Thiết kế anten yagi
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THƠNG BÀI TẬP LỚN ANTEN VÀ TRUYỀN SĨNG Đề tài: Thiết kế anten yagi chấn tử Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Khuyến Sinh viên thực hiện: Mai Xuân Hòa 20111596 Cầm Thị Mạch 20112722 Tào Tuấn Mạnh 20111842 Trần Thị Minh Tuyến 20112466 Hà Nội 11/2013 Thiết kế anten Yagi – chấn tử MỤC LỤC Mục lục…………………………………………………………….…… Lời nói đầu……………………………………………………………… Phần 1: Cơ sở lý thuyết anten Yagi……………………………… …… I Cấu trúc anten Yagi………………………………… ……… II Vấn đề tiếp điện phối hợp trở kháng……………….……… Phần 2: Thiết kế anten…………………………………………… …… a Tính tốn kĩ thuật…………………………………………….…… b Đặt trưng hướng……………………………….…………….…… 12 Phần 3: Mô phỏng………………………………………….……….…… 15 Chương trình mơ phỏng……………………… …………….…… 15 Đồ thị xạ…………………………………….………… …… 27 Kết luận………………………………………………… ……… …… 18 Tài liệu tham khảo………………………………….………….…… … 19 Thiết kế anten Yagi – chấn tử LỜI NÓI ĐẦU Cùng với phát triển xã hội, nhu cầu trao đổi thơng tin, giải trí người ngày cao thật cần thiết Việc sử dụng hệ thống phát, thu vô tuyến phần đáp ứng nhu cầu cập nhật thông tin người khoảng cách xa cách nhanh chóng xác Bất hệ thống vơ tuyến phải sử dụng Anten để phát thu tín hiệu Trong sống ngày dễ dàng bắt gặp nhiều hệ thống Anten như: hệ thống Anten dùng cho truyền hình mặt đất, vệ tinh, BTS dùng cho mạng điện thoại di dộng Hay vật dụng cầm tay đàm, điện thoại di động, radio … sử dụng Anten Qua việc nghiên cứu lý thuyết kỹ thuật Anten giúp ta nắm sở lý thuyết Anten, ngun lý làm việc sở tính tốn, phương pháp đo tham số loại Anten thường dùng Đó lý nhóm chúng em chọn đề tài “ Thiết kế Anten Yagi” Mục đích đề tài tìm hiểu lý thuyết Anten, phương pháp tính thiết kế Anten Yagi để thu sóng dải sóng ngắn cách tối ưu Như giới hạn đề tài phạm vi hẹp nghiên cứu Anten Yagi phần lý thuyết có liên quan Tuy nhiên sở quan trọng để tiếp tục nghiên cứu phát triển kỹ thuật Anten Thiết kế anten Yagi – chấn tử Phần 1: Cơ sở lý thuyết Anten Yagi I Cấu trúc Anten Yagi Hình 1.1: Mơ hình Anten Yagi Cấu tạo: Gồm phần Phần tử phản xạ: lpx > λ/2 (1 hay nhiều chấn tử, mặt) Phần tử nguồn: chấn tử cộng hưởng lnguồn hay lcđ, lch có độ dài xấp xỉ λ/2 ( Z0A =75Ω nên dùng chấn tử đơn) Phần tử phản xạ: nhiều chấn tử ldx < λ/2 xếp đường thẳng cho dẫn tử trước phản xạ chấn tử sau, chấn tử sau dẫn xạ chấn tử trước - Đồng thời: ldx1 > ldx2 > ldx3> …>ldxN ddx = const ddx1 Mà góc pha khoảng cách: Để phản xạ hồn tồn pha dịng điện ( cách( ) Suy ra: Chọn tính ) pha khoảng (= ) => chọn , Suy ra: Chọn tính điện trở điện kháng tương hỗ => Mà góc pha khoảng cách: Để phản xạ hồn tồn pha dịng điện ( cách( ) Suy ra: (= ) pha khoảng ) => chọn 10 Thiết kế anten Yagi – chấn tử Sau ta tìm chấn tử cịn lại: Do độ dài chấn tử sau phụ thuộc vào hệ số định hướng, (hoặc vào góc xạ khơng, vào góc