Xây dựng thiết bị đo tự động đặc trưng bức xạ của anten

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CễNG NGHỆ Trần Ngọc Hưng XÂY DựNG THIếT Bị ĐO Tự Động đặc tr-ng bức xạ của anten Ngành: Kỹ thuật điện tử - viễn thụng Chuyờn ngành: Kỹ thuật

Trang 1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CễNG NGHỆ

Trần Ngọc Hưng

XÂY DựNG THIếT Bị ĐO Tự Động

đặc tr-ng bức xạ của anten

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội - 2005

Trang 2

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CễNG NGHỆ

Trần Ngọc Hưng

XÂY DựNG THIếT Bị ĐO Tự Động

đặc tr-ng bức xạ của anten

Ngành: Kỹ thuật điện tử - viễn thụng

Chuyờn ngành: Kỹ thuật vụ tuyến điện tử và thụng tin liờn lạc

Mó số: 2.07.00

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

GS TSKH PHAN ANH

Trang 3

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan bản luận văn này là kết quả nghiên cứu của bản thân tôi, dưới

sự hướng dẫn của GS TSKH Phan Anh Nếu có gì sai phạm tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Trang 4

LỜI CẢM ƠN

Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS TSKH Phan Anh, sự chỉ bảo tận tình của thầy là nguồn động lực to lớn đối với tôi trong suốt quá trình làm luận văn Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô trong Trường Đại học Công Nghệ, Đại học quốc gia Hà Nội đã tạo mọi điều kiện học tập và nghiên cứu cho tôi trong hai năm học vừa qua Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các bạn học, các đồng nghiệp và những người trong gia đình đã giúp đỡ, động viên và chia sẻ với tôi những khó khăn trong thời gian thực hiện luận văn

Đo lường anten là một vấn đề khó, thêm vào đó, do chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố khác nhau nên luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót Tôi rất mong nhận được những ý kiến đóng góp xây dựng để có thể tiếp tục phát triển hướng nghiên cứu của mình

Hà Nội ngày 22 tháng 12 năm 2005

Trần Ngọc Hƣng

Trang 5

M ỤC LỤC

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

DANH MỤC CÁC BẢNG

MỞ ĐẦU 13

Chương 1 Các mô hình không gian trong đo đạc giản đồ phương hướng anten 14

1.1 Tổng quan 14

1.1.1 Khái niệm chung 14

1.1.2 Các mặt phẳng cắt Error! Bookmark not defined

defined

1.2 Xây dựng các mô hình không gian đo lường anten Error! Bookmark not

defined

1.2.1 Tổng quan Error! Bookmark not defined

1.2.2 Tiêu chí xây dựng mô hình Error! Bookmark not defined

1.2.2.1 Tổng quan Error! Bookmark not defined

1.2.2.2 Ảnh hưởng của sự giao thoa trường giữa AUT và anten phát

Error! Bookmark not defined

1.2.2.3 Hiệu ứng suy giảm biên độ ngang trên khẩu độ anten đo Error!

Bookmark not defined

1.2.2.4 Hiệu ứng suy giảm biên độ dọc tại AUT Error! Bookmark not

defined

1.2.2.5 Hiệu ứng biến đổi pha trên khẩu độ anten đo Error! Bookmark

not defined

1.2.3 Xây dựng mô hình ngẩng Error! Bookmark not defined

Trang 6

1.2.3.1 Mô hình ngẩng trên mặt phẳng Error! Bookmark not defined

1.2.3.2 Mô hình ngẩng trên mặt đất gồ ghề Error! Bookmark not

defined

1.2.3.3 Ước lượng sai số do phản xạ Error! Bookmark not defined

1.2.4 Xây dựng mô hình phản xạ mặt đất Error! Bookmark not defined

1.2.5 Các mô hình khác Error! Bookmark not defined

1.2.5.1 Mô hình xiên Error! Bookmark not defined

1.2.5.2 Mô hình kích thước nhỏ Error! Bookmark not defined

1.2.5.3 Mô hình mặt phẳng - ảnh Error! Bookmark not defined

1.2.5.4 Mô hình phòng câm Error! Bookmark not defined Chương 2 Trang thiết bị trong các mô hình đo lường anten Error! Bookmark not

defined

2.1 Tổng quan Error! Bookmark not defined 2.2 Anten phát Error! Bookmark not defined 2.3 Hệ thống phát Error! Bookmark not defined 2.4 Hệ thống thu Error! Bookmark not defined 2.5 Hệ thống định vị Error! Bookmark not defined

