TỈNH TOÁN THIẾT KẺ VÀ MÔ PHÒNG ANTEN HELIX DÙNG CHO BAND X TÂN SỐ 9G

LỜI CẢM ƠN Em xin gởi đến thầy Nguyễn Dương Thế Nhân lời cảm ơn chân thành lòng biết ơn sâu sắc hướng dẫn nhiệt tình thầy suốt q trình làm luận văn Ngồi ra, thầy người thật dễ gần gũi, vui tính hết lịng giúp đỡ sinh viên, thầy rèn luyện cho em tính tự lập nghiên cứu, niềm đam mê vào kĩ thuật Em xin chân thành cảm ơn thầy cô khoa Điện-Điện Tử, đặc biệt thầy cô môn Viễn Thơng hết lịng dạy dỗ truyền đạt kiến thức quý báu trình học để trang bị tảng kiến thức vững để hoàn thành tốt luận văn sẵn sàng cho công việc tương lai Và cuối xin cảm ơn người bạn nhóm có giúp đỡ, chia sẽ, thảo luận, động viên q trình hồn thành Luận Văn Tp.Hồ Chí Minh, tháng năm 2010 Sinh viên Đặng Trường Sơn PHẦN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Giáo viên hướng dẫn PHẦN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Giáo viên phản biện GVHD: Th.s Nguyễn Dương Thế Nhân MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU DANH SÁCH HÌNH VẼ DANH SÁCH BẢNG BIỂU Chương 1: LÝ THUYẾT ANTEN 1.1 TÌM HIỂU SƠ LƯỢC VỀ ANTEN 1.1.1 Định nghĩa: 1.1.2 Lịch sử phát triển anten: 1.2 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.2.1 Trở kháng vào anten (Antenna Input Impedance) 1.2.2 Hiệu suất anten 11 1.2.3 Trường điện từ tạo anten 12 1.2.4 Công suất trường điện từ 13 1.2.5 Sự phân cực (polarization) 15 1.2.6 Đồ thị xạ (Radiation Pattern) 16 1.2.7 Độ rộng nửa công suất độ rộng giá trị không 17 1.2.8 Góc khối anten (Antenna Beam Solid Angle – ABSA) 17 1.2.9 Độ lợi hướng tính anten hệ số định hướng 18 1.2.10 Độ lợi antenna EIRP 19 1.2.11 Mức xạ phụ anten tỷ số trước sau (FRONT TO BACK RATIO) 20 Chương 2: LÝ THUYẾT ANTEN HELIX 22 2.1 GIỚI THIỆU: 22 2.2 CÁC MODE (CHẾ ĐỘ) HOẠT ĐỘNG CỦA ANTEN HELIX: 23 2.2.1 Mode truyền dẫn ( transmission mode): 23 2.2.2 Mode xạ ( radiation mode): 23 2.3 PHÂN TÍCH ANTEN HELIX: 24 2.3.1 Anten helix normal mode: 25 2.3.2 Anten helix axial mode: 26 2.3.3 Tối ưu hoạt động helix axial mode: 30 2.4 CÁC BIẾN THỂ CỦA ANTEN HELIX(MODIFIED HELICES): 33 SVTH: Đặng Trường Sơn Trang GVHD: Th.s Nguyễn Dương Thế Nhân 2.4.1 Anten helix có đầu cuối xoắn nón (helical antenna with taperad-and): 33 2.4.2 Helix bốn sợi cộng hưởng mạch in (printed resonant quadrifilar Helix – PRQH): 34 2.4.3 Stub-loaded Helix: 35 2.4.4 Monopole-helix anten: 36 Chương 3:TÍNH TỐN THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG ANTEN HELIX DÙNG CHO BAND X TẦN SỐ 9G 37 3.1 TÍNH TỐN THIẾT KẾ ANTEN HELIX 37 3.2 CÁC BƯỚC VẼ HÌNH VÀ KẾT QUẢ MƠ PHỎNG ANTEN HELIX TRÊN CHƯƠNG TRÌNH HFSS: 38 3.2.1 Các bước vẽ hình khai báo thơng số anten Helix: 38 3.2.2 Các kêt mô anten Helix làm việc tần số 9GHz: 52 3.2.2.1 Kết mô anten Helix với C = λ : 52 3.2.2.2 Kết mô anten thiết kế: 53 Chương 4:THI CÔNG VÀ ĐO ĐẠC 57 4.1 THI CÔNG 57 4.1.1 Q trình thi cơng: 57 4.1.2 Hình ảnh anten helix thi