Nghiên cứu ảnh hưởng cấu trúc bề mặt anten vi dải trong lĩnh vực tương thích điện từ

Nghiên cứu ảnh hưởng cấu trúc bề mặt anten vi dải trong lĩnh vực tương thích điện từ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

oOo

-TIỂU LUẬN MÔN HỌC TƯƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ

ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CẤU TRÚC BỀ MẶT ANTEN VI DẢI

TRONG LĨNH VỰC TƯƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ

Niên khoá : 2013 - 2015

GVHD : PGS.TS TĂNG TẤN CHIẾN

Đà Nẵng, tháng 01 năm 2014

1

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ CÁC TỪ VIẾT TẮC

MỞ ĐẦU

Trong hệ thống thông tin vô tuyến, chất lượng tín hiệu phụ thuộc rấtnhiều vào hệ thống anten thu phát, đặc biệt là anten vi dải với đặc điểm kíchthước nhỏ gọn, chi phí chế tạo thấp, độ lợi cao được sử dụng phổ biến trongcác hệ thống thông tin vô tuyến hiện đại

Hiện nay hệ thống anten vi dải đa số sử dụng truyền nhận dữ liệu trongdải tần (200Hz - 10 GHz), các hệ thống anten đặt cùng chung một môi trường

có thể gây nhiễu lẫn nhau nếu sử dụng cùng dải tần số Việc các thiết bị sửdụng trong một dải tần rộng hoặc sử dụng cùng một lúc tại nhiều tần số khácnhau ngày càng phổ biến, do đó việc nghiên cứu để thiết kế các anten vi dải

có cấu trúc bề mặt đáp ứng được các yêu cầu nói trên vô cùng khó khăn vàphức tạp

Với đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng cấu trúc bề mặt anten vi dải trong

lĩnh vực tương thích điện từ” được trình bày trong tiểu luận sẽ giúp chúng ta

có cái nhìn tổng quan hơn về việc nghiên cứu, thiết kế mô phỏng anten vi dảidùng trong hệ thống thông tin vô tuyến

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TƯƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ

1.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG

Trước năm 1979, nhiều nước trên thế giới vẫn chưa coi trọng về vấn đềtương thích điện từ và lúc đó một số nhà sản xuất thiết bị điện, điện tử, tin học

đã tự đưa ra các quy định về tương thích điện từ trong khi sản xuất các sảnphẩm của mình Bắt đầu từ năm 1979, Ủy ban về thông tin liên lạc của Hoa

Kỳ (FCC) đã đưa ra các quy định đầu tiên về tương thích điện từ và cho đếnnay Hoa Kỳ và các nước khác đặc biệt là các nước Châu Âu đã ban hành đầy

đủ các quy định về Tương Thích Điện Từ (TTĐT)

Hiện nay các sản phẩm điện, điện tử, tin học khi sản xuất và phân phốitrên thị trường trong nước và ngoài nước đều phải tuân thủ các quy định vềTTĐT Từ vai trò quan trọng của tính TTĐT đối với các sản phẩm, đặc biệt làđối với các mạch tích hợp có mật độ tích hợp ngày càng cao và tốc độ xử lýcủa mạch ngày càng nhanh, việc nghiên cứu về TTĐT luôn là vấn đề phảiđược đặc biệt quan tâm Như vậy mục đích của TTĐT là mang lại sự tươngthích về hoạt động của một hệ thống nhạy cảm với môi trường điện từ của nó,các hiện tượng nhiễu loạn có thể sinh ra bởi một phần của hệ thống thiết bịhoặc bởi nhiễu từ bên ngoài

Chương này sẽ trình bày một cách tổng quát về khái niệm tương thíchđiện từ, mục đích, mô hình cơ bản, các hiệu ứng nhiễu, các kiểu bức xạ cũngnhư ảnh hưởng của nó đến các thiết bị điện tử trong lĩnh vực tương thích điện

từ Ngoài ra, chương này cũng nêu ra một số vấn đề liên quan đến lĩnh vựctương thích điện từ như: các đường dây truyền dẫn, phối hợp trở kháng, cácphương pháp kiểm tra và đưa ra mô hình chung để giải quyết các bài toán liênquan đến tương thích điện từ

1.2 NGUYÊN LÝ CƠ SỞ CỦA TƯƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ

1.2.1 Khái niệm về tương thích điện từ

Tương thích điện từ (TTĐT) là một thuật ngữ chỉ rõ đặc tính mà các thiết

bị điện, điện tử, tin học có được khi chúng vận hành tốt trong một môi trường

có sự hiện diện của các thiết bị khác hoặc có tín hiệu nhiễu từ môi trườngxung quanh chúng tác động vào Để thực hiện được điều này, chúng ta phảidùng một kỹ thuật như là một phương tiện cho phép tránh được những hiệuứng không mong muốn mà sự nhiễu loạn trên có thể gây ra Lĩnh vực TTĐTcũng chỉ rõ toàn bộ các kỹ thuật dùng để xử lý các đặc tính trên

Định nghĩa 3 kiểu cơ sở trong việc tác động qua lại giữa các hệ thống:

- Hiệu ứng do thiết bị này sinh ra tác động lên các thiết bị khác, hiệntượng giao thoa bên trong của cùng một hệ thống

- Hiệu ứng do môi trường xung quanh sinh ra tác động lên các thiết bị

- Hiệu ứng do thiết bị sinh ra tác động lên môi trường

Lĩnh vực TTĐT bao gồm các vấn đề sau:

- Sự phân tích các cơ cấu cho ra những hiệu ứng nhiễu

- Nghiên cứu sự truyền của nhiễu do bức xạ hoặc do truyền dọc theo cácđường dây kim loại nối với các thiết bị

- Định nghĩa các kiểu ghép khác nhau giữa các hệ thống điện tử, tin học

- Xác định các điều kiện đối với các kiểu ghép

- Đánh giá những hậu quả thực tế của nhiễu khi thiết bị vận hành

- Dự đoán các tình huống xảy ra nhiễu mà khi đó một số thiết bị sẽkhông vận hành theo đúng tiêu chuẩn

- Các phương pháp lọc nhiễu tần số hoặc thời gian

- Những phương tiện cho phép các thiết bị hoạt động không bị ảnhhưởng của nhiễu

- Tổng hợp các thiết bị dễ bị ảnh hưởng bởi nhiễu

- Thiết lập các tiêu chuẩn để đưa ra các giá trị giới hạn có thể chấp nhậnđược đối với các máy phát và máy thu

- Hiệu chỉnh quá trình tiếp theo để thực hiện các biện pháp tiếp theo.Những vấn đề đã giới thiệu ở trên chưa phải là đã đầy đủ vì TTĐT làmột lĩnh vực rất rộng, yêu cầu đặt ra là phương thức xử lý các hiệu ứng khôngmong muốn (tức là tìm ra cách để tránh hoặc hủy bỏ nó).

