báo cáo anten và truyền sóng đề tài l c matching

Vẽ băngthông với khoảng cách từ tải đến thành phần PHTK.. Vẽ 1/BWvới khoảng cách từ tải đến thành phần PHTK... GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI1.1 Mục tiêu đề tàiMục đích của bài tập là để PHTK một tải

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO

ANTEN VÀ TRUYỀN SÓNG

Đề tài:

L/C MATCHING

Hà Nội, January 28, 2023

MỤC LỤC

1.1 Mục tiêu đề tài 1 1.2 Yêu cầu của đề tài 1

2.1 Thông số kỹ thuật 2 2.2 Thực nghiệm 2 2.2.1 Vị trí và độ lớn của các thành phần với 4 kiểu PHTK 2 2.2.2 Công suất phản xạ trong mỗi trường hợp trong một dải tần số (xấp xỉ) 400Mhz, với tần số trung tâm 1GHz Tìm -20dB băng thông 3 2.2.3 Sử dụng RFSim99 vẽ |S11| trong dB trong mỗi trường hợp 5 2.2.4 Bảng kết quả và giải thích sự thay đổi của băng thông Vẽ băng thông với khoảng cách từ tải đến thành phần PHTK Vẽ 1/BW với khoảng cách từ tải đến thành phần PHTK Nhận xét 11

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 2.1 Kết quả PHTK của 4 trường hợp 2

Hình 2.2 Vị trí các điểm PHTK trên đồ thị Smith 2

Hình 2.3 Đồ thị băng thông cắt tại công suất phản xạ -20dB 3

Hình 2.4 Đồ thị giữa băng thông với hệ số VSWR 3

Hình 2.5 Các điểm trở kháng trên đồ thị Smith 4

Hình 2.6 PHTK sử dụng phần tử L mắc nối tiếp 6

Hình 2.7 PHTK sử dụng phần tử C mắc nối tiếp 7

Hình 2.8 PHTK sử dụng phần tử L mắc song song 9

Hình 2.9 PHTK sử dụng phần tử C mắc song song 10

Hình 2.10 Đồ thị BW 12

Hình 2.11 Đồ thị 1/BW 12

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Kết quả thực nghiệm 11

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

1.1 Mục tiêu đề tài

Mục đích của bài tập là để PHTK một tải 200Ω với một đường truyền 50Ω, hiệu suất được đánh giá theo băng thông mà ở đó PHTK là chấp nhận được Ta có thể dễ dàng thiết kế đường truyền PHTK cho một tần số nhờ tính toán bằng tay, nhưng đối với băng thông thì điều đó sẽ khó thực hiện Ở đây, ta sẽ PHTK và xác định băng thông sử dụng MATLAB và kiểm tra các giá trị của các thành phần sử dụng phần mềm mô phỏng RFSim99

1.2 Yêu cầu của đề tài

Với 4 kiểu PHTK: nối tiếp cuộn cảm, nối tiếp tụ điện, song song cuộn cảm, song song tụ điện, hãy:

•Tìm vị trí và độ lớn của các thành phần với 4 kiểu PHTK trên

•Tính công suất phản xạ trong mỗi trường hợp trong một dải tần số (xấp xỉ) 400Mhz, với tần số trung tâm 1GHz Tìm -20dB băng thông

•Vẽ |S11| trong dB trong mỗi trường hợp sử dụng RFSim99

•Vẽ kết quả vào một bảng và giải thích tại sao băng thông thay đổi Vẽ băng thông với khoảng cách từ tải đến thành phần PHTK Vẽ 1/BW với khoảng cách từ tải đến thành phần PHTK Nhận xét

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH VÀ THỰC NGHIỆM

2.1 Thông số kỹ thuật

•R tải: 200Ω, R đường truyền: 50Ω

•Công suất phản xạ: -20dB

• f0= 1GHz, εr= 4

2.2 Thực nghiệm

2.2.1 Vị trí và độ lớn của các thành phần với 4 kiểu PHTK

Bằng việc chạy file code matchzload.m trên MATLAB, ta thu được kết quả PHTK của 4 trường hợp như sau:

Hình 2.1 Kết quả PHTK của 4 trường hợp

Hình 2.2 Vị trí các điểm PHTK trên đồ thị Smith

2.2.2 Công suất phản xạ trong mỗi trường hợp trong một dải tần số (xấp xỉ) 400Mhz, với tần số trung tâm 1GHz Tìm -20dB băng thông

Bằng việc chạy file code ass3.m trên MATLAB, ta thu được các đồ thị như sau:

0.85 0.9 0.95 1 1.05 1.1 1.15

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

ECE123 Assignment 3, Reflected Power, W A Coles, 27-Jan-2023

Hình 2.3 Đồ thị băng thông cắt tại công suất phản xạ -20dB

0.85 0.9 0.95 1 1.05 1.1 1.15

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

5.5

ECE123 Assignment 3, VSWR, W A Coles, 27-Jan-2023

Hình 2.4 Đồ thị giữa băng thông với hệ số VSWR

Hình 2.5 Các điểm trở kháng trên đồ thị Smith

Hình 2.5 biểu diễn các điểm trở kháng tải trên đồ thị Smith trong mỗi trường hợp PHTK, tại các tần số fminvà fmaxcủa băng thông Thông thường, nếu PHTK ở f0thì sẽ đạt được công suất phản xạ xấp xỉ 0 và ZL=Z0nhưng với bài toán này, vẫn mắc tải và L/C có giá trị như cũ nhưng yêu cầu băng thông đo ở mức công suất phản xạ -20dB, tức

là PHTK cho 1 băng thông chứ ko còn là tại 1 giá trị f0= 1GHz nữa Từ đó dẫn đến rằng, trở kháng tải cũng sẽ khác

Hình 2.3 miêu tả mối quan hệ giữa f và công suất phản xạ, cho thấy rằng: càng gần f0thì công suất phản xạ càng nhỏ và ngược lại

2.2.3 Sử dụng RFSim99 vẽ |S11| trong dB trong mỗi trường hợp 2.2.3.1 Trường hợp PHTK sử dụng phần tử L mắc nối tiếp

Hình 2.6 PHTK sử dụng phần tử L mắc nối tiếp

2.2.3.2 Trường hợp PHTK sử dụng phần tử C mắc nối tiếp

Hình 2.7 PHTK sử dụng phần tử C mắc nối tiếp

2.2.3.3 Trường hợp PHTK sử dụng phần tử L mắc song song

Hình 2.8 PHTK sử dụng phần tử L mắc song song

2.2.3.4 Trường hợp PHTK sử dụng phần tử C mắc song song

Hình 2.9 PHTK sử dụng phần tử C mắc song song

2.2.4 Bảng kết quả và giải thích sự thay đổi của băng thông Vẽ băng thông với khoảng cách từ tải đến thành phần PHTK Vẽ 1/BW với khoảng cách từ tải đến thành phần PHTK Nhận xét

2.2.4.1 Bảng kết quả và giải thích

Bảng 2.1 Kết quả thực nghiệm Trường

hợp PHTK

Khoảng cách

đến tải

(m)

Điện kháng/

BandWidth (kHz)

Nối tiếp

L l = 0.011062 75.029554 Ω 1.194132×10−8H 138

Nối tiếp

C l = 0.063917 -74.931385 Ω 2.124009×10−12F 35

Song song

L l = 0.026417 -0.029973 S 5.310023×10−9H 77

Song song

C l = 0.048562 0.030012 S 4.776530×10−12F 170

Sự thay đổi của băng thông là do khoảng cách từ điểm PHTK đến tải thay đổi:

•Trường hợp mắc nối tiếp phần tử điện kháng: Nếu điểm PHTK càng gần tải thì băng thông càng rộng

•Trường hợp mắc song song phần tử điện kháng: Nếu điểm PHTK càng gần tải thì băng thông càng hẹp

2.2.4.2 Đồ thị băng thông với khoảng cách từ tải đến thành phần PHTK

Chú thích:

(a) (b)

2.2.4.3 Đồ thị 1/BW với khoảng cách từ tải đến thành phần PHTK

2.2.4.4 Nhận xét

Hệ số sóng đứng-VSWR càng lớn càng không tốt: VSWR sinh ra là do PHTK không hoàn toàn của đường truyền Khi tải không phối hợp, điện áp trên đường truyền là tổng của sóng tới và sóng phản xạ tạo thành sóng đứng Khoảng cách tới tải càng ngắn càng làm giảm sự thay đổi của tần số trong việc phối hợp trở kháng, khoảng cách này lớn thì điện áp trên đường truyền càng không cố định, sự phối hợp trở kháng của tải với trở kháng đặc trưng của đường truyền càng kém, dẫn tới suy hao nhiều hơn