công: 57 4.2 ĐO ĐẠC 58 4.2.1 Đo đạc thông số ma trận phản xạ S11, trở kháng Anten, hệ số sóng đứng VSWR: 58 4.2.1.1 Thiết bị đo: 58 4.2.1.2 Kết đo đạc: 60 4.2.2 Đo đạc đồ thị xạ Anten: 60 4.2.2.1 Thiết bị đo: 60 4.2.2.2 Phương pháp đo kết 61 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 64 Kết luận: 64 Hướng phát triển đề tài: 64 SVTH: Đặng Trường Sơn Trang LỜI MỞ ĐẦU GVHD: Th.s Nguyễn Dương Thế Nhân LỜI MỞ ĐẦU Ngày với phát triển khoa học - kỹ thuật nhu cầu thơng tin người ngày đáp ứng đầy đủ Đặc biệt thập kỷ vừa qua chứng kiến phát triển mạnh mẽ mơ hình thơng tin di động ưu điểm so với loại hình thơng tin cổ điển trước Đóng góp vào thơng tin liên lạc khơng thể khơng kể tới vai trò anten - thiết bị dùng để truyền đạt thu nhận tín hiệu Việc thiết kế anten ảnh hưởng đến tồn chất lượng kênh truyền Các anten ngày cải tiến để đáp ứng đầy đủ phù hợp với phát triển ngày phong phú, đa dạng loại hình thơng tin di động khác Từ anten đơn cực đến hệ thống anten Yagi sử dụng rộng rãi thu thu hình, ngày có anten ứng dụng công nghệ cao như: công nghệ di động, mạng WLAN, thông tin viba, thông tin vệ tinh, anten thơng minh hệ thống tích hợp siêu cao tần v.v… Một anten đại bên cạnh việc đáp ứng yếu tố độ lợi, băng thông, trở kháng phù hợp với yêu cầu người sử dụng phải đáp ứng yêu cầu tính thẩm mỹ người như: nhỏ, gọn, đẹp đa ứng dụng Sự đời anten helix (anten xoắn) xuất phát từ yêu cầu thực tiễn Đặc điểm bật anten đạt phân cực tròn phối hợp trở kháng vùng băng thông rộng, dễ dàng tích hợp với hệ thống xử lý tín hiệu Những đặc tính giúp anten helix xoắn quan tâm nhiều công nghệ cao tương lai Từ nhận định trên, với giúp đỡ thầy Nguyễn Dương Thế Nhân quý thầy cô môn viễn thông, em định sâu vào nghiên cứu đề tài “THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG ANTEN HELIX” Do đó, mục tiêu đề tài khơng khác ngồi việc nghiên cứu chặt chẽ lý thuyết anten đặc biệt anten helix, từ tiến tới việc thiết kế thi cơng helix xoắn 9Ghz, phân cực trịn băng thơng rộng Trong q trình thực luận văn, em nắm vững kiến thức anten helix, thiết kế, mô phỏng, thi cơng đo đạc thành cơng mơ hình anten Helix, trình bày thành chương sau: Chương 1: LÝ THUYẾT ANTEN Chương 2: LÝ THUYẾT ANTEN HELIX Chương 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ VÀ MƠ PHỎNG ANTEN HELIX Chương 4: THI CÔNG VÀ ĐO ĐẠC Với hướng dẫn thầy Nguyễn Dương Thế Nhân, với kiến thức tiếp thu từ trường đại học tiếp cận thực tế mơ hình anten bên em hoàn tất luận văn tốt đẹp Qua trình thực đề tài, em SVTH: Đặng Trường Sơn Trang LỜI MỞ ĐẦU GVHD: Th.s Nguyễn Dương Thế Nhân làm quen dần với việc tính tốn thiết kế anten thực tế, thu nhặt thêm nhiều kinh nghiệm có ích để hoàn thiện, bổ sung kiến thức học việc tìm kiếm cơng việc tương lai Do kiến thức cịn hạn chế quỹ thời gian có hạn nên chắn có nhiều sai sót q trình thực đề tài Em mong quý thầy cô đọc qua luận văn đóng góp ý