Như vậy, mục đích của TTĐT là đem lại sự tương thích về hoạt độngcủa một hệ thống nhạy cảm với môi trường trường điện từ của nó, các hiệntượng nhiễu loạn có thể sinh ra hoặc bởi một phần của hệ thống thiết bị (Vídụ: nguồn điện sử dụng tạo ra nhiễu trong một dải tần số rộng) hoặc bởi nhiễu

từ môi trường bên ngoài

Trong những năm gần đây, hầu như các thành phần và hệ thống điện tửđều được sử dụng trong tất cả các lĩnh vực, từ các hệ thống giải trí truyềnthống cho đến các hệ thống tiên tiến nhất như thông tin, định vị hai chiều …Công nghiệp điện tử ngày càng phát triển và việc nghiên cứu sự tươngthích của trường điện từ ngày càng trở nên bức thiết, tức là các hệ thống vàthành phần của nó ảnh hưởng đến hoạt động của các hệ thống và thành phầnkhác như thế nào TTĐT được phát triển từ nhiều năm nay và đã trở thànhmột lĩnh vực chuyên ngành trong việc nghiên cứu ứng dụng vào các hệ thốngđiện, điện tử, tin học Nhiều ứng dụng của TTĐT đã được phát triển

Ngày nay khi công nghiệp điện tử, nhất là công nghệ tích hợp vi mạchngày càng phát triển thì việc nghiên cứu TTĐT của của trường điện từ ngàycàng trở nên cấp thiết và trở thành một lĩnh vực chuyên ngành trong việcnghiên cứu ứng dụng vào các hệ thống điện, điện tử, tin học Hiện nay, TTĐTcòn được ứng dụng nhiều vào lĩnh vực công nghệ tự động

Tóm lại, TTĐT là khả năng của một hệ thống điện tử mà chức năng hoạtđộng của nó trong môi trường trường điện từ không ảnh hưởng, không gâynhiễu đến các hệ thống khác cùng hoạt động trong môi trường đó Đó là một

hệ thống điện tử phải không bị nhiễu từ các tín hiệu bức xạ của các hệ thốngkhác, không gây nhiễu làm ảnh hưởng đến hoạt động của các hệ thống kháccũng như không gây nhiễu với chính hoạt động của bản thân nó

MÔI TRƯỜNG BÊN NGOÀI

1.2.2 Mô hình cơ bản của TTĐT

Mô hình cơ bản của TTĐT được minh họa ở hình 1.1:

Hình 1.1 Mô hình cơ bản của TTĐT.

Mô hình cơ bản của TTĐT gồm các thiết bị A và B cùng hoạt động trongcùng một môi trường Chúng ta không mong muốn A gây nhiễu cho B vàngược lại, đồng thời cũng không mong muốn môi trường (ví dụ như máy phátradio) là nguyên nhân bên ngoài tác động vào làm cho cả thiết bị A và B hoạtđộng không chính xác Đó là vấn đề TTĐT

Như vậy, khái niệm chính trong TTĐT là mối quan hệ giữa: "Nguồnphát - Đường dẫn - Máy thu" (Source - Path - Receiver) Chúng được mô tảnhư sau:

Hình 1.2 Nguồn phát - Đường dẫn - Máy thu

Có 3 thành phần cơ bản trong TTĐT: Nguồn phát, đường dẫn, máy thu.Máy thu có thể có hai loại khác nhau:

- Loại chủ động: Máy thu thanh hoặc máy thu hình

- Loại thụ động: Máy vi tính hoặc một số thiết bị điện tử khác

Nguồn phát chính là nơi sinh ra phát xạ điện từ và sau đó được truyền đitrên đường dẫn đến máy thu Tại máy thu nếu mức năng lượng điện từ này đủlớn nó sẽ làm ảnh hưởng đến hoạt động của máy thu

Một số đề xuất để giải quyết vấn đề TTĐT trong mô hình này:

- Khử năng lượng tại nguồn phát (nghĩa là ta có thể giảm tổng nănglượng phát xạ)

- Xác định đường truyền dẫn cho bản thân thiết bị, đường dẫn này phảiđược kiểm soát thông qua các dây dẫn hoặc bức xạ ra không gian.

- Xác định đặc tính của máy thu và làm cho nó có thể tăng khả năngchống nhiễu hơn

Vấn đề chính là quan tâm đến năng lượng của máy thu với các đặc tính

về sự miễn nhiễm và độ nhạy của nó Trong công nghiệp tự động ta sử dụng

sự miễn nhiễm giới hạn, trong khi ở các lĩnh vực khác đề cập đến những quytắc TTĐT dùng khái niệm tính nhạy cảm

Việc nghiên cứu TTĐT không chỉ cần thiết đối với những hệ thống phứctạp mà những vấn đề về TTĐT vốn đã xuất hiện trong các chuyển mạch, thậmchí trong vi xử lý… mà TTĐT còn xuất hiện khi các thành phần đó hoạt động

và giao tiếp với môi trường bên ngoài

Khái niệm thành phần:

Thành phần là một thực thể mà có thể mô tả được với kích thước vật lý

và khối lượng Ví dụ: Transistor là một thành phần, bộ điều khiển động cơ làmột thành phần

Chúng ta có thể mô tả được kích thước, khối lượng của Transistor và cóthể mô tả một vài tính chất khác Chúng ta sẽ lắp ráp các thành phần đó lại.Transistor được làm từ các vật liệu bán dẫn, chất dẻo và kim loại Các bộ điềukhiển động cơ thì được làm từ các board mạch in, các thành phần tích cực haythụ động và các đầu ghép nối

1.2.3 Các hiệu ứng nhiễu điện từ

Các hệ thống điện, điện tử thường chịu ảnh hưởng bởi các hiệu ứngnhiễu điện từ, các hiệu ứng này thể hiện một cách khác nhau tùy theo bản chấtcủa nhiễu, phần tử nhạy cảm, ngưỡng năng lượng phá hủy, các bộ nối giữacác mạch, các kiểu ghép điện từ ở thiết bị

Lĩnh vực khoa học về TTĐT sẽ xử lý các vấn đề trên bằng cách:

- Đặc tính hóa nguồn nhiễu, xác định các trường nhiễu có thể gây bức xạ

- Nghiên cứu các kiểu ghép giữa nguồn gây nhiễu và hệ thống bị nhiễu.

