BÁO CÁO CUỐI KÌ Môn THỰC HÀNH ANTEN

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BÁO CÁO CUỐI KÌ Mơn: THỰC HÀNH ANTEN Giảng viên: Th.Ngơ Thanh Hãi Sinh viên thực hiện: MSSV: Trương Nhật Dữ 18200004 TP Hồ Chí Minh, 2021 BÁO CÁO CUỐI KÌ Mơn: THỰC HÀNH ANTEN PHỤ LỤC CHƯƠNG I: ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN SÓNG Chương II: GIẢN ĐỒ SMITH CHART 10 Câu 1: Hoàn thành bảng sau 10 CHƯƠNG III: ANTEN NỬA BƯỚC SĨNG 12 Câu 1: Khảo sát đặc tính xạ anten nửa bước sóng Matlab 12 Câu 2: Khảo sát đặc tính xạ anten nửa bước sóng HFSS 16 CHƯƠNG IV: HỆ THỐNG BỨC XẠ 22 Câu 1: Cho hệ thống xạ sau 22 Câu 2: Tương tự câu trục Oz,Ox 30 CHƯƠNG 5: KÊNH TRUYỀN FADING DIỆN RỘNG VÀ DIỆN HẸP 46 Câu 1: Khảo sát mơ hình suy hao đơn giản kết hợp shadowing 46 Câu 2: Khảo sát mơ hình suy hao diện hẹp kênh fading Rayleigh 49 NHẬT XÉT 52 BÁO CÁO CUỐI KÌ Mơn: THỰC HÀNH ANTEN CHƯƠNG I: ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN SÓNG BÁO CÁO CUỐI KÌ Mơn: THỰC HÀNH ANTEN Câu 1: Thiết kế đường dây truyền sóng HFSS với tham số thiết kế sau: a.Thao tác gán vật liệu: Kích song: BÁO CÁO CUỐI KÌ Mơn: THỰC HÀNH ANTEN Ngắn mạch: Chọn tần số mô phỏng: Kiểm tra: BÁO CÁO CUỐI KÌ Mơn: THỰC HÀNH ANTEN Tính tốn trở kháng đặc tính đường dây: Kết mơ ngắn mạch: perfect E Kết mô hở mạch: perfect H BÁO CÁO CUỐI KÌ Mơn: THỰC HÀNH ANTEN Tham số Z¿ Ngắn mạch 0.0161 + j1.5378 Hở mạch 0.52787 –j375.63 L C 1.22 ×10−9 R0 Lý thuyết: 2.12 ×10−12 BÁO CÁO CUỐI KÌ Mơn: THỰC HÀNH ANTEN R0 = √ L = 23.9 c Mô phỏng: 25.136 b.Tìm tần số mà cổng hưởng xảy đường dây cho trrường hợp hở mạch ngắn mạch Điều kiện để mạch cộng lưởng nối tiếp song song là: BÁO CÁO CUỐI KÌ Mơn: THỰC HÀNH ANTEN - Trường hợp 1: Z =¿ R L Nếu tải hở mạch (ZL =+∞) Zin =0, tương đương với ngắn mạch đầu vào Khi đó, trở kháng Zin tương đương với trở kháng mạch LC nối tiếp tần số cộng hưởng =1 W Ta gọi mạch cộng hưởng nối tiếp √LC Nếu tải hở mạch (ZL =0) Zin =+∞, tương đương với hở mạch đầu vào Khi đó, trở kháng Zin tương đương với trở kháng mạch LC song song tần số cộng hưởng =1 W - Trường hợp 2: Z =Z ¿ Ta gọi mạch cộng hưởng song song √LC L Nếu tải hở mạch (ZL =0) Zin =0, tương đương với ngắn mạch đầu vào Khi đó, trở kháng Zin tương đương với trở kháng mạch LC nối tiếp tần số cộng hưởng =1 W Ta gọi mạch cộng hưởng nối tiếp √LC Nếu tải hở mạch (ZL =+∞) Zin =+∞, tương đương với hở mạch đầu vào Khi đó, trở kháng Zin tương đương với trở kháng mạch LC song song tần số cộng hưởng W =1 Ta gọi mạch cộng hưởng song song BÁO CÁO CUỐI KÌ Mơn: THỰC HÀNH ANTEN √LC Sơ đồ chung điều kiện cộng hưởng : + Hướng Broadside: clc; clear; close all; N=4; I0=1; lamda = 0.3; d=0.35*lamda; k =2*pi/lamda; beta =0; phi = 0:2*pi/1000:2*pi; theta =pi/2; psi = beta + k*d.