kiến để đề tài hoàn thiện tốt SVTH: Đặng Trường Sơn Trang DANH SÁCH HÌNH VẼ GVHD: Th.s Nguyễn Dương Thế Nhân DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1: Hệ thống Anten thu phát Hình 1.2 : Anten mạch tương đương Hình 1.3: Mạch tương đương anten chi tiết hóa Hình 1.4: HPBW BWFN anten Hình 2.1: Cấu trúc hình học anten helix Hình 2.2: Mật độ điện tích tức thời mode T0 Hình 2.3: Mật độ điện tích tức thời mode T1 Hình 2.4: Đồ thị xạ 3-D normal mode (trái) axial mode (phải) Hình 2.5: Mơ hình gần helix normal mode Hình 2.6: Phân bố dịng điện helix axial mode Hình 2.7: Ảnh hưởng chu vi helix (đã chuẩn hố) lên độ lợi Hình 2.8: Độ lợi đỉnh ứng với đường kính khác Hình 2.9: Ảnh hưởng góc dựng lên độ lợi tần số Hình 2.10: Ảnh hưởng số vịng lên độ lợi tần số Hình 2.11: Hình dạng anten helix có đầu cuối xoắn nón Hình 2.12: Hình dạng Anten helix bốn sợi cộng hưởng mạch in Hình 2.13: Hình dạng Stub-loaded Helix Hình 2.14: Hình dạng Monopole-helix Anten Hình 3.1: Đồ thị ma trận phản xạ S11 với C = λ Hình 3.2: Đồ thị xạ độ lợi anten với C = λ Hình 3.3: Đồ thị biểu diễn ma trận S11 anten thiết kế Hình 3.4: Đồ thị biểu diễn trở kháng anten thiết kế Hình 3.5: Đồ thị biểu diễn hệ số sóng đứng anten thiết kế Hình 3.6: Đồ thị biểu diễn tỉ số trục anten thiết kế Hình 3.7: Đồ thị xạ 2D độ lợi anten thiết kế Hình 4.1: Anten helix thi cơng Hình 4.2: Thiết bị Network Analyzer (mặt trước) Hình 4.3 Kết nối anten với thiết bị đo Network Analyzer Hình 4.4: Máy phát sóng Signal Generater SVTH: Đặng Trường Sơn Trang DANH SÁCH HÌNH VẼ GVHD: Th.s Nguyễn Dương Thế Nhân Hình 4.5: Máy thu Spectrum Analyzer Hình 4.6: Kết đo đạc đồ thị xạ helix SVTH: Đặng Trường Sơn Trang DANH SÁCH BẢNG BIỂU GVHD: Th.s Nguyễn Dương Thế Nhân DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 2.1:Các thông số tối ưu hoạt động helix Bảng 3.1: Kích thước anten helix thiết kế Bảng 3.2: Tóm tắt đặc tính anten helix thiết kế Bảng 4.1: Bảng kết đo độ lợi anten theo θ với φ =900 SVTH: Đặng Trường Sơn Trang Chương 3: THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG GVHD: Th.s Nguyễn Dương Thế Nhân Chọn menu HFSS >Resufts > Create Far Fields Report > Rectangular Plot Tại cửa sổ Report: Solution: Setup1: Lastadaptive Domain: Infinite Sphere1 Khai báo trục Y Category: Axial Ratio Quantity: AxialRatioValue Function: dB Click New Report button *Tạo báo cáo kết trường E anten: Chọn menu Edit > select > by name, chọn Circle1 Chọn menu HFSS > Fields > Plot Fields > E > Mag_E Tại cửa sổ Create Field Plot: Solution: Setup1: Lastadaptive Quantity: Mag_E In Volume: AllObjects Plot on surface only:_checked Click DONE button *Tạo báo cáo kết trường H anten: Chọn menu Edit > select > by name, chọn Circle1 Chọn menu HFSS > Fields > Plot Fields > H > Mag_H Tại cửa sổ Create Field Plot: Solution: Setup1: Lastadaptive Quantity: Mag_H In Volume: AllObjects Plot on surface only:_checked