Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu thuật toán di truyền và ứng dụng thiết kế anten chấn tử đối xứng

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP VŨ LÊ HẢI NGHIÊN CỨU THUẬT TOÁN DI TRUYỀN VÀ ỨNG DỤNG THIẾT KẾ ANTEN CHẤN TỬ ĐỐI XỨNG Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử Mã số : 6

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

VŨ LÊ HẢI

NGHIÊN CỨU THUẬT TOÁN DI TRUYỀN

VÀ ỨNG DỤNG THIẾT KẾ ANTEN CHẤN TỬ ĐỐI XỨNG

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử

Mã số : 60.52.02.03

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

THÁI NGUYÊN – 2014

Công trình được hoàn thành tại:

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP - ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

Người hướng dẫn khoa học: TS Vũ Việt Vũ

Phản biện 1: PGS TS Lại Khắc Lãi

Phản biện 2: TS Nguyễn Văn Vỵ

Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn họp tại:

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP - ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN Vào hồi 8 giờ 30 phút ngày 23 tháng 8 năm 2014

Có thể tìm hiểu luận văn tại thư viện:

1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN

2 TRUNG TÂM HỌC LIỆU – ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

LỜI NÓI ĐẦU

Anten là thiết bị dùng để thu sóng điện từ hoặc phát sóng điện từ ra ngoài khônggian Anten là một bộ phận không thể thiếu được của bất kỳ một hệ thống vô tuyến nào.Sóng điện từ và nền tảng lý thuyết của anten được xây dựng trên cơ sở phương trình cơbản của điện học và từ học mà Maxwell đã khái quát trong hệ phương trình Maxwell Từnăm 1886 cho đến nay sự phát triển và ngày càng hoàn thiện của kỹ thuật anten đã gópphần quan trọng vào công cuộc phát triển chung của kỹ thuật vô tuyến điện

Anten được ứng dụng trong tất cả các hệ thống thông tin vô tuyến như: phát thanh,truyền hình, rađa, thiên văn v.v Với những mục đích sử dụng khác nhau, anten đượcthiết kế theo các phương pháp khác nhau nhằm đạt được kết quả như mong muốn Sự trợgiúp đắc lực của máy tính, các phương pháp tính, các thuật giải hiện đại đã làm cho khảnăng giải các bài toán khác nhau trở nên linh động và đơn giản như phương phápGradien, phương pháp cổ điển v.v… Tiêu biểu là phương pháp mômen (the Methode ofMoment) và Thuật toán di truyền (Thuật giải di truyền - Genetic Algorithm) Những nămgần đây, thuật toán di truyền được ứng dụng rất rộng rãi trong lĩnh vực anten Trongphạm vi nghiên cứu tác giả đã tìm hiểu về phương pháp mômen và thuật toán di truyền

để áp dụng cho bài toán tối ưu thiết kế anten chấn tử đối xứng cụ thể là anten Yagi Ngoài

ra, tác giả còn thực hiện xây dựng nên giao diện phần mềm tiện ích cho người sử dụng vàthực hiện thiết kế hoàn chỉnh anten thực

Trong khuôn khổ giới hạn của luận văn cùng khả năng kiến thức và thời gian nghiêncứu còn hạn chế, mặc dù đã có nhiều cố gắng song luận văn chắc chắn không tránh khỏinhững thiếu sót Tác giả mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy giáo, cô giáo

và các bạn học viên để đề tài được hoàn thiện hơn

Xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, ngày…….tháng…….năm 2014

Tác giả

Vũ Lê Hải

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Sóng điện từ là thành phần cốt yếu của một hệ thống vô tuyến Hạt nhân quan trọngtrong việc thu và phát sóng điện từ không có gì khác chính là anten Anten được ứngdụng trong tất cả các hệ thống thông tin vô tuyến như phát thanh, truyền hình, rađa, thiên văn[5]

