Tài liệu Chương 4: Hệ thống bức xạ potx

ươ ệ ố ứ ệ ố ứ ệ  Trong thực tế cần độ định hướng cao nhằm thực liên lạc khoảng cách lớn Có hai cách thực    Tăng kích thước điện Anten Phối hợp nhiều Anten với (Antenna Array) Phương pháp phối hợp nhiều Anten với theo cấu trúc vật lý gọi Array Anten (tạm dịch dãy Anten hay dàn Anten) ệ ố ứ ệ  Anten Dipole Hertz jIm k  e jkR     sin  E  4  R        E H  A / m V / m ệ ố ứ ệ  Array phần tử dipole chiều dài hữu hạn đặt ngang theo trục Oz (trong mặt phẳng z0y) ệ ố ứ ệ Với:     j kr      j kr     2     e  2     E  E    j kI m   e    E i cos 1  cos    4  r1 r2      -β khác pha elements -Giả sử biên độ giống -Giả sử điểm khảo sát vùng xa Khi xeùt pha: 1  2   d r1  r  cos  ; d r2  r  cos  ; ệ ố ứ ệ Khi xét biên độ: r1  r2  r Trường xạ vùng xa là:     j kr     j kr   2 2 e        e    E  E  i  j kI m     E cos 1  cos    4  r1 r2       j  kd cos    / kIm.e  jkr   j  kd cos    / E  i j cos  e e 4 r   kIm .e  jkr 1   E  i j cos  cos  kd cos     4 r 2          ệ ố ứ ệ  jkr   kIme 1   E  i  j cos   cos  kd  cos     4 r 2  Trường xa dipole Array Factor (Hệ số dàn) 1  AF  cos  kd  cos     2  Trường vùng xa dàn anten gồm phần tử đồng trường phần tử anten thành phần đặt điểm tham chiếu (thường gốc toạ độ) hệ số dàn anten (AF) dàn anten ệ ố ứ ệ Nếu dàn Anten đặt dọc theo trục Ox, Oy ta dùng cơng thức chuyển đổi toạ độ Decard toạ độ cầu Ar = Ax.sinθ.cosφ + Ay.sinθ.sinφ + Az.cosθ Aθ = Ax.cosθ.cosφ + Ay.cosθ.sinφ - Az.sinθ Aφ = -Ax.sinφ + Ay.cosφ Ax = Ar.sinθ.cosφ + Aθ.cosθ.cosφ - Aφ.sinθ Ay = Ar.sinθ.sinφ + Aθ.cosθ.sinφ + Aφ.cosθ Az = Ar.cosφ - Aθ.sinφ ệ ố ứ ệ Khi tính toán Antenna Array, thông số cần biết ban đầu là:  Cấu trúc hình học toàn array  Thông tin phần tử array  Khoảng cách phần tử array  Biên độ kích thích ban đầu phần tử  Pha ban đầu phần tử Cần tính toán đặc tính array:  Cấu trúc trường điện từ  Hệ số dàn (Array factor)  Đồ thị định hướng, BWFN, HPBW, độ định hướng, công suất xạ, … ệ ệ  ố ố ứ ứ ẳ ề Các phần tử bố trí dọc theo đường thẳng theo trục Oz Nếu toạ độ ký hiệu Zi giá trị hệ số dàn cho N 1 AF ( , )   I i e jkzi cos i 0 N 1  AF ( ,  )   I i e i 0   I C N 1 jkd cos i i 0 i i Với C e jkd cos Người ta chứng minh được:[1] N 1 N 1 i 0 i 0 AF ( ,  )   I i C i  I N 1  C  Ci  AF với N phần tử biểu diễn đa thức bậc N-1 biến phức C Ci zero thứ i đa thức ệ ệ ố ố ứ ướ Vậy để chắn cực đại hướng