Phân tích các đặc tính của anten và áp dụng cho anten dipole dài hữu hạn

TIỂU LUẬN CUỐI KÌ Môn học: ANTEN TRUYỀN SÓNG Thành phố Hồ Chí Minh – 062021 HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIẸT NAM KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG HK CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập Tự do Hạnh phúc THÔNG TIN CHUNG Họ và tên sinh viên Lớp : Khoá: Khoá 12 Chuyên ngành : CN Kỹ thuật điện tử viễn thông Mã chuyên ngành: DTVT SĐT : Email : Địa chỉ liên hệ : Tên đài tàitiểu luận: Phân tích các đặt tính của anten và áp dụng cho anten Dipole dài hữu hạn Tp. Hồ Chí Minh, ngày 18 tháng 06 năm 2021 Sinh viên (Ký và ghi rõ họ tên)   NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ………………………………….............................................................................................................................................................................................................................................................................………………………………………………...... Phần đánh giá: Ý thức thực hiện: Nội dụng thực hiện: Hình thức trình bày: Tổng hợp kết quả: Điểm bằng số: Điểm bằng chữ: Tp. Hồ Chí Minh, ngày 18 tháng 06 năm 2021 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ tên) LỜI CAM ĐOAN _________________________________________________ Tôi xin cam đoan tiểu luận này là công trình nghiên cứu của bản thân, được đúc kết từ quá trình học tập và nghiên cứu thực tiễn trong thời gian qua. Các thông tin và số liệu được sử dụng trong tiểu luận này là hoàn toàn trung thực. Sinh viên thực hiện   Mục Lục Lời nói đầu 1 Chương 1. Lý thuyết chung về Anten 2 1.1. Giới thiệu cơ bản về Anten 2 1.1.1. Định nghĩa: 2 1.1.2. Các hệ thống Anten 2 1.2. Các đặc tính của Anten 3 1.2.1. Trở kháng vào của Anten 3 1.2.2. Hiệu suất vào của Anten 3 1.2.3. Trường điện từ bức xạ từ Anten 4 1.2.4. Công suất trường điện từ bức xạ từ Anten 5 1.2.5. Sự phân cực 8 1.2.6. Đồ thị bức xạ 9 1.2.7. Độ rộng nữa công suất, độ rộng giữa các giá trị không đầu tiên 10 1.2.8. Góc khối của Anten 11 1.2.9. Độ định hướng, hệ số định hướng 12 1.2.10. Độ lợi của Anten 13 1.2.11. Anten thu 13 1.2.12. Tuyến Anten 15 Chương 2. Anten Dipole dài hữu hạn 17 2.1. Anten Dipole 17 2.1.1. Cấu tạo 17 2.1.2. Chức năng 17 2.2. Anten Dipole có chiều dài hữu hạn 18 2.2.1. Định nghĩa 18 2.2.2. Tính Er và Hr 18 2.2.3 Tính chất 19 2.2.4. Cường độ, công suất, điện trở bức xạ 21 Lời nói đầu Là sinh viên của Học Viện Hàng Không Việt Nam, đặc biệt là sinh viên khối ngành kỹ thuật, dựa trên cơ sở lý thuyết và các bài học trên sách vở thì kiến thức và khả năng xử lý vấn đề của sinh viên sau khi ra trường rất khó đáp ứng được nhu cầu của công việc. Tiểu luận là những phép thử rất hiệu quả để sinh viên có thể vận dụng kiến thức và kinh nghiệm của bản thân để rút ra những bài học về lý thuyết và thực hành. Qua môn học kĩ thuật lập trình, từ đó ta biết thêm những kiến thức, những khái niệm về ngôn ngữ C. Từ đó ta áp dụng vào nghiên cứu đến lập trình vi xử lý và các hoạt động khác liên quan đến lập trình.   Chương 1. Lý thuyết chung về Anten 1.1. Giới thiệu cơ bản về Anten 1.1.1. Định nghĩa: Anten là một hệ thống hay một thiết bị dùng để bức xạ hay thu nhập năng lượng điện từ. Anten được sử dụng cho việc truyền năng lượng điện từ giữa máy phát và máy thu mà không cần một sự tham gia nào của đường dây dẫn như cáp xoắn đôi, cáp đồng trục, ống dẫn sóng hay sợi quang. Với một nguồn năng lượng điện từ, anten phát sẽ bức xạ sóng điện từ. Có 2 loại: Anten phát: Biến đổi tín hiệu điện cao tần từ máy phát thành sóng điện từ tự do lan truyền trong không gian Anten thu: Tập trung năng lượng sóng điện từ trong không gian thành tín hiệu điện cao tần đưa đến máy thu. 1.1.2. Các hệ thống Anten Anten thông dụng: Anten râu trên ôtô, Anten tai thỏ trên tivi, Anten vòng cho UHF, Anten Logchu kỳ cho TV, Anten Parabol thu sóng vệ tinh. Trạm tiếp sóng vi ba (Microwave Relay): Anten mặt, Anten Parabol bọc nhựa. Hệ thống thông tin vệ tinh: Hệ anten loa đặt trên vệ tinh, Anten chảo thu sóng vệ tinh, Mảng các loa hình nón chiếu xạ (2030GHz). Anten phục vụ nghiên cứu khoa học.

