tìm hiểu về anten yagi

Trong khuôn khổ đề tài này, cùng với việc tìm hiểu lý thuyết kỹ thuật anten, tôi sẽ đi sâu vào tìm hiểu về anten Yagi, và mô phỏng, thiết kế một an ten Yagi hoạt động ở tần số 2.4GHz, vớ

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay nhu cầu về thông tin vô tuyến đang phát triển rất mạnh mẽ trong hầu hết các lĩnh vực từ thông tin di động, đến truy cập Internet không dây, y tế môi trường, v.v Mỗi thiết bị vô tuyến cần phải có anten để thu và phát tín hiệu

Vì vậy Anten là bộ phận không thể thiếu trong các thiết bị thu phát, truyền tin Nhất là với công nghệ kết nối không dây đang phát triển rất mạnh như hiện nay anten đã có những thay đổi hết sức linh hoạt về phẩm chất, cấu trúc, kích thước…nhằm thoả mãn tối đa nhu cầu của người sử dụng

Gần đây, đặc biệt là sau năm 2000, nhiều loại anten mới được thiết kế thỏa mãn các yêu cầu về băng thông của hệ thống truyền thông Anten Yagi cũng rất thích hợp đối với ứng dụng trong các thiết bị truyền thông cho hệ thống mạng cục bộ không dây (Wireless Local Area Network, WLAN) trong các dải tần 2.4GHz (2400– 2484MHz) và 5.2 GHz (5150 – 5350MHz)

Trong khuôn khổ đề tài này, cùng với việc tìm hiểu lý thuyết kỹ thuật anten, tôi sẽ đi sâu vào tìm hiểu về anten Yagi, và mô phỏng, thiết kế một an ten Yagi hoạt động ở tần số 2.4GHz, với các thông số kỹ thuật phù hợp để có được

độ lợi cao và băng thông rộng bằng phần mềm mô phỏng HFSS Nội dung khóa luận bao gồm 4 chương:

Chương I: Tổng quan: trình bày lý thuyết về anten, nêu ra các loại anten

và một số những thông số của anten

Chương II: Anten Yagi: Trình bày chi tiết về anten Yagi: cấu tạo, nguyên

lý hoạt động, và các thông số cần quan tâm

Chương III: Mô phỏng, thiết kế anten Yagi hoạt động ở tần số 2,4Ghz: trình bày các kết quả thu được của việc mô phỏng Yagi trên HFSS

Chương IV: Đưa ra những kết quả thu được thông qua việc mô phỏng Thảo luật hướng phát triển đề tài

CHƯƠNG I TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu chung về anten

Anten là những hệ thống cho phép truyền và nhận năng lượng điện từ Anten có thể được xem như là các thiết bị dùng để truyền năng lượng trường điện từ giữa máy phát và máy thu mà không cần bất kỳ phương tiện truyền dẫn tập trung nào như: cáp đồng, ống dẫn sóng hoặc sợi quang

Trong nhiều ứng dụng, các anten có thể cạnh tranh với các phương tiện truyền dẫn khác để phát và chuyển tải năng lượng trường điện từ Thông thường suy hao trường điện từ trong các vật liệu sẽ tăng nhanh theo tần số Điều này được hiểu ngầm rằng, khi tần số tăng thì việc dùng các phần dẫn sóng bằng vật liệu sẽ kém thuyết phục và kém hiệu quả trong việc chuyển tải năng lượng trường điện từ (Điều này cũng có nghĩa là hiệu suất của anten cũng tăng theo tần số) Do đó thực tế Anten được ưa chuộng hơn trong việc chuyển tải các trường điện từ ở tần số cao

Sóng điện từ, nền tảng của lý thuyết anten, được xây dựng trên cơ sở những phương trình cơ bản của điện học và từ học Maxwell đã hệ thống một cách khái quát toàn bộ lý thuyết trên thành một hệ phương trình rất nổi tiếng và rất quan trọng: hệ phương trình Maxwell