*sin(theta).*cos(phi); r = I0.*abs(sin(N.*(psi/2))./sin(psi/2)); figure(1) h = polarplot(phi,r,'r-','linewidth',1.5); ax = ancestor(h, 'polaraxes'); ax.ThetaZeroLocation = 'top'; ax.ThetaDir = 'clockwise'; + Hướng Endfire: Theo x-: clc; clear; close all; N = 4; I0 = 1; lamda = 0.3; d = 0.25*lamda; k = 2*pi/lamda; beta = k*d; phi = 0:2*pi/1000:2*pi; theta = pi/2; psi = beta + k*d.*sin(theta).*cos(phi); r = I0.*abs(sin(N.*(psi/2))./sin(psi/2)); figure(1) h = polarplot(phi,r,'r-','linewidth',1.5); ax = ancestor(h, 'polaraxes'); ax.ThetaZeroLocation = 'top'; ax.ThetaDir = 'clockwise'; Theo y+: clc; clear; close all; N = 4; I0 = 1; lamda = 0.3; d = 0.25*lamda; k = 2*pi/lamda; beta = -k*d; phi = 0:2*pi/1000:2*pi; theta = pi/2; psi = beta + k*d.*sin(theta).*cos(phi); r = I0.*abs(sin(N.*(psi/2))./sin(psi/2)); figure(1) h = polarplot(phi,r,'r-','linewidth',1.5); ax = ancestor(h, 'polaraxes'); ax.ThetaZeroLocation = 'top'; ax.ThetaDir = 'clockwise'; Khảo sát Matlab d=0.3λlà thích hợp để thiết kế hệ thống Broadside Endfire Vì d=0.3λ khảo sát Matlab thể rõ tính định hướng Broadside Endfire bước sóng phụ thấp Broadside (x) Endfire(x) CHƯƠNG 5: KÊNH TRUYỀN FADING DIỆN RỘNG VÀ DIỆN HẸP Câu 1: Khảo sát mô hình suy hao đơn giản kết hợp shadowing Kỹ thuật viên đo đạt suy hao đường truyền (Path-Loss) mơi trường truyền sóng vơ tuyến theo khoảng cách cho bảng sau: Tần số phát trạm phát f =900 MHz Cho phép khoảng cách tham chiếu d =1m o Viết phương trình tổng quát cảu mơ hình suy hao đơn giản (miền tuyến tính miền dB) Trả lời: Tuyến tính: Pr =Pt K ( ) d −α ( ) Giai dB: 10 log10 Pr=10 log10 Pt+10 log10 K−10 α log10 d Pr( dBm)=Pt (dBm)+ K (dB)−10 αlog10 ( d) Tính hệ số K từ độ lợi đường môi trường không gian tự khoảng cách tham chiếu Trả lời: Hệ số K: K (dB)=20 log10 ( ( ) λ =20 log10 ) 3.108 ( ) =−31.526 dB Phương trình mơ hình suy hao đơn giản viết lại là: Pr Pt (dB )=P (dBm )−P (dBm )=−31.526−10 α log d r t 10 Khớp liệu đo với mơ hình suy hao đơn gairn phương pháp cực tiểu trung bình bình phương lỗi (MMSE) để tìm hệ số suy hao đường α phương sai σ cho mơ hình Shadowing Trả lời: Hàm trung bình bình phương lỗi: J=[(−60+31.526−10 α log 5)2 +(−80+ 31.526−10 α log 25)2+(−105+31.526−10 α log 65 )2+ (−115+31.526 Tìm α để J nhỏ nhất: α ¿=Arg MinJ σ = E [ (đo đạt −mơ hình)2] Code Matlab: Code : clc; clear; close all; f = 900*10^6; % Tần số phát c = 3*10^8; lamda = c/f; % Bước sóng phát d0 = 1; % Khoảng cách tham chiếu K = 20*log10(lamda/(4*pi*d0));% Hệ số K alpha = 3.9581; sigmaPsiDb = 9.681; d = 100; Pt = 10; PtDbm = 10*log10(Pt); Pmin = -110:-100; % Ngưỡng dịch vụ % ============= Monte Carlo ============== Ntry = 10^5; OP_Monte = zeros(1,length(Pmin)); for i = 1:length(Pmin) PsiDb = sqrt(sigmaPsiDb)*randn(1,Ntry); % Tạo mẫu theo Gauss PrDbm = PtDbm + K 10.^alpha.*log10(d/d0)-PsiDb; % Công suất thu indexLess = find(PrDbm < Pmin(i)); OP_Monte(i) = length(indexLess)/Ntry; end % ============== Lý thuyết =============== OP_Theo = qfunc((PtDbm+K10*alpha*log10(d/d0)-Pmin)/sqrt(sigma P siDb)) % =============== Đồ thị ================= figure(1) semilogy(Pmin,OP_Theo,'r-','linewidth',1 4); hold on; semilogy(Pmin,OP_Theo,'ko','linewidth', 1.4); xlabel('Pmin (dBm)'); ylabel('OP') OP_Theo = Câu 2: Khảo sát mô hình suy hao diện hẹp kênh fading Rayleigh Khảo sát đặc tính phân bố độ lớn hệ số kênh truyền, độ lớn bình phương hệ số kênh truyền, phần thực phần ảo hệ số kênh truyền tn theo phân phối Gaussian có trung bình phương sai 0.5 (code) clc; clear; close all; Ntry = 10^6; sigma = 1/2; %OmegaP/2 (OmegaP = 2*sigma) % ======= Phan thuc, Phan ao ======= hI = sqrt(sigma)*randn(1,Ntry); hQ = sqrt(sigma)*randn(1,Ntry); % ============ Bien ============= abs_h = sqrt(hI.^2 + hQ.^2); % ======= Binh phuong bien ====== abs_h_sq = hI.^2 + hQ.^2; % ==== Monte Carlo Ham mat PDF ==== [fhI,xI] = ksdensity(hI); [fhQ,xQ] = ksdensity(hQ); [fabs_h,x_abs] = ksdensity(abs_h); [fabs_h_sq,x_abs_sq] = ksdensity(abs_h_sq); Phần thực : Phần ảo: % ===== Ly thuyet ham mat PDF ==== fhIL = 1/(sqrt(2*pi*sigma))*exp((1/2).*(xI.^2)./sigma); fhQL = 1/(sqrt(2*pi*sigma))*exp((- Biên độ: 1/2).*(xQ.^2)./sigma); fabs_hL = (x_abs./sigma).*exp((1/2).*(x_abs.^2)./sigma); fabs_h_sqL = 1/(2.*sigma).*exp(x_abs_sq./(2.