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI

HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM

_

TIỂU LUẬN CUỐI KÌ

Môn học: ANTEN TRUYỀN SÓNG

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI

HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM

TIỂU LUẬN CUỐI KÌ

Môn học: ANTEN TRUYỀN SÓNG

Thành phố Hồ Chí Minh – 06/2021

KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG HK Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

THÔNG TIN CHUNG

Họ và tên sinh viên

Lớp : Khoá: Khoá 12

Chuyên ngành : CN Kỹ thuật điện tử - viễn thông Mã chuyên ngành: DT-VT SĐT :

Email :

Địa chỉ liên hệ :

Tên đài tài/tiểu luận: Phân tích các đặt tính của anten và áp dụng cho anten Dipole dài hữu hạn .

Tp Hồ Chí Minh, ngày 18 tháng 06 năm 2021

Sinh viên (Ký và ghi rõ họ tên)

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

………

………

………

………

Phần đánh giá:  Ý thức thực hiện:  Nội dụng thực hiện:  Hình thức trình bày:  Tổng hợp kết quả: Điểm bằng số: Điểm bằng chữ:

Tp Hồ Chí Minh, ngày 18 tháng 06 năm 2021

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ tên)

LỜI CAM ĐOAN

_

Tôi xin cam đoan tiểu luận này là công trình nghiên cứu của bản thân, đượcđúc kết từ quá trình học tập và nghiên cứu thực tiễn trong thời gian qua Các thôngtin và số liệu được sử dụng trong tiểu luận này là hoàn toàn trung thực

Sinh viên thực hiện

Mục Lục

Lời nói đầu 1

Chương 1 Lý thuyết chung về Anten 2

1.1 Giới thiệu cơ bản về Anten 2

1.1.1 Định nghĩa: 2

1.1.2 Các hệ thống Anten 2

1.2 Các đặc tính của Anten 3

1.2.1 Trở kháng vào của Anten 3

1.2.2 Hiệu suất vào của Anten 3

1.2.3 Trường điện từ bức xạ từ Anten 4

1.2.4 Công suất trường điện từ bức xạ từ Anten 5

1.2.5 Sự phân cực 8

1.2.6 Đồ thị bức xạ 9

1.2.7 Độ rộng nữa công suất, độ rộng giữa các giá trị không đầu tiên 10

1.2.8 Góc khối của Anten 11

1.2.9 Độ định hướng, hệ số định hướng 12

1.2.10 Độ lợi của Anten 13

1.2.11 Anten thu 13

1.2.12 Tuyến Anten 15

Chương 2 Anten Dipole dài hữu hạn 17

2.1 Anten Dipole 17

2.1.1 Cấu tạo 17

2.1.2 Chức năng 17

2.2 Anten Dipole có chiều dài hữu hạn 18

2.2.1 Định nghĩa 18

-2.2.2 Tính Ervà Hr 18

2.2.3 Tính chất 19

2.2.4 Cường độ, công suất, điện trở bức xạ 21

-Lời nói đầu

Là sinh viên của Học Viện Hàng Không Việt Nam, đặc biệt là sinh viênkhối ngành kỹ thuật, dựa trên cơ sở lý thuyết và các bài học trên sách vở thì kiếnthức và khả năng xử lý vấn đề của sinh viên sau khi ra trường rất khó đáp ứngđược nhu cầu của công việc Tiểu luận là những phép thử rất hiệu quả để sinh viên

