Bài tiểu luận anten nhiều chấn tử PTIT

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG KHOA VIỄN THƠNG I BÀI TIỂU LUẬN MƠN HỌC: TRUYỀN SĨNG VÀ ĂNG TEN Đề Tài: Ăng Ten Nhiều Chấn Tử Giảng viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: Nhóm Hà Nội, tháng 11/2021 Anten nhiều chấn tử LỜI MỞ ĐẦU Trong thời đại công nghệ phát triển mạnh mẽ nay, ăng ten linh kiện thiếu hệ thống thông tin vô tuyến điện Ăng ten phân loại theo nhiều cách khác theo tiêu chí sử dụng khác Anten chấn tử loại anten đơn giản sử dụng chấn tử làm phần tử xạ trực tiếp sóng điện từ Để Anten có đồ xạ với tính hướng tốt người ta kết hợp nhiều chấn tử tạo thàn dàn chấn tử hay gọi angten nhiều chấn tử Trong báo cáo , nhóm chúng em xin phân cơng tìm hiểu số loại Anten nhiều chấn tử sử dụng phố biến thực tế Sau thời gian tham khảo giáo trình tìm hiểu mạng, với đóng góp tích cực tất thành viên nhóm, chúng em hồn thành báo cáo trình bày thành phần Phần I: Dàn chấn tử đồng pha Phần II: Anten Yagi-Huda Phần III: Anten Loga chu kì Phần IV: Tính tốn thiết kế Anten Yagi Mặc dù nhóm cố gắng song không tránh khỏi số thiếu sót Nhóm mong thầy bạn đóng góp ý kiến để hồn thiện báo cáo Chúng em xin chân thành cảm ơn! Nhóm Anten nhiều chấn tử Mục Lục DANH MỤC HÌNH VẼ BẢNG BIỂU Hình 1.1 Dàn chấn tử đồng pha………………………………………………………………5 Hình 1.2: Đồ thị phương hướng dàn chấn tử đồng pha…………………………… Hình 2.1 Cấu trúc Anten Yagi…………………………………………………………………7 Hình 2.2 Anten Yagi thực tế…………………………………………………………….7 Hình 2.3 Cấu tạo chấn tử Anten Yagi……………………………………….8 Hình 3.1 Anten Loga chu kỳ thực tế………………………………………………….11 Nhóm Anten nhiều chấn tử I DÀN CHẤN TỬ ĐỒNG PHA 1.1 Cấu tạo Trong nhiều trường hợp thông tin vô tuyến, lượng xạ cần tập trung tối đa phía Điều có nghĩa anten cần có đồ thị phương hướng đảm bảo tập trung lương búp sóng hẹp giảm tối thiều xạ nằm ngồi búp Có thể thực dạng đồ thị dàn chấn tử Anten bao gồm chấn tử nửa sóng xếp thành hàng cột mặt phẳng với khoảng cách chấn tử nửa bước sóng cơng tác theo phương thẳng đứng theo phương nằm ngang Số chấn tử dùng hàng cột thường chẵn Để tiếp điện đồng pha cho chấn tử sử dụng sơ đồ mắc liên tiếp, đường dây fiđơ bắt chéo mắc song song cấp Hình 1.3 Dàn chấn tử đồng pha 1.2 Đặc điểm làm việc Dàn chấn tử đồng pha thường sử dụng thực tế dải sóng ngắn sóng cực ngắn Đặc tính xạ Dàn chấn tử đồng pha có hướng xạ cực đại theo hướng vng góc với với mặt phẳng dàn Đồ thị phương hướng : trường xạ mặt phẳng song song với mặt đất chứa chấn tử xạ Dàn chấn tử đồng pha có đồ thị phương hướng tổng hợp giống đồ thị phương hướng chấn tử nửa sóng tập hợp nhiều chấn tử nửa sóng có pha giống nên đồ thị phương hướng có búp sóng hẹp nhiều hệ số hướng tính lớn nhiều so với chấn tử nửa sóng đơn Nhóm Anten nhiều chấn tử Hình 1.4: Đồ thị phương hướng dàn chấn tử đồng pha Tiếp điện Việc tiếp điện cho chấn tử thực hình 1.1 Do khoảng cách tầng chấn tử λ/2 nên dòng điện đổi chiều qua đoạn fide nối tầng, ta phải bắt chéo đường dây fide để bù lại biến đổi pha 180o khoảng cách - Dàn chấn tử đối xứng nên ta phải tiếp điện đối xứng để tiếp điện đối xứng cho dàn chấn tử ta dùng đường dây song hành Trở kháng vào chấn tử nửa sóng khoảng 73Ω trở kháng dây song hành có giá trị vào khoảng 200 đến 600Ω, tiếp điện cho dàn chấn tử dây song hành ta phải tiến hành phối hợp trở kháng - Ngồi ta tiếp điện cho dàn chấn tử đồng pha cáp đồng trục Để đảm bảo tiếp điện đối xứng cho dàn chấn tử đồng pha, sử dụng thiết bị biến đổi đối xứng thiết bị biến đổi đối xứng hình chữ U hình vẽ Nhóm Anten nhiều chấn tử II ANTEN YAGI II.1 Giới thiệu Anten Yagi Anten Yagi loại anten định hướng phổ biến bở chúng dễ chế tạo Các anten định hướng Yagi thường sử dụng khu vực khó phủ sóng hay nơi cần vùng bao phủ lớn vùng bao phủ anten omni-directional Anten Yagi người Nhật Hidetsugu Yagi Shintaro Uda chế tạo vào năm 1926 biết đến loại anten định hướng cao sử dụng truyền thông không dây Loại anten thường sử dụng cho mơ hình điểm điểm đơi dùng mơ hình điểm đa điểm Anten Yagi xây dụng cách hình thành chuỗi tuyến tính anten dipole song song Đây loại anten sử dụng rộng rãi băng sóng ngắn băng sóng cực ngắn Hoạt động anten có nhiều ưu điểm thông số điện, đơn giản cấu trúc, thích hợp với loại máy thu truyền hình gia đình Cấu trúc Anten Yagi II.2 Hình 2.1 Cấu trúc Anten Yagi - - Nhóm Phần tử chủ động (chấn tử cấp nguồn): thương chấn tử vịng nửa dẹt sóng ( l> ) nối tắt đầu chấn tử Một chán tử cấp nguồn, chấn tử lại nối tắt Trở kháng vào chấn tử ( = 300) Các chấn tử thụ động: gồm chấn tử phản xạ (1 chấn tử) nhiều chấn tử dẫn xạ (nhiều chấn tử) Các chấn tử đặt song song với mặt phẳng Anten nhiều chấn tử Hình 2.2 Anten Yagi thực tế Nguyên lý hoạt động II.3 Hình 2.3 Cấu tạo chấn tử Anten Yagi - - Nhóm Một Anten Yagi gồm chấn tử: chấn tử chủ động A, chấn tử phản xạ P chấn tử hướng xạ D Chấn tử A nối với máy phát cao tần xạ song điện từ , tác dụng trường xạ P D xuất dòng cảm ứng sinh xạ thứ cấp o 2l > : < 0, tính cảm, I sớm pha Chấn tử phản xạ d = o 2l < : > 0, tính dung, I chậm pha Chấn tử hướng xạ d = Chiều dài khoảng cách chấn tử chọn thích hợp cho: (P-A-D) o P trở thành chấn tử phản xạ A o D trở thành chấn tử dẫn xạ A o Năng lượng xạ ba chấn tử tập trung phía Quan hệ dịng điện chấn tử chủ động chấn tử chủ động : = a (2.1) Anten nhiều chấn tử Với a = II.4 = + arctag - arctag Vấn đề tiếp điện phối hợp trở kháng Đối với Anten Yagi, việc phối hợp trở kháng phụ thuộc trực tiếp chấn tử phát xạ (chấn tử chủ động) chấn tử nối trực tiếp với nguồn, chấn tử lại chấn tử thụ động Giả sử Anten chữ U có = 75 Ta có hình vẽ: - Ta có: từ điểm tiếp điện C đến (1) (2) lệch đoạn = Dòng điện tải (1), (2) ngược pha thỏa mãn tính chất đối xứng pha Biên độ dịng lõi Trở kháng: = = = 75 Điểm O nằm mặt đẳng vỏ cap: = = = - = = = = 150 Khảo sát từ C-(1): = + Khi đoạn l = ta có = khơng phụ thuộc vào - == 150 = 75 Đối chiếu đường dây tiếp điện 75 Có phối hớp trở kháng Phối hợp trở kháng cho Anten chữ U II.5 Tính đặc trưng hướng Anten Yagi coi hệ tuyến tính gồm nguồn rời rạc Anten thường đặt độ cao số chiều dài bước song so với mặt đất mặt phản xạ Ảnh hưởng mặt phản xạ lên trường xạ Anten trường