Anten Dung Trong Thong Tin Viba 8806 3

5/9/2018 Anten Dung Trong Thong Tin Viba 8806 3 - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/anten-dung-trong-thong-tin-viba-8806-3 1/30

111

ANTEN DÙNG TRONG THÔNG TIN VI BA

6.1 GIỚ I THIỆU CHUNG

6.1.1 Các chủ đề đượ c trình bày trong chươ ng

- Yêu cầu và đặc điểm của anten trong thông tin vi ba

- Anten nhiều chấn tử

- Anten khe

- Nguyên lý bức xạ mặt

- Anten loa

- Các Anten gươ ng

6.1.2 Hướ ng dẫn

- Hoc k ỹ các phần đượ c trình bày trong chươ ng

- Tham khảo thêm [1], [2], [3]

- Tr ả lờ i các câu hỏi và bài tậ p

6.1.3 Mục đích của chươ ng

- Nắm đượ c yêu cầu và đặc điểm của anten trong thông tin vi ba- Nắm đượ c cấu tạo, nguyên lý làm việc và một số tham số của các loại anten sử dụngtrong thông tin viba.

6.2 ĐẶC ĐIỂM VÀ YÊU CẦU CỦA ANTEN DÙNG TRONG THÔNG TINVI BA

6.2.1 Các hệ thống thông tin vi ba và băng tần sử dụng

Vi ba là đoạn sóng vô tuyến điện đượ c sử dụng nhiều trong các hệ thống thông tin vôtuyến hiện nay như thông tin di động sử dụng băng tần 800 – 950 MHz hoặc băng tần 2 GHz.Thông tin vệ tinh sử dụng trong một phạm vi r ộngcủa sóng vi ba khoảng từ 1,5 – 44 GHz và đượ cchia ra nhiều băng khác nhau cho các dịch vụ khác nhau. Hệ thống thông tin vô tuyến chuyển tiế ptrên mặt đất (còn đượ c gọi là hệ thống thông tin vi ba) làm việc ở dải tần khoảng tử 1 – 10 GHz.

Băng tần của sóng vi ba đượ c sử dụng cho nhiều hệ thống thông tin vớ i nhiều dịch vụ viễnthông khác nhau, nên việc lựa chọn và ấn định băng tần thích hợ p cho mỗi loại thông tin là r ất cần



112

thiết, sao cho việc sử dụng băng tần có đượ c hiệu quả nhất, tránh đượ c can nhiễu giữa các hệ thống thông tin hoặc trong cùng một hệ thống vớ i nhau.

6.2.2 Đặc điểm truyền lan sóng

Như đã đề cậ p trong phần truyền sóng, các sóng vi ba có bướ c sóng r ất nhỏ nên nếutruyền lan bằng phươ ng pháp truyền lan sóng bề mặt sẽ bị mặt đất hấ p thụ r ất lớ n, cự ly thông tinsẽ r ất gần. Hơ n nữa, vì bướ c sóng nhỏ nên khả năng nhiễu xạ qua các chướ ng ngại vật gặ p trênđườ ng truyền lan kém, chỉ cần một vật chắn nhỏ sóng sẽ không truyền qua đượ c. Cũng không thể sử dụng phươ ng pháp truyền lan sóng bằng tầng điện ly để truyền sóng vi ba bở i vì đối vớ i sóngnày thì tầng điện ly tr ở nên trong suốt khi nó truyền qua, ngh ĩ a là sóng sẽ xuyên qua tầng điện lymà ít chịu ảnh hưở ng của môi tr ườ ng. Do đó phươ ng pháp truyền sóng chủ yếu dùng cho băngsóng vi ba là truyền lan sóng không gian, ngh ĩ a là hai anten thu, phát phải đặt cao trên mặt đất vàhướ ng bức xạ cực đại vào nhau. Khi truyền lan sóng trong điều kiện đó sẽ xảy ra hiện tượ ng phađinh sâu do sự giao thoa giữa sóng tớ i tr ực tiế p và sóng phản xạ từ nhiều môi tr ườ ng khác nhautớ i...

Do những đặc điểm nêu trên, anten dùng trong thông tin vi ba có các yêu cầu nhất định

6.2.3 Các yêu cầu đối vớ i anten dùng trong thông tin vi ba

Tùy theo tính chất của mỗi hệ thống thông tin vô tuyến vi ba mà ngườ i ta sử dụng các loạianten thích hợ p, vớ i các yêu cầu khác nhau. Vớ i các hệ thống thông tin vô tuyến chuyển tiế p trênmặt đất và thông tin vệ tinh thì anten phải có các yêu cầu:

- Hệ số khuếch đại phải lớ n

Khi tần số công tác tăng thì tổn hao trong không gian tự do tăng, tổn hao trên fiđơ tăng.Bở i vậy, khi tần số công tác tăng để bù vào tổn hao tăng đó thì hệ số khuếch đại của anten yêu cầu phải tăng để giảm nhỏ công suất đồng thờ i giảm đượ c can nhiễu cũng như tạ p âm và giảm đượ c pha đinh do các tia phản xạ.

Ví dụ vớ i tần số công tác 2 GHz yêu cầu hệ số khuếch đại của anten là 30 – 35 dBi; khi tầnsố công tác là 4 GHz thì yêu cầu hệ số khuếch đại của anten là 39 – 43 dBi; khi tần số công tác là6 GHz thì yêu cầu hệ số khuếch đại của anten là 43 – 46 dBi...

- Búp sóng phụ phải nhỏ

Yêu cầu búp sóng phụ phải nhỏ để không gây nhiễu sang các hệ thống khác. Đồng thờ i búp sóng phụ nhỏ thì hiệu suất làm việc của anten tăng dẫn đến hệ số khuếch đại tăng.

- Hệ số bảo vệ phải lớ nTrong hệ thống thông tin chuyển tiế p trên mặt đất ta thườ ng quan tâm đến hệ số bảo vệ ở

hướ ng ngượ c so vớ i hướ ng chính (hướ ng bức xạ cực đại). Vớ i các anten của hệ thống này, yêucầu hệ số bảo vệ vào khoảng 65 - 70 dB.

Trong hệ thống thông tin vệ tinh, hệ số bảo vệ thườ ng đượ c quy định cho các búp phụ ở hướ ng bên cạnh để không gây can nhiễu cho các hệ thống vi ba trên mặt đất và các tr ạm vệ tinh

bên cạnh. Theo khuyến nghị của CCIR đối vớ i các anten có d/λ > 100, thì búp phụ bên có hệ số



113

khuếch đại Gs phải thỏa mãn yêu cầu sau: 0 01 25θ < < thì 29 25lgsG θ < − .Khi d/λ < 100 thì

32 25lgsG θ = −

Trong các hệ thống vi ba khác thì các yêu cầu trên lại không cần thiết hoặc lại có yêu cầungượ c lại, như ở hệ thống thông tin di động hoặc hệ thống phát vô tuyến truyền hình thì các antenlại yêu cầu bức xạ vô hướ ng hoặc có tính hướ ng r ộng trong mặt phẳng ngang (để tăng cườ ng diện

tích phủ sóng) và có tính hướ ng cao trong mặt phẳng thẳng đứng (để tậ p trung năng lượ ng) .Các yêu cầu chung đối vớ i anten trong các hệ thống thông tin vô tuyến là:

- Giải tần công tác r ộng: anten đượ c dung trong thông tin vô tuyến thườ ng truyền đi cáctín hiệu có phổ tần r ộng nên yêu cầu anten phải có dải tần r ộng để không làm méo tínhiệu.

- Anten phải có phối hợ p tr ở kháng tốt vớ i fiđơ hay ống dẫn sóng, để có hệ số sóngchạy phải lớ n hpn hoặc bằng 0,97.

- Anten phải có k ết cấu vững chắc chịu đượ c gió bão, có các thiết bị bảo vệ chống sét,mưa...

Để có đượ c những yêu cầu trên, trong vi ba thườ ng sử dụng nhiều loại anten khác nhau

6.3 ANTEN NHIỀU CHẤN TỬ

6.3.1 Anten dàn chấn tử

Trong nhiều tr ườ ng hợ p thông tin vô tuyến, năng lượ ng bức xạ cần đượ c tậ p trung tối đavề một phía. Điều đó có ngh ĩ a là anten cần có đồ thị phươ ng hướ ng đảm bảo tậ p trung năng lượ ngtrong búp sóng chính hẹ p và giảm tối thiểu của các bức xạ nằm ngoài búp chính. Có thể thực hiện

đượ c dạng đồ thị này bằng một dàn chấn tử.Anten dàn chấn tử hay còn đượ c gọi là dàn anten do hai hay nhiều chấn tử đơ n hợ p thành.

Mỗi phần tử đơ n là một chấn tử đối xứng riêng r ẽ có chiều dài một phần tư bướ c sóng hoặc nửa bướ c sóng. Chúng đượ c sắ p xế p sao cho các tr ườ ng bức xạ của các chấn tử riêng r ẽ cộng vớ i nhautạo nên tr ườ ng bức xạ tổng tậ p trung năng lượ ng trong búp sóng hẹ p theo phươ ng mong muốn.

Có hai cách bố trí các chấn tử trong một dàn chấn tử: đặt các chấn tử thẳng hàng dọc theotr ục của chấn tử hoặc đặt các chấn tử song song vớ i nhau, vuông góc vớ i tr ục của chấn tử. Việcsắ p xế p các chấn tử như vậy đượ c gọi là sắ p xế p theo hàng và theo cột. Tr ườ ng hợ p dàn đơ n giảnnhất bao gồm hai chấn tử đã đượ c xét trong chươ ng 5.

Dàn chấn tử đồng pha

Dàn chấn tử đồng pha đượ c sử dụng ở băng sóng ngắn và băng sóng cực ngắn. Anten baogồm các chấn tử nửa sóng đượ c sắ p xế p thành hàng và cột trong mặt phẳng vớ i khoảng cách giữacác chấn tử bằng nửa bướ c sóng công tác theo phươ ng thẳng đứng và theo phươ ng nằm ngang(hình 6.1). Số chấn tử dùng trong các hàng và cột thườ ng chẵn. Để tiế p điện đồng pha cho cácchấn tử có thể sử dụng sơ đồ mắc liên tiế p, đườ ng dây fiđơ bắt chéo (hình 6.1a) hoặc mắc songsong từng cấ p (hình 6.1b).

