Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm môn Truyền sóng và anten | Học viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG CƠ SỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VIỄN THÔNG 2 BỘ MÔN VÔ TUYẾN
TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM
Môn học: Truyền sóng Và Anten Mã môn học: TEL1421 Phòng thí nghiệm: 2D12 GV: Lê Chu Khẩn,
Họ & tên: Trần Minh Anh KVT2 MSSV: N22DCVT006 Lớp: D22CQVT01-N Nhóm: 1
Ngày & giờ thí nghiệm: ...................................................................................................... Số Bàn/Máy tính: Đánh giá
Giảng viên nhận xét và ký tên MỤC LỤC
Bài thí nghiệm 1: Dùng APP trong Matlab để phân tích và thiết kế đường truyền RF
1. Mục tiêu thí nghiệm; 2. Yêu cầu; 3. Danh mục thiết bị; 4. Nội dung thí nghiệm; 5. Báo cáo nội dung thực hành
Bài Thí nghiệm 2: Dùng APP trong Matlab để phân tích và thiết kế Anten Helix
1. Mục tiêu thí nghiệm; 2. Yêu cầu; 3. Danh mục thiết bị; 4. Nội dung thí nghiệm; 5. Báo cáo nội dung thực hành
Bài Thí nghiệm 3: Mô phỏng và phân tích anten Array
1. Mục tiêu thí nghiệm; 2. Yêu cầu; 3. Danh mục thiết bị; 4. Nội dung thí nghiệm; 5. Báo cáo nội dung thực hành
Bài thí nghiệm 1: Dùng APP trong Matlab để phân tích và thiết kế đường truyền RF 1. Mục tiêu thí nghiệm:
• Sinh viên nắm được cách sử dụng các App mô phỏng anten trong Matlab.
• Sinh viên nắm được các thông số đường truyền sóng trong KGTD để mô phỏng trong
Matlab. Sinh viên hiểu được các thông số cơ bản của đường truyền RF 2. Yêu cầu:
• Sinh viên xem lại lý thuyết đường dây truyền sóng và truyền sóng trong KGTD. Độ dự trữ công
suất đường truyền, mối quan hệ giữa công suất phát và thu.
• Sinh viên biết cách sử dụng Matlab.
• Sinh viên phải cài Matlab R19 hoặc Matlab R22. Link hướng dẫn:
https://phanmem123.com/downloadmatlab-2022/
• Các kiến thức lý thuyết sinh viên cần chuẩn bị và trả lời như sau: Viết công thức tính và giải
thích các thông số quá trình truyền sóng trong KGTD; tính suy hao đa đường trong truyền sóng: *FSL (dB)
* Mối quan hệ giữa công suất phát và thu trong truyền sóng KGTD: Pr và Pt
FSL(dB) = 32.45 + 20log(d) + 20log(f) Trong đó: FSL(dB) là đường truyền tự do tính bằng đơn
vị decibel (dB) d là khoảng cách giữa nguồn phát và nguồn thu tính bằng mét(m) f là tần số sóng
tính bằng Hz. 32.45 là hằng số liên quan đến hệ thống đơn vị sử dụng 20log(d) thể hiện sự suy
giảm tín hiệu tỉ lệ thuận với bình phương khoảng cách, khi khoảng cách gấp đôi suy hao tăng
thêm 6dB. 20log(f) thể hiện sự suy giảm tín hiệu tỉ lệ thuận với tần số, tần số càng cao suy hao
càng lớn. Mối quan hệ giữa công suất phát và công suất thu trong truyền sóng KGTD:
Chú ý: SV cần đọc và hiểu kỹ các tài liệu liên quan trước ở nhà, tiến hành thí nghiệm đúng tuần tự,
chính xác và ghi nhận các kết quả, giải thích và nhận xét cần thiết. Trả lời tất các câu hỏi trong tài liệu. 3. Danh mục thiết bị STT
Thiết bị thực hành Số lượng Yêu cầu Có sẵn chương trình 01 Máy tính 1 Matlab R22. 4. Nội dung thí nghiệm
4.1 Mở Matlab -> APPS (H1.1)
4.2 Vào thanh tìm kiếm: RF budget analyzer
4.3 Dựa vào lý thuyết tự thiết kế tuyến truyền dẫn và tính độ dự trữ công suất đường truyền (H1.2) Hình 1.1: Giao diện APPS
Hình 1.2: Giao diện RF budget analyzer
4.4 Tùy chọn các thông số trên đường dây (có giải thích). Tính và kiểm tra lại độ dự trữ công
suất theo matlab và theo lý thuyết
Bài thí nghiệm 2: Dùng APP trong Matlab để phân tích và thiết kế Anten Helix 1. Mục tiêu thí nghiệm:
• Sinh viên nắm được cách sử dụng các App mô phỏng anten trong Matlab.
• Sinh viên nắm được các thông số anten để mô phỏng trong Matlab.
• Sinh viên hiểu được các thông số cơ bản của anten 2. Yêu cầu:
• Sinh viên xem lại lý thuyết truyền sóng và anten: Các thông số của anten trước khi thực hành.
• Sinh viên biết cách sử dụng Matlab.
• Sinh viên phải cài Matlab R19 hoặc Matlab R22. Link hướng dẫn:
https://phanmem123.com/downloadmatlab-2022/
• Các kiến thức lý thuyết sinh viên cần chuẩn bị và trả lời như sau: Viết công thức tính và giải
thích các thông số của anten:
*Mật độ công suất bức xạ: Wrad
*Công suất bức xạ: Prad
*Cường độ bức xạ:Urad
*Hệ số định hướng: D *Độ lợi anten: G *Băng thông anten: B
MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PHÁT TÍN HIỆU
MÔ PHỎNG HỆ THỐNG THU TÍN HIỆU
Chú ý: SV cần đọc và hiểu kỹ các tài liệu liên quan trước ở nhà, tiến hành thí nghiệm đúng tuần tự, chính xác và ghi
nhận các kết quả, giải thích và nhận xét cần thiết. Trả lời tất các câu hỏi trong tài liệu. 3. Danh mục thiết bị STT
Thiết bị thực hành Số lượng Yêu cầu Có sẵn chương trình 01 Máy tính 1 Matlab R22. 4. Nội dung thí nghiệm 4.5
Mở Matlab, trong command prompt nhập dòng lệnh: ; sau đó nhấn New (‘+’)
Hình 1.1: Giao diện anten toolbox 4.6
Trong ANTENNA GALLERY, chọn HELIX FAMILY, chọn helix antenna. Đặt tần số làm việc của anten 1.8 GHz > Accept. 4.7
Trong Antenna Properties tab, chọn và thay đổi các thông số: • Radius = 0.0280 • Width =
0.0012 • Turns = 4 • Spacing = 0.0350 • GroundPlaneRadius = 0.0750 > Apply để thấy cấu trúc helix antenna. 4.8
Vẽ trở kháng Impedance và thông số S-Parameters của anten
Mở Load-helix section thay đổi trở kháng Impedance of the antenna to 72 ohms. > Apply. Trong
toolstrip, dưới VECTOR FREQUENCY ANALYSIS tab, thay đổi Frequency Range to 1.7e9:1e6:2.2e9 Hz. 4.9
Click Impedance để vẽ trở kháng impedance của helix antenna. Click S Parameter để vẽ
giá trị S11 của helix antenna. Click Tile để xem các đồ thị với nhau.
Hình 1.2: Cấu trúc anten Helix
4.10 Vẽ Current Distribution, 3-D, Azimuth, và Elevation Patterns
Trong section của toolstrip, click để xem phân
bố dòng điện của anten helix tại tần số 1.8 GHz. Click <3D Pattern>, , và Pattern> để xem bức xạ, tọa độ azimuth, và elevation của anten helix, Click để xem
toàn bộ các đồ thị chung với nhau.
Hình 1.3: Đồ thị bức xạ 3D và 2D của anten Helix
5. Báo cáo nội dung thực hành:
5.1 Xuất ra cấu trúc anten trong phần 4.3; Giải thích các thông số sau của anten: Radius = 0.0280 • Width = 0.0012
• Turns = 4 • Spacing = 0.0350 • GroundPlaneRadius = 0.0750.
5.2 Xuất ra đồ thị trở kháng và giải thích các thông số trong phần 4.4. Thay đổi trở kháng anten lần lượt
50 ohms và 120 ohms. Vẽ lại đồ thị trở kháng và so sánh các giá trị trở kháng khi thay đổi tần số làm
việc của anten tại các tần số: (1.7e9:1e6:2.2e9 ).
5.3 Xuất ra các đồ thị trong phần 4.6 và giải thích các thông số sau:;<3D Pattern>; Pattern> và trong anten helix.
5.4 Thay đổi hoàn toàn các thông số trong 4.3, tùy ý theo sinh viên; thực hiện lại các bước trên.
Bài thí nghiệm 3: Mô phỏng và phân tích anten Array 1. Mục tiêu thí nghiệm
• Sinh viên nắm được cách sử dụng các Hàm mô phỏng/ cách sử dụng tool box anten trong Matlab
để viết chương trình mô phỏng anten theo ý muốn trong Matlab.
• Sinh viên nắm được các thông số anten để giải thích các mô phỏng trong Matlab. Hiểu được cấu trúc anten 2. Yêu cầu
• Sinh viên xem lại lý thuyết truyền sóng và anten: Các thông số của an ten trước khi thực hành
Sinh viên biết cách sử dụng Matlab
• Sinh viên phải cài Matlab R19. Link hướng dẫn: https://phanmem123.com/download- matlab-2022/
• Các kiến thức lý thuyết sinh viên cần chuẩn bị và trả lời như sau: Viết công thức tính và giải
thích các thông số của anten:
*Mật độ công suất bức xạ: Wrad
*Công suất bức xạ: Prad
*Cường độ bức xạ:Urad
*Hệ số định hướng: D *Độ lợi anten: G *Băng thông anten: B
Chú ý: SV cần đọc và hiểu kỹ các tài liệu liên quan trước ở nhà, tiến hành thí nghiệm đúng tuần tự,
chính xác và ghi nhận các kết quả, giải thích và nhận xét cần thiết. Trả lời tất các câu hỏi trong tài liệu. 3. Danh mục thiết bị STT
Thiết bị thực hành Số lượng Yêu cầu Có sẵn chương trình 01 Máy tính 1 Matlab R22 4. Nội dung thí nghiệm
4.1 Tạo anten array từ các phần tử anten cơ
bản: Mở command prompt, nhập ra = rectangularArray 4.2 Phát họa anten array: layout(ra)
Hình 2.1: Cấu trúc sơ lược mặt cắt anten array.
4.3 Vẽ cấu trúc hình học của anten array show(ra)
Hình 2.2: Cấu trúc 3D anten array.
4.4 Vẽ đồ thị bức xạ của anten array pattern(ra,70e6) Hình 2.3: Bức xạ
sóng anten array 4.5 Vẽ đồ thị Azimuth và Elevation của anten
array patternAzimuth(ra,70e6) figure patternElevation(ra,70e6)
Hình 2.4: Mặt cắt ngang anten aray
Hình 2.5: Mặt cắt dọc anten array.
4.6 Tính giá trị hướng tính Directivity của Array
[Directivity] = pattern(ra,70e6,0,90)
4.7 Tính cường độ trường E, H của anten Array
[E,H] = EHfields(ra,70e6,[0;0;1])
4.8 Vẽ hướng phân cực của anten Array
pattern(ra,70e6,'Polarization','LHCP')
Hình 2.6: Phân cực LHCP của anten array
4.9 Tính độ rộng búp sóng của anten Array
[bw,angles] = beamwidth(ra,70e6,0,1:1:360) 4.10
Tính trở kháng của anten Array impedance(ra,60e6:1e6:70e6)
Hình 2.7: Trở kháng anten array một phần tử.
Hình 2.8: Trở kháng anten array bốn phần tử.
4.10 Tính hệ số phản xạ của anten
S = sparameters(ra,60e6:1e6:70e6,72) rfplot(S)
Hình 2.9: Hệ số phản xạ của anten array
1 phần tử. 4.11 Tính hệ số tổn hao dội về của anten
returnLoss(ra,60e6:1e6:70e6,72)
Hình 2.10: Hệ số tổn hao dội về của anten array 1 phần tử.
Hình 2.11: Hệ số tổn hao dội về của anten array 4 phần tử.
4.12 Phân phối dòng của anten charge(ra ,70e6) figure current(r a,70e6)
Hình 2.12: Phân phối dòng của anten array
4.13 Tính hệ số tương quan của anten.
correlation(ra,60e6:1e6:70e6,1,2)
Hình 2.13: Hệ số tương quan anten array 4.14
Thay đổi kích thước và biểu diễn anten ra.Size = [4 4]; show(ra)
Hình 2.14: Cấu trúc anten array 12 phần tử. 4.15
Thay đổi khoảng cách không gian giữa các
phần tử anten ra.RowSpacing = [ 1.1 2 1.2]; ra.ColumnSpacing =[0.5 1.4 2] show(ra)
Hình 2.15: Thay đổi khoảng cách giữa các phần tử anten
5. Báo cáo nội dung thực hành:
5.1 Giải thích các thông số của anten trên, khi xuất ra các kết quả từ 4.1 đến 4.15.
5.2 Sinh viên tự tham khảo cho các loại anten thông dụng trong toolbox: Dipole; parabol theo
trình tự các bước trên.