lý thuyết anten thu

Thiết kế thi công anten Yagi LỜI CẢM ƠN Để hồn thành tốt đề tài này, trước tiên em xin chân thành cảm ơn thầy cô khoa Điện – Điện tử thầy mơn tận tình giúp đỡ em suốt trình học tập suốt trình thực đề tài tốt nghiệp Sau cùng, em chân thành cảm ơn thầy ThS Nguyễn Dương Thế Nhân người hướng dẫn em thực đề tài Thầy nhiệt tình hướng dẫn, giúp đỡ em suốt trình thực đề tài truyền đạt thêm nhiều kiến thức giúp cho em hiểu rõ lĩnh vực Một lần em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Sinh viên thực Nguyễn Phạm Như Sáng Thiết kế thi công anten Yagi LỜI MỞ ĐẦU Anten Yagi có tên đầy đủ Yagi – Uda Được phát minh vào năm 20 kỷ này, hai nhà bác học người Nhật tên Shintano Uda Hidetsugu Yagi Hai ông cộng tác với chặt chẽ q trình nghiên cứu, phát minh hồn thiện Anten, mặt lý thuyết lẫn thực nghiệm Shintano Uda giáo sư Đại học Tohoku Ông cơng bố thành nghiên cứu tạp chí Học Viện Kỹ Sư Điện Tử Nhật Bản Loạt 11 báo tín hiệu vơ tuyến sóng ngắn đăng tải từ thời gian nói đến tháng 6/1929 làm tảng quan trọng dẫn đến việc hồn thiện kiểu Anten thu hình mà cịn sử dụng ngày hôm Với công trình trên, Shintano Uda đx nguyên lý, cấu tạo kích thước chung Anten Hidetsugu Yagi, giáo sư Kỹ Thuật Điện Tử Đại Học Tohoku, chuyên ghia khoa học cao cấp Uda Và năm này, họ công bố báo cáo khoa học tiếng việc truyền dẫn sóng cực ngắn ‘Tiến trình IRE” Bài báo gây tiếng vang lớn giới khoa học Mỹ giới lúc Mặc dù giáo sư Yagi lưu ý đến đóng góp Uda với báo Anten xuất bản, đến vai trị Uda tiến trình nghiên cứu thực nghiệm Anten họ phát minh, Anten lại mau chóng gọi “cái Yagi” Trong tôn trọng cống hiến Uda, Giáo sư Yagi đề nghị gọi Anten Yagi – Uda Trong năm sau bây giờ, nhiều hệ Bác học nối tiếp đóng góp cho hoàn thiện Anten Yagi – Uda ứng dụng rộng rãi nhiều lãnh vực phát thanh, truyền hình, liên lạc viễn thơng, qn sự… Giờ đây, luận văn tốt nghiệp này, trước tiên ta tìm hiểu lý thuyết anten thu để thấy tiện ích, ưu điểm hạn chế Thiết kế thi công anten Yagi CHƯƠNG I VAI TRỊ CỦA ANTEN TRONG KỸ THUẬT VƠ TUYẾN TRUYỀN HÌNH 1.1 Vai trị Việc truyền lượng điện từ khơng gian thực theo cách: - Dùng hệ truyền dẫn, nghĩa hệ dẫn sóng điện từ đường dây song hành, dây dồng trục, ống dẫn sóng kim loại điện mơi… Sóng điện từ truyền lan hệ thống thuộc loại sóng điện từ ràng buộc - Bức xạ sóng khơng gian Sóng truyền dạng sóng điện từ tự Thiết bị dùng để xạ sóng điện từ thu nhận sóng điện từ từ khơng gian bên ngồi gọi anten Anten phận quan trọng thiếu hệ thống vô tuyến điện Thông thường máy phát anten phát, máy thu anten thu không nối trực tiếp với mà ghép nối với qua đường truyền lượng điện từ, goi FIDE Anten phát có nhiệm vụ ngược trở lại, tiếp nhận sóng điện từ từ khơng gian bên ngồi biến đổi chúng thành sóng điện từ ràng buộc, truyền theo fide đến máy thu Anten thu truyền phần lượng nhận đến máy thu, phần xạ trở lại vào không gian (bức xạ thứ cấp) Yêu cầu thiết bị anten – fide phải thực việc truyền biến đổi lượng