1.1.1 Vị trí của anten trong kỹ thuật vô tuyến

Việc truyền năng lượng điện từ trong không gian có thể thực hiện bằng hai con đường Một trong hai con đường là dùng các hệ thống truyền dẫn như dây song hành, cáp đồng trục, ống dẫn sóng, v.v… “chuyên chở” sóng điện từ trực tiếp trên đường truyền dưới dạng dòng điện Sóng điện từ lan truyền trong hệ thống này thuộc hệ thống điện từ ràng buộc (hữu tuyến) Cách truyền này tuy có

độ chính xác cao nhưng chi phí lớn trong việc xây dựng hệ thống đường truyền

Hơn nữa với khoảng cách khá xa hay địa hình phức tạp không thể xây dựng được đường truyền hữu tuyến thì cách truyền này được thay thế bằng cách cho sóng điện từ bức xạ ra môi trường tự do Sóng sẽ được truyền đi dưới dạng sóng điện từ tự do (vô tuyến) từ nơi phát đến nơi thu Vậy cần phải có một thiết

bị phát sóng điện từ ra không gian cũng như thu nhận sóng điện từ từ không gian, để đưa vào máy thu Loại thiết bị này được gọi là anten

Anten là bộ phận quan trọng không thể thiếu được của bất kỳ hệ thống vô tuyến điện nào, bởi vì đã là hệ thống vô tuyến nghĩa là hệ thống trong đó có sử dụng sóng điện từ, thì không thể không dùng đến thiết bị để bức xạ hoặc thu sóng điện từ (thiết bị anten).

Anten là một cấu trúc được làm từ những vật liệu dẫn điện tốt, được thiết

kế để có hình dạng kích thước sao cho có thể bức xạ sóng điện từ theo một kiểu nhất định một cách hiệu quả

1.1.2 Các loại anten

Trong thực tế ta thường gặp một số loại anten như: Anten dây (thanh) anten khe, anten vi dải, anten phản xạ, anten thấu kính, và hệ thống bức xạ

Hình 1.1: Các loại Anten

Hình 1.2: Hệ thống bức xạ

1.1.3 Các thông số kỹ thuật

Để lựa chọn một anten đáp ứng được nhu cầu như tốc độ nhanh,tính năng phong phú,vùng phủ sóng rộng, ta cần phải quan tâm đến các thông số kỹ thuật của anten Một anten có các thông số kỹ thuật phù hợp sẽ mang đến một không gian làm việc “rộng rãi” hơn Chúng bao gồm dạng bức xạ của anten, hướng tính của anten, độ lợi, trở kháng vào, sự phân cực

1.1.3a_ Hướng tính của anten (directivity of anten)

Hướng tính của anten mô tả cường độ của một bức xạ theo một hướng xác định tương ứng với cường độ bức xạ trung bình hay nói cách khác, nó cho biết mật độ công suất bức xạ tương ứng với công suất bức xạ được phân tán một cách đồng dạng

1.1.3b_ Độ lợi (gain)

Gain cũng diễn tả cùng một khái niệm như directivity nhưng nó còn bao gồm cả sự mất mát (về công suất) của chính bản thân anten Bạn có thể định nghĩa độ bức xạ hiệu dụng được sử dụng để mở rộng directivity giúp xác định được độ lợi; một bộ bức xạ hoàn hảo sẽ có độ bức xạ hiệu dụng bằng 1 Độ lợi là một thuật ngữ mô tả sự tăng biên độ của tín hiệu vô tuyến, đơn vị đo là decibel (dB) hay dBi để chỉ độ lợi của anten đẳng hướng (isotropic) và dBd để chỉ độ lợi của anten dipole nửa bước sóng (half-wave dipole).Độ lợi G của anten là tỉ số giữa cường độ bức xạ U ở một hướng cho trước và cường độ bức xạ, nếu công suất cung cấp cho anten được bức xạ đẳng hướng

( , ) 4

in

U G

Có nhiều nhân tố làm xấu đi quá trình truyền năng lượng từ bộ phát đến anten (hoặc từ anten đến bộ thu):