hợp thường tác động lên đặc trưng hướng mặt phẳng đứng Trong trường hợp tổng quát, anten cấu tạo từ số chấn tử tính đến ảnh hưởng đất đặc trưng hướng xác định cơng thức: f (,) = (2.2) Nhóm Anten nhiều chấn tử Trong đó: + : thừa số xác định đặc trưng chấn tử Trong mặt phẳng E: = Trong mặt phẳng H: = +: thừa số hệ: = Với : biên độ dòng chấn tử j : biên độ dòng chấn tử chủ động : pha dòng chấn tử j : khoảng cách từ chấn tử j đến chấn tử +: thừa số ảnh hưởng đất (trong mặt phẳng H) = sin(.h.sin) với h: độ cao Anten Đặc trưng chuẩn hóa mặt phẳng E - F(,) = (2.3) Đặc trưng chuẩn hóa mặt phẳng H - Khơng xét đến ảnh hưởng đất: F(,) = (2.4) Xét đến ảnh hưởng đất F(,) = III (2.5) ĂNG TEN LOGA CHU KỲ Nhóm Anten nhiều chấn tử III.1 Cấu tạo Phát minh Dwight E Isbell(1929- 2011), Raymond DuHamel, người xuất báo vào năm 1957 sau biến thể bổ sung thực Paul Mayes Khái niệm ăng-ten chu kỳ đăng ký Đại học Illinois Mỹ Anten loga-chu kỳ cấu tạo từ nhiều chấn tử có độ dài khác nhau, đặt khoảng cách khác đặt song song mặt phẳng.Anten tiếp điện fi đói xứng hay cáp đồng trục Hình 3.1 Anten Loga chu kỳ thực tế Kích thước khoảng cách chấn tử biến đổi dần theo tỷ lệ định Hệ số tỷ lệ gọi chu kỳ anten, xác định bới: ( 3.1) Trong d khoảng cách chấn tử l chiều dài chấn tử III.2 Nguyên lý làm việc Đặc tính anten loga chu kỳ xác định hai thông số chủ yếu là: chu kỳ góc mở Nếu máy phát làm việc tần số đó, chấn tử có chiều dài /2 chấn tử cộng hưởng trở kháng vào chấn tử trở 73,1 Trong trở kháng vào chấn tử khác có thành phần điện kháng giá trị thành phần lớn độ dài khác nhiều với độ dài chấn tử cộng hưởng, nghĩa chấn tử xa chấn tử cộng hưởng Vì chấn tử cộng hưởng kích thích mạnh Vì dịng điện chấn tử khơng cộng hưởng có giá trị nhỏ, nên trường xạ anten định chủ yếu xạ chấn tử cộng hưởng vài chấn tử lân cận với Những chấn tử tạo thành miền xạ anten Dòng điện cá chấn tử miền xạ hình thành cảm ứng trường chấn tử cộng hưởng nhận trực tiếp từ fi Các chấn tử nằm phía trước có độ dài nhỏ độ dài cộng hưởng trở kháng vào mang tính dung kháng, dịng điện cảm ứng chậm pha so với dòng chấn tử cộng hưởng Đối với dòng điện cấp từ fi đơ, cách tiếp tiện chéo nên pha dòng trog hai chấn tử kề lệch pha 180 cộng với góc lệch pha truyền sóng đoạn fi mắc hai chấn tử Tập hợp tất yếu tố trên, nhận dòng tổng hợp chấn tử miền xạ có góc pha giảm dần theo chiều giảm kích thước anten Nhóm Anten nhiều chấn tử Với quan hệ pha trên, chấn tử đứng phía trước chấn tử cộng hưởng thỏa mãn điều kiện chấn tử hướng xạ, cịn chấn tử phía sau thỏa mãn điều kiện chấn tử phản xạ Bức xạ anten định hướng theo trục anten phía chấn tử ngắn, tương tự anten Yagi Nếu anten làm việc tần số , nghĩa bước sóng dài hơn, lúc chấn tử cộng hưởng dịch chuyển sang chấn tử có độ dài lớn kế Ngược lại anten cơng tác tần số cao , nghĩa bước sóng ngắn hơn, chấn tử cộng hưởng chuyển sang chấn tử có chiều dài ngắn chấn tử kề Ví dụ cơng tác tần số , chấn tử cộng hưởng chấn tử có chiều dài , tương ứng với / Nếu tần số công tác giảm xuống = , suy = / chấn tử cộng hưởng có độ dài = /2 = /2 Từ suy tần