đ tài anten loga chu kì

Trườ ng Đạ i Học Bách Khoa Hà Nội Viện Đi ện Tử - Viễn Thông Báo Cáo Bài Tậ p Lớn Anten Truyền Sóng Giáo viên giảng dạy:Thầ y Nguyễn Khuyến Họ tên SV: 1:Phạm Hoàng Hà MSSV: 2:Nguyễn Quang Hiếu MSSV: 3:Lý Đức Vượng MSSV: Hiện anten loga chu kì sủ đụng rấ t rộng rãi thiết bị điện tử dân dụ ng làm anten thu truyền hình, … Nhậ n thấ y hữ u dụng gần gũ i anten loga chu kỳ đờ i số ng , vậ y nên chúng em định làm tậ p lớn để tài anten loga chu kì: 2:Đề tài :”Thiết kế anten loga chu kì có dả i tần cơng tác 150Mhz-230MHz có hệ số phương hướng D=9Db” Bài báo cáo chia làm phầ n sau: Phầ n 1:Kiến thứ c anten loga chu kỳ Phầ n 2:Thiế t kế anten loga chu kì tính tốn Phầ n 3:Tính tốn bằ ng thiết bị mô Phầ n 4:Kế t luận PHẦN 1:KIẾN THỨC VỀ ANTEN LOGA CHU KỲ: Dải thông tần dải tần công tác anten 1.1 Dải thông tần Dải thông tần đặc tính quan trọng anten Đó dải tần số mà giới hạn anten đảm bảo q trình xạ thu phổ tín hiệu không bị méo dạng Thông thường trở kháng vào anten hàm số tần số Do đó, anten làm việc với tín hiệu có phổ rộng (tín hiệu xung, số, tín hiệu vơ tuyến truyền hình ) ứng với tần số khác phổ, biên độ tương đối dòng điện đặt vào anten (anten phát) sức điện động thu (anten thu) biến đổi, làm thay đổi dạng phổ tín hiệu Khi dùng fide tiếp điện cho anten, biến đổi trở kháng vào anten theo tần số dẫn đến tình trạng lệch phối hợp trở kháng xuất sóng phản xạ fide Khi tín hiệu có phổ rộng truyền qua fide ứng với tần số khác có trễ pha khác gây méo dạng tín hiệu Vì vậy, tốt phải đảm bảo suốt dải tần số làm việc R A = const XA = Ngồi đặc tính phương hướng anten phụ thuộc tần số, nên anten làm việc với tín hiệu có phổ rộng biên độ tương đối cường độ trường xạ (hoặc thu được) tần số khác phổ biến đổi gây méo dạng tín hiệu Thường ảnh hưởng yếu tố không lớn thực tế, độ rộng dải tần anten chủ yếu định đặc tính phụ thuộc trở kháng vào anten với tần số 4.1.2 Dải tần cơng tác Có nhiều trường hợp địi hỏi anten khơng làm việc tần số mà làm việc số tần số khác Ứng với tần số khác anten phải đảm bảo tiêu kỹ thuật định đặc tính phương hướng, trở kháng vào, dải thơng tần Dải tần số mà giới hạn anten làm việc với tiêu kỹ thuật cho gọi dải tần công tác anten Chỉ tiêu kỹ thuật khác loại anten cụ thể Trong phần giới thiệu phương pháp mở rộng dải tần số anten với ý nghĩa giảm nhỏ phụ thuộc trở kháng vào đặc tính xạ anten với thay đổi tần số Căn theo dải tần số cơng tác, phân loại anten thành nhóm: Anten dải tần hẹp (anten điều chuẩn): Anten dải tần tương đối rộng: 10% < 1.5 f max Anten dải tần rộng:  f  ; 1 Anten dải tần siêu rộng: f max f  ; Tỷ số tần số cực đại cực tiểu dải tần công tác f max f gọi hệ số bao trùm dải sóng Phương pháp mở rộng dải tần số anten chấn tử Đối với loại anten chấn tử yếu tố định dải tần số công tác anten phụ thuộc trở kháng vào anten với tần số, đồ thị phương hướng anten thường có hướng xạ thay đổi dải tần rộng Để giảm phụ thuộc vào tần số trở kháng vào chấn tử, áp dụng biện pháp sau: - Giảm nhỏ trở kháng sóng chấn tử, - Biến đổi từ từ thiết diện chấn tử, - Hiệu chỉnh trở kháng vào chấn tử, - Dùng nguyên lý kết cấu tự bù, - Áp dụng nguyên lý tương tự Ta khảo sát phương pháp mở rộng dải tần anten theo nguyên lý