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 không gian. Đường dây phiđơ
được nối từ ngõ ra máy phát đến ngõ vào anten. Nó làm nhiệm vụ truyền năng lượng và phối hợp trở kháng giữa máy phát và anten. Nếu sự phối hợp trở kháng không đúng thì sẽ phát sinh sóng đứng làm tổn hao năng lượng, giảm hiệu suất và còn gây méo dạng sóng truyền.
1. Các đặc tính của anten:
a. Hiệu suất anten: được biểu thị bằng tỉ số giữa công suất do anten bức xạ với công suất cung cấp cho anten (bao gồm công suất bức xạ và công suất tổn hao) qua công thức:
th p P P + = ∑ ∑ η
Công suất tổn hao (Pth) có thể do sự phối hợp trở kháng giữa dây phiđơ và anten chưa phù hợp, do cấu trúc anten có trở kháng bức xạ chưa thích hợp với bước sóng, do độ dẫn điện ở mặt đất xung quanh anten xấu, đặc biệt là anten trụ dùng cho sóng trung, sóng ngắn ...
Để tăng cường độ dẫn điện ở phạm vi quanh anten trụ, người ta đã chôn ở độ sâu từ 0,3m - 0,5m các tấm đồng lá hoặc các dây đồng có đường kính φ = 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 sóng.
b. Điện trở bức xạ: R∑ biểu thị quan hệ giữa công suất bức xạ với dòng điện chạy qua một điểm bất kỳ của anten, được tính theo công thức:
2
A
I P
R∑ = ∑
Trong đó các đơn vị tính RΣ [Ω], PΣ [W], IA [A], thông thường điện trở bức xạ được tính tại một điểm có giá trị cực đại hay một ngõ nối nào đó, ví dụ như tại ngõ vào.
Điện trở bức xạ phụ thuộc vào kích thước anten so với độ dài bước sóng, vào hình dạng cấu trúc và một vài yếu tố khác của anten và được mô tả trên đặc tuyến sau:
SVTH: Nguyễn Hòang Phương40
80 120 140 200 240 Rz
* Điện trở bức xạ của chấn tử đối xứng
Từ đặc tuyến ta nhận thấy rằng, R∑ của anten sẽ tăng theo bước sóng cho đến khi độ dài của nó bằng một bước sóng (l = λ).
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 nóng dây hay cây dẫn và chất cách điện của anten, tổn hao ở mặt đất và hệ thống dây đất gây nên. Nó được tính như sau:
RA = R∑ + Rth
Nếu tổng trở được tính tại điểm có dòng 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 sóng. Khi giảm độ dài bước sóng thì điện trở tổn hao cũng giảm theo. Ở dải sóng trung chủ yếu là tổn hao do mặt đất, còn tổn hao do trụ bức xạ và vật liệu cách điện như các sứ không đáng kể. Ở dải sóng ngắn, điện trở tổn hao có thể bỏ qua.
d. Đặc tính phương hướng anten:
Hướng bức xạ anten được biểu thị bằng búp sóng hay còn được gọi là đặc tính phương hướng. Nó phụ thuộc vào biên độ tín hiệu theo búp hướng.
Đồ thị đặc tính có thể được vẽ trên các mặt phẳng khác nhau, nhưng thông thường là trên mặt phẳng tròn theo hai toạ độ nằm ngang và thẳng đứng so với bề mặt đất.
Đặc tính phương hướng được mô tả cho loại anten có phân cực thẳng đứng. Sau đây là hai hình vẽ mô tả đặc tính phương hướng anten theo điện
trường trong tọa độ cực (Smith) và theo công suất bức xạ trong tọa độ phẳng (Decade). Đặc tính phương hướng bao giờ cũng có 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 công suất bức xạ, đôi khi nó được tính ở mức 0,707 theo điện trường. Đồ thị này được mô tả với độ rộng là θo=50o.
Ngoài thông số độ rộng θo đặc trưng cho tính hướng, còn có thông số về hệ số tính hướng sóng. Nó là đại lượng dùng để so sánh giữa anten có hướng và vô hướng. Đặc tính phương hướng theo điện trường có ký hiệu FA (ϕ,v) với ϕ là góc hướng trong mặt phẳng ngang, v là góc trong mặt phẳng đứng so với trục. Lúc này, hệ số tính phương hướng có quan hệ với chúng và điện trở bức xạ theo công thức: ( ) ∑ = R v F D 120 A2 ϕ,
e. Đặc tính tần số và dải tần của anten:
Anten coi như một mạch dao động có 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 không làm méo dạng tín hiệu bức xạ và có độ rộng khoảng vài MHz. Muốn tìm độ rộng dải tần phải căn cứ vào đặc tính tần số của anten có các thông số xác định.
Điển hình như đặc tính cộng hưởng tần số của chấn tử 1/2 bước sóng được vẽ với độ dài l=20m (tần số cộng hưởng là 7,5MHz), và trở kháng sóng ρA = 500Ω. Do chấn tử 1/2 bước sóng có hướng tính yếu nên có thể bỏ qua sự biến đổi của đặc tính phương hướng theo tần số. Nếu tính từ mức 0,707 của giá trị dòng anten Iaf/Iao cực đại thì dải thông tần của anten 2∆f = 1,25MHz. Dải thông tần của anten được tính:
IAf / IA0 0 6 7 8 9MHz 0,2 0,4 0,6 0,8 1 f
λ ρ 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 sóng mạnh mẽ. Mặt đất dẫn điện tốt ở dải sóng dài hơn 100m sẽ kém hơn khi bước sóng giảm và cách điện hoàn toàn ở sóng cực ngắn. Mặt đất ảnh hưởng đặc biệt với anten chấn tử không đối xứng.
* Mặt gương phản xạ đối với chấn tử đứng
Mặt đất cũng ảnh hưởng đặc biệt đến hai thông số là điện trờ bức xạ và tính phương hướng. Nếu bề mặt đất dẫn điện tốt thì nó trở thành gương phản xạ. Dòng điện chạy trong chấn tử đứng sẽ chạy cùng chiều, còn trong chấn tử ngang thì chạy ngược chiều. Do vậy nó làm thay đổi tính hướng búp sóng giá trị điện trở bức xạ. I I I l l l E Đặt tính đẳng hướng
CHƯƠNG IX: THI CÔNG MỘT MÁY PHÁT HÌNH RF CÓ CÔNG SUẤT NHỎ