phẳng điện cosin mặt phẳng từ r xác định thực nghiệm theo công thức gần đúng: XXXVII XXXVIII (2.2) XXXIX Các thành phần ngang điện từ trường mặt mở liên quan với hệ thức: XL XLI XLII Nếu ý tới (2.2) thì: (2.3) 2.1.2 Đặc trưng hướng XLIII Phân bố trường mặt mở phân bố tách biến, đặc trưng hướng mặt phẳng điện tìm theo phương pháp mặt mở XLIV Giá trị biên độ cường độ điện trường mặt phẳng điện xác định biểu thức sau: Nếu ý tới (2.1) (2.3) ta có: XLV XLVI Đối với mặt phẳng điện yoz (Hình 2.1): XLVII XLVIII qỉ = 0; pcosợợ' =y Tích phân theo tọa độ x, y ta có: (2.4) XLIX L Ở đây: LI \Ị/E = ^-7 sin LII Ả (2.5) LIII Cường độ trường mặt phẳng từ |EO|H tính cách tương CCCLXXV CCCLXXVI CCCLXXVII CCCLXXVIII III Thiết kế, mô với anten loa 3.1 Nội dung thiết kế - Thông số angten - Tính tốn sơ tham số kích thước angten - Thiết kế angten phần mêm FEKO - Kết sau mô angten loa CCCLXXIX - So sánh nhận xét 3.2 Tổng quát anten loa CCCLXXX -Thiết kế angten loa tháp hoạt động tần số f=9 GHz, chiều dài ống dẫn sóng LODS=Ầ , chiều dài loa R=x CCCLXXXI -Mơ hình hóa angten ống dẫn sóng, angten loa quạt H, angten loa quạt E, loa tháp CCCLXXXII -Đồ thị xạ 3D, đồ thị xạ mặt phẳng E , mặt phẳng H CCCLXXXIII -Hệsố tăng ích cực đại angten CCCLXXXIV -Độ rộng cánh sóng theo mức nửa công suất mặt phẳng E H CCCLXXXV -Lập bảng so sánh 3.3 Các tham số kích thước - Tham số kích thước ODS - Tần số hoạt động f=9 GHz => Ầ=33.3mm - a=0.72Ầ ( thành rộng) - b=0.32Ầ ( thành hẹp) - LODS=Ầ (chiều dài ống dẫn sóng) - Mặt phẳng E: yOz - Mặt phẳng H: xOz Tham số kích thước loa quạt H III CCCLXXXVI CCCLXXXVII CCCLXXXVIII CCCLXXXIX CCCXC CCCXCI CCCXCII CCCXCIII CCCXCIV CCCXCV IV Tham số kích thước loa quạt E CCCXCVI CCCXCVII CCCXCVIII CCCXCIX CD CDI CDII CDIII CDIV CDV CDVI CDVII CDVIII CDIX CDX CDXI Tham sơ kích thước loa tháp CDXII aL = bL = j2kR CDXIII CDXIV CDXV Thiết kế anten phần mềm FEKO CDXVI Bảng tham số CDXVII CDXX CDXVIII K ý hiệu CDXXI f( Tham số Tan số CDXXIII Bước sóng MHz) CDXXIV mm} CDXXVI Kích thước thành CDXXVII a( rộng (ODS) mm) hẹp (ODS) {mm) CDXXIX Kích thước thành ODS CDXXXII Chiều dài loa sâu loa CDXLI rộng loa CDXLIV Kích thước thành hẹp loa b CDXXXIII L C0/f*1000 CDXXVIII ũ.72*lamda CDXXXI 0.32*lamda CDXXXIV La mda CDXXXVII LLOA R(aL-a)/aL R L 10e9 CDXXV CDXXXVI CDXXXIX Độ Kích thước thành CDXXX LODS CDXXXV Chiều dài CDXXXVIII Lamda( CDXIX Giá trị CDXXII CDXLII a CDXLV b CDXL La mda CDXLIII S qrt(3*lamda*R) CDXLVI S qrt(2*lamda*R) CDXLVII CDXLVIII CDXLIX CDL CDLI CDLII CDLIII CDLIV CDLV CDLVI CDLVII CDLVIII V Anten ống dẫn sóng VI Angte n loa quạt H CDLIX CDLX CDLXI CDLXII CDLXIII CDLXIV CDLXV CDLXVI CDLXVII CDLXVIII CDLXIX CDLXX CDLXXI CDLXXII CDLXXIII VII An gten loa tháp CDLXXIV VIII Angte n loa quạt E CDLXXV CDLXXVI 3.4 Kết sau mơ angten loa CDLXXVII 3.4.1 Anten ống dẫn sóng (ODS) CDLXXVIII CDLXXIX IX Angten ODS Total Gain [dBĩ] CDLXXX CDLXXXI CDLXXXII CDLXXXIII CDLXXXIV CDLXXXV CDLXXXVI CDLXXXVII CDLXXXVIII CDLXXXIX CDXC CDXCI CDXCII CDXCIII CDXCIV CDXCV CDXCVI CDXCVII CDXCVIII CDXCIX D DI DII DIII DIV X Đồ thị xạ mặt phẳng H DV DVI DVII XI Đồ thị xạ mặt phẳng E DVIII Hệ số tăng ích angten: Gmax=5.96(dBi) Độ rộng cánh sóng mức nửa công suất 200.5(H) = 62.41 200.5(E) = DIX 3.4.2 143.76 Anten loa quạt E DX DXI DXII DXIII DXIV DXV DXVI DXVII DXVIII DXIX DXX