-

-

+

+

-

-

+

+

λ/2

λ/2



114

Hình 6.1. Dàn chấn tử đồng pha

Ở hình 6.1a, chiều dòng điện chảy trên các chấn tử đượ c vẽ bở i các mũi tên. Việc bắt chéođườ ng dây tiế p điện giữa hai tầng nhằm đảm bảo tiế p điện đồng pha cho chấn tử ở các tầng. Ở hình 6.1b, vớ i cách mắc song song từng cấ p có thể dễ dàng nhận thấy r ằng độ dài của đườ ng fidơ

tiế p điện cho các chấn tử có giá tr ị như nhau, do đó pha của dòng điện tiế p cho các chấn tử củadàn anten cũng giống nhau.

Dàn chấn tử đồng pha có đồ thị phươ ng hướ ng tổng hợ p giống như đồ thị phươ ng hướ ngcủa chấn tử nửa sóng nhưng do tậ p hợ p nhiều chấn tử nửa sóng có pha giống nhau nên đồ thị

phươ ng hướ ng có búp sóng chính hẹ p hơ n nhiều và hệ số hướ ng tính lớ n hơ n nhiều so vớ i chấn tử nửa sóng đơ n.

Trong thực tế, để nhận đượ c bức xạ đơ n hướ ng ngườ i ta thườ ng k ết hợ p dàn chấn tử vớ i mộtmặt phẳng phản xạ hoặc một dàn chấn tử phản xạ. Mặt phản xạ có thể là mặt kim loại hoặc lướ idây dẫn gồm các dây kim loại đặt song song nhau và đặt song song vớ i dàn phát xạ ở một khoảng

cách d nhất định, d = (0,2- 0,25)λ. Dàn chấn tử phản xạ có thể làm việc ở chế độ chủ động hoặc

chế độ thụ động. Trong chế độ thụ động các chấn tử không nối vớ i nguồn, dòng điện trong chúngcó đượ c là do cảm ứng tr ườ ng bức xạ của chấn tử chính. Việc điều chỉnh biên độ và pha dòng cảmứng đượ c thực hiện nhờ một đoạn dây fiđơ ngắn mạch có độ dài biến đổi đượ c. Trong chế độ chủ động, dàn chấn tử phản xạ đượ c nối vớ i nguồn thông qua một bộ di pha, nhằm đảm bảo góc lệch

pha cần thiết của dòng điện giữa dàn phản xạ và dàn chính.

6.3.2 Anten Yagi

Đây là loại anten đang đượ c sử dụng r ộng rãi ở băng sóng ngắn cũng như băng sóng cựcngắn. Hoạt động của anten này có nhiều ưu điểm về thông số điện, đơ n giản về cấu trúc, r ất thíchhợ p vớ i các loại máy thu truyền hình gia đình.

Cấu tạo của anten yagi: Gồm một chấn tử chủ động (chấn tử đượ c cấ p nguồn) thườ ng làchấn tử vòng dẹt nửa sóng, một chấn tử phản xạ thụ động và một số chấn tử dẫn xạ thụ động (làchấn tử không đượ c cấ p nguồn). Các chấn tử đượ c gắn tr ực tiế p trên một thanh đỡ thông thườ nglà bằng kim loại, như chỉ ra trên hình 6.2. Việc gắn tr ực tiế p các chấn tử lên thanh kim loại thực tế không ảnh hưở ng gì đến các tham số của anten vì điểm giữa của các chấn tử nửa sóng là nút củađiện áp và các chấn tử đặt vuông góc vớ i thanh kim loại nên không có dòng điện cảm ứng trongthanh.

b



115

Hình 6.2: Anten yagi Hình 6.3

Để tìm hiểu nguyên lý làm việc xét một anten yagi gồm 3 chấn tử: chấn tử chủ động A, chấntử phản xạ P và chấn tử hướ ng xạ D. Chấn tử A đượ c nối vớ i máy phát cao tần và bức xạ sóng

điện từ, dướ i tác dụng của tr ườ ng bức xạ này trong P và D xuất hiện dòng cảm ứng và sinh ra bứcxạ thứ cấ p. Nếu chọn độ dài của P và khoảng cách từ A đến P thích hợ p thì P sẽ tr ở thành chấn tử

phản xạ của A. Khi đó, năng lượ ng bức xạ của cặ p chấn tử A - P sẽ giảm yếu về phía chấn tử P(hướ ng -z) và đượ c tăng cườ ng ở hướ ng ngượ c lại (hướ ng + z). Tươ ng tự, nếu chọn độ dài củachấn tử D và khoảng cách A đến D thích hợ p thì D sẽ tr ở thành chấn tử dẫn xạ của A. Khi ấy,năng lượ ng bức xạ của hệ A - D sẽ hướ ng về chấn tử D (hướ ng + z) và giảm yếu về hướ ng ngượ clại (hướ ng -z). K ết quả năng lượ ng bức xạ của cả 3 chấn tử sẽ tậ p trung về một phía, hình thànhmột kênh dẫn sóng dọc theo tr ục anten, hướ ng từ phía chấn tử phản xạ P về phía chấn tử dẫn xạ D.

Việc tính toán chính xác kích thướ c của các chấn tử phản xạ và dẫn xạ là một bài toán phứctạ p, thông thườ ng nó đượ c tính toán theo thực nghiệm dựa trên những lý thuyết và k ết quả đã biết.

Quan hệ về dòng điện trong chấn tử chủ động I1 và chấn tử thụ động I2 đượ c biểu thị qua biểu thức:

2

1

. j I a e

I = ψ (6.1)

vớ i

( )2 212 22

2 222 22

12 22

12 22

R X a

R X

X X arctg arctg

R R

+=

+

= + −ψ π

(6.2)

Ở đây R 12 và X12 là điện tr ở và điện kháng tươ ng hỗ của chấn tử chủ động lên chấn tử thụ động; R 22 và X22 là điện tr ở và điện kháng của bản thân chấn tử thụ động.

Bằng cách thay đổi độ dài của chấn tử thụ động, có thể biến đổi độ lớ n và dấu của điện

kháng riêng X22 do đó sẽ biến đổi đượ c a và ψ. Quan hệ giữa a và ψ vớ i X22 khi chấn tử có độ dài

gần bằng nửa bướ c sóng công tác và khoảng cách d = λ /4 đượ c biểu thị trên hình 6.3.

Khoảng cách d tăng thì biên độ dòng trong chấn tử thụ động giảm. Tính toán cho thấy

r ằng, vớ i d khoảng từ 0,1 đến 0,25λ thì nếu điện kháng của chấn tử mang tính cảm kháng sẽ nhận

Chấn tử phản xạ

Chấn tử chủ động

Chấn tử dẫn xạ

DAP

z

- 120 - 80 - 40 0

40

80

120

X22 (Ω)

ψ

a

40 80 120

160

0,2

0,4

0,6

0,8

ψ0 a



116

đượ c I2 sớ m pha hơ n I1. Trong tr ườ ng hợ p này chấn tử thụ động sẽ tr ở thành chấn tử phản xạ. Ngượ c lại, khi điện kháng của chấn tử thụ động mang tính dung kháng thì dòng I2 sẽ chậm phahơ n I1 và chấn tử thụ động sẽ tr ở thành chấn tử dẫn xạ.

Trong thực tế, việc thay đổi điện kháng X22 của chấn tử thụ động đượ c thực hiện bằngcách điều chỉnh độ dài cộng hưở ng của chấn tử: khi độ dài chấn tử lớ n hơ n độ dài cộng hưở ng thìX22 > 0, còn khi độ dài chấn tử nhỏ hơ n độ dài cộng hưở ng thì X22 < 0. Vì vậy chấn tử phản xạ có

độ dài lớ n hơ n λ/2, còn chấn tử hướ ng xạ có độ dài nhỏ hơ n λ/2.Thông thườ ng anten yagi chỉ có một chấn tử làm nhiệm vụ phản xạ, vì tr ườ ng bức xạ về

phía chấn tử phản xạ đã bị chấn tử này làm yếu đáng k ể, nếu có thêm một chấn tử nữa đặt tiế p phía sau thì chấn tử phản xạ thứ hai sẽ có dòng cảm ứng r ất yếu do đó ít tác dụng. Để tăng cườ nghiệu quả phản xạ, trong một số tr ườ ng hợ p có thể sử dụng mặt phản xạ kim loại, lướ i kim loại,hoặc nhiều chấn tử đặt ở khoảng cách bằng nhau so vớ i chấn tử chủ động, khoảng cách này

thườ ng đượ c chọn trong khoảng từ 0,15λ đến 0,25λ.

Trong khi đó, số chấn tử dẫn xạ có thể gồm nhiều chấn tử. Vì tr ườ ng bức xạ của antenđượ c định hướ ng về phía các chấn tử dẫn xạ nên các chấn tử dẫn xạ tiế p theo vẫn đượ c kích thíchvớ i cườ ng độ khá mạnh. Số chấn tử dẫn xạ có thể từ 2 tớ i vài chục. Khoảng cách giữa chấn tử chủ

động vớ i chấn tử dẫn xạ đầu tiên và giữa các chấn tử dẫn xạ k ề nhau đượ c chọn trong khoảng từ 0,1λ đến 0,35λ

Chấn tử chủ động thườ ng sử dụng là chấn tử vòng dẹt vì hai lý do chính:

- Chấn tử vòng dẹt có chiều dài λ/2 nên tại điểm cấ p điện có nút điện áp bở i vậy có thể

gắn tr ực tiế p chấn tử lên thanh kim loại mà không cần cách điện.

- Tr ở kháng vào của chấn tử vòng dẹt lớ n (khoảng 300 Ω) nên thuờ ng tiện cho việc phối

hợ p tr ở kháng vớ i fide đối xứng.

Đồ thị phươ ng hướ ng thực nghiệm của anten yagi gồm 8 chấn tử đượ c chỉ ra trên hình 6.4,đườ ng liền nét vẽ trong mặt phẳng H (mặt phẳng vuông góc vớ i các chấn tử); đườ ng đứt nét vẽ

trong mặt phẳng E (mặt phẳng chứa các chấn tử).