với hiệu suất cao khơng làm méo dạng tín hiệu Trong trường hợp tổng quát, Anten cần hiểu tổ hợp bao gồm nhiều hệ thống, chủ yếu hệ thống xạ, cảm thụ sóng, bao gồm phần tử anten (dùng để thu phát), hệ thống cung cấp tín hiệu (cho anten phát), hệ thống gia cơng tín hiệu (cho anten thu) Một hệ thống đơn giản bao gồm: máy phát, máy thu, anten phát anten thu Thieát keá thi công anten Yagi Hệ thống cung cấp tín hiệu Hệ thống xạ Hệ thống cảm thụ xạ Anten pht My pht Hệ thống gia cơng tín hiệu Anten thu Thiết bị xử lý tin Thiết bị điều chế My thu Hệ thống thu Hệ thống pht Hình 1: Cấu trc chung hệ thống anten 1.1.1 Sơ lược hoạt động hệ thống truyền hình Thiết bị điều chế: Điều chế phép toán chuyển đổi tín hiệu mang tin tức sang tín hiệu khác mà không làm thay đổi nội dung tin tức mang theo Do tín hiệu đầu biến đổi tín hiệu có tần số thấp khơng thể truyền xa hiệu suất truyền khơng cao Vì tín hiệu phải đưa vào thiết bị điều chế để xạ vào khơng gian dạng sóng điện từ, để tín hiệu thích nghi với điều kiện mơi trường truyền can nhiễu mà đảm bảo chất lượng tín hiệu muốn truyền đi, cho phép trộm nhiều kênh thông tin môi trường Mức độ tùy thuộc vào loại điều chế khác Máy phát: Tín hiệu sau điều chế đưa đến máy phát Máy phát khối bao gồm chức Biến đổi tín hiệu điện thành dạng thuận lợi cho việc truyền xa có khả chống nhiễu cao khơng làm méo dạng tín hiệu q trình xử lý, vấn đề điều chế tín hiệu Ngồi để đảm bảo cơng xuất phát phải thực khuếch đại tín hiệu điện Sau tín hiệu điện đưa đến anten phát để xạ tín hiệu điện thành sóng điện từ lan truyền khơng gian Tín hiệu sau phát truyền qua kênh truyền để đến máy thu Có loại kênh truyền dây dẫn (cáp điện, cáp quang) truyền khơng gian Các kênh, Thiết kế thi công anten Yagi dây dẫn truyền thơng tin điện thoại điện báo, truyền hình cơng nghiệp (truyền hình cáp) Các kênh khơng dây dùng phát thành truyền hình, thơng tin vệ tinh, tuyền hình vệ tinh Vì điều chế khâu quan trọng hệ thống phát truyền hình, Anten phát: Nhiệm vụ anten phát cộng hưởng với công suất RF máy phát qua hệ thống dây dẫn sóng fide xạ không gian, hiệu suất xạ mạnh hay yếu phụ thuộc vào nhiều vấn đề: - Độ lợi anten - Suy hao anten fidde - Hệ sống định hướng, tần số, độ cao… Trên máy thu ta có q trình ngược lại 1.1.2 Vận tốc truyền sóng điện từ Năng lượng truyền sóng điện từ không gian với vận tốc ánh sáng (C = 3.108m/s) Sự xạ lượng đặc trưng tần số hoạt động bước sóng Công thức sau biểu diễn mối quan hệ tần số bước sóng sóng điện từ  c f : bước sóng đơn vị m f: tần số có đơn vị Hz c: tốc độ ánh sáng 1.1.3 Phổ tần số vô tuyến Tần số tốc độ thay đổi dòng điện chạy dây dẫn đo đơn vị Hertz (Hz).giây Khái niệm tần số mở rộng cho sóng vơ tuyến khơng gian Đó tốc độ biến thiên điện trường từ trường Khoảng tần số từ 10KHz tới tần số ánh sáng gọi phổ điện từ Tần số Quy định 10KHz – 30KHz Tần số thấp VLF 30KHz – 300KHz Tần số thấp LF 300KHz – 3MHz Tần số trung bình MF Thiết kế thi công anten Yagi 3MHz – 