- Mô phỏng và thử nghiệm các hiện tượng trên, từ đó tìm các giải pháp

kỹ thuật bảo vệ

Việc nghiên cứu các chế độ hoạt động của các thiệt bị điện tử, thửnghiệm sự nhạy cảm, tiến hành đo các bức xạ khi chúng được đặt trong môitrường trường điện từ Cần thiết phải có phương pháp và công cụ thử nghiệmthích hợp

Sự khó khăn của việc phân tích điện từ là do sự phức tạp của mạng kếtnối, mạch gồm nhiều tầng và chứa các phần tử không tuyến tính (cácTransistor, cổng…)

Việc mô phỏng được thực hiện trong miền thời gian với mục đích có thểđưa vào các phần tử không tuyến tính Việc mô phỏng này được tiến hànhtrên các phương trình Maxwell trong miền thời gian để nghiên cứu trườngvùng xa trong một thể tích nhất định trước

Kết quả mô phỏng tính toán trong miền thời gian có thể được thể hiệntrong miền tần số bằng cách chuyển từ miền thời gian về miền tần số nhờphép biến đổi Fourier, phương pháp mô phỏng này được gọi là mô phỏng hỗnhợp thời gian và tần số

1.2.4 Trường điện từ và các công cụ thử nghiệm mạch tích hợp

a Về lý thuyết

Việc nghiên cứu các vấn đề liên quan đến trường điện từ như bức xạ củaanten, sự truyền sóng, sự nhiễu xạ bởi các chướng ngại vật… là việc tập trungnghiên cứu giải các phương trình của hệ phương trình Maxwell, (do nhà báchọc nổi tiếng James Clerk MAXWELL (1831-1879) công bố năm 1870)

Để giải các phương trình mô tả những vấn đề phức tạp, chúng ta có thể

áp dụng một trong các phương pháp phân tích như: phần tử hữu hạn (FE:Finite Element), sai phân hữu hạn trong miền thời gian (FDTD: FiniteDifference Time Domain), ma trận đường truyền (TLM: Transmission LineMatrix)…

Việc áp dụng các phương pháp trên để tính toán tác động qua lại củatrường điện từ với những đối tượng có hình thể bất kỳ đã trở thành một trongnhững đề tài rất được quan tâm bởi các nhà nghiên cứu về lĩnh vực TTĐTtrên cơ sở dựa vào những thành tựu của kỹ thuật điện tử và tin học trongnhững năm gần đây.

Về mặt lý thuyết, căn cứ vào các tài liệu và thông tin thu thập được chothấy nhiều nhà khoa học ngành Điện tử Viễn thông của các nước có nền khoahọc tiên tiến như Mỹ, Anh, Pháp, Đức, Canada… đã tập trung nghiên cứu vềphương pháp TLM và các ứng dụng của nó, nhất là trong khoảng từ năm 1995cho đến nay

b Về các công cụ thử nghiệm

Về các công cụ thử nghiệm, trong giai đoạn hiện nay trên thế giới đãxuất hiện một số công cụ hoặc các phương tiện để đo nhiễu điện từ phát ra bởicác linh kiện điện tử Ứng với mỗi công cụ sẽ có một phương pháp đo riêng.Các phương pháp đo TTĐT bao gồm:

- Đo bức xạ điện từ bằng tế bào TEM

- Đo bức xạ điện từ bằng đầu dò từ trường

- Đo dòng cao tần trên mass (GND và đo nhiễu điện từ dẫn trên ngõvào/ra của IC bằng đầu dò

- Đo nhiễu điện từ dẫn bằng lồng Faraday

- Đo bức xạ điện từ bằng đầu dò từ tính mạch in ba lớp

1.3 CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN TTĐT

1.3.1 Xu hướng phát triển công nghệ mạch tích hợp và các hệ thống

tự động

Để đáp ứng các nhu cầu về phát triển công nghệ thì trong những nămgần đây, các mạch tích hợp cũng như các hệ thống tự động đã phát triển mộtcách nhanh chóng Các loại mạch tích hợp Si lần lượt ra đời: MSI, LSI, VLSI,ULSI Tuy nhiên, so với các mạch tích hợp Si trên thì các mạch tích hợp

Để giải quyết TTĐT trong các hệ thống tự động thì người ta phải đưa racác tiêu chuẩn để đánh giá hệ thống đó Ví dụ, ở Châu Âu và Canada thì yêucầu về độ bức xạ năng lượng, ở Mỹ thì người ta lại đưa ra bức xạ năng lượngphải theo nguyên tắc của FCC Tuy nhiên, chung quy lại đòi hỏi các thiết bị

đó phải có khả năng miễn nhiễm từ các bức xạ khác Đồng thời, nếu bản thânthiết bị đó sinh ra bức xạ thì năng lượng bức xạ đó phải nhỏ hơn ngưỡng chophép được đề cập trong các tiêu chuẩn đánh giá về TTĐT

1.3.2 Đường dây truyền dẫn

a Các loại dây truyền dẫn đặc trưng

Đường dây truyền dẫn được sử dụng để truyền năng lượng từ máy phátđến anten Có rất nhiều loại dây truyền dẫn và chúng ta chỉ thảo luận vềnhững loại dây đặc trưng nhất Tất cả chúng đều có những chức năng và đặctính tương tự nhau Tuy nhiên cấu trúc thì rất khác nhau và mỗi loại có nhữngyêu cầu cũng rất khác nhau

Hình 1.4 Đường dây truyền dẫn kết nối từ máy phát đến anten.

Có hai loại đường dây truyền dẫn chính, dây trần và dây đồng trục Cónhiều điểm khác nhau quan trọng giữa hai loại dây truyền dẫn này:

- Dây trần có dạng giống hình cái thang với phần dây dẫn có vị trí đốidiện với dây khác và bộ phận cách điện nằm giữa chúng Thuận lợi của loạinày là việc kết nối được thực hiện dễ dàng, không cần phải có các kết nối đặcbiệt nào, giá thành rẻ và độ suy hao thấp Tuy nhiên, nó cũng có những hạnchế sau: do cấu trúc của nó nên khả năng chống nhiễu bên ngoài của nó thấp,đồng thời nó không có khả năng ngăn chặn các năng lượng bức xạ từ cácđường dây truyền dẫn khác

- Cáp đồng trục thì khắc phục được một số nhược điểm trên, tuy nhiêngiá thành lại cao và yêu cầu cần phải có các kết nối đặc biệt bao gồm các kếtnối hình trụ được bó chặt vào cáp đồng trục để nó có thể kết hợp được với cáckết nối khác

Một hạn chế của cáp đồng trục đó là độ suy hao cao nên dẫn đến giảmcông suất được truyền từ anten đến máy thu cũng như từ máy phát đến anten Ngoài ra tốc độ truyền sóng cũng nhỏ hơn tốc độ truyền sóng trongkhông gian tự do, điều này có nghĩa rằng chiều dài bước sóng bên trong cáp làkhác nhau so với trong không gian tự do, do đó bước sóng trong cáp cũng cóphần ngắn hơn Cáp đồng trục được bao bọc bởi lớp vỏ cách điện với cácnguồn bên ngoài để tránh các bức xạ từ bản thân nó ra bên ngoài, trong khidây trần có cấu trúc đơn giản gồm 2 dây dẫn nằm hai bên của lớp cách điện.Điều này cho thấy tại sao dây trần lại không cho hiệu quả chống nhiễu tốt nhưcáp đồng trục.