· Thất thoát do không phối hợp trở kháng

· Thất thoát do đường truyền

· Thất thoát do anten: thất thoát điện môi, thất thoát do tính dẫn, thất thoát phân cực

Công suất bức xạ bởi anten luôn bé hơn công suất đưa vào hệ thống anten, Π ≤ Pin, trừ khi anten được tích hợp những linh kiện tích cực Điều đó giải thích tại sao G ≤ D Theo chuẩn IEEE, độ lợi không bao gồm những mất mát có

nguồn gốc từ không phối hợp trở kháng và từ phân cực không khớp Vì thế, độ lợi chỉ đưa vào để tính toán thất thoát điện môi và tính dẫn của anten.

Công suất bức xạ có liên quan đến công suất vào thông qua một hệ số gọi

1.1.3c_ Sự phân cực (polarization)

Sự phân cực của sóng là hình ảnh để lại bởi đầu mút của vectơ trường khi được quan sát dọc theo chiều truyền sóng Sự phân cực của anten có thể được phân loại như tuyến tính, tròn hay ellip Sóng vô tuyến thực chất được tạo bởi 2 trường: điện trường và từ trường Hai trường này nằm trên 2 mặt phẳng vuông góc với nhau

Tổng của 2 trường được gọi là trường điện từ Mặt phẳng song song với thành phần anten được gọi là E-plane, mặt phẳng vuông góc với thành phần anten được gọi là H-plane Chúng ta chỉ quan tâm chủ yếu đến điện trường vì vị trí và hướng của nó trong mối tương quan đến bề mặt trái đất sẽ quyết định sự phân cực của sóng Sự phân cực là huớng vật lý của anten theo phương ngang (horizotal) hay dọc (vertical) Điện trường là song song với thành phần bức xạ của anten vì thế nếu anten nằm dọc thì cực của anten là dọc hay còn gọi là phân cực dọc (điện trường vuông góc với mặt đất) Phân cực dọc thường được sử dụng trong mạng Wi-Fi (WLAN) là vuông góc với mặt phẳng của trái đất Phân cực ngang là song song với mặt đất

1.1.3d_ Độ rộng băng tần (băng thông)

Đó là dãy tần số, trong đó những đặc tính của anten (trở kháng ngõ vào,đồ thị) phù hợp để hoạt động ổn định Những đặc tính đó được yêu cầu là phải chắc chắn, có thể là trở kháng vào, đồ thị bức xạ, độ rộng chùm tia, độ phân cực, bức bức xạ phụ, độ lợi, độ hướng tính, hiệu suất bức xạ Riêng băng thông có thể gồm: trở kháng theo tần số, đồ thị băng tần…

FBW của anten dãy rộng có thể được miêu tả bằng tỉ số tần số trên đến tần số dưới, trong đó chất lượng anten có thể chấp nhận được:

ax min

m

f FBW

Thông thường, f0 = (f max + fmin ) / 2 hoặc f0 = fmin f max

Băng thông (BW) có thể xác định thông qua hệ số sóng đứng (VSWR), sự thay đổi của trở kháng vào theo tần số hay các thông số bức xạ

BW được xác định bởi vùng tần số mà tại đó khả năng phối hợp trở kháng của anten nằm trong một giới hạn cho trước

1

VSWR BW

Q VSWR

−

=

trong đó Q là hệ số phẩm chất

Với VSWR được xác định bởi hệ số phản xạ Γ:

Sự bức xạ hiệu dụng của một anten là “tỷ số của tổng công suất phát ra bởi anten so với công suất từ trạm phát (nối với anten) được chấp nhận bởi anten” Anten bức xạ một số công suất ở dạng năng lượng điện từ Tất cả các thiết bị RF, đường truyền (cáp), anten đều có trở kháng, chính là tỷ số giữa điện áp và dòng điện Khi anten được kết nối với một đoạn cáp, nếu trở kháng đầu vào của anten trùng khớp với trở kháng của radio và đường truyền thì tổng công suất được truyền từ radio đến anten là tối đa Tuy nhiên, nếu trở kháng không giống nhau thì một số năng lượng sẽ bị phản xạ ngược trở lại nguồn và số còn lại sẽ được truyền đi đến anten.

