BTL thaoluan ANTEN YaGI ANTEN YaGI ANTEN YaGI

Anten ANTEN YaGI ANTEN YaGI ANTEN YaGI ANTEN YaGI ANTEN YaGI ANTEN YaGI ANTEN YaGI ANTEN YaGI ANTEN YaGI ANTEN YaGI ANTEN YaGI ANTEN YaGI ANTEN YaGI ANTEN YaGI ANTEN YaGI ANTEN YaGI ANTEN YaGI ANTEN YaGI ANTEN YaGI ANTEN YaGI ANTEN YaGI ANTEN YaGI ANTEN YaGI

ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ - - BÀI TẬP LỚN + THẢO LUẬN MƠN: ANTEN VÀ TRUYỀN SĨNG ĐỀ TÀI: GIỚI THIỆU PHẦN NỀM MÔ PHỎNG THIẾT KẾ ANTEN HFSS, THIẾT KẾ ANTEN YAGI Hà Nội – 11/2021 Page |2 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU .3 PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ ANTEN YAGI Giới thiệu anten Yagi Cấu tạo Nguyên lí hoạt động Hệ số sóng chậm Đặc trưng hướng 10 Trở kháng vào chân tử chủ động .12 Hệ số định hướng 12 Dải thông anten Yagi .13 PHẦN 2: GIỚI THIỆU PHẦN MỀM HFSS 14 PHẦN 3: MÔ PHỎNG, THIẾT KẾ ANTEN YAGI HOẠT ĐỘNG Ở TẦN SỐ 300 MHZ 15 Tính tốn thơng số 15 Mô anten Yagi với HFSS 15 2.1 Khởi tạo chương trình, tạo project .15 2.2 Thiết lập thông số cho việc thiết kế 18 2.3 Xuất kết mô .25 KẾT LUẬN .27 Em xin chân thành cảm ơn…! LỜI MỞ ĐẦU Cùng với phát triển xã hội, nhu cầu trao đổi thông tin, gi ải trí c người ngày cao thật cần thiết Việc sử dụng hệ th ống phát, thu vô tuyến phần đáp ứng nhu cầu cập nhật thông tin người khoảng cách xa cách nhanh chóng xác B ất c ứ m ột h ệ th ống vô ến phải sử dụng Anten để phát thu tín hi ệu Trong cu ộc s ống ngày dễ dàng bắt gặp nhiều hệ th ống Anten như: h ệ th ống Anten dùng cho truyền hình mặt đất, vệ tinh, BTS dùng cho mạng ện tho ại di d ộng Hay vật dụng cầm tay đàm, điện thoại di động, radio … sử dụng Anten Qua việc nghiên cứu lý thuyết kỹ thu ật Anten giúp ta n ắm đ ược sở lý thuyết Anten, nguyên lý làm việc sở tính tốn, phương pháp đo tham số loại Anten thường dùng Đó lý nhóm chúng em ch ọn đề tài “ Thiết kế Anten Yagi” Mục đích đề tài tìm hi ểu v ề lý thuy ết Anten, phương pháp tính thiết kế Anten Yagi để thu sóng dải sóng ng ắn m ột cách tối ưu Như giới hạn đề tài phạm vi h ẹp nghiên c ứu Anten Yagi phần lý thuyết có liên quan Tuy nhiên s quan tr ọng để tiếp tục nghiên cứu phát triển kỹ thuật Anten PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ ANTEN YAGI Giới thiệu anten Yagi Anten Yagi loại anten định hướng phổ biến chúng dễ chế tạo Các anten định hướng Yagi thường sử dụng khu vực khó phủ sóng hay nơi cần vùng bao phủ lớn vùng bao phủ anten omni-directional Anten Yagi hay gọi anten YagiUda (do người Nhật Hidetsugu Yagi Shintaro Uda chế tạo vào năm 1926) biết đến anten định hướng cao sử dụng truyền thông không dây Loại anten thường sử dụng cho mơ hình điểm- điểm đơi dùng mơ hình điểm-đa điểm Anten Yagi-Uda xây dựng cách hình thành chuỗi tuyến tính anten dipole song song Anten Yagi dùng rộng rãi vô tuyến truyền hình, tuyến thơng tin chuyển tiếp đài rada sóng mét Anten dùng phổ biến có tính định hướng tương đối tốt mà kích thước trọng lượng khơng lớn lắm,cấu trúc lại đơn giản, dễ chế tạo Cấu tạo Sơ đồ anten Yagi gồm : chấn tử chủ động (driven element) thường chấn tử nửa sóng, chấn tử phản xạ (reflector) số chấn tử dẫn xạ thụ động (directors) gắn trực tiếp với đỡ kim loại Nếu chấn tử chủ động trấn tử vịng dẹt gắn trực tiếp với đỡ kết cấu anten trở nên đơn giản Việc gắn trực tiếp chấn tử lên kim loại thực tế khơng ảnh hưởng đến phân bố dịng điện anten điểm chấn tử phù hợp với nút điện áp Việc sử dụng đỡ kim loại khơng ảnh hưởng đến xạ anten đặt vng góc với chấn tử Hình 2.1: Mơ hình Anten Yagi Ngun lí hoạt động Để tìm hiểu nguyên lý làm việc anten ta xét anten Yagi đơn giản gồm chấn tử : chấn tử chủ động (A), hai chấn tử thụ động gồm: chấn tử phản xạ (P) chấn tử dẫn xạ (D) Chấn tử chủ động (A) nối với máy phát cao tần Dưới tác dụng trường xạ tạo A, P D xuất dòng cảm ứng chấn tử trở thành nguồn xạ thứ cấp Như biết, chọn độ dài P khoảng cách từ A đến P cách thích hợp P trở thành trấn tử phản xạ A Khi lượng xạ cặp A – P giảm yếu phía chấn tử phản xạ tăng cường theo hướng ngược lại (hướng +z) Tương tự vậy, chọn độ dài D khoảng cách từ D đến A cách thích hợp D trở thành chấn tử dẫn xạ A Khi ấy, lượng xạ hệ A – D tập trung phía chấn tử dẫn xạ giảm theo hướng ngược lại (hướng –z) Kết lượng xạ hệ tập trung phía, hình thành kinh dẫn sóng dọc theo trục anten, hướng từ phía chấn tử phản xạ phía chấn tử dẫn xạ Theo lý thuyết chấn tử ghép, dòng điện chấn tử chủ động (I1) dòng điện chấn tử thụ động (I2) có quan hệ với biểu thức: Với: a= Bằng cách thay đổi độ dài chấn tử thụ động , biến đổi độ lớn dấu hiệu điện kháng riêng biến đổi a ϕ Hình 2.2 biểu thị quan hệ a ϕ với X22 trường hơp chấn tử có độ dài xấp xỉ nửa bước sóng ứng với khoảng cách d = λ/4 1.2-1 Sự phụ thuộc a ϕ với X22 Càng tăng khoảng cách d biên độ dịng chấn tử thụ động giảm Tính tốn cho thấy với d ≈ (0,1 ÷ 0,25) điện kháng chấn tử thụ động mang tính cảm kháng nhận I2 sớm pha so với I1 Trong trường hợp chấn tử thụ động trở thành chấn tử phản xạ Ngược lại điện kháng chấn tử thụ động mang tính dung kháng dịng I2 chậm pha so với I1 chấn tử thụ động trở thành chấn tử dẫn xạ 1.2-2 – Phương hướng cặp chấn tử chủ động thụ động Hình vẽ đồ thị phương hướng cặp chấn tử chủ động thụ động arctg d=0.1 ứng với trường hợp khác arctg thấy : Khi X 22 R22 > chấn tử thụ động trở thành chấn tử phản xạ arctg Còn X 22 R22 Từ hình vẽ ta X 22 R22 0, cịn độ dài chấn tử nhỏ độ dài cộng hưởng có X 221 v Giả thiết dịng chấn tử có biên độ lệch pha ∆ ψ Nếu d khoảng cách giữ hai chấn tử hệ số pha sóng chậm xác định bởi: γ= ∆ψ d Ta có hệ số sóng chậm bằng: ξ= c γ ∆ψ = = v k kd Hệ số sóng chậm ξ phụ thuộc vào độ dài l chấn tử khoảng cách d chúng Bảng 2.1 dẫn giá trị hệ số sóng chậm ξ ứng với độ dài khác a d = 0, 01 l l chấn tử, tính theo ba thơng số bán kính chấn tử Bảng 1.1 Hệ số sóng chậm ξ Qua phân tích xác nhận kết cấu có độ dài hữu hạn xuất sóng phản xạ đầu cuối, với hệ số phản xạ theo công suất không 15% Do phản xạ khơng đáng kể nên coi gần kết cấu hữu hạn gồm chấn tử dẫn xạ có độ dài đặt cách tương đương với hệ thống thẳng liên tục, xạ trục Hệ số chậm sóng hệ thống xác định theo bảng 2.1 Với độ dài anten L = Nd biết, xác định hệ số chậm tốt (ứng với bước sóng cơng tác trung bình λ0 ) theo cơng thức: Lbx =500 mm (3.2) Chiều dài chấn tử phản xạ: Lpx = 0,53* λ=530 mm (3.3) Khoảng cách chấn tử phát xạ chấn tử phản xạ, chấn tử xạ với dẫn xạ: dx= 0,25* λ = 250 mm (3.4) Để tăng G anten ta có phương án: • Thay đổi khoảng cách chấn tử • Thay đổi kích thước chấn tử Trong tập lớn chúng em lựa chọn phương pháp thay đổi chiều dài chấn tử dẫn xạ: với chiều dài chấn tử dẫn xạ giảm dần L1=0,33 λ = 330 mm L2=0,31 λ=310 mm L3=0,29 λ=290 mm L4=0,25 λ=250 mm L5=0,23 λ=230 mm Chiều dài anten là: L = 6* dx = 6*250=1500 mm (4.5) Mô anten yagi với HFSS Các bước thao tác thực hiện: 2.1 Khởi tạo chương trình, tạo project • Khởi động chương trình: HFSS • Tạo project mới: • File => new 2.2 Thiết lập thông số  Chọn HFSS => Chọn Design Properties xuất bảng ta add đối tượng cần thiết kế  Ta thiết kế chấn tử xa Lbx = 500 mm • Thiết kế bên chấn tử xạ: • Draw => Cylinder => Xuất bảng ta nhập thơng số xạ hình bên  Ta tạo nốt bên đối xứng lại chấn tử xạ: • Kích chuột phải vào nửa phần tử xạ ta chọn Edit => Duplicate =>> AroundAxit • Xuất bảng, ta nhập thơng số sau:  Ta thiết kế chấn tử phản xạ Lpx = 530 mm • Làm tương tự chấn tử xạ thông số hình vẽ • Kết sau:  Ta thiết kế chấn tử dẫn xạ Tương tự thiết kế chấn tử trên, ta điều chỉnh thông số cho phù hợp với chấn tử • Chấn tử L1 = 330 mm • Chấn tử L2 = 310 mm • Chấn tử L3 = 290 mm • Chấn tử L4 = 250 mm • Chấn tử L5 = 230 mm • Các chấn tử đếu thiết kế từ chất liệu nhơm • Ta chọn chất liệu sau: Kích đúp vào tên chấn tử • Trong mục: Material => chọn “pec” • Ta hình ảnh sau:  Ta thiết điện: • Chọn Draw => Rectangle=> xuất bảng ta điền sau:  Tiếp điện: • Kích chuột phải vào phần tử tiếp điện • Chọn Assign Exitation => Lumped Port • Chọn next => xuất bảng => chọn newline => ok • Ta kéo dây nối bên chấn tử xạ lại => xuất bảng => ta nhập điện trở tiếp điện 75 ohm => Finish  Ta tạo không gian xạ cho anten • Draw => box => chọn vật liệu ari • Sau vẽ xong ta chuột phải vào khung => Select Faces => chọn mặt khối khơng gian xạ • Kích phải vào khối => Assign Boundary => Radiotion • Giới hạn vùng xạ: Chọn HFSS => Radiation => insertFar Field Setup => infinite Sphere  Ta thiết lập tần số hoạt động cho Anten • Chọn HFSS => Analys Setup => Chọn Add Solution Setup • Sau ta tiếp tục chọn HFSS => Analys Setup => Add Frequency Sweep • Ta chọn thơng số sau: • Chọn ok • Hình ảnh sau thiết kế: 2.3 Ta xuất kết mô Đồ thị S (1,1) Tần số cộng hưởng = 300MHZ Đồ thị 3D GAIN Đồ thị smith: KẾT LUẬN Sau khoảng thời gian dài tìm hiểu phân tích thiết kế, nhóm chúng em tính tốn mà mơ thành công antenYagi tần số 300 MHz phần mềm HFSS Anten mô thỏa mãn thông số yêu cầu đề độ tăng ích lớn, tính định hướng cao Đối chiều với lý thuyết thu kết trùng khớp như: Fch= 300 MHz, Đồ thị xạ, độ tăng ích, đồ thị smith hướng xạ anten dọc theo trục an ten hướng phía chấn tử dẫn xạ đồng thời toàn lượng xạ phía trục âm bị chấn tử phản xạ chặn gần hồn tồn Qua q trình nghiên cứu thiết kế, chúng em rút nhiều kinh nghiệm cho thân, đồng thời hiểu anten yaghi công đọan để thiết kế anten hoàn chỉnh Đồng thời qua việc thực đề tài, chúng em hiểu ứng dụng anten Yaghi tương ứng với dải tần thực tế đặc biệt kĩ vận dụng lý thuyết học để xây dựng mô hình , sản phẩm thực tế Em xin chân thành cảm ơn thầy dạy hướng dẫn chúng em tận tình thời gian chúng em tìm hiểu, phân tích hồn thiện đề tài Trên báo cáo chúng em, nhiều thiếu sót nỗ lực thân Rất mong quan tâm góp ý thầy giáo Em xin chân thành cảm ơn ! ... ứu Anten Yagi phần lý thuyết có liên quan Tuy nhiên s quan tr ọng để tiếp tục nghiên cứu phát triển kỹ thuật Anten PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ ANTEN YAGI Giới thiệu anten Yagi Anten Yagi loại anten định... tạo Các anten định hướng Yagi thường sử dụng khu vực khó phủ sóng hay nơi cần vùng bao phủ lớn vùng bao phủ anten omni-directional Anten Yagi hay gọi anten YagiUda (do người Nhật Hidetsugu Yagi. .. kế Anten Yagi? ?? Mục đích đề tài tìm hi ểu v ề lý thuy ết Anten, phương pháp tính thiết kế Anten Yagi để thu sóng dải sóng ng ắn m ột cách tối ưu Như giới hạn đề tài phạm vi h ẹp nghiên c ứu Anten