Phân tích các đặc tính của anten và áp dụng cho anten dipole dài hữu hạn

TIỂU LUẬN CUỐI KÌ Môn học: ANTEN TRUYỀN SÓNG Thành phố Hồ Chí Minh – 062021 HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIẸT NAM KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG HK CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập Tự do Hạnh phúc THÔNG TIN CHUNG Họ và tên sinh viên Lớp : Khoá: Khoá 12 Chuyên ngành : CN Kỹ thuật điện tử viễn thông Mã chuyên ngành: DTVT SĐT : Email : Địa chỉ liên hệ : Tên đài tàitiểu luận: Phân tích các đặt tính của anten và áp dụng cho anten Dipole dài hữu hạn Tp. Hồ Chí Minh, ngày 18 tháng 06 năm 2021 Sinh viên (Ký và ghi rõ họ tên)   NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ………………………………….............................................................................................................................................................................................................................................................................………………………………………………...... Phần đánh giá: Ý thức thực hiện: Nội dụng thực hiện: Hình thức trình bày: Tổng hợp kết quả: Điểm bằng số: Điểm bằng chữ: Tp. Hồ Chí Minh, ngày 18 tháng 06 năm 2021 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ tên) LỜI CAM ĐOAN _________________________________________________ Tôi xin cam đoan tiểu luận này là công trình nghiên cứu của bản thân, được đúc kết từ quá trình học tập và nghiên cứu thực tiễn trong thời gian qua. Các thông tin và số liệu được sử dụng trong tiểu luận này là hoàn toàn trung thực. Sinh viên thực hiện   Mục Lục Lời nói đầu 1 Chương 1. Lý thuyết chung về Anten 2 1.1. Giới thiệu cơ bản về Anten 2 1.1.1. Định nghĩa: 2 1.1.2. Các hệ thống Anten 2 1.2. Các đặc tính của Anten 3 1.2.1. Trở kháng vào của Anten 3 1.2.2. Hiệu suất vào của Anten 3 1.2.3. Trường điện từ bức xạ từ Anten 4 1.2.4. Công suất trường điện từ bức xạ từ Anten 5 1.2.5. Sự phân cực 8 1.2.6. Đồ thị bức xạ 9 1.2.7. Độ rộng nữa công suất, độ rộng giữa các giá trị không đầu tiên 10 1.2.8. Góc khối của Anten 11 1.2.9. Độ định hướng, hệ số định hướng 12 1.2.10. Độ lợi của Anten 13 1.2.11. Anten thu 13 1.2.12. Tuyến Anten 15 Chương 2. Anten Dipole dài hữu hạn 17 2.1. Anten Dipole 17 2.1.1. Cấu tạo 17 2.1.2. Chức năng 17 2.2. Anten Dipole có chiều dài hữu hạn 18 2.2.1. Định nghĩa 18 2.2.2. Tính Er và Hr 18 2.2.3 Tính chất 19 2.2.4. Cường độ, công suất, điện trở bức xạ 21 Lời nói đầu Là sinh viên của Học Viện Hàng Không Việt Nam, đặc biệt là sinh viên khối ngành kỹ thuật, dựa trên cơ sở lý thuyết và các bài học trên sách vở thì kiến thức và khả năng xử lý vấn đề của sinh viên sau khi ra trường rất khó đáp ứng được nhu cầu của công việc. Tiểu luận là những phép thử rất hiệu quả để sinh viên có thể vận dụng kiến thức và kinh nghiệm của bản thân để rút ra những bài học về lý thuyết và thực hành. Qua môn học kĩ thuật lập trình, từ đó ta biết thêm những kiến thức, những khái niệm về ngôn ngữ C. Từ đó ta áp dụng vào nghiên cứu đến lập trình vi xử lý và các hoạt động khác liên quan đến lập trình.   Chương 1. Lý thuyết chung về Anten 1.1. Giới thiệu cơ bản về Anten 1.1.1. Định nghĩa: Anten là một hệ thống hay một thiết bị dùng để bức xạ hay thu nhập năng lượng điện từ. Anten được sử dụng cho việc truyền năng lượng điện từ giữa máy phát và máy thu mà không cần một sự tham gia nào của đường dây dẫn như cáp xoắn đôi, cáp đồng trục, ống dẫn sóng hay sợi quang. Với một nguồn năng lượng điện từ, anten phát sẽ bức xạ sóng điện từ. Có 2 loại: Anten phát: Biến đổi tín hiệu điện cao tần từ máy phát thành sóng điện từ tự do lan truyền trong không gian Anten thu: Tập trung năng lượng sóng điện từ trong không gian thành tín hiệu điện cao tần đưa đến máy thu. 1.1.2. Các hệ thống Anten Anten thông dụng: Anten râu trên ôtô, Anten tai thỏ trên tivi, Anten vòng cho UHF, Anten Logchu kỳ cho TV, Anten Parabol thu sóng vệ tinh. Trạm tiếp sóng vi ba (Microwave Relay): Anten mặt, Anten Parabol bọc nhựa. Hệ thống thông tin vệ tinh: Hệ anten loa đặt trên vệ tinh, Anten chảo thu sóng vệ tinh, Mảng các loa hình nón chiếu xạ (2030GHz). Anten phục vụ nghiên cứu khoa học.

