(TIỂU LUẬN) báo cáo CUỐI kì môn THỰC HÀNH ANTEN GIẢN đồ SMITH CHART ANTEN nửa bước SÓNG

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 Trương Nhật Dữ -18200004 PHỤ LỤC CHƯƠNG I: ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN SÓNG Chương II: GIẢN ĐỒ SMITH CHART Câu 1: Hoàn 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 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 NHẬT XÉT 2|Page Trương Nhật Dữ -18200004 CHƯƠNG I: ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN SÓNG Câu 1: Thiết kế đường dây truyền sóng HFSS với tham số thiết kế sau: a.Thao tác gán vật liệu: Kích song: 3|Page Trương Nhật Dữ -18200004 Ngắn mạch: Chọn tần số mô phỏng: Kiểm tra: 4|Page Trương Nhật Dữ -18200004 Tính tốn trở kháng đặc tính đường dây: Kết mô ngắn mạch: perfect E Kết mô hở mạch: perfect H 5|Page Trương Nhật Dữ -18200004 Tham số Ngắn mạch 0.0161 0.5278 Hở mạch 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: 6|Page Trương Nhật Dữ -18200004 - Trường hợp 1: = 02 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 0= √ Ta gọi mạch cộng hưởng nối tiếp 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 - Trường hợp 2: = 0= √ Ta gọi mạch cộng hưởng song song 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 0= √ Ta gọi mạch cộng hưởng nối tiếp 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 0= √ Ta gọi mạch cộng hưởng song song Sơ đồ chung điều kiện cộng hưởng : 7|Page Trương Nhật Dữ -18200004 Lý thuyết: Với l=20mm, giá trị mà xảy cổng hưởng : Trường hợp 1: (K=0) => =0.08 m => f1 = 2.4GHz Trường hợp 2: (K=0) => =0.04 m => f1 = 5GHz = (2 + 1) = = = Mô phỏng: Trường hợp perf H, tức mạch hở, tương đương với tụ C có trường hợp ( theo sơ đồ điều kiện cổng hưởng) - = => f1 = 2.4 GHz => Zin = ,ZC =0 = > phần ảo Zin =0 - = => f2 =5GHz => Zin = +∞ , ZC=+∞ => phần ảo Zin = +∞ 8|Page Trương Nhật Dữ -18200004 Kiểm tra đồ thị : Tại f1 = 2.4GHz ta thấy Zin = => điều kiện cộng hưởng Tại f2 = GHz ta thấy Zin = +∞ => điều kiện cộng hưởng Trường hợp perf E, tức ngắn mạch, tương đương với tụ L có trường hợp ( theo sơ đồ điều kiện cổng hưởng) - = => f1 = 2.4 GHz => Zin = +∞,ZL =+∞= > phần ảo Zin =+∞ - = => f2 =5GHz => Zin = , ZL=0 => phần ảo Zin = Kiểm tra đồ thị: Tại f1 = 2.4GHz ta thấy Zin = +∞ => điều kiện cộng hưởng Tại f2 = GHz ta thấy Zin = => điều kiện cộng hưởng Vậy tần số cộng hưởng đường dây là: f1 = 2.4GHz, f2 = GHz 9|Page Trương Nhật Dữ -18200004 +Trục Z-: b.Trục Ox: b.1.Độ lớn trường Anten tham chiếu mơ hình xạ 3D, mặt cắt X-Y, Y-Z, X-Z Độ lớn trường Anten tham chiếu (biểu thức) ( , )={ Đồ thị 3D clc; clear; close all; Trương Nhật Dữ -18200004 eta = 120*pi; %============== 3D ================== theta1 = 0:pi/100:pi/2-pi/100; phi1 = 0:2*pi/100:2*pi; [phi1,theta1] = meshgrid(phi1,theta1); r1 = 1/(2*pi)*eta.