42 trang 24 lượt tải

Slide bài giảng môn Truyền sóng và anten nội dung chương 5: Anten chấn tử

47

Slide bài giảng môn Truyền sóng và anten nội dung chương 5: Anten chấn tử của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông với những kiến thức và thông tin bổ ích giúp sinh viên tham khảo, ôn luyện và phục vụ nhu cầu học tập của mình cụ thể là có định hướng ôn tập, nắm vững kiến thức môn học và làm bài tốt trong những bài kiểm tra, bài tiểu luận, bài tập kết thúc học phần, từ đó học tập tốt và có kết quả cao cũng như có thể vận dụng tốt những kiến thức mình đã học vào thực tiễn cuộc sống. Mời bạn đọc đón xem!

Môn: Truyền sóng và anten 14 tài liệu

Trường: Học viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông 1.8 K tài liệu

Tác giả:

Profile

VietJack

1 năm trước
Tải xuống
Báo cáo
Danh sách Quiz
Tải xuống
/42
BÀI GIẢNG
TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng
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
CHƯƠNG 5:
ANTEN CHẤN TỬ
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng
2
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1
www.ptit.edu.vn
TRUYỀN SÓNG & ANTEN
Nội dung
• 5.1 Giới thiệu chung
• 5.2 Anten chấn tử ối xứng
• 5.3 Anten chấn tử ơn
• 5.4 Anten nhiều chấn tử
• 5.5 Câu hỏi và bài tập
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng
3
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1
www.ptit.edu.vn
TRUYỀN SÓNG & ANTEN
Nội dung
• 5.1 Giới thiệu chung
• 5.2 Anten chấn tử ối xứng
• 5.3 Anten chấn tử ơn
• 5.4 Anten nhiều chấn tử
• 5.5 Câu hỏi và bài tập
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng
4
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1
www.ptit.edu.vn
TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.1 – Giới thiệu chung
• Anten chấn tử, còn ược gọi là anten dipol (ngẫu cực), sử dụng chấn
tử làm phần tử bức xạ sóng iện từ.
• Kết cấu ơn giản, tương tự như ường dây dẫn song song hở mạch ở
một ầu.
• Các loại anten chấn
tử iển hình:
• Anten chấn tử ối xứng
• Anten chấn tử ơn
• Anten
nhiều
chấn tử
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng
5
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1
www.ptit.edu.vn
TRUYỀN SÓNG & ANTEN
Nội dung
• 5.1 Giới thiệu chung
• 5.2 Anten chấn tử ối xứng
• 5.3 Anten chấn tử ơn
• 5.4 Anten nhiều chấn tử
• 5.5 Câu hỏi và bài tập
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng
6
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1
www.ptit.edu.vn
TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.2 – Anten chấn tử ối xứng
• Khái niệm
• Là cấu trúc gốm hai vật dẫn hình dạng tuỳ ý:
• Kích thước giống nhau, ặt thẳng
hàng trong không gian
• Điểm giữa (ối xứng) nối với nguồn
tín hiệu cao tần.
• Có thể kết hợp nhiều chấn tử ể tăng
tính hướng
Hình 5.1: Anten chấn tử ối xứng
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng
7
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1
www.ptit.edu.vn
TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.2 – Anten chấn tử ối xứng
• Phân bố dòng iện:
• Tương quan chấn tử
ối xứng và ường dây
song hành
Hình 5.2: Tư ng quang giữa anten chấn tử ối xứng và ường dây song hành
• Với chấn tử mảnh (d << 0,01 λ), iểm khảo sát ở xa (r >> λ): Coi là tương quan.
Phân bố dòng iện trên chấn tử ối xứng có dạng sóng ứng:
Iz z Ib sin k l z (5.1) I
b
: Biên ộ dòng iện ở iểm bụng sóng
l: ộ dài của một nhánh chấn tử
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng
8
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1
www.ptit.edu.vn
TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.2 – Anten chấn tử ối xứng
• Phân bố iện tích
Hình 5.3: Phân bố dòng iện và iện tích trên anten chấn tử ối xứng
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng
9
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1
www.ptit.edu.vn
TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.2 – Anten chấn tử ối xứng
• Phân bố iện tích
Hình 5.3: Phân bố dòng iện và iện tích trên anten chấn tử ối xứng
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng
10
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1
www.ptit.edu.vn
TRUYỀN SÓNG & ANTEN
cos
0
cos
b
b
kI
z
kl
z
i
Q
kI
kl
z
z
i
(5.2)
cos
0
cos
b
b
kI
z
kl
z
i
Q
kI
kl
z
z
i
(5.2)
5.2 – Anten chấn tử ối xứng
• Bức xạ của chấn tử ối xứng trong không gian tự do
• Bài toán:
• Chấn tử ối xứng chiều dài 2l ặt trong không gian tự do
• Khảo sát trường tại iểm M cách chấn tử r
0
>> λ, tạo với phương của chấn tử một góc
θ
• Xác ịnh cường ộ trường:
• Chia chấn tử thành các phần tử nhỏ dz << λ.
• Mỗi phần tử tương ương với 1 chấn tử iện:
• Chiều dài dz
• Khoảng cách r
• Mật ộ dòng không ổi I
z
do r
r
1
r
0
zcos r
2
r
0
zcos
Hình 5.4: Các tham số tính trường bức xạ của chấn tử ối xứng
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng
11
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1
www.ptit.edu.vn
TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.2 – Anten chấn tử ối xứng
• Xác ịnh cường ộ trường
• Trường do phần tử dz tại nhánh 1 và nhánh 2 gây ra:
60 I dz
dE1 i z sin e ikr1i
r
1
(5.2)
dE 2 i 60 I dzz
sin e ikr2 i r2
• Cường ộ trường tổng hợp của 2 phần tử
dE1 dE2 Iz Ib.sin k l. z (5.3) dE
dE i 60 I dzb sin sin k l z e ikr0
eikzcos e ikzcos i r
0
dE i
60 I dz
b
sin sin k l
z e
ikr
0
.2 cos kzcos i
(5.4)
r
2
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng
12
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1
www.ptit.edu.vn
TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.2 – Anten chấn tử ối xứng
• Điện trường do toàn bộ chấn tử gây ra tại M:
l
E
dE
E
60I
b
f Không phụ thuộc φ (5.6)
r0
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng
13
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1
0
0
0
r
0
r
0
os
cos
coskl
60
.
sin
60
.
ik
b
ik
b
kl
I
i
i
r
I
f
i
i
r
(5.5)
www.ptit.edu.vn
TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.2 – Anten chấn tử ối xứng
• Tham số của chấn tử ối xứng • Hàm tính hướng và ồ thị tính
hướng
• Hàm tính hướng biên ộ:
cos
kl
f , f cos klcos (5.7)
sin
Trong mặt phằng H vuông góc với trục của chấn tử, có θ là hằng số, hàm tính hướng
chỉ phụ thuộc vào ‘kl’ hay ộ dài tương ối (l/λ)
• Trường hợp chấn tử ngắn, l << λ (hoặc l < λ/4)
2 2
(x
nhỏ) cos
x
1
x
f
kl
sin
(5.8)
2 2
sin (5.9)
F
Tương tự chấn tử iện: có hướng ở mặt phẳng E chứa trục chấn tử, vô hướng ở mặt
phẳng H vuông góc với trục chấn tử, cực ại ở hướng vuông với trục
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng
14
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1
www.ptit.edu.vn
TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.2 – Anten chấn tử ối xứng
• Tham số của chấn tử ối xứng • Hàm tính hướng và ồ thị tính
hướng
• Hàm tính hướng biên ộ:
• Chấn tử nửa sóng, l = λ/4
Đồ thị phương hướng hẹp hơn
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng
15
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1
www.ptit.edu.vn
TRUYỀN SÓNG & ANTEN
•
Chấn
tử
toàn sóng,
l =
λ
/2
cos
cos
cos
cos
cos
2
2
2
sin
sin
f
2
kl
2
2
cos
cos
cos
cos
cos
2
sin
sin
f
kl
(5.10)
(5.11)
5.2 – Anten chấn tử ối xứng
• Tham số của chấn tử ối xứng • Hàm tính hướng và ồ thị tính
hướng
• Hàm tính hướng biên ộ:
• Chấn tử dài, l > λ/2:
• Trên mỗi nhánh xuất hiện dóng iện ngược pha
• Tại hướng vuông góc, không có sai pha về ường i, nhưng do có dòng ngược pha
nên cường ộ trường tổng giảm (búp chính thu hẹp lại)
• Tại các hướng khác (có sai pha về ường i), sai pha ược bù trừ bởi sai pha về dòng
iện nên xuất hiện các búp sóng phụ. Khi l = λ, bốn búp phụ trở thành 4 búp sóng
chính.