2.5.1 Bộ định vị anten Error! Bookmark not defined

2.5.2 Sai số bộ định vị anten Error! Bookmark not defined 2.6 Bộ ghi giản đồ anten Error! Bookmark not defined 2.7 Máy tính điều khiển và xử lý dữ liệu Error! Bookmark not defined Chương 3 Đánh giá các mô hình đo lường anten Error! Bookmark not defined 3.1 Tổng quan Error! Bookmark not defined 3.2 Các phép đo dò trường trên khẩu độ đo Error! Bookmark not defined 3.3 Các phép đo gần trục với mô hình ngẩng Error! Bookmark not defined 3.4 Đo trường sóng tới gần trục trong mô hình phản xạ mặt đất Error! Bookmark

not defined

Trang 7

3.5 Đo trường với góc tới lớn Error! Bookmark not defined

3.5.1 Tổng quan Error! Bookmark not defined

3.5.2 Phương pháp so sánh giản đồ anten Error! Bookmark not defined

3.6 Đánh giá các mô hình phòng câm Error! Bookmark not defined

4.1 Giới thiệu Error! Bookmark not defined 4.2 Xây dựng hệ thống Error! Bookmark not defined

4.2.1 Bộ định vị anten Error! Bookmark not defined

4.2.1.1 Motor bước Error! Bookmark not defined

4.2.2.2 Điều khiển bộ định vị với cổng song song Error! Bookmark not

defined

4.3 Thu thập dữ liệu trong hệ thống đo lường Error! Bookmark not defined

4.3.2 Giao tiếp GPIB Error! Bookmark not defined

4.3.2.1 Talker, Listeners và Controllers Error! Bookmark not defined

4.3.2.2 Cách đánh địa chỉ GPIB Error! Bookmark not defined

4.3.2.3 Gửi thông điệp trên bus GPIB Error! Bookmark not defined

4.3.2.4 Phát triển ứng dụng giao tiếp với một thiết bị GPIB Error!

4.3.2.5 Phát triển ứng dụng giao tiếp với nhiều thiết bị GPIB Error!

4.4 Hệ thống đo lường tự động đặc trưng bức xạ của anten Error! Bookmark not

defined

KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined

Trang 8

ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ LUẬN VĂN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO ….82

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ Error! Bookmark not defined

TÀI LIỆU THAM KHẢO 16

Phụ lục A Bộ định vị anten AError! Bookmark not defined PA.1 Sơ đồ mạch điều khiển motor bước qua cổng song song AError! Bookmark

not defined

PA.2 Lập trình điều khiển motor bước AError! Bookmark not defined Phụ lục B Từ trạng thái và các thông báo lỗi GPIB BError! Bookmark not defined

Trang 9

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

1 AUT: Antenna Under Test, anten cần đo

2 FEM: Finite Element Method, phương pháp phần tử hữu hạn

3 GPIB: General Purpose Interface Bus, bus ghép nối đa năng

4 GTD: Geometrical Theory of Diffraction, lý thuyết hình học về nhiễu xạ

5 IRIG: Inter-Range Instrumentation Group, nhóm công cụ của mô hình khoảng cách

6 MoM: Method of Momen, phương pháp mômen

7 RL: Return Loss, tổn hao phản xạ

8 VSWR: Voltage Standing Wave Ratio, hệ số sóng đứng điện áp

Trang 10

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Hệ toạ độ theo IRIG 15 Hình 1.2 Hệ toạ độ cầu chuẩn sử dụng trong đo lường anten 16

Hình 1.3 Giản đồ phương hướng minh hoạ ảnh hưởng của lỗi pha cầu phương Error!

Hình 1.4 Mô hình ngẩng Error! Bookmark not defined Hình 1.5 Mô hình phản xạ mặt đất Error! Bookmark not defined Hình 1.6 Mô hình xiên góc Error! Bookmark not defined Hình 1.7 Minh hoạ mô hình kích thước nhỏ Error! Bookmark not defined Hình 1.8 Các tín hiệu phản xạ đặc biệt từ các bờ tường phòng câm Error! Bookmark

not defined

Hình 2.1 Sơ đồ khối của một hệ thống đo lường anten điển hìnhError! Bookmark not

defined

Hình 2.2 Hệ thống thu phát cơ bản hai lần trộn và bám pha Error! Bookmark not

defined

Hình 2.3 Hệ thống thu hai kênh sử dụng để đo pha Error! Bookmark not defined Hình 2.4 Hai trục toạ độ vuông góc sử dụng trong bộ định vị anten Error! Bookmark

not defined

Hình 2.5 Cấu hình bộ định vị với anten phát Error! Bookmark not defined Hình 2.6 Mô hình hai bộ định vị chuẩn và hệ toạ độ cầu tương ứng Error! Bookmark

not defined

Hình 2.7 Mô hình tháp anten và hệ toạ độ cầu tương ứng Error! Bookmark not

defined

Hình 2.8 Đồ thị vuông góc và cực, thang loga Error! Bookmark not defined

Trang 11

Hình 2.9 Đồ thị cường độ trường, công suất và decibel của cùng một giản đồ anten

Error! Bookmark not defined Hình 2.10 Bảng phân bố bức xạ đo được Error! Bookmark not defined Hình 3.1 Giản đồ giao thoa trong không gian do sóng phản xạ Error! Bookmark not

defined

Hình 3.2 Giản đồ giao thoa biên độ trong không gian theo tỉ số tín hiệu phản xạ trên