Đối với anten phát, nó không chỉ có nhiệm vụ đơn giản là biến đổi năng lượng điện từcao tần thành sóng điện từ tự do, mà còn có nhiệm vụ bức xạ sóng điện từ theo nhữnghướng, những vùng phục vụ nhất định với các yêu cầu kỹ thuật cho trước Đối với antenthu, có nhiệm vụ ngược lại với anten phát, nghĩa là tiếp nhận sóng điện từ tự do từ khônggian ngoài và biến đổi chúng thành sóng điện từ ràng buộc Sóng này sẽ được truyền theofeeder xuống máy thu Thực tế, anten được sử dụng với các mục đích khác nhau cũng cónhững yêu cầu khác nhau

Anten chấn tử đối xứng (anten Yagi - anten dẫn xạ hay còn gọi là anten dẫn đường) làmột trong những anten được dùng rộng rãi trong vô tuyến truyền hình, trong các tuyếnthông tin chuyền tiếp và trong các đài Rađa sóng mét v.v… Anten này được dùng phồbiến vì nó có tính định hướng tương đối tốt nhưng kích thước và trọng lượng không lớnlắm và cấu trúc lại đơn giản Tuy nhiên, việc thiết kế với số chấn tử cho trước thì việc tìmkích thước và khoảng giữa các chấn tử để anten đảm bảo các chỉ tiêu mong muốn là kháphức tạp Hơn nữa nó không những đòi hỏi phải nắm vững về lý thuyết và kỹ thuật antennói chung, anten chấn tử đối xứng, tác động qua lại giữa các chấn tử đối xứng trong hệthống anten nói riêng mà còn cần những phương pháp tính, những thuật toán mạnh cókhả năng xử lý đồng thời nhiều chỉ tiêu chất lượng của anten thì mới có thể cho kết quả tối ưu[1]

Phương pháp mômen là một trong những phương pháp thường dùng để giải các loạiphương trình toán tử nói chung một cách thuận lợi Bản chất của phương pháp này là sửdụng các hàm khai triển và các hàm trọng lượng để chuyển phương trình toán tử thànhphương trình ma trận sau đó giải phương trình ma trận bằng các kỹ thuật đã biết Ưuđiểm của phương pháp này là nó tương đối đơn giản, dễ sử dụng, và tốc độ tính toánnhanh

Trong những năm gần đây, thuật giải di truyền được ứng dụng rất rộng rãi trong cáclĩnh vực và đặc biệt là lĩnh vực anten Thuật giải di truyền thuộc nhóm kỹ thuật trí tuệnhân tạo nhằm mô phỏng các hiện tượng tự nhiên: kế thừa và đấu tranh sinh tồn để cảithiện giống nòi và chất lượng.

Thuật toán di truyền thuộc lớp tối ưu toàn cục, có thể tối ưu đồng thời nhiều mục tiêu,

và rất phù hợp cho vấn đề tối ưu các ràng buộc Mục đích của thuật giải di truyền là tìmcác tham số để cực đại hoặc cực tiểu hàm đối tượng Với những đặc tính này, thuật giải ditruyền có rất nhiều ưu điểm đối với các bài toán tối ưu [2,3] Thuật toán di truyền đãđược ứng dụng cho việc thiết kế anten FIPA [4], anten Loga - Chu kỳ [3] Do vậy, từ

những vấn đề cấp thiết trên tác giả đã đưa ra đề tài: “Nghiên cứu thuật toán di truyền và ứng dụng thiết kế anten chấn tử đối xứng” nhằm tối ưu hóa cho việc thiết kế anten chấn

tử đối xứng hay cụ thể là anten Yagi

2 Mục tiêu nghiên cứu.

- Nghiên cứu, tính toán chính xác các tham số của chấn tử đối xứng, trên cơ sở đó giảiquyết chính xác bài toán thuận về anten Yagi

- Nghiên cứu thuật giải di truyền và áp dụng cho bài toán thiết anten chấn tử đối xứng(anten Yagi) Kết quả mô phỏng và thực nghiệm

3 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu.

 Đối tượng nghiên cứu

- Anten chấn tử đối xứng cụ thể là anten Yagi

- Thuật giải di truyền

 Phạm vi nghiên cứu

- Anten làm việc dải tần 2400 ÷ 2484MHz sử dụng làm anten thu sóng wifi

4 Nhiệm vụ nghiên cứu.

Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với mô phỏng và thực nghiệm Luận văn nghiên cứu cácphương pháp số hiện đại (phương pháp mômen, thuật giải di truyền), lý thuyết anten chấn

tử đối xứng, các công cụ tin học v.v… để tối ưu hoá thiết kế anten Yagi, lập trình và môphỏng bài toán thiết kế bằng phần mềm Matlab

5 Phương pháp nghiên cứu.

- Phương pháp nghiên cứu: Sử dụng các phương pháp phân tích, tổng hợp, hệ thốnghóa, khái quát hóa để xây dựng cơ sở lý luận Sưu tầm, đọc, tra cứu, nghiên cứu tài liệu,sách báo có liên quan đến vấn đề nghiên cứu, phân tích tổng hợp hệ thống hóa theo mụcđích nghiên cứu của đề tài.

- Phương pháp quan sát: Quan sát các tham số tối ưu của anten chấn tử đối xứng

- Phương pháp chuyên gia: Xin ý kiến các chuyên gia để xây dựng các tham số tối

ưu của anten chấn tử đối xứng bằng thuật toán di truyền

- Phương pháp hỗ trợ: Sử dụng phương pháp thống kê toán học và kỹ thuật xử lý sốliệu trên máy tính để phân tích, đánh giá các kết quả thu được

6 Ý nghĩa của đề tài.

 Ý nghĩa khoa học

Nhằm nghiên cứu kỹ hơn về thuật toán di truyền và ứng dụng của thuật toán di truyềnvào việc thiết kế anten, đóng góp một phần nhỏ vào việc nghiên cứu và phát triển nhữngứng dụng của thuật toán di truyền

 Ý nghĩa thực tiễn

Ứng dụng thuật toán di truyền vào việc tính toán và thiết kế anten chấn tử đối xứng dùng chocác hệ thống thu phát phục vụ cho việc cải tiến và phát triển công nghệ mới

7 Cấu trúc của đề tài.

Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, tài liệu tham khảo, phụ lục Nội dungchính của đề tài được trình bày trong 4 chương

Chương 1: Cơ sở lý thuyết

Chương 2: Anten chấn tử đối xứng

Chương 3: Thuật toán di truyền - Ứng dụng thuật toán di truyền thiết kế anten chấn tửđối xứng

Chương 4: Kết quả mô phỏng và thực nghiệm

CHƯƠNG I

CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Giới thiệu sơ lược về anten

Mỗi một thiết bị vô tuyến điện đều phải có anten Thiết bị phát có anten phát, thiết bịthu có anten thu Anten phát là thiết bị dùng để biến đổi năng lượng của dao động điện từliên kết từ máy phát đưa tới thành năng lượng của sóng điện từ tự do và phát xạ vàokhông gian theo một qui luật xác định Anten thu là thiết bị dùng để thu năng lượng củasóng điện từ tự do từ không gian bên ngoài tới theo một qui luật xác định và biến đổinăng lượng này thành năng lượng của dao động liên kết trong anten và cung cấp cho máythu Như vậy, trên anten phát và anten thu đều có quá trình biến đổi năng lượng Trongquá trình đó có sự tổn hao nhiệt do kim loại làm anten cũng như các chất điện môi cáchđiện không phải là lý tưởng

1.1.1 Sơ lược về lịch sử phát triển anten

Năm 1886: Nhà vật lý người Đức Hemrich Rudoff Hertz bằng lý luận và thựcnghiệm đã chứng tỏ rằng nếu dùng một mạch dao động hở với lưỡng cực Hertz thì ởvùng xa lưỡng cực sẽ hình thành trường phát xạ

Sau khi hoàn thành dụng cụ để chứng minh thí nghiệm của Hertz, năm 1897Popob nhà phát minh vô tuyến điện người Nga đã dùng các dụng cụ máy làm phươngtiện truyền tín hiệu điện báo không dây dẫn và có khả năng truyền các tín hiệu ở khoảngcác 3 dặm (gần 5km)

