Ch ng 4_-_b_i_gi_ng_anten-truy_n_s_ng

Trường Đại học Công Nghiệp TPHCM
Khoa Công Nghệ Điện Tử
1
Bài giảng
Giảng viên: Nguyễn Tấn Lộc
ANTEN-TRUYỀN SÓNG

2
Giới thiệu môn học
Số tiết: 30 tiết
Điểm tổng kết:
20% ĐTB (Tiểu luận +thường kì)
+ 30% điểm giữa kỳ
+ 50% điểm cuối kỳ
Điều kiện thi kết thúc môn:
- Điểm giữa kỳ >=4
- Điểm tiểu luận >=4
- Vắng mặt <= 20% số tiết

3
Giáo trình và Tài liệu tham khảo:
1. Lê Tiến Thường-Trần Văn Sư ,Truyền sóng và Anten, NXB
Đại học Quốc Gia TPHCM –2010
2. Constantine A.Balanis, Antenna theory analysis and
design, John Wiley & Son.Inc.,1997
3. GS. TSKH Phan Anh, Lý thuyết và kỹ thuật Anten, NXB
Khoa học và Kỹ thuật, 2007
4. David M. Pozar, Microwave Engineering, John Wiley
& Son.Inc, 1998
Giáo trình, tài liệu tham khảo

4
Giúp sinh viên:
 Nắm bắt được phương pháp tiếp cận để phân tích, thiết kế
một anten hiểu được các thông số đặc trưng cơ bản
của anten
 Nguyên lý bức xạ của một anten cũng như là của một hệ
anten
 Hiểu được nguyên lí bức xạ của các hệ thông anten; anten
Dipole, Yagi, anten xoắn Helix, …
 Nắm bắt được nguyên lí truyền dẫn sóng trong các môi
trường: không gian tự do, đường dây dẫn, ống dẫn
sóng và sợi quang
Mục tiêu – Course Objective

5
 CHƯƠNG 1: Lịch sử phát triển anten
 CHƯƠNG 2: Mô tả các đặc tính bức xạ của anten
 CHƯƠNG 3: Lý thuyết anten
 CHƯƠNG 4: Hệ thống bức xạ
 CHƯƠNG 5: Các loại anten
 CHƯƠNG 6: Truyền sóng vô tuyến
 CHƯƠNG 7: Truyền sóng trong đường dây dẫn
 CHƯƠNG 8: Truyền sóng trong ống dẫn sóng
Nội dung - Outline

6
 Hệ thống các bức xạ tử thẳng cách đều
 Hệ thống các bức xạ tử broadside và endfire
 Góc nửa công suất và góc bức xạ không đầu tiên
 Phép nhân đồ thị
 Các hệ thống bức xạ phẳng
Chương 4 – Hệ thống bức xạ

7
 Khái niệm dãy Anten
 Trong thực tế chúng ta cần độ định hướng cao nhằm thực
hiện liên lạc ở khoảng cách lớn. Có hai cách thực hiện
chính:
– Tăng kích thước điện của Anten
– Phối hợp nhiều Anten với nhau (Antenna array)
 Phương pháp phối hợp nhiều Anten với nhau theo một
cấu trúc vật lý nào đó gọi là Antenna array (tạm dịch dãy
Anten hay dàn Anten)
Hệ thống bức xạ tử thẳng cách đều

8
 Khái niệm dãy Anten – Minh hoạ
 Anten Dipole Hertz
[ ]m/Vsin
R
ekjI
E
jkR
m θ








π
η
=
−
θ
4

[ ]m/A
E
H
η
= θ
ϕ



9
Array 2 phần tử dipole chiều dài hữu hạn đặt ngang theo
trục Oz (trong mặt phẳng z0y)

10












θ+θ
π
η×=+=





 β
+−




 β
−−
θ 2
2
2
1
1
2
21
4
cos
r
e
cos
r
ekI
jiEEE
krjkrj
m
Với:
- β là sự khác pha giữa các elements
- Giả sử biên độ là giống nhau
- Giả sử điểm khảo sát là vùng xa
Khi xeùt pha: θ≈θ≈θ 21
;cos
d
rr θ−≈
2
1
;cos
d
rr θ+≈
2
2

11
röôøng böùc xaï ôû vuøng xa laø:
Khi xeùt bieân ñoä: rrr ≈≈ 21
( ) ( )
[ ]2/cos
2/cos
.cos.
.4
.
.
βθ
βθ
θ θ
π
η
+−
+= ++
−
kdj
ee
r
ekI
jiE kdj
krj
m












θ+θ
π
η×=+=





 β
+−




 β
−−
θ 2
2
2
1
1
2
21
4
cos
r
e
cos
r
ekI
jiEEE
krjkrj
m
( )



+=
−
βθθ
π
ηθ cos
2
1
cos2.cos.
.4
.
. kd
r
ekI
jiE
krj
m

12
( )





+⋅⋅⋅=
−
βθθ
π
ηθ cos
2
1
cos2cos
.4
kd
r
ekI
jiE
jkr
m
Tröôøng xa cuûa 1 dipoleArray Factor (Heä soá daøn)
( )





+⋅= βθcos
2
1
cos2 kdAF
Tröôøng vuøng xa cuûa moät daøn anten goàm
nhöõng phaàn töû ñoàng nhaát baèng tröôøng cuûa
moät phaàn töû anten thaønh phaàn ñaët taïi
ñieåm tham chieáu (thöôøng laø goác toaï ñoä) vaø
heä soá daøn anten (AF) cuûa daøn anten ñoù.