Tính hướng của chấn tử ối xứng phụ thuộc vào chiều dài iện:
l/λ
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng 16
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1
www.ptit.edu.vn
TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.2 – Anten chấn tử ối xứng
• Tham số của chấn tử ối xứng
• Đồ thị tính hướng của chấn tử ối xứng trong mặt phẳng E (Vuông góc)
Hình 5.5: Đồ thị phư ng hướng của chấn tử ối xứng trong mặt phẳng E
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng
17
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1
www.ptit.edu.vn
TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.2 – Anten chấn tử ối xứng
• Tham số của chấn tử ối xứng
• Đồ thị tính hướng của chấn tử ối xứng
l = λ/4 l = λ/2 l = λ
Hình 5.6: Đồ thị phư ng hướng của chấn tử ối xứng trong không gian 3D
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng
18
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1
www.ptit.edu.vn
TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.2 – Anten chấn tử ối xứng
• Tham số của chấn tử ối xứng
• Đồ thị tính hướng của chấn tử ối xứng
l = λ/4 l = λ/2 l = 1,5λ
Hình 5.6: Đồ thị phư ng hướng của chấn tử ối xứng trong không gian 3D
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng
19
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1
www.ptit.edu.vn
TRUYỀN SÓNG & ANTEN
P ZI2 2br2 2 cos klcossin cos kl 2r2 sin d d
8
Ib2 cos klcos cos kl 2d Không phụ thuộc φ (5.13)
30
0
sin
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng
20
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1
•
Tham
số
của
chấn
tử
ối
xứng
•
Công
suất
bức
xạ
•
Công
suất
bức
xạ
qua
diện
tích ds
•
Công
suất
bức
xạ
của
chấn
tử
Thay E
từ
(5.5) và S
tb
E
0
2
/120
π
5.2
–
Anten chấn tử ối xứng
2
s
s
.
s
2
Z
h
tb
h
E
d
dPSdEHd
(5.12)
www.ptit.edu.vn
TRUYỀN SÓNG & ANTEN
Nhận xét:
• Khi l/λ nhỏ, giống dipol iện, tăng l cho dòng ồng pha tăng => tăng R
Σ
• Khi l > λ/2 , xuất hiện dòng ngược pha, => giảm R
Σ
• Điện trở bức xạ dao ộng với cực ại ở ộ dài là bội số chẵn của λ/4 và cực tiểu
ở ộ dài là bội số lẻ của λ/4
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng
21
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1
www.ptit.edu.vn
TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.2 – Anten chấn tử ối xứng
• Tham số của chấn tử ối xứng
• Hệ số tính hướng E , 2.2 r2
D ZP
D
max
D
Z
1 cos kl
2
(5.15)
2
R b
Nhận xét: • Khi l/λ ≤ 0,675: Bức xạ của anten ạt cực ại ở
hướng θ = ±
𝜋
, 2
Tăng l => D tăng
• Khi l/λ > 0,675: Tăng l => D giảm do búp sóng chính giảm
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng
22
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1
•
Tham
số
của
chấn
tử
ối
xứng
•
Điện
trở
bức
xạ
•
Tại
iểm
bụng
5.2
–
Anten chấn tử ối xứng
2
1
.
2
b
b
P
IR
2
0
cos
cos
cos
60
sin
b
kl
kl
R
d
Hình 5.7:
Điện
trở
bức
xạ
vs
ộ
dài
tưng
ối
(5.14)
www.ptit.edu.vn
TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.2 – Anten chấn tử ối xứng
• Tham số của chấn tử ối xứng
• Trở kháng sóng
• Trở kháng sóng dây sóng hành
276.lg D (5.16) A 0 0
Z
C r
C: D: iệnKhoảng dung phân cách tâm hai
dây bố của ườngdẫn
dây r: bán kính dây
dẫn
• Chấn tử ối xứng với iện dung phân bố thay ổi:
• Với l < λ
1 (5.17)
Z 120 ln
A 2rl
• Với l > λ (Công thức Kesenich)
Z A 120 ln r E E: hằng số EulerE ≈ 0,577
(5.18)
23
Bộ môn: Vô
Giảng viên: TuyếnNguyễn –
Khoa
ViệtViễn Hưng Thông 1
www.ptit.edu.vn
TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.2 – Anten chấn tử ối xứng
• Tham số của chấn tử ối xứng
• Trở kháng vào
• Đường dây sóng hành hở mạch ầu cuối có trở kháng vào:
in
iZ
A
cotg kl (5.19)
X
• Chấn tử ối xứng năng lượng bức xạ ra không gian sinh công nên có thành phần
iện trở bức xạ ầu vào óng vai trò thuần trở
in R2 (5.20)
R
kl
sin
• Trở kháng vào của chấn tử:
in Rin jXin R2 iZAcotg kl (5.21)
Z sin lk
Với l < 0,75 λ
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng
24
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1
www.ptit.edu.vn
TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.2 – Anten chấn tử ối xứng
• Tham số của chấn tử ối xứng
• Trở
kháng
vào
𝑙
Hình 5.8: Sự phụ thuộc của Z
in
vào tỉ lệ
𝜆
• Nhận xét:
• Chấn tử ngắn (l < λ/4): Cotg > 0 nên X
in
< 0, trở kháng mang tính dung
• Chấn tử nửa sóng (l = λ/4): cotg = 0, Z
in
= R
in
= 73,1Ω, Cộng hưởng nối tiếp
• (λ/4 < l < λ/2): cotg < 0 nên X
in
> 0, trở kháng mang tính cảm
• Chấn tử toàn sóng (l = λ/2): cotg = 0, Z
in
= R
in
= ∞, Cộng hưởng song song
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng
25
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1
www.ptit.edu.vn
TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.2 – Anten chấn tử ối xứng
• Tham số của chấn tử ối xứng
• Chiều dài hiệu dụng
• Khái niệm: là chiều dài tương ương của một chấn tử có dòng iện phân bố ồng ều và
bằng dòng iện ầu vào của chấn tử thật, với diện tích phân bố dòng iện tương ương
1 l
l
hd
I z dz
I0 l
lhd 1 cos(kl) (5.22)
sin( )kl
Nhận xét:
kl
• Chấn tử ngắn l
hd
tg( ) l
2
Bằng nửa chiều dài chấn tử thật
Hình 5.9: Chiều dài thực và chiều dài hiệu
• Chấn tử nửa sóng (2l = λ/2) → l
hd
= λ/𝜋 dụng
của
chấn
tử
ối
xứng
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng
26
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1
www.ptit.edu.vn
TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.2 – Anten chấn tử ối xứng
• Ảnh hưởng của mặt ất lên bức xạ của chấn tử ối xứng
• Phương pháp ảnh gương
• Bức xạ của chấn tử trong môi trường thực bị ảnh hưởng của các vật dẫn ở gần
• Trường bức xạ của anten làm phát sinh sóng thứ cấp → Nguồn bức xạ thứ cấp
• Cường ộ trường tại iểm thu là giao thoa giữa trường sơ cấp và thứ cấp
• Coi ảnh hưởng của nguồn thứ cấp là do chấn tử ảnh
Hình 5.9: Chấn tử thật và chấn tử ảnh
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng
27
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1
www.ptit.edu.vn
TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.2 – Anten chấn tử ối xứng
• Ảnh hưởng của mặt ất lên bức xạ của chấn tử ối xứng
• Phương pháp ảnh gương
• Ảnh hưởng của mặt ất ược xác ịnh bằng phương pháp ảnh gương
• Tác dụng của dòng thứ cấp tương ương với một chấn tử ảo là ảnh của chấn tử thật qua mặt
phân cách giữa hai môi trường → chấn tử ảnh
• Dòng iện trong chấn tử ảnh có biên ộ bằng biên ộ của dòng iện trong chấn tử thật, pha tùy
thuộc phương của chấn tử thật trên mặt ất:
• Song song => ngược pha; Vuông góc => ồng pha
• Bức xạ tổng hợp sẽ tương ương với hệ hai chấn tử có khoảng cách 2h ặt trong không gian tự
do
Hình 5.10: Nguyên lý ảnh gư ng
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng
28
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1
www.ptit.edu.vn
TRUYỀN SÓNG & ANTEN
E
n
=
E
n
’
•
Giải
quyết
bài toán theo lý
thuyết
phản
xạ
sóng
phẳng
Quan
hệ
dòng
iện
:
Re
px
i
a
px
t
I
I
I
a
dòng
:
iện
trên
chấn
tử
ảnh
I
t
:
dòng
iện
trên
chấn
tử
thật
R
px
: Modul
của
hệ
số
phản
xạ
φ
px
:
Góc pha
của
hệ
số
phản
xạ
(5.23)
5.2 – Anten chấn tử ối xứng
• Ảnh hưởng của mặt ất lên bức xạ của chấn tử ối xứng
• Bức xạ của chấn tử ối xứng trên mặt ất
• Xem như 2 chấn tử ối xứng