Hình 1.5 Truyền dẫn bằng dây trần.

b Chức năng của các đường dây truyền dẫn

Việc sử dụng các đường dây truyền dẫn là phương pháp cơ bản để truyềnnăng lượng từ máy phát (hay bộ khuếch đại, nguồn RF) đến anten, bộ chuyểnđổi hoặc một vài loại tải RF khác

Một vấn đề quan tâm khác cũng rất quan trọng đó chính là việc phối hợptrở kháng từ các đường dây truyền dẫn đến tải Để làm rõ khái niệm về truyềncông suất cực đại, đó là việc phối hợp giữa điện trở tải và điện trở nguồn.Điều này vẫn đúng đối với các đường dây truyền dẫn và năng lượng RF, trừkhi điện trở được thay bằng trở kháng Khi thực hiện được phối hợp trở khánggiữa điện trở tải và điện trở nguồn thì công suất truyền đi sẽ đạt giá trị cựcđại

Hình 1.7 Truyền năng lượng từ máy phát đến anten thông qua dây dẫn.

bằng 0 Trong thực tế số lượng lớn năng lượng sẽ bị phản xạ, do đó sẽ không

Γ = Za − Z Zc / a + Zc

(1.3)

bị kiểm tra thực tế hoặc ít ra cũng làm cho các kết quả bị sai lệch.

c Trở kháng đặc tính của đường dây truyền dẫn

Trở kháng đặc tính của đường dây truyền dẫn không đơn thuần chỉ làmột điện trở mà là một quan hệ phức tạp giữa điện kháng của các thành phần

và tần số của tín hiệu RF Một thành phần khác, đó là tốc độ truyền của tínhiệu dọc theo đường dây, trong không khí tốc độ truyền bằng tốc độ ánh sángtrong chân không, trong đường dây thì tốc độ truyền chỉ là một phần của tốc

độ ánh sáng Tốc độ truyền thông thường (gọi là hệ số tốc độ so với tốc độánh sáng) là khoảng 60% đến 80% tốc độ ánh sáng Trở kháng đặc tính của

Các đặc tính khác của dây trần so với cáp đồng trục:

- Dây trần có độ suy hao thấp do dễ dàng kết nối

- Cáp đồng trục có giá thành cao và yêu cầu các đầu nối đặc biệt, điềunày gây khó khăn cho việc lắp đặt Những đầu nối này là cần thiết, tuy nhiênphải giữ được chính xác hình dạng của nó để đảm bảo trở kháng đặc tính củađường dây không đổi

Đặc điểm của cáp đồng trục là có một lớp vỏ cách điện với các nguồnbên ngoài để tránh các bức xạ từ bản thân nó ra bên ngoài, trong khi đó dây

trần có cấu trúc rất đơn giản gồm hai dây dẫn nằm hai bên của lớp cách điện,điều đó ta thấy rằng tại sao các dây trần lại không chống được nhiễu từ cácnguồn năng lượng bên ngoài.

Việc chọn loại cáp nào cũng rất quan trọng, nó phụ thuộc rất nhiều vàocác hệ số, gồm có: hệ số suy hao, kích thước vật lý và trở kháng… của mỗiloại cáp Thông thường khi làm việc theo chuẩn TTĐT thì trở kháng của cáp

1.3.3 Lớp vỏ bọc

Lớp vỏ bọc là một khái niệm đơn giản và trong lĩnh vực TTĐT, nó cóhai chức năng chính:

- Giữ phát xạ ở bên trong lớp vỏ

- Giữ các nguồn năng lượng bên ngoài ở ngoài lớp vỏ

Vai trò của lớp vỏ bọc là cách ly trường điện từ khỏi các thành phầnđang hoạt động Lớp vỏ bọc được dùng để chống lại cả điện trường lẫn từtrường Hiệu quả của lớp vỏ bọc (viết tắc SE - Shielding Effectiveness) đượcthể hiện bằng độ cách ly của trường, người ta đo độ cách ly với các độ mạnhkhác nhau của trường bằng đơn vị dB SE được tính bằng tỷ số giữa cường độtrường ở bên này của lớp vỏ bọc và cường độ trường bên kia lớp vỏ bọc Các

đạt được các mức SE cao, đặc biệt ở các tần số cao, lớp vỏ bọc phải không cóbất kỳ một khuyết tật nào như không có bất kỳ lỗ trống, khe hở nào Nếu lớp

vỏ bọc xuất hiện các khe hở thì hiệu quả bọc chắn sẽ giảm đi rất đáng kể Mộtphức tạp khác nữa là cần phải có nhiều kinh nghiệm và thời gian hơn bởi vì

sự gia tăng về mặt tốc độ của các máy tính đòi hỏi phải có sự bảo vệ cho cácthiết bị ngoại vi, cáp nguồn và các thiết bị I/O

Quá trình thực tế xảy ra trong lớp vỏ bọc bao gồm hai phần chính sau:

- Sự phản xạ của các trường tới

- Sự hấp thụ năng lượng bên trong các vật liệu của lớp vỏ

BỨC XẠ

ESD TƯƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ

MIỄN NHIỄM PHÁT XẠ

Nguồn năng lượng ở phía bên trái của lớp vỏ bọc và thiết bị cần bảo vệ

nằm ở bên phải của lớp vỏ Đối với lớp vỏ bọc chắn trường điện từ (ở các tần

số thấp), phản xạ là nguyên nhân chính của SE và ở các tần số cao sẽ xảy ra

sự hấp thu năng lượng bên trong các vật liệu

Thông số chính trong thiết kế lớp vỏ bọc là độ dày của vật liệu Cần biết

rằng điều này rất quan trọng đối với độ dày của bề mặt ở các tần số đặc biệt

liên quan Nếu độ dày của vật liệu lớn hơn hoặc bằng độ dày của bề mặt thì sẽ

có sự suy hao bên trong vật liệu

1.3.4 Kiểm tra tương thích điện từ

a Các quy tắc về TTĐT

Các vấn đề TTĐT thông thường có thể gồm sự kết hợp giữa các quy tắc

như sự kết hợp của các tần số, kích thước của các thành phần, việc lắp ráp các

bộ phận lại với nhau…

TTĐT được chia thành 3 nguyên tắc dựa trên kỹ thuật kết nối:

- Đường dẫn bức xạ

- Đường dẫn thiết bị dẫn

- Sự kết hợp của hai kỹ thuật trên

Trong mỗi kỹ thuật bức xạ hay thiết bị dẫn thì được chia thành hai quy

tắc nhỏ nữa là sự phát xạ và sự miễn nhiễm Ta có sơ đồ hình 1.8

Hình 1.8 Các nguyên tắc TTĐT

Như vậy hiện tượng bức xạ chia làm hai loại:

- Bức xạ phát xạ (RE): Liên quan đến cơ chế sinh ra các năng lượng bức

xạ điện từ không mong muốn vào môi trường chung quanh gây ảnh hưởngđến các thiết bị điện tử khác

- Bức xạ miễn nhiễm (RI): Liên quan đến cơ chế chống lại các bức xạđiện từ từ các thiết bị khác vào các bộ phận đang hoạt động của hệ thống

Và hiện tượng dẫn cũng được chia làm hai loại:

- Dẫn phát xạ (CE): Liên quan đến cơ chế các năng lượng điện từ đượctạo ra từ các mạch điện tử ảnh hưởng đến các bộ phận khác trong mạch (đặcbiệt là nguồn cung cấp AC) thông qua các dây cáp truyền dẫn tín hiệu giữacác thiết bị

- Dẫn miễn nhiễm (CI): Liên quan khả năng chống lại các nhiễu điện từsinh ra từ bộ nguồn AC, các mạch điện tử đến thiết bị hoạt động của hệ thống.Còn ESD bao gồm sự kết hợp giữa hiện tượng bức xạ và hiện tượng dẫn.Hình 1.9 cho ta hình dung một cách cụ thể các quy tắc trên

một vài trường hợp ngoại lệ: các máy đo điện áp và máy hiển thị dạng sóng

kiểm tra là do có sự phối hợp trở kháng của phần lớn các cáp đồng trục được

sử dụng hầu hết trong các phòng thí nghiệm Có thể sử dụng trở kháng cao

trên việc phối hợp không đối xứng của cáp, nguồn và trở kháng tải

c Bộ khuếch đại công suất

Bộ khuếch đại công suất là một trong những thành phần quan trọng của

hệ thống kiểm tra sự miễn nhiễm RF Bộ khuếch đại này được dùng trongkiểm tra bức xạ sử dụng anten hay các tế bào TEM và kiểm tra dây dẫn sửdụng máy dò phun dòng điện hoặc các mạng nhân tạo

Yêu cầu về khuếch đại công suất phụ thuộc vào:

- Độ lợi anten và khoảng cách kiểm tra dự định trong phòng kiểm tra

- Đối với việc kiểm tra dây dẫn, sử dụng các hệ số của các bộ chuyển đổikhác

d Thiết bị kiểm tra và thiết bị giám sát

Thiết bị kiểm tra được thiết kế cơ bản để định lượng các hệ thống anten

và có những đặc điểm sau:

- Máy phát tín hiệu RF phải ở dải tần từ LF đến VHF và cả UHF

- Bộ đếm tần số

- Máy đo điện cảm

- Máy đo điện dung

- Đo SWR như là một chức năng của tần số

EUT giám sát có thể là loại số, tương tự hoặc giám sát bus thông tin,chẳng hạn như các đường link audio hoặc video Chúng thường được kết nốiđến cổng điều khiển hoạt động thông qua cáp sợi quang mà không làm ảnhhưởng đến trường gần EUT Cáp sợi quang có thể xuyên qua hàng rào bảo vệthông qua các ống dẫn có đường kính được xác định bởi tần số cao nhất được

sử dụng trong các hốc kiểm tra và có chiều dài được lựa chọn để cung cấpmức suy hao tối thiểu có thể

e Các kết quả phân tích

Trước khi bắt đầu việc kiểm tra, nên xem xét lại thiết kế, việc bố trí sắpxếp và đóng gói để được kết quả tốt hơn Quá trình kiểm tra phải được tiến

hành kỹ lưỡng, cẩn thận, phải xem như là một kế hoạch kiểm tra với các bướctiến hành như sau:

- Mô tả kỹ lưỡng các hoạt động của EUT với sơ đồ, biểu đồ, sơ đồ bố trí

- EUT, dụng cụ dây dẫn với các kết nối và mô phỏng nếu cần thiết

- Thiết bị giám sát, cáp sợi quang, video…, chúng phải không ảnh hưởngđến sự miễn nhiễm của EUT khi thêm vào

- Kiểm tra các tần số (các mức miễn nhiễm) dựa trên các nguyên nhânlàm cho EUT sai số từ các thiết bị gây nhiễu hoặc các dịch vụ vô tuyến…

- Các chế độ hoạt động trong phòng kiểm tra EUT dựa trên việc phântích các chế độ

- Phần mềm kiểm tra sản phẩm, chế độ hoạt động

1.4 MÔ HÌNH TƯƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ

1.4.1 Mục đích của mô hình TTĐT

Hai vấn đề quan trọng khi thiết kế một thiết bị điện tử là độ nhạy cảmđiện từ hoặc tính miễn nhiễm điện từ (tức là tính ít bị ảnh hưởng của nhiễuđiện từ) và mức độ gây nhiễu của nó Do số lượng lớn và tính phức tạp củacác thông số trong hệ thống điện tử đã gây nên các hiện tượng nhiễu điện từbức xạ và nhiễu điện từ dẫn Việc nghiên cứu, phân tích, đánh giá các hiệntượng trên là vấn đề vô cùng phức tạp Chính vì vậy, cũng như các lĩnh vực

kỹ thuật khác, người ta cũng đưa ra mô hình trong TTĐT nhằm triển khaiđược các bước chính trong quá trình sản xuất Đồng thời, từ việc định nghĩamột mô hình dựa trên các thành phần nhỏ thì có thể nâng cấp các thành phầnnày thành những hệ thống phức tạp hơn

Mục đích của mô hình TTĐT là lấy dữ liệu mức thành phần và sử dụng

dữ liệu này để làm tăng độ chính xác của việc phân tích mức hệ thống, cụ thểlà:

- Sử dụng mô hình để tạo nên một chức năng chuyển đổi từ các thông tinmức thành phần, sau đó dùng chức năng chuyển đổi này ở mức hệ thống

- Sử dụng mô hình để triển khai kiến thức về trở kháng của hệ thống

- Mô hình hóa các đường dẫn của dòng điện kiểu vi sai hay chung.