1.1.3f_ Tỷ số sóng đứng điện áp (VSWR)

VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) xuất hiện khi trở kháng không tương thích giữa các thiết bị trong hệ thống RF VSWR được gây ra bởi một bộ tín hiệu RF bị phản xạ tại điểm trở kháng không tương thích trên đường truyền tín hiệu Nếu như không có phản xạ thì VSWR sẽ bằng một Khi VSWR tăng lên thì sự phản xạ sẽ càng nhiều Nếu VSWR cao và công suất cao thì có thể gây ra tình huống nguy hiểm như khi ta sử dụng điện áp cao trong đường truyền, trong trường hợp tồi tệ nhất, nó có thể bắn ra tia lửa điện Tuy nhiên, tình huống này sẽ không xảy ra nếu bạn sử dụng công suất thấp khi triển khai mạng WLAN Phương thức thay đổi VSWR bao gồm việc sử dụng thiết bị thích hợp, kết nối chắc chắn giữa cáp và đầu nối, sử dụng trở kháng tương thích giữa các thiết bị phần cứng và sử dụng các thiết bị chất lượng cao là các phương thức tốt chống lại VSWR Tỷ số này thường là 1,5:1

1.1.3g_ Búp sóng (beamwidt)

Việc làm hẹp hay tập trung các búp sóng của anten sẽ làm tăng độ lợi của anten Búp sóng là độ rộng của tia tín hiệu RF mà anten phát ra Búp sóng dọc được đo theo độ và vuông góc với mặt đất, còn búp sóng ngang cũng được đo theo độ và song song với mặt đất Ứng với mỗi kiểu anten khác nhau sẽ có búp sóng khác nhau

Việc chọn lựa anten có búp sóng rộng hay hẹp thích hợp là việc làm quan trọng để đạt được hình dạng vùng phủ sóng mong muốn Búp sóng càng hẹp thì

độ lợi càng cao

CHƯƠNG II ANTEN YAGI

2.1 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

2.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Hình 2.1 : Mô hình Anten Yagi

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:

nửa bước sóng và ứng với khoảng cách d =

4

λ

Hình 2.2 : 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

Hình 2.3 : Phương hướng của cặp chấn tử chủ động và thụ động

Hình 2.3 vẽ đồ thị phương hướng của cặp chấn tử chủ động và thụ động

khi d = 0,1λ ứng với các trường hợp khác nhau của 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 X22 của chấn tử thụ động 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 X22>0, còn khi độ dài chấn tử nhỏ hơn độ dài cộng hưởng sẽ

có X22<0 Vì vậy chấn tử phản xạ thường có độ dài lớn hơn

huy được tác dụng Để tăng cường hơn nữa hiệu quả phản xạ, trong một số trường hợp có thể sử dụng mặt phản xạ kim loại, lưới kim loại, hoặc một tập hợp vài chấn tử đặt ở khoảng cách giống nhau so với trấn tử chủ động, khoảng cách giữa chấn tử chủ động và chấn tử phản xạ thường được chọn trong giới hạn (0,15 0,25) λ

Trong khi đó, số lượng chấn tử dẫn xạ có thể khá nhiều Vì sự bức xạ của anten dược định hướng về phía các chấn tử dẫn xạ nên các chấn tử này được kích thích với cường độ khá mạnh, và khi số chấn tử dẫn xạ đủ lớn sẽ hình thành một kênh dẫn sóng Số chấn tử dẫn xạ có thể từ 2 10, đôi khi có thể lớn hơn (tới vài chục) Khoảng cách giữa chấn tử chủ động và chấn tử dẫn xạ đầu tiên, cũng như giữa các chấn tử dẫn xạ được chọn trong khoảng (0,1 0,35)λ Để có hệ số định hướng cực đại theo hướng bức xạ chính, kích thước của các chấn tử chấn xạ

và khoảng cách giữa chúng cần được lựa chọn thích đáng sao cho đạt được quan

hệ xác định đối với dòng điện trong các chấn tử Quan hệ tốt nhất cần đạt được với các dòng điện này là tương đối đồng đều về biên độ,với giá trị gần bằng biên

