BÀI BÁO CÁO THỰC TẬP-MẪU BỨC XẠ CỦA ANTENNA DIPOLE NỮA BƯỚC SÓNG TẠI TẦN SỐ 1GHZ

Bài báo cáo thực tập anten SV: Huỳnh Thanh Tuyền MỤC LỤC B ài Tra ng I MẪU BỨC XẠ CỦA ANTENNA DIPOLE NỮA BƯỚC SÓNG TẠI TẦN SỐ 1GHZ 3 II BỨC XẠ CỦA MIỆNG ỐNG DẪN SÓNG TẠI TẦN SỐ 10 GHz 7 II I TÍNH ĐỘ LƠI CỦA ANTENNA LOA HÌNH THÁP 10 I V CÁC CHẤN TỬ 2 λ , λ VÀ 3 2 λ 16 V CHẤN TỬ DIPOLE GẬP λ /2 20 I X ANTEN YAGI – UDA 23 Trang 1 Bài báo cáo thực tập anten SV: Huỳnh Thanh Tuyền BÀI BÁO CÁO THỰC TẬP ANTENNA Trước hết ta nên hiểu antenna là gì? Antenna là phần của hệ thống truyền hay nhận được thiết kế để bức xạ hay nhận sóng điện từ. Nói cách khác, anten lấy tín hiệu RF (được sinh ra bởi radio) và bức xạ nó vào trong không khí hay anten có thể nhận sóng điện từ cho radio. Antenna là một bộ chuyển đổi dòng điện di chuyển ở tần số cao thành sóng điện từ, hoặc ngược lại chuyển sóng điện từ thành dòng điện xoay chiều. Antenna có thể được dùng để bức xạ năng lượng ra không gian, hoặc nhận năng lượng từ không gian. Anten là bộ phận không thể thiếu được của bất kì hệ thống vô tuyến điện nào, bởi vì hệ thống vô tuyến nghĩa là hệ thống trong đó có sử dụng sóng điện từ thì không thể không dùng tới thiết bị để bức xạ hay thu sóng điện từ. Trang 2 Bài báo cáo thực tập anten SV: Huỳnh Thanh Tuyền BÀI 1: MẪU BỨC XẠ CỦA ANTENNA DIPOLE NỮA BƯỚC SÓNG TẠI TẦN SỐ 1GHZ Mục đích: đo mẫu bức xạ trong mặt phẳng E và H. Sử dụng anten dipole nửa bước sóng. I.Lý thuyết Cấu tạo của antenna dipole Anten dipole nửa bước sóng bao gồm hai vật dẫn có hình dạng tuỳ ý (dây dẫn hình trụ, hình chóp ) có kích thước giống nhau và đặt thẳng hàng trong không gian, ở giữa được nối với nguồn cao tần. 65 Cấu tạo và phân bố dòng điện của chấn tử dipole II. Thực hành 1.Tính λ và độ dài antenna dipole 2/ λ . Ở tần số f = 1GHz bước sóng thu được = λ m f c 33,0= Độ dài L của antenna dipole nữa bước sóng λ :L= 2/ λ =0,165m 2.Tính góc nữa công suất a)Với khoảng cách r = 1m. Sau khi tiến hành đo ta thu được mẫu bức xạ của anten dipole nửa bước sóng ở khoảng cách r = 1 m tại tần số 1GHz. Mẫu bức xạ trên mặt phẳng E Mẫu bức xạ trên mặt phẳng H Trang 3 Bài báo cáo thực tập anten SV: Huỳnh Thanh Tuyền Mức tín hiệu cực đại, góc công suất cực đại, góc nửa công suất trong mặt phẳng E và H ta thu được. Theo lý thuyết: Góc nửa công suất (HPBW) của mặt phẳng E và mặt phẳng H được xác định bằng cách sử dụng hai thanh trong mặt phẳng của phần mềm LVDAM-ANT, tìm thấy góc công suất cực đại sau đó ta xác định vị trí tại đó giá trị của mỗi thanh chỉ khoảng -3dB. Sau đó ta lấy góc bên trái trừ cho góc bên phải. HPBW E =|θ HPBWleft - θ HPBWright |=|147 – 223|=76 o Thông thường ta chọn góc nữa công suất trong mặt phẳng H đối với anten dipole trong trường hợp này bằng 0. HPBW H =|θ HPBWleft - θ HPBWright |=0 o Với mức suy hao -16dB. Bằng phần mềm: Mặt phẳng MSL(dB) MSP( o ) HPBW( o ) E -8,6 185 76,97 H -8,33 200 334,37 Nhận xét: Sau khi tiến hành đo ta thấy mức tín hiệu cực đại của phân cực dọc lớn hơn mức tín hiệu trong phân cực ngang. Nhưng anten dipole phân cực ngang có độ định hướng cao . Trong mặt phân cực ngang có độ định hướng rõ rệt, còn trong phân cực dọc thì không có độ định hướng mà là đẳng hướng( theo như đồ thị mà ta quan sát được). Chúng ta có thể hiểu anten định hướng và anten đẳng hướng như thế nào.? Anten định hướng (directional) có hướng phát sóng rất hẹp, thiết bị thu sóng cần nằm chính xác trong phạm vi phát sóng hẹp này của anten định hướng mới có thể thu được sóng phát từ anten. Đồ thị bức xạ tương tự như ánh sáng của đèn pin, tức khi chúng ta chiếu sáng ở gần thì chùm sáng sẽ rộng còn khi chiếu sáng vật ở xa thì chùm sóng rất nhỏ, như là một tia sáng. Độ lợi anten càng cao thì búp sóng càng hẹp, giới hạn khu vực phủ sóng của anten. Anten định hướng có độ lợi lớn hơn anten đẳng hướng, từ 12dBi hoặc cao hơn. Việc thay đổi độ lợi chính là tạo ra các anten khác nhau, mục đích là tạo ra các búp sóng với góc phát khác nhau, góc phát theo chiều dọc (vertical beamwidth) hay chiều ngang (horizontal beamwidth) càng nhỏ thì búp sóng càng hội tụ và cự ly phát sẽ xa. Các loại anten định hướng này thường có góc phát theo chiều ngang khoảng 10 - 120 độ nên có độ lợi lớn hơn như 18dBi, 21dBi Anten đẳng hướng truyền tín hiệu RF theo tất cả các hướng theo trục ngang (song song mặt đất) nhưng bị giới hạn ở trục dọc (vuông góc với mặt đất). Anten này thường được dùng trong các thiết bị tích hợp Wi-Fi thông dụng hiện nay: ADSL, Broadband router, access point. Anten đẳng hướng có độ lợi trong khoảng 6dB, thường được dùng trong các tòa nhà cao tầng. Anten đẳng hướng cung cấp vùng phủ sóng rộng nhất, tạo nên vùng phủ sóng hình tròn chồng chập của nhiều AP bao trùm cả một tòa nhà. Hầu hết các AP đều sử dụng anten đẳng hướng có độ Trang 4 Bài báo cáo thực tập anten SV: Huỳnh Thanh Tuyền lợi thấp. Việc sử dụng anten có độ lợi cao hơn sẽ tăng vùng phủ sóng, do đó có thể giảm số lượng AP để tiết kiệm chi phí. b)Với khoảng cách r = 1,25m. Sau khi tiến hành đo ta thu được mẫu bức xạ của anten dipole nửa bước sóng ở khoảng cách r = 1,25m tại tần số 1GHz. Mẫu bức xạ trên mặt phẳng E Mẫu bức xạ trên mặt phẳng H Mức tín hiệu cực đại, góc công suất cực đại, góc nửa công suất trong mặt phẳng E và H ta thu được. Theo lý thuyết: HPBW E =|θ HPBWleft - θ HPBWright |=|54 – 331|=83 o HPBW H =|θ HPBWleft - θ HPBWright |=0 o Với mức suy hao -16dB . Bằng phần mềm: Mặt phẳng MSL(dB) MSP( o ) HPBW( o ) E -13,85 22 81,57 H -11,68 138 0 Nhận xét: Tương tự như trong trường hợp trên. Nhưng cũng mức suy hao như trên, nhưng sau khi ta thay đổi khoảng cách giữa anten thu và anten phát từ r = 1m lên r = 1,25m thì mức tín hiệu cực đại ta thu được giảm đi và góc nửa công suất tăng lên. Điều đó có nghĩa là độ định hướng của anten giảm đi so với khoảng cách r = 1m ban đầu. Như vậy với mức suy hao như vậy độ định hướng của anten dipole phụ thuộc vào khoản cách giữa anten thu, anten phát và trong mặt phẳng phân cực ngang, dọc của anten dipole. 3. Định nghĩa sự phân cực của anten. Sóng điện từ phát ra từ anten có thể tạo ra những dạng khác nhau, ảnh hưởng đến sự quảng bá. Các hình dạng này sẽ tùy thuộc vào sự phân cực của anten, có thể là phân cực tuyến tính hay phân cực vòng. Hầu hết các anten trên thị trường WLAN đều sử dụng phân cực tuyến tính, có thể phân cực ngang hoặc phân cực Trang 5 Bài báo cáo thực tập anten SV: Huỳnh Thanh Tuyền dọc. Nếu phân cực ngang thì vector trường điện sẽ nằm trên một mặt phẳng thẳng đứng, nếu phân cực dọc thì vector trường điện nằm trên mặt phẳng nằm ngang. Phân cực dọc là phổ biến hơn phân cực ngang, mặc dù đôi khi phân cực ngang lại hoạt động tốt hơn. Mặc dù sẽ là không phù hợp nếu bạn sử dụng anten phân cực vòng cho kết nối trong nhà, nhưng nếu bạn sử dụng wireless bridge thì bạn có thể dùng anten phân cực vòng. Cũng giống như anten phân cực tuyến tính, anten phân cực vòng cũng có 2 trường hợp: Phân cực tay trái và phân cực tay phải. Nếu như vector trường điện quay theo chiều kim đồng hồ khi nó tiến gần đến bạn thì được gọi là phân cực tay trái. Tương tự, nếu vector quay ngược kim đồng hồ thì gọi là phân cực tay phải. Anten phân cực vòng là bất biến (hoặc là phân cực trái, hoặc là phân cực phải) khi nó quay, trong khi anten phân cực tuyến tính có thể chuyển từ phân cực ngang thành phân cực dọc khi nó quay. Nói chung, đối với kết nối LOS (Line Of Sight) thì chúng ta nên sử dụng cùng cực ở cả 2 đầu kết nối. Trang 6 Bài báo cáo thực tập anten SV: Huỳnh Thanh Tuyền BÀI II. BỨC XẠ CỦA MIỆNG ỐNG DẪN SÓNG TẠI TẦN SỐ 10 GHz Mục đích: sử dụng anten loa dạng tháp làm anten phát và ống dẫn song làm anten thu để tiến hành đo mẫu bức xạ. I. Lý thuyết Cấu tạo và hình dáng của anten loa Bức xạ của miệng ống dẫn sóng được cấu tạo từ ống dẫn sóng chữ nhật, dưới tác dụng của sức điện động đặt vào ống, phân bố điện áp dọc khe có dạng hình sin. Như vậy phân bố điện trường dọc theo khe tuân theo quy