Hình 6.4. Đồ thị phươ ng hướ ng của anten yagi

6.3.3 Anten loga – chu k ỳ

Để mở r ộng dải tần công tác của anten ta có thể dựa vào nguyên lý tươ ng tự của điện độnghọc: Nếu biến đổi đồng thờ i bướ c sóng công tác và tất cả các kích thướ c của anten theo một tỷ lệ giống nhau thì các đặc tính của anten như: đồ thị phươ ng hướ ng, tr ở kháng vào... sẽ không biến

270o

0o

330o

30o90o

180o



117

đổi. Dựa vào nguyên lý này có thể thiết lậ p các anten không phụ thuộc tần số bằng cách cấu tạoanten từ nhiều khu vực có kích thướ c hình học khác nhau nhưng tỷ lệ vớ i nhau theo một hệ số nhất định. Khi anten làm việc vớ i một tần số nào đó, chỉ có một khu vực nhất định của anten thamgia vào quá trình bức xạ và đượ c gọi là miền bức xạ. Khi thay đổi tần số công tác thì miền bức xạ sẽ dịch chuyển đến miền mớ i vớ i tỷ lệ các kích thướ c hình học của các phần tử bức xạ so vớ i

bướ c sóng công tác mớ i. Đây chính là nguyên lý cấu tạo anten loga -chu k ỳ.

Anten loga -chu k ỳ đượ c cấu tạo từ nhiều chấn tử có độ dài khác nhau và đặt ở khoảngcách khác nhau. Anten đượ c tiế p điện bằng fide đối xứng hay cáp đồng tr ục, như chỉ ra trên hìnhvẽ

Hình 6.5. Anten lôga-chu k ỳ

Kích thướ c và khoảng cách của các chấn tử biến đổi dần theo một tỷ lệ nhất định. Hệ số tỷ lệ này đượ c gọi là chu k ỳ của anten, và đượ c xác định:

1 11 2 1 2

2 3 2 3

.. ...n n

n n

d ld d l l

d d d l l lτ − −= = = = = = = = (6.3)

Trong đó d là khoảng cách giữa các chấn tử còn l là chiều dài chấn tử .

Đặc tính của anten lôgarit chu k ỳ đượ c xác định bở i hai thông số chủ yếu là: chu k ỳ τ và

góc mở α

Nếu máy phát làm việc ở một tần số f o nào đó, thì chấn tử có chiều dài il bằng λo/2 sẽ là

chấn tử cộng hưở ng và tr ở kháng vào của chấn tử đó sẽ là thuần tr ở và bằng 73,1 Ω. Trong khi đó

tr ở kháng vào của các chấn tử khác sẽ có thành phần điện kháng và giá tr ị của thành phần nàycàng lớ n khi độ dài của nó càng khác nhiều vớ i độ dài của chấn tử cộng hưở ng, ngh ĩ a là khi chấntử ấy càng xa chấn tử cộng hưở ng. Vì vậy chấn tử cộng hưở ng đượ c kích thích mạnh nhất.

Vì dòng điện trong các chấn tử không cộng hưở ng có giá tr ị nhỏ, nên tr ườ ng bức xạ củaanten đượ c quyết định chủ yếu bở i bức xạ của chấn tử cộng hưở ng và một vài chấn tử lân cận vớ inó. Những chấn tử này tạo thành miền bức xạ của anten. Dòng điện trong các chấn tử của miền

bức xạ đượ c hình thành do cảm ứng tr ườ ng của chấn tử cộng hưở ng và nhận tr ực tiế p từ fide. Cácchấn tử nằm ở phía tr ướ c có độ dài nhỏ hơ n độ dài cộng hưở ng do đó tr ở kháng vào mang tínhdung kháng, dòng cảm ứng trong nó chậm pha hơ n so vớ i dòng trong chấn tử cộng hưở ng (hoặc

α

l6 l5 l4 l3 l2 l1

Phiđơ cấ p điện

d1

d2

d5



118

các chấn tử có độ dài lớ n hơ n nó). Các chấn tử nằm ở phía sau có độ dài lớ n hơ n độ dài cộnghưở ng nên tr ở kháng vào mang tính cảm kháng và dòng cảm ứng sớ m pha hơ n dòng trong chấn tử cộng hưở ng (hay chấn tử ngắn hơ n nó). Đối vớ i dòng điện do fide cấ p thì do cách tiế p điện chéonên pha của dòng trong hai chấn tử k ề nhau lệch pha 180o cộng vớ i góc lệch pha do truyền sóngtrên đoạn fidơ mắc giữa hai chấn tử. Tậ p hợ p tất cả yếu tố trên, sẽ nhận đượ c dòng tổng hợ p trongcác chấn tử của miền bức xạ có góc pha giảm dần theo chiều giảm kích thướ c của anten.

Vớ i quan hệ pha như trên, các chấn tử đứng phía tr ướ c chấn tử cộng hưở ng sẽ thoả mãnđiều kiện chấn tử hướ ng xạ, còn chấn tử phía sau sẽ thoả mãn điều kiện chấn tử phản xạ. Bức xạ của anten sẽ đượ c định hướ ng theo tr ục anten về phía chấn tử ngắn, tươ ng tự anten yagi.

Nếu anten làm việc ở tần số τf o, ngh ĩ a là ở bướ c sóng dài hơ n, lúc đó chấn tử cộng hưở ng

sẽ dịch chuyển sang chấn tử 1il + có độ dài lớ n hơ n k ế đó. Ngượ c lại nếu anten công tác ở tần số

cao hơ n và bằng f o/τ, ngh ĩ a là ở bướ c sóng ngắn hơ n, thì chấn tử cộng hưở ng sẽ chuyển sang chấn

tử 1il − có chiều dài ngắn hơ n chấn tử k ề nó.

Ví dụ khi công tác ở tần số f 1, thì chấn tử cộng hưở ng là chấn tử có chiều dài 1l , tươ ng

ứng vớ i 1l = λ1/2. Nếu tần số công tác giảm xuống là f 2 = τf 1, suy ra λ2 = λ1/τ thì chấn tử cộng

hưở ng bây giờ có độ dài bằng 2l = λ2/2 = λ1/2τ = 1l /τ. Từ đó ta suy ra ở các tần số:

1n

n f f τ = (6.4)

sẽ có các chấn tử cộng hưở ng tươ ng ứng vớ i các độ dài:

11n n

ll

τ −= (6.5)

n là số thứ tự của chấn tử

f n là tần số cộng hưở ng của chấn tử thứ n

nl là độ dài của chấn tử cộng hưở ng thứ n

Ngh ĩ a là khi anten công tác ở một tần số cho bở i công thức (6.4), trên anten sẽ xuất hiệnmột miền bức xạ mà chấn tử phát xạ chính có độ dài xác định theo công thức (6.5).

Như vậy miền bức xạ trên anten logarit chu k ỳ sẽ dịch chuyển khi tần số công tác thay đổi,nhưng hướ ng bức xạ cực đại của anten vẫn giữ nguyên.

Nếu lấy logarit biểu thức (6.4) ta nhận đượ c:

( ) 1ln 1 ln lnn f n f τ = − + (6.6)

Ngh ĩ a là khi biểu thị tần số theo logarit thì tần số cộng hưở ng của anten sẽ thay đổi một

lượ ng bằng lnτ. Vì vậy anten đượ c gọi là anten logarit chu k ỳ.

Đồ thị phươ ng hướ ng của anten đượ c xác định bở i số chấn tử của miền bức xạ tác dụng

(thườ ng vào khoảng từ 3 ÷ 5) và bở i tươ ng quan biên độ và pha của dòng điện trong các chấn tử

ấy. Các đại lượ ng này phụ thuộc vào thông số hình học chu k ỳ τ và góc mở anten α, chỉ ra trên



119

hình 6.6. Khi tăng τ, (cố định α), đồ thị phươ ng hướ ng hẹ p lại vì lúc đó sẽ tăng số chấn tử của

miền bức xạ tác dụng. Nhưng nếu tăng τ quá quá lớ n thì tính hướ ng lại xấu đi vì lúc ấy kích thướ c

của miền bức xạ tác dụng lại giảm do các chấn tử quá gần nhau. Khi giảm α (cố định τ) đến mộtgiớ i hạn nhất định đồ thị phươ ng hướ ng sẽ hẹ p lại vì khi ấy khoảng cách giữa các chấn tử lại tănglên và do đó tăng kích thướ c của miền bức xạ tác dụng.

Các giá tr ị tớ i hạn của α và τ thườ ng là:

τmax = 0,95

αmin = 10o

Đồ thị quan hệ giữa góc nửa công suất trong hai mặt phẳng E và H ứng vớ i các thông số τ

và α khác nhau đượ c chỉ ra trong hình 6.6. Từ đồ thị có thể thấy r ằng đồ thị phươ ng hướ ng của

anten trong mặt phẳng H r ộng hơ n trong mặt phẳng E (đó là do tính hướ ng của mỗi chấn tử hợ pthành anten).

H×nh 6.6. Quan hÖ gi÷a 2θ1/2 víi c¸c th«ng sè τ vμ α

6.4 ANTEN KHE

0 10 20 30 40αo

50

60

70

80

90

100

110

120

140130

2θ 1/2

τ = 0,65

τ = 0,95

τ = 0,75τ = 0,83τ = 0,915

0 10 20 30 40 α

o

40

50

60

702θ 1/2 τ = 0,65

0,750,830,915

x

y

z

θ

ϕ

Mặt phẳng E

Mặt phẳng H



120

Anten khe đượ c sử dụng chủ yếu ở băng vi ba. Trong thực tế khe bức xạ có dạng chữ nhật(khe thẳng) hoặc hình tròn (khe hình vành khăn) và đượ c cắt trên các mặt kim loại có hình dạngvà kích thướ c khác nhau: trên thành hốc cộng hưở ng, thành ống dẫn sóng hình chữ nhật hoặc tròn,trên các tấm kim loại phẳng, cánh máy bay....kích thướ c của mặt kim loại có thể khá lớ n so vớ i

bướ c sóng nhưng cũng có thể chỉ vào khoảng vài bướ c sóng công tác.