số: (3.2) Sẽ có chẩn tử cộng hưởng tương ứng với độ dài: (3.3) Trong n số thứ tự chấn tử fn tần số cộng hưởng chấn tử thứ n ln độ dài chấn tử cộng hưởng thứ n Nghĩa anten công tác tần số cho công thức (3.2) , anten xuất miền xạ mà chấn tử phát xạ có độ dài xác định theo công thức (3.3) Như miền xạ anten logarit chu kỳ dịch chuyển tần số cong tác thay đổi, hướng xạ cực đại anten giữ nguyên Nếu lấy logarit biểu thức ta nhận được: ln + ln (3.4) Nghĩa biểu thị tần số theo logarit tần số cộng hưởng anten thay đổi lượng ln Vì anten gọi anten logarit chu kỳ III.3 Đặc trưng tính hướng Đồ thị phương hướng anten xác định số chấn tử miền xạ tác dụng ( thường vào khoảng từ – 5) tương quan biên độ pha dòng điện chấn tử Các đại lượng phụ thuộc vào thơng số hình học chu kỳ góc mở anten Khi tăng cố định , đồ thị có phương hướng hẹp lại lúc tăng số chấn tử miền xạ tác dụng lại giảm chấn tử gần Khi giảm , cố định đến giới hạn định đồ thị phương hướng hẹp lại khoảng cách chấn tử ăng ten tăng lên tăng kích thước miền xạ tác dụng max = 0.95 Nhóm Anten nhiều chấn tử ) 10 98 82 9.8 77.5 10.7 12.5 77 15 17.5 76 7.7 62 8.8 20 74 25 63 7.2 8.0 30 80 64 54 35 56 6.5 45 65 59 6.26 = 10 độ Bảng 1: Hệ số tính hướng theo IV TÍNH TỒN THIẾT KẾ ANTEN YAGI Angten Yagi Nhóm Anten nhiều chấn tử Tính tốn thiết kế angten Yagi có tần số 4GHz với chấn tử phản xạ, chấn tử dẫn xạ - Bước sóng: === 0.075 m - Đường kính: D= = 0.00125 m - Chiều dài chấn tử chủ động: Lcd=0.48*λ=0.48*0.075=0.036 m - Khoảng cách chấn tử đối xứng G= = 0.005 m - Chiều dài chấn tử phản xạ: Lpx>=0.0375 (ta chọn 0.039) - Khoảng cách chấn tử chủ động với chấn sử phản xạ: S= = 0.075/4= 0.01875 m - Khoảng cách chấn tử dẫn sóng S1= S + 0.14* S2= S1+0.15* S3= S2+0.18* S4=S3+0.20* - Chiều dài chấn tử: L1=0.9*Lcd L2=0.9*L1 L3=0.9*L2 L4=0.9*L3 - Độ định hướng theo lý thuyết: D=3.28*N=3.28*4=13.12 ( dBi ) KẾT LUẬN Qua việc sâu vào tìm hiểu Các loại ăng ten nhiều chấn tử phổ biến nhóm em rút hai kết luận sau Nhóm Anten nhiều chấn tử Ăng-ten Yagi thiết kế để hoạt động dải tần số hẹp với độ lợi cao Đó ăng-ten băng thông hẹp Ăng ten Loga chu kỳ thiết kế để hoạt động dải tần số rộng với độ lợi thấp Đó ăng-ten băng thơng rộng Nhóm Anten nhiều chấn tử Tài liệu tham khảo [1] Bài giảng truyền sóng anten - Ts Đặng Thế Ngọc,ThS Nguyễn Viết Minh2013 [2]https://www.slideshare.net/TheGaru/bo-co-bi-tp-ln-thit-k-anten-yagi? fbclid=IwAR0-1xSdmVDE0Rwaz5roJHbwvAUAWbxUYCbg_FVsQntINQfr6AutolQKuA Nhóm ... kháng vào chấn tử ( = 300) Các chấn tử thụ động: gồm chấn tử phản xạ (1 chấn tử) nhiều chấn tử dẫn xạ (nhiều chấn tử) Các chấn tử đặt song song với mặt phẳng Anten nhiều chấn tử Hình 2.2 Anten Yagi... Nguyên lý hoạt động II.3 Hình 2.3 Cấu tạo chấn tử Anten Yagi - - Nhóm Một Anten Yagi gồm chấn tử: chấn tử chủ động A, chấn tử phản xạ P chấn tử hướng xạ D Chấn tử A nối với máy phát cao tần xạ song... dụng khác Anten chấn tử loại anten đơn giản sử dụng chấn tử làm phần tử xạ trực tiếp sóng điện từ Để Anten có đồ xạ với tính hướng tốt người ta kết hợp nhiều chấn tử tạo thàn dàn chấn tử hay gọi