*sigma)); % ============ Do thi ============= figure(1) plot(xI,fhI,'ko','linewidth',1.4); hold on; plot(xI,fhIL,'r-','linewidth',1.4); xlabel('h_I'); ylabel('f(h_I)'); legend('Simulation','Theory') figure(2) plot(xQ,fhQ,'ko','linewidth',1.4); hold on; plot(xQ,fhQL,'b-','linewidth',1.4); xlabel('h_Q'); ylabel('f(h_Q)'); legend('Simulation','Theory') figure(3) plot(x_abs,fabs_h,'ko','linewidth',1.4); hold on; plot(x_abs,fabs_hL,'g-','linewidth',1.4); xlabel('|h|'); ylabel('f(|h|)'); legend('Simulation','Theory') figure(4) plot(x_abs_sq,fabs_h_sq,'ko','linewidth',1 4); hold on; plot(x_abs_sq,fabs_h_sqL,'m-','linewidth' ,1.4); xlabel('|h|^2'); ylabel('f(|h|^2)'); Bình phương biên độ: legend('Simulation','Theory') Ngưỡng dịch vụ đầu thu Pmin =−10dBm:10dBm Đặc tính kênh truyền câu a, khảo sát xác suất dừng hệ thống theo lý thuyết mô PminDbm = -10:1:10; Pmin = 10.^(PminDbm/10)*10^-3; % =========== Mo phong ============ Ntry = 10^6; OP_simul = zeros(1,length(Pmin)); for i = 1:length(OP_simul) % ====== Phan thuc, phan ao ======= hI = sqrt(sigma)*randn(1, Ntry); hQ = sqrt(sigma)*randn(1, Ntry); % ===== Cong suat thu tuc thoi ==== P_tt = hI.^2 + hQ.^2; indexLess = find(P_tt < Pmin(i)); OP_simul(i) = length(indexLess)/Ntry; end OP_simul; % ========== Ly thuyet ============ OP_theo = - exp(-1/(2.*sigma).*Pmin); figure(1) plot(PminDbm,OP_simul,'ko','linewidth',1 4); hold on; plot(PminDbm,OP_theo,'r-','linewidth',1.4); xlabel('Pmin'); ylabel('OP'); legend('Simulation', 'Theory') NHẬN XÉT Tp.HCM, Ngày……Tháng……Năm… Giảng viên Ngô Thanh Hãi CHƯƠNG I: ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN SÓNG Chương II: GIẢN ĐỒ SMITH CHART Câu 1: Hồn thành bảng sau: CHƯƠNG III:ANTEN NỬA BƯỚC SĨNG Câu 1: Khảo sát đặc tính xạ anten nửa bước sóng Matlab Câu 2: Khảo sát đặc tính xạ anten nửa bước sóng HFSS CHƯƠNG IV: HỆ THỐNG BỨC XẠ Câu 1: Cho hệ thống xạ sau: Câu 2: Tương tự câu trục Oz,Ox a.Trục Oz: b.Trục Ox: Broadside (x) CHƯƠNG 5: KÊNH TRUYỀN FADING DIỆN RỘNG VÀ DIỆN HẸP Câu 1: Khảo sát mơ hình suy hao đơn giản kết hợp shadowing Câu 2: Khảo sát mơ hình suy hao diện hẹp kênh fading Rayleigh NHẬN XÉT ... [phi3,theta3] = meshgrid(phi3,theta3); r3 = eta/4; [x3,y3,z3] = sph2cart(phi3,pi/2 - theta3,r3); figure(1) surf(x1,y1,z1); hold on; surf(x2,y2,z2); plot(x3,y3,'r-','linewidth',1.5) xlabel('x'); ylabel('y');... theta = pi/2; psi = k*d*sin(theta)*sin(phi) + beta; r = I0*abs(sin(N*psi/2)./(sin(psi/2)) ); figure(1) h= polarplot(phi,r,'r-','linewidth',1.5 ); ax = ancestor(h, 'polaraxes'); ax.ThetaZeroLocation... theta = pi/2; psi = k*d*sin(theta)*sin(phi) + beta; r= I0*abs(sin(N*psi/2)./(sin(psi/2)) ); figure(1) h= polarplot(phi,r,'r-','linewidth',1.5 ); ax = ancestor(h, 'polaraxes'); ax.ThetaZeroLocation