13
Nếu dàn Anten được đặt dọc theo các trục Ox, Oy ta có
thể dùng công thức chuyển đổi giữa toạ độ Decard và
toạ độ cầu.
Ar = Ax.sinθ.cosφ + Ay.sinθ.sinφ + Az.cosθ
Aθ = Ax.cosθ.cosφ + Ay.cosθ.sinφ -
Az.sinθ
Aφ = -Ax.sinφ + Ay.cosφ
Ax = Ar.sinθ.cosφ + Aθ.cosθ.cosφ -
Aφ.sinθ
Ay = Ar.sinθ.sinφ + Aθ.cosθ.sinφ +
Aφ.cosθ

14
áu truùc hình hoïc cuûa toaøn array
oâng tin veà töøng phaàn töû trong array
oaûng caùch giöõa caùc phaàn töû trong array
eân ñoä kích thích ban ñaàu cuûa caùc phaàn töû
a ban ñaàu cuûa caùc phaàn töû
Khi tính toaùn Antenna Array, caùc thoâng soá caàn
bieát ban ñaàu laø:
àn tính toaùn ñaëc tính cuûa array:
 Caáu truùc tröôøng ñieän töø
 Heä soá daøn (Array factor)
 Ñoà thò ñònh höôùng, BWFN, HPBW, ñoä
ñònh höôùng, coâng suaát böùc xaï, …

15
 LESA
 Các phần tử được bố trí dọc theo một đường thẳng theo trục Oz.
Nếu các toạ độ được ký hiệu bởi Zi thì giá trị hệ số dàn cho bởi
[ ] ∑∑
−
=
−
=
==
1
0
1
0
cos
),(
N
i
i
i
N
i
ijkd
i CIeIAF θ
ϕθ
∑
−
=
=
1
0
cos
),(
N
i
jkz
i
i
eIAF θ
ϕθ
θcosjkd
eC =Với
( )∏∑
−
=
−
−
=
−==
1
0
1
1
0
),(
N
i
iN
N
i
i
i CCICIAF ϕθ
Người ta chứng minh được:
AF với N phần tử có thể biểu diễn như đa thức bậc N-1 của biến phức
C và Ci là zero thứ i của đa thức

16
 LESA
( )∏
−
=
− −=
1
0
1),(
N
i
iN CCIAF ϕθ
Muốn xây dựng hệ số dàn với các Nulls trong các chiều cụ
thể θi (i=1, …, N-1)
=> chọn zero cho đa thức trên
AF sẽ bằng 0 tại mỗi góc θi (i=1, …, N-1)
1,...,1cos
−== NieC ijkd
i
θ

17
 LESA
 Ví dụ1: Xây dựng một hệ số dàn với 3 phần tử và các
Nulls theo chiều θ=π/4 và θ=π/2. Cho biết khoảng
cách giữa các phần tử là d=λ/4. Biết:
Tìm các Ii
( )∏
−
=
− −=
1
0
1),(
N
i
iN CCIAF ϕθ

18
 LESA
 Giải:
( )∏∑
−
=
−
−
=
−==
1
0
1
1
0
),(
N
i
iN
N
i
i
i CCICIAF ϕθ
)4/cos(
1
0 πjk
eC = )2/cos(
2
0 πjk
eC = 121 ==− IIN
( ) ( )( ))2/cos()4/cos(
1
0
1 ..1),( ππ
ϕθ jkdjkd
N
i
iN eCeCCCIAF −−=−= ∏
−
=
−
[ ]
[ ] 2)2/cos()4/cos()2/cos()4/cos(
.. CCeee jkdjkdjkd
+−−+= + ππππ
[ ]
[ ]
1
.
2
)2/cos()4/cos(
1
)2/cos()4/cos(
0
=
−−=
= +
I
eeI
eI
jkdjkd
jkd
ππ
ππ
 Suy ra
 Chọn

19
 LESA
 Ví dụ 2: Cho Anten dãy gồm 2 phần tử như lý thuyết. Tìm
Nulls của vector trường tổng biết d=λ/4 và:
 β = 0
 β = Л/2
 β = -Л/2

20
 LESA
 Với β = 0:
 Nulls xảy ra khi Enorm = 0
 Cos θ = 0
 Cos [1/2(kd.cos θ+β)] =0
 Kết luận Nulls chỉ xảy ra khi θ = 90o
( )





+⋅⋅⋅=
−
βθθ
π
ηθ cos
2
1
cos2cos
.4
kd
r
ekI
jiE
jkr
m
( )