6.4.1 Anten khe nử a sóng

Nếu trên thành ống dẫn sóng hay hốc cộng hưở ng cắt một khe hẹ p có chiều dài bằng mộtnửa bướ c sóng công tác thì chúng ta sẽ có một anten khe nửa sóng, ngh ĩ a là khe chỉ bức xạ vàomột nửa không gian.

Dướ i tác dụng của sức điện động đặt vào khe, trong khe sẽ xuất hiện các đườ ng sức điệntr ườ ng hướ ng vuông góc vớ i hai mép khe. Điện áp giữa hai mép khe bằng tích của cườ ng độ điệntr ườ ng vớ i độ r ộng của khe (U = E.b). Ta có thể coi gần đúng mỗi nửa khe giống như một đoạn

đườ ng dây song hành mà hai nhánh dây là hai mép khe đượ c nối tắt đầu cuối (tại

2

l z = ± ). Khi

ấy phân bố điện áp dọc theo khe sẽ tuân theo quy luật sin, có nút điện áp ở cuối khe và bụng điệnáp ở giữa khe. Vì điện áp giữa hai mép khe tỷ lệ vớ i điện tr ườ ng trong khe nên có thể thấy r ằng

phân bố của điện tr ườ ng dọc theo khe cũng tuân theo quy luật sóng đứng. Tươ ng tự như khi khảosát khe nguyên tố, ta có thể coi khe tươ ng đươ ng như một dây dẫn từ mà dòng từ chạy trong dâycó quan hệ vớ i điện áp trong khe theo công thức:

( ) ( )2 2m

day khe khe I bE z U z= − = − (6.7)

Trong đó Ukhe(z) là điện áp sóng đứng, phân bố đối xứng vớ i tâm khe

( ) sin2khe bkhe

lU z U z

⎛ ⎞= −⎜ ⎟⎝ ⎠

(6.8)

Ở đây 2l λ = chiều dài khe;

U bkhe = U0khe là điện áp ở điểm bụng sóng đứng phù hợ p vớ i điện áp điểm giữa của khe

khi 2l λ = .

E

x

z

λ/2

y

Hình 6.7. Anten khe nử a sóng



121

z

x

θ

a)

y

ϕ

x

b

Do đó: 2 sin2

m

day bkhe

l I U z

⎛ ⎞= − −⎜ ⎟⎝ ⎠

(6.9)

Tươ ng tự như dây dẫn có dòng điện sóng đứng, ta cũng có thể coi khe như tậ p hợ p của cácchấn tử từ, mà dòng từ trên mỗi chấn tử có giá tr ị xác định bở i (6.9) trong đó z có tọa độ là trungđiểm của chấn tử.

Để xác định tr ườ ng bức xạ của khe có thể dựa vào tr ườ ng bức xạ của chấn tử đối xứng

trong công thức (5.8). Tr ườ ng bức xạ của anten khe có hai thành phần Eϕ và Hθ vớ i chiều dài khe

l

kl klos os os

2 2sin

kl klos os os

2 2sin

ikr bkhe

ikr bkhe

c c cU

E i er

c c cU

H i e Z r

ϕ

θ

θ

π θ

θ

π θ

−

−

⎡ ⎤⎛ ⎞ −⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎢ ⎥=⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦

⎡ ⎤⎛ ⎞ −⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎢ ⎥= −⎢ ⎥

⎢ ⎥⎣ ⎦

(6.10)

Khi khe có chiều dài 2l λ = , thay vào công thức trên, ta đượ c:

0

0

os os2

sin

os os2

sin

ikr khe

ikr khe

c cU

E i er

c cU

H i e Z r

ϕ

θ

π θ

π θ

π θ

π θ

−

−

⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠=

⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠= −

(6.11)

Đồ thị phươ ng hướ ng của khe nửa sóng trong mặt phẳng đi qua tr ục của khe (mặt phẳngxOz- mặt phẳng H) và trong mặt phẳng vuông góc vớ i tr ục của khe (mặt phẳng xOy- mặt phẳng E)chỉ ra trong hình 6.8:

Hình 6.8. Đồ thị phươ ng hướ ng của khe nử a sóng

a) trong mặt phẳng H

b) trong mặt phẳng E

Vì khe bức xạ vào một nửa không gian nên đồ thị phươ ng hướ ng cũng chỉ có ý ngh ĩ atrong một nửa mặt phảng khảo sát.



122

6.4.2 Anten khe - ống dẫn sóng

Trên thành ống dẫn sóng chữ nhật hay hình tròn, nếu cắt một hay nhiều khe có độ dài bằng nửa bướ c sóng (gọi là khe nửa sóng), thì ta sẽ đượ c anten khe - ống dẫn sóng. Thông thườ ngkhi dùng ống dẫn sóng chữ nhật thì kiểu sóng kích thích là sóng H10 còn vớ i ống dẫn sóng trònkiểu sóng kích thích là sóng H11. Khi có sóng điện từ truyền lan trong ống, ở mặt trong của thành

ống sẽ có dòng điện mặt. Véc tơ mật độ dòng điện mặt đượ c xác định bở i biểu thức:

[ ]e

x J nxH = (6.12)

Trong đó n là vectơ pháp tuyến mặt trong của thành ống, H là vectơ cườ ng độ từ tr ườ ng

trên bề mặt thành ống.

Khi truyền sóng H10 trong ống dẫn sóng chữ nhật, vectơ từ tr ườ ng có hai thành phần

0

0

xos

a

xsina

ikr

x

ikr z

H H c e

H iAH e

π

π

−

−

⎛ ⎞= ⎜ ⎟⎝ ⎠

⎛ ⎞= − ⎜ ⎟⎝ ⎠

(6.13)

Trong đó H0 là biên độ cực đại của cườ ng độ từ tr ườ ng tại tâm ống dẫn sóng (x = 0); A là

hằng số; 2k π λ

= hệ số pha của sóng trong ống dẫn sóng; a là chiều r ộng của ống dẫn sóng.

Theo công thức 6.12 và 6.13 thì ở mặt trong sẽ có ba thành phần dòng điện mặt: từ tr ườ ngdọc Hz

gây ra thành phần ngang Jx, Jy còn từ tr ườ ng ngang Hx gây ra thành phần dọc Jz. Phân bố của các thành phần dòng điện ngang Jx, Jy và dòng điện dọc Jz đượ c chỉ trong hình 6.9:

Hình 6.9. Phân hố dòng điện mặt trên các thành ống dẫn sóng

Nếu khe nằm trên thành ống dẫn sóng cắt ngang các đườ ng sức mật độ dòng điện, thìdòng điện dẫn trên thành ống sẽ bị gián đoạn tại các khe hở và chuyển thành dòng điện dịch, chảyvuông góc vớ i hai mép khe, như chỉ trên hình 6.10.

Trong khe sẽ hình thành điện tr ườ ng tươ ng ứng vớ i dòng điện dịch và giữa hai mép khe sẽ phát sinh điện áp. Nếu chiều của khe vuông góc vớ i đườ ng sức mật độ dòng điện mặt thì thành phần dòng điện dịch chảy ngang mép khe là cực đại, khe đượ c kích thích mạnh nhất. Nếu đặt khedọc theo đườ ng sức mật độ dòng điện mặt thì không có dòng điện dịch chảy ngang mép khe,ngh ĩ a là khe không đượ c kích thích và nó sẽ không bức xạ năng lượ ng.

x

y

z

Jx(Hz)

(a)

x

y

z

Jz(Hx)

(b)



123

Các khe trên thành ống dẫn sóng có thể đượ c bố trí theo nhiều cách khác nhau, như chỉ trong hình 6.11:

Khe dọc trên ống dẫn sóng (1) đượ c kích thích bở i các thành phần ngang của mật độ dòngđiện mặt Jx, Jy và có thể cắt trên thành r ộng hay thành hẹ p của ống. Tuy nhiên cần chú ý r ằng dọc

theo đườ ng trung bình của thành r ộng, mật độ dòng điện ngang bằng 0 (Jx = 0), vì vậy, nếu cáckhe nằm dọc theo đườ ng trung bình của thành r ộng thì chúng sẽ không đượ c kích thích và không bức xạ.

Hình 6.11.Các kiểu anten khe trên ống dẫn sóng Hình 6.12.Thăm kích thích

Khe ngang trên ống dẫn sóng (2) đượ c kích thích bở i các thành phần dọc của mật độ dòngđiện mặt Jz. Khe ngang chỉ có thể cắt trên các bản r ộng của ống vì trên thành hẹ p Hx và Jx đều

bằng 0.

Khe nghiêng (3) có thể cắt trên thành r ộng cũng như thành hẹ p của ống và đượ c kích thích bở i cả hai dòng điện dọc và ngang. Cườ ng độ kích thích cho các khe đượ c xác định bở i hình chiếucủa các vectơ mật độ dòng điện mặt lên đườ ng vuông góc vớ i tr ục của khe.

Khe chữ thậ p (4) là sự k ết hợ p giữa khe ngang và khe dọc, theo công thức 6.13 dòng điệndọc và ngang trên thành ống dẫn sóng tại cùng một thiết diện có góc lệch pha nhau 900. Vì vậy,các khe dọc và khe ngang đượ c kích thích sẽ đượ c kích thích lệch pha 900. Nếu tâm của khe chữ thậ p đượ c đặt cách đườ ng trung bình của thành r ộng một khoảng x = x0 sao cho biên độ của cácthành phần từ tr ườ ng Hx và Hz tại đó bằng nhau thì cườ ng độ kích thích cho hai khe sẽ bằng nhau.Lúc đó khe chữ thậ p sẽ bức xạ sóng phân cực tròn theo hướ ng vuông góc vớ i thành r ộng của ốngdẫn sóng.

1

2

3

4

1

2

3x1

x0

λ/2

λ/2

λ/4

λ/2Jx

J

Hình 6.10. Vị trí các khe trên thành ống dẫn sóng



124

Để kích thích cho các khe có thể dùng các thăm kích thích đặt cạnh khe, vuông góc vớ imặt phẳng của khe, như chỉ trên hình 6.12. Dòng điện chảy trên các thăm kích thích đượ c tạo nên

bở i dòng điện mặt chảy trên thành ống ở điểm đặt thăm.

Theo nguyên lý tươ ng hỗ, anten khe- ống dẫn sóng có thể dùnglàm anten phát cũng như anten thu. Cườ ng độ tr ườ ng bức xạ hoặc thucủa khe phụ thuộc vào vị trí của khe trên thành ống dẫn sóng. Khảo sát

tính hướ ng của trên thành ống dẫn sóng có thể dựa vào chấn tử điện cócùng kích thướ c. Đồ thị phươ ng hướ ng của khe nửa sóng trong mặt

phẳng E, khi có xét đến kích thướ c hữu hạn của thành ống dẫn sóng chỉ ra trong hình 6.13.

6.5 NGUYÊN LÝ BỨ C XẠ MẶT

6.5.1 Bứ c xạ của bề mặt đượ c kích thích bở i trườ ng điện từ

Ở dải sóng cực ngắn, để nhận đượ c anten có tính hướ ng hẹ p thườ ng sử dụng loại anten theonguyên lý bức xạ mặt. Đó là các bề mặt đượ c kích thích bở i tr ườ ng điện từ bức xạ từ một nguồnsơ cấ p nào đó. Tr ườ ng kích thích sẽ tạo ra trên bề mặt ấy các thành phần điện tr ườ ng E và từ tr ườ ng H vuông góc vớ i nhau, lúc đó bề mặt này sẽ tr ở thành nguồn bức xạ thứ cấ p và đượ c gọi làmặt bức xạ của anten. Tr ườ ng hợ p mặt bức xạ là phẳng, thì mặt phẳng đó đượ c gọi là mặt mở củaanten (cũng còn đượ c gọi là khẩu độ của anten).

Giả sử miệng anten có diện tích S, trên đó có các thành phần tr ườ ng E và H có biên độ và pha phân bố theo một quy luật xác định. Ta chọn hệ tọa độ khảo sát như chỉ ra trên hình 6.14, tr ụcz vuông góc vớ i mặt phẳng bức xạ và trùng vớ i phươ ng của véc tơ pháp tuyến ngoài của mặt, còncác véctơ tr ườ ng E và H song song vớ i các tr ục tọa độ x, y nằm trong mặt phẳng ấy.

Ta khảo sát bài toán tổng quát khi tr ườ ng đượ c kích thích trên miệng anten là hàm số theotọa độ của mặt:

( ) ( ) ( ),0 0, , j x y

x x x m H i H f x y i H f x y eψ = = (6.14)

Trong đó:

- Hx là biên độ phức của vectơ cườ ng độ từ tr ườ ngtrên bề mặt bức xạ.

- H0 là biên độ phức của vectơ cườ ng độ từ tr ườ ng tạigốc tọa độ.

- f(x,y) là hàm phân bố phức của tr ườ ng, trong đóf m(x,y) là hàm phân bố biên độ còn ψ(x,y) là hàm

phân bố pha.

Tỷ số thành phần tiế p tuyến của điện tr ườ ng và từ tr ườ ng tại mỗi điểm trên bề mặt đượ cgọi là tr ở kháng bề mặt tại điểm ấy, ký hiệu là Zs(x,y)

y

s

x

E Z

H = (6.15)

M(R,θ,ϕ)

R θ

y

x

z

S

Hình 6.14

xH

E

k

Hình 6.13



125

Để phân tích bức xạ bề mặt ta áp dụng nguyên lý dòng mặt tươ ng đươ ng. Trong tr ườ nghợ p này, tại mỗi điểm trên bề mặt sẽ có:

Mật độ dòng điện mặt

( )e e

s x y y x J nxH J i H = = = (6.16)

Mật độ dòng từ mặt

( )e ms y x x y J nxE J i E = − = = (6.17)

Ta khảo sát tr ườ ng hợ p mặt bức xạ là lý tưở ng: mặt bức xạ là mặt phẳng và các thành phần tiế p tuyến của tr ườ ng ở trên đó có biên độ và pha đồng đều ở mọi điểm (hình 6.15), ngh ĩ a là:

( )

( )

, 1

, 0

m f x y

x yψ

=

=(6.18)

Giả sử mặt bức xạ đượ c kích thích bở i tr ườ ng củamột sóng phẳng truyền theo hướ ng vuông góc vớ i bề mặt,vớ i tr ở kháng sóng Zs

’, theo định ngh ĩ a

's

E Z H

= (6.19)

Trong tr ườ ng hợ p này, các vectơ E, H của tr ườ ngtrên mặt bức xạ sẽ có biên độ và pha đồng đều (vì mặt bứcxạ trùng vớ i mặt sóng).

Chọn hệ tọa độ sao cho tr ục z trùng vớ i phươ ng truyền tớ i của sóng kích thích, còn vectơ

điện tr ườ ng phù hợ p vớ i tr ục y ( 0 y x E E i E = = ). Dựa vào quan hệ của E, H và vectơ Poyntinh ta

sẽ thấy vectơ H sẽ hướ ng theo chiều âm của tr ục x, ngh ĩ a là: 0 x x H H i H = = − . Căn cứ vào các

nhận xét trên, các biểu thức (6.14) và (6.15) có thể viết lại dướ i dạng

0

'0

0

x

y

s s

x

H H

E E Z Z

H H

= −

= = − = −(6.20)

a, M ặt bứ c x ạ hình chữ nhật, hình 6.16a

Các thành phần tr ườ ng bức xạ đượ c xác định bở i

0

0

sin sin cos sin sin sin2 21 os sin

4 sin cos sin sin2 2

sin sin cos sin sin sin2 2

os s4 sin cos sin sin

2 2

ikr

s

s

ikr

s

s

ka kb

ik e Z E Z H ab cka kbr Z

ka kb

ik e Z E Z H ab c co

ka kbr Z

H

θ

ϕ

θ ϕ θ ϕ

θ ϕ π

θ ϕ θ ϕ

θ ϕ θ ϕ

θ ϕ π

θ ϕ θ ϕ

−

−

⎛ ⎞ ⎛ ⎞

⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎛ ⎞ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠= +⎜ ⎟⎝ ⎠

⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎛ ⎞ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠= +⎜ ⎟

⎝ ⎠

; E E

H Z Z

ϕ θ θ ϕ

= =

Sóng phẳngkích thích

θ

y

x

z

S

Hình 6.15

H

E

n

k



126

(6.21)

Hình 6.16. Mặt bứ c xạ chữ nhật và hình tròn

Khảo sát tr ườ ng bức xạ trong các mặt phẳng chính: mặt phẳng E và mặt phẳng H

- Tr ườ ng hợ p điểm khảo sát nằm trong mặt phẳng E (mặt phẳng yOz) lúc đó ϕ = 900, ta có:

0

sin sin2

1 os4 sin

20

ikr

s

s

kb

ik e Z E Z H ab c

kbr Z

E

θ

ϕ

θ

θ π

θ

−⎛ ⎞⎜ ⎟⎛ ⎞ ⎝ ⎠= +⎜ ⎟

⎝ ⎠

=

(6.22)

- Tr ườ ng hợ p điểm khảo sát nằm trong mặt phẳng H (mặt phẳng xOz) lúc đó ϕ = 00, ta có:

0

0

sin sin2

os4 sin

2

ikr

s

s

E

ka

ik e Z E Z H ab c

kar Z

θ

ϕ

θ

θ π

θ

−

=

⎛ ⎞⎜ ⎟⎛ ⎞ ⎝ ⎠= +⎜ ⎟

⎝ ⎠

(6.23)

Phân tích các công thức (6.22) và (6.23) ta thấy sự phụ thuộc của cườ ng độ tr ườ ng bức xạ theo các hướ ng trong mặt phẳng khảo sát đượ c xác định bở i hàm số gồm tích của hai thành phần:Thành phần thứ nhất có dạng phù hợ p vớ i hàm tính hướ ng của nguyên tố bức xạ hỗn hợ p, còn

thành phần thứ hai có dạng sinA/A (ở đây sin

2

kb A θ = đối vớ i mặt phẳng điện tr ườ ng và

sin2

ka A θ = đối vớ i mặt phẳng từ tr ườ ng). Nếu coi mặt bức xạ là tậ p hợ p của các nguyên tố hỗn

hợ p thì thành phần thứ nhất chính là hàm tính hướ ng riêng của phần tử bức xạ còn thành phần thứ hai sẽ tươ ng ứng vớ i hàm tính hướ ng tổ hợ p. Hàm tính hướ ng biên độ chuẩn hóa của mặt bức xạ trong hai mặt phẳng đượ c xác định từ các công thức có dạng:

R i Q(x,y)

a

R M(R,θ,ϕ)

θ

y

x

z

O

a)

b

ρ

b)

Q(ρ,φ)

R

M(R,θ,ϕ)

θ

y

x

z

O

φρ

a



127

( )

( )

1 os sin sin2

1 sin2

os sin sin2

1 sin2

E

E s

E

s

H

H s

H

s

Z kbc

Z F

Z kb

Z

Z kac

Z

F Z ka

Z

θ θ

θ

θ

θ θ

θ θ

⎛ ⎞+ ⎜ ⎟⎝ ⎠=

+

⎛ ⎞+ ⎜ ⎟⎝ ⎠

= +

(6.24)

Đồ thị phươ ng hướ ng của anten bức xạ mặt đượ c vẽ minh họa ở hình sau

Hình 6.17.Đồ thị phươ ng hướ ng

a) hệ tọa độ vuông góc; b) hệ tọa độ cự c

Hướ ng mà biên độ có giá tr ị bằng không còn đượ c gọi là hướ ng bức xạ không, có thể đượ cxác định từ điều kiện:

0sin sin 02

E kbθ

⎛ ⎞ =⎜ ⎟⎝ ⎠

đối vớ i mặt phẳng E

Và 0sin sin 02

H kaθ ⎛ ⎞ =⎜ ⎟

⎝ ⎠ đối vớ i mặt phẳng H

Trong đó θ0E và θ0

H là ký hiệu của các góc ở hướ ng bức xạ bằng không trong các mặt phẳng E và H.

Từ đó rút ra đượ c

0

0

sin

sin

E

H

n

b

n

a

λ θ

λ θ

=

=vớ i n = 1, 2, 3…

Hướ ng bức xạ không thứ nhất đượ c xác định khi cho n = 1, ngh ĩ a là :

01

01

sin

sin

E

H

b

a

λ θ

λ θ

=

=(6.25)

Khi mặt bức xạ có kích thướ c lớ n ( 1; 1a b

≤ ≤λ λ ), ta có độ r ộng búp sóng ở hướ ng bức xạ

không bằng

a)-60 -30 30

θo

0,25

0,50

0 75

1,0

0 60 90-90

θ =00

b)



128

Trong mặt phẳng E

00 01 0

22 2 ( );2 115 E E E rad

b b

λ λ θ θ θ = = = (6.26)

Trong mặt phẳng H

00 01 0

22 2 ( );2 115 H H H

rad a a

λ λ θ θ θ = = = (6.27)

Từ các công thức trên ta thấy r ằng độ r ộng búp sóng của anten trong mỗi mặt phẳng chỉ phụ thuộc vào kích thướ c của anten theo mặt phẳng ấy, không phụ thuộc vào kích thướ c anten trongmặt phẳng vuông góc vớ i nó.

Độ r ộng búp sóng theo mức bức xạ nửa công suất (góc nửa công suất), đượ c xác định bở icông thức

01

2

01

2

2 51

2 51

E

H

b

a

λ θ

λ θ

=

=(6.28)

b, M ặt bứ c x ạ hình tròn, hình 6.16 b

Tr ườ ng hợ p điểm khảo sát nằm trong mặt phẳng E (mặt phẳng yOz) lúc đó ϕ = 900, ta có:

( )10

sin1 os

4 sin

0

ikr

s

s

J kaik e Z E Z H S c

r Z ka

E

θ

ϕ

θ θ

π θ

− ⎛ ⎞= +⎜ ⎟

⎝ ⎠=

(6.29)

Tr ườ ng hợ p điểm khảo sát nằm trong mặt phẳng H (mặt phẳng xOz) lúc đó ϕ = 00, ta có:

( )10

0

sinos

4 sin

ikr

s

s

E

J kaik e Z E Z H S c

r Z ka

θ

ϕ

θ θ

π θ

−

=

⎛ ⎞= +⎜ ⎟

⎝ ⎠

(6.30)

Trong đó S = πa2 là diện tích của mặt bức xạ tròn.

J1là hàm Bessel bậc 1

Hàm tính hướ ng biên độ chuẩn hóa của mặt bức xạ trong hai mặt phẳng có dạng:



129

( )( )

( )

( )

1

1

1 ossin

sin1

os sin

sin1

E

E s

E

s

H

H s

H

s

Z c

J ka Z F

Z ka

Z

Z c

J ka Z

F Z ka

Z

θ θ

θ θ

θ θ

θ θ

+=

+

+

= +

(6.31)

Trong tr ườ ng hợ p mặt bức xạ tròn, hàm tính hướ ng tổ hợ p có dạng J(u)/u. Đồ thị của hàmsố này đượ c vẽ ở hình 6.18. Để tiện so sánh, trên hình vẽ cũng vẽ đồ thị của hàm sinu/u. Từ hình

vẽ ta thấy dạng đồ thị của hai hàm này r ất giống nhau.Do đó, trong mặt phẳng E và H dạng đồ thị phươ nghướ ng của mặt bức xạ hình tròn cũng giống dạng đồ thị

phươ ng hướ ng của mặt bức xạ chữ nhật.

Độ r ộng búp sóng ở hướ ng bức xạ không đượ cxác định theo công thức:

02 2, 41 ( )2

rad a

λ θ ≈ (6.32)

Độ r ộng búp sóng ở góc nửa công suất đượ c xácđịnh theo công thức:

12

2 1,02 ( )2

rad a

λ θ = (6.33)

6.5.2 Các kiểu anten bứ c xạ mặt

Các anten bức xạ mặt thườ ng đượ c sử dụng ở dải sóng cực ngắn. Một số anten điểnhình là anten loa, anten thấu kính, anten gươ ng parabol, anten gươ ng kép… Phần sau chúng tasẽ xem xét k ỹ về các loại anten này.

6.6 ANTEN LOA

6.6.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc

Anten loa đượ c cấu tạo từ anten ống dẫn sóng, là kiểu anten bức xạ mặt đơ n giản nhất. Lýthuyết về ống dẫn sóng biết r ằng khi sóng truyền tớ i miệng ống dẫn sóng hở thì một phần nănglượ ng của sóng sẽ phản xạ tr ở lại và một phần năng lượ ng sẽ bức xạ ra không gian bên ngoài.Tr ườ ng ở miệng ống là tr ườ ng tổng hợ p của sóng tớ i và sóng phản xạ. Nếu mở r ộng kích thướ cmiệng ống theo các phươ ng án khác nhau thì ta sẽ nhận đượ c các kiểu anten loa khác nhau.

π

0,2

0,4

0,6

1,0

0 3π2π

0,8

J(u)/u

Sinu/u

Hình 6. 18



130

Nếu ống dẫn sóng là ống chữ nhật và kích thướ c miệng ống đượ c mở r ộng trong mặt phẳngchứa vectơ từ tr ườ ng thì loa đượ c gọi là loa mở theo mặt H, viết tắt là loa H.

Nếu ống dẫn sóng là chữ nhật và kích thướ c đượ c mở r ộng trong mặt phẳng chứa vectơ điệntr ườ ng ta đượ c loa mở theo mặt điện tr ườ ng (loa E).

Nếu ống dẫn sóng là chữ nhật và kích thướ c đượ c mở r ộng theo cả hai mặt phẳng chứavectơ điện tr ườ ng, từ tr ườ ng ta đượ c loa hình tháp.

Nếu ống dẫn sóng là hình tròn ta có loa hình nón.

a) b) c)

Hình 6.19. Các anten loa: a) Nón vách nhẵn. b) Nón vách gấp nếp. c) loa hình tháp. d) loa Evà e) loa H

Để khảo sát nguyên lý làm việc của anten loa ta khảo sát mặt cắt dọc của anten loa (hình6.20 )

Năng lượ ng cao tần đượ c truyền theo ống dẫn sóng đến cổ loa dướ i dạng sóng phẳng. ở đây một phần năng lượ ng sẽ phản xạ tr ở lại còn đại bộ phận tiế p tục truyền theo thân loa dướ idạng sóng phân k ỳ tớ i miệng loa. Tại miệng loa phần lớ n năng lượ ng đượ c bức xạ ra ngoài, một

phần phản xạ tr ở lại. Sự phản xạ sóng ở cổ loa càng lớ n khi góc mở của loa càng lớ n còn sự phản

b1

b

a

e)

z

Miệng loa

2φ0

L

b1

R

Cổ loa

O

Hình 6.20

a1

b

a

d)



131

xạ sóng tại miệng loa càng nhỏ khi kích thướ c miệng loa càng lớ n. Sóng truyền đi trong loa có thể coi là sóng cầu có tâm pha tại O, do đó tại mặt phẳng miệng loa không phải là mặt đồng pha. Nếuloa có chiều dài R cố định, muốn diện tích miệng loa lớ n để tạo đượ c bức xạ mạnh thì góc mở củaloa phải lớ n. Nhưng điều này làm cho sóng phản xạ tại miêng loa càng lớ n và sự sai pha giữa các

phần tử bức xạ trên miêng loa càng lớ n, gây méo pha theo hướ ng tr ục z, làm xấu tính hướ ng củaanten. Bở i vậy khi tính toán anten loa có thể chọn góc mở và độ dài R của loa thích hợ p, để anten

loa có tính hướ ng tốt nhất.a, Xét tr ườ ng hợ p loa E

Chiều dài từ tâm pha O đến mép loa L đượ c xác định theo công thức:

( )2

12 b50R L ,+=

Hiệu đườ ng đi của tia sóng từ tâm pha đến mép miệng loa vớ i tâm loa :

( )R 8

bR b50R R LL

212

12 =−+=−=Δ ,

sẽ gây ra lệch pha của các phần tử nằm ở mép loa so vớ i tâm loa một góc là k ΔL. Trong mặt

phẳng E để có tính hướ ng tốt thì góc lệch pha cho phép trong mặt phẳng E là k ΔL ≤ π/2.

Ta có:

2 21 12

8 2 2

b b R

R

π π

λ λ ≤ ⇒ ≥ (6.34)

b, Xét tr ườ ng hợ p loa H

Cũng chứng minh tươ ng tự như trong tr ườ ng hợ p loa E, nhưng trong mặt phẳng H điệntr ườ ng E ở mép loa bằng 0, có ngh ĩ a là các phần tử nguyên tố bức xạ mặt càng ở xa tâm loa bứcxạ càng yếu đi, do thành phần điện tr ườ ng tiế p tuyến trên bề mặt mỗi nguyên tố giảm dần cho tớ i0 tại mép loa. Bở i vậy cho phép góc lệch pha của phần tử bức xạ ở tâm loa so vớ i các phần tử bức

xạ ở mép loa lón hơ n tr ườ ng hợ p cho trong mặt phẳng E, ngh ĩ a là k.ΔL ≤ 0,75π từ đó ta có:

21

3

a R

λ ≥ (6.35)

c, Xét tr ườ ng hợ p loa hình nón

( )2

020,15

2,4

R R λ

λ ≥ − (6.36)

Vớ i R 0 là bán kính của miệng loa

Loa có chiều dài loa R thỏa mãn điều kiện bằng trong các biểu thức (6.34), (6.35), (6.36) đượ cgọi là loa tối ưu, ta có

Loa E:21

2opt

b R

λ =

Loa H:21

3opt

a R

λ =

θ =00

Hình 6.21. Đồ thị phươ ng hướ ng củaanten loa



132

Loa nón :( )

2

020,15

2,4

R R λ

λ = −

6.6.2 Tính hướ ng của anten loa

Đối vớ i anten loa E , độ r ộng búp sóng đượ c xác định

01

21

00

1

2 51

2 115

E

E

b

b

λ θ

λ θ

=

=(6.37)

Đối vớ i anten loa H , độ r ộng búp sóng đượ c xác định

01

21

00

1

2 51

2 172

H

H

a

a

λ θ

λ θ

=

=

(6.38)

Để độ r ộng búp sóng chính trong hai mặt phẳng E và H bằng nhau thì các cạnh của loa phải thỏa mãn điều kiện a1 = 1,5 b1.

Hệ số hướ ng tính của anten loa đượ c tính theo biểu thức

2

4 S D =

π υ

λ (6.39)

Ở đây S là diện tích của miệng loa, υ là hệ số sử dụng bề mặt miệng loa. Hệ số sử dụng bề

mặt của miệng loa luôn nhỏ hơ n 1 do biên độ và pha của tr ườ ng trên miệng loa khác nhau so vớ itâm loa.

Để tăng hệ số hướ ng tính của anten loa cần phải tăng kích thướ c miệng loa. Ví dụ để đạtđượ c D = 4500 (36,6 dBi) vớ i bướ c sóng công tác 5 cm, thì miệng loa phải có kích thướ c a1 = 1,5m và b1 = 1m, chiều dài loa phải lớ n hơ n 10 m.

Anten loa thườ ng đượ c sử dụng làm anten bức xạ sơ cấ p (bộ chiếu xạ) cho các loại antencó mặt bức xạ thứ cấ p như anten parabol, anten cassegrain....Nó cũng đượ c sử dụng làm các antenđộc lậ p trong các hệ thống thông tin vệ tinh. Khi đó kích thướ c của loa r ất lớ n.

6.7 ANTEN GƯƠ NG

6.7.1 Nguyên lý chung

Nguyên lý làm việc của anten gươ ng tươ ng tự như nguyên lý làm việc của gươ ng quanghọc. Để thuận tiện chúng ta sẽ khảo sát hoạt động của anten gươ ng ở chế độ phát sóng. Sóng sơ cấ p vớ i dạng mặt sóng và hướ ng truyền lan nhất định, sau khi phản xạ từ mặt gươ ng sẽ tr ở thànhsóng thứ cấ p vớ i dạng mặt sóng và hướ ng truyền lan biến đổi theo yêu cầu. Việc biến đổi này lànhờ hình dạng và k ết cấu đặc biệt của mặt phản xạ (gọi là gươ ng). Trong phần lớ n các tr ườ ng hợ p,gươ ng có nhiệm vụ biến đổi sóng cầu hoặc sóng tr ụ bức xạ từ nguồn sơ cấ p vớ i tính hướ ng kém



133

thành sóng phẳng (hoặc gần phẳng) vớ i năng lượ ng tậ p trung trong một không gian hẹ p có tínhhướ ng mong muốn. Nguồn bức xạ sơ cấ p đượ c gọi là bộ chiếu xạ. Gươ ng phản xạ thứ cấ p đượ cdùng phổ biến nhất là gươ ng parabol, một số sử dụng gươ ng hyperbol.

6.7.2 Anten gươ ng parabol

Anten gươ ng parabol đượ c sử dụng phổ biến trong thông tin vi ba và thông tin vệ tinh.Cấu tạo của anten bao gồm hai bộ phận chủ yếu: một mặt phản xạ (gươ ng) tròn xoay có mặt congtheo đườ ng cong theo đườ ng cong parabol, mặt phản xạ đảm bảo cơ chế hội tụ để tậ p trung nănglượ ng vào một phươ ng cho tr ướ c; một bộ chiếu xạ đặt tại tiêu điểm F của gươ ng, thực chất bộ chiếu xạ là một anten sơ cấ p: bức xạ sóng cầu (vớ i gươ ng parabol tròn xoay) hay một nguồn bứcxạ thẳng dọc theo tr ục tiêu (gươ ng parabol tr ụ), hình 6.22.

Tiª u ®iÓm

Hình 6.22. Anten gươ ng parabol

Hình 6.23. Mặt cắt dọc của anten gươ ng parabol

Để hiểu đượ c tính chất hình học của mặt phản xạ parabol tròn xoay ta xét parabol là

đườ ng cong đượ c tạo ra từ mặt phản xạ trong một mặt phẳng bất k ỳ vuông góc vớ i mặt phẳngchứa mặt mở và đi qua tiêu điểm (hình 6.23a). Tiêu điểm đượ c ký hiệu là F và đỉnh là O, tr ục làđườ ng thẳng đi qua F và O, FO là tiêu cự đượ c ký hiệu là f. Xét quãng đườ ng đi của hai tia sóngxuất phát từ bộ chiếu xạ đặt tại tiêu điểm của gươ ng: một tia trùng vớ i quang tr ục của gươ ng và

phản xạ tại đỉnh gươ ng, đến miệng gươ ng tại O’; một tia phản xạ tại điểm A bất k ỳ trên mặtgươ ng và đến miệng gươ ng tại B. Ta sẽ có FO + OO’= FA + AB = k (vớ i k là hằng số).Quãngđườ ng đi dài như nhau có ngh ĩ a r ằng sóng phát từ tiêu điểm có phân bố pha đồng đều trên mặt mở .Thuộc tính này cùng vớ i thuộc tính các tia song song có ngh ĩ a là mặt sóng là mặt phẳng. Như vậy

phát xạ từ mặt phản xạ parabol tròn xoay giống như phát xạ một sóng phẳng từ một mặt phẳng



134

vuông góc vớ i tr ục và chứa đườ ng chuẩn (đườ ng vuông góc vớ i FO và đi qua điểm đối xứng vớ iF qua đỉnh O trên tr ục, độ dài của đườ ng chuẩn là đườ ng kính của miệng gươ ng parabol còn gọi làđườ ng kính của anten parabol). Cần lưu ý r ằng theo nguyên lý đảo lẫn, các tính chất này cũng ápdụng cho cả anten ở chế độ thu.

Tỷ số giữa đườ ng kính của miệng gươ ng và tiêu điểm là một tỷ số quan tr ọng, nên ta đixét tỷ số này. Ký hiệu đườ ng kính của miệng gươ ng là d, ta đượ c:

00,25cot2

f ang

d

ψ = (6.40)

Vị trí của tiêu điểm so vớ i mặt phản xạ đối vớ i các giá tr ị f/d khác nhau đượ c cho ở hình6.24. Đối vớ i f/d<0,25, anten sơ cấ p (tiế p sóng) nằm trong không gian giữa mặt phản xạ và miệnggươ ng và chiếu xạ giảm mạnh ở biên của mặt phản xạ. Đối vớ i f/d>0,25, anten sơ cấ p nằm ngoàimiệng gươ ng vì thế chiếu xạ tr ở nên đồng đều hơ n, nhưng một phần bị tràn ra ngoài bộ phản xạ.Ở chế độ phát sự tràn này là sự phát xạ của anten sơ cấ p hướ ng đến bộ phản xạ nhưng vượ t ra

ngoài góc 2Ψ0.

F F F

(f/d)=0,25 (f/d)>0,25(f/d)<0,25

Hình 6.24. Vị trí tiêu điểm đối vớ i các giá trị f/d khác nhau

Đồ th ị phươ ng hướ ng của anten parabol

Năng lượ ng của sóng điện từ đượ c phản xạ từ gươ ng và tậ p trung xung quanh quang tr ụccủa gươ ng, đượ c gọi là búp sóng chính. Tuy nhiên, do có sự ảnh hưở ng bở i sự che chắn của cácthanh đỡ bộ chiếu xạ cũng như của chính bộ chiếu xạ nên gây ra miền tối ở phía sau bộ chiếu xạ;

bộ chiếu xạ bức xạ sóng sơ cấ p một phần sóng truyền ra ngoài mặt gươ ng; mặt phản xạ không phẳng tuyệt đối nên khi phản xạ một phần năng lượ ng bị tán xạ. Do đó đồ thị phươ ng hướ ng củaanten gươ ng parabol ngoài búp sóng chính còn có các búp sóng phụ.

Độ r ộng búp sóng chính θ3dB

hay góc nửa công suất của đồ thị phươ ng hướ ng đượ c xácđịnh theo công thức:

3 12

212

dB fd

θ θ = = (độ) (6.41)

Hay3 1

2

702

dBd

λ θ θ = = (6.42)

Trong đó: f là tần số công tác (GHz), d là đườ ng kính miệng gươ ng (m), λ bướ c sóng côngtác (m).



135

Hình 6.25. Đồ thị phươ ng hướ ng của anten parabol trong tọa độ vuông góc

Hi ệ u suấ t làm vi ệ c của anten parabol

Ở anten parabol không phải tất cả năng lượ ng sóng bức xạ từ nguồn sơ cấ p (bộ chiếu xạ)đều đượ c phản xạ từ gươ ng parabol. Một phần năng lượ ng sóng đượ c hấ p thụ từ gươ ng và một

phần khác bị tán xạ ra xung quang mép gươ ng do mặt gươ ng không phẳng tuyệt đối. Thêm vào đó, bộ chiếu xạ đặt ở giữa gươ ng cộng vớ i giá đỡ sẽ che chắn mất một phần miệng gươ ng (tạo nênmột vùng tối đối diện vớ i gươ ng). Chính vì thế mà trong thực tế hiệu suất của anten parabol chỉ đạt đượ c khoảng 55- 70 % công suất bức xạ từ bộ chiếu xạ.

Hệ số hướ ng tính và hệ số khuếch đạicủa anten gươ ng parabol tròn xoay:

2

2

4 S d D

⎛ ⎞= = ⎜ ⎟⎝ ⎠

π η π

λ λ (6.42)

2

2

4 S d G

⎛ ⎞= = ⎜ ⎟⎝ ⎠

π η π η

λ λ (6.43)

trong đó: d đườ ng kính miệng gươ ng (m)

λ bướ c sóng công tác (m)

η hiệu suất làm việc của antenS là diện tích thực của miệng anten (S = πd2/4)

Nếu biểu thị theo đơ n vị decibel ta có:

( ) ( )( ) 20lg 20lg 10lg 20,4m GHz

G dBi d f η = + + + (6.44)

Chú ý: Hệ số hướ ng tính D và hệ số khuếch đại G trong các công thức trên đượ c tính ở hướ ng bức xạ cực đại.

0 dB

3 dBBú chính

Các búp phụ

Búpngượ c

G

1800- 1800 0

2θ 1/2



136

Ví dụ

Một anten parabol có đườ ng kính miệng parabol là 2m, công suất bức xạ là 5 W, tần số công tác là 6 GHz, hiệu suất làm việc 55% . Hãy xác định:

a, Độ r ộng búp sóng chính

b, Hệ số khuếch đại

c, Công suất bức xạ đẳng hướ ng tươ ng đươ ng.

Giải

a, Áp dụng công thức (6.41) ta có độ r ộng búp sóng nửa công suất là

03

21 211,75

6.2dB fd

= = =θ

b, Hệ số khuếch đại đượ c tính theo công thức (6.44)

( ) ( )( ) 20lg 20lg 10lg 20, 4

20lg 2 20lg 6 10lg 0,55 20,4 39,4( )

m GHzG dBi d f

dBi

= + + +

= + + + =

η

c, Công suất bức xạ đẳng hướ ng tươ ng đươ ng

5EIRP ( ) ( ) 39, 4 10lg 39,4 37 76,40,001T T G dBi P dBm= + = + = + = (dBm)

6.7.3 Anten hai gươ ng: anten Cassegrain

Anten Cassegrain gồm một gươ ng phản xạ parabol tròn xoay còn gọi là gươ ng chính, mộtgươ ng phản xạ hyperbol còn gọi là gươ ng phụ và bộ chiếu xạ dùng anten loa. Bộ chiếu xạ đượ c

bố trí sao cho tâm loa nằm ở giữa đỉnh parabol. Gươ ng phụ có hai tiêu điểm: một trùng vớ i tiêuđiểm của gươ ng chính và một trùng vớ i tâm pha của bộ chiếu xạ (hình: Mặt cắt dọc theo quang

tr ục của anten Cassegrain ).Anten biến đổi sóng cầu từ bộ chiếu xạ thành sóng phẳng đồng pha ở miệng gươ ng chính

sau hai lần phản xạ liên tiế p tại gươ ng phụ và gươ ng chính.

Ư u điểm của anten Cassegrain là độ r ộng búp sóng chính của đồ thị phươ ng hướ ng nhỏ hơ n so vớ i anten parabol đơ n, bộ chiếu xạ đặt ở ngay đỉnh gươ ng chính nên r ất thuận lợ i cho viếccấ p điện. Gươ ng phản xạ phụ đượ c lắ p phía tr ướ c gươ ng phản xạ chính nói chung có kích cỡ nhỏ hơ n loa tiế p sóng và gây ra che tối ít hơ n. Như vậy, anten Cassegrain cũng có nhượ c điểm làgươ ng phụ chắn mất một phần không gian ở tr ướ c gươ ng chính gây ra miền tối, làm cho phân bố

biên độ của tr ườ ng không đồng đều, giảm tính định hướ ng của anten.

Hệ thống Cassegrain đượ c sử dụng r ộng rãi cho các tr ạm mặt đất.



137

Hình 6.26. Mặt cắt dọc theo quang trục của anten Cassegrain và các tia truyền đốivớ i anten.

Hình 6.27. Anten Cassegrain

6.7.4. Anten Gregorian

Một dạng khác của anten hai gươ ng là anten Gregorian. Anten gồm một gươ ng phản xạ parabol tròn xoay chính và một gươ ng phản xạ phụ elip tròn xoay. Cũng như ở tr ườ ng hợ p trên,

gươ ng phản xạ phụ có hai tiêu điểm, một trùng vớ i tiêu điểm của gươ ng phản xạ chính và điểmkia trùng vớ i tâm pha của loa tiế p sóng. Hoạt động của hệ thống Gregorian có nhiều điểm giốngnhư Cassegrain. Anten Gregorian đươ c minh hoạ ở hình 6.28.



138

Hình 6.28. Anten Cassegrain lệch trục

6.8 TỔNG K ẾT

Anten là thiết bị không thể thiếu trong các hệ thống thông tin vô tuyến. Tùy vào tính chấtcủa mỗi hệ thống thông tin vô tuyến ngườ i ta sử dụng các loại anten thích hợ p. Có r ất nhiều loạianten khác nhau hiện đang đượ c sử dụng. Trong chươ ng đã đề cậ p đến một số loại anten đượ cdùng phổ biến nhất. Các anten nhiều chấn tử đượ c ứng dụng r ộng rãi trong vô tuyến truyền hình.Các anten này thườ ng đơ n giản về cấu trúc, chịu đượ c áp lực gió khi đặt trên cao và hoạt động của

chúng có nhiều ưu điểm về thông số điện. Các anten bức xạ mặt đượ c sử dụng ở các tần số caohơ n. Ư u điểm của chúng là đạt đượ c tính hướ ng r ất cao. Anten loa là một dạng anten đượ c sử dụng phổ biến trong thông tin vệ tinh. Loa có thể sử dụng như một anten độc lậ p hay thườ ngxuyên hơ n nó đượ c sử dụng làm các bộ tiế p sóng cho các anten gươ ng. Các anten gươ ng parabolđượ c sử dụng r ộng rãi trong các hệ thống thông tin chuyển tiế p mặt đất cũng như hệ thống thôngtin vệ tinh. Tiế p sóng cho các anten này có thể là các loa đượ c đặt tại chính tâm hoặc lệch tâm.Tr ườ ng hợ p thứ hai cho phép tránh đượ c hiện tượ ng che tối nhưng đòi hỏi phải có các biện phápđể tạo phân bố tr ườ ng chiếu xạ đều hơ n trên mặt mở của parabol và giá đỡ bộ phản xạ cũng phứctạ p hơ n. Các anten phản xạ kép cũng đượ c sử dụng trong thông tin vệ tinh, cho phép đặt tiế p sóngngay tại tâm của chảo phản xạ chính vì thế bảo dưỡ ng và quay anten tiện hơ n. Anten Cassegrain

bao gồm hai bộ phản xạ: bộ phản xạ phụ có hình hyperbol tròn xoay và bộ phản xạ chính là parabol tròn xoay. Anten Gregorian cũng có bộ phản xạ chính là parabol tròn xoay nhưng bộ phảnxạ phụ là elip tròn xoay.

6.9 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP

1. Trình bày cấu tạo và nguyên lý làm việc của anten yagi.



139

2. Trình bày cấu tạo và nguyên lý làm việc của anten loga - chu k ỳ.

3. Trình bày cấu tạo và nguyên lý làm việc của anten loa. Điều kiện để loa tối ưu.

4. Trình bày cấu tạo và nguyên lý làm việc của anten gươ ng parabol.

5. Trình bày cấu tạo và nguyên lý làm việc của anten gươ ng kép Cassegrain.

6. Một anten parabol đườ ng kính 5m có hiệu suất làm việc 0,65 làm việc tại tần số 6GHz.Tìm diện tích mặt mở hiệu dụng của anten

(a) 12,76 m2; (b) 13,76m2; (c) 14,76m2; (d) 15,75m2

7. Số liệu như bài 6, tìm hệ số khuếch đại của anten.

a ) 45,1dBi; (b) 46,1dBi; (c) 47,1dBi; (d) 48,1dBi

8. Số liệu như bài 6, xác định độ rông búp sóng chính.

a ) 0,50; (b) 0,7 0; (c) 1,50; (d) 1,7 0

9. Một anten parabol đườ ng kính 3m có hiệu suất làm việc 0,55 làm việc tại tần số 2GHz.Tìm diện tích mặt mở hiệu dụng của anten.

a ) 2,9 m2; (b) 3,5 m2; (c) 3,9 m2; (d) 4,5 m2

10. Số liệu như bài 9, tìm hệ số khuếch đạicủa anten.a ) 33,4dBi; (b) 35,4dBi; (c) 37,4dBi; (d) 39,4dBi

11. Số liệu như bài 9, xác định độ rông búp sóng chính.

a ) 2,50; (b) 3,0 0; (c) 3,50; (d) 3,7 0

12. Một anten gươ ng parabol có hệ số khuếch đại là 50 dBi, hiệu suất làm việc 60%. Tính gócnửa công suất.

a ) 0,440; (b) 0,540; (c) 0,640; (d) 0,740

13. Một anten có góc nửa công suất bằng 20. Xác định hệ số khuếch đại khi biết hiệu suất làmviệc của anten là 55%.

a ) 30,2dBi; (b) 35,2dBi; (c) 38,2dBi; (d) 40,2dBi14. Một anten phát có hệ số khuếch đạilà 40 dBi, anten có công suất phát là bao nhiêu để anten thu gươ ng parabol có đườ ng kính miệng gươ ng 0,9 m; hiệu suất làm việc 0,55 đặt cáchanten phát 50 km nhận đượ c công suất – 70 dBW. Giả thiết sóng truyền trong không gian tự do.

a ) 0,5 mW; (b) 0,5 W; (c) 0,9 mW; (d) 0,9W

15. Anten gươ ng parabol có hệ số khuếch đạilà 40 dBi, hiệu suất làm việc 60%, làm việc tạitần số 4GHz.Tính đườ ng kính miệng gươ ng.

a ) 3,08 m; (b) 3,28 m; (c) 3,58 m; (d) 3,78 m

16. Số kiệu như bài 15, tính độ r ộng búp sóng θ3dB. a ) 1,50; (b) 1,70; (c) 2,50; (d) 2,70

17. Một anten phát có hệ số khuếch đạilà 30 dBi, công suất phát của anten là 5W. Ở cự ly 50km đặt một anten thu gươ ng parabol có đườ ng kính miệng gươ ng 1,5m. Tính công suất antenthu nhận đượ c.

a ) 1,13 pW; (b) 1,13μW; (c) 1,13 mW ; (d) 1,13 W

18. Số liệu như bài 17, tính tổn hao truyền sóng trong không gian tự do khi truyền từ anten phát đến anten thu.



140

a ) 60,45dB; (b) 63,45dB; (c) 65,45dB; (d) 66,45dB

19. Một anten gươ ng parabol có hệ số khuếch đại là 30 dBi, hiệu suất làm việc 60%. Tính gócnửa công suất.

a ) 4,380; (b) 5,380; (c) 6,380; (d) 7,380

20. Một anten có góc nửa công suất bằng 1,20. Xác định hệ số khuếch đại khi biết hiệu suấtlàm việc của anten là 55%.

a ) 35,7dBi; (b) 40,7dBi; (c) 42,7dBi; (d) 45,7dBi

Anten Dung Trong Thong Tin Viba 8806 3

Documents

Transcript of Anten Dung Trong Thong Tin Viba 8806 3