1.1 Vai trò của Anten trong thông tin vô tuyến Anten là một thiết bị linh kiện quan trọng trong các hệ thống truyền thông vô tuyến. Với khả năng bức xạ và thu nhận sóng điện từ, nó được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau như viễn thông, truyền thông vệ tinh, radar, điều khiển từ xa, và nhiều ứng dụng khác. Các loại anten phổ biến bao gồm anten lưỡng cực, anten mảng, anten đẳng hướng và anten loga chu kỳ.... Một số loại anten: anten lưỡng cực, anten mảng, anten đẳng hướng, anten loga chu kỳ,... Trong một hệ thống truyền thông vô tuyến, anten có hai chức năng cơ bản. • Chức năng chính là để bức xạ tín hiệu từ máy phát dưới dạng sóng vô tuyến hoặc chuyển đổi sóng vô tuyến thành tín hiệu điện để xử lý ở máy thu. • Chức năng khác của anten là để hướng năng lượng sóng điện từ theo một hay nhiều hướng mong muốn, hoặc cảm nhận tín hiệu thu từ một hay nhiều hướng mong muốn còn các hướng còn lại thường bị khóa lại. Việc tập trung năng lượng sóng vào một hướng cụ thể giúp tăng cường độ tin cậy và khoảng cách truyền thông của hệ thống. Việc truyền năng lượng điện từ trong không gian có thể thực hiện theo hai cách là dùng đường truyền định hướng hoặc đường truyền vô tuyến. • Dùng đường truyền định hướng như đường dây song hành, đường truyền sóng đồng trục, ống dẫn sóng... • Dùng đường truyền vô tuyến sử dụng sóng điện từ tự do để truyền đi. Anten là thiết bị dùng để bức xạ sóng điện từ hoặc thu nhận sóng từ không gian bên ngoài. Anten chơi một vai trò không thể thiếu trong các hệ thống truyền thông vô tuyến. Việc lựa chọn loại anten phù hợp là rất quan trọng để tối ưu hiệu suất truyền thông và độ tin cậy của hệ thống
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐIỆN - ĐIỆN TỬ BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN ANTEN VÀ TRUYỀN SÓNG Đề tài: ANTEN LOGA CHU KỲ Giảng viên hướng dẫn: TS Đồn Thị Ngọc Hiền Nhóm sinh viên Trần Văn Thiêm Bùi Đoàn Nhật Quang Phạm Minh Quang Nguyễn Duy Quang Trần Thị Thu Quỳnh Lâm Xuân Tạo Phùng Sĩ Sơn Lương Phú Quý Vương Trọng Thắng 20203588 20203545 20203550 20203549 20200521 20203569 20203563 20203552 20193111 Hà Nội, July 8, 2023 MỤC LỤC DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT i DANH MỤC HÌNH VẼ ii DANH MỤC BẢNG BIỂU iii LỜI MỞ ĐẦU iv BẢNG PHÂN CÔNG v CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA ANTEN VÀ TRUYỀN SĨNG 1.1 Vai trị Anten thơng tin vô tuyến 1.2 Hệ phương trình Maxwell 1.3 Các đặc trưng Anten 1.4 Chấn tử đối xứng 1.4.1 Khái niệm 1.4.2 Khảo sát trường xạ chấn tử đối xứng CHƯƠNG LÝ THUYẾT ANTEN LOGA CHU KỲ 2.1 Lịch sử 2.2 Nguyên lý xạ 2.3 Đặc tính 10 2.4 Ứng dụng 11 CHƯƠNG TÍNH TỐN ANTEN LOGA CHU KỲ 13 CHƯƠNG MÔ PHỎNG ANTEN LOGA CHU KỲ BẰNG ANSYS 17 4.1 Tổng quan 17 4.2 Vẽ boom 17 4.3 Stud phía có element