độ dòng điện của chấn tử chủ động, và chậm dần về pha khi di chuyển dọc theo trục anten, từ chấn tử chủ động về phía các chấn tử dẫn xạ Khi đạt được quan hệ nói trên, trường bức xạ tổng của các chấn tử sẽ được tăng cường theo một hướng (hướng của các chấn tử dẫn xạ) và giảm nhỏ theo các hướng khác Thường điều kiện để đạt được cực đại của hệ số định hướng về phía các chấn tử dẫn xạ cũng phù hợp với điều kiện để đạt được bức xạ cực tiểu về phía các chấn tử phản xạ

Do vậy, khi anten dẫn xạ được điều chỉnh tốt thì bức xạ của nó sẽ trở thành đơn hướng Vì đặc tính bức xạ của anten có quan hệ rất mật thiết với các kích thước tương đối của anten (kích thước so với bước sóng) nên anten Yagi thuộc loại anten dải hẹp Dải tần số của anten, khi hệ số định hướng ở hướng chính biến đổi dưới 3 dB, đạt được khoảng vài phần trăm Khi số lượng chấn tử dẫn xạ khá lớn, việc điều chỉnh thực nghiệm đối với anten sẽ rất phức tạp vì khi thay đổi độ dài hoặc vị trí của mỗi chấn tử sẽ dẫn đến sự thay đổi biên độ và pha của dòng điện trong tất cả các chấn tử

2.3 Hệ số sóng chậm

Việc xác định sơ bộ các kích thước và thông số của anten có thể được tiến hành theo phương phương pháp lý thuyết anten sóng chậm (anten sóng chậm có vận tốc pha nhỏ hơn vận tốc ánh sáng) Giả thiết các chấn tử dẫn xạ có độ dài bằng nhau và gần bằng một nửa bước sóng, chúng được đặt cách điện đều nhau dọc theo trục z và tạo thành một cấu trúc sóng chậm (sóng mặt), với hệ số

Qua phân tích cũng đã xác nhận rằng nếu kết cấu có độ dài hữu hạn thì sẽ xuất hiện sóng phản xạ ở đầu cuối, với hệ số phản xạ theo công suất không quá 15% Do sự phản xạ không đáng kể nên có thể coi gần đúng kết cấu hữu hạn gồm các chấn tử dẫn xạ có độ dài bằng nhau và đặt cách đều nhau tương đương với một hệ thống thẳng liên tục, bức xạ trục Hệ số chậm của sóng trong hệ thống được xác định theo bảng 2.1.

Với độ dài của anten L Nd= đã biết, có thể xác định được hệ số chậm tốt nhất (ứng với bước sóng công tác trung bình λ0) theo công thức:

012

opt

L

λ

Sau đó, áp dụng công thức của lý thuyết anten sóng chậm có thể tính được sự

phụ thuộc của hệ số định hướng với tần số và xác định được dải thông tần

0

f f

∆

mà trong đó hệ số định hướng biến đổi không quá 3 dB

Ta hãy khảo sát một ví dụ: Giả sử cần thực hiện một anten dẫn xạ để làm việc trong dải tần 200 ÷ 10MHz, độ dài anten cho trước là 3m, sao cho sẽ nhận được hệ số định hướng là cực đại khi số phần tử của anten là ít nhất.

Trường hợp này, độ dài của anten là L/λ0= 2 và dải thông tần yêu cầu bằng 10% Ta cần chọn thông số /d l =0,5để nhận được hệ số định hướng gần bằng 12dB Đồng thời, với độ dài anten đã cho sẽ tính được hệ số sóng chậm tốt

nhất ξopt =1, 25 Từ bảng 2.1 sẽ xác định được độ dài chấn tử 1,3

Hình 2.4 : Mô hình anten Yagi

Ta chọn mô hình anten Yagi (như hình 2.4 ) là một tập hợp các chấn tử nửa sóng giống nhau, chấn tử chủ động A được đặt ở gốc tọa độ Vị trí của các chấn tử thụ động trên trục z được đặc trưng bởi các tọa độ zn, với n = 1, N (

N là số chấn tử dẫn xạ) và bởi tọa độ zp đối với chấn tử phản xạ

Việc điều chỉnh đối với mỗi chấn tử thụ động sẽ được thực hiện bởi các điện kháng biến đổi được iXp, iX1, iX2, ,iXn ứng với vị trí cố định của các chấn

tử và với giá trị của các điện kháng điều chỉnh đã chọn, biên độ phức tạp của

dòng điện trong mỗi chấn tử sẽ được xác định khi giải hệ phương trình Kirchhoff đối với hệ (N+2) chấn tử ghép.

Hình 2.5 Góc θ trong mặt phẳng H và mặt phẳng E

Đối với mặt phẳng H thì (2.4) cũng chính là hàm phương hướng của cả hệ còn đối với mặt phẳng E thì hàm phương hướng của hệ sẽ bằng tích của hàm tổ hợp (2.4) với hàm phương hướng riêng của chấn tử:

1

cos sin

2 ( )

R

θ

θ = =  =  (2.7)

trong đó :

D1= 1,64 là hệ số định hướng của chấn tử nửa sóng

R11= 73,1 Ω là điện trở riêng của chấn tử nửa sóng (nghĩa là của một phần

2.7 Dải thông của anten Yagi

Các anten Yagi phản ứng rất nhạy đối với sự biến đổi của tần số vì nó bao gồm các yếu tố cộng hưởng Do đó anten Yagi có dải thông hẹp người ta xác định được rằng tác dụng của thanh phản xạ đối với trở vào của anten mạnh hơn nhiều đối với tác dụng của thanh dẫn xạ, vì thế nên dùng thanh phản xạ có dải thông rộng Thông thường để mở rộng dải thông thường dùng thanh phản xạ là

chấn tử vòng dẹt hoặc tốt hơn là trấn tử vòng dẹt kép, ngoài ra các thanh phản

xạ này được cấp nguồn

CHƯƠNG III

MÔ PHỎNG, THIẾT KẾ ANTEN YAGI HOẠT

ĐỘNG Ở TẦN SỐ 2,4 GHZ

Ứng dụng lý thuyết đã trình bày ở chương I và chương II để thiết kế một anten Yagi đạt được độ lợi cao và có thể mở rộng vùng phủ sóng dựa trên tần số 2,4Ghz Phần mô phỏng tôi sử dụng phần mềm HFSS.

3.1 Phần mềm mô phỏng HFSS

HFSS là viết tắt của Hight Frequency Structure Simulator HFSS là phần mềm mô phỏng trường điện từ theo phương pháp toàn sóng (full wave) để mô hình hóa bất kỳ thiết bị thụ động 3D nào Ưu điểm nổi bật của nó là có giao diện người dùng đồ họa Nó tích hợp mô phỏng, ảo hóa, mô hình hóa 3D và tự động hóa (tự động tìm lời giải) trong một môi trường dễ dàng để học, trong đó lời giải cho các bài toán điện từ 3D thu được một cách nhanh chóng và chính xác

Hình 3.1 Dao diện chính của chương trình HFSS

3.2 Thiết kế mô hình và các thông số của anten Yagi

Thiết kế một Yagi antenna, nhỏ gọn, hoạt động ở dải tần trung bình là 2,30 – 2,48 tần số wifi kết nối wireless LAN giữ các máy tính được ứng dụng rộng rãi theo chuẩn 802.11