• Cường ộ trường tại iểm M tại khoảng cách xa
klsin cos kl (5.24)
F0( )
cos
1 cos klcos
E E F
1
0 0
( ) (5.25)
E
2
ER e
1 px i
px
2khsin
(5.26)
E E E 1 2 E F00 1 R epx
i
px
2khsin
(5.27)
E E F
0 0
1 R
px
2
2R
px
cos
px
2khsin (5.28)
Hình 5.11: Chấn tử ối xứng ặt nằm ngang so
với mặt ất
E
0
: Cường ộ trường của chấn tử ở hướng bức xạ cực ại
F
0
(Δ): hàm tính hướng chuẩn hóa của chấn tử trong mặt phẳng khảo sát
E
1
: biên ộ cường ộ trường của chấn tử ối xứng trong không gian tự do
E
2
: biên ộ cường ộ trường của chấn tử ảnh
Δ: Hướng khảo sát
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng
29
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1
www.ptit.edu.vn
TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.2 – Anten chấn tử ối xứng
• Ảnh hưởng của mặt ất lên bức xạ của chấn tử ối xứng
• Bức xạ của chấn tử ối xứng ặt nằm ngang
• Hai chấn tử có dòng iện ngược pha
• Chấn tử ặt nằm ngang nên ở mặt phẳng vuông góc với trục và i qua tâm chấn tử có
F
0
(Δ) = 1
• Với mặt ất dẫn iện lý tưởng có R = 1 và φ = π
2 1
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng
30
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1
www.ptit.edu.vn
TRUYỀN SÓNG & ANTEN
•
F(
Δ
)
Thể
hiện
ảnh
hưởng
của
mặt
ất
thông qua
chấn
tử
ảnh
0
0
sin
2
cos
2
kh
EE
EF
sin)
sin(
F
kh
Hình 5.11:
Đồ
thị
tính
hướng
của
chấn
tử
ối
xứng
ặt
nằm
ngang trên
mặt
ất
(mp H)
(5.29)
(5.30)
5.2 – Anten chấn tử ối xứng
• Ảnh hưởng của mặt ất lên bức xạ của chấn tử ối xứng
• Bức xạ của chấn tử ối xứng ặt thẳng ứng
• Hai chấn tử có dòng ồng pha
• Với mặt ất dẫn iện lý tưởng có R = 1 và φ = π
0 0
cos klsin cos kl
(5.31)
F( ) F ( ) cos khsin F ( )
1 cos
kl cos
E
( )
2E F
0
( )
(5.32)
Hình 5.11: Đồ thị tính hướng của chấn tử ối xứng ặt thẳng ứng trên mặt ất (mp E)
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng
31
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1
www.ptit.edu.vn
TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.2 – Anten chấn tử ối xứng
• Hệ hai chấn tử ối xứng ặt gần nhau
• Bức xạ của hệ hai chấn tử ối xứng ặt gần nhau
• Để tạo hệ anten tổng hợp có tính hướng thay ổi
• Quan hệ dòng trong hai chấn tử
I
2
i
2
a
2
: tỷ số biên ộ dòng iện của chấn tử 2 và chấn tử 1
a e
2
(5.33) ψ
2
: góc sai pha của dòng iện trong chấn tử 2 so với dòng
trong I
1
chấn tử 1
Hình 5.12: Hệ 2 chấn tử ối xứng ặt song song gần nhau
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng
32
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1
www.ptit.edu.vn
TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.2 – Anten chấn tử ối xứng
• Hệ hai chấn tử ối xứng ặt gần nhau
• Bức xạ của hệ hai chấn tử ối xứng ặt gần nhau
• Cường ộ trường tại iểm khảo sát
E
M
E
1
E
2
ik e
ikr1
1 a e
2 i 2
e
ikdcos
(5.34)
E f
4 r
• Hàm tính hướng tổng hợp
f
k 1
a e
2 i
2
eikdcos (5.35)
Phụ thuộc các giá trị khá nhau của d/λ và a
2
e
iψ2
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng
33
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1
www.ptit.edu.vn
TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.2 – Anten chấn tử ối xứng
• Hệ hai chấn tử ối xứng ặt gần nhau
• Bức xạ của hệ hai chấn tử ối xứng ặt gần nhau
• Trường hợp dòng trong hai chấn tử ồng biên, ồng pha: a
2
=1 và ψ
2
=0
ikdcos ikdcos2 ikdcos2 ikd cos2
f
k
1 e e e e (5.36)
kd
fk 2cos 2 cos eikdcos
fk
2cos kd
2
cos
(5.37)
• Hướng bức xạ cực ại
kd
2
1 kd cos
max
2n n 0,1,2...
(5.38)
cos cos
cos max 2n n 1
n d kd d
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng
34
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1
www.ptit.edu.vn
TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.2 – Anten chấn tử ối xứng
• Hệ hai chấn tử ối xứng ặt gần nhau
• Trường hợp dòng trong hai chấn tử ồng biên, ngược pha: a
2
=1 và ψ
2
=180
o
• Hàm tính hướng k 1 e(ikdcos 2sin kd cos eikdcos2
f
2
(5.39) f
km
2 sin
kd
cos
2
• Hướng bức xạ cực ại
kd
sin cos 1 kd cos
max
2n 1 n 0,1,2...
2
(5.40) cos max 2n 1 2n 1 1
2n 1 d kd 2d 2
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng
35
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1
www.ptit.edu.vn
TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.2 – Anten chấn tử ối xứng
• Hệ hai chấn tử ối xứng ặt gần nhau
• Trường hợp dòng trong hai chấn tử ồng biên, ngược pha: a
2
=1 và ψ
2
=180
o
• Hàm tính hướng k 1 e(ikdcos 2sin kd cos eikdcos2 f
2
(5.39) f
km
2 sin
kd
cos
2
• Hướng bức xạ cực tiểu
kd
sin cos 0 kd cos
max
2n n 0,1,2...
2
(5.41)
2n 2n d
cos
min
1n
kd 2d
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng
36
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1
www.ptit.edu.vn
TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.2 – Anten chấn tử ối xứng
• Hệ hai chấn tử ối xứng ặt gần nhau
• Trường hợp dòng trong hai chấn tử ồng biên, vuông pha: a
2
=1 và ψ
2
=90
o
• Hàm tính hướng
k (ikdcos 2 2cos kd cos ei kdcos2 4
f 1 e
2 4
(5.42) fkm 2 sin kd cos
2 4
• Khi d = λ/4
Cực tiểu bằng 0 khi θ = 0, Cực ại bằng 2 khi θ = 180
o
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng
37
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1
www.ptit.edu.vn
TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.2 – Anten chấn tử ối xứng
•
Hệ hai chấn tử ối xứng ặt gần nhau
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng
38
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1
www.ptit.edu.vn
TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.2 – Anten chấn tử ối xứng
• Hệ hai chấn tử ối xứng ặt gần nhau
• Trở kháng vào
• Trở kháng tương hỗ ảnh hưởng tới s thực tế ặt lên hai chấn tử
e
1
I Z
a1 11
I Z
a2 12
e
1
, e
2
: S ầu vào hai chấn tử khi xét ến tương hỗ e2 I Za2 22 I Za1 21
(5.43) ZZ1211, Z, Z2221:: TrởTrở kháng riêng kháng tươngcủa hỗ hai hai chấnchấn tửtử
Ia2 i Z12 = Z21
ae
Ia1
Zin1 e1 Z11 ae Zi 12 Zin2 e2 Z22 1 e i Z12 (5.44)
Ia1 Ia2 a
Z11 R11 iX11 Z22 R22 iX22 Z12 R12 iX12
Hình 5.13:
Đồ
thị
phưng
hướng
của
hệ
hai
chấn
tử
song song
ặt
gần
nhau
Zin1 R11 a R 12 cos X12 sin i X 11 a R 12 sin X12 cos
(5.45)
Zin2 R22 a R 12 cos X12 sin i X 22 a R 12 sin X12 cos
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng
39
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1
www.ptit.edu.vn
TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.2 – Anten chấn tử ối xứng
• Hệ hai chấn tử ối xứng ặt gần nhau
• Điện trở bức xạ
I R2 bx (5.46)
P
bx
2
bx1 I Ia1 1a* 11 12 cos X12 sin
P
2
R a R
(5.47)
P R
bx2I Ia2 2a* 22 a1 R12 cos X12 sin
2
Pbx Pbx1 Pbx2 I Ia1 1a* R11 a R2 22 2aR12 cos (5.48) 2
Rbx0 R11 a R2 22 2aR12cos (5.49)
Điện trở bức xạ của hệ không phụ thuộc vào iện kháng riêng và iện kháng
tương hỗ của hai chấn tử
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng
40
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1
www.ptit.edu.vn
TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.2 – Anten chấn tử ối xứng
• Hệ hai chấn tử ối xứng ặt gần nhau
• Chấn tử chủ ộng, chấn tử thụ ộng
• Chấn tử chủ ộng: ược nối trực tiếp với nguồn và tự bức xạ sóng iện từ
• Chấn tử thụ ộng: Không ược cấp nguồn, hoạt ộng dựa trên nguyên tắc cảm ứng iện từ
=> nguồn bức xạ thứ cấp.