1.4.2 Giá trị của mô hình TTĐT

Thực hiện kiểm tra TTĐT là vấn đề tốn kém rất nhiều thời gian và chiphí Phương pháp số học và phân tích hợp lý sẽ trở thành một phương phápquan trọng để xác định ảnh hưởng của các trường bên ngoài đến các hệ thốngđiện tử bên trong hệ thống hoặc có thể dự đoán được các bức xạ đó tăng lênnhư thế nào Chính vì vậy, mô hình TTĐT thích hợp có thể làm giảm thờigian sản xuất và độ chính xác của mô hình có thể cho phép thực hiện kếhoạch bố trí các thành phần và cáp Nếu quá trình phân tích được đưa ra sớm

ở phần thiết kế thì khi bố trí sẽ thuận tiện hơn, linh hoạt hơn, thay đổi để cảithiện khả năng miễn nhiễm được tốt hơn mà không làm tăng chi phí Quátrình mô phỏng và kiểm tra sớm hơn cũng làm giảm đáng kể thời gian đểkiểm tra sản phẩm cuối cùng Mô hình cũng được sử dụng để nghiên cứu sựmắc nối giữa các nguồn bên ngoài và bên trong Ảnh hưởng của các máy phát

vô tuyến xách tay, cả các máy thu chủ động và bị động (ví dụ: điện thoại diđộng, CD player, GPS…) có thể là những nguồn đáng kể ở bên ngoài hệthống

1.4.3 Các thách thức của mô hình TTĐT

Thách thức đối với mô hình tương thích điện từ là làm sao để bản thânTTĐT được tự nhiên, đây thực sự là một nhiệm vụ khó khăn Vì mô hìnhTTĐT rất phức tạp nên nó đòi hỏi cần phải xác định các thông số có liên quanđến mô hình Không giống như phân tích mạch điện, mô hình TTĐT chonhững quy tắc được định ra để thiết kế và phát triển sản phẩm Mô hình phảiđược thực hiện xong trước khi thực hiện các công việc phức tạp như in mạch

và các thiết bị ở mức thành phần Những thiết bị này gọn nhẹ hơn và dễ địnhnghĩa hơn các hệ thống lớn

Các thách thức của mô hình:

Để hiểu được chính xác tính chất vật lý của mạch điện và các hệ thốngthì cần phải triển khai các công cụ số học chính xác nhằm định nghĩa cácđường kết nối năng lượng sao cho:

- Hiểu được các đường dẫn

- Xác định số lượng đường dẫn

- Nhận dạng các một cách chính xác để tối thiểu hóa sự can nhiễu

Về bố trí mạch in, có thể thấy rằng việc nhận dạng các thiết kế mạch và

bố trí mạch rất quan trọng, bởi các lý do sau:

- Phải hiểu được các đặc tính can nhiễu của các đường mạch in và việcghép nối phù hợp

- Cần phải định nghĩa các phần tử, chẳng hạn như nhiễu bus công suất cóthể ảnh hưởng đến các vấn đề RI

- Yêu cầu phải hiểu rõ và định nghĩa được các thông số của các thànhphần bị động

- Cần phải định nghĩa các cấu trúc thành phần cũng như hệ thống khác

mà hoạt động của nó có thể bị ảnh hưởng bởi các nguồn năng lượng ngoài.Ngoài ra, một thách thức nữa đối với mô hình TTĐT là các loại dây dẫn

và cáp được sử dụng, chúng phải được bọc như thế nào và cấu trúc của chúng

ra sao Cấu trúc của các thành phần cũng như hệ thống, chẳng hạn như cáckhung hay vỏ máy cũng đóng vai trò như các nguồn năng lượng dẫn Nhữngvấn đề này cũng sẽ được xem xét trong mô hình và nó thật sự là một nhiệm

vụ phức tạp

1.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG

Tóm lại với sự phát triển ngày càng nhanh của khoa học công nghệ nhưhiện nay cùng với việc ứng dụng những thành tựu này trong việc thiết kế vàchế tạo các thiết bị điện, điện tử đã và đang đặt ra những khó khăn và tháchthức lớn về mặt TTĐT giữa các hệ thống với nhau cũng như bản thân bêntrong các hệ thống đó

Hầu hết các sản phẩm đều có những giới hạn về môi trường hoặc các đặctính kỹ thuật an toàn Các yêu cầu này phần nào nhằm tạo ra sự chắc chắntrong quá trình sử dụng sản phẩm TTĐT là một lĩnh vực rất quan trọng, nóngày càng trở nên phức tạp hơn Do đó khi thiết kế một sản phẩm bất kỳ nào

đó, các nhà thiết kế luôn luôn đề cập đến vấn đề TTĐT

Làm thế nào để các hệ thống trên đạt được hiệu suất cao nhất nhưng mức

độ ảnh hưởng của nó đến các thiết bị, hệ thống khác là thấp nhất Vì vậy việctìm hiểu nó để áp dụng vào thực tế là hết sức cần thiết Sau khi tìm hiểu tổngquan về TTĐT để áp dụng cho việc thiết kế các thiết bị điện tử đảm bảo hoạtđộng tốt trong môi trường và không gây nhiễu đến các thiết bị và môi trườngxung quanh thì trong chương sau luận văn sẽ trình bày về lý thuyết cơ bản củaanten nhằm phục vụ cho vấn đề tính toán thiết và mô phỏng các thiết bị antenhoạt động phù hợp mục đích sử dụng và đảm bảo tính tương thích điện từ

CHƯƠNG 2

LÝ THUYẾT VỀ ANTEN2.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG

Anten được ứng dụng trong các hệ thống thông tin vô tuyến, vô tuyếntruyền thanh, truyền hình, vô tuyến đạo hàng, vô tuyến thiên văn, vô tuyếnđiều khiển từ xa…

Anten được sử dụng với các mục đích khác nhau cũng có những yêu cầukhác nhau Với các đài phát thanh và vô tuyến truyền hình thì anten cần bức

xạ đồng đều trong mặt phẳng ngang (mặt đất), để cho các máy thu đặt ở cáchướng bất kỳ đều có thể thu được tín hiệu của đài phát Song, anten lại cầnbức xạ định hướng trong mặt phẳng đứng với hướng cực đại song song mặtphẳng đất để các đài thu trên mặt đất có thể nhận được tín hiệu lớn nhất và đểgiảm nhỏ năng lượng bức xạ theo các hướng không cần thiết

Việc nghiên cứu lý thuyết cơ sở của kỹ thuật anten sẽ giúp chúng ta cóđược các kiến thức cơ bản để thiết kế và phân tích hoạt động của anten

Trong chương này luận văn sẽ tập trung nghiên cứu về cấu trúc chung,hoạt động và các thông số cơ bản của anten để từ đó đưa ra loại anten thíchhợp sử dụng trong hệ thống thông tin vô tuyến.