xạ nửa công suất) Theo yêu cầu thiết kế , góc hẹp, búp hẹp, hệ số định hướng lớn Do yêu cầu chiều dài anten phải lớn chiều dài anten phụ thuộc vào hệ số định hướng (hệ số định hướng lớn anten có chiều dài dài) Chọn chiều dài , => Góc thành phần tương hỗ tạo Chọn Chọn chiều dài (= ) => chọn => với Chọn Chọn chiều dài ( ) => chọn , => Góc thành phần tương hỗ: , Góc thành phần tương hỗ tạo với (= Chọn Tương tự với chiều dài với ) => chọn 11 Thiết kế anten Yagi – chấn tử Kết luận: Vậy anten thiết kế có thơng số o Chiều dài chấn tử phản xạ: o Chiều dài chấn tử chủ động: o Chiều dài chấn tử dẫn xạ: , , , b Tính đặc trưng hướng - Anten Yagi coi hệ tuyến tính gồm nguồn rời rạc Anten thường đặt độ cao số lần chiều dài bước sóng so với mặt đất mặt phản xạ Ảnh hưởng mặt phản xạ lên trường xạ anten trường hợp thường tác động lên đặc trưng hướng mặt phẳng đứng - Trong trường hợp tổng quát, anten cấu tạo từ số chấn tử tính đến ảnh hưởng đất đặc trưng hướng xác đinh cơng thức: Trong đó: – Thừa số xác định đặc trưng chấn tử: Trong mặt phẳng E Trong mặt phẳng H Thừa số ảnh hưởng đất (trong mặt phẳng H) h- độ cao Anten Thừa số hệ |∑ | biên độ dòng chấn tử j ; 12 Thiết kế anten Yagi – chấn tử biên độ dòng chấn tử chủ động; pha dòng chấn tử thứ j; khoảng cách từ chấn tử j đến chấn tử Ta coi dòng chấn tử Suy tỷ số | | Vì vai trị chủ yếu định dạng đặc trưng hướng phân bố pha phân bố biên độ Với khoảng cách trung bình chấn tử; : pha dòng điện chấn tử giảm theo quy luật tuyến tính; góc tạo phương điểm quan sát với trục chấn tử, Suy |∑ [ | | | [ ] | ] [ [ ] ] | 13 Thiết kế anten Yagi – chấn tử [ | ] [ ] | Đặc trưng hướng chuẩn hóa mặt phẳng E [ | ] [ | ] Đặc trưng hướng chuẩn hóa mặt phẳng H - Không xét đến ảnh hưởng đất | - [ ] [ ] | Xét đến ảnh hưởng đất thì: | [ ] [ ] | 14 14 Thiết kế anten Yagi – chấn tử Phần 3: Mơ Chương trình mơ (Viết MatLab) Khơng có ảnh hưởng từ mặt đất: clc clear disp('Chuong trinh ve thi buc xa cua anten Yagi '); disp(' SVTH: MXH-TTM-CTM-TTMT '); N=input('So chan tu dan xa: N='); f=input(' Tan so theo MHz: f = '); dpx=input(' Khoang cach dpx = '); ddx1=input(' Khoang cach ddx1= '); ddx2=input(' Khoang cach ddx2= '); ddx3=input(' Khoang cach ddx3= '); ddx4=input(' Khoang cach ddx4= '); ddx5=input(' Khoang cach ddx5= '); L=dpx+ddx1+ddx2+ddx3+ddx4+ddx5; lambda=3e2/f; k=2*pi/lambda; dtb=L/(N+2-1); x=0:pi/100:2*pi; y=abs(sin((N+2)/2*k*dtb*(1-cos(x)))./((N+2)*sin(k/2*dtb*(1cos(x))))); figure polar(x,y,'m') title('Do thi buc xa mat phang H khong tinh anh huong cua dat') z=abs((sin((N+2)/2*k*dtb*(1-cos(x)))./((N+2)*sin(k/2*dtb*(1cos(x))))).*(cos(pi/2*sin(x))./cos(x))); figure polar(x,z) title('Do thi buc xa mat phang E') 15 Thiết kế anten Yagi – chấn tử Có ảnh hưởng từ mặt đất: clc clear disp('Chuong trinh mo phong thi buc xa cua anten Yagi'); disp('Thay doi d'); N=input('So chan tu dan xa N= '); f=input('Tan so (MHz) f= '); h=input('Chieu cao anten thu h= '); dpx=input('Khoang cach (m): dpx= '); ddx1=input('Khoang cach (m): ddx1= '); ddx2=input('Khoang cach (m): ddx2= '); ddx3=input('Khoang cach (m): ddx3= '); ddx4=input('Khoang cach (m): ddx4= '); ddx5=input('Khoang cach (m): ddx5= '); lambda=3e2/f; L=dpx+ddx1+ddx2+ddx3+ddx4+ddx5; k=2*pi/lambda; dtb=L/(N+2-1); x=0:pi/225:2*pi; y=abs((sin((N+2)/2*k*dtb*(1-cos(x)))./((N+2)*sin(k/2*dtb*(1cos(x))))).*sin(k*h*sin(x))); z=abs((sin((N+2)/2*k*dtb*(1-cos(x)))./((N+2)*sin(k/2*dtb*(1cos(x))))).*(cos(pi/2*sin(x))./cos(x))); figure polar(x,z,'m') title('Ve mat phang E'); figure polar(x,y) title('Anh huong cua dat den thi buc xa cua he thong, mat phang H'); 16 Thiết kế anten Yagi – chấn tử Đồ thị xạ: f=300 MHz, h=15 m Đồ thị xạ mặt phẳng E H khơng tính ảnh hưởng đất Đồ thị xạ mặt phẳng E H có ảnh hưởng mặt đất 17 Thiết kế anten Yagi – chấn tử KẾT LUẬN Qua kết mô đạt ta thấy Anten hệ thống phức tạp, thay đổi vài thông số kỹ thuật thiết kế dẫn đến ảnh hưởng đến chất lượng Anten Chẳng hạn như, tăng khoảng cách chấn tử lớn dần, chọn số dẫn xạ nhiều quá, xạ hướng tính Anten tăng, đồng thời số xạ phụ tăng lên, làm cho tín hiệu thu khơng tốt khó thu Nếu muốn thu tín hiệu truyền hình tốt ta phải điều chỉnh Anten thu hướng cách xác hướng Anten phát đài cầnthu Vì cần phải điều chỉnh thơng số cho phù hợp để có xạ tốt nhất, số xạ phụ nhỏ Anten thu thu tín hiệu tốt mà khơng gặp phải khó khăn việc điều chỉnh hướng Anten thu theo hướng xác phía Anten phát độ rộng xạ lớn Bên cạnh đó, sử dụng phương pháp tiếp điện để phối hợp trở kháng vấn đề quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng thu Anten Ngoài Anten thiết kế, ta mở rộng dải tần để thu nhiều kênh cách ghép song song chấn tử dẫn xạ dùng chấn tử vòng để cấp điện cho Anten Nhóm chúng em xin chân thành cám ơn thầy Nguyễn Khuyến hướng dẫn tận tình trình chúng em làm tập lớn này! 18 Thiết kế anten Yagi – chấn tử TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Hoài Sơn, Ứng Dụng Matlab Trong Tính Tốn Kỹ Thuật, NXB Đại học Quốc gia Tp HCM [2] Phan Anh, Lý Thuyết Và Kỹ Thuật Anten, NXB Khoa Học Và Kỹ Thuật [3] Lê Tiến Thường, Trần Văn Sư, Truyền Sóng Và Anten, NXB Đại học Quốc gia Tp HCM 19 ... anten YAGI chấn tử làm việc f= 300MHz Zv v 75 có độ rơng đồ thị phương hướng Ta có sơ đồ anten hình vẽ : a Tính tốn thơng số kĩ thuật - c 300 106 1(m) Với f = 300MHz ta tính f 3.108... Khảo sát Zv từ C-(1):l2=l1+ Khi đoạn l= ta có Zv= Zt khơng phụ thuộc vào Z0 Đối chiếu đường dây tiếp điện 75 Ω Có phối hợp trở kháng Phối hợp trở kháng cho anten chữ U Thiết kế anten Yagi –... kháng riêng X22, biến đổi a iΨ Thiết kế anten Yagi – chấn tử II, Vấn đề tiếp điện phối hợp trở kháng - Anten cần thiết kế có Zv =75 Ω Đối với anten YAGI việc phối hợp trở kháng phụ thuộc trực tiếp