? Ia2 aei (5.50)
Ia1
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng
41
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1
Hình
5.14:
a) Chấn tử ghép, b) S ồ tưng ưng
www.ptit.edu.vn
TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.2 – Anten chấn tử ối xứng
• Hệ hai chấn tử ối xứng ặt gần nhau
• Chấn tử chủ ộng, chấn tử thụ ộng
• Sức iện ộng và dòng trong chấn tử: e1 I Za1 11 I Za2 12
(5.51)
0 Ia2 Z22 iX2dc I Za1 21
Ia2 Z12 R12 iX12
(5.52)
Ia1 Z22 iX2dc R22 i X 22 X2dc a
(5.53)
arctan
X
arctan
R12 R22
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng
42
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1
www.ptit.edu.vn
TRUYỀN SÓNG & ANTEN
12
22
2
2
12
2
2
22
2
dc
22
2
dc
12
R
X
R
X
X
X
X
5.2 – Anten chấn tử ối xứng
• Hệ hai chấn tử ối xứng ặt gần nhau
• Chấn tử chủ ộng, chấn tử thụ ộng
• Trở kháng vào và iện trở bức xạ:
Z Z ; Z 0
in1 11 Z122 in2 e2 0
Z
22
iX
2dc
(5.54)
Rbx0 R11 a R2 22 2aR12 cos
a
arctan
X
arctan
R12 R22
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng
43
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1
www.ptit.edu.vn
TRUYỀN SÓNG & ANTEN
Nội dung
• 5.1 Giới thiệu chung
• 5.2 Anten chấn tử ối xứng
• 5.3 Anten chấn tử ơn
• 5.4 Anten nhiều chấn tử
• 5.5 Câu hỏi và bài tập
12
22
2
2
12
2
2
22
2
dc
22
2
dc
12
R
X
R
X
X
X
X
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng
44
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1
www.ptit.edu.vn
TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.3 – Anten chấn tử ơn - Monopole
• Cấu tạo:
• Gồm một nhánh chấn tử ặt trên một mặt phản xạ (mặt ất), thường có ộ dài ¼ bước
sóng.
• Các thanh chéo tạo nên mặt cơ sở rộng ảm bảo ồ thị bức xạ tốt.
• Đặc iểm
• Điện trở bức xạ: 36,56 Ω
• Độ dài thanh chéo khoảng 1/3 bước sóng.
• Ứng dụng phổ biến trong di ộng mặt ất.
Hình 5.16: VHF Monopole
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng
45
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1
www.ptit.edu.vn
TRUYỀN SÓNG & ANTEN
Hình
5.15:
Anten chấn tử
n
5.3 – Anten chấn tử ơn - Monopole
Hình 5.17: ¼ wavelength monopole
• Đồ thị a hướng (Omnidirectional) nhưng hướng cực ại không nằm trên mặt phẳng nằm ngang
• Hệ số khuyếch ại gấp 2 lần (3dB) so với anten chấn tử ối xứng. Thường 5,19 dB
• Khi mặt phản xạ càng lớn => hướng cực ại càng gần với mặt phẳng nằm ngang
• Độ dài iện của anten càng tăng => hướng cực ại càng xa mặt phẳng nằm ngang
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng
46
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1
www.ptit.edu.vn
TRUYỀN SÓNG & ANTEN
Nội dung
• 5.1 Giới thiệu chung
• 5.2 Anten chấn tử ối xứng
• 5.3 Anten chấn tử ơn
• 5.4 Anten nhiều chấn tử
• 5.5 Câu hỏi và bài tập
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng
47
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1
www.ptit.edu.vn
TRUYỀN SÓNG & ANTEN
•
Đồ
thị
phương
hướng
a)
Mặt
phẳng
E
b) 3D
5.4 – Anten nhiều chấn tử
• Dàn chấn tử ồng pha
• Cấu tạo:
• Các chấn tử ối xứng toàn sóng: l =
λ
2
• Sắp xếp trên một mặt phẳng theo hàng và cột
• Khoảng cách giữa các chấn tử là
λ
2
• Tiếp iện (Feed): Tiếp iện ồng pha
Kiểu ấu chéo Ki ểu song song
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng
48
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1
www.ptit.edu.vn
TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.4 – Anten nhiều chấn tử
• Dàn chấn tử ồng pha
• Đặc iểm làm việc:
• Đồ thị tính hướng giống chấn tử ối xứng nhưng có tính hướng cao hơn.
• Hướng bức xạ cực ại ∆ = 0 và ∆ = π
• Để bức xạ ơn hướng, kết hợp với mặt phản xạ (Mặt kim loại hoặc lưới dây dẫn),
khoảng cách ến dàn chấn tử d = (0,2 ÷ 0,25 λ)
Hình 5.16: Đồ thị phư ng hư ng của dàn 4 chấn tử ồng pha ặt thẳng ứng
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng
49
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1
www.ptit.edu.vn
TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.4 – Anten nhiều chấn tử
• Anten Yagi
• Cấu tạo
• Một chấn tử chủ ộng: Anten chấn tử ối xứng nửa sóng (thẳng hoặc vòng dẹt), l =
λ/4, (Với trường hợp vòng dẹt Z
v
= 300 Ω)
• Các chấn tử thụ ộng óng vai trò phản xạ và dẫn xạ
• Đặt song song với nhau trên một mặt phẳng • Tiếp iện cho chấn tử chủ ộng:
• Sử dụng cáp ồng trục hoặc dây song hành
Hình 5.18: Anten Yagi và ồ thị phư ng hướng
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng
50
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1
www.ptit.edu.vn
TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.4 – Anten nhiều chấn tử
• d = 0,15 ÷ 0,25 λ
2l > λ/2: X
22
< 0, tính cảm, I
2
sớm pha hơn I
1
=> Chấn tử phản xạ
• d = 0,1 ÷ 0,35 λ
2l < λ/2: X
22
> 0, tính dung, I
2
chậm pha hơn I
1
=> Chấn tử dẫn xạ
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng
51
•
Anten Yagi
•
Nguyên lý
hoạt
ộng
:
2
1
i
I
ae
I
12
22
2
2
12
2
2
22
12
22
12
22
arctan
arctan
X
R
X
R
X
X
R
R
(5.55)
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1
www.ptit.edu.vn
TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.4 – Anten nhiều chấn tử
• Anten Yagi
• Đồ thị phương hướng
• Số chấn tử tăng => tính hướng tăng, ồ thị phương hướng hẹp dần • Hệ số hướng tính từ
5 – 15 dB
Hình 5.19: Đồ thị phư ng hướng của anten Yagi
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng
52
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1
www.ptit.edu.vn
TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.4 – Anten nhiều chấn tử
• Anten Logarit – Chu kì
• Cấu tạo:
• Nhiều chấn tử có ộ dài khác nhau ặt ở các khoảng cách khác nhau.
• Đặt song song trong một mặt phẳng
• Kích thước và khoảng cách của các chấn tử thay ổi theo một tỉ lệ nhất ịnh gọi là chu
kì của anten
d1 d2dn1 l1l2 ... ln 1 (5.56)
d2 d3 ... dn l2
l3 l n
6
chấn
tử
• Tiếp iện cho các chấn tử:
• Tiếp iện ồng pha, so le
Hình 5.19: Anten Logarit - Chu kì
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng
53
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1
www.ptit.edu.vn
TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.4 – Anten nhiều chấn tử
• Anten Logarit – Chu kì
• Hệ số tỉ lệ: τ -- 𝜏
max
= 0,95
• Hệ số góc mở: α -- 𝛼
min
= 10
o
• Hệ số không gian: σ
d
n 1
d
n
2ln 1
tan 1
14
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng
54
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1
Hướng bức xạ
Hình 5.19: Anten Logarit - Chu kì
www.ptit.edu.vn
TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.4 – Anten nhiều chấn tử
• Anten Logarit – Chu kì
• Nguyên lý hoạt ộng
• Tần số kích thích là f
0
– Chấn tử l
0
= λ/2 óng vai trò chấn tử chủ ộng – cộng
hưởng (Trở kháng vào thuần trở 73,1 Ω)
• Các chấn tử khác có giá trị thành phần iện kháng phụ thuộc vào ộ dài so với
chấn tử chủ ộng
• Do qui luật chu kì về chiều dài và khoảng cách + tiếp iện so le (dòng trong 2 chấn
tử gần nhau ngược pha 180
o
) Các chấn tử phía trước ( l < l
0
) thoả mãn iều kiện
của chấn tử dẫn xạ, các chấn tử phía sau (l < l
0
) Thoả mãn iều kiện của chấn tử
phản xạ
• Miền bức xạ chủ yếu tạo bởi chấn tử
chủ ộng và một vài chấn tử lân cận
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng
55
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1
www.ptit.edu.vn
TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.4 – Anten nhiều chấn tử
• Anten Logarit – Chu kì
• Công thức xác ịnh tần số làm việc:
f
n
n
1
f
1
(5.57)
• Độ dài của chấn tử cộng hưởng tương ứng
l
1
(5.58) ln n 1
• Biểu thức logarit chu kì
ln fn (n 1)ln ln f1 (5.59)
Hướng bức xạ
Biến ổi theo chu kì logarit của τ
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng
56
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1
www.ptit.edu.vn
TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.4 – Anten nhiều chấn tử
• Anten Logarit – Chu kì •
Hệ số tính hướng:
Hình 5.23: Bảng hệ số tính hướng theo α và τ
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng
57
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1
www.ptit.edu.vn
TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.4 – Anten nhiều chấn tử
• Anten Logarit – Chu kì •
Hệ số tính hướng:
Hình 5.24: Bảng hệ số không gian tối ưu theo hệ số hướng tính
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng
58
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1
www.ptit.edu.vn
TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.4 – Anten nhiều chấn tử
• Anten Logarit – Chu kì
• Băng thông thiết kế:
BW B 1.1 7.7 1
2
cot
f
max (5.60) B f
min
• Chiều dài hệ thống:
L 1 1 cot
4 BW
(5.61)
max 2lmax c fmin
• Số anten phần tử
N 1 ln BW (5.62) ln 1
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng
59
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1
www.ptit.edu.vn
TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.4 – Anten nhiều chấn tử
• Anten Logarit – Chu kì
• Hệ số tính hướng:
• Từ 6 – 8 dB
• Băng thông rộng
Hình 5.22: Đồ thị phư ng hướng của anten Logarit - Chu kì
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng
60
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1
www.ptit.edu.vn
TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.5 Câu hỏi và bài tập
14. Một chấn tử ối xứng có chiều dài toàn bộ 50 cm, công tác ở tần số 300 MHz. Xác ịnh
chiều dài hiệu dụng của nó?