Click DONE button *Tạo báo cáo kết mật độ dòng J anten: Chọn menu Edit > select > by name, chọn Circle1 Chọn menu HFSS > Fields > Plot Fields > J > Mag_Jsurf SVTH: Đặng Trường Sơn Trang 51 Chương 3: THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG GVHD: Th.s Nguyễn Dương Thế Nhân Tại cửa sổ Create Field Plot: Solution: Setup1: Lastadaptive Quantity: Mag_Jsurf In Volume: AllObjects Plot on surface only:_checked Click DONE button - Kiểm tra xác định tính hợp lệ Model Chọn menu HFSS > Validation Check Click Close button *Chú ý :nếu có lỗi cảnh báo thể cửa sổ Message Manager - Chạy phân tích mơ Anten Để bắt đầu xử lý : Chọn menu HFSS > Analyze All 3.2.2 Các kêt mô anten Helix làm việc tần số 9GHz: 3.2.2.1 Kết mô anten Helix với C = λ : XY Plot Ansoft Corporation HFSSDesign1 5.00 Curve Info dB(St(Circle1_T1,Circle1_T1)) Setup1 : Sw eep1 d B (S t(C ircle _ T1 ,C ircle _ T1 )) -0.00 -5.00 -10.00 -15.00 -20.00 -25.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 Freq [GHz] 10.00 11.00 12.00 13.00 Hình 3.1:Đồ thị ma trận phản xạ S11 với C = λ SVTH: Đặng Trường Sơn Trang 52 Chương 3: THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG GVHD: Th.s Nguyễn Dương Thế Nhân Radiation Pattern Ansoft Corporation HFSSDesign1 Curve Info -30 dB(GainTotal) Setup1 : LastAdaptive Freq='9GHz' Phi='90deg' 30 9.00 3.00 -60 60 -3.00 -9.00 -90 90 -120 120 -150 150 -180 Hình 3.2: Đồ thị xạ độ lợi anten với C = λ Nhận xét: Với C = λ thiết kế anten với thông số độ lợi, HPBW, BWFN gần với tính tốn lý thuyết đạt tối ưu anten không hoạt động tần số 9GHz ta mơ thực nghiệm nhiều kích thước anten để anten hoạt động 9GHz với đặc tính xạ chấp nhận 3.2.2.2 Kết mô anten thiết kế: XY Plot Ansoft Corporation HFSSDesign1 -5.00 Curve Info dB(St(Circle1_T1,Circle1_T1)) Setup1 : Sw eep1 d B ( S t( C i r c l e _ T ,C i r c l e _ T ) ) -10.00 -15.00 -20.00 -25.00 -30.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 Freq [GHz] 10.00 11.00 12.00 13.00 Hình 3.3:Đồ thị biểu diễn ma trận S11 anten thiết kế Nhận xét: mô Anten đạt phối hợp trở kháng tốt khoảng băng thông tương đối rộng 400Mhz(8.8Ghz – 9.2Ghz) phù hợp với yêu cầu đề SVTH: Đặng Trường Sơn Trang 53 Chương 3: THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG GVHD: Th.s Nguyễn Dương Thế Nhân XY Plot Ansoft Corporation HFSSDesign1 120.00 Curve Info 100.00 re(Zt(Circle1_T1,Circle1_T1)) Setup1 : Sw eep1 80.00 im(Zt(Circle1_T1,Circle1_T1)) Setup1 : Sw eep1 60.00 Y1 40.00 20.00 0.00 -20.00 -40.00 -60.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 Freq [GHz] 10.00 11.00 12.00 13.00 Hình 3.4:Đồ thị biểu diễn trở kháng anten thiết kế Nhận xét:phối hợp trở kháng gần 50 Ω tần số 9Ghz XY Plot Ansoft Corporation HFSSDesign1 2.40 Curve Info VSWRt(Circle1_T1) Setup1 : Sw eep1 2.20 V S W R t( C i r c l e _ T ) 2.00 1.80 1.60 1.40 1.20 1.