Năm 1901: Guglielmo Marconi đã có thể truyền tín hiệu trên khoảng cách lớn Hệthống này hoạt động ở tần số khoảng 60KHz

Năm 1916: Trước 1916, hầu hết thông tin vô tuyến chủ yếu là điện báo Trongnăm 1916, lần đầu tiên sử dụng tín hiệu đã điều chế biên độ để truyền tín hiệu thoại quasóng vô tuyến

Khoảng năm 1924: Bắt đầu dùng các sóng ngắn (λ = 10 ÷ 100m), khi đó người tathường dùng các anten dây đối xứng nằm ngang trên mặt đất

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)

Năm 1954: Phát minh ra máy phát lượng tử đã mở ra khả năng sử dụng sóng ánhsáng trong liên lạc Anten ở dải này thường là các hệ thống quang học thông thường.

Ngày nay: Sự phát triển và ngày càng hoàn thiện của kỹ thuật anten đã góp phầnkhông nhỏ vào sự phát triển chung của kỹ thuật vô tuyến điện

1.1.2 Hệ thống thu phát

Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống vô tuyến điện cùng với thiết bị anten

1.1.3 Vị trí của anten trong kỹ thuật vô tuyến điện

Anten là bộ phận quan trọng không thể thiếu của bất kỳ hệ thống vô tuyến điện tửnào, vì đã là hệ thống vô tuyến có nghĩa là hệ thống đó có sử dụng sóng điện từ, thìkhông thể không dùng đến thiết bị bức xạ hoặc thu sóng điện từ Một hệ thống liên lạc vôtuyến đơn giản bao gồm máy phát, máy thu, anten phát và anten thu Anten được ứngdụng trong các hệ thống thông tin vô tuyến, vô tuyến truyền thanh, truyền hình, vô tuyếnđiều khiển từ xa v.v… Ngày nay, sự phát triển của kỹ thuật trong các lĩnh vực thông tin,rada, điều khiển v.v… đòi hỏi anten không chỉ đơn thuần làm nhiệm vụ bức xạ hay thu sóngđiện từ mà còn tham gia vào quá trình gia công tín hiệu

1.1.4 Những yêu cầu cơ bản của anten

Những yêu cầu cơ bản đối với anten được xác định bởi nhiệm vụ của thiết bị vôtuyến điện, chẳng hạn có các yêu cầu sau:

1.2.1 Quá trình bức xạ s

óng điện từ

Về nguyên lý, bất kỳ hệ thống điện từ nào có khả năng tạo ra điện trường hoặc từ trườngbiến thiên đều có khả năng bức xạ sóng điện từ Tuy nhiên trong thực tế sự bức xạ sóng điện từchỉ xảy ra trong những điều kiện nhất định [5]

1.2.2 Vận tốc lan truyền sóng điện từ

Giả sử sóng điện từ truyền lan trong môi trường không tổn hao Trong chế độ daođộng điều hòa, giá trị tức thời của một trong các thành phần bất kỳ của vectơ E hoặc Htrên trục của hệ toạ độ vuông góc sẽ có dạng:

ψ k=Ae i (ωtt−βzz )

Trong đó:

ω - tần số góc; ω = 2πƒ với ƒ là tần số; β - hệ số pha.ƒ với ƒ là tần số; β - hệ số pha

Ở đây trục z được coi là hướng truyền sóng Từ (1.1) ta thấy sự biến đổi pha củatrường dọc theo hướng truyền sóng được xác định bởi đại lượng (ωt - βz)

Từ đây ta xác định được vận tốc pha của sóng:

v f=dz

dt=

ωt βz

Như vậy, trong môi trường không có đặc tính tán tần thì tín hiệu có dạng bất kỳ sẽtruyền lan với vận tốc υ và dạng của tín hiệu không bị biến đổi

1.2.3 Dải tần và dải tần công tác của anten

1.2.3.1 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 méodạng.Vì vậy tốt nhất là phải bảo đảm được trong suốt dải tần số làm việc R¿=constvà

X¿=0

1.2.3.2 Dải tần công tác

Căn cứ theo dải tần công tác, có thể phân loại anten thành bốn nhóm:

