Anten và đường dây phiđơ là hai phần tử đặc biệt quan trọng để đưa năng lượng điện trường từ máy phát bức xạ ra khơng gian. Đường dây phiđơ
SVTH: Nguyễn Hịang Phương
được nối từ ngõ ra máy phát đến ngõ vào anten. Nĩ làm nhiệm vụ truyền năng lượng và phối hợp trở kháng giữa máy phát và anten. Nếu sự phối hợp trở kháng khơng đúng thì sẽ phát sinh sĩng đứng làm tổn hao năng lượng, giảm hiệu suất và cịn gây méo dạng sĩng truyền.
1. Các đặc tính của anten:
a. Hiệu suất anten: được biểu thị bằng tỉ số giữa cơng suất do anten bức xạ với cơng suất cung cấp cho anten (bao gồm cơng suất bức xạ và cơng suất tổn hao) qua cơng thức:
th p P P
Cơng suất tổn hao (Pth) cĩ thể do sự phối hợp trở kháng giữa dây phiđơ và anten chưa phù hợp, do cấu trúc anten cĩ trở kháng bức xạ chưa thích hợp với bước sĩng, do độ dẫn điện ở mặt đất xung quanh anten xấu, đặc biệt là anten trụ dùng cho sĩng trung, sĩng ngắn ...
Để tăng cường độ dẫn điện ở phạm vi quanh anten trụ, người ta đã chơn ở độ sâu từ 0,3m - 0,5m các tấm đồng lá hoặc các dây đồng cĩ đường kính = 0,3mm - 0,5mm theo hình rẽ quạt kéo dài từ chân trụ anten trở ra với độ dài ít nhất phải bằng 1/2 bước sĩng.
b. Điện trở bức xạ: R biểu thị quan hệ giữa cơng suất bức xạ với dịng điện chạy qua một điểm bất kỳ của anten, được tính theo cơng thức:
2
A I P R
Trong đĩ các đơn vị tính R [], P [W], IA [A], thơng thường điện trở bức xạ được tính tại một điểm cĩ giá trị cực đại hay một ngõ nối nào đĩ, ví dụ như tại ngõ vào.
Điện trở bức xạ phụ thuộc vào kích thước anten so với độ dài bước sĩng, vào hình dạng cấu trúc và một vài yếu tố khác của anten và được mơ tả trên đặc tuyến sau:
120 140 200 240
* Điện trở bức xạ của chấn tử đối xứng
Từ đặc tuyến ta nhận thấy rằng, R của anten sẽ tăng theo bước sĩng cho đến khi độ dài của nĩ bằng một bước sĩng (l = ).
c. Tổng trở vào của anten: bao gồm điện trở bức xạ và điện trở tổn hao. Điện trở tổn hao của anten bao gồm các tổn hao năng lượng bức xạ đã nung nĩng dây hay cây dẫn và chất cách điện của anten, tổn hao ở mặt đất và hệ thống dây đất gây nên. Nĩ được tính như sau:
RA = R + Rth
Nếu tổng trở được tính tại điểm cĩ dịng vào anten thì gọi là tổng trở vào, ký hiệu là ZA hay RA. Điện trở tổn hao phụ thuộc vào dạng cấu trúc anten, dải tần bước sĩng. Khi giảm độ dài bước sĩng thì điện trở tổn hao cũng giảm theo. Ở dải sĩng trung chủ yếu là tổn hao do mặt đất, cịn tổn hao do trụ bức xạ và vật liệu cách điện như các sứ khơng đáng kể. Ở dải sĩng ngắn, điện trở tổn hao cĩ thể bỏ qua.
d. Đặc tính phương hướng anten:
Hướng bức xạ anten được biểu thị bằng búp sĩng hay cịn được gọi là đặc tính phương hướng. Nĩ phụ thuộc vào biên độ tín hiệu theo búp hướng.
Đồ thị đặc tính cĩ thể được vẽ trên các mặt phẳng khác nhau, nhưng thơng thường là trên mặt phẳng trịn theo hai toạ độ nằm ngang và thẳng đứng so với bề mặt đất.
Đặc tính phương hướng được mơ tả cho loại anten cĩ phân cực thẳng đứng. Sau đây là hai hình vẽ mơ tả đặc tính phương hướng anten theo điện trường trong tọa độ cực (Smith)
và theo cơng suất bức xạ trong tọa độ phẳng (Decade). Đặc tính phương hướng bao giờ cũng cĩ một búp hướng chính chứa mức năng lượng lớn và kèm theo các búp hướng phụ. Đánh giá đặc tính phương hướng bằng đơn vị độ rộng của búp chính tính ở mức nữa cơng suất bức xạ, đơi khi nĩ được tính ở mức 0,707 theo điện trường. Đồ thị này được mơ tả với độ rộng là o=50o.
Ngồi thơng số độ rộng o đặc trưng cho tính hướng, cịn cĩ thơng số về hệ số tính hướng sĩng. Nĩ là đại lượng dùng để so sánh giữa anten cĩ hướng và vơ hướng. Đặc tính phương hướng theo điện trường cĩ ký hiệu FA (,v) với là gĩc hướng trong mặt phẳng ngang, v là gĩc trong mặt phẳng đứng so với trục. Lúc này, hệ số tính phương hướng cĩ quan hệ với chúng và điện trở bức xạ theo cơng thức: R v F D 120 A2 ,
e. Đặc tính tần số và dải tần của anten:
Anten coi như một mạch dao động cĩ chọn lọc. Dải tần số làm việc của anten phải đảm bảo được hai tính năng là hiệu suất bức xạ và tính phương hướng. Dải tần làm việc của anten sẽ đảm bảo khơng làm méo dạng tín hiệu bức xạ và cĩ độ rộng khoảng vài MHz. Muốn tìm độ rộng dải tần phải căn cứ vào đặc tính tần số của anten cĩ các thơng số xác định.
Điển hình như đặc tính cộng hưởng tần số của chấn tử 1/2 bước sĩng được vẽ với độ dài l=20m (tần số cộng hưởng là 7,5MHz), và trở kháng sĩng A
= 500. Do chấn tử 1/2 bước sĩng cĩ hướng tính yếu nên cĩ thể bỏ qua sự biến đổi của đặc tính phương hướng theo tần số. Nếu tính từ mức 0,707 của giá trị dịng anten Iaf/Iao cực đại thì dải thơng tần của anten 2f = 1,25MHz. Dải thơng tần của anten được tính:
IAf / IA0 0 6 7 8 9MHz 0,2 0,4 0,6 0,8 1 f
l R f f A A 0 64 0 2 ,
2. Aûnh hưởng của mặt đất đối với anten:
Phần lớn các anten đều bố trí trên mặt đất và chịu ảnh hưởng về độ dài bước sĩng mạnh mẽ. Mặt đất dẫn điện tốt ở dải sĩng dài hơn 100m sẽ kém hơn khi bước sĩng giảm và cách điện hồn tồn ở sĩng cực ngắn. Mặt đất ảnh hưởng đặc biệt với anten chấn tử khơng đối xứng.
* Mặt gương phản xạ đối với chấn tử đứng
Mặt đất cũng ảnh hưởng đặc biệt đến hai thơng số là điện trờ bức xạ và tính phương hướng. Nếu bề mặt đất dẫn điện tốt thì nĩ trở thành gương phản xạ. Dịng điện chạy trong chấn tử đứng sẽ chạy cùng chiều, cịn trong chấn tử ngang thì chạy ngược chiều. Do vậy nĩ làm thay đổi tính hướng búp sĩng giá trị điện trở bức xạ. I I I l l l E Đặt tính đẳng hướng
CHƯƠNG IX: THI CƠNG MỘT MÁY PHÁT HÌNH RF CĨ CƠNG SUẤT NHỎ