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 Freq [GHz] 10.00 11.00 12.00 13.00 Hình 3.5:Đồ thị biểu diễn hệ số sóng đứng anten thiết kế Nhận xét: Hệ số sóng đứng khoảng băng thơng (8.8Ghz-9Ghz) đạt giá trị giá trị dể đánh giá hoạt đông tốt anten SVTH: Đặng Trường Sơn Trang 54 Chương 3: THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG GVHD: Th.s Nguyễn Dương Thế Nhân XY Plot Ansoft Corporation HFSSDesign1 50.00 Curve Info dB(AxialRatioValue) Setup1 : LastAdaptive Freq='9GHz' Phi='0deg' d B (A x ia lR a tio V a lu e ) 40.00 30.00 20.00 10.00 0.00 -200.00 -150.00 -100.00 -50.00 0.00 Theta [deg] 50.00 100.00 150.00 200.00 Hình 3.6:Đồ thị biểu diễn tỉ số trục anten thiết kế Radiation Pattern Ansoft Corporation HFSSDesign1 Curve Info -30 dB(GainTotal) Setup1 : LastAdaptive Freq='9GHz' Phi='90.0000000000002deg' 30 6.00 2.00 -60 60 -2.00 -6.00 -90 90 -120 120 -150 150 -180 Hình 3.7:Đồ thị xạ 2D độ lợi anten thiết kế Nhận xét: độ lợi anten thiết kế thấp độ lợi anten tối ưu,HPBW BWFN lớn thơng số chấp nhận Như vậy, đặc tính xạ helix thiết kế tổng kết bảng sau: SVTH: Đặng Trường Sơn Trang 55 Chương 3: THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG GVHD: Th.s Nguyễn Dương Thế Nhân Bảng 3.2:Tóm tắt đặc tính anten helix thiết kế Tần số cộng hưởng GHz Độ lợi 9.2 dB Trở kháng 53-j1.9 Ω Băng thông trở kháng 400MHz (8.8GHz - 9.2 GHz) Băng thơng nửa cơng suất 500 Góc giá trị không 720 Kết phù hợp với yêu cầu thiết kế SVTH: Đặng Trường Sơn Trang 56 Chương 4: THI CÔNG VÀ ĐO ĐẠC GVHD: Th.s Nguyễn Dương Thế Nhân Chương 4:THI CÔNG VÀ ĐO ĐẠC 4.1 THI CƠNG 4.1.1 Q trình thi cơng: Phần Helix: ta sử dụng dây đồng có đường kính 2mm,một lõi quấn có đường kính ngồi 11.76mm,trên lỏi quấn có đánh dấu khoảng cách 8.35mm.sau ta quấn đồng quanh lõi quấn với khoảng cách vòng dược đánh dấu Phần mặt phẳng đất: ta sử dụng miếng đồng bề dày 0.5mm,sau cắt miếng đồng thành hình trịn có bán kính 22mm,đo từ tâm mặt phẳng đất khoảng 6.88mm cắt lỗ nhỏ để gắn jack N sau khoan lỗ để vặn ốc cố định với mặt phẳng đất Sau hoàn thành phần ta tiến hành hàn phần lại với nhau: ta hàn đầu Helix vào hàn anten jack N cách mặt phẳng đất 2mm cho tâm mặt phẳng đất tâm Helix trùng 4.1.2 Hình ảnh anten helix thi công: SVTH: Đặng Trường Sơn Trang 57 Chương 4: THI CÔNG VÀ ĐO ĐẠC GVHD: Th.s Nguyễn Dương Thế Nhân Hình 4.1: Anten helix thi cơng Thi cơng helix có kích thước mơ Sử dụng đầu nối N 4.2 ĐO ĐẠC 4.2.1 Đo đạc thông số ma trận phản xạ S11, trở kháng Anten, hệ số sóng đứng VSWR: 4.2.1.1 Thiết bị đo: Network Analyzer thiết bị dùng để phân tích đo đạc thông số anten thiết bị siêu cao tần khác Thiết bị mà cúng ta nói thiết bị với tên gọi ZVB8, hoạt động với tần số tối đa 8Ghz với port kết nối với thiết bị ngồi ra, cịn giao tiếp với máy tính thiết ngoại vi khác thơng qua mạng LAN, giao tiếp USB 2.0, kết nối với monitor… Thiết bị dùng hệ điều hành (OS) window XP Embedded thân thiện dễ sử dụng với người