Sldie bài giảng môn Truyền sóng vô tuyến và anten nội dung chương 7: Kỹ thuật anten

BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN Giảng viên: Nguyễn Việt Hƣng Email: nvhung_vt1@ptit.edu.vn Tel: *** Bộ môn: Vô tuyến Khoa: Viễn Thông 1 Học kỳ/Năm biên soạn: II/2014 www.ptit.edu.vn CHƢƠNG 7: KĨ THUẬT ANTEN
Giảng viên: Nguyễn Việt Hƣng 2
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN Nội dung • 7.1 Giới thiệu chung
• 7.2 Tổng hợp ồ thị phƣơng hƣớng
• 7.3 Mở rộng dải tần
• 7.4 Thu nhỏ kích thƣớc
• 7.5 Cấp iện và hoà hợp trở kháng • 7.6 Tạp âm anten • 7.7 Kỹ thuật a anten
• 7.8 Anten tiên tiến trong thông tin di ộng
Giảng viên: Nguyễn Việt Hƣng 3
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN Nội dung • 7.1 Giới thiệu chung
• 7.2 Tổng hợp ồ thị phƣơng hƣớng
• 7.3 Mở rộng dải tần
• 7.4 Thu nhỏ kích thƣớc
• 7.5 Cấp iện và hoà hợp trở kháng • 7.6 Tạp âm anten • 7.7 Kỹ thuật a anten
• 7.8 Anten tiên tiến trong thông tin di ộng
Giảng viên: Nguyễn Việt Hƣng 4
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN 7.1 Giới thiệu chung
• Hƣớng bức xạ cực ại
• Hệ thống anten là tập hợp các phần tử bức xạ sắp xếp theo ƣờng thẳng, mặt phẳng, mặt trụ, mặt cầu … • Hệ thống thẳng: cos (7.1) M kd
ψ: Góc lệch pha của dòng trong hai phần tử kề nhau
d: Khoảng cách giữa các phần tử k: hằng số sóng k = 2𝜋/λ
• Hƣớng bức xạ cực ại phụ thuộc vào 3 thông số => 3 phƣơng pháp iều khiển ồ thị tham số:
• Thay ổi khoảng cách d => khó thực hiện
• Thay ổi tần số => Anten iều khiển tần số
• Thay ổi phân bố pha => Anten iều khiển pha
Giảng viên: Nguyễn Việt Hƣng 5
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN Nội dung • 7.1 Giới thiệu chung
• 7.2 Tổng hợp ồ thị phƣơng hƣớng
• 7.3 Mở rộng dải tần
• 7.4 Thu nhỏ kích thƣớc
• 7.5 Cấp iện và hoà hợp trở kháng • 7.6 Tạp âm anten • 7.8 Kỹ thuật a anten
• 7.9 Anten tiên tiến trong thông tin di ộng
Giảng viên: Nguyễn Việt Hƣng 6
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN
7.2 Tổng hợp ồ thị phƣơng hƣớng • Phƣơng pháp tần số • Sơ ồ hệ thống
• Hàm phƣơng hƣớng tổ hợp N sin d ủ 2 (7.2)
lớn ể bỏ qua tác dụng tƣơng hỗ giữa các phần tử KN F c kd os λ s: N sin 2
ộ dài bƣớc sóng công tác trong hệ dẫn sóng
l: Độ dài oạn fide giữa hai phần 2 tử 0 l
• Hệ bức xạ thẳng tiếp iện liên tiếp s
Giảng viên: Nguyễn Việt Hƣng 7
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN
7.2 Tổng hợp ồ thị phƣơng hƣớng
• Phƣơng pháp tần số • Hƣớng bức xạ cực ạ i F KN M 1 2n l (7.3) cos M n 0 s d n 0, 1, 2... d 2
• Nếu sóng bức xạ và trong fide cùng tần số: 2 k ; s
Với ξ: hệ số của ƣờng dẫn sóng (7.4) d 2 cos M n 0 dl cv
Khi thay ổi tần số máy phát => λ và ξ thay ổi
=> thay ổi ƣợc hƣớng cực ại của ồ thị phƣơng hƣớng.