tương tự, từ xây dựng lý thuyết anten điển hình áp dụng nguyên lý anten loga – chu kỳ 4.3 Phương pháp thiết lập anten dải rộng theo nguyên lý tương tự Nguyên lý tương tự điện động học phát biểu sau: Nếu biến đổi đồng thời bước sóng cơng tác tất kích thước anten theo tỷ lệ giống đặc tính anten đồ thị phương hướng, trở kháng vào không biến đổi Hệ số tỷ lệ gọi tỷ lệ xích phép biến đổi tương tự Dựa vào nguyên lý thiết lập anten khơng phụ thuộc tần số cách cấu tạo anten từ nhiều khu vực có kích thước hình học khác Kích thước hình học khu vực tỷ lệ với theo hệ số định Khi anten làm việc với bước sóng có khu vực anten tham gia vào trình xạ Khu vực gọi miền xạ anten Khi bước sóng cơng tác thay đổi miền xạ anten dịch chuyển đến khu vực mà tỷ lệ kích thước hình học phần tử xạ với bước sóng giống lúc trước 1.4 Anten lôga - chu kỳ ( log – periodic antenna) Anten tạo tập hợp chấn tử có kích thước khoảng cách khác tiếp điện từ đường fiđe song hành chung hình 4.4, chấn tử nhận dịng từ fiđe theo cách tiếp điện chéo: Hình 4.4 Kết cấu anten loga - chu kỳ Kích thước chấn tử khoảng cách chúng biến đổi dần theo tỉ lệ, tỉ lệ gọi chu kỳ kết cấu: l  l  l2 Đặc tính kết cấu anten lơga - chu kỳ xác định hai thơng số τ góc α Nếu máy phát làm việc tần số f0 đó, tần số lại tần số cộng hưởng chấn tử trở kháng chấn tử điện trở Các chấn tử khác thành phần điện kháng, giá trị điện kháng lớn độ dài chấn tử khác xa với chấn tử cộng hưởng, tức chấn tử xa chấn tử cộng hưởng Khi chấn tử cộng hưởng kích thích mạnh l Các chấn tử khơng cộng hưởng có dịng điện chạy qua nhỏ nên trường xạ anten định chủ yếu xạ của chấn tử cộng hưởng số chấn tử lân cận Những chấn tử tạo nên miền xạ anten Dòng điện chấn tử miền xạ có tiếp nhận trực tiếp từ fiđe hình thành cảm ứng trường chấn tử cộng hưởng Các chấn tử phía trước chấn tử cộng hưởng có chiều dài nhỏ hơn, có trở kháng vào dung tính, dịng cảm ứng chấn tử chậm pha so với dịng chấn tử có độ dài lớn Và ngược lại, chấn tử phía sau chấn tử cộng hưởng có chiều dài lớn hơn, có trở kháng vào cảm tính, dòng cảm ứng chấn tử sớm pha so với dịng chấn tử có độ dài ngắn Các chấn tử nhận dịng từ fiđe theo cách tiếp điện chéo nên chấn tử kề có dịng điện lệch pha 1800 cộng với góc lệch pha truyền sóng đoạn fiđe mắc chấn tử Từ tất yếu tố trên, ta nhận dòng tổng hợp chấn tử miền xạ có góc lệch pha giảm dần theo chiều giảm kích thước anten Với quan hệ pha trên, nên chấn tử đứng trước chấn tử cộng hưởng thỏa mãn điều kiện chấn tử dẫn xạ, chấn tử tử dứng sau thỏa mãn điều kiện chấn tử phản xạ Bức xạ anten chủ yếu chấn tử cộng hưởng định định hướng theo trục anten, phía chấn tử nhỏ Nếu tần số máy phát giảm đi, cịn là f0 (τ < 1) vai trò chấn tử cộng hưởng dịch chuyển sang chấn tử có độ dài lớn kế đó, ngược lại, tần số tăng lên f  chấn tử cộng hưởng chuyển sang chấn tử ngắn kế Ví dụ chấn tử l1 cộng hưởng tần số f1 , ta có l1 = λ1/2 Nếu tần số máy phát giảm xuống f  = τ f1 chấn tử cộng hưởng có độ dài l Ta thấy tần số f n n1 f1 chấn tử cộng hưởng có độ dài tương ứng l Trong đó: Nghĩa ứng với tần số fn , anten xuất miền xạ mà chấn tử phát xạ có độ dài ln tương ứng Như miền xạ anten dịch chuyển tần số công tác thay đổi, hướng xạ cực đại giữ nguyên Lấy log hai vế