TÀI LIỆU HƯỚNG dẫn THÍ NGHIỆM môn học truyền sóng và anten bài thí nghiệm 1 dùng APP trong matlab để phân tích và thiết kế anten helix

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG CƠ SỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VIỄN THƠNG BỘ MƠN VƠ TUYẾN TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM Mơn học: Truyền sóng Và Anten Mã mơn học: TEL1421 Phịng thí nghiệm: 2D12 GV: Lê Chu Khẩn, KVT2 Họ & tên: Trương Quang Huy Lớp: D20CQVT01-N Nhóm:…4……… Ngày & thí nghiệm: .22/10/2022 Số Bàn/Máy tính: Đánh giá Giảng viên nhận xét ký tên MỤC LỤC Bài Thí nghiệm 1: Dùng APP Matlab để phân tích thiết kế Anten Helix Mục tiêu thí nghiệm Yêu cầu Danh mục thiết bị Nội dung thí nghiệm Báo cáo nội dung thực hành Bài Thí nghiệm 2: Mơ phân tích anten Array Mục tiêu thí nghiệm Yêu cầu Danh mục thiết bị Nội dung thí nghiệm Báo cáo nội dung thực hành TP Hồ Chí Minh, Tháng 8/2021 n Bài thí nghiệm 1: Dùng APP Matlab để phân tích thiết kế Anten Helix Mục tiêu thí nghiệm:  Sinh viên nắm cách sử dụng App mô anten Matlab  Sinh viên nắm thông số anten để mô Matlab  Sinh viên hiểu thông số anten Yêu cầu:  Sinh viên xem lại lý thuyết truyền sóng anten: Các thơng số anten trước thực hành  Sinh viên biết cách sử dụng Matlab  Sinh viên phải cài Matlab R19 Link hướng dẫn: https://phanmemgoc.com/download-matlab-r2019a/  Các kiến thức lý thuyết sinh viên cần chuẩn bị trả lời sau: Viết cơng thức tính giải thích thơng số anten: *Mật độ công suất xạ: Wrad *Công suất xạ: Prad *Cường độ xạ:Urad *Hệ số định hướng: D *Độ lợi anten: G *Băng thông anten: B Bài làm - Mật độ công suất xạ: - Công suất xạ: - Công suất đặt vào anten P máy phát đưa trực tiếp đến anten thông thường qua fidơ cung cấp cho anten - Cường độ xạ: Cường độ xạ công suất xạ góc đặt (hay góc khối) Chính bàng tích vector Poynting với r2 - Hệ số định hướng: Hệ số định hướng anten hướng cho tỷ số mật độ công suất xạ anten hướng mật độ cơng suất xạ anten chuẩn hướng với khoảng cách không đổi, với điều kiện công suất xạ hai anten - Độ lợi anten: Độ lợi G(θ,ϕ)của anten định nghĩa tương tự hệ số định hướng, n công suất xạ đựơc thay cơng suất tồn phần đặt vào anten Pin - Băng thông anten: với tương quan tần số 0,5 Là khoảng tần số mà anten hoạt động thỏa mãn với yêu cầu cho trước, thông thường ta lấy khoảng tần số mà suy hao phản xạ anten lớn 10dB Chú ý: SV cần đọc hiểu kỹ tài liệu liên quan trước nhà, tiến hành thí nghiệm tuần tự, xác ghi nhận kết quả, giải thích nhận xét cần thiết Trả lời tất câu hỏi tài liệu Danh mục thiết bị STT Thiết bị thực hành Số lượng u cầu Có sẵn chương trình 01 Máy tính Matlab R19 Nội dung thí nghiệm 4.1 Mở Matlab, command prompt nhập dịng lệnh: ; sau nhấn New (‘+’) Hình 1.1: Giao diện anten toolbox n 4.2 Trong ANTENNA GALLERY, chọn HELIX FAMILY, chọn helix antenna Đặt tần số làm việc anten 1.8 GHz > Accept 4.3 Trong Antenna Properties tab, chọn thay đổi thơng số: • Radius = 0.0280 • Width = 0.0012 • Turns = • Spacing = 0.0350 • GroundPlaneRadius = 0.0750 > Apply để thấy cấu trúc helix antenna 4.4 Vẽ trở kháng Impedance thông số S-Parameters anten Mở Load-helix section thay đổi trở kháng Impedance of the antenna to 72 ohms > Apply Trong toolstrip, VECTOR FREQUENCY ANALYSIS tab, thay đổi Frequency Range to 1.7e9:1e6:2.2e9 Hz 4.5 Click Impedance để vẽ trở kháng impedance helix antenna Click S Parameter để vẽ giá trị S11 helix antenna Click Tile để xem đồ thị với Hình 1.2: Cấu trúc anten Helix 4.6 Vẽ Current Distribution, 3-D, Azimuth, Elevation Patterns Trong section toolstrip, click để xem phân bố dòng điện anten helix tần số 1.8 GHz Click , , để xem xạ, tọa độ azimuth, elevation anten helix, Click để xem toàn đồ thị chung với Hình 1.3: Đồ thị xạ 3D 2D anten Helix Báo cáo nội dung thực hành: 5.1 Xuất cấu trúc anten phần 4.3; Giải thích thơng số sau anten: Radius = 0.0280 • Width = 0.0012 • Turns = • Spacing = 0.0350 • GroundPlaneRadius = 0.0750 n 5.2 Xuất đồ thị trở kháng giải thích thơng số phần 4.4 Thay đổi trở kháng anten 50 ohms 120 ohms Vẽ lại đồ thị trở kháng so sánh giá trị trở kháng thay đổi tần số làm việc anten tần số: (1.7e9:1e6:2.2e9 ) 5.3 Xuất đồ thị phần 4.6 giải thích thông số sau:;; anten helix 5.4 Thay đổi hồn tồn thơng số 4.3, tùy ý theo sinh viên; thực lại bước n Bài thí nghiệm 2: Mơ phân tích anten Array Mục tiêu thí nghiệm  Sinh viên nắm cách sử dụng Hàm mô phỏng/ cách sử dụng tool box anten Matlab để viết chương trình mơ anten theo ý muốn Matlab  Sinh viên nắm thơng số anten để giải thích mơ Matlab Hiểu cấu trúc anten Yêu cầu  Sinh viên xem lại lý thuyết truyền sóng anten: Các thông số an ten trước thực hành  Sinh viên biết cách sử dụng Matlab  Sinh viên phải cài Matlab R19 Link hướng dẫn: https://phanmemgoc.com/download-matlab-r2019a/  Các kiến thức lý thuyết sinh viên cần chuẩn bị trả lời sau: Viết cơng thức tính giải thích thơng số anten: *Mật độ cơng suất xạ: Wrad *Công suất xạ: Prad *Cường độ xạ:Urad *Hệ số định hướng: D *Độ lợi anten: G *Băng thông anten: B Chú ý: SV cần đọc hiểu kỹ tài liệu liên quan trước nhà, tiến hành thí nghiệm tuần tự, xác ghi nhận kết quả, giải thích nhận xét cần thiết Trả lời tất câu hỏi tài liệu Danh mục thiết bị STT Thiết bị thực hành Số lượng Yêu cầu Có sẵn chương trình 01 Máy tính Matlab R19 Nội dung thí nghiệm 4.1 Tạo anten array từ phần tử anten bản: Mở command prompt, nhập = rectangularArray 4.2 Phát họa anten array: layout(ra) Hình 2.1: Cấu trúc sơ lược mặt cắt anten array n 4.3 Vẽ cấu trúc hình học anten array show(ra) Hình 2.2: Cấu trúc 3D anten array 4.4 Vẽ đồ thị xạ anten array pattern(ra,70e6) Hình 2.3: Bức xạ sóng anten array 4.5 Vẽ đồ thị Azimuth Elevation anten array patternAzimuth(ra,70e6) figure patternElevation(ra,70e6) Hình 2.4: Mặt cắt ngang anten aray Hình 2.5: Mặt cắt dọc anten array n Tính giá trị hướng tính Directivity Array [Directivity] = pattern(ra,70e6,0,90) 4.7 Tính cường độ trường E, H anten Array [E,H] = EHfields(ra,70e6,[0;0;1]) 4.6 4.8 Vẽ hướng phân cực anten Array pattern(ra,70e6,'Polarization','LHCP') 4.9 4.10 Hình 2.6: Phân cực LHCP anten array Tính độ rộng búp sóng anten Array [bw,angles] = beamwidth(ra,70e6,0,1:1:360) Tính trở kháng anten Array impedance(ra,60e6:1e6:70e6) Hình 2.7: Trở kháng anten array phần tử 4.10 Hình 2.8: Trở kháng anten array bốn phần tử Tính hệ số phản xạ anten S = sparameters(ra,60e6:1e6:70e6,72) rfplot(S) n 4.11 Hình 2.9: Hệ số phản xạ anten array phần tử Tính hệ số tổn hao dội anten returnLoss(ra,60e6:1e6:70e6,72) Hình 2.10: Hệ số tổn hao dội anten array phần tử Hình 2.11: Hệ số tổn hao dội anten array phần tử 4.12 Phân phối dòng anten charge(ra,70e6) figure current(ra,70e6) 4.13 Hình 2.12: Phân phối dịng anten array Tính hệ số tương quan anten n correlation(ra,60e6:1e6:70e6,1,2) Hình 2.13: Hệ số tương quan anten array 4.14 Thay đổi kích thước biểu diễn anten ra.Size = [4 4]; show(ra) Hình 2.14: Cấu trúc anten array 12 phần tử 4.15 Thay đổi khoảng cách không gian phần tử anten ra.RowSpacing = [ 1.1 1.2]; ra.ColumnSpacing =[0.5 1.4 2] show(ra) Hình 2.15: Thay đổi khoảng cách phần tử anten Báo cáo nội dung thực hành: 5.1 Giải thích thông số anten trên, xuất kết từ 4.1 đến 4.15 n 5.2 Sinh viên tự tham khảo cho loại anten thông dụng toolbox: Dipole; parabol theo trình tự bước n