- Anten dải tần hẹp (anten tiêu chuẩn): ∆ f f

0

<¿10%

- Anten dải tần tương đối rộng: 10 %<∆ f

f0 <50 %

f min<

41

f min

>41

Tỷ số của tần số cực đại và cực tiểu của dải tần công tác được gọi là hệ số bao trùm dảisóng [1]

1.2.4 Hệ phương trình Maxwell

Lý thuyết anten được xây dựng trên cơ sở những phương trình cơ bản của điện động lựchọc: các phương trình Maxwell Phương trình Maxwell ra đời đã mở khả năng có thể tạo đượcsóng điện từ trong không gian Năm 1887, khả năng đó đã được Hertz xác nhận bằng thựcnghiệm, với phần tử bức xạ do ông tạo ra Phần tử này sau được mang tên ông, gọi là dipôl Hertz[5] Với giả thiết quá trình biến đổi điều hoà theo thời gian, nghĩa là theo quy luật sinωt, cosωt,hoặc viết dưới dạng phức e iωtt Nếu biểu thị dưới dạng số phức thìvectơ tức thời của cường độđiện trường:

´E=ℜ(´E e iωtt)= ´E cosωtt

hoặc: ´E=ℑ(E e´ iωtt)= ´E sin ωtt

Trong đó: ´E - là biên độ phức của trường

Coi môi trường khảo sát đồng hướng và đẳng hướng, phương trình Maxwell ở dạng viphân được viết dưới dạng:

rot ´H=iωt ε p E+ ´J´ e rot ´E=−iωtμ ´H

¿´E= ρ e

ε

¿H=0´

(1)(2)(3)(4)

1.2.5 Hệ số tác dụng định hướng D và hệ số tăng ích G

Để biểu thị hướng tính của mỗi anten, ngoài thông số về độ rộng của đồ thị phương hướngngười ta còn sử dụng một vài thông số khác cho phép dễ dàng so sánh các loại anten với nhau:

hệ số định hướng và hệ số tăng ích

1.2.5.1 Hệ số tác dụng định hướng

Hệ số định hướng của anten ở một hướng đã cho: là tỷ số của mật độ công suất bức xạbởi anten ở điểm nào đó nằm trên hướng ấy, trên mật độ công suất bức xạ bởi antenchuẩn cũng tại hướng và khoảng cách như trên, khi công suất bức xạ của hai anten giốngnhau

1.2.5.2 Hệ số tăng ích của anten

Hệ số tăng ích của anten cũng được xác định bằng cách so sánh mật độ công suấtbức xạ của anten thực ở hướng khảo sát và mật độ công suất bức xạ của anten chuẩn(thường là anten vô hướng) ở cùng hướng và khoảng cách như trên, với giả thiết côngsuất đặt vào hai anten bằng nhau, còn anten chuẩn có hiệu suất bằng 1

1.3 Phân loại và các loại anten thông dụng

1.3.1 Phân loại anten

Anten có thể được phân loại theo nhiều cách khác nhau, thông thường theo các cách phânloại sau: Công dụng của anten, dải tần công tác của anten, Cấu trúc của anten, phươngpháp cấp điện cho anten

1.3.2 Các loại anten thông dụng

CHƯƠNG II ANTEN CHẤN TỬ ĐỐI XỨNG

2.1 Anten chấn tử đối xứng

2.1.1 Giới thiệu

Theo định nghĩa, chấn tử đối xứng là một cấu trúc gồm hai đoạn vật dẫn (hai chấn tử)

có hình dạng và kích thước giống nhau

Anten chấn tử đối xứng được sử dụng rộng rãi trong dải sóng ngắn và cực ngắn Trong dảisóng cực ngắn, hai chấn tử thường được làm từ các ống kim loại hoặc các bản kim loại dẹt, dẫnđiện tốt, có độ dài tổng cộng bằng một nửa bước sóng (l = 1/2λ) Để xác định trường bức xạ tacần phải xác định hàm phân bố dòng điện trên anten Sau đây ta xét một phương pháp tính toán

chính xác phân bố dòng điện trên an ten chấn tử đối xứng – phương pháp mômen(MoM).