Giảng viên: Nguyễn Việt Hƣng 8
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN
7.2 Tổng hợp ồ thị phƣơng hƣớng • Phƣơng pháp pha • Sơ ồ hệ thống
Hình 7.1: Hệ thống phân phối - ịnh pha
Giảng viên: Nguyễn Việt Hƣng 9
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN Nội dung • 7.1 Giới thiệu chung
• 7.2 Tổng hợp ồ thị phƣơng hƣớng
• 7.3 Mở rộng dải tần
• 7.4 Thu nhỏ kích thƣớc
• 7.5 Cấp iện và hoà hợp trở kháng • 7.6 Tạp âm anten • 7.7 Kỹ thuật a anten
• 7.8 Anten tiên tiến trong thông tin di ộng
Giảng viên: Nguyễn Việt Hƣng 10
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN 7.3 Mở rộng dải tần
• Phƣơng pháp cơ bản mở rộng dải tần
• Giảm nhỏ trở kháng sóng của chấn tử Z l Q A A A. ZA 120 ln 1 (7.5) R a
• Biến ổi dần ều tiết diện của anten
Giảng viên: Nguyễn Việt Hƣng 11
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN 7.3 Mở rộng dải tần •
Hiểu chỉnh trở kháng vào trong dải tần •
Mắc các nhánh song song giữa hai chấn tử
Giảng viên: Nguyễn Việt Hƣng 12
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN 7.3 Mở rộng dải tần
• Phƣơng pháp cơ bản mở rộng dải tần • Nguyên lý tƣơng tự
• Biến ổi ồng thời bƣớc sóng công tác và kích thƣớc anten => ặc tính anten không thay ổi Hƣớng bức xạ d 1 d2 ... dn 1
l1 l2 ... ln 1 fn
n 1f1 d2 d3 dn l2 l3 ln
Giảng viên: Nguyễn Việt Hƣng 13
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN Nội dung • 7.1 Giới thiệu chung
• 7.2 Tổng hợp ồ thị phƣơng hƣớng
• 7.3 Mở rộng dải tần
• 7.4 Thu nhỏ kích thƣớc
• 7.5 Cấp iện và hoà hợp trở kháng • 7.6 Tạp âm anten • 7.7 Kỹ thuật a anten
• 7.8 Anten tiên tiến trong thông tin di ộng
Giảng viên: Nguyễn Việt Hƣng 14
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN
7.4 Giảm nhỏ kích thƣớc anten
• Dùng tải thuần kháng
Hình 7.2: Dùng tải thuần kháng thu nhỏ ộ dài chấn tử
Giảng viên: Nguyễn Việt Hƣng 15
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN
7.4 Giảm nhỏ kích thƣớc anten
• Sử dụng nguyên lý sóng chậm • v
Sử dụng vật liệu có tính iện môi hoặc từ tính c r r (7.6)
• Kết hợp với các phần tử tích cực
• Bộ khuyếch ại thay ổi phân bố dòng => chiều dài hiệu dụng
Giảng viên: Nguyễn Việt Hƣng 16
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN Nội dung • 7.1 Giới thiệu chung
• 7.2 Tổng hợp ồ thị phƣơng hƣớng
• 7.3 Mở rộng dải tần
• 7.4 Thu nhỏ kích thƣớc
• 7.5 Cấp iện và hoà hợp trở kháng • 7.6 Tạp âm anten • 7.7 Kỹ thuật a anten
• 7.8 Anten tiên tiến trong thông tin di ộng
Giảng viên: Nguyễn Việt Hƣng 17
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN
7.5 Cấp iện cho chấn tử ối xứng
• Tín hiệu từ máy phát tới anten thông qua ƣờng tiếp iện, gọi là fide (phidơ, feeder)
• Chấn tử sử dụng phổ biến là chấn tử nửa sóng
• Cấp iện bằng dây song hành • Đặc iểm:
• Trở kháng không phối hợp: 73,1 Ω hoặc 300 Ω hoặc 600 Ω
• Cần tạo các ƣờng dây song hành trở kháng thấp Z 0 276 lg 2D (7.7) r d
D: khoảng cách tâm 2 dây d:
ƣờng kính của dây dẫn
𝜀r: hằng số iện môi tƣơng ối của môi
trƣờng bao quanh dây dẫn
Giảng viên: Nguyễn Việt Hƣng 18
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN
7.5 Cấp iện cho chấn tử ối xứng
• Cấp iện bằng dây song hành (tiếp)
• Chấn tử kiểu Y (Tiếp iện kiểu song song)
• Dây song hành ƣợc mắc vào iểm A-A trên hai nhánh chấn tử sao cho phối hợp trở kháng 2 sin2
kl Fide 600 1 ≈ 0,12λΩ : (7.8) in AA AA 73 , 1
R R Z2l D ≈ 0,15 λ
Hình 7.3: Tiếp iện song song kiểu Y và mạch tư ng ư ng
Giảng viên: Nguyễn Việt Hƣng 19
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN
7.5 Cấp iện cho chấn tử ối xứng
• Cấp iện bằng dây song hành (tiếp)
• Chấn tử kiểu T (Tiếp iện kiểu song song)
• Đoạn chuyển tiếp OA song song với chấn tử => Khác biệt trở kháng với fide chính, gây hiệu ứng bức xạ
• Trở kháng vào của chấn tử tính tại AA, biến ổi qua oạn chuyển tiếp OA
• Trở kháng vào tại OO ạt cực ại khi l1= λ/8, giảm khi l1 tăng
• Với fide 600 Ω: d1 = d2 ; D = (0,01 – 0,02) λ; l1 = (0,09 – 0,1) λ
Hình 7.3: Tiếp iện song song kiểu T và mạch tư ng ư ng
Giảng viên: Nguyễn Việt Hƣng 20
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN
7.5 Cấp iện cho chấn tử ối xứng
• Cấp iện bằng dây song hành (tiếp) • Chấn tử vòng dẹt
• Là chấn tử kiểu T với iểm AA ở ầu mút của chấn tử
• Gồm hai chấn tử nửa sóng với ầu mút ƣợc nối với nhau , một chấn tử ƣợc cấp iện và
một chấn tử bị ngăn mạch
• Bức xạ tƣơng tự với hai chân tử nửa sóng
• Trở kháng là thuần trở RΣvd = 4RΣd = 292 Ω
• Cấp iện trực tiếp bằng dây song hành trở kháng 300 Ω
Giảng viên: Nguyễn Việt Hƣng 21
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN
7.5 Cấp iện cho chấn tử ối xứng
• Cấp iện bằng cáp ồng trục
• Sử dụng cho băng sóng cực ngắn
• Tín hiệu chạy trong dây lõi và vỏ ồng trục
• Không thể cấp iện ối xứng cho chấn tử
• Cấp diện phối hợp hình Г
• Đảm bảo tính ối xứng tƣơng ối
• Điểm O nối với dây dẫn ngoài
• Dây dẫn trong nối với iểm có trở kháng phù hợp với trở kháng của cáp
Giảng viên: Nguyễn Việt Hƣng 22
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN
7.5 Cấp iện cho chấn tử ối xứng
• Cấp iện bằng cáp ồng trục
• Thiết bị biến ổi ối xứng với oạn cáp chữ U
• Fide cấp iện nối vào iểm c, với khoảng cách tới hai ầu chấn tử l ' 1 l2 2
• Trở kháng vào tại ầu cuối ab: Rao = Rbo = Rab/2
• Dòng cấp vào hai nhánh chấn tử ảm bảo tính ối xứng
• Dòng trong dây dẫn ngoài triệt tiêu
• Trở kháng sóng: Nếu fide cấp iện có trở kháng sóng là 70 Ω thì phối hợp trở kháng hoàn toàn
Giảng viên: Nguyễn Việt Hƣng 23
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN Nội dung • 7.1 Giới thiệu chung
• 7.2 Tổng hợp ồ thị phƣơng hƣớng
• 7.3 Mở rộng dải tần
• 7.4 Thu nhỏ kích thƣớc
• 7.5 Cấp iện và hoà hợp trở kháng • 7.6 Tạp âm anten • 7.7 Kỹ thuật a anten
• 7.8 Anten tiên tiến trong thông tin di ộng
Giảng viên: Nguyễn Việt Hƣng 24
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN 7.6 Tạp âm anten
T A: Thông số nhiệt ộ tƣơng ƣơng – Nhiệt tạp âm • Tổng quan • Công suất tạp âm e n 2 g 2 A e2 l 22 2 l k f P 11 L T T 1 T (7.9)
Giảng viên: Nguyễn Việt Hƣng 25
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN Nội dung • 7.1 Giới thiệu chung
• 7.2 Tổng hợp ồ thị phƣơng hƣớng
• 7.3 Mở rộng dải tần
• 7.4 Thu nhỏ kích thƣớc
• 7.5 Cấp iện và hoà hợp trở kháng • 7.6 Tạp âm anten • 7.7 Kỹ thuật a anten
• 7.8 Anten tiên tiến trong thông tin di ộng Tham khảo bài giảng
Giảng viên: Nguyễn Việt Hƣng 26
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1