Tài liệu Chương 4: Hệ thống bức xạ potx

 Tăng kích thước điện của Anten  Phối hợp nhiều Anten với nhau Antenna Array  Phương pháp phối hợp nhiều Anten với nhau theo một cấu trúc vật lý nào đó gọi là Array Anten tạm dịch d

ươ ệ ố ứ ạ

 Tăng kích thước điện của Anten

 Phối hợp nhiều Anten với nhau (Antenna Array )

 Phương pháp phối hợp nhiều Anten với nhau theo một cấu trúc vật lý nào đó gọi là Array Anten (tạm dịch dãy Anten hay dàn Anten)

e k

ệ ố ứ ạ

ệ

 Array 2 phần tử dipole chiều dài hữu hạn đặt ngang theo trục Oz (trong mặt phẳng z0y)

2 2

1

r

e cos

r

e kI

j i E

E E

kr j kr

-β là sự khác pha giữa các elements

-Giả sử biên độ là giống nhau

-Giả sử điểm khảo sát là vùng xa

Khi xeùt pha: 1  2  

; cos

d r

2

1

;cos

dr

r   

2

2

.

e

kI j

i

kr j

m





Trường bức xạ ở vùng xa là:

Khi xét biên độ: r1  r2  r

1

2 2

1

r

e cos

r

e kI

j i

E E

E

kr j kr

cos

.

i

E

kr j

m





cos

e

kI j

i E

AF

Trường vùng xa của một dàn anten gồm những phần tử đồng nhất bằng trường của một phần tử anten thành phần đặt tại điểm tham chiếu (thường là gốc toạ độ) và hệ số dàn anten (AF) của dàn anten đó

ệ ố ứ ạ

ệ

Nếu dàn Anten được đặt dọc theo các trục Ox, Oy ta

có thể dùng công thức chuyển đổi giữa toạ độ Decard và toạ độ cầu

Ar = Ax.sinθ.cosφ + Ay.sinθ.sinφ + Az.cosθ

Aθ = Ax.cosθ.cosφ + Ay.cosθ.sinφ - Az.sinθ

Aφ = -Ax.sinφ + Ay.cosφ

Ax = Ar.sinθ.cosφ + Aθ.cosθ.cosφ - Aφ.sinθ

Ay = Ar.sinθ.sinφ + Aθ.cosθ.sinφ + Aφ.cosθ

Az = Ar.cosφ - Aθ.sinφ

ệ ố ứ ạ

ệ

 Cấu trúc hình học của toàn array

 Thông tin về từng phần tử trong array

 Khoảng cách giữa các phần tử trong array

 Biên độ kích thích ban đầu của các phần tử

 Pha ban đầu của các phần tử

Khi tính toán Antenna Array, các thông số cần biết ban đầu là:

Cần tính toán đặc tính của array:

 Cấu trúc trường điện từ

 Hệ số dàn (Array factor)

 Đồ thị định hướng, BWFN, HPBW, độ định hướng, công suất bức xạ, …

i

i i N

i

i jkd

0

) , (

N

i

i N

N

i

i

iC I C C I

N

i

jkz i

ie I

 cos

jkd

e

Với Người ta chứng minh được: [1]

AF với N phần tử có thể biểu diễn như đa thức bậc N-1 của biến phức C và C i là zero thứ i của đa thức

) , (

=> chọn zero cho đa thức trên

AF sẽ bằng 0 tại mỗi góc θi (i=1, …, N-1)

1 , ,

ệ ố ứ ạ

theo chiều θ=π/4 và θ=π/2 Cho biết khoảng cách giữa các phần tử là d=λ/4 Biết

) , (

) 4 / cos(

1

) 2 / cos(

) 4 / cos(

I

e I

jkd jkd

0

) , (

N

i

i N

cos

e

kI j

i E

E

ệ ố ứ ạ

 Với β = -π/2:

 Tương tự

ệ ố ứ ạ

 Mỗi phần tử đẳng hướng

 Biên độ dòng điện kích thích đều

Hệ thống tuyến tính LUEESA

– Linear Uniformaly Excited Equally Spaced Array là dãy anten cách đều, kích thích bởi dòng điện giống nhau về pha và biên độ

ệ ố ứ ạ

 Mỗi phần tử đẳng hướng

 Biên độ dòng điện kích thích đều

 Lệch pha lũy tiến (dòng điện phần tử thứ i lệch pha so với phần tử thứ (i+1) một góc  )

Hệ thống tuyến tính LCPESA

– Linear Cophasal Equally

Spaced Array là dãy anten cách

đều, kích thích bởi dòng điện giống nhau về biên độ và lệch pha đều nhau

ệ ố ứ ạ

20

) cos

kd )(

N (j )

cos kd ( j )

cos kd

kd )(

n (j

2 1

sin

N sin e

782 , 2 2

h

782 , 2 2

h

782

2 2

 Cực đại xuất hiện tại Ψ = 0

 Hàm có chu kỳ 2π Đối xứng xung quanh

Vẽ đồ thị hệ số giàn theo nguyên tắc đã nêu

Lấy đối xứng quanh trục hoành (chính là Oz)

ệ ố ứ ạ



5

0 4

14

3

ệ ố ứ ạ

Là hệ thống có cường độ bức xạ của dàn cực đại theo hướng ngang

Điều này có thể đạt được bằng cách:

 Chọn phần tử bức xạ (như dipole, horn, …)

 Chọn chính xác khoảng cách và pha ban đầu của mỗi phần tử (chỉnh AF)

AF đạt cực đại khi:

Để đạt cực đại theo hướng ngang thì:

ệ ố ứ ạ

Nếu d = n, ta có

0 0

180 , 0 ,

Khi đó AF cũng đạt cực đại

Vậy trong trường hợp  = 0 và d = n thì ngoài hướng  = 90o, AF còn cực đại ở các hướng  = 0o và  = 180o



ệ ố ứ ạ

Nếu d >  sẽ xuất hiện các búp phụ lớn (búp lưới)

Các búp lưới xuất hiện khi:

Độ rộng búp sóng của dàn anten đều hướng ngang:

FNBW

ệ ố ứ ạ

Là hệ thống có cường độ bức xạ của dàn cực đại theo hướng đứng (θ = 00 hoặc θ = 1800)

ệ ố ứ ạ

kd kd

0

Để độ định hướng đạt cực đại ở  = 0o:

Nếu muốn cực đại ở  = 180o

kd kd

ệ ố ứ ạ

Khi d tăng, độ rộng của Enfire beam giảm, số bức xạ phụ tăng lên (Xem thêm h8.16 [1])

- Endfire loại II

Hệ thống cĩ độ rộng bức xạ chính nhỏ nhất và chấp nhận cĩ bức xạ chiều ngược

ệ ố ứ ạ

Điều khiển búp sóng chính hướng theo 1 hướng tùy ý

cos

e

kI j

ệ ố ứ ạ

Nguyên lý nhân đồ thị:

 Vẽ đồ thị định hướng của 1 phần tử chiếu trên 3 mặt phẳng xy, yz và zx;

 Vẽ đồ thị hệ số AF trên 3 mặt phẳng trên

 Nhân 2 đồ thị trên từng mặt phẳng tọa độ

 Đối với các array phức tạp ta có thể phân array làm nhiều LCPESA và coi mỗi LCPESA là một phần tử