khác, khoảng cách phần tử phải thỏa: d  n Để tránh điều ta nên choïn dmax <  ệ ệ ố ố ứ ướ Nếu d >  xuất búp phụ lớn (búp lưới) Các búp lưới xuất khi:  1 d   1    N ệ ệ ố ố ứ ướ Ảnh hưởng khoảng cách chấn tử đồ thị xạ (β=0, N=7) d = 0.1 d = 0.3 d = 0.5 ệ ệ ố ố ứ ướ Ảnh hưởng số chấn tử đồ thị xạ (β=0, d=λ/2) N=2 N=3 N=4 35 ệ ệ ố ố ứ ướ Độ rộng búp sóng dàn anten hướng ngang: FNBW      n  2  arccos    Nd  2   1,391   HPBW  h  2  arccos   Nd  2 d   1 ệ ệ ố ố ứ ướ ứ Là hệ thống có cường độ xạ dàn cực đại theo hướng đứng (θ = 00 hoaëc θ = 1800) ệ ệ ố ố ứ ướ ứ Để độ định hướng đạt cực đại ôû  = 0o:   kd cos     00  kd       kd Nếu muốn cực đại  = 180o   kd cos     1800  kd       kd Nếu khoảng cách d phần tử thỏa: d = n hướng đứng xuất búp sóng hướng ngang Để tránh điều ta phải xác ñònh d cho dmax<  ệ ệ ố ố ứ ướ ứ Khi d tăng, độ rộng Enfire beam giảm, số xạ phụ tăng lên (Xem thêm h8.16 [1]) ệ ệ ố ố ứ ướ ứ Điều kiện xuất búp xạ ngược:  1 d  1    N Choïn  1 d  1    N - Endfire loại I Hệ thống có độ rộng xạ nhỏ khơng có xạ chiều ngược ệ ệ Choïn ố ố ứ ướ ứ   d  1   2N   - Endfire loaïi II Hệ thống có độ rộng xạ nhỏ chấp nhận có xạ chiều ngược ệ ệ ố ố ứ ướ ứ Đồ thị xạ số hệ thống hướng đứng(N=7) d = 0.1 d = 0.3 d = 0.5  = -0.2  = -0.6  = - 42 ệ ệ ố ố ứ ướ ứ Độ rộng búp sóng giàn anten hướng đứng: FNBW     n  arccos 1   Nd   HPBW  1,391   h  arccos 1    Nd   d   1 ệ ệ ố ố ứ ướ ấ ỳ Điều khiển búp sóng hướng theo hướng tùy ý ệ ố ứ ị   kIme  jkr 1   E  i  j cos   cos  kd  cos     4 r 2  Trường xa dipole Array Factor (Hệ số dàn) 1  AF  cos  kd  cos     2  Toång quaùt:     r   E    AF ,   E ref r ệ ố ứ ị Nguyên lý nhân đồ thị: Vẽ đồ thị định hướng phần tử chiếu mặt phẳng xy, yz zx;  Vẽ đồ thị hệ số AF mặt phẳng  Nhân đồ thị mặt phẳng tọa độ Đối với array phức tạp ta phân array làm nhiều LCPESA coi LCPESA phần tử ... ố ố ứ ướ ứ   d  1   2N   - Endfire loại II Hệ thống có độ rộng xạ nhỏ chấp nhận có xạ chiều ngược ệ ệ ố ố ứ ướ ứ Đồ thị xạ số hệ thống hướng đứng(N=7) d = 0.1 d = 0.3 d = 0.5  =... số xạ phụ tăng lên (Xem thêm h8.16 [1]) ệ ệ ố ố ứ ướ ứ Điều kiện xuất búp xạ ngược:  1 d  1    N Choïn  1 d  1    N - Endfire loaïi I Hệ thống có độ rộng xạ nhỏ khơng có xạ. .. ệ ố  N=4 d=0.75λ β= 900 ứ ị ứ ệ ệ ố ố ứ ướ Là hệ thống có cường độ xạ dàn cực đại theo hướng ngang ệ ệ ố ố ứ ướ Điều đạt cách:  Chọn phần tử xạ (như dipole, horn, …)  Chọn xác khoảng cách