Đang tải... (xem toàn văn)
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 omnidirectional. Anten Yagi hay còn gọi là anten YagiUda (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 điểmđa điểm. Anten YagiUda 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.
TRƢỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN -*** - HỆ THỐNG VIỄN THÔNG ĐỀ TÀI: Tìm hiều anten Yagi mô phần mềm HFSS Giảng viên hƣớng dẫn Sinh viên thực Nhóm 04 Hà Nội – 2016 Báo cáo Bài tập lớn Môn hệ thống viễn thông Mục lục LỜI NÓI ĐẦU Error! Bookmark not defined CHƢƠNG I TỔNG QUAN VỀ ĂNG TEN YAGI 1.1 Giới thiệu anten Yagi 1.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động 1.3 Hệ số sóng chậm 1.4 Đặc trƣng hƣớng 1.5 Trở kháng vào chấn tử chủ động 11 1.6 Hệ số định hƣớng 11 1.7 Dải thông anten Yagi 12 CHƢƠNG II TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ VÀ MÔ PHỎNG ANTEN YAGI Ở DẢI TẦN 430 MHZ 13 2.1 Tính toán thông số 13 2.2 Mô anten yagi với HFSS 15 2.2.1 Khởi tạo chƣơng trình , tao project 15 2.2.2 Thiết lập thông số cho việc thiết kế 16 2.2.3 Xuất kết mô phỏng: 34 KẾT LUẬN 36 Em xin chân thành cảm ơn ! 37 Page Báo cáo Bài tập lớn Môn hệ thống viễn thông CHƢƠNG I TỔNG QUAN VỀ ĂNG TEN YAGI 1.1 Giới thiệu anten Yagi Anten Yagi loại anten định hƣớng phổ biến chúng dễ chế tạo Các anten định hƣớng nhƣ Yagi thƣờng sử dụng khu vực khó phủ sóng hay nơi cần vùng bao phủ lớn vùng bao phủ anten omni-directional Anten Yagi hay gọi anten Yagi-Uda (do ngƣời Nhật Hidetsugu Yagi Shintaro Uda chế tạo vào năm 1926) đƣợc biết đến nhƣ anten định hƣớng cao đƣợc sử dụng truyền thông không dây Loại anten thƣờng đƣợc sử dụng cho mô hình điểm- điểm dùng mô hình điểm-đa điểm Anten Yagi-Uda đƣợc xây dựng cách hình thành chuỗi tuyến tính anten dipole song song Anten Yagi đƣợc dùng rộng rãi vô tuyến truyền hình, tuyến thông tin chuyển tiếp đài rada sóng mét Anten đƣơc dùng phổ biến nhƣ nố có tính định hƣớng tƣơng đối tốt mà kích thƣớc trọng lƣợng không lớn lắm,cấu trúc lại đơn giản, dễ chế tạo 1.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động Sơ đồ anten Yagi gồm : chấn tử chủ động (driven element) thƣờng chấn tử nửa sóng, chấn tử phản xạ (reflector) số chấn tử dẫn xạ thụ động (directors) đƣợc gắn trực tiếp với đỡ kim loại Nếu chấn tử chủ động trấn tử vòng dẹt gắn trực tiếp với đỡ kết cấu anten trở nên đơn giản Việc gắn trực tiếp chấn tử lên kim loại thực tế không ảnh hƣởng đến phân bố dòng điện anten điểm chấn tử phù hợp với nút điện áp Việc sử dụng đỡ kim loại không ảnh hƣởng đến xạ anten đƣợc đặt vuông góc với chấn tử Để tìm hiểu nguyên lý làm việc anten ta xét anten Yagi đơn giản gồm chấn tử : chấn tử chủ động (A), hai chấn tử thụ động gồm: chấn tử phản xạ (P) chấn tử dẫn xạ (D) Chấn tử chủ động (A) đƣợc nối với máy phát cao tần Dƣới tác dụng trƣờng xạ tạo A, P D xuất dòng cảm Page Báo cáo Bài tập lớn Môn hệ thống viễn thông ứng chấn tử trở thành nguồn xạ thứ cấp Nhƣ biết, chọn đƣợc độ dài P khoảng cách từ A đến P