30MHz Tần số cao HF 30MHz – 300MHz Tần số cao VHF 300MHz – 3GHz Siêu cao tần UHF 3GHz – 30GHz Tan số siêu cao SHF 30GHz – 300GHz Tần số cực cao EHF Bảng 1.1 1.1.4 Phân loại sóng vơ tuyến theo băng sóng theo phương thức lan truyền Sóng cực dài: Sóng có bước sóng lớn 10.000m (tần số thấp 30Hz) Sóng dài: sóng có bước sóng từ 1000m đến 10.000m Sóng trung sóng có bước sóng từ 100m đến 1000m (tần số từ 300kHz đến 3MHz) Sóng cực ngắn: sóng có bước sóng từ 1mm đến 10m (tần số từ 300MHz đến 3GHz) 1.1.5 Truyền sóng vơ tuyến Các ngun tắc xạ điện từ không gian bắt nguồn từ lý thuyết tính cảm ứng trường điện từ Đó trước tiên trường từ biến thiên tạo trường điện biến thiên Và sau trường điện biến thiên tạo trường từ biến thiên trình lập lập lại tạo thành sóng điện từ bao gồm hai thành phần trường điện (E) trường từ (H), chúng phụ thuộc lẫn Các trường E H ln vng góc với vng góc với hướng truyền sóng điện từ Các thành phần E H pha thời gian lệch pha không gian 900 1.2 Phân cực anten Phân cực anten hướng vecto điện trường theo phương xạ cực đại Anten có dipol vng góc với mặt đất xạ sóng điện từ trường có phân cực đứng Trong kỹ thuật truyền hình phần lớn dùng anten có phân cực ngang có ưu điểm sau: - Tín hiệu đến anten thu tổng vecto sóng trực tiếp sóng phản xạ Thiết kế thi công anten Yagi - Xác suất xuất tín hiệu nhiễu dạng tín hiệu phản xạ trường hợp anten dùng phân cực ngang xảy phân cực đứng - Giá trị cường độ điện trường điểm thu, dùng anten phân cực ngang lớn 20% so với anten phân cực đứng, với công suất máy phát Anten phân cực ngang dễ thiết kế, dễ lắp đặt có hệ số tăng ích lớn anten phân cực 1.3 Yêu cầu kỹ thuật thiết bị anten: Vì việc truyền sóng điện từ khơng gian tự (vơ tuyến) lượng sóng điện từ bị suy giảm nhiều Do yêu cầu thiết bị anten – fide phải thực việc truyền biến đổi lượng với hiệu suất cao mà không bị méo dạng tín hiệu Tùy theo ứng dụng mà yêu cầu cụ thể hệ thống anten là: - Đảm bảo thiết bị thu có tỉ số S/N mức cao để tăng độ tin cậy thông tin truyền - Đồ thị phương hướng hẹp để tăng khả phân giải mục tiêu, nâng cao độ xác (hệ thống định vị) - Giảm thiểu kích thước anten - Tăng khả điều chỉnh hướng tính - Tăng khả mở rộng giải tần cơng tác Ngồi u cầu mặt lượng, khảo sát anten cần phải lưu ý đến đặc tính quan trọng dải thơng tần, nghĩa dải tần số mà giới hạn anten đảm bảo q trình xạ hay thu phổ tín hiệu mà khơng bị méo dạng Tất yêu cầu phụ thuộc vào cấu hình anten việc thiết kế hệ thống phụ trợ cho anten như: tiếp điện anten, phối hợp trở kháng, khuếch đại công suất, điều khiển phương hướng, v.v… 1.4 Nội dung luận văn Mặc dù ngành kỹ thuật anten ngày phát triển, loại anten lạ phức tạp liên tục đời bên cạnh đó, kỹ thuật truyền hình vệ tinh tiến bước nhảy vọt Nào truyền hình vệ tinh, HDTV, truyền hình cáp tương tác… Có lẽ đến Thiết kế thi công anten Yagi lúc đũa thần anten Yagi hết “thiêng”, người ta khơng cần dùng đến nữa, mà thay vào phương tiện nhỏ gọn hơn, hữu ích Ngày đến, cịn xa Còn bây giờ, đũa thần ấy, dù đời nửa kỷ, Yagi anten đặc trưng đũa, mang đến cho ta điều kỳ diệu Nó cần thiết cho việc liên lạc khơng cần dùng đến nữa, mà thay vào phương tiện nhỏ gọn hơn, hữu ích hơn, ngày đến Nhưng cịn xa Những đũa thần ấy, dù đời nửa kỷ Yagi anten đặc trưng đũa, mang đến cho ta điều kỳ diệu Nó cần thiết cho việc liên lạc không cần dùng dây dẫn Việc bảo vệ vùng trời, vùng biển thiếu Cịn chúng ta, hàng ngày, giúp thu nhận tín hiệu truyền hình mà giới tại, tín hiệu nhu yếu phẩm khơng thể thiếu người Với ứng dụng đơn giản anten yagi có lợi lớn cấu hình đơn giản, gọn nhẹ dễ điều chỉnh Việc tìm anten Yagi có cấu hình tối ưu công việc phức tạp cần nhiều thời gian tri thức Trong luận văn thời gian hạn hẹp khả hạn chế nên khảo sát khái quát anten Yagi dạng cấu hình tối ưu Trong luận văn dùng ngơn ngữ Matlab để viết chương trình mơ tìm thông số anten đặc tính xạ đồ thị hướng tính 1.5 Xu hướng phát triển Ngày với phát triển mạnh mẽ, bao trùm ngành truyền sóng vơ tuyến, anten ứng dụng nhiều ngành công nghệ, dân lẫn quân Từ điện thoại di động, điều khiển từ xa, đa, định vị… đến truyền sóng vệ tinh, anten phận khơng thể thiếu Với ứng dụng rộng rãi, kỹ thuật anten khơng ngừng phát triển Cấu hình anten ngày phong phú Các loại anten hệ thống phụ trợ liên tục đời với chất lượng ngày cao nhằm đáp ứng nhu cầu thực tế Việc liên tục cải tiến, sáng tạo nhiệm vụ chủ yếu ngành kỹ thuật anten Sau có nhìn tổng quan anten, hiểu ý nghĩa tầm quan trọng anten kỹ thuật nói chung đặc biệt ngành viễn thơng tiếp đến ta cần phải tìm hiểu kỹ lý thuyết trường điện từ, hệ phương trình Maxwell Thiết kế thi công anten Yagi đặc tính để đánh giá anten cụ thể… Những lý thuyết làm tảng cho kỹ thuật anten khảo sát chương Thiết kế thi công anten Yagi CHƯƠNG LÝ THUYẾT CƠ BẢN VÀ CÁC ĐẶC TÍNH CỦA ANTEN 2.1 Hệ phương trình Maxwell Từ năm 1873 phương trình Maxwell mở khả tạo cho sóng điện từ khơng gian Đến 1887 khả Hertz xác nhận thực nghiệm với phần tử xạ ông tạo – DIPOL HERTZ Dipol Hertz cấu trúc xạ có hiệu quả, nguồn xạ đơn giản phần tử để cấu trúc thành anten dây phức tạp Nó hình thành từ hệ thống điện từ nói với biến dạng hai kim loại tụ điện thành hai đoạn dây dẫn mảnh hai cầu kim loại hai đầu Ở dùng hệ thống đơn vị thực dụng: mét (m), kilogram (kg), giây (s), culông Đối với trường khảo sát đồng đẳng hướng, phương trình Maxwell dạng vi phân viết dạng sau đây: rot H  i e E  J e rot E  i H divE  (2.1) e  divE  Trong đó: E : biên độ phức vecto cường độ điện trường (V/m) H : biên độ phức vecto cường độ từ trường (A/m)        1  i hệ số phẩm phức môi trường      : hệ số thẩm tuyệt đối môi trường (F/m)    0  109  F    chân không 36  m   hệ số từ thẩm môi trường (H/m) 10 Thiết kế thi công anten Yagi - Anten yagi loại anten thu hình đặt ngồi trời có cấu tạo coi bền vững hết Về lý thuyết anten yagi nằm mặt phẳng song song với mặt đất, loại anten khung, lồng sóc anten hình thoi… đặt vng góc với mặt đất tạo mặt cản gió lớn, mà thời gian sử dụng ngắn dễ gẫy đổ giơng bão - Anten Yagi có giá thành chế tạo thấp so với loại anten khác, cấu tạo đơn giản, nguyên liệu dễ tìm Độ lợi anten tăng cao cách tăng số lượng chấn tử chiều dài trục sườn, ghép thành hệ anten Yagi gồm anten - Anten yagi loại anten thông dụng Việt Nam giới Như kết luận anten yagi loại anten thu hình tốt nhất, thích hợp người sử dụng TV bình thường Anten Yagi có cấu tạo thật đơn giản, nhơm xếp có độ dài thích hợp Lại thu tính hiệu từ âm hình ảnh cách rõ nét đến bất ngờ Bên cạnh để anten thu tín hiệu cách tốt việc phối hợp trở kháng anten dây dẫn vấn đề quan trọng Vậy phải phối hợp trở kháng cho hợp lý tốt lại vấn đề cần quan tâm tìm hiểu chương sau 54 Thiết kế thi công anten Yagi CHƯƠNG VI PHỐI HỢP TRỞ KHÁNG CHO CHẤN TỬ ĐỐI XỨNG 6.1 Các loại cáp thông dụng dùng phối hợp trở kháng anten - Dây anten song hành 300 ohm (TWIN LEAD): thông dụng rẻ tiền Khuyết điểm loại dây tuổi thọ thấp, việc truyền dẫn tín hiệu dễ bị ảnh hưởng điều kiện bên vật kim loại, thời tiết ẩm… - Dây anten đồng trục 150 ohm (COAX CABLE): loại dây dẫn không đối xứng, gồm dây dẫn sóng lớp dây đồng bên, cuối lớp cách điện bảo vệ Việc truyền tín hiệu dây cáp đồng trục bị ảnh hưởng điều kiện bên Khả chống nhiễu loại dây tốt Tuy nhiên có giá thành cao - Ngồi cịn có số loại dây dẫn khác là: Dây song hành hình trụ rỗng, gồm hai dây dẫn song song, chất cách điện polyetthilen hình trụ rỗng, bị ảnh hưởng thời tiết ẩm Dây song hành loại trần: dây dẫn cách điện nhựa mềm, đặt cách khoảng xa, xem dây trần Dây có trở kháng lớn - Ở số nơi tín hiệu thu yếu số tài liệu khun người ta nên sử dụng dây song hành 300 ohm 6.2 Tiếp điện cho chấn tử dây song hành: Chúng ta biết trở kháng vào chấn tử nửa sóng l   73  Nếu chấn tử tiếp điện dây song hành (trở kháng dây song hành thường có giá trị khoảng 200-600  hệ số sóng chạy fide thấp Để khắc phục tình trạng can chế tạo dây song hành đặc biệt có trở kháng thấp Trở kháng dây song hành xác định theo công thức d  276  lg 2D d  Trong đó: D khoảng cách hai dây dẫn tính từ tâm d đường kính dây dẫn  môi tương đối môi trường bao quanh dây dẫn để giảm trở kháng sóng dây song hành ta có thể: 55 Thiết kế thi coâng anten Yagi + Giảm tỷ lệ D (tăng đường kính dây dẫn, khoảng cách hai dây) d + Tăng số điện môi  (lựa chọn chất điện mơi thích hợp) Trong thực tế, khơng thể giảm khoảng cách D tùy ý cịn tính đến khả chịu điện áp cách điện dây dẫn Ở dải sóng ngắn người ta thường dùng đường dây nhiều sợi để tăng đường kính dây dẫn d người ta bọc dây dẫn trong lớp điện mơi có  lớn bên ngồi có vỏ kim loại Loại dây song hành có trở kháng sóng 73  , dùng để tiếp điện cho chấn tử dải sóng ngắn cực ngắn Nhược điểm loại dây song hành có D nhỏ, điện áp chịu đựng thấp Điện áp chịu đựng cực đại thường khơng vượt q 1KW Vì loại fide thường sử dụng cho thiết bị thu thiết bị phát công suất nhỏ Xét trường hợp chấn tử vòng dẹt: Trong trường hợp ta có hai chấn nửa sóng có đầu nối với nhau, gọi chấn tử nhánh Fide chấn tử mắc vào điểm hai nhánh chấn tử thứ ngắn mạch điểm Sơ đồ tương đương hệ thống doạn dây song hành dài  ngắn mạch C, đầu vào 00 Phân bố dòng điện đường dây vẽ đường chấm chấm, mũi tên chiều dòng điện Từ sơ đồ tương đương ta nhận thấy trường hợp nhánh chấn tử, nút dòng điện điểm A-A trường xạ tạo hai phần tử tương ứng nhánh chấn tử trường xạ tạo phần tử có dịng điện lớn gấp đơi Vì tính trường xạ khu xa ta thay chấn tử vịng dẹt chấn tử nửa sóng đối xứng mà dịng điện tổng dịng điện hai chấn tử nhánh vị trí tương ứng Như thấy hướng tính chấn tử vịng dẹt giống hướng tính chấn tử nửa sóng đối xứng Nếu gọi R  00 điện trở vào chấn tử vịng dẹt tính với dịng điện điểm tiếp điện cơng suất xạ chấn tử vịng dẹt bằng: 56 Thiết kế thi công anten Yagi P  I 02 R 00   (6.1) Trong đó: I0 dòng điện điểm tiếp điện Mặt khác, ta coi chấn tử vòng dẹt chấn tử sóng đối xứng, có dịng điện lớn gấp đơi so với dịng điện chấn tử nhánh thì: P   2I0  R   Ở đây, R 0 (6.2)  R b  73.1 điện trở xạ chấn tử nửa sóng (vì  trường hợp đầu vào chấn tử trùng với điểm bụng dòng điện) Từ (6.0) (6.2) ta có: R  00  R  29  Như điện trở vào chấn tử vòng dẹt tăng lên lần so với điện trở vào chấn tử nửa sóng thơng thường Điện kháng vào chấn tử vịng dẹt có giá trị nhỏ, bỏ qua độ dài chấn tử rút ngắn chút so với  Khi dùng dây song hành có trở kháng sóng 300  để tiếp điện cho chấn tử vịng dẹt nhận hiệu phối hợp cao, với hệ số sóng chạy fide gần mà cần mace phần tử phối hợp Tương tự trường hợp phối hợp kiểu Y T, điện trở vào 00 cảu chấn tử vịng dẹt coi kết biến đổi điện trở từ đầu cuối A-A qua đoạn fide chuyển tiếp OA Vì điện trở vào chấn tử vịng dẹt nói chung hàm số tỷ số d1 xác định cơng thức sau: d2 Ta có 2D    lg d   R00  73.1 1  D  lg   d  R00 R00 R 00 d1  d  d1d  d1  d 2 Ví dụ: d1 3 d2 D  , điện trở vào chấn tử vòng dẹt tăng gấp d2 lần điện trở vào chấn tử nửa sóng 57 Thiết kế thi công anten Yagi Trong thực tế người ta dùng chấn tử vòng dẹt kép Nguyên lý làm việc chấn tử vòng dẹt kép tương tự chấn tử vòng dẹt đơn trong vịng hợp có chấn tử nhánh, chấn tử tiếp với nguồn Nếu chấn tử nhánh có đường kính giống dịng điện chấn tử  dòng điện tổng hợp Cũng tiên hành phân tích chấn tử vịng dẹt đơn, nhận điện trở vào chấn tử vòng dẹt kép băng lần điện trở vào chấn tử nửa sóng đơn giản 6.3 Tiếp điện cho chấn tử đối xứng cáp đồng trục Dây song hành loại fide đối xứng, việc tiếp điện cho chấn tử thực đơn giản, không cần thiết bị chuyển đổi Tuy nhiên tần số tăng hiệu ứng xạ dây song hành tăng Dẫn đến tổn hao lượng làm méo dạng đồ thị phương hướng chấn tử Vì để tiếp điện cho chấn tử đối xứng dải sóng ngắn, người ta thường dùng cáp song hành (dây song hành có vỏ bọc kim loại) dùng cáp đồng trục Hình sơ đồ mắc trực tiếp chấn tử đối xứng cáp đồng trục, khơng có thiết bị chuyển đổi Trong trường hợp tồn dịng I1 chạy lõi cáp tiếp cho nhánh chấn tử, dòng I2 chạy mặt vỏ cáp phân nhánh thành dòng I2 tiếp cho nhánh thứ hai chấn tử dịng I2 chạy mặt ngồi vỏ cáp Vì biên độ dịng I1 I2 I  I2  nên biên độ dòng điện tiếp cho hai vế (nhánh) chấn tử khác  I1 # I  có nghĩa khơng thể tiếp điện đối xứng cho chấn tử Trong dịng điện I2 chạy mặt vỏ cáp trở thành nguồn xạ ký sinh, khơng gây hao phí lượng mà làm biến dạng đồ thị phương hướng Để giảm bớt đối xứng tiếp điện cho chấn tử cáp đồng trục mắc theo sơ đồ phối hợp kiểu r Nếu chấn tử có độ dài l   điểm chấn tử làm điểm bụng dòng điện điểm nút điện áp, coi điểm gốc điện Vì việc nối trực tiếp với cáp tiếp điện khơng làm 58 Thiết kế thi công anten Yagi tính đối xứng chấn tử Dây dẫn cáp nối với chấn tử điểm có trở kháng phù hợp với trở kháng sóng fide (tương tự sơ đồ kiểu Y) Trong thực tế người ta mắc thêm tụ điều chỉnh để phối hợp trở kháng tốt Nhược điểm sơ đồ không đảm bảo việc tiếp điện cách đối xứng hoàn hảo Để tiếp điện đối xứng cho chấn tử cáp đồng trục cần có thêm thiết bị biến đổi đối xứng 6.4 Thiết bị biến đổi đối xứng dùng để tiếp điện cho anten đối xứng biến đổi đối xứng dùng đoạn cáp chữ U Trong sơ đồ biến đổi chữ U, dùng tiếp điện cho chấn tử nửa sóng đơn giản Fide tiếp điện mắc vào điểm C, có khoảng cách tới hai đầu vịng chữ U l1 l2 khác nửa bước sóng l2  l1    bước sóng cáp đồng trục Trở kháng đầu cuối a b vịng chữ U có giá trị nửa trở kháng vào chấn tử đối xứng Ra  Rb  Rab Trở kháng phản ánh từu đầu a, b điểm c qua đoạn l1, l2 có giá trị Dịng điện fide tiếp điện phân thành hai nhánh có biên độ I  I2  chảy hai phía vịng chữ U tiếp cho hai nhánh chấn tử Vì khoảng cách từ c đến a b khác bước sóng  nên dịng I1 I2 đầu cuối a b có pha ngược nhau, nghĩa đầu vào chấn tử hình thành dịng giống dòng điện đưa tới từ hai nhánh đường dây song hành Để triệt tiêu dòng chạy mặt vỏ cáp, đầu cuối vòng chữ U vỏ cáp nối ngắn mạch tiếp đất Thường đoạn cáp hình chữ U có trở kháng sóng trở kháng sóng fide tiếp điện Còn đoạn I1 chọn để thỏa mãn điều kiện phối hợp trở kháng điểm c, bảo đảm chế độ sóng chạy cần thiết fide tiếp điện Nếu coi gần trở kháng vào chấn tử nửa sóng 70 ohm ta có Ra  Rb  70  Giả sử đoạn cáp hình chữ U có trở kháng sóng 70 ohm, đồng 59 Thiết kế thi công anten Yagi thời l1  R1  R2  2 Rab   trở kháng phản ánh từ a c b c (70)  140 35 Trở kháng phản ánh R1, R2 coi mắc song song c, nên trở kháng vào Rc  140  70 Nếu fide tiếp điện có trở kháng sóng 70  việc phối hợp trở kháng coi hồn hảo, với hệ số sóng chạy fide gần (k  1) Trong trường hợp tiếp điện cho chấn tử vịng dẹt để thực phối hợp trở kháng cần chọn I1=0 Thật vậy, trở kháng chấn tử vòng dẹt 292  Ra  Rb  đó: R 292  146 Ta có trở kháng vào c bằng: Rc  a  73 Nếu dùng fide 2 tiếp điện có trở kháng sóng (70-75)  hệ số sóng chạy fide gần Để chứng minh cho ta đọc nghiên cứu trình làm đề tài này, sau chương trình ta tính tốn thiết kế anten Yagi 60 Thiết kế thi công anten Yagi CHƯƠNG VII TÍNH TỐN: ANTEN YAGI Ở TẦN SỐ GHZ * Tần số f = 3GHZ * Dải thông tần * Chọn: f  5% f L = 15cm d = 5cm Ta có : Bước sóng : Mà : Vậy; số chấn tử : N = Bán kính : Suy ra: d = 0,0085 x 10 = 0,085 (cm) + Chiều dài chấn tử phản xạ là: Ta có: + Chiều dài chấn tử chủ động là: Ta có: + Khoảng cách chấn tử phản xạ chấn tử chủ động là: SKC = 0,2 = 0,2 x 10 = (cm ) + Vị trí chấn tử dẫn xạ là: 61 Thieát keá thi công anten Yagi 62 Thiết kế thi coâng anten Yagi CHƯƠNG VIII : KẾT QUẢ MƠ PHỎNG 63 Thiết kế thi công anten Yagi 64 Thiết kế thi công anten Yagi 65 Thiết kế thi công anten Yagi 66 Thiết kế thi công anten Yagi MỤC LỤC Lời mở đầu Chương I Vai trị anten kỹ thuật vơ tuyến truyền hình 1.1 Vai trị 1.1.1 Sơ lược hoạt động hệ thống truyền hình 1.1.2 Vận tốc truyền sóng điện từ 1.1.3 Phổ tần số vô tuyến 1.1.4 Phân loại sóng vơ tuyến theo băng sóng theo phương thức lan truyền 1.1.5 Truyền sóng vơ tuyến 1.2 Phân cực anten 1.3 Yêu cầu kỹ thuật thiết bị anten: 1.4 Nội dung luận văn 10 1.5 Xu hướng phát triển 11 Chương II Lý thuyết đặc tính anten 12 2.1 Hệ phương trình Maxwell 12 2.2 Quá trình xạ sóng điện từ: 14 2.3 Trường xạ dòng điện dịng từ khơng gian 15 2.4 Đặc tính định hướng trường xạ 19 2.5 Một số thông số đồ thị phương hướng 20 2.6 Hệ số định hướng hệ số tăng ích 21 2.7 Lý thuyết nhân đồ thị phương hướng 22 2.8 Các nguồn xạ nguyên tố 24 2.8.1 Dipol điện 24 2.8.2 Dipol từ: 27 2.8.3 Cặp dipol vng góc – ngun tố tuanike 28 2.9 Anh hưởng mặt phẳng đất đến đặc tính xạ anten 29 2.9.1 Ap dụng phương pháp ảnh gương 29 2.9.2 Anh hưởng mặt đất đến hiệu suất anten: 30 2.10 Hệ thống xạ thẳng: 30 Chương III.Lý thuyết anten chấn tử 36 67 Thiết kế thi công anten Yagi 3.1 Phân bố dịng điện chấn tử đối xứng 36 3.2 Trở kháng sóng chấn tử 37 3.3 Công suất điện trở xạ chấn tử đối xứng 40 3.4 Trở kháng vào chấn tử đối xứng 41 Chương IV Lý thuyết anten 43 4.1 Chấn tử đối xứng làm việc chế độ thu 43 4.2 Tính chất chung anten thu 45 4.3 Công suất thu tải anten thu 48 Chương V Anten dẫn xạ (Anten Yagi) 51 5.1 Cấu tạo 51 5.2 Nguyên lý làm việc 51 5.3 Những ưu điểm anten Yagi 56 Chương VI Phối hợp trở kháng cho chấn tử đối xứng 57 6.1 Các loại cáp thông dụng dùng phối hợp trở kháng anten 57 6.2 Tiếp điện cho chấn tử dây song hành: 57 6.3 Tiếp điện cho chấn tử đối xứng cáp đồng trục 60 6.4 Thiết bị biến đổi đối xứng dùng để tiếp điện cho anten đối xứng biến đổi đối xứng dùng đoạn cáp chữ U 61 Chương VII Tính tốn: anten yagi tần số ghz 64 Chương VIII Kết mơ 68 ... sóng fide xạ khơng gian, hiệu suất xạ mạnh hay yếu phụ thuộc vào nhiều vấn đề: - Độ lợi anten - Suy hao anten fidde - Hệ sống định hướng, tần số, độ cao… Trên máy thu ta có q trình ngược lại 1.1.2... anten là: - Đảm bảo thiết bị thu có tỉ số S/N mức cao để tăng độ tin cậy thông tin truyền - Đồ thị phương hướng hẹp để tăng khả phân giải mục tiêu, nâng cao độ xác (hệ thống định vị) - Giảm thiểu... lớn dùng anten có phân cực ngang có ưu điểm sau: - Tín hiệu đến anten thu tổng vecto sóng trực tiếp sóng phản xạ Thiết kế thi công anten Yagi - Xác suất xuất tín hiệu nhiễu dạng tín hiệu phản