dài đầu tiếp điện 19 4.4 Tạo Region 21 4.5 Setup tần số 4.5GHz 22 4.6 Kết 22 TÀI LIỆU THAM KHẢO 24 DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT LPDA HF EMC Log-Periodic Dipole Array High Frequency Electromagnetic compatibility i DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Các dạng chấn tử đối xứng Hình 2.1 Kết cấu Anten loga chu kỳ Hình 2.2 Quan hệ 2θ1/2 với thông số τ α Hình 2.3 Một số loại Anten loga chu kỳ khác 10 Hình 2.4 Một số loại Anten loga chu kỳ khác 11 Hình 3.1 Đường bao tính định hướng không đổi so với σ τ 13 Hình 3.2 Trở kháng đặc tính tương đối phần tử lưỡng cực ( RZina ) 15 Hình 4.1 Tổng thể Anten 17 Hình 4.2 Số liệu vẽ Boom 17 Hình 4.3 Boom anten 18 Hình 4.4 Các elements đối xứng boom 18 Hình 4.5 Số liệu đầu fide Anten 19 Hình 4.6 Đầu tiếp điện fide Anten 19 Hình 4.7 Số liệu vẽ đầu tiếp điện lại 20 Hình 4.8 Đầu tiếp điện cịn lại 20 Hình 4.9 Tạo Boundaries bao quanh Anten 21 Hình 4.10 Tạo Boundaries bao quanh Anten 21 Hình 4.11 Setup tần số 22 Hình 4.12 Đồ thị 3D 22 Hình 4.13 Đồ thị 2D hệ số tăng ích 23 Hình 4.14 Quan hệ tần số hệ số S11 23 ii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Thông số đầu vào 15 Bảng 3.2 Kết thiết kế 16 iii LỜI MỞ ĐẦU Trong xã hội ngày phát triển, nhu cầu thông tin không ngừng gia tăng Điều thúc đẩy phát triển mạnh mẽ công nghệ vô tuyến hệ thống truyền thông không dây Nhờ sử dụng công nghệ này, đáp ứng nhu cầu cung cấp thơng tin xác nhanh chóng đến người khoảng cách Trong đời sống hàng ngày, dễ dàng nhận thấy diện anten hầu hết hệ thống Chẳng hạn, anten sử dụng để thu phát tín hiệu truyền hình, đài phát thanh, đàm trạm thu phát tín hiệu nhà mạng Viettel, VNPT nhiều nhà cung cấp khác Trong trình nghiên cứu lý thuyết kỹ thuật anten, hiểu rõ nguyên lý hoạt động, sở lý thuyết phương pháp tính tốn thơng số loại anten phổ biến Điều giúp có nhìn sâu sắc hình dung cụ thể vai trị ứng dụng anten thực tế Với mục tiêu tìm hiểu sâu chủ đề này, chúng tơi giao nhiệm vụ nghiên cứu thiết kế "Anten loga chu kỳ" Qua trình tìm hiểu học hỏi giảng đường, thành viên nhóm nắm vững kiến thức anten hiểu rõ ứng dụng thực tế chúng Trong báo cáo này, chúng tơi trình bày q trình thiết kế mơ anten loga chu kỳ, tập trung vào việc tối ưu hóa hiệu suất truyền tải thu sóng Chúng tơi áp dụng phương pháp công cụ mô tiên tiến để nghiên cứu, phân tích đánh giá hiệu suất anten loga chu kỳ điều kiện khác Học kỳ 2022.2, chúng em học môn Anten Truyền sóng phụ trách Đồn Thị Ngọc Hiền giảng dạy hướng dẫn kiến thức lý thuyết Tuy nhiên trình làm bài tập lớn khơng thể tránh khỏi sai sót kiến thức cịn hạn chế, mong góp ý để sau nhóm chúng em hồn thành tốt Chúng em xin chân thành cảm ơn cơ! iv BẢNG PHÂN CƠNG STT Họ Tên MSSV Cơng việc Nhóm trưởng, xếp cơng việc cho thành viên, 20203588 kiểm soát deadline thực thiết kế mô Trần Văn Thiêm Phùng Sĩ Sơn 20203563 Tìm hiểu lịch sử, nguyên lý xạ, đặc tính, ứng dụng anten loga chu kỳ Lâm Xuân Tạo 20203569 Tìm hiểu lịch sử, nguyên lý xạ, đặc tính, ứng dụng anten loga chu kỳ Phạm Minh Quang 20203550 Viết báo cáo Bùi Đoàn Nhật Quang 20203545 Viết báo cáo Trần Thị Thu Quỳnh 20200521 Tìm hiểu lịch sử, nguyên lý xạ, đặc tính, ứng dụng anten loga chu kỳ Thuyết trình Lương Phú Quý 20203552 Làm slide thuyết trình Nguyễn Duy Quang 20203549 Tìm hiểu lịch sử, nguyên lý xạ, đặc tính, ứng dụng anten loga chu kỳ Vương Trọng Thắng 20193111 Thực thiết kế mô v sin( Nα ) FNK (θ , ϕ) = 2α N sin( ) (1.3) Với: FKN hàm phương hướng xạ N phần tử α = kd cos(θ ) + ϕ • Đồ thị phương hướng xạ anten: đồ thị vẽ không gian biểu thị phụ thuộc biên độ trường xạ vào hướng khảo sát ứng với khoảng cách R không đổi thường vẽ theo hàm phương hướng biên độ chuẩn hóa – Độ rộng đồ thị phương hướng xạ theo mức (ký hiệu 2θ0 ) góc hướng mà theo hướng cơng suất xạ giảm – Độ rộng đồ thị phương hướng xạ theo hướng nửa công suất (ký hiệu 2θ1/2 ) góc hướng mà theo hướng cơng suất xạ giảm nửa • Hiệu suất xạ tỷ số công suất xạ công suất đặt vào anten ε= Prad Pin (1.4) • Hệ số định hướng D(θ , ϕ) anten theo hướng (θ , ϕ) tỷ số công suất xạ anten theo hướng (θ , ϕ) công suất xạ anten đẳng hướng với hiệu suất (anten chuẩn) D(θ , ϕ) = S(θ , ϕ) S0 (1.5) • Anten chuẩn anten xạ đẳng hướng hiệu suất xạ ε = • Hệ số tăng ích: G = σ D (1.6) • Hầu hết anten hoạt động dải tần định để truyền lượng với hiệu suất cao từ máy phát đến anten cần phối hợp trở kháng đầu máy phát đầu vào anten • Dải tần làm việc anten: dải tần từ fmin đến fmax mà anten làm việc với thông số không đổi thay đổi phạm vị cho phép 1.4 1.4.1 Chấn tử đối xứng Khái niệm Chấn tử đối xứng cấu trúc gồm hai vật dẫn kích thước giống nhay đặt thẳng hàng khơng gian, tiếp điện dòng điện cao tần Hình 1.1 Các dạng chấn tử đối xứng 1.4.2 Khảo sát trường xạ chấn tử đối xứng – Để tìm trường xạ ta cần biết phân bố dịng điện chấn tử, điều trở nên phức tạp Ta xét phương pháp gần để xác định dòng điện phân bố chấn tử – Coi chấn tử đối xứng tương đương đường dây song hành, hở mạch mà đường dây song hành dịng điện phân bố theo quy luật sóng đứng, trường xạ chấn tử đối xứng giống với trường xạ dân dẫn thẳng có dịng điện sóng đứng – Thực tế để anten thu hứng tốt lượng từ anten phát anten phát phải xạ lượng cực đại theo hẹp tốt Do ta phải dúng hệ thống xạ (gồm nhiều phần tử xạ) dể có đồ thị phương hướng xạ mong muốn – Một phần tử xạ có trường: E =− iK e−iKR f (θ , ϕ) 4π R (1.7) – Trường xạ N phần tử tạo là: iK N e−iKRn E = ∑ En = − ∑ Rn f (θ , ϕ) 4π n=1 n=1 N (1.8) Thì N fn (θ , ϕ) = f1 (θ , ϕ) ∑ an eiϕn eiKrn cos ϕn (1.9) n=1 Với fK (θ , ϕ) = ∑Nn=1 an