cách thích hợp P trở thành trấn tử phản xạ A Khi lƣợng xạ cặp A – P giảm yếu phía chấn tử phản xạ đƣợc tăng cƣờng theo hƣớng ngƣợc lại (hƣớng +z) Tƣơng tự nhƣ vậy, chọn đƣợc độ dài D khoảng cách từ D đến A cách thích hợp D trở thành chấn tử dẫn xạ A Khi ấy, lƣợng xạ hệ A – D đƣợc tập trung phía chấn tử dẫn xạ giảm theo hƣớng ngƣợc lại (hƣớng –z) kết lƣợng xạ hệ đƣợc tập trung phía, hình thành kinh dẫn sóng dọc theo trục anten, hƣớng từ phía chấn tử phản xạ phía chấn tử dẫn xạ Theo lý thuyết chấn tử ghép, dòng điện chấn tử chủ động (I1) dòng điện chấn tử thụ động (I2) có quan hệ với biểu thức: I2 aei I1 Với a (1.1) 2 2 ( R12 X 12 )( R22 X 22 ) arctg ( X 12 X ) arctg ( 22 ) R12 R22 Bằng cách thay đổi độ dài chấn tử thụ động, biến đổi độ lớn dấu điện kháng riêng X22 biến đổi đƣợc a biểu thị quan hệ Hình 2.2 với X22 trƣờng hơp chấn tử có độ dài xấp xỉ nửa bƣớc sóng ứng với khoảng cách d = Page Báo cáo Bài tập lớn Môn hệ thống viễn thông 1.2-1 Sự phụ thuộc với X22 Càng tăng khoảng cách d biên độ dòng chấn tử thụ động giảm Tính toán cho thấy với d (0,1 0,25) điện kháng chấn tử thụ động mang tính cảm kháng nhận đƣợc I2 sớm pha so với I1 Trong trƣờng hợp chấn tử thụ động trở thành chấn tử phản xạ Ngƣợc lại điện kháng chấn tử thụ động mang tính dung kháng dòng I2 chậm pha so với I1 chấn tử thụ động trở thành chấn tử dẫn xạ 1.2-2 - P ươ g ướng cặp chấn tử chủ động thụ động Hình vẽ đồ thị phƣơng hƣớng cặp chấn tử chủ động thụ động d = 0,1 ứng với trƣờng hợp khác arctg arctg X 22 Từ hình vẽ ta thấy : Khi R22 X 22 Thì chấn tử thụ động trở thành chấn tử phản xạ R22 Page Báo cáo Bài tập lớn Còn Môn hệ thống viễn thông arctg X 22 0 R22 Thì chấn tử thụ động trở thành chấn tử dẫn xạ Trong thực tế việc thay đổi điện kháng X22 chấn tử thụ động đƣợc thực cách thay đổi độ dài chấn tử : độ dài chấn tử lớn độ dài cộng hƣởng có X22>0, độ dài chấn tử nhỏ độ dài cộng hƣởng có X22 chọn “pec”_Nhôm Hình ảnh sau thiết kế xong chấn tử anten: Page 25 Báo cáo Bài tập lớn Môn hệ thống viễn thông 2.2.2.4 Phần tử tiếp điện Chọn Draw =>Rectangle => xuất bảng: 2.2.2.5 Tiếp điện Kích phải chuột vào phần tử tiếp điện Chọn Assign Exitation => Lumped Pert xuất bảng Page 26 Báo cáo Bài tập lớn Môn hệ thống viễn thông Chọn Next=> xuất bảng=> chọn newline =>ok Ta kéo dây nối bên chấn tử xạ lại=> xuất bảng => nhập điện trở tiếp điện 75 ohm =>Finish 2.2.2.6 Tạo không gian xạ Vẽ khối hộp : Draw =>box => chọn vật liệu air; Page 27 Báo cáo Bài tập lớn Môn hệ thống viễn thông Thông số cho không gian xạ: Sau vẽ đƣợc không gian xạ: Chuột phải vào khung =>Select Face=> chọn mặt khối không gian xạ Kích phải khối=>Assign Boundary =>Radiotion Giới hạn vùng xạ: Chọn HFSS=>Radiation =>insertFar Field Setup =>infinite Sphere Page 28 Báo cáo Bài tập lớn Môn hệ thống viễn thông Trong tab Infinite Sphere giống nhƣ bảng: Page 29 Báo cáo Bài tập lớn Môn hệ thống viễn thông Page 30 Báo cáo Bài tập lớn Môn hệ thống viễn thông 2.2.2.7 Thiết lập tần số hoạt động cho anten Chọn