zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Luận Văn - Báo Cáo

» Điện-Điện tử-Viễn thông

luận văn: Thiết kế và thi công anten yagi

Chia sẻ: Nguyễn Thị Bích Ngọc | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:114

Báo xấu

259
lượt xem 79
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Cùng với sự phát triển của xã hội, nhu cầu trao đổi thông tin, giải trí của con người ngày càng cao và thật sự cần thiết. Bằng cách sử dụng các hệ thống phát, thu vô tuyến đã phần nào đáp ứng được nhu cầu cập nhật thông tin của con người ở các khoảng cách xa một cách nhanh chóng và chính xác.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: luận văn: Thiết kế và thi công anten yagi

LU N VĂN T T NGHI P TÀI: “Thi t k và thi công anten yagi.”
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi MỤC LỤC Nội dung Trang Mở Đầu....................................................................................................................4 Tóm Tắt nội dung.....................................................................................................5 Phần I : Lý Thuyết Anten .............................................................6 Chương 1: Giới Thiệu Sơ Lược Về Anten .................................................... 6 1.1 Sơ lược lịch sử phát triển của Anten ..............................................................6 1.2 Giới thiệu hệ thống thu phát ..........................................................................7 1.3 Vị trí của Anten trong kỹ thuật vô tuyến điện ................................................8 1.4 Những yêu cầu cơ bản của Anten ................................................................10 Chương 2: Lý Thuyết Cơ Bản Về Anten .................................................... 12 2.1. Quá trình bức xạ sóng điện từ ......................................................................12 2.2. Vận tốc truyền lan sóng điện từ ...................................................................14 2.3. Dải tần và dải tần công tác của anten ...........................................................19 2.4. Hệ phương trình Maxwell............................................................................20 2.5. Hệ số tác dụng định hướng D và Hệ số tăng ích G.......................................25 Chương 3: Lý Thuyết Gần Đúng Về Chấn Tử Đối Xứng ......................... 29 3.1. Phân bố dòng trên chấn tử đối xứng.............................................................29 3.2. Trở kháng sóng của chấn tử đối xứng ..........................................................34 3.3. Trở kháng vào của chấn tử đối xứng............................................................34 3.4. Độ rút ngắn của chấn tử nửa sóng. ...............................................................36 3.5. Hệ số tác dụng định hướng của chấn tử đối xứng ............................................37 SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 1 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi Chương 4: Lý Thuyết Anten Thu................................................................ 39 4.1. Chấn tử đối xứng làm việc ở chế độ thu.......................................................39 4.2. Áp dụng nguyên lý tương hỗ để nghiên cứu tính chất chung của anten thu ..42 4.3. Công suất thu được trên tải anten thu...........................................................46 4.4. Diện tích hiệu dụng của anten thu .....................................................................48 Phần II: Thiết Kế Và Thi Công Anten Yagi ...............................50 Chương 5: Anten Yagi ................................................................................. 50 5.1. Cấu trúc của anten Yagi...............................................................................50 5.2. Phương pháp tính các đặc trưng tham số của anten .........................................58 5.3. Vấn đề tiếp điện và phối hợp trở kháng ............................................................61 Chương 6: Mô Phỏng................................................................................... 69 6.1. Trường hợp d = 0,25λ; f = 650 Mhz; thay đổi N ..........................................69 6.2. Trường hợp N = 6, f = 650 Mhz; thay đổi d.................................................72 6.3. Trường hợp N = 6; dpx = ddx = 0,25λ, thay đổi tần số....................................76 6.4. Trường hợp f = 650 Mhz; thay đổi N và d ...................................................79 6.5. Trường hợp dpx = ddx = 0,115 m thay đổi N và f...........................................81 6.6. Trường hợp N = 6, thay đổi f và d ...............................................................83 Chương 7: Thiết Kế Và Thi Công Anten Yagi Thu Các Kênh Truyền Hình BTV1, BTV2 ...................................................................................... 86 7.1. Vài nét về dài truyền hình Bình Dương .......................................................86 7.2. Chọn mô hình và các thông số cấu tạo của anten .........................................87 7.3. Tính đặc trưng hướng ..................................................................................89 7.4. Tính trở vào của anten .................................................................................93 SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 2 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi 7.5. Tính hệ số tác dụng định hướng...................................................................94 7.6. Tiếp điện cho anten .....................................................................................95 7.7. Thi công ......................................................................................................95 Kết luận và hướng phát triển ..................................................................................96 Tài liệu tham khảo..................................................................................................98 Phụ Lục 1: Các toán tử trường điện từ anten..........................................................99 Phụ Lục 2: Bảng trở kháng của hai chấn tử nửa sóng ...........................................101 Phụ Lục 3: Chương trình mô phỏng .....................................................................104 SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 3 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi MỞ ĐẦU Cùng với sự phát triển của xã hội, nhu cầu trao đổi thông tin, giải trí của con người ngày càng cao và thật sự cần thiết. Bằng cách sử dụng các hệ thống phát, thu vô tuyến đã phần nào đáp ứng được nhu cầu cập nhật thông tin của con người ở các khoảng cách xa một cách nhanh chóng và chính xác. Bất cứ một hệ thống vô tuyến nào cũng phải sử dụng anten để phát hoặc thu tín hiệu. Trong cuộc sống hằng ngày chúng ta dễ dàng bắt gặp rất nhiều các hệ thống anten như: hệ thống anten dùng cho truyền hình mặt đất, vệ tinh, các BTS dùng cho các mạng điện thoại di dộng. Hay những vật dụng cầm tay như bộ đàm, điện thoại di động, radio … cũng đều sử dụng anten. Qua việc nghiên cứu về lý thuyết và kỹ thuật anten sẽ giúp ta nắm được các cơ sở lý thuyết anten, nguyên lý làm việc và cơ sở tính toán, phương pháp đo các tham số cơ bản của các loại anten thường dùng. Đó là lý do người thực hiện chọn đề tài “ Thiết kế và thi công anten Yagi”. Mục đích của đề tài là tìm hiểu về lý thuyết anten, phương pháp tính và thiết kế anten Yagi thu được các kênh BTV1, BTV2 của đài truyền hình Bình Dương. Như thế, giới hạn của đề tài chỉ trong phạm vi hẹp là nghiên cứu anten Yagi và các phần lý thuyết có liên quan. Tuy nhiên đây là cơ sở rất quan trọng để có thể tiếp tục nghiên cứu và phát triển kỹ thuật anten. SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 4 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi TÓM TẮT NỘI DUNG Tập luận văn này được chia làm hai phần chính:  Phần I: Lý thuyết anten Trong phần này, sẽ khái quát về sự ra đời, vị trí, vai trò và những yêu cầu cơ bản của anten trong kỹ thuật vô tuyến điện và lý thuyết cần thiết để nghiên cứu và thiết kế anten cụ thể như:  Lý thuyết về truyền sóng  Lý thuyết cơ bản về anten  Lý thuyết gần đúng về chấn tử đối xứng  Lý thuyết về anten thu  Phần II: Thiết kế và thi công anten Yagi Phần này sẽ trình bày về lý thuyết anten Yagi Sử dụng Matlab để mô phỏng đồ thị bức xạ của anten khi thay đổi các thông số kỹ thuật của anten. Trình bày quá trình thiết kế anten Yagi thu các kênh BTV1, BTV2 của đài truyền hình Bình Dương theo yêu cầu của đề tài. SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 5 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi Phần I: LÝ THUYẾT ANTEN ---------------- Chương 1: GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ ANTEN 1.1. Sơ lược lịch sử phát triển của Anten Anten là những hệ thống cho phép truyền và nhận năng lượng điện từ. Anten có thể được xem như là các thiết bị dùng để truyền năng lượng trường điện từ giữa máy phát và máy thu mà không cần bất kỳ phương tiện truyền dẫn tập trung nào như: cáp đồng, ống dẫn sóng hoặc sợi quang. Trong nhiều ứng dụng, các anten có thể cạnh tranh với các phương tiện truyền dẫn khác để phát và chuyển tải năng lượng trường điện từ. Thông thường suy hao trường điện từ trong các vật liệu sẽ tăng nhanh theo tần số. Điều này được hiểu ngầm rằng, khi tần số tăng thì việc dùng các phần dẫn sóng bằng vật liệu sẽ kém thuyết phục và kém hiệu quả trong việc chuyển tải năng lượng trường điện từ. (Điều này cũng có nghĩa là hiệu suất của anten cũng tăng theo tần số). Do đó thực tế Anten được ưa chuộng hơn trong việc chuyển tải các trường điện từ ở tần số cao. SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 6 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi Sóng điện từ, nền tảng của lý thuyết anten, được xây dựng trên cơ sở những phương trình cơ bản của điện học và từ học. Maxwell đã hệ thống một cách khái quát toàn bộ lý thuyết trên thành một hệ phương trình rất nổi tiếng và rất quan trọng: hệ phương trình Maxwell. Một vài mốc quan trọng trong lịch sử phát triển của Anten:  Năm 1886: nhà vật lý người Đức Hemrich Rudoff Hertz bằng lý luận và thực nghiệm đã chứng tỏ rằng nếu dùng một mạch dao động hở với lưỡng cực Hertz thì ở vùng xa lưỡng cực sẽ hình thành trường phát xạ.  Sau khi hoàn thành dụng cụ để chứng minh thí nghiệm của Hertz, năm 1897 Popob nhà phát minh vô tuyến điện người Nga đã dùng các dụng cụ này làm phương tiện truyền tín hiệu điện báo không dây dẫn và có khả năng truyền các tín hiệu ở khoảng cách 3 dặm.  Năm 1901 : Guglielmo Marconi đã có thể truyền tín hiệu trên khoảng cách lớn. Hệ thống này hoạt động ở tần số khoảng 60 Khz .  Năm 1916 : Trước năm 1916, hầu hết thông tin vô tuyến chủ yếu là điện báo. Trong năm 1916, lần đầu tiên sử dụng tín hiệu đã điều chế biên độ để truyền tín hiệu thoại qua sóng vô tuyến .  Năm 1930: Người ta tạo được nguồn phát klystron và magnetron có khả năng phát ra tín hiệu với tần số lên đến GHz (gọi là dao động cao tần).  Từ 1940 đến nay: Anten đã được ứng dụng rất rộng rãi trong hệ thống thông tin vô tuyến, vô tuyến truyền thanh, truyền hình, vô tuyến thiên văn, vô tuyến điều khiển từ xa, … 1.2. Giới thiệu hệ thống thu phát Ngày nay, cùng với sự phát triển của kỹ thuật vô tuyến, thông tin liên lạc dùng anten được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Sau đây là sơ đồ hệ thống thu phát đơn giản : SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 7 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi Hệ thống Hệ thống Hệ thống Hệ thống cung cấp bức xạ cảm ứng gia công tín hiêu bức xạ tín hiệu Máy phát Thiết bị Thiết bị Máy thu điều chế xử lý tin Hệ thống phát Hệ thống thu Hình 1.1: Sơ đồ hệ thống thông tin Ở hệ thống phát anten đóng vai trò như là thành phần bức xạ sóng điện từ, nó chuyển tín hiệu điện thành năng lượng điện từ lan truyền trong không gian. Khi đến anten thu thì năng lượng điện từ được biến đổi thành tín hiệu điện ở máy thu, ở đây tín hiệu được trả về dạng ban đầu của nó. 1.3. Vị trí của Anten trong kỹ thuật vô tuyến điện Việc truyền năng lượng điện từ trong không gian có thể thực hiện bằng hai con đường. Một trong hai con đường là dùng các hệ thống truyền dẫn như dây song hành, cáp đồng trục, ống dẫn sóng, v.v… “chuyên chở” sóng điện từ trực tiếp trên đường truyền dưới dạng dòng điện. Sóng điện từ lan truyền trong hệ thống này thuộc hệ thống điện từ ràng buộc (hữu tuyến). Cách truyền này tuy có độ chính xác cao nhưng chi phí lớn trong việc xây dựng hệ thống đường truyền. Hơn nữa với khoảng cách khá xa hay địa hình phức tạp không thể xây dựng được đường truyền hữu tuyến thì cách truyền này được thay thế bằng cách cho sóng điện từ bức xạ ra môi trường tự do. Sóng sẽ được truyền đi dưới dạng sóng điện từ tự do (vô tuyến) từ nơi phát đến nơi thu. Vậy cần phải có một thiết bị phát sóng điện từ ra không gian cũng như thu nhận sóng điện từ từ không gian, để đưa vào máy thu. Loại thiết bị này được gọi là anten. SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 8 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi Anten là bộ phận quan trọng không thể thiếu của bất kỳ hệ thống vô tuyến điện nào, vì đã là hệ thống vô tuyến có nghĩa là hệ thống đó có sử dụng sóng điện từ, thì không thể không dùng đến thiết bị bức xạ hoặc thu sóng điện từ. Ví dụ, một hệ thống liên lạc vô tuyến đơn giản bao gồm máy phát, máy thu, anten phát và anten thu. Thông thường giữa máy phát và anten phát cũng như giữa máy thu và anten thu không nối trực tiếp với nhau mà được ghép với nhau qua đường truyền năng lượng điện từ gọi là fide. Trong hệ thống này, máy phát có nhiệm vụ tạo ra dao động điện cao tần. Dao động điện sẽ được truyền đi theo fide tới anten phát dưới dạng sóng điện từ ràng buộc. Anten phát có nhiệm vụ biến đổi thành sóng điện từ tự do bức xạ ra không gian. Cấu tạo của anten sẽ quyết định đặc tính biến đổi năng lượng điện từ nói trên. Anten thu có nhiệm vụ ngược với anten phát, nó tiếp thu sóng điện từ tự do từ không gian ngoài và biến đổi chúng thành sóng điện từ ràng buộc. Sóng này sẽ được truyền theo fide tới máy thu, còn một phần sẽ bức xạ trở lại vào không gian (bức xạ thứ cấp). Yêu cầu của thiết bị anten-fide là phải thực hiện việc truyền và biến đổi năng lượng với hiệu suất cao nhất và không gây ra méo dạng tín hiệu. Anten được ứng dụng trong các hệ thống thông tin vô tuyến, vô tuyến truyền thanh, truyền hình, vô tuyến thiên văn, vô tuyến điều khiến từ xa…. Anten được sử dụng với các mục đích khác nhau cũng có những yêu cầu khác nhau.Với các đài phát thanh và vô tuyến truyền hình thì anten cần bức xạ đồng đều trong mặt phẳng ngang, để cho các máy thu đặt ở các hướng bất kỳ đều có thể thu được tín hiệu của đài phát. Song anten lại cần bức xạ định hướng trong mặt phẳng đứng, với hướng cực đại song song với mặt đất để các đài thu trên mặt đất có thể nhận được tín hiệu lớn nhất và để giảm nhỏ năng lượng bức xạ theo các hướng không cần thiết. Trong thông tin mặt đất hoặc vũ trụ, thông tin chuyển tiếp, rada, vô tuyến điều khiển…thì yêu cầu anten bức xạ với hướng tính cao, nghĩa là sóng bức xạ chỉ tập trung vào một góc rất hẹp trong không gian. SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 9 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi Như vậy nhiệm vụ của anten không chỉ đơn giản là biến đổi năng lượng điện từ cao tần thành sóng điện từ tự do, mà phải bức xạ sóng ấy theo những hướng nhất định, với các yêu cầu kỹ thuật cho trước. Ngày nay, sự phát triển của kỹ thuật trong các lĩnh vực thông tin, rada, điều khiển … cũng đòi hỏi anten không chỉ đơn thuần làm nhiệm vụ bức xạ hay thu sóng điện từ mà còn tham gia vào quá trình gia công tín hiệu. Trong trường hợp tổng quát, anten cần được hiểu là một tổ hợp bao gồm nhiều hệ thống, trong đó chủ yếu nhất là hệ thống bức xạ, hoặc cảm thụ sóng bao gồm các phần tử anten, hệ thống cung cấp tín hiệu bảo đảm việc phân phối năng lượng cho các phần tử bức xạvới các yêu cầu khác nhau, hoặc hệ thống gia công tín hiệu. 1.4. Những yêu cầu cơ bản của Anten Những yêu cầu cơ bản đối với anten được xác định bởi nhiệm vụ của thiết bị vô tuyến điện, chẳng hạn yêu cầu về:  Tính định hướng Anten của các đài truyền thanh, truyền hình phải phát xạ đều theo mọi phía dọc mặt đất, còn trong radar thông tin cần phải phát xạ trong một hình quạt hẹp nhằm để tập trung năng lượng về phía đài đối. Anten cũng phải có tính chất thu định hướng, cùng với độ chọn lọc của máy thu, tính chọn lọc theo hướng của anten là phương tiện chống nhiễu có hiệu quả.  Phối hợp trở kháng Anten phải bảo đảm phát và thu năng lượng cực đại. Do đó mà có thể xem anten như một thiết bị phối hợp giữa fide và không gian tự do.  Dải tần Dao động điện từ biến điệu mang tin tức từ máy phát qua fide tới anten. Để thông tin không bị méo, anten phải có một dải tần nhất định. Để chống nhiễu thường dùng phương pháp chuyển tần số công tác hoặc để phù hợp với điều kiện chuyển sóng mà các đài liên lạc sóng ngắn phải làm việc ở các dải tần số khác SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 10 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi nhau vào ban ngày và ban đêm. Do đó anten phải làm việc ở các dải tần khác nhau mà không có sự thay đổi đáng kể về chất lượng.  Tính phân cực Tính phân cực cũng phải tùy yêu cầu cụ thể. Chẳng hạn anten phải đặt trên vật thể bay phát xạ trường phân cực tuyến tính ( hướng vectơ điện trường không thay đổi theo thời gian) thì để thu được trường này anten thu phải có phân cực tròn hay phân cực elip (đầu mút vectơ E trong một chu kỳ dao động vẽ nên đường tròn hay elip). Ngoài ra, để đảm bảo khả năng thông tin theo kiểu tán xạ từ các miền bất đồng nhất của tầng đối lưu có độ tin cậy cao thì đặc trưng hướng của anten phải thay đổi theo một chương trình nhất định. Để đánh giá được anten thực hiện nhiệm vụ và thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật đề ra như thế nào ta thường dùng các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản của anten sau đây:  Nhóm các đặc trưng: Đặc trưng hướng, đặc trưng pha, đặc trưng phân cực.  Nhóm các tham số: Hệ số tác dụng định hướng, hiệu suất, hệ số khuếch đại, chiều dài hiệu dụng, diện tích hiệu dụng, trở kháng vào… SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 11 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi Chương 2: LÝ THUYẾT CƠ BẢN VỀ ANTEN 2.1. Quá trình bức xạ sóng điện từ Về nguyên lý, bất kỳ hệ thống điện từ nào có khả năng tạo ra điện trường hoặc từ trường biến thiên đều có khả năng bức xạ sóng điện từ. Tuy nhiên trong thực tế sự bức xạ sóng điện từ chỉ xảy ra trong những điều kiện nhất định. Để ví dụ ta xét một mạch dao động có kích thước rất nhỏ so với bước sóng. Nếu đặt vào mạch một sức điện động biến đổi thì trong không gian của tụ điện sẽ phát sinh một điện trường biến thiên, còn trong không gian của cuộn cảm sẽ phát sinh một từ trường biến thiên. Những điện trường, từ trường này hầu như không bức xạ ra ngoài mà bị ràng buộc bởi các phần tử trong mạch. Dòng điện dịch chuyển qua tụ điện theo đường ngắn nhất trong không gian giữa hai má tụ điện nên năng lượng điện trường bị giới hạn trong khoảng không gian ấy. Còn năng lượng từ trường tập trung chủ yếu trong một thể tích nhỏ trong lòng cuộn cảm. Năng lượng của cả hệ thống sẽ được bảo toàn nếu không có tổn hao nhiệt trong các dây dẫn và điện môi của mạch. Nếu mở rộng kích thước của tụ điện (hình 2.1b) thì dòng điện dịch sẽ không chỉ dịch chuyển trong khoảng không gian giữa hai má tụ điện mà một bộ phận sẽ lan tỏa ra môi trường ngoài và có thể truyền tới những điểm nằm cách xa nguồn (nguồn điện trường là các điện tích biến đổi trên hai má tụ điện). SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 12 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi b) Hình 2.1: Ví dụ về mạch dao động thông số tập trung Nếu mở rộng hơn nữa kích thước của tụ điện (hình 2.1 c,d) thì dòng điện dịch sẽ lan tỏa ra càng nhiều và tạo ra điện trường biến thiên với biên độ lớn hơn trong khoảng không gian bên ngoài. Khi đạt tới một khoảng cách khá xa nguồn, chúng sẽ thoát khỏi sự ràng buộc với nguồn, nghĩa là không còn liên hệ với các điện tích trên hai má tụ điện nữa. Thật vậy, nếu ta quan sát các đường sức điện trường ở gần tụ điện thì thấy chúng không tự khép kín mà có điểm bắt nguồn là các điện tích trên hai má tụ điện. Do đó giá trị của điện trường ở những điểm nằm trên đường sức ấy sẽ biến thiên đồng thời với sự biến thiên của điện tích trên hai má tụ điện. Nhưng nếu xét một điểm M cách xa nguồn thì có thể thấy rằng tại một thời điểm nào đó, điện trường tại M có thể đạt một giá trị nhất định trong lúc điện tích trên hai má tụ điện biến đổi qua lại giá trị 0. Khi ấy các đường sức điện trường sẽ không còn ràng buộc với các điện tích nữa mà chúng phải tự khép kín trong không gian, nghĩa là đã hình thành một trường xoáy. Theo quy luật của điện trường biến thiên thì điện trường xoáy sẽ tạo ra một từ trường biến đổi, từ trường này sẽ tiếp tục tạo ra một điện trường xoáy, nghĩa là đã hình thành một quá trình sóng điện từ. Phần năng lượng thoát ra ngoài và truyền đi trong không gian tự do được gọi là năng lượng bức xạ hay năng lượng hữu công. Phần năng lượng điện từ ràng buộc với nguồn sẽ dao động ở gần nguồn, không tham gia vào việc tạo thành sóng điện từ, được gọi là năng lượng vô công. SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 13 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi Ta nhận thấy rằng, một hệ thống bức xạ điện từ có hiệu quả là một hệ thống mà trong đó điện trường hoặc từ trường biến thiên có khả năng thâm nhập được nhiều vào không gian bên ngoài. Để tăng cường khả năng bức xạ của các hệ thống, ta cần mở rộng hơn nữa không gian bao trùm của các đường sức điện trường. Dipole Hertz là một cấu trúc bức xạ có hiệu quả. Nó được hình thành từ các hệ thống điện từ nói trên với sự biến dạng hai tấm kim loại của tụ điện thành hai đoạn dây dẫn mảnh và hai quả cầu kim loại ở hai đầu. Dipole Hertz là một trong các nguồn bức xạ đơn giản nhất và là phần tử để cấu trúc thành các anten dây phức tạp. 2.2. Vận tốc truyền lan sóng điện từ Giả sử sóng điện từ truyền lan trong môi trường không tổn hao. Trong chế độ dao động điều hòa, giá trị tức thời của một trong các thành phần bất kỳ của vectơ E hoặc H trên trục của hệ toạ độ vuông góc sẽ có dạng:  k  Aei (t   z ) (2.1) trong đó:  - tần số góc;   2 f với f là tần số; β – hệ số pha. ở đây trục z được coi là hướng truyền sóng. Từ (2.1) ta thấy sự biến đổi pha của trường dọc theo hướng truyền sóng được xác định bởi đại lượng (  t   z ). Từ đây ta xác định được vận tốc pha của sóng: dz  f   (2.2) dt  Như đã biết vận tốc pha chỉ đặc trưng cho quan hệ pha của các dao động điều hòa tại các điểm khác nhau của không gian khi các dao động ấy đã được sinh ra và xác lập ở mọi nơi. Giả sử ở điểm z = 0 có tín hiệu biến đổi theo thời gian với quy luật f(t). SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 14 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi Khảo sát ở các điểm khác nhau trên trục z, khi t > 0, tín hiệu ấy có dạng như thế nào. Nói cách khác, ta sẽ xác định hàm f(t,z) nếu biết hàm f(t,0) và biết các đặc tính của môi trường mà sự truyền sóng xảy ra trong đó. áp dụng tích phân Fourier   1 1 f (t,0)   A()e d  Re  A()eit d it (2.3) 2   0 A( ) là mật độ phổ của hàm f(t). Theo (2.3), hàm f(t,0) là tổng của vô số các 1 dao động điều hòa với tần số  và biên độ A( )d .  Nhưng khi dao động truyền lan dọc theo trục z, mỗi thành phần 1 A( )ei t d tương ứng với một sóng.  1 A( )ei ( t   z ) d  Vì vậy hàm f(t,z) ở mỗi thời điểm bất kỳ của trục z có thể được biểu thị dưới dạng:  1 f (t , z)  Re  A( )ei(t   z) d ; z ≥ 0 (2.4)  0 Ta thấy rằng sự truyền tín hiệu theo một hướng cho trước có liên quan đến sự lan truyền của tất cả các thành phần điều hoà của nó. Vì hệ số pha   2  là hàm số của tần số, nghĩa là    ( ) , nên tích phân theo  trong (2.4) có thể chuyển thành tích phân theo β.  1 f (t , z )  Re  A(  )ei[ (  )t   z ] d  (2.5)  0 Giả sử phổ thực của tín hiệu được giới hạn bởi các tần số min  0   và max  0   , ngoài ra    0 ( 0 là tần số trung bình của phổ). Khi đó tích SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 15 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi phân trong (2.4) sẽ được lấy trong khoảng 0   ≤  ≤ 0   , còn tích phân trong (2.5) sẽ được lấy trong khoảng  0        0    , ở đây 0 0  là giá trị trung bình ứng với tần số trung bình 0 và vận tốc pha ở tần số o ấy,    0 . Do đó (2.5) có dạng:  0   1   A (  )e i ( t   z ) f (t , z )  Re d (2.6)   0  Coi  như hàm số của biến β, ta hãy khai triển chuỗi  ( ) thành chuỗi lũy thừa theo    0 . d (2.7)  (  )  0  (  0 )  ..... d 0 Sau đó thay (2.7) vào (2.6). Với khoảng cách phân tích nhỏ, có thể chỉ cần lấy hai số hàng đầu trong dãy khai triển (2.7). Khi ấy tích phân (2.6) sẽ trở thành:  0    d    1 i   0  d0 (    0 ) t [  0  (    0 )] z  f (t , z)  Re   A (  )e d       0  1    i(0t 0 z ) 0  d i  (    0 ) t (    0 ) z      A( )e d 0  Re e   d       0   d d ở đây là đạo hàm tại    0 . d0 d Tiếp theo ta đưa biến số tích phân mới      0 , sẽ nhận được: 1  i (0t 0 z)   d i  t  z    f (t, z)  Re e    A( )e  d 0  d      SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 16 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi Giả thiết A( ) là hàm liên tục, biến đổi chậm. Khi đó trong khoảng nhỏ [ ,  ] nó có thể được coi là hằng số, bằng A(  0 ) . Trong trường hợp này 1    i d t  z       e  d 0 i ( 0 t   0 z ) f (t, z)  Re  A( 0 )e  d          d   sin  t  z    2  d0   (2.8)  A(  0 )  cos(0 t   0 z   0 )  d tz d trong đó  0 là argumen của số phức A(  0 ) . Vì  nhỏ nên hàm số   d   sin  t  z    2  d0   (2.9) F (t, z)  A(  0 )   d tz d sẽ là hàm biến đổi chậm theo biến số t và z. Vì vậy có thể coi hàm số này là biên độ của sóng cos(0t   0 z   0 ) . Với z = const, hàm F(t,z) sẽ là đường bao của tín hiệu f(t,z) có phổ hẹp. Từ (2.9) khi tăng thời gian, đường bao sẽ dịch chuyển theo trục z và cực đại d tại điểm t  z = 0. d0 Vận tốc chuyển động theo trục z của cực đại này bằng: d nh  (2.10) d   0 nh là vận tốc nhóm. Nó xác định vận tốc truyền lan của nhóm sóng hợp thành tín hiệu. Bây giờ ta tìm quan hệ giữa vận tốc pha và vận tốc nhóm. SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 17 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi d d f d       d d d      2 Suy ra: d f nh   (2.11) d  d f 1  f d Nếu vận tốc pha không phụ thuộc tần số: d f  0 thì nh   f d Trong vật lý, sự phụ thuộc của vận tốc pha với tần số dao động được gọi là sự tán tần, còn môi trường mà trong đó có xảy ra hiện tượng này được gọi là môi trường tán tần. Hệ thống định hường mà chúng ta đang xét cũng có đặc tính trên  (2.12) f  2 f  1   th   f  Còn hệ số pha: 2 2  m  2 f    k  k      2 2 c 2   f 1   th   a    f  Áp dụng (2.10 ) hoặc (2.11) đối với vận tốc nhóm: 2 f  nh   1   th  (2.13)  f  và  f  nh   2 Như vậy, trong môi trường không có đặc tính tán tần thì tín hiệu có dạng bất kỳ sẽ truyền lan với vận tốc  và dạng của tín hiệu không bị biến đổi. SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 18 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi 2.3 Dải tần và dải tần công tác của anten 2.3.1 Dải thông tần Ngoài các đặc tính bức xạ của anten về năng lượng, khi khảo sát anten còn cần lưu ý đến một đặc tính quan trọng nữa là dải thông tần, nghĩa là dải tần số mà trong giới hạn ấy anten có thể đảm bảo được quá trình bức xạ hoặc thu phổ của tín hiệu không bị méo dạng. Thông thường trở kháng vào của mỗi anten là một hàm số của tần số. Do đó, nếu anten làm việc với tín hiệu có phổ rộng (tín hiệu xung, tín hiệu số, tín hiệu vô tuyến truyền hình, …) thì ứng với mỗi tần số khác nhau của phổ, biên độ tương đối của dòng điện đặt vào anten (trong trường hợp anten là một anten phát) hoặc sức điện động thu được (trong trường hợp anten là một anten thu) sẽ biến đổi, làm thay đổi dạng phổ của tín hiệu. Khi dùng fide tiếp điện cho anten, sự biến đổi trở kháng vào của anten theo tần số sẽ dẫn đến tình trạng lệch phối hợp trở kháng và xuất hiện sóng phản xạ trong fide. Khi một tín hiệu có phổ rộng truyền qua fide thì ứng với mỗi tần số khác nhau của phổ sẽ có sự trễ pha khác nhau và gây ra méo dạng tín hiệu. Vì vậy tốt nhất là phải bảo đảm được trong suốt dải tần số làm việc Rin  const và X in  0. Ngoài ra, vì đặc tính phương hướng của anten cũng phụ thuộc tần số, nên khi anten làm việc với tín hiệu có phổ rộng thì biên độ tương đối của cường độ trường bức xạ (hoặc thu được), đối với các tần số khác nhau của phổ cũng biến đổi và gây méo dạng tín hiệu. Thường thì ảnh hưởng của yếu tố này không lớn lắm và trong thực tế, độ rộng dải tần của anten được quyết định chủ yếu bởi đặc tính phụ thuộc của trở kháng vào anten với tần số. 2.3.2. Dải tần công tác Có nhiều trường hợp chúng ta đòi hỏi anten không chỉ làm việc được ở một tần số mà nó phải có thể làm việc ở mọi tần số khác nhau. Ứng với mỗi tần số khác nhau ấy anten phải đảm bảo những chỉ tiêu kỹ thuật nhất định về đặc tính phương hướng, trở kháng vào, dải thông tần, …. Dải tần mà trong giới hạn đó SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 19 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

TL.01: Bộ Tiểu Luận Triết Học

207 tài liệu

1455 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.