Báo cáo Thiết kế, mô phỏng (và chế tạo) anten băng C (46 GHz) trên vệ tinh

Báo cáo Thiết kế, mô phỏng (và chế tạo) anten băng C (46 GHz) trên vệ tinh Hàm hướng tính là hàm số biểu thị sự phụ thuộc của cường độ trường bức xạ của anten theo các hướng khác nhau trong không gian với khoảng cách không đổi, được ký hiệu là f(θ,φ). Đồ thị phương hướng mô tả quan hệ giữa cường độ trường bức xạ hoặc công suất bức xạ của anten trong các hướng khác nhau với một khoảng cách khảo sát cố định (tính từ anten)

Trang 1

Thiết kế, mô phỏng (và chế

tạo)

anten băng C (4-6 GHz) trên vệ tinh

SVTH: LÊ TRUNG KIÊN

Trang 2

Nội dung trình bày

1 Các tham số cơ bản của anten

2 Anten trong thông tin vệ tinh

3 Anten vi dải

4 Thiết kế, mô phỏng anten vi dải

Trang 3

1 Các tham số cơ bản của

anten

* Hàm hướng tính

- là hàm số biểu thị sự phụ thuộc của cường độ trường bức xạ

của anten theo các hướng khác nhau trong không gian với khoảng

cách không đổi, được ký hiệu là f(θ,φ) θ,φ) )

* Đồ thị phương hướng

- mô tả quan hệ giữa cường độ trường bức xạ hoặc công suất bức

xạ của anten trong các hướng khác nhau với một khoảng cách khảo

sát cố định (θ,φ) tính từ anten)

Hình 1: Ví dụ đồ thị phương hướng trong hệ tọa độ cực

Trang 4

(θ,φ) W) là công suất đặt vào anten

là công suất tổn hao trên feeder

Hình 2: Độ rộng của đồ thị phương hướng

Trang 5

anten (tiếp)

* Hiệu suất của anten

- đặc trưng cho mức độ tổn hao công suất của anten Thông thường hiệu suất của anten luôn nhỏ hơn 1

* Hệ số hướng tính

- Hệ số hướng tính của anten ở hướng đã cho là tỷ số giữa mật độ công suất bức xạ của anten ở hướng đó trên mật độ

công suất bức xạ của anten chuẩn ở cùng hướng với khoảng cách không đổi, với điều kiện công suất bức xạ của hai anten là như nhau

Trong đó: là hệ số hướng tính của anten khảo sát ở hướng với khoảng cách

và là mật độ công suất bức xạ của anten khảo sát ở hướng (θ,φ) θ,φ) ), khoảng cách và mật độ công suất bức xạ của anten vô hướng tại cùng điểm xét.

Trang 6

anten (tiếp)

* Hệ số tăng tích của anten

- Hệ số tăng ích của anten ở hướng đã cho là tỷ số giữa mật độ công suất bức xạ của anten ở hướng đó trên mật độ công suất bức xạ của anten chuẩn ở cùng hướng với khoảng cách không đổi, với điều kiện công suất đưa vào của 2 anten là như nhau và anten chuẩn (θ,φ) anten vô hướng)

có hiệu suất bằng 1

* Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương

Trong đó là công suất đầu ra của máy phát đưa vào anten và là hệ số khuếch đại của anten phát

Trang 7

Trong đó là diện tích hiệu dụng của anten (θ,φ) )

là hệ số tăng ích của anten thu

là bước sóng công tác (θ,φ) m)

Trang 8

Trang 9

2 Anten trong thông tin vệ

+ Loa vách nhẵn không tạo ra búp chính đối xứng

ngay cả khi bản thân nó đối xứng

- Anten loa pyramid

+ được thiết kế trước hết cho phân cực tuyến tính

Hình 3 Các anten loa a) Nón vách nhẵn b) Vách gấp nếp c) Hình pyramid

Trang 10

tinh (tiếp)

* Anten parabol

- Bộ phản xạ parabol: đảm bảo cơ chế hội tụ để tập trung năng lượng vào một phương cho

trước Dạng phản xạ parabol thường được sử dụng là dạng mặt mở hình tròn

- Tiếp sóng lệch tâm

Hình 4 a) Các tia phản xạ từ bộ phản xạ lệch tâm b) Tiếp sóng lệch tâm cho bộ phản xạ parabol tròn xoay

Trang 11

tinh (tiếp)

* Các anten với bộ phản xạ kép

- Loa tiếp sóng được đặt ở phía sau bộ phản xạ chính qua một lỗ hổng

ở đỉnh

- Bộ phản xạ phụ được lắp phía trước bộ phản xạ chính nói chung có

kích cỡ nhỏ hơn loa tiếp sóng và gây ra che tối ít hơn

- Có hai kiểu chính được sử dụng là anten Cassegrain và Gregorian

Hình 5 Anten Cassegrain 19m

Trang 12

tinh (tiếp)

* Anten dàn

- có thể đạt được sự tạo hình búp bằng cách sử dụng dàn

các phần tử cơ sở

- Các phần tử này được bố trí sao cho các mẫu phát xạ của

chúng đảm bảo tăng cường phát xạ về một số hướng nhất

định và loại trừ sự phát xạ ở các hướng khác

Hầu hết các dàn anten sử dụng trong thông tin vệ tinh là

dàn loa

Hình 6 Anten lệch trục Gregorian

Trang 14

3 Anten vi dải (tiếp)

* Đặt tính của anten vi dải

- anten vi dải gồm các phần chính là bản mặt kim loại rất mỏng (θ,φ) bề dày t<<λ0 , với λ0-bước sóng trong không gian tự do) đặt cách mặt phẳng đất một khoảng rất nhỏ (θ,φ) thường 0,003λ0< h <0,05λ0), lớp đế điện môi, màn chắn kim loại và bộ phận tiếp điện