có thể vận dụng kiến thức và kinh nghiệm của bản thân để rút ra những bài học về

lý thuyết và thực hành Qua môn học kĩ thuật lập trình, từ đó ta biết thêm nhữngkiến thức, những khái niệm về ngôn ngữ C Từ đó ta áp dụng vào nghiên cứu đếnlập trình vi xử lý và các hoạt động khác liên quan đến lập trình

Có 2 loại:

 Anten phát: Biến đổi tín hiệu điện cao tần từ máy phát thành sóng điện từ tự

do lan truyền trong không gian

 Anten thu: Tập trung năng lượng sóng điện từ trong không gian thành tínhiệu điện cao tần đưa đến máy thu

1.2 Các đặc tính của Anten

1.2.1 Trở kháng vào của Anten

Anten là một thiết bị dùng để thu, phát sóng điện từ Tronng mạch ta xem Anten như là một trở kháng

Chế độ thu: Anten thu sóng điện từ rồi cấp cho tải là máy thu, Anten đóng vai trò

là nguồn của tải tin

1.2.2 Hiệu suất vào của Anten

Khi anten sử dụng ở chế độ phát thì nó là thiết bị dùng để bức xạ năng lượng sóngđiện từ Một cách lý tưởng thì anten phát sẽ bức xạ tất cả công suất mà nó nhậnđược từ nguồn

Gọi PR là công suất bức xạ của Anten:

1.2.3 Trường điện từ bức xạ từ Anten

Trường điện ở miền xa Anten có dạng

 Cường độ trường điện phụ thuộc hướng bức xạ: θ,φ

 Cường độ trường điện tỉ lệ nghịch với r ( cường độ trường càng giảm khicàng xa Anten)

Khi điểm quan sát đủ xa Anten, trường bức xạ từ Anten có thể được xem là sóngphẳng Khi đó trường từ H có thể được tính:

1.2.4 Công suất trường điện từ bức xạ từ Anten

Vecto Poynting được định nghĩa:

´

S (´r )=1

2[E ( ´r) ´H´ ¿

(´r )]

Phần thực của vecto Poynting đặt trưng cho dòng công suất của trường điện từ

Nó được gọi là vecto mật độ công suất

Cường độ bức xạ không phụ thuộc vào r mà chỉ phụ thuộc θ,φ

Công suất bức xạ từ Anten:

góc với nhau và vuông gó với phương truyền sóng Tuy nhiên theo thời gian vectotrường có thể có phương cố định hoặc quay khi quan sát dọc theo hướng truyềnsóng

 Nếu vecto trường có phương cố định: phân cực tuyến tính

 Nếu vecto trường vẽ thành một đường tròn: phân cực tròn

 Nếu vecto trường vẽ thành một ellip: phân cực ellip

Chiều quay có thể là cùng chiều kim đồng hồ hoặc ngược lại

 Trường bức xạ từ Anten có các kiểu phân cực khác nhau tùy theo hướng

 Người ta thể hiện sự đặc trưng phân cực của Anten bằng một vecto phâncực:

1.2.6 Đồ thị bức xạ

 Đồ thị về cường độ trường E hoặc H

 Đồ thị về công suất, mật độ công suất trường bức xạ

 Đồ thị cường độ bức xạ U

 Đồ thị về độ định hướng D

 Đồ thị ở dạng 3D

 Đồ thị ở dạng 2D: hệ tọa độ cực hoặc tọa độ decard

Thường các đồ thị được vẽ theo hàm đã chuẩn hóa:

1.2.8 Góc khối của Anten

Góc khối của antenna là một góc khối theo chùm chính của antenna đang khảo sát.Công suất chảy qua góc khối đó bằng với toàn bộ công suất bức xạ của antenne.Với giả thuyết là cường độ bức xạ phân bố trong góc khối phân bố đều và có độlớn bằng cường độ bức xạ cực đai của antenna đang khảo sát.

Tổng công suất bức xạ từ anten đang khảo sát:

1.2.9 Độ định hướng, hệ số định hướng

Xét 2 Anten: Anten chúng ta đang khảo sát và một Anten giả thuyết Anten giảthuyết có cường độ bức xạ phân bố đều và có cùng công suất bức xạ với Antenđang khảo sát

Độ định hướng D là tỉ số giữa cường độ bức xạ của Anten theo hướng đó vàcường độ bức xạ của Anten đẳng hướng theo hướng tương ứng và có cùng côngsuất bức xạ

Vậy cường độ bức xạ của Anten đẳng hướng này bầng cường độ bức xạ trungbình của Anten đang khảo sát

D max=D=¿Max[D (θ , φ)]

1.2.10 Độ lợi của Anten

Trong trường hợp hiệu suất e của antenna là 100% thì độ lợi của antenna theo hướng chính là độ định hướng theo hướng tương ứng Trường hợp tổng quát độ lợi của antenna:

Độ lợi cực đại của Anten:

G max=G=¿Max[G (θ , φ)]=4 π U max

Diện tích hiệu dụng của antenna thu

Khi biết diện tích hiệu dụng của antenna thì có thể tính được công suất khả dụng của Antenna thu đưa đến tải:

P C=A E S inθc

S inθc Là mật độ công suất trung bình của sóng tới trong mặt phẳng tới

A e¿A e(θ , ϕ , p inθc)làdαiệnθtích hiệu dαụnθg của Anθtenθ

p inθc Là vector phân cực của sóng tới

Đây là công thức truyền dẫn Friis

e r q r: Hệ só mất mát của phía thu

e t q t: Hệ số mất mát ở phía phát

λ2

Công thức tính công suất nhận được ở tải phía thu tính theo dBm:

P L[dαBm]=P S[dαBm]+G r(θ r , φ r)[dαB]+G t(θ t , φ t)[dαB]−20 log (r)[km]−20 log (f )[MHz]+q t[dαB]+q r[dαB]+ 20 log( |^p r(θ r , φ r) ^p t(θ t , φ t)| )− 32,43

Chương 2 Anten Dipole dài hữu hạn 2.1 Anten Dipole

2.1.1 Cấu tạo

Dipole Anten hay còn được gọi là Anten lưỡng cực là loại ăng-ten vô tuyến đơn

giản nhất, bao gồm một thanh dây dẫn điện có chiều dài bằng một nửa bước sóng

lớn nhất mà ăng-ten tạo ra Thanh dây này được tách ở giữa, và hai phần được

ngăn cách bởi một chất cách điện Mỗi thanh được kết nối với một cáp đồng trục ở

đầu gần nhất với giữa ăng-ten

2.1.2 Chức năng

Anten lưỡng cực (bao gồm cả đơn cực) được sử dụng để cung cấp các ăngten định hướng phức tạp hơn như ăng ten sừng, phản xạ parabol hoặc phản xạ góc.Các kỹ sư phân tích ăng-ten dọc (hoặc đơn cực khác) trên cơ sở ăng-ten lưỡngcực trong đó chúng là một nửa

Lưỡng cực cung cấp hiệu suất tốt nhất nếu nó cao hơn một nửa bước sóng so vớimặt đất, bề mặt của một vùng nước hoặc phương tiện dẫn ngang như tấm lợp kimloại Phần tử cũng phải cách xa các vật cản dẫn điện như cột đỡ, dây điện và cácăng ten khác một bước sóng nhất định

2.2 Anten Dipole có chiều dài hữu hạn

2.2.1 Định nghĩa

Là lưỡng cực có chiều dài L có thể so sánh với bước sóng  và có phân bố dòng trên anten như sau:

I=I0sin ⁡¿

´E (´r)= ´E (´r) Hertz Array Factor

Đối với hệ số pha không thể bỏ qua thành phần ´r , ^r

Trường được diễn tả bởi hai hệ số:

 Giống trường được sinh ra bởi Anten Dipole Hertz

e−jkr jkŋ

I sinθθ

2.2.4 Cường độ, công suất, điện trở bức xạ