báo cáo btl anten và truyền sóng

Trong phầntóm tắt, ông mô tả nó như là "một thành viên mới của lớp cấutrúc ăng ten được chia tỷ lệ liên tục theo chu kỳ, như vậy, vềmặt lý thuyết, nó có băng thông tức thời không giới hạ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG o0o

BÁO CÁO

BTL ANTEN VÀ TRUYỀN SÓNG

Nhóm thực hiện Nhóm : Thành viên:

Phụ Lục

THIẾT KẾ: (ANTEN VIVALDI)

1 Giới thiệu

Ăng ten khe thuôn (TSA) hay còn gọi là ăng ten Vivaldi là mộtăng ten khe băng thông cực rộng (trên vài quãng tám) và cònđược gọi là ăng ten khe thuôn nhọn (TSA) rất dễ chế tạo trênbảng mạch và có thể cung cấp băng thông cực rộng PeterGibson đã phát minh ra ăng ten Vivaldi vào năm 1978, ở Anh.Ăng-ten Vivaldi lần đầu tiên được thảo luận trong một bài báocủa Hội nghị Vi sóng Châu Âu (EuMic) năm 1979 bởi PJ Gibsontrong một bài báo có tựa đề The Vivaldi Aerial Trong phầntóm tắt, ông mô tả nó như là "một thành viên mới của lớp cấutrúc ăng ten được chia tỷ lệ liên tục theo chu kỳ, như vậy, vềmặt lý thuyết, nó có băng thông tức thời không giới hạn.” Làmột ăng ten UWB tốt hơn vì hiệu suất bức xạ tuyệt vời củachúng bao gồm băng thông rộng, cấu trúc nhỏ gọn, độ lợi caohơn và hiệu suất bức xạ 4 – 6.

Do hiệu suất tốt hơn nên ăng ten Vivaldi đã thu hút nhiềunghiên cứu Nhiều phương pháp đã được đề xuất để cải thiệncác đặc tính bức xạ của ăng ten Vivaldi như thêm khe, sửdụng siêu vật liệu, thêm bộ cộng hưởng điện môi, v.v Ăngten Vivaldi được sửa đổi bằng cách thêm các khe ở các đầucủa nó là một phương pháp tốt mang lại cấu trúc nhỏ gọn vàgiảm thiểu với các đặc tính bức xạ được cải thiện Và được cảithiện đáng kể về băng thông và phân cực chéo và áp dụngcấu trúc đối cực cân bằng bởi Langley et al vào năm 1993

2 Đặc tính, cấu tạo.

Ăng ten Vivaldi có thể được làm từ các tấm đồng hoặc vậtliệu bảng mạch in hai lớp đơn giản Các đặc tính của nó,chẳng hạn như độ dày của vật liệu sóng mang và hằng sốđiện môi của nó ảnh hưởng đến các đặc tính của anten Mộtvài ăng ten có thể thực hiện cùng trên một bảng mạch cạnhnhau như một ăng ten nhóm Bản thân ăng ten chỉ bao gồmkhe thuôn nhọn, có thể coi như một sừng hàm mũ hai chiều.Việc ăng ten nằm ở khe bên hẹp Phía đối diện với hướngchùm tia ngắn mạch bởi một λ ∕ 4 sơ khai Để tăng băngthông của ăngten, phần cuống này có thể thiết kế thành hìnhchữ nhật với các thông số phù hợp Đường cung cấp với khuvực hình tròn ở đầu của nó được thực hiện ở cấp bảng mạchin Nó có chức năng kết hợp băng thông rộng của hệ thốngcung cấp trong công nghệ dải.

Cấu trúc cơ bản bao gồm một rãnh đồng nhất λs ∕ 4 được nốivới một rãnh thuôn nhọn theo cấp số nhân: y = +-Aepx (A=0.5Wmin và p là tốc độ côn) Khi tốc độ côn tăng, độ rộng

chùm tia trong mặt phẳng E tăng lên, độ rộng chùm tia trongmặt phẳng H giảm và độ rộng băng tần tăng.

Sự phân cực của một bộ tản nhiệt duy nhất là tuyến tính Cácđường sức điện trường song song với vật liệu bảng mạch in.Các bảng in với các nhóm ăng ten cũng có thể được lồng nhautheo chiều kim đồng hồ cho mặt phẳng phân cực thứ hai.Hướng chùm tia của anten là hướng mà khe hình nón mởrộng Do băng thông lớn, hình ảnh ăng ten này thích hợp chocác ứng dụng băng siêu rộng

3 Nguyên lý bức xạ.

Kết quả nghiên cứu về hình học và hiệu suất của antenVivaldi chỉ ra rằng dạng bức xạ phụ thuộc vào các thông sốhình học của anten Trong phần này, chúng tôi sử dụng phéptính từ trường E của một ăng ten horn để tìm ra một mô hìnhgần đúng của mô hình điện trường xa của ăng ten Vivaldi cótính đến các thông số hình học Hình 1 (a) mô tả hệ tọa độcầu với các biến θ, φ và r được sử dụng để tham chiếu đếnmột điểm quan sát trong hệ tọa độ Descartes trong Hình 1(b) Các hệ thống này được sử dụng ở đây để giải thích môhình phần tử Vivaldi Ăng ten Horn và Ăng ten Vivaldi có đặcđiểm giống nhau về dạng bức xạ định hướng như trong Hình 1(g) và (h), trong đó điện trường truyền giữa các khe hình cônvề phía miệng của khe hình côn Trường E từ bộ tản nhiệt cóthể được suy ra bởi các vectơ thế điện và từ trường từ dòngđiện và nguồn từ [1] Sóng có thể truyền theo các phương x, yvà z với số sóng k là:

kx = k cos θ sin φ, ky = k sin θ sin φ, ky = k cos θ

Hình 1 (b) mô tả trường xa của một ăng ten, có thể quan sátđược trường với độ lớn và pha:

R r - r cos ψ biến thiên pha, R r biến thiên biên độ

trong đó R là khoảng cách của mật độ điện tích tại một điểmbất kỳ đến điểm quan sát Quan sát được coi là ở trường xanếu R = 2D2 / λ, với D là kích thước lớn nhất của anten và λ làbước sóng.