biểu thức (4.3) ta có ln fn = (n -1)lnτ + lnf1 (4.5) Ta thấy biểu thị tần số thang đo logarit tần số cộng hưởng anten lặp lại qua khoảng giống lnτ, mà người ta gọi anten anten Lôga - chu kỳ Khi anten hoạt động tần số cộng hưởng thông số điện đồ thị phương hướng, trở kháng vào,… khơng có thay đổi Nhưng ứng với tần số trung tâm tần số cộng hưởng thông số anten bị thay đổi nhỏ Ta cấu tạo anten cho khoảng tần số kề thông số biến đổi giới hạn chấp nhận Đồ thị phương hướng anten xác định số lượng chấn tử miền xạ tác dụng, thông thường khoảng 3-5 , tương quan biên độ pha dòng điện chấn tử Các đại lượng lại phụ thuộc vào thơng số hình học τ α kết cấu anten Với α xác định, tăng τ số chấn tử thuộc miền xạ tác dụng tăng, đồ thị phương hướng hẹp lại Nhưng tăng τ q lớn đặc tính phương hướng lại xấu lúc kích thước miền xạ tác dụng giảm chấn tử gần Giữ nguyên τ , giảm α đến giới hạn định làm hẹp đồ thị khoảng cách chấn tử lại tăng tăng kích thước miền xạ tác dụng Các giá trị giới hạn τ α thường τmax= 0.95; αmin = 100 Độ rộng dải tần anten anten xác định kích thước cực đại cực tiểu chấn tử :   2lmax max   2l Thực tế, giới hạn dải tần số anten chọn cho chấn tử cộng hưởng bước sóng cực đại chưa phải chấn tử dài mà chấn tử dài đứng sau nó; chấn tử cộng hưởng bước sóng cực tiểu chưa phải chấn tử ngắn mà trước cịn có vài chấn tử ngắn 1.5 Đặc điểm kết cấu anten loga chu kỳ phương pháp tính tốn Để đảm bảo đồ thị phương hướng anten mặt phẳng thẳng đứng không biến đổi thay đổi tần số công tác, anten đặt nghiêng góc ∆ so với mặt đất, cho độ cao tương đối chấn tử so với mặt đất đại lượng không đổi: H H  1 2 Khi độ cao tương ứng miền xạ tác dụng – di chuyển dọc theo anten biến đổi tần số công tác – khơng thay đổi hướng xạ cực đại mặt phẳng thẳng đứng không biến đổi Để tính tốn anten loga – chu kỳ áp dụng phương pháp giải hệ phương trình Kirchhoff hệ chấn tử song song Trong anten loga – chu kỳ chấn tử tiếp điện đường fide chung (giữa hai chấn tử đoạn fide song hành mắc chéo), độ dài chấn tử tương đương với mạng cực, chấn tử tương đương với trở kháng có giá trị tổng trở vào chấn tử (khi có kể đến ảnh hưởng tương hỗ với phần tử khác), ta có sơ đồ tương đương anten hình 4.5.1 Hình 4.5.1 Sơ đồ nguyên lý anten loga chu kỳ Theo hình vẽ quan hệ điện áp cửa tầng viết sau: Đối với tầng I: ì1 = V0 ïVV í V =V ï ỵR V Đối với tầng II: ì2 ïVV í V2 = VR =V ï ỵR Đối với tầng N: V 19 20 21 3.3:Đồ thị phương hướng không gian PHẦN 4:KẾT LUẬN: Chúng em xin cảm ơn thầy tạo điều kiện cho chúng em hiểu thêm anten loga chu kỳ 22 ... phổ, biên đ? ?? tương đ? ??i dòng điện đ? ??t vào anten (anten phát) sức điện đ? ??ng thu (anten thu) biến đ? ??i, làm thay đ? ??i dạng phổ tín hiệu Khi dùng fide tiếp điện cho anten, biến đ? ??i trở kháng vào anten. .. hướng anten mặt phẳng thẳng đ? ??ng không biến đ? ??i thay đ? ??i tần số công tác, anten đ? ??t nghiêng góc ∆ so với mặt đ? ??t, cho đ? ?? cao tương đ? ??i chấn tử so với mặt đ? ??t đ? ??i lượng không đ? ??i: H H  1 2 Khi đ? ??... ứng miền xạ tác dụng – di chuyển dọc theo anten biến đ? ??i tần số công tác – khơng thay đ? ??i hướng xạ cực đ? ??i mặt phẳng thẳng đ? ??ng không biến đ? ??i Đ? ?? tính tốn anten loga – chu kỳ áp dụng phương pháp