0

thiết kế anten monopole

11 11 0
  • thiết kế anten monopole

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Tài liệu liên quan

Thông tin tài liệu

Ngày đăng: 12/05/2022, 00:54

câu 2:Trình bày cấu tạo và nguyên lý làm việc của anten chấn tử đơn. Tìm hiểu phương pháp thiết kế anten chấn tử đơn, từ đó áp dụng tính toán thiết kế anten chấn tử đơn cho hệ thống , câu 3 Từ kết quả tính toán của câu 2, thiết kế mô phỏng anten bằng phần mềm CST Studio. Thực hiện tối ưu. Trình bày mô hình mô phỏng, kết quả mô phỏng và phân tích kết quảmô phỏng vào bài làm Nguyễn Tiến Lợi Câu (3 điểm): Trình bày cấu tạo nguyên lý làm việc anten chấn tử đơn Tìm hiểu phương pháp thiết kế anten chấn tử đơn, từ áp dụng tính tốn thiết kế anten chấn tử đơn cho hệ thống phát sóng tần số f Với f tính sau: + Nếu XY = 00 f = GHz + Nếu 01  XY  05, f = Y GHz (ví dụ XY = 04 => f = 4GHz) + Nếu 06  XY  99, f = XY*50 MHz (ví dụ XY = 32 => f = 1600 MHz) Mã sinh viên B19DCVT240=> f=40*50=2000Mhz Cấu tạo Ăng ten đơn cực loại ăng ten vô tuyến bao gồm dây dẫn hình que thẳng, thường gắn vng góc số loại bề mặt dẫn điện, gọi mặt đất thường có độ dài ¼ bước sóng Một số anten có chéo (dài khoảng 1/3 bước sóng) tạo nên mặt sợ sở rộng đảm bảo đồ thị xạ tốt Thanh chấn tử đặt vng góc với mặt phản xạ giữa chấn tử mặt phản xạ nguồn điện xoay chiều Cực dương nối với chấn tử còn cực âm nối với mặt phản xạ Hình 2.1 Anten chấn tử đơn Nguyên lý - Anten monopole nửa anten lưỡng cực dipole Nguyễn Tiến Lợi Hình 2.2 Anten monopole hoạt động tưởng tự dipole - Mỡi điện tích dương tồn mặt phẳng sẽ có điện tích âm ánh xạ bên mặt phản xạ đường sức điện điện tích dương di chuyển sang âm theo phương ngang phương thăng đứng lấy ý tưởng người ta thay chấn tử phía dipole thành mặt đất - Monopole thường sử dụng anten cộng hưởng - Giống anten lưỡng cực, anten đơn cực có dạng xạ đa hướng: Nó xạ với công suất theo tất phương vuông góc với anten - Cơng suất xạ thay đổi theo góc nâng θ, xạ sẽ giảm còn đỉnh trục anten - Nó phát sóng vơ tuyến phân cực thẳng Hình 2.3 Cơng suất thay đổi theo góc xạ Phương pháp thiết kế - Công suất xạ: xạ nửa công suất anten dipole tương ứng: Nguyễn Tiến Lợi I m2 R∑ P( monopole) = P( dipole) = 2 (2.1) - Băng thông : Anten băng hẹp - Vì cơng suất phát xạ monopole phỉ nửa so với dipole, điện trở xạ monopole nửa dipole tương ứng Điện trở xạ Monop9ole (tương ứng với dipole nửa sóng): R( monopole λ /4) = R( dipole λ /2) = 36,5 Ω (2.2) - Hệ số tính hướng anten monopole gấp hai lần anten dipole tương ứng: (2.3) - Hệ số tăng ích: Hệ số khuyếch đại monopole λ/4 mặt phẳng hoàn hảo 5,15 dBi tức gấp đôi dipole nửa bước sóng - Trở kháng đầu vào: Trở kháng đầu vào monopole