(a) 32 cm; (b) 35 cm; (c) 40 cm; (d) 45 cm;
15. Số liệu như bài 14, xác ịnh iện trở bức xạ của chấn tử?
(a) 70,1 Ω; (b) 73,1 Ω; (c) 80,1 Ω; (d) 83,1 Ω;
16. Số liệu như bài 14, xác ịnh trở kháng vào của chấn tử?
(a) 65,1 Ω; (b) 70,1 Ω; (c) 73,1 Ω; (d) 80,1 Ω;
17. Điện trở bức xạ của chấn tử vòng dẹt có giá trị bằng bao nhiêu?
18. Anten logarit- chu kì 5 chấn tử. Chấn tử ở giữa có chiều dài tổng cộng 30 cm. Hằng
số chu kì τ = 0,9.
Tính ộ dài của từng chấn tử và các tần số làm việc tương ứng.
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng
61
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1

Tài liệu khác của Học viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông

Preview text:

BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng 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 CHƯƠNG 5: ANTEN CHẤN TỬ
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng 2
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN Nội dung • 5.1 Giới thiệu chung
• 5.2 Anten chấn tử ối xứng • 5.3 Anten chấn tử ơn
• 5.4 Anten nhiều chấn tử
• 5.5 Câu hỏi và bài tập
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng 3
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN Nội dung • 5.1 Giới thiệu chung
• 5.2 Anten chấn tử ối xứng • 5.3 Anten chấn tử ơn
• 5.4 Anten nhiều chấn tử
• 5.5 Câu hỏi và bài tập
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng 4
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN 5.1 – Giới thiệu chung
• Anten chấn tử, còn ược gọi là anten dipol (ngẫu cực), sử dụng chấn
tử làm phần tử bức xạ sóng iện từ.
• Kết cấu ơn giản, tương tự như ường dây dẫn song song hở mạch ở một ầu. • Các loại anten chấn tử iển hình:
• Anten chấn tử ối xứng • Anten chấn tử ơn • Anten nhiều chấn tử
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng 5
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN Nội dung • 5.1 Giới thiệu chung
• 5.2 Anten chấn tử ối xứng • 5.3 Anten chấn tử ơn
• 5.4 Anten nhiều chấn tử
• 5.5 Câu hỏi và bài tập
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng 6
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.2 – Anten chấn tử ối xứng • Khái niệm
• Là cấu trúc gốm hai vật dẫn hình dạng tuỳ ý:
• Kích thước giống nhau, ặt thẳng hàng trong không gian
• Điểm giữa (ối xứng) nối với nguồn tín hiệu cao tần.
• Có thể kết hợp nhiều chấn tử ể tăng tính hướng
Hình 5.1: Anten chấn tử ối xứng
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng 7
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.2 – Anten chấn tử ối xứng • Phân bố dòng iện: • Tương quan chấn tử ối xứng và ường dây song hành
Hình 5.2: Tư ng quang giữa anten chấn tử ối xứng và ường dây song hành
• Với chấn tử mảnh (d << 0,01 λ), iểm khảo sát ở xa (r >> λ): Coi là tương quan.
Phân bố dòng iện trên chấn tử ối xứng có dạng sóng ứng: I z z Ib sin k l z
(5.1) Ib : Biên ộ dòng iện ở iểm bụng sóng
l: ộ dài của một nhánh chấn tử
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng 8
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.2 – Anten chấn tử ối xứng • Phân bố iện tích
kI b cos kl z z 0 i (5.2) Q kI b cos kl z z 0 i
Hình 5.3: Phân bố dòng iện và iện tích trên anten chấn tử ối xứng
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng 9
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.2 – Anten chấn tử ối xứng • Phân bố iện tích
kI b cos kl z z 0 i (5.2) Q kI b cos kl z z 0 i
Hình 5.3: Phân bố dòng iện và iện tích trên anten chấn tử ối xứng
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng 10
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.2 – Anten chấn tử ối xứng
• Bức xạ của chấn tử ối xứng trong không gian tự do • Bài toán:
• Chấn tử ối xứng chiều dài 2l ặt trong không gian tự do
• Khảo sát trường tại iểm M cách chấn tử r0 >> λ, tạo với phương của chấn tử một góc θ
• Xác ịnh cường ộ trường:
• Chia chấn tử thành các phần tử nhỏ dz << λ.
• Mỗi phần tử tương ương với 1 chấn tử iện: • Chiều dài dz • Khoảng cách r
• Mật ộ dòng không ổi Iz do r r 1 r0 zcos r2 r0 zcos
Hình 5.4: Các tham số tính trường bức xạ của chấn tử ối xứng
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng 11
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.2 – Anten chấn tử ối xứng
• Xác ịnh cường ộ trường
• Trường do phần tử dz tại nhánh 1 và nhánh 2 gây ra: 60 I dz dE1 i z sin e ikr1i r1 (5.2) dE 2 i 60 I dzz sin e ikr2 i r2
• Cường ộ trường tổng hợp của 2 phần tử dE 1 dE2 Iz Ib.sin k l. z (5.3) dE
dE i 60 I dzb sin sin k l z e ikr0 eikzcos e ikzcos i r0 60 I dz dE i b z e ikr0 si .2n sin cos k k l z cos i (5.4) r2
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng 12
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.2 – Anten chấn tử ối xứng
• Điện trường do toàn bộ chấn tử gây ra tại M: l 0 60 I os c kl b cos coskl ik (5.5) 0 r i e . i 0 r sin 60 I b ik 0r i e f . i 0 r E dE E 60Ib f
Không phụ thuộc φ (5.6) r0
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng 13
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.2 – Anten chấn tử ối xứng
• Tham số của chấn tử ối xứng • Hàm tính hướng và ồ thị tính hướng
• Hàm tính hướng biên ộ: cos kl f
, f cos klcos (5.7) sin
Trong mặt phằng H vuông góc với trục của chấn tử, có θ là hằng số, hàm tính hướng
chỉ phụ thuộc vào ‘kl’ hay ộ dài tương ối (l/λ)
• Trường hợp chấn tử ngắn, l << λ (hoặc l < λ/4) 2 2 x (x nhỏ) cos x 1 f kl sin (5.8) 2 2 sin (5.9) F
Tương tự chấn tử iện: có hướng ở mặt phẳng E chứa trục chấn tử, vô hướng ở mặt
phẳng H vuông góc với trục chấn tử, cực ại ở hướng vuông với trục
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng 14
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.2 – Anten chấn tử ối xứng
• Tham số của chấn tử ối xứng • Hàm tính hướng và ồ thị tính hướng
• Hàm tính hướng biên ộ: cos cos cos cos cos kl f 2 2 2 (5.10) 2 sin sin
• Chấn tử toàn sóng, l = λ /2 2 cos cos 2 cos cos cos 2 kl f (5.11) sin sin
• Chấn tử nửa sóng, l = λ/4
Đồ thị phương hướng hẹp hơn
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng 15
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.2 – Anten chấn tử ối xứng
• Tham số của chấn tử ối xứng • Hàm tính hướng và ồ thị tính hướng
• Hàm tính hướng biên ộ:
• Chấn tử dài, l > λ/2:
• Trên mỗi nhánh xuất hiện dóng iện ngược pha
• Tại hướng vuông góc, không có sai pha về ường i, nhưng do có dòng ngược pha
nên cường ộ trường tổng giảm (búp chính thu hẹp lại)
• Tại các hướng khác (có sai pha về ường i), sai pha ược bù trừ bởi sai pha về dòng
iện nên xuất hiện các búp sóng phụ. Khi l = λ, bốn búp phụ trở thành 4 búp sóng chính.