+= βθθ cos
2
1
cos2.cos kdEnorm
 Trường
 Chuẩn hoá

21
 LESA
 Với β = π/2:
 Chuẩn hoá
 Nulls xảy ra khi Enorm = 0
 Cos θ = 0
 Cos [π/4.(cos θ+1] =0
 Kết luận Nulls chỉ xảy ra khi θ = 90o và θ = 0o
( )





+= βθθ cos
2
1
cos2.cos kdEnorm
( )





+= 1cos
4
cos2.cos θ
π
θnormE

22
 LESA
 Với β = -π/2:
 Tương tự

23
 LUEESA
 Moãi phaàn töû ñaúng
höôùng
 Bieân ñoä doøng ñieän
kích thích ñeàu
 Ñoàng pha β = 0
Heä thoáng tuyeán tính
LUEESA – Linear
Uniformaly Excited
Equally Spaced Array laø
daõy anten caùch ñeàu,
kích thích bôûi doøng
ñieän gioáng nhau veà
pha vaø bieân ñoä

24
 LCPESA
 Moãi phaàn töû ñaúng
höôùng
 Bieân ñoä doøng ñieän
kích thích ñeàu
 Leäch pha luõy tieán
(doøng ñieän phaàn töû
Heä thoáng tuyeán tính
LCPESA – Linear
Cophasal Equally Spaced
Array laø daõy anten
caùch ñeàu, kích thích
bôûi doøng ñieän gioáng
nhau veà bieân ñoä vaø
leäch pha ñeàu nhau

25
 LCPESA
)coskd)(N(j)coskd(j)coskd(j
e...eeAF β+θ−β+θβ+θ
++++= 12
1
Array factor cuûa daøn tuyeán tính leäch pha ñeàu
nhau LCPESA
∑
=
β+θ−
=
N
n
)coskd)(n(j
eAF
1
1
Ñaët goùc l ch phaệ
β+θ=ψ coskd
∑
=
ψ−
=
N
n
)n(j
eAF
1
1
où theå ñieàu khieån AF baèng caùch thay ñoåi ψ!
ta coù

26
 LCPESA
Coù theå bieán ñoåi AF veà daïng:
( )[ ]


















ψ






ψ
= ψ−
2
1
221
sin
N
sin
eAF /Nj
Neáu ñieåm tham chieáu laø ñieåm ñoái xöùng veà
maët vaät lyù cuûa array












=
ψ
ψ
2
1
sin
2
sin
N
AF
Vaäy heä soá daøn chuaån hoùa laø:( )
sin
1 2
1
sin
2
n
N
AF
N
ψ
ψ
 
 ÷
 =
 
 ÷
 

27
 LCPESA
aùc ñònh nhöõng ñieåm NULL cuûa array:
0
2
=





ψ
N
sin ⇒
2 n
N
n
θ θ
ψ π
=
= ±












π±β−
π
λ
=θ
N
n
d
arccosn
2
2
⇒
n=1,2,3… N …
Khi n = 0, N, 2N, 3N, … mN … AF ñaït cöïc ñaïi.
( )cos 2
m
kd mθ θ
ψ θ β π=
= + = ±
( )



π±β−
π
λ
=θ m
d
arccosm 2
2
m = 0,1,2,3…
2
n
n
Nθ θ
π
ψ =
= ±
öïc teá chuû yeáu xeùt goùc leäch pha bieán ñoåi töøψ

28
 LCPESA
vôùi goùc leäch pha bieán ñoåi töø 0 ñeán 2ψ π
0
2
=





ψ
N
sin ⇒












π±β−
π
λ
=θ
N
n
d
arccosn
2
2
⇒
n=1,2,3… N-1
n ≠ 0,N
Khi n = 0, N thì AF ñaït cöïc ñaïi.
( )cos 2
m
kd θ θ
ψ θ β π=
= + = +
2
n
n
Nθ θ
π
ψ =
=
( )cos 0
m
kd θ θ
ψ θ β =
= + =
2 n
N
n
θ θ
ψ π
=
= +

29
 LCPESA
rò cöïc ñaïi lôùn nhaát chæ ñaït ñöôïc ôû m = 0, khi ñoù:






π
λβ
=θ
d
arccosm
2
( ) 391,1cos
22
±=+= = h
kd
NN
θθ
βθψ












±−=⇒
Nd
h
782,2
2
arccos β
π
λ
θ
nöûa coâng suaát (3dB) cuûa heä soá daøn anten ñaït ñöôïc












±−−=⇔
Nd
h
782,2
2
arcsin
2
β
π
λπ
θ
Khi d>>λ:












±−−≈
Nd
h
782.2
22
β
π
λπ
θ

Ch ng 4_-_b_i_gi_ng_anten-truy_n_s_ng

Recommandé

Recommandé

Contenu connexe

Tendances

Tendances (20)

En vedette

En vedette (20)

Similaire à Ch ng 4_-_b_i_gi_ng_anten-truy_n_s_ng

Similaire à Ch ng 4_-_b_i_gi_ng_anten-truy_n_s_ng (20)

Dernier

Dernier (20)

Ch ng 4_-_b_i_gi_ng_anten-truy_n_s_ng

Notes de l'éditeur