nửa trở kháng vào anten dipole tương ứng (2.4) (Các kết những công thức điều kiện lý tưởng) Áp dụng tính tốn thiết kế Thiết kế anten chấn tử đơn: Từ cấu tạo anten monopole ta thiết kế chấn tử, mặt phản xạ giới hạn giữa nguồn cấp điện Các thơng số cần tính toán để thiết kế: - Tần số f = 40*50=2000Mhz - Bước sóng c 3.108 λ= = = 0.15 (m) = 150 ( mm) f 2000.106 - Độ dài chấn tử L = λ / = 37,5mm Nguyễn Tiến Lợi - Bán kính chấn tử (thường sẽ nhỏ) ta sẽ lấy c r = 0,006.( ) = 0,9 (mm) f - Độ rộng mặt đất mô (càng rộng tốt) ta sẽ lấy * λ = 2*150 = 300 ( mm) khoảng lần bước sóng Nguồn tài liệu: - Slide giảng Thầy Nguyễn Việt Hưng (Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng) - Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Monopole_antenna - Youtube: https://www.youtube.com/watch?v=ttcqy5UJvKM - Website: https://nptel.ac.in/content/storage2/courses/108101092/Week-3Monopole%20Antennas.pdf Câu 3: (3 điểm): Từ kết tính tốn câu 2, thiết kế mô anten phần mềm CST Studio Thực tối ưu Trình bày mơ hình mơ phỏng, kết mơ phân tích kết quảmơ vào làm Gửi kèm với làm file mơ hình mô (file cst), không cần gửi thư mục kết mơ Từ tham số tính tốn câu ta sẽ có những số liệu sau để thiết kế anten chấn tử đơn: - Chất liệu chấn tử : Đồng (có suy hao) - Chất liệu phản xạ : Đồng (có suy hao) - Tần số f=2000Mhz=2Ghz λ - Bước sóng =0,15m=150mm L = λ / = 37,5mm - Độ dài chấn tử - Bán kính chấn tử c r = 0,006.( ) = 0,9 (mm) f * λ = *150 = 300 ( mm) - Độ rộng mặt đất mô (đây độ rộng từ -x=>x nên từ gốc 0=.>x = 150 mm, trục y tương tự) Ω - Nguồn cấp điện: 50 - Độ dài phản xạ m= (mm) (khởi tạo) - Khoảng cách giữa mặt phản xạ với chấn tử :h = 2mm (khởi tạo) Nguyễn Tiến Lợi Thiết kế anten: Hình 3.1 Các thơng số chấn tử Hình 3.2 Các thơng số mặt đất - Chọn dải tần ta chọn phần dải tần bao phủ tần số mô với f=2Ghz ta chọn dải tần từ 1->3 GhzKhông gian mơ phỏnchọn khơng gian mở (Simulation->Boundaries) Hình 3.3 Thơng số cài đặt mesh Hình 3.4 Anten sau thiết kế Nhận xét: Nguyễn Tiến Lợi Ta thấy đồ thị S (1,1) cho thấy anten hoạt động 1,7238GHz nên cần tối ưu tham số (ở ta sẽ giảm chiều dài) để tăng tần số hoạt động đến tần số mong muốn 2Ghz Hình 3.5 Biểu đồ S(1,1) suy hao phản hồi Sau tối ưu: - Ta có đồ thị S(1,1) phối hợp trở kháng ≈2Ghz với L=31,8 mm - Độ suy hao phản hồi S1,1=-16,303252 tương đối tốt Hình 3.6 Biểu đồ S(1,1) suy hao phản hồi sau tối ưu Hình 3.7 Đồ thị VSWR Đồ thị VSWR 1,3614 nhỏ 1,5 cho thấy phối hợp trở kháng tương đối tốt tương tự biểu đổ suy hao phản hồi Nguyễn Tiến Lợi Hình 3.8 Đồ thị xạ 3D Hệ số phản xạ 4,416dBi còn thấp diện tích mặt phản xạ khơng phải vơ muốn tối ưu tham số ta cần mở rộng mặt phản xạ Nhận xét: Đồ thị xạ còn trường xạ bên mặt phản xạ thiết kế đồng có suy hao phản xạ bị giới hạn (chứ vô cùng) dẫn đến góc xạ chếch lên góc 53 Hệ số tính hướng đạt 4,416dBi Hình 3.9 Các thơng số đồ thị xạ Nhận xét: Ta thấy hiệu suất xạ đạt 99,75% hiệu suất tổng đạt 97,41% tưởng đối cao tốt Hình 3.10 Đồ thị xạ 1D Câu 1: - Môi - trường đồng bằng, địa hình tương đối phẳng Tần số hoạt động f = 40*50MHz = 2000MHz Cự ly phát tối thiểu r = 40Km Cường độ trường thu tối thiểu 0.001 mV/m Vận tốc di chuyển tối đa máy thu 60 Km/h Anten thu có độ cao từ 1,5 m đến 20m Anten phát có độ cao từ 200 – 300m Chọn Anten phát parabol có đường kính 10(m) Chọn Anten thu parabol có đường kính 1(m) Nguyễn Tiến Lợi - Chọn hiệu suất Anten 0,8 (sản phẩm thị trường thường có hiệu suất min=70%) Hình 1.1 Anten parabol Hình 1.2 Thông số anten parabol Mật độ công suất, cường độ điện trường Ta có xét: - Nguồn xạ sẽ xạ vơ số mặt sóng cầu liên tiếp có tâm T - Xét mặt cầu qua R có bán kính r Thơng lượng lượng ( mật độ công suất) mặt cầu: (1.1) Hình 1.3: Mật độ cơng suất điểm R Cường độ thu tối thiểu : Eh = 0.001mV/m Theo lý thuyết trường: S = Eh H h (1.2) mà H h = S2 = Eh E = h = 2,65.10 −9 ( A / m) (1.3) Z 120π Eh2 (0,001.10 −3 ) = = 2,65.10−15 (W / m2 ) (1.4) 120π 120π Theo đề bài,cường độ điện trường điểm thu Eh = 0.001mV/m Nguyễn Tiến Lợi Eh = 30.P1 = 0,001.10 −3 (V / m) r −3 −3 Eh2 r (0,001.10 ) ( 40.10 ) = = ≈ 5,33.10 −5 (W ) (1.5) 30 30 → P1Min 2  π d   π 10  DT =  ÷ = ÷ = 43864,908  λ   0,15  - Hệ số tính hướng anten phát : π d A= - Tiết diện anten thu: = π - Hệ số tính hướng anten thu: - Công suât thực tế anten thu: (1.6)  π d   π  Dr =  ÷ = ÷ = 438,649  λ   0,15  P2 = S2 A (1.7) π d Dr λ  π d  A= ; Dr =  (1.8) ÷ → A= 4π  λ  Dr λ P1.DT P2 = = 9,13.10−11 (W ) (1.9) 4π 4π r Tổn hao truyền sóng L: Xác định tỉ số giữa công suất xạ máy phát với công suất anten −5 thu nhận được: P 5,33.10  4π r  Ltd =  = = = 5,836.105 ÷ −11  λ  DT Dr P2 9,13.10 (1.10) Hệ số suy giảm F: Trong môi trường thực tế: S2 = 30.P1 30.5,33.10 −5 Eh = F = 0,8 = 8.10−7 r (40.10 ) P1 DT 5,33.10−5.43864,908 F = 0,82 = 7, 442.10 −11 2 4π r 4π ( 40.10 ) Ltd  4π r  = = 9,119.105 ÷  λ F  DT Dr (1.13) (1.12) (1.11) Nguyễn Tiến Lợi Cường độ điện trường thu giới hạn nhìn thấy trực tiếp với anten đặt cao điều kiện lý tưởng Hình 1.4: Mơ hình truyền sóng với điều kiện lý tưởng Tổng hợp cường độ trường hai sóng thành phần giao thoa E1 = 245 PT ( kW ) GT r1( km ) Cường độ điện trường tia trực tiếp: ur ur ur E R = E1 + E e jωt (mV / m) (1.14) Cường độ điện trường tia phản xạ: E2 = R 245 PT ( kW ) GT r2( km ) e j (ωt −k Vr ) ( mV / m) (1.15) Do chiều cao anten hT, hR
- Xem thêm -

Xem thêm: thiết kế anten monopole,