Tính hướng của chấn tử ối xứng phụ thuộc vào chiều dài iện: l/λ
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng 16
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.2 – Anten chấn tử ối xứng
• Tham số của chấn tử ối xứng
• Đồ thị tính hướng của chấn tử ối xứng trong mặt phẳng E (Vuông góc)
Hình 5.5: Đồ thị phư ng hướng của chấn tử ối xứng trong mặt phẳng E
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng 17
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.2 – Anten chấn tử ối xứng
• Tham số của chấn tử ối xứng
• Đồ thị tính hướng của chấn tử ối xứng l = λ/4 l = λ/2 l = λ
Hình 5.6: Đồ thị phư ng hướng của chấn tử ối xứng trong không gian 3D
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng 18
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.2 – Anten chấn tử ối xứng
• Tham số của chấn tử ối xứng
• Đồ thị tính hướng của chấn tử ối xứng l = λ/4 l = λ/2 l = 1,5λ
Hình 5.6: Đồ thị phư ng hướng của chấn tử ối xứng trong không gian 3D
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng 19
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN 5.2
– Anten chấn tử ối xứng
• Tham số của chấn tử ối xứng • Công suất bức xạ
• Công suất bức xạ qua diện tích ds 2 E dP (5.12) S dE tb s Hd h . h s s d 2 Z
• Công suất bức xạ của chấn tử Thay E từ (5.5) và S = tb E 0 2 /120 π P ZI2 2br2 2 cos klcossin cos kl 2r2 sin d d 8 Ib2 cos klcos cos kl 2d Không phụ thuộc φ (5.13) 30 0 sin
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng 20
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN 5.2
– Anten chấn tử ối xứng
• Tham số của chấn tử ối xứng • Điện trở bức xạ • Tại iểm bụng 1 2 P IR b . 2 b 2 co s kl co s co s kl (5.14) R d b 60 sin 0
Hình 5.7: Điện trở bức xạ vs ộ dài tưng ối Nhận xét:
• Khi l/λ nhỏ, giống dipol iện, tăng l cho dòng ồng pha tăng => tăng RΣ
• Khi l > λ/2 , xuất hiện dòng ngược pha, => giảm RΣ
• Điện trở bức xạ dao ộng với cực ại ở ộ dài là bội số chẵn của λ/4 và cực tiểu
ở ộ dài là bội số lẻ của λ/4
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng 21
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.2 – Anten chấn tử ối xứng
• Tham số của chấn tử ối xứng • Hệ số tính hướng E , 2.2 r2 D ZP D Z max D 1 cos kl 2 (5.15) 2 R b Nhận xét: •
Khi l/λ ≤ 0,675: Bức xạ của anten ạt cực ại ở hướng θ = ± 𝜋 , 2
Tăng l => D tăng
• Khi l/λ > 0,675: Tăng l => D giảm do búp sóng chính giảm
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng 22
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.2 – Anten chấn tử ối xứng
• Tham số của chấn tử ối xứng • Trở kháng sóng
• Trở kháng sóng dây sóng hành A 0 0 276.lg D (5.16) Z C r
C: D: iệnKhoảng dung phân cách tâm hai
dây bố của ườngdẫn dây r: bán kính dây dẫn
• Chấn tử ối xứng với iện dung phân bố thay ổi: • Với l < λ A 2rl 1 (5.17) Z 120 ln
• Với l > λ (Công thức Kesenich) Z A 120 ln r E
E: hằng số EulerE ≈ 0,577 (5.18) 23
Bộ môn: Vô Giảng viên: TuyếnNguyễn – Khoa ViệtViễn Hưng Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.2 – Anten chấn tử ối xứng
• Tham số của chấn tử ối xứng • Trở kháng vào
• Đường dây sóng hành hở mạch ầu cuối có trở kháng vào: in iZAcotg kl (5.19) X
• Chấn tử ối xứng năng lượng bức xạ ra không gian sinh công nên có thành phần
iện trở bức xạ ầu vào óng vai trò thuần trở in R2 (5.20) R kl sin
• Trở kháng vào của chấn tử: in Rin jXin
R2 iZAcotg kl (5.21) Z sin lk Với l < 0,75 λ
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng 24
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.2 – Anten chấn tử ối xứng
• Tham số của chấn tử ối xứng • Trở kháng vào 𝑙
Hình 5.8: Sự phụ thuộc của Zin vào tỉ lệ 𝜆 • Nhận xét:
• Chấn tử ngắn (l < λ/4): Cotg > 0 nên Xin < 0, trở kháng mang tính dung
• Chấn tử nửa sóng (l = λ/4): cotg = 0, Zin = Rin = 73,1Ω, Cộng hưởng nối tiếp
• (λ/4 < l < λ/2): cotg < 0 nên Xin > 0, trở kháng mang tính cảm
• Chấn tử toàn sóng (l = λ/2): cotg = 0, Zin = Rin = ∞, Cộng hưởng song song
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng 25
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.2 – Anten chấn tử ối xứng
• Tham số của chấn tử ối xứng
• Chiều dài hiệu dụng
• Khái niệm: là chiều dài tương ương của một chấn tử có dòng iện phân bố ồng ều và
bằng dòng iện ầu vào của chấn tử thật, với diện tích phân bố dòng iện tương ương 1 l l hd I z dz I0 l l hd 1 cos(kl) (5.22) sin( )kl Nhận xét: kl
• Chấn tử ngắn l hd tg( ) l 2
Bằng nửa chiều dài chấn tử thật
Hình 5.9: Chiều dài thực và chiều dài hiệu
• Chấn tử nửa sóng (2l = λ/2) → lhd = λ/𝜋
dụng của chấn tử ối xứng
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng 26
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.2 – Anten chấn tử ối xứng
• Ảnh hưởng của mặt ất lên bức xạ của chấn tử ối xứng
• Phương pháp ảnh gương
• Bức xạ của chấn tử trong môi trường thực bị ảnh hưởng của các vật dẫn ở gần
• Trường bức xạ của anten làm phát sinh sóng thứ cấp → Nguồn bức xạ thứ cấp
• Cường ộ trường tại iểm thu là giao thoa giữa trường sơ cấp và thứ cấp
• Coi ảnh hưởng của nguồn thứ cấp là do chấn tử ảnh
Hình 5.9: Chấn tử thật và chấn tử ảnh
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng 27
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.2 – Anten chấn tử ối xứng
• Ảnh hưởng của mặt ất lên bức xạ của chấn tử ối xứng
• Phương pháp ảnh gương
• Ảnh hưởng của mặt ất ược xác ịnh bằng phương pháp ảnh gương
• Tác dụng của dòng thứ cấp tương ương với một chấn tử ảo là ảnh của chấn tử thật qua mặt
phân cách giữa hai môi trường → chấn tử ảnh
• Dòng iện trong chấn tử ảnh có biên ộ bằng biên ộ của dòng iện trong chấn tử thật, pha tùy
thuộc phương của chấn tử thật trên mặt ất:
• Song song => ngược pha; Vuông góc => ồng pha
• Bức xạ tổng hợp sẽ tương ương với hệ hai chấn tử có khoảng cách 2h ặt trong không gian tự do
• Giải quyết bài toán theo lý thuyết phản xạ sóng phẳng Quan hệ dòng iện : i I (5.23) a I t Re px px I a
: dòng iện trên chấn tử ảnh
I t: dòng iện trên chấn tử thật R E px : Modul của n = E n’ hệ số phản xạ
φ px : Góc pha của hệ số phản xạ
Hình 5.10: Nguyên lý ảnh gư ng
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng 28
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.2 – Anten chấn tử ối xứng
• Ảnh hưởng của mặt ất lên bức xạ của chấn tử ối xứng
• Bức xạ của chấn tử ối xứng trên mặt ất
• Xem như 2 chấn tử ối xứng
• Cường ộ trường tại iểm M tại khoảng cách xa klsin cos kl (5.24) F0( ) cos 1 cos klcos E E F 1 0 0( ) (5.25) E ER e 2 1 px i (5.26) px 2khsin E E E i 2khsin 1 2 E F00 1 R epx (5.27) px E E F 2 0 0 1 Rpx 2Rpxcos px 2khsin
(5.28) Hình 5.11: Chấn tử ối xứng ặt nằm ngang so với mặt ất
E0: Cường ộ trường của chấn tử ở hướng bức xạ cực ại
F0(Δ): hàm tính hướng chuẩn hóa của chấn tử trong mặt phẳng khảo sát
E1: biên ộ cường ộ trường của chấn tử ối xứng trong không gian tự do
E2: biên ộ cường ộ trường của chấn tử ảnh Δ: Hướng khảo sát
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng 29
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.2 – Anten chấn tử ối xứng