Error! Bookmark not defined Hình 3.3 Minh hoạ ảnh hưởng tới mức búp sóng phụ trong quá trình đo Error!

Hình 3.4 So sánh giản đồ phương vị (các mặt cắt 3600) .Error! Bookmark not

defined

Hình 3.5 Biên độ của giản đồ giao thoa trong không gian .Error! Bookmark not

defined

Hình 3.6 Phương pháp hệ số sóng đứng trong không gian tự do Error! Bookmark not

defined

Hình 4.1 Sơ đồ hệ thống đo lường anten Error! Bookmark not defined Hình 4.2 Sơ đồ ghép nối anten với máy phân tích mạng Error! Bookmark not

defined

Hình 4.3 Lưu đồ thuật toán thực hiện một phép đo anten Error! Bookmark not

defined

Hình 4.4 Sơ đồ vị trí rotor 6 cực và stator 4 cực của một motor bước thông thường

Error! Bookmark not defined Hình 4.5 Chuyển động của rotor khi xung điện đặt vào stator Error! Bookmark not

defined

Hình 4.6 Sơ đồ kích thích motor trong các chế độ khác nhau Error! Bookmark not

defined

Hình 4.7 Cấu hình cổng song song Error! Bookmark not defined

Trang 12

Hình 4.8 Bộ ghép nối quang 4N35 Error! Bookmark not defined Hình 4.9 Máy phân tích mạng Advantest R3765CG Error! Bookmark not defined Hình 4.10 Đo lường các đặc tính thiết bị Error! Bookmark not defined Hình 4.11 Lưu đồ hệ thống đo lường thiết bị siêu cao tần Error! Bookmark not

defined

Hình 4.12 Các cách biểu diễn tham số mạng Error! Bookmark not defined Hình 4.13 Cách xác định tham số S của thiết bị Error! Bookmark not defined Hình 4.14 Bộ Calibration Kit, cho phép hiệu chỉnh các tham số ghép nối Error!

Hình 4.15 Sơ đồ hệ thống điều khiển sử dụng bus GPIB Error! Bookmark not

defined

Hình 4.16 Cáp ghép nối giữa thiết bị GPIB với cổng USB của máy tính Error!

Hình 4.17 Mô hình giao tiếp các thiết bị GPIB theo phân cấp chức năng Error!

Hình 4.18 Sơ đồ các đường tín hiệu bus GPIB Error! Bookmark not defined Hình 4.19 Hệ thống đo lường tự động đặc trưng bức xạ của anten Error! Bookmark

not defined

Hình 4.20 Giao diện phần mềm điều khiển hệ thống đo lường anten Error!

Hình 4.21 Hướng anten phát khi đo giản đồ bức xạ của chấn tử trong mặt phẳng E

Hình 4.22 Hướng anten phát khi đo giản đồ bức xạ của chấn tử trong mặt phẳng H

Hình 4.23 Hướng anten chấn tử cần đo khi đo giản đồ bức xạ … trong mặt phẳng E

Trang 13

Hình 4.24 Hướng anten chấn tử cần đo khi đo giản đồ bức xạ … trong mặt phẳng H

Error! Bookmark not defined Hình 4.25 Tần số hoạt động, trở kháng vào của anten chấn tử nửa sóng Error!

Hình 4.26 Giản đồ hướng của chấn tử nửa sóng trong mặt phẳng E Error! Bookmark

not defined

Hình 4.27 Giản đồ hướng của chấn tử toàn sóng trong mặt phẳng E tại tần số Error!

Hình 4.28 Giản đồ hướng của chấn tử 3/2 bước sóng trong mặt phẳng E Error!

Bookmark not defined.

Hình 4.29 Giản đồ hướng của chấn tử nửa sóng trong hai mặt phẳng E và H Error!

Bookmark not defined.

Hình P1_1 Sơ đồ mạch điều khiển motor bước AError! Bookmark not defined Hình P1_2 Mạch điều khiển motor bước AError! Bookmark not defined Hình P1_3 Lưu đồ thuật toán điều khiển cổng song song AError! Bookmark not

defined

Trang 14

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 4.1 Sơ đồ kích thích pha trong các chế độ của motor bước Error! Bookmark not

defined

Bảng 4.2 Sơ đồ chân cổng song song Error! Bookmark not defined Bảng 4.3 Các tham số của thiết bị Error! Bookmark not defined Bảng 4.4 Ý nghĩa các bít trong địa chỉ GPIB Error! Bookmark not defined Bảng 4.5 Các đường bắt tay GPIB Error! Bookmark not defined Bảng 4.6 Các đường quản lý dữ liệu GPIB Error! Bookmark not defined Bảng B-1 Từ trạng thái BError! Bookmark not defined Bảng B-2 Mã các lỗi GPIB BError! Bookmark not defined

Trang 15

MỞ ĐẦU

Trong lý thuyết và kỹ thuật anten, các phương pháp phân tích có thể được sử dụng

để phân tích, tổng hợp và tính toán các đặc tính bức xạ anten Tuy nhiên, với một số loại anten, do cấu có cấu trúc và phương pháp tiếp điện phức tạp nên không thể khảo sát bằng

lý thuyết được Mặc dù đã có nhiều phương pháp phân tích được phát triển trong suốt những năm qua như GTD, phương pháp momen (MoM), phương pháp phần tử hữu hạn (FEM),… song có thể nói rằng đo đạc thực nghiệm là cách tốt nhất để đảm bảo sự hoạt động của anten trong môi trường thực tế cũng như kiểm chứng lại các kết quả lý thuyết

Thực tế đã chỉ ra rằng, tốt nhất là nên thực hiện các phép đo đạc anten ở chế độ thu Theo lý thuyết tương hỗ thì các đặc tính bức xạ (tăng ích, giản đồ bức xạ, ) của anten ở chế độ thu sẽ giống như ở chế độ phát [2] Điều kiện lý tưởng để thực hiện phép

đo đạc các đặc tính trường xa là nguồn chiếu xạ phải là nguồn sóng phẳng: có pha và biên

độ đồng đều trong mặt phẳng Mặc dù điều kiện này là không thể thực hiện được, song có thể gần đạt được bằng cách tăng khoảng cách giữa anten phát và AUT Tại vùng có bán kính lớn, độ cong của mặt sóng cầu tạo bởi anten phát sẽ rất nhỏ, gần với mặt phẳng Nếu

/,

[3]

Quá trình đo đạc anten gặp phải một số trở ngại như sau [1]:

quá lớn Do đó rất khó tránh khỏi các ảnh hưởng phản xạ sóng từ mặt đất và các vật xung quanh

động tới khu vực đo đạc

 Với một số loại anten, ví dụ như anten mảng, thời gian cần để đo các đặc tính trường có thể sẽ rất lớn

Trang 16

dụ như tàu, máy bay…)

Một số trở ngại trên có thể được khắc phục bằng cách sử dụng các kỹ thuật đặc biệt, ví dụ như đo đạc trong môi trường indoor, tiên đoán giản đồ trường xa từ các kết quả đo đạc trường gần, tự động hoá quá trình đo đạc với sự trợ giúp của máy tính điện tử

…

Do sự phát triển không ngừng của các hệ thống thông tin, ngày càng cần có nhiều phương pháp đo đạc chính xác Để thoả mãn các yêu cầu đó, các trang thiết bị và các kỹ thuật đã được phát triển như mô hình phòng câm hình búp, mô hình kích thước nhỏ, kỹ thuật dò trường gần, kỹ thuật đo gián tiếp, …

Trên cả hai phương diện lý thuyết và thực nghiệm, luận văn đã thực hiện được những nội dung sau:

- Nghiên cứu lý thuyết đo lường anten, mô hình hệ thống, vai trò và ý nghĩa của các thành phần cơ bản trong hệ thống đo lường anten

- Nghiên cứu vị trí của máy phân tích mạng (Network Analyzer) trong việc đo đạc các thông số của hệ thống siêu cao tần

- Xây dựng một hệ thống đo lường anten hoàn chỉnh trên cơ sở dữ liệu thu thập từ máy phân tích mạng thông qua giao diện GPIB

- Tiến hành đo đạc giản đồ phương hướng và so sánh với kết quả lý thuyết đối với các mẫu anten chấn tử nửa sóng, toàn sóng và 3/2 bước sóng

Chương 1 Các mô hình không gian trong đo đạc

giản đồ phương hướng anten 1.1 Tổng quan

1.1.1 Khái niệm chung

Việc đo đạc và đánh giá anten được thực hiện bởi các mô hình không gian đo lường Ở đó chúng được chia thành mô hình indoor và outdoor, mỗi mô hình lại có những

Định dạng
Số trang	19
Dung lượng	370,85 KB