MẢNG ANTEN VI DẢ
2.6 THAY ĐỔI ĐẶC TÍNH BỨC XẠ CỦA MẢNG ANTEN HAI CHIỀU
Như đã trình bày ở phần trước, mảng anten 2 chiều được xây dựng trên cơ sở các mảng anten tuyến tính một chiều. Do đó, để thay đổi hướng bức xạ, độ định hướng (directivity), độ rộng búp sóng (beamwidth), mức búp sóng phụ,.. của mảng hai chiều ta chỉ cần tác động vào từng mảng anten tuyến tính. Cụ thể như sau:
Để thay đổi hướng bức xạ: ta sẽ thay đổi độ chênh lệch pha giaữ hai phần tử liên tiếp trên các mảng tuyến tính dọc theo hai trục x và y. Đó là βx và βy.
Để thay đổi độ rộng búp sóng: ta sẽ thay đổi
• Số lượng anten phần tử trên các trục x và y. Đó là M và N.
• Khoảng cách giữa các phần tử trên các trục x và y. Đó là dx và dy.
• Cách phân bố biên độ tín hiệu cấp cho các anten phần tử trên các trục x và y. Đó là Am và Bm. 2 x , 2 y x y d d D M D N λ λ = = ( ) ( ) 2 0 0 2 2 32400 cos deg x y A A D D D rads π π θ = ≈ = Ω Ω
Tuy nhiên, trong thực tế, với một hệ thống anten mảng cho trước hoặc với yêu cầu đặc tính búp sóng bức xạ của mảng cần thay đổi liên tục thì việc thay đổi khoảng cách giữa các phần tử hoặc số lượng các phần tử anten (gọi chung là thay đổi “phần cứng”) là không khả thi. Khi đó cần có một giải pháp về mặt phần mềm sao cho việc thay đổi đặc tính búp sóng trở nên đơn giản, linh hoạt, nhanh chóng. Điều này hoàn toàn có thể thực hiện được. Ý tưởng như sau: nếu một tín hiệu trước khi đưa đến anten để bức xạ đi mà được nhân với một số phức, thì khi đó, biên độ và pha của tín hiệu sẽ bị thay đổi. Như vậy, nếu tất cả các tín hiệu cấp cho các phần tử anten trong mảng đều được nhân với các số phức thích hợp, gọi là trọng số, thì độ lệch pha liên tiếp và sự chênh lệch biên độ giữa các tín hiệu sẽ bị thay đổi theo một quy luật nhất định. Điều này có nghĩa là: khi ta lấy một ma trận trọng số phức tác động lên ma trận tín hiệu cấp cho mảng anten thì ta sẽ thay đổi được phân bố pha và phân bố biên độ tín hiệu cấp cho mảng anten đó và làm cho đặc tính bức xạ của mảng thay đổi.
Cách tính ma trận trọng số phức W
Giả sử ta có tín hiệu dải nền s(t) cần được phát đi tại tần số RF ωc. Đầu tiên, nó sẽ được đưa qua bộ chia tín hiệu để tạo ra MxN tín hiệu thành phần và trước khi MxN tín hiệu này được đưa đến M×N anten phần tử chúng sẽ được nhân với các trọng số phức
wi(i=1,2,…,M.N) thích hợp để thay đổi biên độ và pha của tín hiệu thành phần. Hình vẽ 2.12 dưới đây minh họa cơ chế này.
Hình 2.12– Sơ đồ khối quá trình tác động tín hiệu thông qua trọng số phức.
Như vậy, tín hiệu tại ngõ ra của khối vô tuyến ở nhánh anten thứ i có thể được viết như sau:
(2-55)
Trong trường hợp mảng anten hai chiều, trọng số ωmntác động lên phần tử anten ở hàng m, cột n được biểu diễn bởi công thức:
(2-56)
Trong đó Am và Bn (m=1,2,..,M; n=1,2,..,N) lần lượt là các hệ số biên độ tín hiệu của
các phần tử anten nằm trong các mảng tuyến tính dọc theo hai trục x và y (có được từ cách phân bố biên độ tín hiệu cho trước, ví dụ như phân bố đồng nhất, nhị thức hay
Schebyscheff). Còn βx và βy là độ lệch tín hiệu giữa các phần tử anten liên tiếp nằm dọc theo hai trục x và y (có được từ hướng bức xạ cho trước của mảng).
Tích số: Am.Bn: thể hiện phân bố biên độ tín hiệu tại phần tử (m,n)
(2-57)
Tổng: (m-1)βx +(n-1)βythể hiện phân bố pha tín hiệu tại phần tử (m,n)
(2-58) Khi đó, hệ số mảng AF của mảng anten hai chiều được viết lại như sau:
(2-59) ( ) ct i i i x =ωs t eω [( 1) x ( 1) y] j m n mn A B em n β β ω = − + −
( 1) sin cos ( 1) sin sin 1 1 x y M N j m kd n kd mn m n AF ω e − θ φ+ − θ φ = = =∑∑
Chương 3