dùng Sau hình ảnh Vector Network Analyzer SVTH: Đặng Trường Sơn Trang 58 Chương 4: THI CÔNG VÀ ĐO ĐẠC GVHD: Th.s Nguyễn Dương Thế Nhân Hình 4.2 Thiết bị Network Analyzer (mặt trước) Qua hình thể đầy đủ cho cấu tạo bên ngồi thiết bị Q trình đo đạc thiết bị,chúng ta giới hạn phần đo anten với thơng số Q trình đo đạc tương đối dễ dàng Hình 4.3 Kết nối anten với thiết bị đo Network Analyzer Một điểm ý phần ta kết nối thiết bị cần đo với port đèn báo hiệu làm tác dụng Cụ thể thể sau: • Khi LED ember (vàng) sáng báo hiệu kết nối dùng dùng nguồn từ port (Source Port) SVTH: Đặng Trường Sơn Trang 59 Chương 4: THI CÔNG VÀ ĐO ĐẠC GVHD: Th.s Nguyễn Dương Thế Nhân • Khi LED Green (xanh lá) sáng báo hiệu: kết nối dùng tín hiệu phát thu đồng thời (Source and Receive Port) • Khi LED Blue(xanh) sáng báo hiệu kết nối dùng port nhận tín hiệu (Receive Port) Cách thức đo anten thực sau: • Kết nối thiết bị cần đo (DUT= Device Under Test) tới Port thiết bị (Port 1) Điểm lưu ý anten phải kết nối với connecter N 50Ω ( để đảm bảo cho điều kiện phối hợp trở kháng với thiết bị anten) • Nhấn Preset cho q trình phân tích trở ban đầu • Ta chọn thơng số Snm (DUT kết nối với Port n) • Trên cơng cụ có thành phần cần đo S, VSWR, đồ thị Smith… Chú ý để đo xác hiệu quả, ta chọn tần số làm việc tầm hoạt động thiết bị cần đo bước tần số phân tích thích hợp 4.2.1.2 Kết đo đạc: Do máy đo Network Analyzer có tầm đo giới hạn 8GHz mà Anten ta thiết kế thi công tần số 9GHz nên phần ta tìm hiểu cách sử dụng máy đo Network Analyzer dể đo thông số mà không đưa kết đo đạc 4.2.2 Đo đạc đồ thị xạ Anten: 4.2.2.1 Thiết bị đo: Máy phát sóng SIGNAL GENERATER (ROHDE & SCHWARZ) có tầm tần số 10MHz đến 30GHz SVTH: Đặng Trường Sơn Trang 60 Chương 4: THI CÔNG VÀ ĐO ĐẠC GVHD: Th.s Nguyễn Dương Thế Nhân Hình 4.4: Máy phát sóng Signal Generater Máy thu máy phân tích phổ SPECTRUM ANALYZER (ROHDE & SCHWARZ) có tầm tần số 9KHz đến 30GHz Hình 4.5: Máy thu Spectrum Analyzer 4.2.2.2 Phương pháp đo kết Đo đồ thị xạ helix cách sử dụng máy phát sóng phát tín hiệu 9GHz mơi trường bên ngồi thơng qua helix mẫu (hình4.4) với cơng suất phát PS, helix mẫu có độ lợi Gr= 9.8dB 9GHz Tín hiệu thu vào máy Spectrum Analyzer thông qua anten thi công Hai anten helix đặt cách 1m, công suất thu PL hiển thị máy thu SVTH: Đặng Trường Sơn Trang 61 Chương 4: THI CÔNG VÀ ĐO ĐẠC GVHD: Th.s Nguyễn Dương Thế Nhân Ta có phương trình: PL (dBm) = PS (dBm) + Gr (θ r , φr ) + Gt (θt , φt ) − 20 log r ( km) −20 log f ( MHz ) + qt (dB) + qr (dB) +20 log pˆ r (θ r , φr ) pˆ t (θ r , φr ) − 32.44 Giả sử anten phát thu phối hợp trở kháng tốt, bỏ qua suy hao cáp đồng trục Bằng cách điều chỉnh hướng hai anten cho mát phân cực nhỏ nhất, ta tính độ lợi anten thu theo phương trình đơn giản sau: Gr (θ r , φr ) = 51.5 − PS (dBm) + PL (dBm) − Gt (θt , φt ) Để xác định đồ thị xạ anten thu ta xoay helix thu theo góc θ tương ứng với góc φ Kết đo sau: Trong mặt phẳng yOz ( φ =900): θ(độ) 20 30 40 50 Gr(dB) 9.3 9.0 7.9 3.8 1.8 3.1 -0.7 θ(độ) 120 130 140 150 Gr(dB) -4.5 -5.4 -3.8 -6.9 -7.9 -5.3 -4.1 9.2 θ(độ) -70 -80 -2 -0.7 -4.8 -5.1 -60 Gr(dB) -0.7 10 -90 160 60 170 70 80 90 100 110 -2.6 0.5 -5 -2.4 -1.5 180 -10 -20 -30 -40 -50 -1.9 2.2 -100 -110 -120 -130 -140 -150 -160 -170 -3 -6.3 -4.4 -6.8 -8.7 -9.9 -7.1 Bảng 4.1:bảng kết đo độ lợi anten theo θ với φ =900 Ta đồ thị xạ sau: SVTH: Đặng Trường Sơn Trang 62 Chương 4: THI CÔNG VÀ ĐO ĐẠC GVHD: Th.s Nguyễn Dương Thế Nhân Hình 4.6: Kết đo đạc đồ thị xạ helix Nhận xét: -Helix có độ lợi đo đạc khoảng 9.2dB -Góc nửa cơng suất góc giá trị khơng nhỏ mô Nguyên nhân bước nhảy phép đo tương đối lớn nên độ mịn đồ thị không cao độ thị có độ xác mức tương đối -Các xạ phụ nhỏ nhiều so với xạ Như vậy, kết đo đạc mô anten helix phù hợp phù hợp với yêu cấu thiết kế SVTH: Đặng Trường Sơn Trang 63 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN GVHD: Th.s Nguyễn Dương Thế Nhân KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Kết luận: Qua thời gian tìm hiểu thực thiết kế Anten Helix, kết thu là: • Lý thuyết ứng dụng thực tế Anten Helix • Điểm mạnh yếu Anten Helix so với loại thông thường • Sử dụng phần mềm HFSS để mơ kết thiết kế • Tìm hiểu cách sử dụng máy Network Analyzer • Tìm hiểu cách sử dụng đo đạc máy phát sóng SIGNAL GENERATER, máy phân tích phổ SPECTRUM ANALYZER • Sự khác biệt khó khăn q trình mơ thi cơng thực tế so với lý thuyết Hướng phát triển đề tài: Qua thời gian tìm hiểu, em xin đưa hai hướng phát triển đề tài nhằm tăng độ lợi độ hướng tính cho Anten Helix sau: • Kết hợp anten Helix với mặt phản xạ chảo Parabol, Anten phản xạ parabol sử dụng phổ biến hệ thống thông tin vô tuyến thơng tin vệ tinh Anten chảo có ngun lý hoạt động đơn giản lại cho hiệu cao, có độ lợi cao đáng kể so với anten cấp nguồn Một hệ thống thông tin vô tuyến bất kỳ, cần anten có độ lợi cao, búp sóng hẹp phân cực trịn anten chảo parabol cấp nguồn helix Ngoài ra, kết hợp cịn cung cấp băng thơng trở kháng rộng • Do nhược điểm anten Helix hướng tính khơng cao , với anten đơn khó thiết lập đồ thị phương hướng có độ rộng nhỏ 25 Để nâng cao hướng tính anten sử dụng hệ thống anten xoắn đồng pha SVTH: Đặng Trường Sơn Trang 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO GVHD: Th.s Nguyễn Dương Thế Nhân TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Tiến Thường, Trần Văn Sư (2005) Truyền sóng Anten Nhà xuất Đại học Quốc gia Tp.HCM [2] Phan Anh Lý thuyết kĩ thuật Anten Nhà xuất khoa học kĩ thuật [3] Thomas A.Milligan (1985) Modern Antenna Design McGraw-Hill Book Company [4] C.A.Balanis (2005) Antenna Theory Analysis and Design [5] S.Silver (1949) Microwave Antenna Theory and Design McGraw-Hill Book Company [6] R.E.Collin, F.J.Zucker (1969) Antenna Theory Part II McGraw-Hill Book Company SVTH: Đặng Trường Sơn Trang 65