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM _ TIỂU LUẬN CUỐI KÌ Mơn học: ANTEN TRUYỀN SĨNG Thành phố Hồ Chí Minh – 06/2021 BỘ GIAO THƠNG VẬN TẢI HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM TIỂU LUẬN CUỐI KÌ Mơn học: ANTEN TRUYỀN SĨNG Thành phố Hồ Chí Minh – 06/2021 HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIẸT NAM KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THƠNG HK CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc THÔNG TIN CHUNG Họ tên sinh viên Lớp : .Khoá: Khoá 12 Chuyên ngành : CN Kỹ thuật điện tử - viễn thông Mã chuyên ngành: DT-VT SĐT : Email : Địa liên hệ : Tên đài tài/tiểu luận: Phân tích đặt tính anten áp dụng cho anten Dipole dài hữu hạn Tp Hồ Chí Minh, ngày 18 tháng 06 năm 2021 Sinh viên (Ký ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ………………………………… .……………………………………………… Phần đánh giá: • Ý thức thực hiện: • Nội dụng thực hiện: • Hình thức trình bày: • Tổng hợp kết quả: Điểm số: Điểm chữ: Tp Hồ Chí Minh, ngày 18 tháng 06 năm 2021 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) LỜI CAM ĐOAN _ Tôi xin cam đoan tiểu luận công trình nghiên cứu thân, đúc kết từ trình học tập nghiên cứu thực tiễn thời gian qua Các thông tin số liệu sử dụng tiểu luận hoàn toàn trung thực Sinh viên thực Mục Lục Lời nói đầu Là sinh viên Học Viện Hàng Không Việt Nam, đặc biệt sinh viên khối ngành kỹ thuật, dựa sở lý thuyết học sách kiến thức khả xử lý vấn đề sinh viên sau trường khó đáp ứng nhu cầu cơng việc Tiểu luận phép thử hiệu để sinh viên vận dụng kiến thức kinh nghiệm thân để rút học lý thuyết thực hành Qua môn học kĩ thuật lập trình, từ ta biết thêm kiến thức, khái niệm ngơn ngữ C Từ ta áp dụng vào nghiên cứu đến lập trình vi xử lý hoạt động khác liên quan đến lập trình Chương Lý thuyết chung Anten 1.1 Giới thiệu Anten 1.1.1 Định nghĩa: Anten hệ thống hay thiết bị dùng để xạ hay thu nhập lượng điện từ Anten sử dụng cho việc truyền lượng điện từ máy phát máy thu mà không cần tham gia đường dây dẫn cáp xoắn đơi, cáp đồng trục, ống dẫn sóng hay sợi quang Với nguồn lượng điện từ, anten phát xạ sóng điện từ Có loại: • Anten phát: Biến đổi tín hiệu điện cao tần từ máy phát thành sóng điện từ tự lan truyền khơng gian • Anten thu: Tập trung lượng sóng điện từ khơng gian thành tín hiệu điện cao tần đưa đến máy thu 1.1.2 Các hệ thống Anten • Anten thơng dụng: Anten râu ơtơ, Anten tai thỏ tivi, Anten vòng cho UHF, Anten Log-chu kỳ cho TV, Anten Parabol thu sóng vệ tinh • Trạm tiếp sóng vi ba (Microwave Relay): Anten mặt, Anten Parabol bọc nhựa • Hệ thống thơng tin vệ tinh: Hệ anten loa đặt vệ tinh, Anten chảo thu sóng vệ tinh, Mảng loa hình nón chiếu xạ (20-30GHz) • Anten phục vụ nghiên cứu khoa học 1.2 Các đặc tính Anten 1.2.1 Trở kháng vào Anten Anten thiết bị dùng để thu, phát sóng điện từ Tronng mạch ta xem Anten trở kháng Chế