giáo trình anten chương 2

CHƯƠNG 2: ANTEN Khái niệm anten Các đặc tính anten Lý thuyết anten Hệ thống xạ 2:19 PM Chương Khái niệm Anten thiết bị dùng để xạ sóng điện từ khơng gian bên ngịai thu nhận sóng điện từ từ khơng gian bên ngồi - Anten phải phối hợp trở kháng - Anten phải có hiệu suất cao - Anten phải có băng thơng đủ lớn Blah blah blah bl ah 2:19 PM Chương 2 Khái niệm + Phân loại Anten - Theo mục đích sử dụng: Anten thơng tin (vệ tinh, viba, ) Anten truyền hình Anten phát Anten radar Anten thiên văn, - Theo băng sóng: Anten sóng cực ngắn Anten sóng ngắn Anten sóng trung, sóng dài, - Chức (thu, phát) 2:19 PM Chương Chương Khái niệm - Theo cấu trúc: 2:19 PM Các đặc tính anten Trở kháng vào anten ZA  PA  VA  RA  jX A IA Re VA I A*  Phối hợp trở kháng  RS XS IA VS RA  Z A  ZS RA Z A = ZS * VS VA XA Không phối hợp trở kháng Xs = 0: PA = PS(1 - ||2) 2:19 PM với Z A  ZS Z A  2Z S Chương  Các đặc tính anten Hiệu suất anten PR: tổng công suất xạ anten phát PD: công suất tiêu tán anten  PD = PA – PR = (1 – e)PA Chia điện trở anten thành điện trở xạ RR điện trở tiêu hao RD RA = RR + RD Công suất tiêu tán anten: Công suất xạ anten: PD = ½ RD|IA|2 PR = ½ RR|IA|2 2:19 PM Chương Công suất anten: PA = ½ RA|IA|2 Các đặc tính anten Một anten có trở kháng vào ZA = 300 + j73  điện trở tổn hao RD = 5 nối với máy phát có VS.RMS = 10V RS = 50 a) Vẽ sơ đồ tương đương hệ thống b) Tính cơng suất xạ, tổn hao, tiêu thụ hiệu suất anten 2:19 PM Chương Các đặc tính anten Trường điện từ tạo anten Trường điện vùng xa anten: , , , , , : hàm độ lớn trường chuẩn hoá Trường từ vùng xa anten: , , Z: trở kháng sóng = 120 không gian tự 2:19 PM Chương Các đặc tính anten Mật độ xạ Vector mật độ xạ: ∗ Mật độ xạ: W 2:19 PM Chương Các đặc tính anten Mật độ xạ Trường vùng xa anten: , W , , , Cường độ xạ , , 2:19 PM , , , : cường độ xạ chuẩn hoá Chương 10 Các đặc tính anten Diện tích: ds = rsindrd Tổng công suất xạ d d r , , 2 , , , , , 2:19 PM , Ω Chương 11 Các đặc tính anten Trường điện vùng xa xạ anten cho bởi: F(,) = sin , giả sử hiệu suất anten e = 25% dòng ngõ vào anten 1A Vector mật độ xạ: , , Trong không gian tự do: Z = 120 240 Mật độ xạ: 2:19 PM W 240 Chương 12 Các đặc tính anten Cường độ xạ: , 240 Tổng công suất xạ: 240 , 90 0,011 Điện trở xạ: PR = ½ RR|IA|2 RR = 2PR/|IA|2 = 1/45 = 0,022  2:19 PM Chương 13 Các đặc tính anten Điện trở tiêu hao: e= RD = 0,067Ω Điện trở anten: RA = RR + RD = 4/45 = 0,088  Cơng suất anten: PA = ½ RA|IA|2 = 2/45 = 0,044 W 2:19 PM Chương 14 Các đặc tính anten Trường điện vùng xa xạ anten cho bởi: F(, ) = sin + , giả sử hiệu suất anten e = 40% dòng ngõ vào anten 0,5A Tính: a Vector mật độ xạ b Mật độ xạ c Cường độ xạ d Tổng công suất xạ anten e Điện trở xạ anten f Điện trở tổn hao anten g Điện trở ngõ vào anten h Tổng công suất PA mà anten nhận từ nguồn 2:19 PM Chương 15 Các đặc tính anten Trường điện vùng xa xạ anten cho bởi: F(, ) = cos +2sin , giả sử hiệu suất anten e = 60% dòng ngõ vào anten 0,75A Tính: a Tổng cơng suất xạ anten b Tổng công suất PA mà anten nhận từ nguồn 2:19 PM Chương 16 Các đặc tính anten Phân cực , , ,  Sự phân cực sóng định nghĩa hình ảnh đầu vector cường độ điện trường tạo quan sát dọc theo phương truyền sóng  Tuỳ theo dạng phân cực, ta có: phân cực tuyến tính, tròn hay ellip 2:19 PM Chương 17 Các đặc tính anten Phân cực  Theo trục +x  = /2,  = 0, ,  Theo trục +y  = /2,  = /2,  Theo trục –x  = /2,  = ,  Theo trục –y  = /2,  = 3/2, 2:19 PM ,r=x , ,r=y , , r = -x = |x| , , r = -y = |y| Chương 18 Các đặc tính anten Phân cực Cho trường vùng xa anten sau: Theo trục +x:  = /2,  = 0, , ,r=x , cos cos /2 Các thành phần trường có biên độ lệch pha 900 nên có dạng phân cực trịn 2:19 PM Chương 19 Các đặc tính anten Phân cực Theo trục +y:  = /2,  = /2, , ,r=y , cos /2 Trường phân cực tuyến tính 2:19 PM Chương 20 10 Các đặc tính anten Cường độ điện trường vùng xa xạ anten cho sau: Cho biết đặc tính phân cực anten hướng +x; hướng +y; hướng –x; hướng -y  Theo trục +x  = /2,  = 0,  Theo trục +y  = /2,  = /2,  Theo trục –x  = /2,  = ,  Theo trục –y  = /2,  = 3/2, , ,r=x , ,r=y , , r = -x = |x| , 2:19 PM , r = -y = |y| Chương 21 Các đặc tính anten Hệ số hướng tính Dùng để đo tính chất định hướng anten so sánh với anten vô hướng , , , Độ lợi hướng tính D = max(D(,)) Tính hệ số hướng tính độ lợi hướng tính anten có cường độ xạ: U(,) = 5sin2  2:19 PM Chương 22 11 Các đặc tính anten Độ lợi anten G (,) = eD(,) Độ lợi công suất G = G (,) max Công suất xạ vô hướng tương đương EIRP = GPA = eDPA = DPR 2:19 PM Chương 23 Các đặc tính anten Đồ thị xạ Là biểu diễn đồ thị tính chất xạ anten 01 1/2 FNBW HPBW 01 FNBW (First Null Beam Width) = 2m - 01 HPBW (Half Power Beam Width) = 2m - 1/2 2:19 PM Chương m 1/2 24 12 Các đặc tính anten Đồ thị xạ 3dB Beamwidth 10dB Beamwidth Peak - 3dB Peak - 10dB Peak 60° (eg) Peak 120° (eg) Peak - 3dB Peak - 10dB 2:19 PM Chương 25 Các đặc tính anten Diện tích hiệu dụng anten thu , , , : vector phân cực anten thu theo chiều sóng tác động : vector phân cực sóng tới : trường điện anten thu Công suất thu Sinc: mật độ cơng suất trung bình mặt phẳng tới 2:19 PM Chương 26 13 Các đặc tính anten Cho anten thu có hệ số hướng tính D(,) = 1,5sin2, hiệu suất anten 2/3, vector phân cực = , tần số hoạt động 300 MHz Xác định công suất phân phối đến tải (có phối hợp trở kháng) trường hợp sau: a b c d / / G(,) = eD (,) = sin2 Sinc = f = 300 MHz   = c/f = 1m Có phối hợp trở kháng  PL = Pc 2:19 PM Chương 27 Các đặc tính anten z a  Sóng theo hướng x:  = /2,  =  y ,  x , G(,) = sin2 = 2:19 PM , Aeff = 1/4 Pc = AeffSinc = 1/9602 [W] Chương 28 14 Các đặc tính anten z b  Sóng theo hướng x:  = /2,  =  y , x , Aeff = , Pc = [W] 2:19 PM Chương 29 Các đặc tính anten c z /  Sóng theo hướng x:  = /2,  =  y / , 1/ x , G(,) = sin2 = 2:19 PM , Aeff = 1/8 Pc = AeffSinc = 1/19202 [W] Chương 30 15 Các đặc tính anten d z / Sóng theo hướng {x,-z}:  = /4,  =  y / , / , x , G(,) = sin2 = 1/2 Aeff = 1/8 Pc = AeffSinc = 1/19202 [W] 2:19 PM Chương 31 Các đặc tính anten Cho anten thu có hệ số hướng tính D(,) = 1,5sin2, hiệu suất anten 80%, vector phân cực = , tần số hoạt động 400 MHz Xác định công suất phân phối đến tải (có phối hợp trở kháng) trường hợp sau: a b c / / 2:19 PM Chương 32 16 Lý thuyết anten Các phương trình Maxwell - Đối với dịng từ    E rotH   t      H m rotE   J   t    m divH    divE   - Đối với dòng điện   e  E  rotH  J   t     H  rotE    t   divH     e  divE    2:19 PM Chương 33 Lý thuyết anten Anten dipole Hertz z  R z l I0 l  iR  i  Là anten có chiều dài L