2.2 LÝ THUYẾT CHUNG VỀ ANTEN

2.2.1 Giới thiệu về anten

Thiết bị dùng để phát xạ sóng điện từ (anten phát) hoặc thu nhận sóngđiện từ (anten thu) từ không gian bên ngoài được gọi là anten Nói cách khácanten là cấu trúc chuyển tiếp giữa không gian tự do và thiết bị dẫn sóng(guiding device) Xét trong một hệ thống liên lạc vô tuyến đơn giản bao gồmmáy phát, máy thu, anten phát và anten thu Thông thường giữa máy phát vàanten phát cũng như máy thu với anten thu không kết nối trực tiếp với nhau

mà được ghép với nhau qua đường truyền năng lượng điện từ gọi là dâyfeeder

Trong hệ thống này, máy phát có nhiệm vụ tạo ra dao động điện cao tần.Dao động điện này sẽ được truyền đi theo dây feeder tới anten phát dưới dạngsóng điện từ ràng buộc Anten phát có nhiệm vụ biến đổi sóng điện từ ràngbuộc trong dây feeder thành sóng điện từ tự do bức xạ ra không gian Cấu tạocủa anten sẽ quyết định đặc tính biến đổi năng lượng điện từ nói ở trên Antenthu có nhiệm vụ ngược với anten phát, nghĩa là tiếp nhận sóng điện từ tự do

từ không gian ngoài và biến đổi chúng thành sóng điện từ ràng buộc Sóngnày sẽ được truyền theo dây feeder đến máy thu Yêu cầu của thiết bị anten vàdây feeder là phải thực hiện việc truyền và biến đổi năng lượng với hiệu suấtcao nhất và không gây ra méo dạng tín hiệu

Phương trình tương đương của anten ở chế độ phát được biểu diễn trong

kháng tải RL

được sử dụng để biểu diễn suy hao điện môi và vật dẫn

(conduction and dielectric loss) gắn với cấu trúc của anten, trong khi Rr là trở

kháng bức xạ, nó thể hiện sự bức xạ sóng điện từ của anten

Ngoài sóng điện từ bức xạ ra vùng xa, còn có trường điện từ dao động ởgần anten, ràng buộc với anten Phần công suất này không bức xạ ra ngoài màkhi thì chuyển thành năng lượng điện trường, khi thì chuyển thành năng lượng

từ trường thông qua việc trao đổi năng lượng với nguồn Công suất này gọi là

Trong điều kiện lý tưởng, năng lượng tạo ra bởi nguồn sẽ được truyền

tồn tại các suy hao do điện môi và suy hao do vật dẫn (tùy theo bản chất củađường truyền dẫn và anten), cũng như tùy theo sự suy hao do phản xạ (dophối hợp trở kháng không hoàn hảo) ở điểm tiếp điện giữa đường truyền vàanten Sóng tới bị phản xạ tại điểm tiếp điện giữa đường truyền dẫn và đầuvào anten Sóng phản xạ từ tiếp điểm cùng với sóng tới giao thoa với nhau tạothành sóng đứng nằm bên trong đường truyền dẫn Khi đó trên đường truyềnxuất hiện các nút và bụng sóng đứng Mô hình sóng đứng được biểu diễntrong hình 2.1

Hình 2.1 Đường truyền Thevenin tương đương của anten.

Nếu hệ thống anten được thiết kế không chính xác, đường truyền có thểchiếm vai trò như một thành phần lưu giữ năng lượng hơn là một thiết bị

truyền năng lượng và dẫn sóng, năng lượng sẽ tập trung ở đường truyền dẫn Nếu cường độ trường cực đại của sóng đủ lớn, chúng có thể phá hủyđường truyền dẫn Tổng suy hao phụ thuộc vào đường truyền, cấu trúc anten,sóng đứng Suy hao do đường truyền có thể được tối thiểu hóa bằng cáchchọn các đường truyền suy hao thấp, trong khi suy hao do anten có thể được

và khả năng lưu giữ năng lượng của đường truyền được tối thiểu hóa bằngcách phối hợp trở kháng của anten với trở kháng đặc trưng của đường truyền.Tức là phối hợp trở kháng giữa tải với đường truyền, ở đây tải chính là anten Anten được sử dụng với các mục đích khác nhau cũng có những yêu cầukhác nhau Với các đài phát thanh và vô tuyến truyền hình thì anten cần bức

xạ đồng đều trong mặt phẳng ngang (mặt đất) để cho các máy thu đặt ở cáchướng bất kì đều có thể thu được tín hiệu của đài phát Song, anten lại cầnbức xạ định hướng trong mặt phẳng đứng, với hướng cực đại song song mặtđất để các đài thu trên mặt đất có thể nhận được tín hiệu lớn nhất và để giảmnhỏ năng lượng bức xạ theo các hướng không cần thiết Trong thông tin mặtđất hoặc vũ trụ, thông tin truyền tiếp, rada, vô tuyến điều khiển thì yêu cầuanten bức xạ với định hướng cao nghĩa là sóng bức xạ chỉ tập trung vào mộtgóc rất hẹp trong không gian

Như vậy nhiệm vụ của anten không phải chỉ đơn giản là biến đổi nănglượng điện từ cao tần thành sóng điện từ tự do mà phải bức xạ sóng ấy theonhững hướng nhất định với các yêu cầu kĩ thuật cho trước Với sự phát triểnngày nay cũng đòi hỏi anten không chỉ đơn thuần làm nhiệm vụ bức xạ haythu 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 gồmnhiều hệ thống trong đó chủ yếu nhất là hệ thống bức xạ hoặc thu nhận sóng,

hệ thống cung cấp tín hiệu đảm bảo việc phân phối năng lượng cho các phần

tử bức xạ với các yêu cầu khác nhau hoặc hệ thống gia công tín hiệu

2.2.2 Sự bức xạ sóng điện từ của anten

Khi năng lượng từ nguồn được truyền tới anten, hai trường được tạo ra.Một trường là trường cảm ứng (trường vùng gần), trường này ràng buộc vớianten còn trường kia là trường bức xạ (trường vùng xa) Ngay tại anten (trongtrường gần), cường độ của các trường này lớn và tỉ lệ tuyến tính với lượngnăng lượng được cấp tới anten Tại vùng xa, chỉ có trường bức xạ là được duytrì Trường vùng xa gồm hai thành phần là điện trường và từ trường (xemhình 2.2)

Hình 2.2 Các trường bức xạ tại vùng xa.