DXXI DXXII DXXIII DXXIV DXXV DXXVI DXXVII DXXVIII DXXIX DXXX DXXXI DXXXII DXXXIII DXXXIV DXXXV DXXXVI DXXXVII DXXXVIII XII XIII Total Gain [dBi] (Erequency = 10 GHz: Phi = deg) - angten loa Total Gain [dBi] (Frequency = 10 GHz: Phi = 90 deg) angten loa quat E quat E DXXXIX Đồ thị xạ DXL Đồ thị xạ mặt mặt phẳng H phẳng E DXLI DXLII Hệ số tăng ích angten: Gmax=10.78(dBi) DXLIII Độ rộng cánh sóng mức nửa công suất 7 XIV 2O0 5(H) = 72.59 3.4.3 Anten XV 200 loa quạt H 5(E) = XVI 37.40 DXLIV DXLV DXLVI DXLVII DXLVIII DXLIX DL DLI DLII DLIII DLIV DLV DLVI DLVII DLVIII DLIX DLX DLXI DLXII DLXIII DLXIV DLXV DLXVI DLXVII DLXVIII DLXIX DLXX DLXXI DLXXII DLXXIII DLXXIV DLXXV DLXXVI DLXXVII DLXXVIII DLXXIX XVII Total Gain [dBi] (Frequency = 10 GHz: Phi = deg) - angten loa quat H DLXXX Đồ thị xạ mặt phẳng H XVIII Total Gain [dBi] (Frequency = 10 GHz Phi = 90 deg) - angten loa quat H DLXXXI Đồ thị xạ mặt phẳng E DLXXXII Hệ số tăng ích angten: Gmax=7.87(dBi) Độ rộng cánh sóng mức nửa cơng suất 2O0.5(H) = 35.67 2O0.5(E) = 133.84 3.4.4 Anten loa tháp Far field FarFreld 180 Total Gain [dBi] (Erequency = 10 GHz; Phi = degl - angten loa thap Đồ thị xạ mặt phẳng H DLXXXIII ĩotai Gam [dB*J (Frequency = 10 GHz Phi = 90 degl - angten loa thap Đồ thị xạ mặt phẳng E DLXXXIV Hệ số tăng ích angten: Gmax=12.63(dBi) Độ rộng cánh sóng mức nửa cơng suất 200.5(H) = 43.21 200.5(E) = 38.54 DLXXXV 3.5.Bảng so sánh nhận xét 3.5.1.Bảng so sánh DLXXXVI T DLXXXVII ham số Ang ten ODS DXCI G 96 max DXCVI DXCII DLXXXVIII Angten loa quạt H DXCIII DXCVII 0c.s(E) 43.76 DCI 20O.5(H) DCII 62.41 DCVI 87 0.78 DXCVIII 33.84 DCIII 5.67 DLXXXIX A DXC Angten loa ngten loa tháp 12 quạt E DXCV DXCIV DXCIX .63 7.40 DCIV DC 38.54 DCV 43.21 2.59 3.5.2Nhận xét: - Hệ số tăng ích tăng ta kết hợp ống dẫn sóng loa quạt DCVII - Khi thay đổi kích thước thành rộng , hệ số tăng ích tăng dần , độ rộng cánh sóng theo mức nửa công suất giảm dần mặt phẳng E, mặt phẳng H tùy theo loa quạt - Loa quạt E tăng tịnh định hướng cho mặt phẳng E - Loa quạt H tăng tịnh định hướng cho mặt phẳng H - Loa tháp tăng tính định hướng cho mặt phẳng - Khi ta tăng aL bL ta angten loa tháp có đặc trưng hướng tốt , nhiên kích thước angten cồng kềnh - Khi đổi chiều dài a->aL (loa quạt H) hay b->bL (loa quạt E) tính định hướng angten mặt phẳng tương ứng tăng lên độ rộng cánh sóng mặt phẳng khơng thay đổi nhiều IV Tài liệu tham khảo [1] Antennas and Radio wave propagation DCVIII [2] Robert E.Collin, 1991 Giáo trình : Lý thuyết kỹ thuật anten DCIX GS.TS.Phan Anh, 1999 [3] Analysis and Design of Mobile Device Antenna-Speaker Integration for Optimum Over-the-Air Performance DCX 0Swiss Federal Institute of Technology (EPFL), 1015 Lausanne, Switzerland ... kê phần tài liệu tham khảo cuối báo cáo mi • Ấ J Ấ À Thiết kê anten loa I II III THIẾT KẾ ANTEN LOA I Lý thuyết chung ANTEN l.Giới thiệu IV - Vai trò anten : Là thiết bị xạ sóng điện từ khơng... tập trung nghiên cứu, thiết kế mô Anten loa Đối tượng phạm vi nghiên cứu Anten loa Phương pháp nghiên cứu Lý thuyết kết hợp với mô Anten loa Bố cục đề tài Ngoài phần mở đầu, kết luận, hướng phát... Đó loại loa CXIX Loa ống dẫn sóng có thiết diện tăng dần cách thích hợp để tránh sóng bậc cao xuất Có nhiều loại loa khác nhau: Loa quạt H, loa quạt E, loa tháp, loa nón, loa nón phía, loa nón