Hình 1 (a) Tọa độ cầu tham chiếu, (b) tọa độ hình chữ nhậttham chiếu, (c) tọa độ ăng ten horn, (d) tọa độ ăng tenVivaldi, (e) Trường E 2D của ăng ten horn, (f) Trường E 2D củaĂng ten Vivaldi, (g) Mẫu bức xạ 3D của ăng ten horn và (h)Mẫu bức xạ 3D của ăng ten Vivaldi.

Trong trường xa, khoảng cách xuyên tâm R song song vớiđiểm quan sát r Nó tạo ra sự thay đổi pha với ψ là góc giữa rvà r’, xem Hình 1 (c) Số nguyên (x, y, z hoặc r, θ, φ) cho biếtđiểm quan sát và số nguyên tố (x’, y’, z’ hoặc r’, θ’, φ’) xácđịnh nguồn điện và từ trường trong không gian Trong trườngxa, thành phần xuyên tâm là không đáng kể, nhưng thànhphần θ và φ rất chiếm ưu thế Để tìm điện trường, chúng tôimở rộng tính năng ăng-ten sừng cho Vivaldi có một rãnh

thuôn nhọn với độ dốc tuyến tính Chúng ta giả sử antenVivaldi trong Hình 1 (d) khi được thiết kế với rãnh thuôn nhọntuyến tính có cùng sự khác biệt về đường truyền như antensừng trong Hình 1 (c) Sự khác biệt về đường đi là do sự khácbiệt về sóng truyền qua [1]:

, ρ1 = ρe cos ψe

Điện từ trường trong anten được bức xạ bởi nguồn điện vàJs

nguồn từ Ms truyền theo mọi phương kết hợp với nhau tạothành điện trường và từ trường Để tìm điện trường, trước hếtchúng ta phải tìm vectơ thế từ A và vectơ thế điện do mậtF

độ điện và mật độ từ được cho bởi tích phân bề mặt:JM

trong đó μ là độ từ thẩm, và ε là điện trở phép hoặc hằng sốđiện môi Chúng tôi thay đổi các biểu diễn trường từ hệ tọa độhình chữ nhật sang hình cầu:

Đối với anten Vivaldi, điện trường và từ trường thoả mãn cácđiều kiện sau: E’x = E’z = H’y = 0 Trong anten Vivaldi, Điệntrường chiếm mặt phẳng yz với biên độ cực đại theo trục y vàlan truyền dọc theo trục z như hình 1 (d).

E1 là một hằng số và những giá trị có một số nguyên tố đạidiện cho các trường trong khẩu độ Tham số a là hằng số biểu

thị kích thước khẩu độ của ăng ten sừng như được thể hiệntrong Hình 1 (c) và (e), trong khi ở ăng ten Vivaldi, giá trị củaa thay đổi theo tần số hoạt động của nó như trong Hình 1 (d)và 1 (f) Trường E của anten sừng nằm trong mặt phẳng xy,trong khi trường của anten Vivaldi nằm trong mặt phẳng yznhư trong Hình 1 (c) và (d).

Ăng ten Vivaldi Antipodal băng tần Ultrawidecho Ứng dụng GPR trong không khí

Một ăng ten UWB Vivaldi nhỏ gọn được in vớicác khe hình trụ hemi và các thiết bị điều khiển cho cácứng dụng hình ảnh vi sóng

5 Mô phỏng.

5.1 Các tham số cơ bản của anten vivaldil.

Biến số Tham chiếu Định nghĩa Giá trị

Nudge Lệch trái feedline 10mmTL λ/2 Chiều dài rẽ nhánh 60mmMW Tính bằng ADS Chiều rộng feedline 2mmML (QWM + nudge + s) Chiều dài ngang feedline 41mm

sL < λ/2 Chiều dài rãnh 20mmExt ~1 mm Chiều dài mở rộng 1mmQWS (sL+ext+MW/2) Chiều dài dọc feedline 22mm QWM λ/4 Phần tư bước sóng 30mms ~1 Nửa độ rộng rãnh 1mmcThickness 0.049mm Độ dày lớp đồng 0.049mm

ThickenSheet và gán vật liệu copper

Tạo Box2 bên dưới lớp đồng và gán vật liệu RogersRT/duroid 6010

Tạo feedline ở mặt sau của Box2 và gán vật liệu copper

Tạo Excitation/ Lumped port tiếp giáp feedline

Tạo Radiation Boundary

Tạo solution setup và Frequency sweep

Analyze all và đưa ra kết quả

Điều chỉnh các tham số của antenna cho đến khi đạttính chất mong muốn Antenna cuối cùng

6 Kết quả mô phỏng

6.1 Đồ thị hướng bức xạ 3D

Đồ thị hướng bức xạ 3D (Gain max = 6.8dB)

Anten có hệ số tăng ích đạt max 6.8dB đạt yêu cầu >4dB