Cả hai thành phần điện trường và từ trường bức xạ từ một anten hìnhthành trường điện từ Trường điện từ truyền và nhận năng lượng điện từ thôngqua không gian tự do Sóng vô tuyến là một trường điện từ di chuyển Trường

ở khu xa là các sóng phẳng Khi sóng truyền đi, năng lượng mà sóng mangtheo trải ra trên một diện tích ngày càng lớn hơn Điều này làm cho nănglượng trên một diện tích cho trước giảm đi khi khoảng cách từ điểm khảo sáttới nguồn tăng

hoặc giản đồ anten được định nghĩa là hàm toán học của đặc tính bức xạ củaanten Trong hầu hết các trường hợp, giản đồ bức xạ được xác định trongvùng trường xa và được biểu diễn như một hàm theo hệ trục tọa độ Đặc tínhbức xạ bao gồm mật độ dòng công suất, cường độ bức xạ, cường độ trường,định hướng, pha hay phân cực Đặc tính bức xạ liên quan đến sự phân bổnăng lượng bức xạ trong không gian 2 hay 3 chiều như một hàm của vị tríquan sát dọc theo một đường hay bề mặt có bán kính không đổi, được biểudiễn trong hình 2.3.

Hình 2.3 Hệ thống tọa độ để phân tích anten.

b Các búp sóng của giản đồ bức xạ

Các phần khác nhau của một giản đồ bức xạ được gọi là các búp (lobes),

chúng được chia thành búp chính, búp phụ, búp cạnh và búp ngược Một búpsóng bức xạ là một "phần của giản đồ bức xạ giới hạn bởi các vùng của cường

độ bức xạ" Hình 2.4a biểu diễn giản đồ đối xứng 3D với các búp bức xạ.Hình 2.4b biểu diễn giản đồ tuyến tính 2D (một mặt cắt của giản đồ 3D)

Búp chính (major lobe) là búp bức xạ chứa hướng bức xạ lớn nhất Như

tại nhiều hơn một búp chính Búp phụ (minor lobe) là bất kì búp nào ngoại trừ

búp chính Như trong hình 2.4 tất cả các búp ngoại trừ búp chính đều được

gọi là búp phụ Búp cạnh (side lobe) là búp bức xạ theo bất kì các hướng khác

với mong đợi (thông thường búp cạnh là liền kề với búp chính và chiếm bán

cầu theo hướng búp chính) Búp sau (back lobe) là búp bức xạ mà trục theo

thường chúng là các búp phụ chiếm bán cầu theo hướng ngược lại với hướngcủa búp chính) Các búp phụ thường biểu diễn bức xạ theo các hướng khôngmong muốn và chúng cần phải loại bỏ Các búp cạnh thường là các búp phụ

lớn nhất Mức (level) của búp phụ thường được biểu diễn bởi tỉ số mật độ

công suất của hướng đó so với búp chính

Hình 2.4 Các búp sóng của anten bức xạ hướng tính.

a) Các búp bức xạ, b) Đồ thị của giản đồ công suất với các búp sóng.

c Giản đồ đẳng hướng, định hướng và đa hướng

Anten đẳng hướng được định nghĩa là "một anten giả thuyết mà bức xạđều theo tất cả các hướng" Anten hướng tính là anten có đặc tính bức xạ hoặcthu sóng điện từ hiệu quả theo một số hướng nhất định Ví dụ về anten vớigiản đồ hướng bức xạ như ở hình 2.5 và 2.6

Hình 2.5 Giản đồ bức xạ trong mặt phẳng E và H của anten loa.

Hình 2.6 Giản đồ anten đa hướng.

Ta thấy rằng giản đồ trong hình 2.6 là không hướng tính trong mặt phẳnggóc phương vị [ ( ), f φ θ π = / 2]

và hướng tính trong mặt phẳng đứng

[ ( ), g θ φ = constant ] Đây là một loại giản đồ đa hướng tính, nó là giản đồ

không hướng tính trong một mặt phẳng cho trước và hướng tính trong bất kìmặt phẳng trực giao nào Một giản đồ đa hướng tính là loại đặc biệt của giản

d Các vùng trường của anten (field regions)

Không gian bao quanh một anten thường được thành 3 vùng : (a) trườngcảm ứng gần, (b) trường bức xạ gần (Fresnel), (c) trường xa, chúng được biểudiễn như trong hình 2.7

Hình 2.7 Các vùng trường của một anten.

Các vùng trường được phân định như vậy để xác định cấu trúc trườngtrong mỗi vùng Không có sự thay đổi trường đột ngột nào khi đi qua biêngiữa các trường đó Các biên của các vùng trường không phải là duy nhất do

có nhiều tiêu chuẩn khác nhau sử dụng để xác định các vùng trường

Vùng trường cảm ứng gần (reactive near-field region) là một phần củavùng trường gần bao quanh trực tiếp anten nơi mà trường cảm ứng chiếm ưuthế Với hầu hết các anten, viền ranh giới của vùng này tồn tại ở khoảng cách

3

0.62 /

<

lớn nhất của anten Đối với một chấn tử rất ngắn viền ranh giới tồn tại tại

Vùng trường bức xạ gần (radiating near-field region) là vùng trường củamột anten giữa vùng trường cảm ứng và vùng trường xa, nơi mà trường bức

xạ là chủ yếu và nơi mà sự phân bổ trường còn phụ thuộc vào khoảng cách từanten Nếu kích thước anten nhỏ hơn so với bước sóng thì vùng này có thểkhông tồn tại Với một anten hội tụ ở vô cùng, vùng trường bức xạ gần đôikhi được xem là vùng Fresnel Nếu anten có kích thước tổng thể lớn nhất mànhỏ hơn nhiều so với bước sóng, thì vùng trường này có thể không tồn tại

2

2 /

≤

Vùng trường xa (far-field region) là vùng trường của một anten nơi màgóc trường phân bổ chủ yếu phụ thuộc vào khoảng cách đến anten Nếu anten

có kích thước tổng thể lớn nhất là D, vùng trường xa sẽ tồn tại ở khoảng cách

trường này hầu như không thay đổi khi dịch chuyển điểm quan sát ra xa dần

2.3 CÁC THAM SỐ CƠ BẢN CỦA ANTEN

2.3.1 Mật độ công suất bức xạ

Sóng điện từ được sử dụng để truyền thông tin qua thiết bị không dâyhoặc cấu trúc dẫn sóng từ điểm này đến điểm khác Đại lượng dùng để mô tảcông suất kết hợp với một sóng điện từ là vector Poynting tức thời được địnhnghĩa như sau:

rõ ràng thì hướng bức xạ cực đại được chọn Đơn giản, hệ số định hướng củamột nguồn dị hướng bằng tỉ số cường độ bức xạ của nó theo hướng cho trướctrên cường độ bức xạ của một nguồn đẳng hướng: