0

Thiết kế anten chấn tử đối xứng 2.45GHz

34 3 0
  • Thiết kế anten chấn tử đối xứng 2.45GHz

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, 16:47

1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN BÁO CÁO MÔN HỌC TƯƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ Thiết kế anten chấn tử đối xứng Giảng viên PGS TSKH Trần Hoài Linh Nhóm 6 Sinh viên Nguyễn Quang Trung 20181797 Vũ Minh Tuấn 20181818 HÀ NỘI, 12022 2 Phân công công việc Thành viên Nhiệm vụ Nguyễn Quang Trung Viết báo cáo, tìm hiểu phần lý thuyết và đưa ra nhận xét, đánh giá cho các kết quả mô phỏng Vũ Minh Tuấn Mô phỏng CST 3 Lời mở đầu Cùng với sự phát triển của xã hội, nhu cầu trao đổi thông tin, giải trí của con. TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN BÁO CÁO MƠN HỌC TƯƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ Thiết kế anten chấn tử đối xứng Giảng viên: PGS TSKH Trần Hoài Linh Nhóm Sinh viên: Nguyễn Quang Trung - 20181797 Vũ Minh Tuấn - 20181818 HÀ NỘI, 1/2022 Phân công công việc Thành viên Nhiệm vụ Nguyễn Quang Trung Viết báo cáo, tìm hiểu phần lý thuyết đưa nhận xét, đánh giá cho kết mô Vũ Minh Tuấn Mô CST Lời mở đầu Cùng với phát triển xã hội, nhu cầu trao đổi thơng tin, giải trí người ngày cao thật cần thiết Việc sử dụng hệ thống phát, thu vô tuyến phần đáp ứng nhu cầu cập nhật thông tin người khoảng cách xa cách nhanh chóng xác Bất hệ thống vô tuyến phải sử dụng anten để phát thu tín hiệu Trong sống ngày dễ dàng bắt gặp nhiều hệ thống anten anten dùng cho truyền hình mặt đất, vệ tinh Hay vật dụng cầm tay đàm, điện thoại di động, radio… sử dụng anten Qua việc nghiên cứu từ nguồn tham khảo mạng học từ mơn Tương thích điện từ, nhóm em định chọn đề tài Thiết kế anten chấn tử đối xứng để tập lớn mơn học Từ giúp chúng em nắm rõ sở lý thuyết áp dụng chúng vào thực tiễn Trong trình thực tập lớn mơn học, cịn hạn chế mặt kiến thức nên báo cáo nhiều thiếu sót Nhóm em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ góp ý sửa chữa nhiệt tình PGS TSKH Trần Hồi Linh suốt q trình làm nhóm làm báo cáo Mục lục Mục lục Danh mục hình ảnh CHƯƠNG Giới thiệu anten 1.1 Khái quát anten 1.2 Phân loại anten CHƯƠNG Cơ sở lý thuyết anten lưỡng cực nửa sóng 2.1 Khái quát 2.2 Nguyên lý hoạt động anten lưỡng cực nửa bước sóng 2.3 Biểu đồ cực anten lưỡng cực nửa bước sóng 2.4 Các công thức liên quan anten lưỡng cực nửa bước sóng 10 2.5 Giải thích số kết mơ 17 2.6 Ưu điểm nhược điểm 20 CHƯƠNG Thiết kế mô phần mềm CST 21 3.1 3.2 3.3 Bài toán thiết kế 21 3.1.1 Mục tiêu 21 3.1.2 Thiết kế lý thuyết 21 Mô CST 22 3.2.1 Các bước mô 22 3.2.2 Kết thu nhận xét 26 3.2.3 Tối ưu hoá thiết kế 29 3.2.4 Kết thu sau tối ưu 30 Kết luận 32 Tài liệu tham khảo 34 Danh mục hình ảnh Hình 1-1 Anten Yagi Hình 1-2 Anten Dipole Hình 2-1 Anten lưỡng cực nửa bước sóng Hình 2-2 Phân bố dịng điện điện áp lưỡng cực Hình 2-3 Sơ đồ hoạt động anten lưỡng cực nửa bước sóng Hình 2-4 Sơ đồ phân cực lưỡng cực nửa sóng 10 Hình 2-5 Mơ tả thơng số tính trường xạ Half-wave dipole antenna vùng không gian tự 11 Hình 2-6 Mơ hình 2D 13 Hình 2-7 Mơ hình 3D 14 Hình 2-8 Xác định cơng suất xạ anten chấn tử đối xứng 14 Hình 2-9 Phân bố dòng điện dọc theo chiều dài anten 16 Hình 2-10 Sơ đồ khối thông số S-parameter loại cổng 18 Hình 3-1 Mơ hình Half-wave dipole antenna 21 Hình 3-2 Phần mềm CST 22 Hình 3-3 Đồ thị S11 so với tần số (GHz) 26 Hình 3-4 Đồ thị VSWR so với tần số (GHz) 27 Hình 3-5 Đồ thị trở kháng 27 Hình 3-6 Biểu đồ xạ dạng 2D 27 Hình 3-7 Đồ thị xạ dạng 3D 28 Hình 3-8 Cartesian graphs 28 Hình 3-9 Hiệu suất xạ 2,45 GHz 28 Hình 3-10 Tổng hiệu suất 2,45 GHz 28 Hình 3-11 Tối ưu hố bán kính từ 1mm đến mm 29 Hình 3-12 Tối ưu hố khoảng cách khoảng từ 0,1mm đến mm 29 Hình 3-13 Tối ưu hố chiều dài lưỡng cực từ 54mm tới 60mm 30 Hình 3-14 Đồ thị S11 so với tần số (GHz) với giá trị tối ưu 30 Hình 3-15 Đồ thị VSWR so với tần số (GHz) với giá trị tối ưu 31 Hình 3-16 Đồ thị trở kháng với giá trị tối ưu 31 Hình 3-17 Biểu đồ xạ dạng 2D với giá trị tối ưu 31 Hình 3-18 Đồ thị xạ dạng 3D với giá trị tối ưu 32 Hình 3-19 Cartesian graphs với giá trị tối ưu 32 Hình 3-20 Hiệu suất xạ 2,45 GHz với giá trị tối ưu 32 Hình 3-21 Tổng hiệu suất 2,45 GHz với giá trị tối ưu 32 CHƯƠNG Giới thiệu anten 1.1 Khái quát anten Anten thiết bị dùng để xạ sóng điện từ thu nhận sóng điện từ khơng gian bên ngồi Anten phận quan trọng thiếu hệ thống vô tuyến điện Trong hệ thống thông tin vô tuyến, anten có hai chức Chức để xạ tín hiệu RF từ máy phát dạng sóng vơ tuyến để chuyển đổi sóng vơ tuyến thành tín hiệu RF để xử lý máy thu Chức khác anten để hướng lượng xạ theo hay nhiều hướng mong muốn, "cảm nhận" tín hiệu thu từ hay nhiều hướng mong muốn hướng lại thường bị khóa lại Anten ứng dụng hệ thống thông tin vô tuyến, vô tuyến truyền truyền hình… Hình 1-1 Cấu tạo hệ thống truyền tin đơn giản Anten sử dụng với mục đích khác có u cầu khác Với đài phát thanh, vô tuyến truyền hình anten cần xạ đồng mặt phẳng ngang (mặt đất), máy thu đặt hướng thu tín hiệu đài Xong anten lại cần xạ định hướng mặt phẳng thẳng đứng với hướng cực đại song song với mặt đất để đài thu mặt đất nhận tín hiệu lớn giảm nhỏ lượng xạ không cần thiết Trong thông tin mặt đất vũ trụ, thông tin truyền tiếp, rađa… lại yêu cầu anten xạ với hướng tính cao (sóng xạ tập trung vào góc hẹp khơng gian) Ngày nay, phát triển kỹ thuật lĩnh vực thông tin, rada, điều khiển v.v… địi hỏi anten khơng đơn làm nhiệm vụ xạ hay thu sóng điện từ mà cịn tham gia vào q trình gia cơng tín hiệu với u cầu kỹ thuật cho trước 1.2 Phân loại anten Anten phân loại theo nhiều cách khác nhau, thường theo cách phân loại sau: - Cơng dụng anten: anten phân thành anten phát, anten thu anten phát + thu dùng chung Thông thường anten làm nhiệm vụ cho phát thu - Dải tần cơng tác anten: anten sóng dài, anten sóng trung, anten sóng ngắn anten sóng cực ngắn - Cấu trúc anten - Đồ thị phương hướng anten: anten vơ hướng anten có hướng - Phương pháp cấp điện cho anten: anten đối xứng, anten không đối xứng Hình 1-1 Anten Yagi Hình 1-2 Anten Dipole CHƯƠNG Cơ sở lý thuyết anten lưỡng cực nửa sóng 2.1 Khái quát Anten chấn tử anten sử dụng chấn tử làm thành phần xạ trực tiếp sóng điện từ Anten chấn tử có kết cấu đơn giản, đặc tính tương tự đường dây dẫn đầu hở mạch Anten chấn tử đối xứng cấu trúc gồm vật dẫn hình dạng tùy ý có kích thước giống nhau, đặt thẳng hàng không gian, giữ nối với nguồn điện cao tần Anten Dipole hay anten lưỡng cực dạng anten chấn tử đối xứng Là phần tử anten sử dụng để phát sóng, thu sóng vơ tuyến, thơng tin liên lạc vô tuyến hai chiều, v.v.Anten lưỡng cực dạng anten RF quan trọng Lưỡng cực sử dụng riêng, tạo thành phần mảng anten phức tạp Anten lưỡng cực nửa bước sóng (Half-wave dipole antenna) anten lưỡng cực đơn giản sử dụng rộng rãi Anten lưỡng cực nửa bước sóng anten cấu tạo ống dẫn điện phần tử kim loại, cho nhánh có độ dài phần tư bước sóng đặt đầu cuối để có tổng chiều dài xấp xỉ l = λ / Hình 2-1 Anten lưỡng cực nửa bước sóng Phạm vi tần số hoạt động khoảng 3kHz đến 300GHz 2.2 Nguyên lý hoạt động anten lưỡng cực nửa bước sóng Nguồn cấp AC cho anten đưa vào từ Vì đầu để hở nên dịng điện gần đầu lưỡng cực nhỏ, coi biến điện tử tạo thành chuyển động khơng có nơi để di chuyển cuối dây Khi di chuyển từ đầu phía cường độ dịng điện tăng lên đạt cực đại trung tâm Ngược lại điện áp đo đầu lưỡng cực cực đại giảm dần từ đầu đại lượng có biến thiên theo hình sin dọc theo chiều dài phần tử xạ Hình 2-2 Phân bố dịng điện điện áp lưỡng cực Hình 2-3 Sơ đồ hoạt động anten lưỡng cực nửa bước sóng Khi điện áp thay đổi theo hình sin, nửa dương điện áp biên độ cực đại điện tích mang bên vật dẫn bị hút phía điện dương mặt tích điện dương nửa chu kỳ Ngược lại nửa âm tín hiệu hình sin điện tích vật dẫn chịu lực đẩy có xu hướng khỏi vật dẫn lưỡng cực tích điện âm Q trình tạo điện trường tăng giảm từ bên lưỡng cực sang bên kia, di chuyển khỏi anten Tương tự dòng điện lưỡng cực thiết lập từ trường trường bao quanh lưỡng cực từ trường di chuyển khỏi anten Điện trường từ trường lệnh góc 90, tạo thành trường điện từ xạ 2.3 Biểu đồ cực anten lưỡng cực nửa bước sóng Để hiểu loại anten đó, trước tiên, ta cần hiểu biểu đồ cực anten, dạng xạ anten Dạng xạ anten lưỡng cực có tầm quan trọng đặc biệt nhiều lý do, cần định hướng để nhận mức tín hiệu tối đa xạ lượng tín hiệu tối đa theo hướng yêu cầu Dạng xạ phản ánh lượng công suất xạ từ lưỡng cực theo hướng cho trước Vì hiệu suất anten truyền nhận, nên phản ánh 'độ nhạy' anten theo hướng khác Sự hiểu biết dạng xạ lưỡng cực cho phép định hướng antentheo hướng tối ưu lúc Biểu đồ cực biểu đồ cho biết độ lớn phản ứng theo hướng sử dụng để vẽ dạng xạ anten ứng dụng khác đo độ nhạy micrô theo hướng khác nhau, v.v Ở trung tâm sơ đồ điểm gọi điểm gốc Nó bao quanh đường cong có bán kính điểm tỉ lệ với độ lớn thuộc tính đo theo hướng điểm Hình 2-4 Sơ đồ phân cực lưỡng cực nửa sóng Dạng xạ hiển thị biểu đồ cực coi mặt phẳng mà biểu đồ vẽ Đối với lưỡng cực, nhìn dọc theo trục anten góc vng với Thơng thường mặt phẳng thẳng đứng mặt phẳng nằm ngang Một thực tế mẫu xạ anten biểu đồ phân cực mẫu thu, tức độ nhạy nhận hàm hướng giống với mẫu xạ trường xa anten sử dụng để truyền Điều kết từ định lý tương hỗ điện từ Theo đó, mẫu xạ mà ăng ten xem truyền nhận, tùy chọn thuận tiện 2.4 Các công thức liên quan anten lưỡng cực nửa bước sóng Với chấn tử mảnh (bán kính
- Xem thêm -

Xem thêm: Thiết kế anten chấn tử đối xứng 2.45GHz,

Từ khóa liên quan