• Ảnh hưởng của mặt ất lên bức xạ của chấn tử ối xứng
• Bức xạ của chấn tử ối xứng ặt nằm ngang
• Hai chấn tử có dòng iện ngược pha
• Chấn tử ặt nằm ngang nên ở mặt phẳng vuông góc với trục và i qua tâm chấn tử có F (Δ) = 1 0
• Với mặt ất dẫn iện lý tưởng có R = 1 và φ = π EE c os 2 khsi n 2 EF (5.29) 0 0 F sin( khsi n) (5.30)
• F( Δ ) Thể hiện ảnh hưởng của mặt ất thông qua chấn tử ảnh
Hình 5.11: Đồ
2 1 thị tính hướng của chấn tử ối xứng ặt nằm ngang trên mặt ất (mp H)
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng 30
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.2 – Anten chấn tử ối xứng
• Ảnh hưởng của mặt ất lên bức xạ của chấn tử ối xứng
• Bức xạ của chấn tử ối xứng ặt thẳng ứng
• Hai chấn tử có dòng ồng pha
• Với mặt ất dẫn iện lý tưởng có R = 1 và φ = π 0 0 cos klsin cos kl (5.31)
F( ) F ( ) cos khsin F ( ) 1 cos kl cos ( ) ( ) E 2E F 0 (5.32)
Hình 5.11: Đồ thị tính hướng của chấn tử ối xứng ặt thẳng ứng trên mặt ất (mp E)
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng 31
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.2 – Anten chấn tử ối xứng
• Hệ hai chấn tử ối xứng ặt gần nhau
• Bức xạ của hệ hai chấn tử ối xứng ặt gần nhau
• Để tạo hệ anten tổng hợp có tính hướng thay ổi
• Quan hệ dòng trong hai chấn tử I2 i 2
a2: tỷ số biên ộ dòng iện của chấn tử 2 và chấn tử 1 a e2 (5.33)
ψ2: góc sai pha của dòng iện trong chấn tử 2 so với dòng trong I 1 chấn tử 1
Hình 5.12: Hệ 2 chấn tử ối xứng ặt song song gần nhau
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng 32
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.2 – Anten chấn tử ối xứng
• Hệ hai chấn tử ối xứng ặt gần nhau
• Bức xạ của hệ hai chấn tử ối xứng ặt gần nhau
• Cường ộ trường tại iểm khảo sát E M E1 E2 ik e ikr1
1 a e2 i 2eikdcos (5.34) E f 4 r
• Hàm tính hướng tổng hợp f a e k 1 2 i e 2 ikdcos (5.35)
Phụ thuộc các giá trị khá nhau của d/λ và a2eiψ2
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng 33
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.2 – Anten chấn tử ối xứng
• Hệ hai chấn tử ối xứng ặt gần nhau
• Bức xạ của hệ hai chấn tử ối xứng ặt gần nhau
• Trường hợp dòng trong hai chấn tử ồng biên, ồng pha: a =1 và ψ 2 2=0 ikdcos ikdcos2
ikdcos2 ikd cos2 f k 1 e e e e (5.36) kd fk 2cos 2 cos eikdcos f k 2cos kd2 cos (5.37)
• Hướng bức xạ cực ại kd2 1 kd cos max
2n n 0,1,2... (5.38) cos cos cos max 2n n 1 n d kd d
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng 34
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.2 – Anten chấn tử ối xứng
• Hệ hai chấn tử ối xứng ặt gần nhau
• Trường hợp dòng trong hai chấn tử ồng biên, ngược pha: a =1 và ψ 2 2=180o
• Hàm tính hướng k
1 e(ikdcos 2sin kd cos eikdcos2 f 2 (5.39) fkm 2 sin kd cos 2
• Hướng bức xạ cực ại kd sin cos 1 kd cos max 2n 1 n 0,1,2... 2 (5.40) cos max 2n 1 2n 1 1
2n 1 d kd 2d 2
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng 35
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.2 – Anten chấn tử ối xứng
• Hệ hai chấn tử ối xứng ặt gần nhau
• Trường hợp dòng trong hai chấn tử ồng biên, ngược pha: a =1 và ψ 2 2=180o
• Hàm tính hướng k
1 e(ikdcos 2sin kd cos eikdcos2 f 2 (5.39) fkm 2 sin kd cos 2
• Hướng bức xạ cực tiểu kd sin cos 0 kd cos max 2n n 0,1,2... 2 (5.41) 2n 2n d cos min 1n kd 2d
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng 36
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.2 – Anten chấn tử ối xứng
• Hệ hai chấn tử ối xứng ặt gần nhau
• Trường hợp dòng trong hai chấn tử ồng biên, vuông pha: a =1 và ψ 2 2=90o • Hàm tính hướng k (ikdcos 2 2cos kd cos ei kdcos2 4 f 1 e 2 4 (5.42) f km 2 sin kd cos 2 4 • Khi d = λ/4
Cực tiểu bằng 0 khi θ = 0, Cực ại bằng 2 khi θ = 180o
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng 37
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.2 – Anten chấn tử ối xứng
Hình 5.13: Đồ thị phưng
hướng của hệ hai chấn tử
song song ặt gần nhau •
Hệ hai chấn tử ối xứng ặt gần nhau
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng 38
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.2 – Anten chấn tử ối xứng
• Hệ hai chấn tử ối xứng ặt gần nhau • Trở kháng vào
• Trở kháng tương hỗ ảnh hưởng tới s thực tế ặt lên hai chấn tử e I Z I Z 1 a1 11
a2 12 e1, e2: S ầu vào hai chấn tử khi xét ến tương hỗ e2 I Za2 22 I Za1 21
(5.43) ZZ1211, Z, Z2221:: TrởTrở kháng riêng kháng tươngcủa hỗ hai hai chấnchấn tửtử Ia2 i Z12 = Z21 ae Ia1 Z in1 e1 Z11 ae Zi 12 Zin2 e2 Z22 1 e i Z12 (5.44) Ia1 Ia2 a Z 11 R11 iX11 Z22 R22 iX22 Z12 R12 iX12 Z in1 R11 a R 12 cos X12 sin i X 11 a R 12 sin X12 cos (5.45) Z in2 R22 a R 12 cos X12 sin i X 22 a R 12 sin X12 cos
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng 39
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.2 – Anten chấn tử ối xứng
• Hệ hai chấn tử ối xứng ặt gần nhau • Điện trở bức xạ I R2 bx (5.46) Pbx 2 bx1 I Ia1 1a* 11 12 cos X12 sin P 2 R a R (5.47) P R
bx2I Ia2 2a* 22 a1 R12 cos X12 sin 2 P bx Pbx1 Pbx2 I Ia1 1a*
R11 a R2 22 2aR12 cos (5.48) 2 R bx0
R11 a R2 22 2aR12cos (5.49)
Điện trở bức xạ của hệ không phụ thuộc vào iện kháng riêng và iện kháng
tương hỗ của hai chấn tử
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng 40
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.2 – Anten chấn tử ối xứng
• Hệ hai chấn tử ối xứng ặt gần nhau
• Chấn tử chủ ộng, chấn tử thụ ộng
• Chấn tử chủ ộng: ược nối trực tiếp với nguồn và tự bức xạ sóng iện từ
• Chấn tử thụ ộng: Không ược cấp nguồn, hoạt ộng dựa trên nguyên tắc cảm ứng iện từ
=> nguồn bức xạ thứ cấp.
? Ia2 aei (5.50) Ia1
Hình 5.14: a) Chấn tử ghép, b) S ồ tưng ưng
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng 41
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.2 – Anten chấn tử ối xứng
• Hệ hai chấn tử ối xứng ặt gần nhau
• Chấn tử chủ ộng, chấn tử thụ ộng
• Sức iện ộng và dòng trong chấn tử: e 1 I Za1 11 I Za2 12 (5.51) 0 I a2 Z22 iX2dc I Za1 21 Ia2 Z12 R12 iX12 (5.52) I a1 Z22
iX2dc R22 i X 22 X2dc a 2 2 R X 12 12 2 R 2 X 22 X 2 dc (5.53) 22 X X 12 22 2 dc X arctan arctan R12 R22
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng 42
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.2 – Anten chấn tử ối xứng
• Hệ hai chấn tử ối xứng ặt gần nhau
• Chấn tử chủ ộng, chấn tử thụ ộng
• Trở kháng vào và iện trở bức xạ: Z Z ; Z 0 in1 11 Z122 in2 e2 0
Z22 iX2dc (5.54) R bx0
R11 a R2 22 2aR12 cos 2 2 a R X 12 12 2 R 2 X 22 X 2 dc 22 12 X 22 X 2 dc X arctan arctan R12 R22
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng 43
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN Nội dung • 5.1 Giới thiệu chung
• 5.2 Anten chấn tử ối xứng • 5.3 Anten chấn tử ơn
• 5.4 Anten nhiều chấn tử
• 5.5 Câu hỏi và bài tập
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng 44
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.3 – Anten chấn tử ơn - Monopole • Cấu tạo:
• Gồm một nhánh chấn tử ặt trên một mặt phản xạ (mặt ất), thường có ộ dài ¼ bước sóng.