luật của sóng đứng. Khi năng lượng truyền đến miệng ống chúng sẽ bức xạ ra không gian. Khi mở rộng miệng ống theo các hướng khác nhau sẽ nhận được mặt bức xạ khác nhau. II.Thực hành. Với khoảng cách r = 1m. Sau khi tiến hành đo ta thu được mẫu bức xạ của anten loa lớn, với khoảng cách r = 1m, ở tần số 10GHz. Mẫu bức xạ trên mặt phẳng E Mẫu bức xạ trên mặt phẳng H Trang 7 Bài báo cáo thực tập anten SV: Huỳnh Thanh Tuyền Mức tín hiệu cực đại, góc công suất cực đại, góc nửa công suất trong mặt phẳng E và H ta thu được. Theo lý thuyết: HPBW E =|θ HPBWleft - θ HPBWright |=|28 – (-35)|=65 o HPBW H =|θ HPBWleft - θ HPBWright |=|33 – (-30|=63 o Với mức suy hao – 16dB. Bằng phần mềm: Mặt phẳng MSL(dB) MSP( o ) HPBW( o ) E -14,8 358 64,64 H -14,62 354 63,33 Nhận xét: Khi ta dùng anten phát loa lớn hình tháp và anten thu bằng ống dẫn sóng thì mức tín hiệu cực đại ta thu được trong mặt phẳng E lại nhỏ hơn mức tín hiệu cực đại ta thu được trong mặt phẳng H. Mẫu bức xạ ta thu được trong trường hợp này khác mẫu bức xạ khi ta thu trong anten dipole nửa bước sóng, nghĩa là độ định hướng trong trường hợp này thì mẫu bức xạ trong mặt phẳng E có độ định hướng thấp hơn mẫu bức xạ trong mặt phẳng H. Tính hệ số định hướng D. Hệ số định hướng D: Được định nghĩa là tỉ số giữa cường độ bức xạ cực đại theo một hướng đã cho với cường độ bức xạ trung bình đẳng hướng với cùng một công suất phát. Với định nghĩa như vậy một cách gần đúng, hệ số định hướng của anten cũng có thể tính theo công thức: 26000 . E H D HPBW HPBW = 4 a D π = Ω ≈ = HE HPBWHPBW . 360 2 π 64,64.33,63 26000 = 6,35 = 8dB Độ lợi của anten: Với anten có hiệu suất là 1 thì độ lợi của anten cũng chính là hệ số định hướng, tuy nhiên thông thường hiệu suất của anten là nhỏ hơn 1 và ta định nghĩa độ lợi của anten theo biểu thức sau. G D η = Độ lợi của anten cũng được định nghĩa là. 2 4 e G A π λ = Trong trường hợp này ta chọn hiệu suất bằng 1 suy ra G ≈ D. Trang 8 Bài báo cáo thực tập anten SV: Huỳnh Thanh Tuyền Từ đó Diện tích hiệu dụng Ae cảu anten được tính. 24 22 10.5.435.6 4 03.0 . 4 mDAe − === ππ λ Giá trị vật lý của miệng Ống dẫn sóng mở hình chữ nhật bằng cách sử dụng các phương trình sau đây. Ap = A x B = 1 x 2,3 = 2,3.10 -4 m 2 Hiệu suất miệng của anten được tính 956,1 10.3,2 10.5,4 4 4 === − − Ap Ae ap η Trang 9 Bài báo cáo thực tập anten SV: Huỳnh Thanh Tuyền BÀI III. TÍNH ĐỘ LƠI CỦA ANTENNA LOA HÌNH THÁP Mục đích : Mục đích chính của bài là giúp sinh viên làm quen với anten loa dạng tháp và tiến hành đo đạc mẫu bức xạ, tính toán độ lợi của loại anten này. I. Lý thuyết Cấu tạo của anten loa : Khi mở rộng kích thước miệng của ống dẫn sóng, ta sẽ nhận được các loại anten loa khác nhau. Trên thực tế chúng có các loại anten loa hình tháp, hình nón, loa H, loa E. Trong bài này chúng ta sẽ khảo sát loa hình tháp, nó được xem là tổ hợp của loại loa E và H. Do cả hai mặt điều mở nên sóng bức xạ có dạng cầu. Anten loa dạng tháp II. Thực hành 1.Với khoảng cách r = 0,8m Sau khi tiến hành đo ta thu được mẫu bức xạ của anten phát là anten loa lớn hình tháp và anten thu cũng là anten loa lớn hình tháp, khoảng cách r = 0,8m, ở tần số 10GHz. Mẫu bức xạ trên mặt phẳng E Mẫu bức xạ trên mặt phẳng H Trang 10 [...]... bằng cách hình thành một chuỗi tuyến tính các anten dipole song song nhau (xem hình) 1 Anten dipole có chiều dài λ /2 Sau khi tiến hành đo ta thu được mẫu bức xạ của anten phát là anten Yagi, anten thu sử dụng anten dipole nửa bước sóng, khoảng cách r = 1m, ở tần số 1GHz Mẫu bức xạ trên mặt phẳng E Mẫu bức xạ trên mặt phẳng H Trang 16 Bài báo cáo thực tập anten SV: Huỳnh Thanh Tuyền Sau khi tiến hành... 14 Bài báo cáo thực tập anten SV: Huỳnh Thanh Tuyền Nhận xét: Như vậy trong phương pháp này, thì độ lợi công suất lớn hơn so với 2 trường hợp kia, do trong trường hợp này thì độ lợi của anten không phụ thuộc vào độ suy hao đường truyền Trang 15 Bài báo cáo thực tập anten SV: Huỳnh Thanh Tuyền BÀI IV: : CÁC CHẤN TỬ λ ,λ 2 VÀ 3λ 2 Mục đích: chính của bài này là nghiên cứu mẫu bức xạ của của các λ 3λ dipole. .. theo dBi nhưng một số khác lại biểu diễn theo dBd Lưu ý là sự bức xạ này tồn tại trong không gian 3 chiều 1.Tính độ lợi của anten dipole gập theo đơn vị dBd và dBi? a.Đồ thị định hướng của anten Dipole gập Mẫu bức xạ trên Mặt phẳng E λ /2 khi gắn balun Mẫu bức xạ trên Mặt phẳng H Trang 20 Bài báo cáo thực tập anten SV: Huỳnh Thanh Tuyền Balun là một bộ phối hợp trở kháng, khi anten thu dipole gập gắn thêm... A=9.1cm B=7.3cm Hằng số F/B Là tỉ số giữa búp sóng chính của anten và búp sóng ngược Thông thường búp sóng ngược là búp sóng không mong muốn và gây nhiễu tới búp sóng chính Tỉ số của búp sóng chính của anten và búp sóng ngược F/B được tính như sau F/B = búp sóng chính (dB) – búp sóng ngược (dB) F/B = - 8,12 - ( - 25) = 16,88 dB Hệ số đường truyền chuẩn hóa của S và t với λ = c = 0,03m f ∆E B2 0,0732... mức tín hiệu cực đại lớn hơn anten gập không có balun Cũng như vùng phủ sóng của anten có balun rộng hơn khi không có balun 2 Đồ thị định hướng Anten sau khi gỡ bỏ Dipole gập thay bằng Dipole λ /2 Mẫu bức xạ trên Mặt phẳng E Mẫu bức xạ trên Mặt phẳng H Với các số liệu đo được trong bài thực hành theo bảng sau: Trang 22 Bài báo cáo thực tập anten Mặt phẳng E H SV: Huỳnh Thanh Tuyền MSL(dB) -13.4 -9.16... chỉ sử dụng thành phần điều khiển (trong trường hợp này dipole nửa bước sóng) Mẫu bức xạ trên mặt phẳng E Trường hợp 3: Anten thu gồm 1 thành phần điều khiển và 1 thành phần dẫn sóng Khoảng cách giữa chúng từ 0.15λ đến 0.25λ 1.Anten 0.15λ : Trang 25 Bài báo cáo thực tập anten SV: Huỳnh Thanh Tuyền Mẫu bức xạ trên mặt phẳng E Với λ dipole Mẫu bức xạ trên mặt phẳng E với λ =30mm Trường hợp 4: Anten thu... phẳng E và H như sau MSL(dB) MSP(o) HPBW(o) Mặt phẳng E -9.31 171 92.24 H -30 0 360 2.An ten dipole có chiều dài λ Sau khi tiến hành đo, ta thu được mẫu bức xạ của anten phát là anten Yagi, anten thu sử dụng anten dipole nửa bước sóng, khoảng cách r = 1m, ở tần số 1GHz Mẫu bức xạ trên mặt phẳng E Mẫu bức xạ trên mặt phẳng H Sau khi tiến hành đo đạt mức tín hiệu cực đại, góc công suất cực đại và góc... E -8,12 354 20,64 H -7,53 358 22,87 Trang 11 Bài báo cáo thực tập anten SV: Huỳnh Thanh Tuyền 3.Với khoảng cách r = 1,6m antenna loa thu sử dụng loại nhỏ Sau khi tiến hành đo ta thu được mẫu bức xạ của anten phát là anten loa lớn hình tháp, anten thu sử dụng anten loa hình tháp nhỏ, khoảng cách r = 1,6m, ở tần số 10GHz Mẫu bức xạ trên mặt phẳng E Mẫu bức xạ trên mặt phẳng H Mức tín hiệu cực đại, góc... Với các số liệu đo được trong bài thực hành theo bảng sau, với độ suy hao 16dB o Mặt phẳng o MSL(dB) MSP( ) HPBW( ) E -8.38 7 62.13 H -8.46 230 0 Ta tính được: 26000 D≈G = = 1.162 HPBWE1 HPBWH 1 GdBd = 10 log G = 0.652dBd GdBi = GdBd + 1,95 = 2,602dBi b.Đồ thị định hướng của anten Dipole gập λ /2 khi không có balun Mẫu bức xạ trên Mặt phẳng E Mẫu bức xạ trên Mặt phẳng H Trang 21 Bài báo cáo thực tập... anten dipole là đẳng hướng Nhưng đối với anten dipole co chiều dài thì 2 λ chúng có nhiều búp sóng chính hơn anten và λ chứng tỏ nó có vùng phủ sóng 2 λ rộng hơn và λ 2 Trên mặt phẳng E với anten dipole có chiều dài Trang 19 Bài báo cáo thực tập anten BÀI V: SV: Huỳnh Thanh Tuyền CHẤN TỬ DIPOLE GẬP λ /2 Mục đích: sử dung anten phát là anten yagi còn anten thu là anten dipole gập tiến hành đo lấy mẫu bức . Bài báo cáo thực tập anten SV: Huỳnh Thanh Tuyền MỤC LỤC B ài Tra ng I MẪU BỨC XẠ CỦA ANTENNA DIPOLE NỮA BƯỚC SÓNG TẠI TẦN SỐ 1GHZ 3 II BỨC XẠ CỦA MIỆNG ỐNG DẪN SÓNG TẠI TẦN SỐ 10. sóng điện từ thì không thể không dùng tới thiết bị để bức xạ hay thu sóng điện từ. Trang 2 Bài báo cáo thực tập anten SV: Huỳnh Thanh Tuyền BÀI 1: MẪU BỨC XẠ CỦA ANTENNA DIPOLE NỮA BƯỚC SÓNG. NỮA BƯỚC SÓNG TẠI TẦN SỐ 1GHZ Mục đích: đo mẫu bức xạ trong mặt phẳng E và H. Sử dụng anten dipole nửa bước sóng. I.Lý thuyết Cấu tạo của antenna dipole Anten dipole nửa bước sóng bao gồm