kết quả là nănglượng bức xạ của cả hệ sẽ được tập trung về một phía, hìnhthành một kinh dẫn sóng dọc theo trục anten, hướng từ phíachấn tử phản xạ về phía chấn tử dẫn xạ.. Vìsự bức xạ củ
TỔNG QUAN VỀ ĂNG TEN YAGI
Giới thiệu về anten Yagi
Anten Yagi là loại anten định hướng rất phổ biến bởi vì chúng dễ chế tạo Các anten định hướng như Yagi thường sử dụng trong những khu vực khó phủ sóng hay ở những nơi cần vùng bao phủ lớn hơn vùng bao phủ của anten omni- directional Anten Yagi hay còn gọi là anten Yagi-Uda (do 2 người Nhật là Hidetsugu Yagi và Shintaro Uda chế tạo vào năm 1926) được biết đến như là một anten định hướng cao được sử dụng trong truyền thông không dây Loại anten này thường được sử dụng cho mô hình điểm- điểm và đôi khi cũng dùng trong mô hình điểm-đa điểm Anten Yagi-Uda được xây dựng bằng cách hình thành một chuỗi tuyến tính các anten dipole song song nhau
Anten Yagi được dùng rộng rãi trong vô tuyến truyền hình, trong các tuyến thông tin chuyển tiếp và trong các đài rada sóng mét Anten này đươc dùng phổ biến như thế vì nố có tính định hướng tương đối tốt mà kích thước và trọng lượng không lớn lắm, cấu trúc lại đơn giản, dễ chế tạo.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Sơ đồ của anten Yagi gồm : một chấn tử chủ động(driven element) thường là chấn tử nửa sóng, một chấn tử phản xạ (reflector) và một số chấn tử dẫn xạ thụ động(directors) được gắn trực tiếp với thanh đỡ kim loại Nếu chấn tử chủ động là trấn tử vòng dẹt thì nó cũng có thể gắn trực tiếp với thanh đỡ và kết cấu anten sẽ trở nên đơn giản Việc gắn trực tiếp các chấn tử lên thanh kim loại thực tế sẽ không ảnh hưởng gì đến phân bố dòng điện trên anten vì điểm giữa các chấn tử cũng phù hợp với nút của điện áp Việc sử dụng thanh đỡ bằng kim loại cũng không ảnh hưởng gì đến bức xạ của anten vì nó được đặt vuông góc với các chấn tử. Để tìm hiểu nguyên lý làm việc của anten ta hãy xét một anten Yagi đơn giản gồm 3 chấn tử : một chấn tử chủ động (A), hai chấn tử thụ động gồm: chấn tử phản xạ (P) và chấn tử dẫn xạ (D) Chấn tử chủ động (A) được nối với máy phát cao tần Dưới tác dụng của trường bức xạ tạo bởi A, trong P và D sẽ xuất hiện dòng cảm ứng và các chấn tử này sẽ trở thành nguồn bức xạ thứ cấp Như đã biết, nếu chọn được độ dài của P và khoảng cách từ A đến P một cách thích hợp thì P sẽ trở thành trấn tử phản xạ của A Khi ấy năng lượng bức xạ của cặp A – P sẽ giảm yếu về phía chấn tử phản xạ và được tăng cường theo hướng ngược lại (hướng +z) Tương tự như vậy, nếu chọn được độ dài của D và khoảng cách từ D đến A một cách thích hợp thì D sẽ trở thành chấn tử dẫn xạ của A Khi ấy, năng lượng bức xạ của hệ A – D sẽ được tập trung về phía chấn tử dẫn xạ và giảm theo hướng ngược lại (hướng –z) kết quả là năng lượng bức xạ của cả hệ sẽ được tập trung về một phía, hình thành một kinh dẫn sóng dọc theo trục anten, hướng từ phía chấn tử phản xạ về phía chấn tử dẫn xạ.
Theo lý thuyết chấn tử ghép, dòng điện trong chấn tử chủ động (I1) và dòng điện trong chấn tử thụ động (I2) có quan hệ với nhau bởi biểu thức:
Bằng cách thay đổi độ dài của chấn tử thụ động, có thể biến đổi độ lớn và dấu của điện kháng riêng X và do đó sẽ22 biến đổi được a và Hình 2.2 biểu thị quan hệ của và với X22 đối với trường hơp chấn tử có độ dài xấp xỉ nửa bước sóng và ứng với khoảng cách d =4
Sự phụ thuộc giữa và với X 22
Càng tăng khoảng cách d thì biên độ dòng trong chấn tử thụ động càng giảm Tính toán cho thấy với d (0.1÷0,25)λ thì khi điện kháng của chấn tử thụ động mang tính cảm kháng sẽ nhận được I2 sớm pha hơn so với I1 Trong trường hợp này chấn tử thụ động sẽ trở thành chấn tử phản xạ Ngược lại khi điện kháng của chấn tử thụ động mang tính dung kháng thì dòng I2 sẽ chậm pha so với I1 và chấn tử thụ động sẽ trở thành chấn tử dẫn xạ.
Phương hướng của cặp chấn tử chủ động và thụ động
Hình trên là đồ thị phương hướng của cặp chấn tử chủ động và thụ động khi d = 0,1 ứng với các trường hợp khác nhau của
22 22 ar X ctg R Từ hình vẽ ta thấy : Khi
22 22 arctgX 0 R Thì chấn tử thụ động trở thành chấn tử phản xạ.
22 22 arctg X 0 R Thì chấn tử thụ động trở thành chấn tử dẫn xạ.
Trong thực tế việc thay đổi điện kháng X của chấn tử thụ động22 được thực hiện bằng cách thay đổi độ dài của chấn tử : khi độ dài chấn tử lớn hơn độ dài cộng hưởng sẽ có X >0, còn khi độ22 dài chấn tử nhỏ hơn độ dài cộng hưởng sẽ có X Ansoft => HFSS => HFSS- Tạo project mới:
File=> new một project được tạo tự độngClick phải chuột vào project=>insert=>Insert HFSS Design ta được như hình vẽ:
2.2.2 Thiết lập các thông số cơ bản cho việc thiết kế
- Chọn Modeler=>Units=>chọn mm
HFSS=>Solution Type => xuất hiện bảng như hình vẽ
Chọn Driven Modal đối với dải tần thấp.
Thiết kế các thành phần của antenSau khi đã có số liệu các thành phần anten ta tiến hành thiết kế.
Chọn HFSS=> chọn Design Properties xuất hiện 1 bảng để add các đối tượng cần Design.
Ta add các đối tượng với các thông số có sẵn như sau:
Thiết kế: 1 bên của chấn tử bức xạ
Draw =>Cylinder => Xuất hiện một bảng chứa các thông số Ta nhập các thông số cho chấn tử bức xạ như hình vẽ:
Tạo bên đối xứng còn lại của chấn tử bức xạ:
Kích phải chuột vào nửa phần tử bức xạ =>Edit=>Duplicate
Lpx= 250mm Làm tương tự chấn tử bức xạ tuy nhiên các thông số sẽ điều chỉnh như hình vẽ:
2.2.2.3 Các chấn tử dẫn xạ
Tương tự ta điều chỉnh các thông số của chấn tử L1 cho phù hợp:
L2= 225mmTương tự ta điều chỉnh các thông số của chấn tử L2 cho phù hợp:
L3= 225mm Tương tự ta điều chỉnh các thông số của chấn tử L3 cho phù hợp:
L4 = 225mmTương tự ta điều chỉnh các thông số của chấn tử L4 cho phù hợp:
L5 = 225mm Tương tự ta điều chỉnh các thông số của chấn tử L5 cho phù hợp:
Các chấn tử đều được thiết kế từ cùng một chất liệu đó là nhôm.
Ta lựa chọn chất liệu để thiết kế chấn tử như sau.
Kích đúp vào tên chấn tử trên project xuất hiện 1 bảng:
Trong mục: Material=> chọn “pec”_Nhôm
Hình ảnh sau khi thiết kế xong những chấn tử của anten:
Chọn Draw =>Rectangle => xuất hiện bảng:
Kích phải chuột vào phần tử tiếp điện Chọn Assign Exitation => Lumped Pert xuất hiện bảng
Chọn Next=> xuất hiện bảng=> chọn newline =>ok Ta kéo dây nối 2 bên của chấn tử bức xạ lại=> xuất hiện bảng => nhập điện trở tiếp điện 75 ohm =>Finish
2.2.2.6 Tạo không gian bức xạ
Vẽ khối hộp : Draw =>box => chọn vật liệu là air;
Thông số cho không gian bức xạ:
Sau khi vẽ được không gian bức xạ:
Chuột phải vào khung =>Select Face=> chọn 6 mặt khối không gian bức xạ
Kích phải khối=>Assign Boundary =>Radiotion Giới hạn vùng bức xạ:
Chọn HFSS=>Radiation =>insertFar Field Setup =>infinite SphereTrong tab Infinite Sphere giống như bảng:
2.2.2.7 Thiết lập tần số hoạt động cho anten
Chọn HFSS => Analys Setup => chọn Add Solution Setup => xuất hiện 1 bảng:
Ta điều chỉnh các thông số như hình vẽ:
Sau đó ta tiếp tục chọn:
Chọn HFSS => Analys Setup =>Add Frequency SweepXuất hiện 1 bảng=> ta lựa chọn các thông số tương ứng:
2.2.3 Xuất kết quả mô phỏng:
HFSS=>Result=>Create Modal Solution Data Report=>Rectangular Plot
HFSS=>Result=>Create Fields Report=> Radiation Pattern