• Các thanh chéo tạo nên mặt cơ sở rộng ảm bảo ồ thị bức xạ tốt. • Đặc iểm
• Điện trở bức xạ: 36,56 Ω
• Độ dài thanh chéo khoảng 1/3 bước sóng.
• Ứng dụng phổ biến trong di ộng mặt ất.
Hình 5.16: VHF Monopole
Hình 5.15: Anten chấn tử n
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng 45
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.3 – Anten chấn tử ơn - Monopole
• Đồ thị phương hướng a) Mặt phẳng E b) 3D
Hình 5.17: ¼ wavelength monopole
• Đồ thị a hướng (Omnidirectional) nhưng hướng cực ại không nằm trên mặt phẳng nằm ngang
• Hệ số khuyếch ại gấp 2 lần (3dB) so với anten chấn tử ối xứng. Thường 5,19 dB
• Khi mặt phản xạ càng lớn => hướng cực ại càng gần với mặt phẳng nằm ngang
• Độ dài iện của anten càng tăng => hướng cực ại càng xa mặt phẳng nằm ngang
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng 46
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN Nội dung • 5.1 Giới thiệu chung
• 5.2 Anten chấn tử ối xứng • 5.3 Anten chấn tử ơn
• 5.4 Anten nhiều chấn tử
• 5.5 Câu hỏi và bài tập
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng 47
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.4 – Anten nhiều chấn tử
• Dàn chấn tử ồng pha • Cấu tạo:
• Các chấn tử ối xứng toàn sóng: l = λ 2
• Sắp xếp trên một mặt phẳng theo hàng và cột
• Khoảng cách giữa các chấn tử là λ 2
• Tiếp iện (Feed): Tiếp iện ồng pha Kiểu ấu chéo K iể u s o n g
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng 48
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.4 – Anten nhiều chấn tử
• Dàn chấn tử ồng pha • Đặc iểm làm việc:
• Đồ thị tính hướng giống chấn tử ối xứng nhưng có tính hướng cao hơn.
• Hướng bức xạ cực ại ∆ = 0 và ∆ = π
• Để bức xạ ơn hướng, kết hợp với mặt phản xạ (Mặt kim loại hoặc lưới dây dẫn),
khoảng cách ến dàn chấn tử d = (0,2 ÷ 0,25 λ)
Hình 5.16: Đồ thị phư ng hư ng của dàn 4 chấn tử ồng pha ặt thẳng ứng
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng 49
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.4 – Anten nhiều chấn tử • Anten Yagi • Cấu tạo
• Một chấn tử chủ ộng: Anten chấn tử ối xứng nửa sóng (thẳng hoặc vòng dẹt), l =
λ/4, (Với trường hợp vòng dẹt Zv = 300 Ω)
• Các chấn tử thụ ộng óng vai trò phản xạ và dẫn xạ
• Đặt song song với nhau trên một mặt phẳng • Tiếp iện cho chấn tử chủ ộng:
• Sử dụng cáp ồng trục hoặc dây song hành
Hình 5.18: Anten Yagi và ồ thị phư ng hướng
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng 50
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.4 – Anten nhiều chấn tử • Anten Yagi
• Nguyên lý hoạt ộng : I 2 i ae I 1 2 2 R X 12 12 a 2 2 R X 22 22 (5.55) X 12 X 22 arctan ar ctan 12 R 22 R • d = 0,15 ÷ 0,25 λ
2l > λ/2: X22 < 0, tính cảm, I2 sớm pha hơn I1 => Chấn tử phản xạ • d = 0,1 ÷ 0,35 λ
2l < λ/2: X22 > 0, tính dung, I2 chậm pha hơn I1 => Chấn tử dẫn xạ
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng 51
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.4 – Anten nhiều chấn tử • Anten Yagi
• Đồ thị phương hướng
• Số chấn tử tăng => tính hướng tăng, ồ thị phương hướng hẹp dần • Hệ số hướng tính từ 5 – 15 dB 6 chấn tử
Hình 5.19: Đồ thị phư ng hướng của anten Yagi
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng 52
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.4 – Anten nhiều chấn tử • Anten Logarit – Chu kì • Cấu tạo:
• Nhiều chấn tử có ộ dài khác nhau ặt ở các khoảng cách khác nhau.
• Đặt song song trong một mặt phẳng
• Kích thước và khoảng cách của các chấn tử thay ổi theo một tỉ lệ nhất ịnh gọi là chu kì của anten d 1 d2dn1
l1l2 ... ln 1 (5.56) d2 d3 ... dn l2 l3 l n
• Tiếp iện cho các chấn tử:
• Tiếp iện ồng pha, so le
Hình 5.19: Anten Logarit - Chu kì
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng 53
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.4 – Anten nhiều chấn tử • Anten Logarit – Chu kì
• Hệ số tỉ lệ: τ -- 𝜏max = 0,95 • Hệ số góc mở: α -- 𝛼min = 10o • Hệ số không gian: σ d n 1 dn tan 1 2l 14 n 1 Hướng bức xạ
Hình 5.19: Anten Logarit - Chu kì
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng 54
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.4 – Anten nhiều chấn tử • Anten Logarit – Chu kì • Nguyên lý hoạt ộng
• Tần số kích thích là f0 – Chấn tử l0 = λ/2 óng vai trò chấn tử chủ ộng – cộng
hưởng (Trở kháng vào thuần trở 73,1 Ω)
• Các chấn tử khác có giá trị thành phần iện kháng phụ thuộc vào ộ dài so với chấn tử chủ ộng
• Do qui luật chu kì về chiều dài và khoảng cách + tiếp iện so le (dòng trong 2 chấn
tử gần nhau ngược pha 180o) Các chấn tử phía trước ( l < l0) thoả mãn iều kiện
của chấn tử dẫn xạ, các chấn tử phía sau (l < l0) Thoả mãn iều kiện của chấn tử phản xạ
• Miền bức xạ chủ yếu tạo bởi chấn tử
chủ ộng và một vài chấn tử lân cận Hướng bức xạ
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng 55
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.4 – Anten nhiều chấn tử • Anten Logarit – Chu kì
• Công thức xác ịnh tần số làm việc: f n 1 n f1 (5.57)
• Độ dài của chấn tử cộng hưởng tương ứng l 1 (5.58) ln n 1
• Biểu thức logarit chu kì ln f n (n 1)ln ln f1 (5.59)
Biến ổi theo chu kì logarit của τ
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng 56
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.4 – Anten nhiều chấn tử
• Anten Logarit – Chu kì • Hệ số tính hướng:
Hình 5.23: Bảng hệ số tính hướng theo α và τ
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng 57
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.4 – Anten nhiều chấn tử
• Anten Logarit – Chu kì • Hệ số tính hướng:
Hình 5.24: Bảng hệ số không gian tối ưu theo hệ số hướng tính
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng 58
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.4 – Anten nhiều chấn tử • Anten Logarit – Chu kì
• Băng thông thiết kế: BW B 1.1 7.7 1 2 cot
fmax (5.60) B f min
• Chiều dài hệ thống: L 1 1 cot 4 BW (5.61) max 2lmax c fmin • Số anten phần tử
N 1 ln BW (5.62) ln 1
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng 59
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN
5.4 – Anten nhiều chấn tử • Anten Logarit – Chu kì • Hệ số tính hướng: • Từ 6 – 8 dB • Băng thông rộng
Hình 5.22: Đồ thị phư ng hướng của anten Logarit - Chu kì
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng 60
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1 www.ptit.edu.vn TRUYỀN SÓNG & ANTEN 5.5 Câu hỏi và bài tập
14. Một chấn tử ối xứng có chiều dài toàn bộ 50 cm, công tác ở tần số 300 MHz. Xác ịnh
chiều dài hiệu dụng của nó?
(a) 32 cm; (b) 35 cm; (c) 40 cm; (d) 45 cm;
15. Số liệu như bài 14, xác ịnh iện trở bức xạ của chấn tử?
(a) 70,1 Ω; (b) 73,1 Ω; (c) 80,1 Ω; (d) 83,1 Ω;
16. Số liệu như bài 14, xác ịnh trở kháng vào của chấn tử?
(a) 65,1 Ω; (b) 70,1 Ω; (c) 73,1 Ω; (d) 80,1 Ω; 17.
Điện trở bức xạ của chấn tử vòng dẹt có giá trị bằng bao nhiêu? 18.
Anten logarit- chu kì 5 chấn tử. Chấn tử ở giữa có chiều dài tổng cộng 30 cm. Hằng số chu kì τ = 0,9.
Tính ộ dài của từng chấn tử và các tần số làm việc tương ứng.
Giảng viên: Nguyễn Việt Hưng 61
Bộ môn: Vô Tuyến – Khoa Viễn Thông 1

Tài liệu liên quan: