2

Lun vn tt nghip

GVHD: ThS. Trn Thanh Ngn

Chng 1ANTEN VI DI

1.1 GII THIU CHUNG V ANTEN VI DI

Cc nim bc x vi di ln u tin c khi xng bi Deschamps vo nm 1953. Nhng mi n 20 nm sau, mt anten ng dng k thut vi di mi c ch to. Anten vi di thc nghim ln u tin c pht trin bi Howell v Munson v c tip tc nghin cu v pht trin trong nhiu lnh vc khc nhau.

Anten vi di n gin nht bao gm mt pach kim loi rt mng (b dy t >r hoc r>>, trong L l chiu di nht ca khe. Do , t (1-13) thay =r-rcos t s v mu s, ta c:

(1-23)

V t (1-16):

(1-24)

Trong l gc hp bi v . Sau y, ta s p dng cc kt qu trn xy dng trng xa ca phn b dng hnh ch nht.

1.1.6.2 Cng sut bc x Cng sut bc x ca anten c th c tnh bng cch ly tch phn ca vect Poynting trn khe bc x: (1-25)

i vi anten vi di, trng in bn trong ming patch th vung gc vi ming dn v mt phng t v trng t th song song vi cnh ca anten. Ngoi ra, ta c th tnh ton cng sut bc x t th bc x theo phng trnh sau:

(1-26)

1.1.6.3 Cng sut tiu tn

Cng sut tiu tn trong anten vi di bao gm suy hao in dn Pc v suy hao in mi Pd:

(1-27)

Trong , Rs l phn thc ca tr khng b mt ca ming kim loi, S l din tch ming patch v l mt dng in b mt.

Ta tnh c suy hao in mi bng cch ly tch phn trn ton b th tch ca hc cng hng vi di:

(1-28)

Vi l tn s gc, l phn o ca t thm phc ming nn v h l dy ca ming nn.

1.1.6.4 Nng lng tch lyNng lng tch ly trong anten vi di l tng nng lng ca hai thnh phn in v t:

(1-29)

Trong , l t thm. Ti tn s cng hng nng lng in v t bng nhau. Khi nng lng tch ly:

(1-30)

1.1.6.5 Tr khng voHu ht tt c cc anten vi di phi c phi hp tr khng chun ca ngun v ti nn vic tnh ton tr khng vo ca anten l rt quan trng. Anten vi di c th c cp ngun t cp ng trc, ng truyn vi di hoc ng dn sng. i vi anten vi di c cp ngun bng cp ng trc, cng sut vo c tnh nh sau:

(1-31)

Trong , J[A/m2] l mt dng in ca ngun ng trc, k hiu c ch ra rng ngun cp l ngun ng trc. Nu dng trong cp ng trc theo hng z v gi s l nh v in th:

(1-32)

Trong , (x0,y0) l ta im cp ngun. Do , tr khng ng vo c th c tnh da vo quan h Pin=|Iin|2Zin: (1-33)

Khi h 1, hiu ng vin c gim bt, tuy nhin n phi c a vo tnh ton v n nh hng ng k n tn s cng hng ca anten.

Nh ta bit, hu ht cc ng sc in trng trong lp in mi nn v mt phn ca mt s ng tn ti trong khng kh. Khi L/h >>1, >> 1, nhng ng sc in trng tp trung hu ht trong nn in mi. Hiu ng vin trong trng hp ny lm cho ng truyn vi di trng c v rng v in hn kch thc thc ca n.Khi mt vi sng i vo lp in mi nn, v mt s khc i vo trong khng kh. Hng s in mi hiu dng c s dng hiu chnh cc nh hng ca hiu ng vin i vi sng trn ng truyn.

a ra hng s in mi hiu dng, chng ta gi s tm dn ca ng truyn vi di vi kch thc v chiu cao trn mt phng t nguyn thy ca n c a vo mt lp in mi ng nht nh hnh 1.9. i vi mt ng truyn vi khng kh trn nn, hng s in mi hiu dng c gi tr trong khong 11) , gi tr ca hng s in mi hiu dng s gn vi gi tr hng s in mi thc hn. Hng s in mi hiu dng cng l hm ca tn s. Khi tn s hot ng tng, hu ht cc ng sc in trng tp trung trong nn in mi. V vy ng truyn vi di s gn ging vi ng truyn t trong in mi ng nht c hng s in mi hiu dng tin ti gi tr ca hng s in mi nn hn.

tn s thp, hng s in mi hiu dng l c bn. Ti tn s trung gian cc gi tr ca n bt u tng u v cui cng tin ti gi tr hng s in mi nn. Gi tr ban u (ti tn s thp) ca hng s in mi hiu dng c din t nh mt gi tr tnh.

Hnh 1.8 Hng s in mi hiu dng

Hng s in mi hiu dng c cho bi cng thc :

vi W/h >> 1 (1-38)1.2.1.2 Chiu di hiu dng, tn s cng hng v chiu rng hiu dngDo hiu ng vin, patch ca anten vi di v mt in trng c v ln hn kch thc vt l ca n trong mt phng x-y. iu ny c chng minh trn hnh 1.10, chiu di in ca patch vt qu chiu di vt l mt khong v mi pha, vi l hm ca hng s in mi hiu dng v t s chiu rng trn b dy in mi (W/h). Khong chnh lch gia chiu di in v chiu di thc ny c tnh xp x theo cng thc:

(1-39)Khi chiu di ca patch c ko di mt khong v mi bn, chiu di ca patch lc ny l :

Lreff = L +2 (1-40)Gi s, mode u th l TM010, tn s cng hng ca anten vi di ca mode ny l mt hm ca chiu di v c do bi cng thc:

(1-41)Trong , l vn tc nh sng trong khng gian t do. Nhng do hiu ng vin tc ng n chiu di v hng s in mi hiu dng nn cng thc trn phi c thay th bng :

(1-42) Vi

H s q c din t nh l h s vin (h s suy gim chiu di). Khi chiu cao ca nn in mi tng hiu ng vin cng tng v dn n s khc bit ln gia nhng ra bc x v cc tn s cng hng thp hn

Hnh 1.9 Chiu di vt l v chiu di hiu dng ming patch1.2.1.3 Bi ton thit k

Da trn nhng cng thc n gin c m t, mt quy trnh tnh ton thit k cho anten vi di hnh ch nht c vch ra. Gi s ta c nhng thong s ban u: hng s in mi , tn s hot ng f0, v chiu cao ca lp in mi nn h. Ta c trnh t thit k nh sau:

Gi thit: Cho ,f0 v hXc nh W,LCc bc thit k:

Bc 1: t c bc x hiu qu, chiu rng ca patch c tnh theo cng thc:

(1-44) Vi c : vn tc nh sng , c = 3108m/s

f0 : Tn s hot ng ca anten

: Hng s in mi

Bc 2:Xc nh hng s in mi hiu dng ca anten vi di theo cng thc (1-38)

Bc 3:

Tnh tng chiu di do hiu ng ph theo cng thc (1-39)

Bc 4:

Chiu di thc s ca patch by gi c th tnh c bi:

L = Lreff +2

1.2.1.4 in dn

Mi khe bc x c din t bi mt dn np Y ( vi in dn G v in np B ) c trnh by trong hnh 1.10. Cc khe c t tn l 1 v 2, dn np tng ng ca khe 1 da trn b rng v hn, khe ng nht.

Trong cho mt khe vi b rng W hu hn:

Y1 = G1 jB1 (1-45) ; (1-45a) ] ; (1-45b)

Hnh 1.10 Patch ch nht v mch tng ng trong m hnh ng truynKhe 2 c xem nh ng nht khe 1, dn np tng ng ca n

Y2= Y1 G2=G1

B2=B1in dn ca mt khe n c th c tnh bng cch phn tch trng bc x theo m hnh hc cng hng. Khi , in dn c tnh theo cng thc:

(1-46)S dng cng thc trng in ta c nng lng bc x :

(1-47)V vy, in dn cng thc (1-46), c th tnh bng (1-48)Trong :

= (1-48a) X = k0W

1.2.1.5 Tr khng vo ti tn s cng hng

Dn np vo tnh c bng cch phn nh dn np ca khe th 2 u ra v u vo bng cng thc phn nh tr khng ca ng truyn. Trong trng hp l tng, hai khe cch nhau 1 khong /2 vi l bc sng trong in mi nn. Tuy nhin, do hiu ng vin chiu di in ca patch di hn chiu di thc ca n. Do , khong cch ca hai khe nh hn /2 . Nu s gim chiu di c tnh theo cng thc (1-39) th dn np ca khe 2 l:

Hay:

V vy dn np vo ti cng hng l

Khi dn np vo tng l s thc, th tr khng vo ti cng hng cng l s thc:

(1-49)Tr khng vo cng hng c cho bi phng trnh (1-49) khng tnh n hiu ng qua li gia hai khe. Nu k n tc ng ny ta c th hiu chnh cng thc trn nh sau:

(1-50)Trong , du + ng vi mi mode phn b in p cng hng l (khng i xng) bn di patch v gia cc khe, du - dung cho mode phn b in p cng hng chn (i xng). in dn tng h G12 c nh ngha trong gii hn ca trng vng xa nh sau :

(1-51)Vi E1 l trng in bc x khe 1, H2 l trng t bc x bi khe 2, V0 l in p qua khe, v tch phn c ly trn mt cu c bn knh ln. S dng mt s kt qu c, G12 c th c tnh :

(1-52)Trong J0 l hm Bessel loi 1 bc 0. i vi cc anten vi di chun, in dn tng h G12 tnh t cng thc (1-52) tng i nh so vi in dn chnh G1 theo cng thc (1-46) v (1-48).Nh c trnh by trong cng thc (1-47) v (1-48), in tr vo khng ph thuc nhiu vo b dy h ca lp in mi nn. Trong thc th, vi cc gi tr h rt nh (k0h W > h, mode cp hai l TMx020 (thay v l TMx001), tn s cng hng cho bi:

(1-62)Nu W > L > h mode u th l TMx001, tn s cng hng cho bi cng thc (1-61). Trong khi nu W > W/2 > L > h th mode cp hai l TMx002. Phn b tip tuyn ca trng in dc theo cc bc tng xung quanh ca hc cng hng cc mode TMx010, TMx001, TMx020, TMx002 c biu din theo th t trong hnh 1.14

Hnh 1.14 Cc mode trng bc x anten vi di1.2.2.2 Trng bc x - Mode TMx010Trng bc x anten vi di chnh l tng trng bc x t hai phn t mng, trong mi phn t biu din cho mt khe. Khi hai khe ging nhau ta c th tnh trng tng cng bng cch dung h s mng cho hai khe.

Cc khe bc x

Trng in vng xa bc x bi mi khe c tnh theo mt dng tng ng nh sau:

(1-63a) (1-63b)Khi chiu cao rt nh (k0h