HFSS => Analys Setup => chọn Add Solution Setup => xuất bảng: Ta điều chỉnh thông số nhƣ hình vẽ: Sau ta tiếp tục chọn: Chọn HFSS => Analys Setup =>Add Frequency Sweep Xuất bảng=> ta lựa chọn thông số tƣơng ứng: Page 31 Báo cáo Bài tập lớn Môn hệ thống viễn thông Chọn ok; Page 32 Báo cáo Bài tập lớn Môn hệ thống viễn thông Hình ảnh sau thiết kế: Page 33 Báo cáo Bài tập lớn 2.2.3 Môn hệ thống viễn thông Xuất kết mô phỏng: 2.2.3.1 Đồ thị S(1,1) HFSS=>Result=>Create Modal Solution Data Report=>Rectangular Plot =>New Report=> Close Xuất bảng: chọn new Report => chọn Close Đồ thị S(1,1): Tần số cộng hƣởng fch= 430MHz Page 34 Báo cáo Bài tập lớn Môn hệ thống viễn thông 2.2.3.2 Đồ thị 3D Gain Xuất đồ thị 3D Gain: HFSS=>Result=>Create far field Report=>3D Polar Plot =>chọn Gain=> New Report=> Close Đồ thị Gain 3D 2.2.3.3 Đồ thi Smith HFSS=>Result=>Create Modal Solution Data Report=>Smith chart =>New Report=> Close Page 35 Báo cáo Bài tập lớn Môn hệ thống viễn thông KẾT LUẬN Sau khoảng thời gian dài tìm hiểu phân tích thiết kế, nhóm chúng em tính toán đƣợc mà mô thành công antenYagi tần số 430MHz phần mềm HFSS Anten mô thỏa mãn thông số nhƣ yêu cầu đề nhƣ độ tăng ích lớn, tính định hƣớng cao Đối chiều với lý thuyết thu đƣợc kết trùng khớp nhƣ: Fch= 430 MHz, Đồ thị xạ, độ tăng ích, đồ thị smith hƣớng xạ anten dọc theo trục an ten hƣớng phía chấn tử dẫn xạ đồng thời toàn lƣợng xạ phía trục âm bị chấn tử phản xạ chặn gần nhƣ hoàn toàn Qua trình nghiên cứu thiết kế, chúng em rút đƣợc nhiều kinh nghiệm cho thân, đồng thời hiểu anten yaghi nhƣ công đọan để thiết kế anten hoàn chỉnh Đồng thời qua việc thực đề tài, chúng em hiểu ứng dụng anten Yaghi tƣơng ứng với dải tần thực tế đặc biệt kĩ vận dụng lý thuyết đƣợc học để xây dựng mô hình , sản phẩm thực tế Em xin chân thành cảm ơn thầy dạy hƣớng dẫn chúng em tận tình thời gian chúng em tìm hiểu, phân tích hoàn thiện đề tài Page 36 Báo cáo Bài tập lớn Môn hệ thống viễn thông Trên báo cáo chúng em, nhiều thiếu sót nhƣng nỗ lực thân Rất mong đƣợc quan tâm góp ý thầy giáo Em xin chân thành cảm ơn ! Page 37 [...]... - HFSS= >Solution Type => xuất hiện bảng nhƣ hình vẽ Chọn Driven Modal đối với dải tần thấp Thiết kế các thành phần của anten Sau khi đã có số liệu các thành phần anten ta tiến hành thiết kế Page 16 Báo cáo Bài tập lớn Môn hệ thống viễn thông Chọn HFSS= > chọn Design Properties xuất hiện 1 bảng để add các đối tƣợng cần Design Ta add các đối tƣợng với các thông số có sẵn nhƣ sau: Các đối tƣợng cần thiết. .. phỏng anten yagi với HFSS Các bƣớc và thao tác thực hiện: 2.2.1 Khởi tạo chƣơng trình , tao project - Khởi động chƣơng trình: Program => Ansoft => HFSS => HFSS - Tạo project mới: File=> new một project đƣợc tạo tự động Kick phải chuột vào project=>insert=>Insert HFSS Design ta đƣợc nhƣ hình vẽ: Page 15 Báo cáo Bài tập lớn Môn hệ thống viễn thông 2.2.2 Thiết lập các thông số cơ bản cho việc thiết kế -Chọn... thống viễn thông CHƢƠNG II TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ VÀ MÔ PHỎNG ANTEN YAGI Ở DẢI TẦN 430 MHZ 2.1 Tính toán các thông sô Thiết kế một Yagi antenna, nhỏ gọn, hoạt động ở dải tần 430MHz đƣợc ứng dụng trong thu phát truyền hình Từ dải tần trung bình ta tính đƣợc tần số trung tâm và bƣớc sóng là: λ = = 697mm (3.1) Ta chọn mô hình anten cần thiết kế với các thông số đƣợc chọn nhƣ sau: • N=5 là số chấn tử dẫn... đƣợc thiết kế từ cùng một chất liệu đó là nhôm Ta lựa chọn chất liệu để thiết kế chấn tử nhƣ 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: Page 25 Báo cáo Bài tập lớn Môn hệ thống viễn thông 2.2.2.4 Phần tử tiếp điện Chọn Draw =>Rectangle => xuất hiện bảng: 2.2.2.5 Tiếp điện Kích phải chuột vào phần. .. số đƣợc biểu thị trên hình sau: 1.6-1- Sự phụ thuộc của hệ số A vào 1.7 L 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 hƣởng Do đó anten Yagi có dải thông hẹp ngƣời ta xác định đƣợc 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... 3D Gain: HFSS= >Result=>Create far field Report=>3D Polar Plot =>chọn Gain=> New Report=> Close Đồ thị Gain 3D 2.2.3.3 Đồ thi Smith HFSS= >Result=>Create Modal Solution Data Report=>Smith chart =>New Report=> Close Page 35 Báo cáo Bài tập lớn Môn hệ thống viễn thông KẾT LUẬN Sau một khoảng thời gian dài tìm hiểu và phân tích thiết kế, nhóm chúng em đã tính toán đƣợc mà mô phỏng thành công antenYagi ở tần... chúng em đã tính toán đƣợc mà mô phỏng thành công antenYagi ở tần số 430MHz bằng phần mềm HFSS Anten mô phỏng thỏa mãn các thông số cũng nhƣ yêu cầu đã đề ra nhƣ độ tăng ích lớn, tính định hƣớng cao Đối chiều với lý thuyết thu đƣợc kết quả khá trùng khớp nhƣ: Fch= 430 MHz, Đồ thị bức xạ, độ tăng ích, đồ thị smith và hƣớng bức xạ của anten dọc theo trục an ten và hƣớng về phía các chấn tử dẫn xạ đồng thời... trục âm bị chấn tử phản xạ chặn gần nhƣ hoàn toàn Qua quá trình nghiên cứu và thiết kế, chúng em đã rút ra đƣợc nhiều kinh nghiệm cho bản thân, đồng thời hiểu hơn về anten yaghi cũng nhƣ các công đọan để thiết kế ra một anten hoàn chỉnh Đồng thời cũng qua việc thực hiện đề tài, chúng em có thể hiểu hơn về các ứng dụng của anten Yaghi tƣơng ứng với từng dải tần trong thực tế và đặc biệt là kĩ năng vận... Sau đó ta tiếp tục chọn: Chọn HFSS => Analys Setup =>Add Frequency Sweep Xuất hiện 1 bảng=> ta lựa chọn các thông số tƣơng ứng: Page 31 Báo cáo Bài tập lớn Môn hệ thống viễn thông Chọn ok; Page 32 Báo cáo Bài tập lớn Môn hệ thống viễn thông Hình ảnh sau khi thiết kế: Page 33 Báo cáo Bài tập lớn 2.2.3 Môn hệ thống viễn thông Xuất kết quả mô phỏng: 2.2.3.1 Đồ thị S(1,1) HFSS= >Result=>Create Modal Solution... Hệ số tác dụng định hƣớng của anten ở hƣớng trục theo công thức: D( 0 ) 0 D1 R11 f ( 00 ) RVA 2 (2.7) trong đó : Page 11 Báo cáo Bài tập lớn Môn hệ thống viễn thông D1= 1,64 là hệ số định hƣớng của chấn tử nửa sóng R11= 73,1 là điện trở riêng của chấn tử nửa sóng (nghĩa là của một phần tử anten) Cũng có thể tính theo công thức: Dmax A L , L - độ dài anten ( 2.8 ) L Hệ số A phụ thuộc