*(sin((pi/2) *cos(theta1)).*tan(theta1)); [x1,y1,z1] = sph2cart(phi1,pi/2 - theta1,r1); theta2 = pi/2+pi/100:pi/100:2*pi; phi2 = 0:2*pi/100:2*pi; [phi2,theta2] = meshgrid(phi2,theta2); r2 = 1/ (2*pi)*eta.*(sin((pi/2) *cos(theta2)).*tan(theta2)); [x2,y2,z2] = sph2cart(phi2,pi/2 - theta2,r2); theta3 = pi/2; phi3 = 0:2*pi/100:2*pi; [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'); zlabel('z') grid on Mặt cắt X-Y %== 2D, quét phi, theta = pi/2 == X-Y theta = pi/2; phi = 0:2*pi/100:2*pi; r = eta/4 * ones(1,length(phi)); figure(3) h = polarplot(phi,r,'r','linewidth',1.5); ax = ancestor(h, 'polaraxes'); ax.ThetaZeroLocation = 'top'; ax.ThetaDir = 'clockwise'; Mặt cắt Y-Z %== 2D, phi=pi/2, quét theta == Y-Z phi = pi/2; theta1 = 0:pi/100:pi; r1 = zeros(1,length(theta1)); for i = 1:length(theta1) if theta1(i) == pi/2 r1(i) = eta/4; else 39 | P a g e Trương Nhật Dữ -18200004 r1(i) = eta/(2*pi) * abs(sin(pi*cos(theta1(i))/2) * tan(theta1(i))); end end theta2 = pi:pi/100:2*pi; r2 = flip(r1); theta = [theta1 theta2]; r = [r1 r2]; figure(2) h = polarplot(theta,r,'r','linewidth',1.5); ax = ancestor(h, 'polaraxes'); ax.ThetaZeroLocation = 'top'; ax.ThetaDir = 'clockwise'; Mặt cắt X-Z %== 2D, phi=0,pi quét theta == XZ phi1 = 0; theta1 = 0:pi/100:pi; r1 = zeros(1,length(theta1)); for i = 1:length(theta1) if theta1(i) == pi/2 r1(i) = eta/4; else r1(i) = eta/(2*pi) * abs(sin(pi*cos(theta1(i))/2) * tan(theta1(i))); end end phi2 = pi; theta2 = pi:pi/100:2*pi; r2 = zeros(1,length(theta2)); for i = 1:length(theta2) if theta2(i) == pi/2 r2(i) = eta/4; else r2(i) = eta/(2*pi) * abs(sin(pi*cos(theta2(i))/2) * tan(theta2(i))); end end theta = [theta1 theta2]; r = [r1 r2]; figure(4) h = polarplot(theta,r,'r','linewidth',1.5); ax = ancestor(h, 'polaraxes'); ax.ThetaZeroLocation = 'top'; ax.ThetaDir = 'clockwise'; Ta có : ( ̅)= ̂ 40 | P a g e Trương Nhật Dữ -18200004 ̅̅̅ ()= → ̂ ̅ ̅ → ̅̅ − = (− ( ̅)= − [ ̅ ( ̅)− ( ̅ ( ̅) ̂) ̂] )[ ̂− ( ̂ ̂) ̂] ̅ ̂ = ̂ cos ̅− sin ̂ ̂= ̂− ( ̂ ̂.) ̅̅ →( ̅)= b.2.Phân tích tính tốn hệ số xếp cho mảng Anten trên, ARFAC? −1 =∑ ( ̂ ̅= ̂ ̂ ) Đặt : =0 = + = 0∑[ = −1 ] =0 1− 41 | P a g e Trương Nhật Dữ -18200004 b.3.Tìm điều kiện β để mảng anten xạ broadside endfire + Hướng Broadside : =2, +∶ =2 ARFAC phải cực đại theo hướng Broadside +  = + =0→ =0 Hướng Endfire : =2, +∶ =2 ARRFAC phải cực đại theo hướng Endfire (y+) : → + =0 +  =0 =− ∗ =0 = ∗ → (y–) : b.4 Khảo sát Matlab độ lớn hệ số ARFAC theo góc ϕ cho hai trường hợp broadsize endfire với giá trị d là: d = 0.1λ, d = 0.2λ, d = 0.25λ, d = 0.35λ, d = 0.5λ d = 0.8λ Chọn giá trị d phù hợp = + 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); 42 | P a g e Trương Nhật Dữ -18200004 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'; 43 | P a g e Trương Nhật Dữ -18200004 Khảo sát Matlab d=0.3 thích hợp để thiết kế hệ thống Broadside Endfire Vì d=0.3 khảo sát Matlab thể rõ tính định hướng Broadside Endfire bước sóng phụ thấp Broadside (x) 44 | P a g e Trương Nhật Dữ -18200004 Endfire(x) 45 | P a g e Trương Nhật Dữ -18200004 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 = 900 Cho phép khoảng cách tham chiếu = Viết phương trình tổng quát cảu mơ hình suy hao đơn giản (miền tuyến tính miền dB) Trả lời: Tuyến tính: Giai dB: 10 − = ( ) = 10 10 ( )= + 10 10 ( − 10 10 )+ ( ) − 10 10 ( ) 10 ( 0) Tính hệ số K từ độ lợi đường môi trường không gian tự khoảng cách tham chiếu Trả lời: 46 | P a g e Trương Nhật Dữ -18200004 Phương trình mơ hình suy hao đơn giản viết lại là: ( )=( )−( ) = −31.526 − 10 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 phương sai , cho mơ hình Shadowing Trả lời: Hàm trung bình bình phương lỗi: = [(−60 + 31.526 − 10 + + (−105 + 31.526 − 10 (−115 + 31.526 − 10 + Tìm để J nhỏ nhất: (−135 + 31.526 − 10 10400) 2 1065) 10 105) + (−80 + 31.526 − 10 1025) + (−150 + 31.526 − 10 ∗ = 2 110)2 101000) ] = [(đ đạ − ℎì ℎ)2] Code Matlab: Phân tích xác suất dừng OP 47 | P a g e Trương Nhật Dữ -18200004 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(sigmaPsiDb)) % =============== 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') 48 | P a g e Trương Nhật Dữ -18200004 OP_Theo = Câu 2: Khảo sát mơ 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 tuân 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); % ===== Ly thuyet ham mat PDF ==== fhIL = 1/(sqrt(2*pi*sigma))*exp((1/2).*(xI.^2)./sigma); fhQL = 1/(sqrt(2*pi*sigma))*exp((1/2).*(xQ.^2)./sigma); fabs_hL = (x_abs./sigma).*exp((1/2).*(x_abs.^2)./sigma); Phần thực : Phần ảo: 49 | P a g e Trương Nhật Dữ -18200004 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); Biên độ: Bình phương biên độ: hold on; plot(x_abs_sq,fabs_h_sqL,'m-' ,'linewidth',1.4); xlabel('|h|^2'); ylabel('f(|h|^2)'); 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 (Code) clc; clear; close all; sigma = 1/2; PminDbm = -10:1:10; Pmin = 10.^(PminDbm/10)*10^-3; (Hình) 50 | P a g e Trương Nhật Dữ -18200004 % =========== 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') 51 | P a g e Trương Nhật Dữ -18200004 NHẬN XÉT Tp.HCM, Ngày……Tháng……Năm… Giảng viên Ngô Thanh Hãi 52 | P a g e ... 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. .. -18200004 CHƯƠNG III :ANTEN NỬA BƯỚC SĨNG Câu 1: Khảo sát đặc tính xạ anten nửa bước sóng Matlab Xác định vecto cường độ điện trường cường độ từ trường vùng xa anten nửa bước sóng Trả lời: Vecto... II: GIẢN ĐỒ SMITH CHART Câu 1: Hoàn thành bảng sau: Nhập vào giản đồ Smith trở kháng tải: Trở kháng đặc tính đường dây: Lý thuyết 0= = 100 + j25 50 Tính hệ số phản xạ tải − = + Tính hệ số sóng