Slide lý thuyết chung về anten (môn anten và truyền sóng)

BÀI GIẢNG MÔN TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN CHƯƠNG LÝ THUYẾT CHUNG VỀ ANTEN Trang BÀI GIẢNG MÔN TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN NỘI DUNG  Nội dung chương 4: (5) • 4.1 Giới thiệu • 4.2 Các tham số anten • 4.3 Các nguồn xa nguyên tố • 4.4Câu hỏi tập Trang BÀI GIẢNG MÔN TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 4.1 Giới thiệu  PP truyền sóng điện từ: • Hữu tuyến: dùng dây cáp (sóng điện từ ràng buộc) -> nhược điểm? • Vô tuyến: xạ sóng điện từ môi trường thực (sóng điện từ tự do)  dùng anten -> nhược điểm? Trang BÀI GIẢNG MÔN TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 4.1 Giới thiệu  Vai trò anten • Là thiết bị xạ sóng điện từ không gian thu nhận sóng điện từ từ không gian bên + Anten phát: Biến đổi tín hiệu điện cao tần từ máy phát thành sóng điện từ tự lan truyền không gian + Anten thu: Tập trung lượng sóng điện từ không gian thành tín hiệu điện cao tần đưa đến máy thu Trang BÀI GIẢNG MÔN TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 4.1 Giới thiệu  Vai trò anten • Anten không đơn chuyển đổi sóng điện từ ràng buộc thành sóng điện từ tự ngược lại mà phải xạ theo hướng định • Phân loại: theo công dụng, dãi tần công tác, cấu trúc, đồ thị phương hướng,… Trang BÀI GIẢNG MÔN TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 4.1 Giới thiệu • Các loại anten Hình 4.2 Một số loại anten Trang BÀI GIẢNG MÔN TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 4.1 Giới thiệu  Quá trình vật lý xạ sóng điện từ • Khảo sát trình xạ Trang BÀI GIẢNG MÔN TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 4.2 Các tham số Hàm tính hướng • Khái niệm: Là hàm số biểu thị phụ thuộc cường độ trường xạ anten theo hướng khảo sát cự ly khảo sát không ur ur ur đổi f θ , ϕ = fθ θ , ϕ iθ + fϕ θ , ϕ iϕ (4.1) ( ) ( ) ( ) + θ, ϕ: Góc xạ anten (góc phương vị góc ngẩng) • Hàm tính hướng biên độ: Biểu thị quan hệ biên độ trường xạ theo hướng khảo sát với cự ly khảo sát không đổi ur f ( θ ,ϕ ) = fθ ( θ , ϕ ) + fϕ ( θ , ϕ ) 2 (4.2) • Hàm biên độ tương đối (chuẩn hóa) F ( θ ,ϕ ) = f ( θ ,ϕ ) f ( θ , ϕ ) max ; Fmax = (4.3) Trang BÀI GIẢNG MÔN TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 4.2 Các tham số Đồ thị tính hướng + Là đồ thị không gian biểu thị biến đổi tương đối biên độ trường xạ theo hướng khảo sát cự ly khảo sát không đổi + Được vẽ từ F(θ,ϕ): - Có thể biểu diễn theo 3D - Thường biểu diễn mặt cắt đồ thị hướng tính 3D (theo phương θ, ϕ), theo dạng tọa độ cực hệ tọa độ vuông góc - Thang biểu diễn theo thang thập phân hay thang logarit Trang BÀI GIẢNG MÔN TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 4.2 Các tham số Đồ thị tính hướng • Búp sóng: + Búp sóng + Búp sóng phụ Trang 10 BÀI GIẢNG MÔN TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 4.2 Các tham số 11 Diện tích hiệu dụng chiều dài hiệu dụng • Khi anten làm việc chế độ thu, công suất anten thu phụ thuộc vào nl điện trường bên phát hiệu suất anten thu Và giá trị hiệu suất phụ thuộc vào diện tích hiệu dụng chiều dài hiệu dụng anten + Ae : diện tích hiệu dụng anten + A: diện tích xạ (cảm ứng) thực anten + ηA: hiệu suất • Quan hệ diện tích hiệu dụng hệ số khuếch đại: + GR: độ lợi anten thu + Λ: bước sóng công tác Trang 28 BÀI GIẢNG MÔN TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 4.2 Các tham số 10 Diện tích hiệu dụng chiều dài hiệu dụng • Đối với anten dây hay chấn tử đối xứng-> chiều dài hiệu dụng le = I /λ + le : chiều dài hiệu dụng + l: chiều dài xạ (cảm ứng) thực anten + ƐA: Suất điện động cảm ứng + Eh: Cường độ điện trường anten thu Trang 29 BÀI GIẢNG MÔN TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 4.2 Các tham số 11 Dãi tần công tác anten • Là khoảng tần số mà thông số anten không đổi thay đổi phạm vi cho phép, có nhóm + Dải tần hẹp + Dải tần tương đối rộng + Dải tần rộng + Dải tần rộng Với : Trang 30 BÀI GIẢNG MÔN TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 4.3 Nguồn xạ nguyên tố  Chấn tử điện (dipol điện) + Là phần tử dẫn điện thẳng, mảnh, có độ dài l[...]... bức xạ với anten vô hướng + PT là công suất đầu vào của máy phát (~PA) + GT Độ lợi anten • Tính theo đơn vị dB Trang 27 BÀI GIẢNG MÔN TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 4.2 Các tham số cơ bản 11 Diện tích hiệu dụng và chiều dài hiệu dụng • Khi anten làm việc ở chế độ thu, công suất của anten thu sẽ phụ thuộc vào nl điện trường do bên phát và hiệu suất của anten thu Và giá trị hiệu suất này phụ thuộc vào diện tích... tính tập chung năng lượng bức xạ theo hướng làm việc Hình 4.6 Độ rộng của đồ thị tính hướng Trang 12 BÀI GIẢNG MÔN TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 4.2 Các tham số cơ bản 3 Độ rộng đồ thị tính hướng Trang 13 BÀI GIẢNG MÔN TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 4.2 Các tham số cơ bản 3 Độ rộng đồ thị tính hướng Trang 14 BÀI GIẢNG MÔN TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 4.2 Các tham số cơ bản Đồ thị phương hướng của anten lưỡng hướng và anten có... một anten chuẩn khi hai anten đặt cùng vị trí và công suất bức xạ như nhau (4.6) • Hệ số khuyếch đại của anten (tăng ích) + Định nghĩa như hệ số tính hướng nhưng hai anten có công suất đưa vào anten như nhau và anten chuẩn có hiệu suất bằng 1 G ( θ ,ϕ ) = ηa S ( θ ,ϕ ) = η a D ( θ , ϕ ) S0 (4.8) + Hệ số tăng ích vừa biểu hiện tính hướng, vừa biểu thị tổn hao trên anten Trang 23 BÀI GIẢNG MÔN TRUYỀN... Mạch trở kháng tương đương của anten Trang 19 BÀI GIẢNG MÔN TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 4.2 Các tham số cơ bản 6 Trở kháng nguồn, trở kháng vào anten: • Trở kháng vào: Anten là tải của máy phát, trở kháng vào của anten gồm 3 thành phần + Thuần trở Rbx đặc trưng cho thành phần năng lượng bức xạ thành sóng điện từ + Thuần trở Rth : bức xạ sinh ra phần trường gần, bị ràng buộc với anten (vô công), + Điện kháng... và anten có hướng Trang 15 BÀI GIẢNG MÔN TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 4.2 Các tham số cơ bản 4 Trường điện từ bức xạ từ anten (trường xa) Trang 16 BÀI GIẢNG MÔN TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 4.2 Các tham số cơ bản 5 Sự phân cực anten: Hình ảnh để lại bởi đầu mút của vector E khi quan sát dọc theo chiều truyền sóng + Phân cực đường thẳng: Mặt phẳng phân cực cố định khi sóng truyền lan - Phân cực đứng: Vecto E vuông... thị tổn hao trên anten Trang 23 BÀI GIẢNG MÔN TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 4.2 Các tham số cơ bản 8 Hệ số tính hướng, hệ số tăng ích Đơn vị dùng cho hệ số định hướng và độ lợi: dBi, dBd, lần - dBi dùng để so sánh G công suất anten so với anten đẳng hướng - dBd dùng để so sánh G công suất anten với anten lưỡng cực Trang 24 BÀI GIẢNG MÔN TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 4.2 Các tham số cơ bản 8 Hệ số tính hướng, hệ số tăng... thức thay đổi các đơn vị: G (dBi ) = 10 lg X => X: số lần Trang 25 BÀI GIẢNG MÔN TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 4.2 Các tham số cơ bản 9 Tuyến anten và công thức Friis + Được sử dụng khi thiết kế một tuyến anten + Thể hiện mối liên hệ giữa cs phát và thu đặt cách nhau 1 khoảng trong không gian Trang 26 BÀI GIẢNG MÔN TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 4.2 Các tham số cơ bản 10 Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương (EIRP -... trở kháng giữa anten và máy phát tức là : Z S = Z A* ⇒công suất bức xạ cực đại : Pbx max | VS2 | = PA = 8RA Trang 22 BÀI GIẢNG MÔN TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 4.2 Các tham số cơ bản 8 Hệ số tính hướng, hệ số tăng ích Nhằm đánh giá phương hướng và hiệu quả bức xạ của anten (trên cơ sở so sánh với anten chuẩn (anten vô hướng) • Hệ số tính hướng (độ định hướng) + Là tỉ số giữa mật độ công suất của anten tại một... hiệu dụng hoặc chiều dài hiệu dụng của anten + Ae : diện tích hiệu dụng anten + A: diện tích bức xạ (cảm ứng) thực của anten + ηA: hiệu suất • Quan hệ giữa diện tích hiệu dụng và hệ số khuếch đại: + GR: độ lợi anten thu + Λ: bước sóng công tác Trang 28 BÀI GIẢNG MÔN TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 4.2 Các tham số cơ bản 10 Diện tích hiệu dụng và chiều dài hiệu dụng • Đối với anten dây hay chấn tử đối xứng-> chiều... của anten + ƐA: Suất điện động cảm ứng + Eh: Cường độ điện trường tại anten thu Trang 29 BÀI GIẢNG MÔN TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 4.2 Các tham số cơ bản 11 Dãi tần công tác của anten • Là khoảng tần số mà trong đó các thông số anten không đổi hoặc thay đổi trong phạm vi cho phép, có 4 nhóm + Dải tần hẹp + Dải tần tương đối rộng + Dải tần rộng + Dải tần rất rộng Với : Trang 30 BÀI GIẢNG MÔN TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN