›
›

Truyền sóng và anten - Chương 5: Anten chấn tử

pdf 46 trang vanle 2570
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Truyền sóng và anten - Chương 5: Anten chấn tử", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdftruyen_song_va_anten_chuong_5_anten_chan_tu.pdf

Nội dung text: Truyền sóng và anten - Chương 5: Anten chấn tử

  1. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN CHƢƠNG 5 ANTEN CHẤN TỬ GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 128 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  2. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN NỘI DUNG . Nội dung chương 5: (5) • 5.1 Giới thiệu • 5.2 Anten chấn tử đối xứng • 5.3 Anten chấn tử đơn • 5.4 Anten nhiều chấn tử • 5.5 Câu hỏi và bài tập GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 129 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  3. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 5.1 Giới thiệu . Khái quát • Anten chấn tử còn được gọi là anten dipol, sử dụng chấn tử làm phần tử bức xạ trược tiếp sóng điện từ • Anten chấn tử có kết cấu đơn giản, đặc tính tương tự đường đây dẫn một đầu hở mạch • Các loại anten chấn tử điển hình + Anten chấn tử đối xứng + Anten chấn tử đơn + Anten nhiều chấn tử GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 130 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  4. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 5.2 Anten chấn tử đối xứng . Khái niệm • Là một cấu trúc gồm hai vật dẫn hình dạng tùy ý + Kích thước giống nhau, đặt thẳng hàng trong không gian + Ở giữa nối với nguồn điện cao tần • Sử dụng như anten hoàn chỉnh, hay cấu tạo nên anten phức tạp . Phân bố dòng điện • Tương quan chấn tử đối xứng và đường dây song hành l z a) b) Hình 5.1 Sự tương quan giữa chấn tử đối xứng và đường dây song hành GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 131 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  5. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 5.2 Anten chấn tử đối xứng . Phân bố dòng điện • Tương quan chấn tử đối xứng và đường dây song hành + Khác biệt: Chấn tử đối xứng có - Thông số phân bố L, C thay đổi dọc theo chấn tử - Năng lượng bức xạ ra không gian dưới dạng sóng điện từ + Với chấn tử mảnh (d > ): Coi là tương quan. Phân bố dòng điện trên chấn tử đối xứng có dạng sóng đứng Izb z I.sin k l z (5.1)  Ib là biên độ dòng điện ở điểm bụng . l: là độ dài một nhánh chấn tử + Phân bố điện tích kI. b .cos k . l z  , z 0 i. Qz (5.2) kI. b .cos k . l z  , z 0 i. GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 132 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  6. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 5.2 Anten chấn tử đối xứng . Phân bố dòng điện I Q I Q a) l = 0,25 b) l = 0,5 I Q c) l = 0,675 Hình 5.2 Phân bố dòng điện và điện tích trên chấn tử đối xứng GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 133 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  7. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 5.2 Anten chấn tử đối xứng . Bức xạ của chấn tử đối xứng trong không gian tự do • Bài toán + Chấn tử đối xứng chiều dài 2l đặt trong không gian tự do + Khảo sát trường tại M cách chấn tử r0 >> , lập với trục chấn tử góc  • Xác định cường độ trường + Chia chấn tử thành các phần tử rất nhỏ dz >> . Mỗi phần tử tương đương với một chấn tử điện r1 - Chiều dài dz dz M - Khoảng cách r l ro - Mật độ dòng không đổi Iz z  r2 Hình 5.3 Mô tả các thông số tính trường bức xạ của chấn tử đối xứng trong không gian tự do dz r GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 134 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  8. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 5.2 Anten chấn tử đối xứng . Bức xạ của chấn tử đối xứng trong không gian tự do • Xác định cường độ trường + Trường do phần tử dz nhánh 1 và 2 gây ra tại M (5.3) 60 I dz z ikr1 do r  dE1 isin e i r1 r10 r zcos 60 I dz z ikr2 r r zcos dE isin e i 20 2  r2 + Tổng hợp cường độ trường do hai phần tử dE dE12 dE; Izb I .sin k . l z  (5.4) 60 .I . dz b ikr0 ikzcos ikzc os dE i.sin .sin k l z  . e e e . i r0. 60 .I . dz b ikr0 dE isin .sin k l z  . e .2cos kz.cos i (5.5) r0. GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 135 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  9. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 5.2 Anten chấn tử đối xứng . Bức xạ của chấn tử đối xứng trong không gian tự do • Xác định cường độ trường + Điện trường do toàn bộ chấn tử gây ra tại M l E d E 0 60I cos klcos coskl b ikr0 E i e i r0 sin 60I b ikr0 E i , e f  (5.6) r0 60.I Ef b .,  (5.7) r0 GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 136 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  10. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 5.2 Anten chấn tử đối xứng . Tham số của chấn tử đối xứng Hàm tính hướng và đồ thị tính hướng • Hàm tính hướng biên độ cos klcos cos kl ff ,  (5.8) sin Trong mặt phẳng H vuông góc với trục chấn tử có  là hằng số, hàm tính hướng chỉ phụ thuộc vào “k.l”, (hay chiều dài tương đối l/) + Chấn tử ngắn: l < /4 2 2 k.l (5.9) cosx 1 x xf  sin 2 2 (5.10) F  sin - Tương tự chấn tử điện: Có hướng ở mặt phẳng E chứa trục chấn tử, vô hướng ở mặt phẳng H vuông góc với trục chấn tử, cực đại ở hướng vuông với trục GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 137 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  11. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 5.2 Anten chấn tử đối xứng . Tham số của chấn tử đối xứng Hàm tính hướng và đồ thị tính hướng • Hàm tính hướng biên độ + Chấn tử nửa sóng : l = /4 kl. 2 cos cos cos cos .cos 2 2 2 f  (5.11) sin sin + Chấn tử cả sóng: l = /2 kl. 2 2cos .cos cos  .cos 1 2 (5.12) f  sin sin - Đồ thị hẹp hơn GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 138 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  12. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 5.2 Anten chấn tử đối xứng . Tham số của chấn tử đối xứng Hàm tính hướng và đồ thị tính hướng • Hàm tính hướng biên độ + Chấn tử dài: l > /2 Trên mỗi nhánh xuất hiện dòng điện ngược pha, do đó - Tại hướng vuông góc, không có sai pha về đường đi nhưng dòng điện ngược pha nên cường độ trường tổng giảm (búp chính thu hẹp lại) - Tại hướng có sai pha về đường đi thì sai pha được bù trừ nhờ sai pha về dòng điện nên xuất hiện các búp phụ (búp phụ lớn dần). Khi l = , bốn búp phụ trở thành bốn búp chính. l Tính hướng của chấn tử đối xứng phụ thuộc vào chiều dài điện:  GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 139 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  13. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 5.2 Anten chấn tử đối xứng . Tham số của chấn tử đối xứng • Đồ thị tính hướng của chấn tử đối xứng trong mặt phẳng E 90o 90o 90o    180o 0o 180o 0o 180o 0o a) l 0,1 b) l 0,25 c) l 0,5 o o Hình 5.4 Đồ thị phương hướng 90 90 của chấn tử đối xứng trong mặt phẳng E   180o 0o 180o 0o d) l 0,75 e) l  GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 140 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  14. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 5.2 Anten chấn tử đối xứng . Tham số của chấn tử đối xứng Trở kháng sóng, trở kháng vào • Trở kháng sóng + Trở kháng sóng dây song hành D (5.13) Z f 276.lg r D: Khoảng cách tâm hai dây dẫn r: Bán kính dây dẫn + Chấn tử đối xứng thông số điện dung phân tán thay đổi - Với l  2l (5.14) Z A 120 ln 1  r - Với l >  (công thức Kesenich)  ZEA 120 ln  .r (5.15) E: Hằng số Ơle (= 0,577) GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 141 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  15. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 5.2 Anten chấn tử đối xứng . Tham số của chấn tử đối xứng Trở kháng sóng, trở kháng vào • Trở kháng vào + Với đường dây song hành hở mạch đầu cuối có trở kháng vào (5.16) XvA iZ Acotg k . l + Chấn tử đối xứng năng lượng bức xạ ra không gian nên có thành phần điện trở bức xạ đầu vào đóng vai trò thuần trở Rb RvA sin2 kl (5.17) + Trở kháng vào của chấn tử R b (5.18) ZvA R vA jX vA 2 iZ A.cotg kl sin lk (Với l < 0,75) GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 142 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  16. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 5.2 Anten chấn tử đối xứng . Tham số của chấn tử đối xứng • Trở kháng vào RVA() XVA() 800 400 l/r =60 700 300 l/r =40 600 200 500 100 400 0 l/r=60 300 - 100 l/r=40 200 - 200 l/r =20 l/r=20 100 - 300 0 - 400 -100 l 0 0,2 0,4 0,6 0,7 1,0 1,2  0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 l Hình 5.5. Sự phụ thuộc của ZvA vào  Nhận xét: - Chấn tử ngắn (l < /4): cotg là (+) nên ZVA là (-) Trở kháng vào mang tính dung - Chấn tử nửa sóng (l = /4): cotg = 0 nên ZVA = RVA = 73,1  Mạch cộng hưởng nối tiếp - Chấn tử có (/4 < l < /2): cotg là (-) nên ZVA là (+) Trở kháng vào mang tính cảm - Chấn tử toàn sóng (l = /2): cotg = 0, sin = 0, nên ZVA = Mạch cộng hưởng song song GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 143 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  17. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 5.2 Anten chấn tử đối xứng . Tham số của chấn tử đối xứng Công suất bức xạ, điện trở bức xạ, hệ số tính hướng • Công suất bức xạ + Công suất bức xạ qua diện tích ds z ds = r2sindd E 2 dP Stb ds E h H h ds ds (5.19) 2Z  r + Công suất bức xạ của chấn tử y d 2 ZI 2 2 cos klcos cos kl P b r2 sin d  d  22 8 r  00 sin x 2 cos klcos cos kl P 30 I2 . d Hình 5.6. Xác định công suất bức xạ  b 0 sin của chấn tử đối xứng (5.20) GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 144 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  18. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 5.2 Anten chấn tử đối xứng . Tham số của chấn tử đối xứng  • Điện trở bức xạ Rbxb( ) + Xác định tại điểm bụng 250 1 200 PIR 2. 2 bb 2 150 cos klcos cos kl Rd 60 .  b 100 0 sin (5.21) 50 l 0  0,25 0,5 0,75 1,0 Hình 5.7. Quan hệ giữa điện trở bức xạvà độ dài tương đối Nhận xét - Khi l/ nhỏ, giống dipol điện, tăng l làm cho dòng đồng pha tăng Tăng R - Khi l > /2, xuất hiện dòng điện ngược pha Giảm R - Điện trở bức xạ dao động cực đại ở độ dài là bội số chẵn lần /4, cực tiểu ở độ dài là bội số lẻ lần /4 GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 145 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  19. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 5.2 Anten chấn tử đối xứng . Tham số của chấn tử đối xứng • Hệ số tính hướng 2 Er , .2 . 2 D  , (5.22) Z.P Z 2 DD 1 cos kl max 2 .Rb Nhận xét: - Khi l/ 0,675: Bức xạ anten cực đại ở hướng  = /2, tăng l D tăng - Khi l/ > 0,675: Tăng l D giảm do cực đại chính giảm GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 146 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  20. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 5.2 Anten chấn tử đối xứng . Tham số của chấn tử đối xứng • Chiều dài hiệu dụng + KN: Là chiều dài tương đương của một chấn tử có dòng điện phân bố đồng đều và bằng dòng điện đầu vào của chấn tử thật với diện tích phân bố dòng điện tương đương.  kl. lhd . tg (5.23) 2 2l = /2 lhd Im Im Hình 5.8. Chiều dài thực và chiều dài hiệu dụng của chấn tử đối xứng Nhận xét: - Chấn tử ngắn, coi: tgx = x lhd = l (chiều dài một nhánh chấn tử thật) - Chấn tử nửa sóng: tg(kl/2) = 1 lhd = / GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 147 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  21. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 5.2 Anten chấn tử đối xứng . Ảnh hưởng của mặt đất lên bức xạ của chấn tử đối xứng • Phương pháp ảnh gương + Chấn tử trong môi trường thực, các vật dẫn ở gần ảnh hưởng tới sự bức xạ - Trường bức xạ của anten làm phát sinh dòng thứ cấp nguồn bức xạ thứ cấp - Cường độ trường tại hiểm thu là giao thoa giữa trường sơ cấp và thứ cấp + Coi ảnh hưởng của nguồn thứ cấp là do chấn tử ảnh Chấn tử thật h Mặt đất h Chấn tử ảnh Chấn tử thật và chấn tử ảnh GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 148 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  22. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 5.2 Anten chấn tử đối xứng . Ảnh hưởng của mặt đất lên bức xạ của chấn tử đối xứng • Phương pháp ảnh gương + Ảnh hưởng của mặt đất được xác định bằng phương pháp ảnh gương - Tác dụng của dòng thứ cấp xác định tương đương với một chấn tử ảo là ảnh của chấn tử thật qua mặt phân cách giữa hai môi trường chấn tử ảnh » Dòng điện trong chấn tử ảnh có biên độ bằng biên độ dòng điện trong chấn tử thật, pha tùy thuộc phương của chấn tử thật trên mặt đất: Song song ngược pha, vuông góc đồng pha » Bức xạ sẽ tương đương với hệ hai chấn tử có khoảng cách 2h đặt trong không gian tự do » Theo lý thuyết phản xạ sóng phẳng, quan hệ dòng: I = I .R.ei Ie a t Im Ie h h E ’ Et’ E ’ t E Et t Et Hình 5.9. Nguyên lý t ảnh gương h E E’ h E ’ I  E E0 E0’ a GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 149 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  23. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 5.2 Anten chấn tử đối xứng . Ảnh hưởng của mặt đất lên bức xạ của chấn tử đối xứng • Bức xạ của chấn tử đối xứng đặt nằm ngang - Coi là hai chấn tử đối xứng có dòng điện ngược pha r1 - Xác định cường độ trường tại M cách xa chấn tử M EEF1 0. 0 h r0 cos kl.sin cos kl F (5.24) 0 1-cos kl .cos i px 2 k . h .sin h r2 E21 E Rpx e i 2 k . h .sin E E E E.1 F R e px (5.25) 1 2 0 0 px E E. F 1 R2 2 R cos 2 k . h .sin (5.26) Hình 5.10. Chấn tử đối xứng đặt 00 px px px nằm ngang trên mặt đất E0: cường độ trường của chấn tử ở hướng bức xạ cực đại F0( ): hàm tính hướng chuẩn hóa của chấn tử trong mặt phẳng khảo sát E1: biên độ cường độ trường của chấn tử đối xứng trong không gian tự do : hướng khảo sát GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 150 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  24. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 5.2 Anten chấn tử đối xứng . Ảnh hưởng của mặt đất lên bức xạ của chấn tử đối xứng • Bức xạ của chấn tử đối xứng đặt nằm ngang + Chấn tử đặt nằm ngang nên ở mặt phẳng vuông góc với trục và đi qua tâm chấn tử có F0( ) = 1 + Với mặt đất dẫn điện lý tưởng có R = 1 và = EEEF 002 1 cos -2k.h.sin 2 . (5.27) F sin k . h .sin (5.28) F( ) thể hiện ảnh hưởng của mặt đất thông qua chấn tử ảnh 90o 90o o 180o = 0 180o = 0o h = 0,25  h = 0,5  Hình 5.11. Đồ thị tính hướng của chấn tử đối xứng đặt nằm ngang trên mặt đất (mp H) GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 151 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  25. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 5.2 Anten chấn tử đối xứng . Ảnh hưởng của mặt đất lên bức xạ của chấn tử đối xứng • Bức xạ của chấn tử đối xứng đặt thẳng đứng + Hai chấn tử có dòng điện đồng pha + Hàm tính hướng biên độ giống của chấn tử đối xứng ( và  là góc phụ nhau) ccos klsin oskl (5.29) F F cos kh sin F 00 1-coskl c os (5.30) EEF 2.0 90o 90o o 180o = 0o 180o = 0 l= 0,25 ; h = 0,75 l= 0,25 ; h =  Hình 5.12. Đồ thị tính hướng của chấn tử đối xứng đặt thẳng đứng trên mặt đất (mp H) GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 152 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  26. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 5.2 Anten chấn tử đối xứng . Hệ hai chấn tử đối xứng đặt gần nhau • Bức xạ của hệ hai chấn tử đặt gần nhau + Để tạo anten có tính hướng khác nhau phải sử dụng hệ chấn tử đối xứng đặt gần nhau + Quan hệ dòng trong hai chấn tử I2 i 2 a2 - là tỷ số biên độ dòng điện của chấn tử 2 và chấn tử 1 ae2 2 - góc sai pha của dòng điện trong chấn tử 2 so với dòng trong chấn tử 1 I1 (5.31) M M E H 2l z z d d a) Mặt phẳng E b) Mặt phẳng H Hình 5.13. Hệ hai chấn tử đối xứng đặt song song gần nhau GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 153 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  27. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 5.2 Anten chấn tử đối xứng . Hệ hai chấn tử đối xứng đặt gần nhau • Bức xạ của hệ hai chấn tử đặt gần nhau + Cường độ trường tại điểm khảo sát EEE M 12 ikr (5.32) ik e i 2 ikd cos E . . f12  . 1 a e e 4 r + Hàm tính hướng tổng hợp i 2 ikdcos (5.33) fk  1 a2 e e -i Hàm này phụ thuộc các giá trị khác nhau của d/ và a2.e 2 GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 154 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  28. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 5.2 Anten chấn tử đối xứng . Hệ hai chấn tử đối xứng đặt gần nhau • Bức xạ của hệ hai chấn tử đặt gần nhau + Trường hợp dòng trong hai chấn tử đồng biên, đồng pha: a2 = 1, 2 = 0 ikdcos ikd cos  ikd cos  f 1 eikd cos e2 e 2 e 2 k (5.34) ikd cos 2 fek  2cos kd/2 .cos . f  2cos kd/2 .cos (5.35) k arg fk   kd/2 .cos - Hướng bức xạ cực đại kd cos .cos 1 kd .cos max 2 n n 0,1,2, 2 2.n  n d cos 1 n (5.36) max kd d  GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 155 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  29. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 5.2 Anten chấn tử đối xứng . Hệ hai chấn tử đối xứng đặt gần nhau 0 + Trường hợp dòng trong hai chấn tử đồng biên, ngược pha: a2 = 1, 2 = 180 - Hàm tính hướng ikdcos ikdcos 2 fk  2sin kd/2 c os e fek  1 fc  2 sin kd/2 os km - Hướng bức xạ cực đại kd sin .cos 1 kd .cos max 2 n 1 n 0,1,2, 2 2n 1  2 n 1 . 2 n 1 d cosmax 1 kd22 d  - Hướng bức xạ cực tiểu kd sin .cos 0 kd .cos min 2 n n 0,1,2, 2 2.n  n d cos 1 n min kd d  GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 156 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  30. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 5.2 Anten chấn tử đối xứng . Hệ hai chấn tử đối xứng đặt gần nhau • Bức xạ của hệ hai chấn tử đặt gần nhau 0 + Trường hợp dòng trong hai chấn tử đồng biên, vuông pha: a2 = 1, 2 = 90 - Hàm tính hướng ikdcos 2 ikdcos i fek  1 kd 24 fk  2cos c os e 24 kd fckm  2 cos os 24 - Khi d = /4 0 Cực tiểu bằng 0 khi  = 0, cực đại bằng 2 khi  = 180 GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 157 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  31. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 5.2 Anten chấn tử đối xứng . Hệ hai chấn tử đối xứng đặt gần nhau a)  = 0o b)  = 180o c)  = 90o 90o d/ = 1/4 180o 0o d/ = 1/2 Hình 5.14. Đồ thị phương hướngcủa hai chấn tử đặt song song với nhau d/ = 1 GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 158 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  32. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 5.2 Anten chấn tử đối xứng . Hệ hai chấn tử đối xứng đặt gần nhau Trở kháng vào, điện trở bức xạ của hệ hai chấn tử • Trở kháng vào + Sơ đồ tương đương hệ hai chấn tử Z 11 Z22 I a1 Ia2 aei.Z (1/a).e-i.Z e 12 12 1 e2 Hình 5.15. Sơ đồ tương đương hệ hai chấn tử + Trở kháng vào của mỗi chấn tử gồm thành phần trở kháng riêng và trở kháng tương hỗ của chấn tử lân cận GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 159 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  33. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 5.2 Anten chấn tử đối xứng . Hệ hai chấn tử đối xứng đặt gần nhau • Trở kháng vào + Trở kháng tương hỗ ảnh hưởng tới sđđ thực tế đặt lên hai chấn tử e1, e2: SĐĐ đầu vài hai chấn tử khi xét đến tương hỗ e1 Iaa 1 Z 11 I 2 Z 12 Z , Z : Trở kháng riêng hai chấn tử e I Z I Z 11 22 2aa 2 22 1 21 Z12, Z21: Trở kháng tương hỗ hai chấn tử (5.38) I a2 aei e1 i Ia1 Zv1 Z 11 ae Z 12 Ia1 (5.39) e2 1 i Zv2 Z 22 e Z 12 Iaa2 Z11 R 11 iX 11 Z 22 R 22 iX 22 Z 12 R 12 iX 12 ZRaRcv1 11 ( 12 os X 12 sin  ) iXaR 11 12 sin  Xc 12 os  11 (5.40) Zv2 R 22 ( R 12 c os X 12 sin  ) i X 22 R 12 sin  X 12 c os  aa GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 160 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  34. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 5.2 Anten chấn tử đối xứng . Hệ hai chấn tử đối xứng đặt gần nhau • Điện trở bức xạ IR2. P bx (5.41) bx 2 * IIaa11 Pbx1 R 11 a R 12 cos X 12 sin 2 * (5.42) IIaa22 1 PRRXbx2 22 12cos 12 sin 2 a * II P P P aa11 R a2 R 2aR cos (5.43) bx bx1 bx 22 11 22 12 2 Rbx0 R 11 a R 22 2aR 12 cos (5.44) - Điện trở bức xạ của hệ không phụ thuộc vào điện kháng riêng và điện kháng tương hỗ của hai chấn tử GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 161 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  35. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 5.2 Anten chấn tử đối xứng . Hệ hai chấn tử đối xứng đặt gần nhau • Chấn tử chủ động, chấn tử thụ động + Chấn tử chủ động: Được nối trực tiếp với nguồn và tự bức xạ sóng điện từ + Chấn tử thụ động: Không được cấp nguồn, hoạt động dựa trên nguyên tắc cảm ứng điện từ Nguồn bức xạ thứ cấp I i a2 ae. (5.45) Ia1 a) b) Z11 Z22 Ia1 Ia2 Ia1 i -i e1 ae .Z12 (1/ ).e .Z12 X2đc X2đc d Hình 5.16. a) Chấn tử ghép; b) Sơ đồ tương đương GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 162 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  36. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 5.2 Anten chấn tử đối xứng . Chấn tử chủ động, chấn tử thụ động + Dòng trong chấn tử thụ động (5.46) e1 Iaa 1 Z 11 I 2 Z 12 Ia2 ZR12 12 i.X 12 0 IZIZ iX aa2 22 2dc 2 21 I Z iX R i X X a1 22 2 dc 22 22 2 dc RX22 a 12 12 2 2 (5.47) RXX22 22 2dc X X X  arctg12 arctg 22 2dc R R 12 22 + Trở kháng vào và điện trở bức xạ 2 Z12 (5.48) Zvv1 Z 11 ; Z 2 0 e 2 0 Z22 iX 2dc 2 Rbx0 R 11 a. R 22 2 a . R 12 .cos (5.49) GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 163 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  37. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 5.3 Aten chấn tử đơn . Cấu tạo • Gồm một nhánh chấn tử đặt trên mặt đất thường có độ dài ¼ bước sóng • Các thanh chéo tạo nên mặt cơ sở rộng đảm bảo đồ thị bức xạ tốt . Đặc điểm  /4 • Điện trở bức xạ: 36,56 0 • Độ dài thanh chéo khoảng 1/3 bước sóng Lớp cách ly • Ứng dụng phổ biến cho di động Cáp đồng trục Cột anten Hình 5.19. Anten chấn tử đơn GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 164 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  38. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 5.4 Anten nhiều chấn tử . Dàn chấn tử đồng pha • Cấu tạo + Các chấn tử đối xứng toàn sóng: l = /2 + Xắp xếp trên một mặt phẳng theo hàng và cột + Khoảng cách giữa các chấn tử là /2 • Tiếp điện: Tiếp điện đồng pha + Kiểu đấu chéo + Kiểu song song GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 165 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  39. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 5.4 Anten nhiều chấn tử . Dàn chấn tử đồng pha (2) /2 + - + - /2 + - + - + - + - + - + - b) a) GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 166 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  40. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 5.4 Anten nhiều chấn tử . Dàn chấn tử đồng pha (3) • Đặc điểm làm việc + Đồ thị tính hướng giống chấn tử đối xứng nhưng có tính hướng cao hơn. + Hướng bức xạ cực đại tại = 0 và + Để bức xạ đơn hướng: Kết hợp với mặt phản xạ, khoảng cách d = (0,20,25) 180o = 0o GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 167 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  41. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 5.4 Anten nhiều chấn tử . Anten Yagi • Cấu tạo + Một chấn tử chủ động: Vòng dẹt nửa sóng sóng: l = /4 (Zv=300) + Các chấn tử thụ động: Phản xạ và dẫn xạ + Đặt song song với nhau trên một mặt phẳng • Tiếp điện cho chấn tử chủ động Chấn tử P dẫn xạ o 30o A 90 Chấn tử D phản xạ z 180o 0o Chấn tử chủ động 270o 330o GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 168 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  42. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 5.4 Anten nhiều chấn tử . Anten Yagi (2) • Nguyên lý hoạt động I 2 ae. j I 1 22 RX12 22 a 22 RX22 22 XX  arctg12 arctg 22 RR 12 22 + 2l > /2: X22 0, tính dung, I chậm pha hơn Chấn tử hướng xạ d = (0,10,35) GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 169 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  43. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 5.4 Anten nhiều chấn tử . Anten Logarit chu kỳ • Cấu tạo + Nhiều chấn tử có độ dài khác nhau, đặt ở khoảng cách khác nhau + Kích thước và khoảng cách anten thay đổi theo một tỉ lệ gọi là chu kỳ anten d ddl l l  1 2 nn 11 1 2 d d d l l l 2 3nn 2 3 + Đặt song song với nhau trên một mặt phẳng • Tiếp điện cho tất cả các chấn tử + Tiếp điện đồng pha GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 170 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  44. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 5.4 Anten nhiều chấn tử . Anten Logarit chu kỳ (2) max = 0,95 0 min = 10 d5 d2 d1 l l l l3 l4 5 6 Phiđơ cấp l1 2 điện GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 171 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  45. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 5.4 Anten nhiều chấn tử . Anten Logarit chu kỳ (3) • Nguyên lý hoạt động + Tần số kích thích là f0: Chấn tử l0 = 0/2 đóng vai trò chấn tử chủ động (trở kháng vào thuần trở = 73,1) + Các chấn tử khác có thành phần điện kháng, giá trị phụ thuộc độ dài so với chấn tử cộng hưởng + Tiếp điện so le, các chấn tử phía trước (l l0) thoả mãn điều kiện chấn tử phản xạ. + Miền bức xạ của anten chủ yếu tạo bởi chấn tử cộng hưởng và một vài chấn tử lân cận. • Công thức xác định tần số làm việc n 1 fn  . f1 fn ln n 1 .ln f1 GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 172 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1
  46. BÀI GIẢNG TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN 5.7 Câu hỏi và bài tập . Bài tập chương 5 13. Một chấn tử đối xứng có chiều dài toàn bộ 50 cm, công tác ở tần số 300 MHz. Xác định chiều dài hiệu dụng của nó? (a) 32 cm; (b) 35 cm; (c) 40 cm; (d) 45 cm; 14. Số liệu như bài 13, xác định điện trở bức xạ của chấn tử? (a) 70,1 ; (b) 73,1; (c) 80,1; (d) 83,1; 15. Số liệu như bài 13, xác định trở kháng vào của chấn tử? (a) 65,1 ; (b) 70,1; (c) 73,1; (d) 80,1; 16. Điện trở bức xạ của chấn tử vòng dẹt có giá trị bằng bao nhiêu? (a) 210 ; (b) 250 ; (c) 292 ; (d) 310 ; GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 173 BỘ MÔN: VÔ TUYẾN – KHOA VIỄN THÔNG 1