2.1.2 Phân bố dòng điện trên chấn tử đối xứng

Trong đó: L là toán tử tuyến tính, g đã biết và f cần được xác định

Tổng quát (2.1) không có lời giải chung Tuy nhiên, sự tuyến tính của toán tử L dẫnđến (2.1) có thể được giải quyết bằng phương pháp số Trước hết ta khai triển f bởi chuỗicủa N các hàm cơ sở {fn} trong miền của L:

2.1.2.2 Áp dụng phương pháp mômen tính chính xác phân bố dòng điện trên chấn tử đối xứng

Áp dụng phương pháp mômen có thể tính chính xác hơn phân bố dòng điện trên chấn

tử đối xứng dựa trên phương pháp mômen bình phương tối thiểu áp dụng cho phươngtrình tích phân Hallén:

2.1.3 Trở kháng vào của chấn tử

Khi mắc feeder tại đầu ra máy phát cao tần vào chấn tử đối xứng, chấn tử sẽ trở thànhtải của máy phát Trị số của tải này được đặc trưng bởi một đại lượng gọi là trở khángvào (Zv) của chấn tử Trong trường hợp tổng quát trở kháng vào Za là một đại lượng phức

và được xác định như sau:

Z a=U i

I i =R i+iX i

Với: Ui là điện áp ở đầu vào chấn tử

Ii là dòng điện ở đầu vào chấn tử

Tính trở kháng vào của chấn tử đối xứng áp dụng phương pháp mômen bình phươngtối thiểu áp dụng cho phương trình tích phân Hallén:

2.1.4 Cường độ trường ở vùng gần của chấn tử đối xứng

Để nghiên cứu chính xác các tham số của chấn tử như trở kháng bức xạ, trở kháng vào,trở kháng tương hỗ, cần khảo sát trường ở vùng gần của chấn tử Giả sử chấn tử có bánkính rất nhỏ và dòng điện trên chấn tử chỉ có thành phần theo trục z, phân bố theo quiluật hình sin

Áp dụng phương trình Maxwell thứ nhất trong hệ tọa độ trụ Từ đây sẽ xác định đượcthành phần điện trường hướng tâm Eρ và cường độ từ trường Hϕ

2.1.5 Công suất bức xạ phức và trở kháng bức xạ của chấn tử đối xứng

Công suất bức xạ phức của chấn tử được xác định bởi tích phân:

Nếu chú ý rằng ¯ d z=¯izdz thì tích vô hướng của ¯ E.¯d z chính là thành phần tiếp

tuyến của cường độ trường trên bề mặt chấn tử, nghĩa là:

¯

E ¯d z=Ezt.dz

Tích số Ezt.dz chính là sức điện động cảm ứng được tạo bởi điện trường Ezt trên

độ dài vi phân dz của chấn tử

Sức điện động này do nguồn ngoài cung cấp cho phần tử dz Công suất tổng cộng củanguồn ngoài cung cấp cho chấn tử bằng:

2.1.6 Trở kháng tương hỗ giữa hai chấn tử

Công thức tổng quát cho hai chấn tử j và n bất kỳ:

Ejn là thành phần tiếp tuyến của điện trường trên bề mặt chấn tử j do dòng điện củachấn tử n gây ra, còn Enj là thành phần tiếp tuyến của điện trường trên bề mặt chấn tử n

do dòng điện của chấn tử j gây ra

Trong trường hợp tổng quát, trở kháng vào của chấn tử là đại lượng phức:

ZVn = RVn + iXVnBiết phần tử thực của trở kháng vào, sẽ xác định được công suất bức xạ của chấn tử:

Nếu anten phát không có đặc tính định hướng, nó có vùng phủ sóng là một vòng trònxoay với giả thiết mặt đất là hoàn toàn phẳng Thực tế rất hiếm khi sử dụng anten vôhướng Anten có khả năng tập trung năng lượng phát ra vào một vùng cụ thể nào đó, khi

