Bài giảng Kỹ thuật anten truyền sóng - Chương 2: Các đặc tính của anten

Chương 2 trình bày các đặc tính của anten. Chương này gồm có các nội dung như: Trở kháng vào của anten, hiệu suất của anten, trường điện từ bức xạ từ anten, công suất trường điện từ bức xạ từ anten, sự phân cực, đồ thị bức xạ, độ rộng nửa công suất, độ rộng giữa các giá trị không đầu tiên,...và một số nội dung khác. Mời các bạn cùng tham khảo.

CHƯƠNG CÁC ĐẶC TÍNH CỦA ANTEN TRỞ KHÁNG VÀO CỦA ANTEN VS , Z S ~ Anten RS VS jX S IA RA ~ VA jX A Z A  RA  jX A VS PA  RA ZS  Z A PA  qt PS qt     Z A  ZS Z A  ZS HIỆU SUẤT CỦA ANTEN PR e PA VS , Z S PD  PA  PR  (1  e) PA PA  RA I A 2 PR  RR I A 2 PD  RD I A ~ RS Anten jX S IA RR VS PR RR RR e   PA RA RR  RD ~ VA RD jX A Z A  RA  jX A Z A   RR  RD   jX A TRƯỜNG ĐIỆN TỪ BỨC XẠ TỪ ANTEN Trường điện miền xa anten, cách tổng quát có dạng e  j k r  E (r )  F ( ,  ).ˆ  F ( ,  ).ˆ   r k     2  e  j k r  ˆ  F ( ,  ).ˆ  E (r )  F (  ,  )     r  Cường độ trường điện phụ thuộc hướng xạ:  ,  Cường độ trường điện tỉ lệ nghòch với r (cường độ trường giảm xa anten) Khi điểm quan sát đủ xa anten, trường xạ từ anten xem sóng phẳng Khi trường từ H tính: H (r )   rˆ  E (r )     zC : Là trở kháng sóng môi trường e jkr  ˆ  F ( ,  ).ˆ  rˆ  F ( ,  ).ˆ  H (r )  r   r  e jkr  ˆ  F ( ,  ).ˆ  H (r )  F (  ,  )      r  e  j k r  ˆ  F ( ,  ).ˆ  E (r )  F (  ,  )     r  e jkr  ˆ  F ( ,  ).ˆ  H (r )  F (  ,  )      r  Trường điện trường từ vùng xa anten vuông góc gới vuông góc với chiều truyền sóng CÔNG SUẤT TRƯỜNG ĐIỆN TỪ BỨC XẠ TỪ ANTEN Vector Poynting đònh nghóa: S (r )   E (r )  H * (r )  Phần thực vector Poynting đặc trưng cho dòng công suất trường điện từ Nó gọi vector mật độ công suất: W (r )  Re  S (r )   jkr *  e  j k r e ˆ ˆ ˆ ˆ  F ( ,  ).  F ( ,  ).    F ( ,  ).  F ( ,  ).   W (r )  Re      r   r  W (r )  2..r  F ( ,  )  F ( ,  )  rˆ       rˆ W (r )  F (  ,  )  F (  ,  )    2..r  Vector mật độ công suất có hướng vector r Như miền xa anten công suất chảy theo chiều tia xa dần anten Mật độ công suất:   W (r )  W (r )  F (  ,  )  F (  ,  )    2..r  Mật độ công suất tỉ lệ nghòch với bình phương r Góc khối: Góc tính theo radian: dl d  (rad ) r Góc khối tính theo steradian: dS d  r ( sr ) Vi phân diện tích: dS  (r.d ).(r.sin  d )  d   sin  d d Cường độ xạ đònh nghóa:Cường độ xạ U anten theo hướng cho trước laø công suất xạ đơn vò góc khối theo hướng Công suất xạ gửi qua diện tích dS:  dS W (r ).dS  W (r ).d .r r  U (r )  r W (r )   U ( ,  )  r W (r )  F (  ,  )  F (  ,  )    2.  Cường độ xạ không phụ thuộc vào r mà phụ thuộc  ,  Công suất xạ từ anten: PR   W (r ).dS S Mặt cầu Chọn S mặt cầu bán kính r lớn bao trùm toàn anten PR   W (r ).dS S PR   W (r ).rˆ.dS S 2 PR  dS  (r.d )(r.sin  d ).rˆ    W (r ).rˆ.(r.d )(r.sin  d ).rˆ 0 0 2 PR     0 0 2 PR  rˆ W (r )  r sin  d d   r    U ( , ).sin  d d  0 0 PR   U ( , ).d  S  M ˆ ˆ 90o o 120 60o 150o 30o  0.5 180o 0o -30o -150o -120o o -60o -90 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 50 100 150 200 250 300 350 ĐỘ RỘNG NỬA CÔNG SUẤT, ĐỘ RỘNG GIỮA CÁC GIÁ TRỊ KHÔNG ĐẦU TIÊNÏ (-) HPBW HP left U n ( HP left ) HP  right U n ( HP right ) BWFN null left null  right GÓC KHỐI CỦA ANTEN (-) Góc khối anten góc khối theo chùm anten khảo sát Công suất chảy qua góc khối với toàn công suất xạ anten với giả thuyết cường độ xạ phân bố góc khối phân bố có độ lớn cường độ xạ cực đại anten khảo sát z A Xét anten: anten khảo sát anten giả thuyết Anten giả thuyết có cường độ xạ phân bố cường độ xạcực đại anten khảo sát Tổng công suất xạ từ anten khảo sát: PR   U ( , ).d  S Công suất xạ qua góc khối  A anten giả thuyết: PR(  )  U max  A A PR A   U max  U ( , ).d  S U max ( sr ) x y ĐỘ ĐỊNH HƯỚNG, HỆ SỐ ĐỊNH HƯỚNG Xét anten: anten khảo sát anten giả thuyết Anten giả thuyết (đẳng hướng) có cường độ xạ phân bố có công suất xạ với anten khảo sát Độ đònh hướng D tỉ số cường độ xạ anten theo hướng cường độ xạ anten đẳng hướng theo hướng tương ứng có công suất xạ Vậy cường độ xạ anten đẳng hướng cường độ xạ trung bình anten khảo sát PR Ua   4 4  U ( , ).d  S Độ đònh hướng: D( ,  )  U ( ,  ) Ua Hệ số đònh hướng: Dmax  D  Max  D( ,  ) 10 ĐỘ LI CỦA ANTEN Trong trường hợp hiệu suất e anten 100% độ lợi anten theo hướng độ đònh hướng theo hướng tương ứng Trường hợp tổng quát độ lợi anten: G( ,  )  e.D( ,  ) PR  e.PA U ( ,  ) 4 U ( ,  ) G ( ,  )   PA PA 4 Độ lợi cực đại anten: Gmax  G  Max G( ,  )  4 U max PA 11 ANTEN THU Khi có phối hợp trở kháng anten tải: Z A  Z L* E in c ZL Anten Taûi ( ,  ) Công suất đến tải lớn nhất: PL  PC  VC IL RA RA Nếu phối hợp trở kháng: PL  qr PC qr  VL jX A VC 4.RA RL ZL  Z A RL ~ jX L Dieän tích hiệu dụng anten thu Khi biết diện tích hiệu dụng anten tính công suất khả dụng anten thu đưa đến tải: E in c Anten ( ,  ) PC  Ae S inc S inc Là mật độ công suất trung bình sóng tới mặt phẳng tới Ae  Ae  ,  , pˆ inc  Là diện tích hiệu dụng anten pˆ inc Là vector phân cực sóng tới S inc  E inc 2. pˆ inc E inc  inc E 2 Ae  ,  , pˆ inc   G  ,   pˆ  ,   pˆ inc 4 ZL Tải Diện tích hiệu dụng anten dipole Hertz: IL Khi phối hợp trở kháng : RL  RR , X L   X A  VC  VC PL  PC  I L RR    RR  8RR  RR  S inc  Ae  E inc  2. E inc 2 RR RL VL jX A VC ~ 240 30 VC PC  inc S RR E inc 2 với chiều dài l, sóng tới Einc tạo sức điện ñoäng : VC  E inc l l RR  80    3  Ae  8 Ddipole Hertz  1,5 2D  Ae  4 jX L 2 Ae  ,  , pˆ inc   G  ,   pˆ  ,   pˆ inc , (m ) 4 Diện tích hiệu dụng anten theo hướng cho trước tỉ lệ với độ lợi G anten theo hướng Hệ số pˆ  ,   pˆ inc cho thấy: theo hướng cho trước chế độ phát anten xạvới kiểu phân cực chế độ thu thu nhận lượng trường với kiểu phân cực e jkr E (r )  E0 sin   ˆ r z  pˆ (  Anten nguyên tố thaúng  l  ,  )  ˆ  ˆ O I ˆ      ,     Einc  E.ˆ  pˆ ( ,  ) pˆ inc  rˆ M r  pˆ inc  ˆ : max 12 TUYEÁN ANTEN Z A, r ZL (r , r ) r Taûi Anten thu Z A ,t VS , Z S ~ (t , t ) Anten phát Công suất đến tải: PL  qr PC PC  Ae r , r , pˆ t  Stinc Diện tích hiệu dụng anten thu theo hướng  r , r  với phân cực sóng tới pˆ t Mật độ công suất xạ từ anten phát vò trí anten thu Mật độ công suất xạ từ anten phát vò trí anten thu: W (r )  2   F (  ,  )  F (  ,  )  ,t   ,t  2..r   Stinc  W  r ,t , t    Stinc U t t , t  r Gt t , t  PA U t t , t   4 S inc t Gt t , t  PA  4 r PC  Ae r , r , pˆ t  Stinc  Gr  r , r  pˆ r  r , r  pˆ t t , t  Gt t , t  PA 2  PC   4 r   Gr r , r  pˆ r  r , r  pˆ t t , t  Gt t , t  PA 2 PC   4 r  PL  qr PC PA  qt PS  qr Gr  r , r  pˆ r  r , r  pˆ t t , t  Gt t , t  qt PS  PL   4 r  Gr r , r   er Dr r , r  Gt t , t   et Dt t , t   er qr Dr r , r  pˆ r r , r  pˆ t t , t  Dt t , t  et qt PS  PL   4 r  Đây Công thức truyền dẫn Friis  er qr Dr  r , r  pˆ r r , r  pˆ t t , t  Dt t , t  et qt PS 2 PL   4 r  er qr : Hệ số thể mát phía thu et qt : Hệ số thể mát phía phát pˆ r r , r  pˆ t t , t  Hệ số thể mát phối hợp phân cực tuyến anten     4 r  : Hệ số mát không gian Công thức tính công suất nhận tải phía thu tính theo dBm: PL  dBm  PS  dBm  Gr  r , r   dB   Gt t , t   dB  20 log(r )  km  20 log( f )  MHz    qt  dB   qr  dB   20 log pˆ r  r , r  pˆ t t , t  32, 43  ... 30o  0.5 180o 0o -3 0o -1 50o -1 20o o -6 0o -9 0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 50 100 150 200 250 300 350 ĐỘ RỘNG NỬA CÔNG SUẤT, ĐỘ RỘNG GIỮA CÁC GIÁ TRỊ KHÔNG ĐẦU TIÊNÏ (-) HPBW HP left... cường độ xạ cực đại anten khảo sát z A Xét anten: anten khảo sát anten giả thuyết Anten giả thuyết có cường độ xạ phân bố cường độ xạcực đại anten khảo sát Tổng công suất xạ từ anten khảo sát: PR... ) BWFN null left null  right GÓC KHỐI CỦA ANTEN (-) Góc khối anten góc khối theo chùm anten khảo sát Công suất chảy qua góc khối với toàn công suất xạ anten với giả thuyết cường độ xạ phân bố