độ phát: Anten lấy lượng tí hiệu từ máy phát xạ điện từ mơi trường khơng gian nên đóng vai trị tải ngn Chế độ thu: Anten thu sóng điện từ cấp cho tải máy thu, Anten đóng vai trị nguồn tải tin 1.2.2 Hiệu suất vào Anten Khi anten sử dụng chế độ phát thiết bị dùng để xạ lượng sóng điện từ Một cách lý tưởng anten phát xạ tất cơng suất mà nhận từ nguồn Gọi PR cơng suất xạ Anten: 1.2.3 Trường điện từ xạ từ Anten Trường điện miền xa Anten có dạng • • Cường độ trường điện phụ thuộc hướng xạ: θ,φ Cường độ trường điện tỉ lệ nghịch 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: : trở kháng sóng mơi trường Trường điện trường từ vùng xa Anten vng góc với vng góc với chiều truyền sóng 10 1.2.4 Công suất trường điện từ xạ từ Anten Vecto Poynting định nghĩa: Phần thực vecto Poynting đặt trưng cho dịng cơng suất trường điện từ Nó gọi vecto mật độ cơng suất Vecto mật độ cơng suất có hướng vecto r Như miền xa, Anten công suât chảy theo chiều tia xa dần Anten.ô Mật độ công suất: Mật độ cơng suất tỉ lệ nghịch với bình phương r Gốc khối: Góc tính theo radian: Góc khối tính theo steradian: Vi phân diện tích: 11 Cường độ xạ định nghĩa: Cường độ xạ U Anten theo hướng cho trước công suất xạ đơn vị góc khối theo hướng Cơng suất xạ gửi qua diện tích Ds: U(θ,φ)== Cường độ xạ không phụ thuộc vào r mà phụ thuộc θ,φ Công suất xạ từ Anten: Chọn S mặt cầu bán kính r lớn bao trùm toàn Anten 12 1.2.5 Sự phân cực Khi quan sát trường xạ xa Anten Tại vị trí quan sát xem trường xạ Anten xòng phẳng: vecto cường điện E trường từ H vng góc với vng gó với phương truyền sóng Tuy nhiên theo thời gian vecto trường có phương cố định quay quan sát dọc theo hướng truyền sóng • • • Nếu vecto trường có phương cố định: phân cực tuyến tính Nếu vecto trường vẽ thành đường trịn: phân cực tròn Nếu vecto trường vẽ thành ellip: phân cực ellip Chiều quay chiều kim đồng hồ ngược lại 13 • • Trường xạ từ Anten có kiểu phân cực khác tùy theo hướng Người ta thể đặc trưng phân cực Anten vecto phân cực: => 1.2.6 Đồ thị xạ • • • • • • Đồ thị cường độ trường E H Đồ thị công suất, mật độ công suất trường xạ Đồ thị cường độ xạ U Đồ thị độ định hướng D Đồ thị dạng 3D Đồ thị dạng 2D: hệ tọa độ cực tọa độ decard Thường đồ thị vẽ theo hàm chuẩn hóa: 14 1.2.7 Độ rộng công suất, độ rộng giá trị không 15 1.2.8 Góc khối Anten Góc khối antenna góc khối theo chùm antenna khảo sát Cơng suất chảy qua góc khối với tồn cơng suất xạ antenne Với giả thuyết cường độ xạ phân bố góc khối phân bố có độ lớn cường độ xạ cực đai antenna khảo sát Tổng công suất xạ từ anten khảo sát: Cơng suất xạ qua góc khối antenna giả thuyết: 16 1.2.9 Độ định hướng, hệ số định hướng Xét Anten: Anten khảo sát Anten giả thuyết Anten giả thuyết có cường độ xạ phân bố có cơng suất xạ với Anten khảo sát Độ định hướng D tỉ số cường độ xạ Anten theo hướng cường độ xạ Anten đẳng hướng