đó anten được gọi là anten định hướng

2.1.7.1 Các chấn tử định hướng

Định hướng phát cho anten cải thiện độ lợi của anten về hướng này Hầu hết cácanten có nhiều chấn tử định hướng và càng có nhiều chấn tử định hướng thì độ địnhhướng của anten càng cao

2.1.7.2 Chấn tử phản xạ

Để cải thiện tỉ số trước/sau ta có thể thêm loại chấn tử thụ động thứ 2, chấn tử phản

xạ Chấn tử phản xạ sẽ phản xạ năng lượng phát về phía sau chấn tử chủ động về phíatrước chấn tử chủ động để cải thiện độ lợi về phía chấn tử định hướng

2.1.7.3 Chấn tử đối xứng gập (chấn tử vòng dẹt)

Để cực tiểu hoá suy hao tín hiệu thì việc phối hợp trở kháng giữa chấn tử đối xứng vớiđường feeder và với máy phát về mặt điện đóng vai trò quan trọng Trở kháng của loạichấn tử đối xứng tích cực ở trên khoảng 75 (Ω) ) Trở kháng này thường phải được thay

đổi để phối hợp vào đường feeder và vào máy phát Trở kháng của chấn tử gập tăng lên 4lần

2.2 Anten Yagi

2.2.1 Giới thiệu

Anten dẫn xạ (anten Yagi) hay còn gọi là anten dẫn đường được dùng rộng rãi trong vô tuyếntruyền hình, trong các tuyến thông tin chuyền tiếp và trong các đài rađa sóng mét Anten nàyđược dùng phổ biến như thế vì nó có tính định hướng tương đối tốt, kích thước và trọng lượngkhông lớn lắm, cấu trúc lại đơn giản Nhưng nhược điềm của anten này là dải tần hẹp, điềuchỉnh khó

2.2.2 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động

Cấu tạo anten Yagi

Cấu tạo của anten gồm một chấn tử chủ động thường là chấn tử nửa sóng, một chấn tử phản

xạ và một số chấn tử dẫn xạ thụ động được gắn trực tiếp với thanh đỡ kim loại Nếu chấn tử chủđộng là chấn tử vòng dẹt thì nó cũng có thể gắn trực tiếp với thanh đỡ và kết cấu anten sẽ trở nênđơn giản

Để tăng cường hơn nữa hiệu quả phản xạ, có thể sử dụng mặt phản xạ kim loại, lưới kim loại,hoặc một tập hợp vài chấn tử đặt ở khoảng cách giống nhau so với chấn tử phản xạ thường đượcchọn trong giới hạn (0,15 0,25)

Sóng truyền lan trong hệ thống thuộc loại sóng chậm nên về nguyên lý, anten dẫn xạ

có thể từ 2  10, đôi khi có thề lớn hơn (tới vài chục) Khoảng cách giữa chấn tử chủ động vàchấn tử dẫn xạ đầu tiên, cũng như giữa các chấn tử dẫn xạ được chọn trong khoảng (0,10,35)

Trong thực tế, chấn tử chủ động là chấn tử vòng dẹt vì hai lý do chính sau:

- Gắn trực tiếp chấn tử lên thanh đỡ, không cần dùng phần tử cách điện

- Chấn tử vòng dẹt có trở kháng vào lớn, thuận tiện phối hợp trở kháng

2.2.3 Các bước tính toán mô hình anten

Bước 1: Ứng với vị trí cố định của các chấn tử và với giá trị của các điện kháng điều

chỉnh đã chọn, biên độ phức của dòng điện trong mỗi chấn tử sẽ được xác định khi giải

hệ phương trình Kirchhoff đối với hệ (N + 2) chấn tử ghép:

f1(θh )=

cos(πY2Sinθh)

cosθh

Bước 3: Tính trở kháng vào của chấn tử chủ động

Khi có ảnh hưởng tương hỗ của các chấn tử thụ động thì trở kháng vào của chấn tử chủđộng được tính như sau:

2.2.4 Dải thông của anten dẫn xạ

Các anten Yagi phản ứng rất nhạy đối với sự biến đổi tần số vì nó bao gồm các yếu tốcộng hưởng Do đó, anten Yagi có dải thông hẹp Thông thường để mở rộng dải thông