Hình 8 Anten vi dải và hệ tọa độ

Trang 15

- Các loại anten vi dải : loại bản mặt chữ nhật, vuông, tròn, ellipse, hình vành khăn …

Hình 9 Hình dạng của các loại anten vi dải

Trang 16

Ưu điểm :

- Khối lượng và kích thước nhỏ, bề dày mỏng, dễ sản xuất

- Có thể cho phân cực tuyến tính và phân cực tròn

- Công nghệ chế tạo hoàn toàn phù hợp với các mạch tích hợp cao tần

- Đường truyền cung cấp và ghép nối mạng anten có thể được thực hiện đồng thời với việc chế tạo anten

Khuyết điểm :

- Băng thông hẹp, một số anten vi dải có độ lợi thấp

- Suy hao điện trở lớn trên cấu trúc cung cấp của mảng anten

- Có các bức xạ thừa từ đường truyền và các mối nối

- Hiệu suất năng lượng có thể sử dụng được thấp

Trang 17

Hình 10 Một số kĩ thuật cấp nguồn cho anten vi dải

Trang 18

* Nguyên lý bức xạ

Hình 11 Phân bố điện tích và dòng điện trong anten vi dải hình chữ nhật

Trang 19

* Các mô hình phân tích anten vi dải

- Mô hình đường truyền

+ Mô hình đường truyền cơ bản diễn tả anten vi dải gồm 2 khe phân cách nhau bởi một đường truyền có trở kháng thấp và có chiều dài L

+ Do kích thước của patch bị giới hạn bởi chiều dài và chiều rộng, trường tại gờ của patch bị viền

+ Hằng số điện môi hiệu dụng được sử dụng để hiệu chỉnh các ảnh hưởng của hiệu ứng viền đối với sóng trên đường truyền

với W/h

Trang 20

+ Do hiệu ứng viền, patch của anten vi dải về mặt điện trông có vẻ lớn hơn kích thước vật lý của

nó trong mặt phẳng x-y

+ Chiều dài điện của patch vượt quá chiều dài vật lý của một khoảng về mỗi phía

+

+ Khi chiều dài của patch được kéo dài một khoảng về mỗi bên, chiều dài của patch lúc này là:

Hình 12 Chiều dài vật lý và chiều dài hiệu dụng của miếng patch

Trang 21

Trang 22

4 Thiết kế, mô phỏng anten

vi dải

* Bài toán thiết kế:

+ Thiết kế một Microstrip Patch antenna hình chữ nhật bằng đồng, cấp nguồn theo kiểu

microstrip line có đường dây dẫn vào

+ Anten hoạt động ở dài tần 4 – 6 GHz, tần số trung tâm là 5 GHz

4.4

Bảng 1 Các thông số anten thiết kế

Trang 23

vi dải (tiếp)

Bề mặt của đường microstrip line cũng được tính toán phù hợp với thông số điện trở của nó: ,

Trang 24

Trang 25

* Mô phỏng

Hình 14 Cấu trúc 3 chiều của anten vi dải

Trang 26

Hình 15 Đáp ứng tần số của thông số

Trang 27

Hình 16 Phân bố E và H

Trang 28

Hình 17 Đồ thị bức xạ 3D

Trang 29

Hình 18 Tăng ích của anten

Trang 30

Kết luận

- Bài tập lớn đã tập trung nghiên cứu, thiết kế và chế tạo một anten vi dải, hoạt động ở bằng tần

C (θ,φ) 4-6GHz) Anten được chế tạo với chất nền điện môi , độ dày là 0.8 mm và được thiết kế tại tần số 5 GHz

- Nội dung trình bày gồm 4 chương đã hệ thống lại lý thuyết, các tham số cơ bản của anten;

anten trong thông tin vệ tinh; giới thiệu về các đặc tính cũng như mô hình nghiên cứu phân tích anten vi dải Phần 4 đưa ra các tham số thiết kế của một anten vi dải cũng như hình ảnh mô

phỏng bằng phần mềm CST microwave studio

- Bài báo cáo đã chỉ ra anten được thiết kế phù hợp về mặt tần số, tuy nhiên lại có hệ số tăng tích hơi thấp Đây cũng là nhược điểm của anten vi dải nói chung và anten được thiết kế trong bài này nói riêng Hướng khắc phục nhược điểm này cũng là hướng phát triển của đề tài đó là nghiên cứu thiết kế, mô phỏng và chế tạo dãy anten vi dải để mở rộng băng thông và nâng cao

hệ số khuếch đại của anten

Trang 31

Tài liệu tham khảo

John Wiley & Sons

[2] A Design Rule for Inset-fed Rectangular Microstrip Patch Antenna, MA MATIN, A I SAYEED,

Department of Electrical Engineering and Computer Science, North South University, Plot 15, Block B, Bashundhara, Dhaka 1229 BANGLADESH

[3] Modern Communication Satellite Antenna Technology, Ghulam Ahmad and S.A Mohsin,

University of Engineering & Technology Lahore, Pakistan

The McGraw-Hill Companies, Inc

Trang 32

THANKS FOR ATTENTION

Định dạng
Số trang	32
Dung lượng	1,86 MB