theo hướng tương ứng có cơng suất xạ Vậy cường độ xạ Anten đẳng hướng bầng cường độ xạ trung bình Anten khảo sát Độ định hướng: Hệ số định hướng: Max 17 1.2.10 Độ lợi Anten Trong trường hợp hiệu suất e antenna 100% độ lợi antenna theo hướng độ định hướng theo hướng tương ứng Trường hợp tổng quát độ lợi antenna: Độ lợi cực đại Anten: Max 1.2.11 Anten thu Khi có phối hợp trở kháng antenna tải: Công suất đến tải lớn nhất: Nếu khơng có trở kháng: Diện tích hiệu dụng antenna thu Khi biết diện tích hiệu dụng antenna tính công suất khả dụng Antenna thu đưa đến tải: 18 Là mật độ cơng suất trung bình sóng tới mặt phẳng tới Là vector phân cực sóng tới Diện tích hiệu dụng antenna dipole Hertz: Khi phối hợp trở kháng: Diện tích hiệu dụng antenna theo hướng cho trước tỉ lệ với độ lợi G antenna theo hướng 1.2.12 Tuyến Anten 19 Mật độ công suất cạ từ Anten phát vị trí =>= => => Đây cơng thức truyền dẫn Friis : Hệ só mát phía thu : Hệ số mát phía phát : Hệ số mát không gian Công thức tính cơng suất nhận tải phía thu tính theo dBm: 20 Chương Anten Dipole dài hữu hạn 2.1 Anten Dipole 2.1.1 Cấu tạo Dipole Anten hay gọi Anten lưỡng cực loại ăng-ten vô tuyến đơn giản nhất, bao gồm dây dẫn điện có chiều dài nửa bước sóng lớn mà ăng-ten tạo Thanh dây tách giữa, hai phần ngăn cách chất cách điện Mỗi kết nối với cáp đồng trục đầu gần với ăng-ten 2.1.2 Chức Anten lưỡng cực (bao gồm đơn cực) sử dụng để cung cấp ăng ten định hướng phức tạp ăng ten sừng, phản xạ parabol phản xạ góc Các kỹ sư phân tích ăng-ten dọc (hoặc đơn cực khác) sở ăng-ten lưỡng cực chúng nửa Lưỡng cực cung cấp hiệu suất tốt cao nửa bước sóng so với mặt đất, bề mặt vùng nước phương tiện dẫn ngang lợp kim 21 loại Phần tử phải cách xa vật cản dẫn điện cột đỡ, dây điện ăng ten khác bước sóng định 2.2 Anten Dipole có chiều dài hữu hạn 2.2.1 Định nghĩa Là lưỡng cực có chiều dài L so sánh với bước sóng λ có phân bố dịng anten sau: 2.2.2 Tính Chú ý: kzcosθ khơng thể ≈ L so sánh với λ 22 Nhận xét: Chúng ta thấy gồm có hai thành phần: • Thành phần thứ nhất: • Thành phần thứ hai: 2.2.3 Tính chất Đối với hệ số mẫu số xấp xỉ: 23 Đối với hệ số pha bỏ qua thành phần Trường diễn tả hai hệ số: • Giống trường sinh Anten Dipole Hertz • Hệ số khơng gian 2.2.4 Cường độ, cơng suất, điện trở xạ Cường độ xạ: Công suất xạ: 24 � = 0.5772 : Hằng số Euler Điện trở xạ: 25 ... Địa liên hệ : Tên đài tài/tiểu luận: Phân tích đặt tính anten áp dụng cho anten Dipole dài hữu hạn ... số mát khơng gian Cơng thức tính cơng suất nhận tải phía thu tính theo dBm: 20 Chương Anten Dipole dài hữu hạn 2.1 Anten Dipole 2.1.1 Cấu tạo Dipole Anten hay gọi Anten lưỡng cực loại ăng-ten... hiệu điện cao tần đưa đến máy thu 1.1.2 Các hệ thống Anten • Anten thơng dụng: Anten râu ôtô, Anten tai thỏ tivi, Anten vòng cho UHF, Anten Log-chu kỳ cho TV, Anten Parabol thu sóng vệ tinh • Trạm