Anten hệ thống vô tuyến truyền hình

  • 76 trang
  • file .docx
BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM
ĐỖ ĐỨC LƯƠNG
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
ANTEN HỆ THỐNG VÔ TUYẾN TRUYỀN HÌNH
HẢI PHÒNG - 2015
BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM
ĐỖ ĐỨC LƯƠNG
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
ANTEN HỆ THỐNG VÔ TUYẾN TRUYỀN HÌNH
NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG MÃ SỐ: D52027
CHUYÊN NGÀNH : ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG
Người hướng dẫn: PGS.TS Trần Xuân Việt
HẢI PHÒNG - 2015
2
LỜI CẢM ƠN
Được sự phân công của khoa Điện – Điện tử Trường Đại Học Hàng Hải,
và được sự đồng ý của thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Trần Xuân Việt em đã thực
hiện đề tài “Anten hệ thống vô tuyến truyền hình”.
Để hoàn thành đề tài này thì em xin chân thành cảm ơn các thầy cô hướng
dẫn, giảng dạy trong suốt quá trình học vừa qua, nghiên cứu và rèn luyện ở
trường. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Trần Xuân Việt
đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành được đề tài này.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng để thực hiện đề tài một cách hoàn chỉnh nhất.
Song em mới tập tìm hiểu về một vấn đề và kinh nghiệm nghiên cứu cũng như
thực tiễn chưa có, một mặt cũng hạn chế về kiến thức chuyên môn. Vậy nên
không thể tránh khỏi những thiếu sót nhất định mà bản thân em chưa nhận ra.
Em rất mong được sự góp ý của thầy cô giáo và các bạn sinh viên để đề tài được
hoàn chỉnh hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên
Đỗ Đức Lương
i
LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan:
1. Những nội dung trong luận văn này là do em thực hiện đánh máy hoàn
toàn và dưới sự hướng dẫn của thầy Trần Xuân Việt.
2. Mọi tham khảo dùng trong luận văn đều được thực hiện, trích dẫn rõ ràng
theo đúng quy định của nhà trường.
3. Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo em xin chịu hoàn
toàn trách nghiệm.
Sinh viên
Đỗ Đức Lương
ii
MỤC LỤC
Trang
PHẦN MỞ ĐẦU.................................................................................................iv
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ.............................................................................v
CHƯƠNG I: VẤN ĐỀ CƠ BẢN NHẤT VỀ ANTEN......................................1
1.1. Giới thiệu sơ lược về anten.......................................................................1
1.1.1. Sơ lược lịch sử phát triển của anten...................................................1
1.1.2. Giới thiệu về hệ thống thu phát...........................................................2
1.1.3. Anten trong hệ thống vô tuyến điện....................................................3
1.1.4. Những yêu cầu cơ bản nhất của anten...............................................5
1.2. Vấn đề cơ bản về anten.............................................................................7
1.2.1. Quá trình bức xạ sóng điện từ.............................................................7
1.2.2. Hệ phương trình Maxwell...................................................................7
1.2.3. Một số thông số cơ bản của anten.......................................................9
1.2.4. Các hệ thống anten............................................................................15
CHƯƠNG II: ANTEN THU CỦA HỆ THỐNG VÔ TUYẾN TRUYỀN
HÌNH..................................................................................................................17
2.1. Lý thuyết về anten thu............................................................................17
2.1.1. Chấn tử đối xứng làm việc ở chế độ thu...........................................17
2.1.2. Áp dụng nguyên lý tương hỗ để tìm hiểu tính chất chung cảu anten
thu.................................................................................................................20
2.1.3. Công suất tải anten thu......................................................................22
2.2. Một số loại anten thu trong hệ thống vô tuyến truyền hình................24
2.2.1. Anten Yagi..........................................................................................24
2.2.2. Anten loga chu kỳ...............................................................................26
2.2.3. Anten sóng chạy.................................................................................28
CHƯƠNG III: ANTEN YAGI.........................................................................30
3.1. Anten Yagi...............................................................................................30
3.1.1. Cấu tạo................................................................................................30
3.1.2. Tiếp điện cho anten Yagi bằng cáp đồng trục..................................32
3.1.3. Các đặc trưng tham số của anten......................................................33
iii
3.2. Mô phỏng hàm phương hướng của anten Yagi....................................35
3.2.1. Trường hợp h = 0...............................................................................38
3.2.2. Trường hợp h ≠ 0...............................................................................45
3.3. Tính toán các thông số của anten Yagi..................................................49
3.3.1. Tính trở kháng vào của anten Yagi...................................................50
3.3.2. Tính hệ số định hướng tác dụng.......................................................53
KẾT LUẬN........................................................................................................54
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................56
PHỤC LỤC 1.....................................................................................................57
PHỤC LỤC 2.....................................................................................................61
iv
PHẦN MỞ ĐẦU
Cùng với sự phát triển của xã hội, nhu cầu trao đổi thông tin, giải trí của
con người ngày càng cao và thật sự cần thiết. Bằng cách sử dụng các hệ thống
phát, thu vô tuyến đã phần nào đáp ứng được nhu cầu cập nhật thông tin của con
người ở khoảng cách xa một cách nhanh chóng và chính xác.
Bất cứ hệ thống vô tuyến nào cũng phải sử dụng anten để phát hoặc thu
tín hiệu. Trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta dễ dàng bắt gặp rất nhiều các
hệ thống anten như: hệ thống anten dùng cho truyền hình mặt đất, hệ thống
anten dùng cho truyền hình vệ tinh, các BTS, dùng trong mạng điện thoại di
động,... Hay đến những vật dụng cầm tay như bộ đàm, điện thoại di động,
radio,... cũng đều sử dụng anten.
Qua việc tìm hiểu về lý thuyết và kỹ thuật anten sẽ giúp ta nắm bắt được
các cơ sở lý thuyết anten, nguyên lý làm việc và cơ sở tính toán, phương pháp
đo các tham số cơ bản của các loại anten thường dùng. Do vậy đi đến tìm hiều
các anten thu hình điển hình.
Mục đích đề tài là tìm hiểu về lý thuyết anten, phương pháp tính của anten
Yagi cũng như anten parabol. Vậy nên giới hạn của đề tài chỉ là trong phạm vi
hẹp tìm hiểu về anten Yagi và Parabol phần lý thuyết có quan.
v
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Số Tên hình Tran
hình g
1.1 Sơ đồ hệ thống thu phát tín hiệu. 3
1.2 Đồ thị phương hướng trong tọa độ cực. 13
2.1 Chấn tử đối xứng trong sườn sóng tới. 15
2.2 Mạng 4 cực. 18
2.3 Cấu trúc anten Yagi. 24
2.4 Cấu tạo anten Loga – chu kỳ. 26
2.5 Cấu tạo anten sóng chạy. 28
3.1 Cấu tạo anten Yagi. 30
3.2 Tiếp điện cho anten. 32
3.3 Mối liên hệ giữa A và L/λ. 35
vi
CHƯƠNG I: VẤN ĐỀ CƠ BẢN NHẤT VỀ ANTEN
1.1. Giới thiệu sơ lược về anten.
1.1.1. Sơ lược lịch sử phát triển của anten.
Anten là thiết bị thu nhận hoặc phát ra sóng điện từ hay là các thiết bị thu
hoặc phát năng lượng điện từ trường trong khoảng không gian và trong khoảng
cách nhất định. Dùng để truyền năng lượng giữa bên phát và bên thu mà không
cần các đường truyền bằng dây như cáp đồng, sợi quang,… hay các ống dẫn
sóng để truyền tải năng lượng.
Trong nhiều ứng dụng, các anten có thể cạnh tranh với các phương tiện
truyền dẫn khác để phát hoặc thu nhận năng lượng điện từ trường. Thường thì
suy hao trường điện từ trong các vật liệu truyền dẫn sẽ tăng nhanh theo tần số.
Điều này có thể hiểu đơn giản rằng, khi mà tần số làm việc tăng lên thì việc
dùng các vật liệu dẫn sóng sẽ kém hiệu quả và chất lượng trong việc truyền tải
năng lượng. Hay hiệu suất tăng theo tần số. Do vậy, thực tế anten được sử dụng
rộng dãi trong quá trình truyền tải năng lượng điện từ ở các dải tần số cao trong
từng ứng dụng nhất định. Tùy vào loại anten mà ta dùng trong các trường hợp cụ
thể để truyền hay thu nhận năng lượng.
Sóng điện từ là nền tảng của lý thuyết anten và được xây dựng trên cơ sở
các phương trình cơ bản của điện từ học. Maxwell là người đã hệ thống một
cách khái quát toàn bộ lý thuyết trên thành hệ phương trình cơ bản và quan trọng
là hệ phương trình Maxwell. Ta có các cột mốc đáng chú ý trong quá trình hình
thành và phát triển của anten:
1
 Năm 1886: nhà vật lý người Đức Hemrich Rudoff Hertz bằng lý luận và
thực nghiệm đã chứng tở rằng nếu dùng một mạch dao động hở với lưỡng
cực Hertz thì ở vùng xa lưỡng cực sẽ hình thành trường phát ra.
 Sau khi hoàn thành dụng cụ để chứng minh thí nghiệm của Hertz, năm
1897 Popob nhà phát minh vô tuyến điện người Nga đã dùng các dụng cụ
này làm phương tiện truyền tín hiệu điện báo không dây dẫn và có khả
năng truyền các tín hiệu ở khoảng cách 3 dặm.
 Năm 1901: Guglielmo Marconi đã có thể truyền tín hiệu trên khoảng cách
lớn. Hệ thống này hoạt động ở tần số khoảng 60KHz.
 Năm 1916: trước năm 1916, hầu hết các thông tin vô tuyến chủ yếu là
điện báo. Trong năm 1916, lần đầu tiên sử dụng tín hiệu đã điều chế biên
độ để truyền tín hiệu thoại qua sóng vô tuyến.
 Năm 1930: người ta tạo ra nguồn phát klystron và magnetron có khả năng
phát ra tín hiệu với tần số lên đến GHz.
 Từ năm 1940 đến nay: anten đã được ứng dụng rất rộng rãi trong hệ thống
thông tin vô tuyến, vô tuyến truyền hình, truyền thanh, thiên văn, điều
khiển từ xa,…
1.1.2. Giới thiệu về hệ thống thu phát.
Ngày nay, cùng với sự phát triển của kỹ thuật vô tuyến điện, thông tin liên
lạc bằng anten được dử dụng rất phổ biến và rộng rãi trong đa số lĩnh vực. Và ta
có hệ thống thu phát đơn giản hóa bằng các khối sau đây:
2
Hình 1.1 Sơ đồ hệ của hệ thống thu phát tín hiệu.
Từ sơ đồ trên ta có thể nhận thấy hệ thống anten bên phát đóng vai trò chủ
yếu là bức xạ sóng điện từ vào trong không gian. Bằng cách nó biến đổi các tín
hiệu điện thành dạng năng lượng điện từ lan truyền trong không gian. Khi gặp
phải anten thu thì năng lượng điện từ lại được biến đổi thành các tín hiệu điện
thích hợp rồi đưa đến máy thu và dạng tín hiệu được trở về dạng ban đầu gần
giống như bên phát.
1.1.3. Anten trong hệ thống vô tuyến điện.
Việc truyền năng lượng điện từ vào trong không gian thực hiện bằng hai
cách thông thường sau. Một trong hai đường truyền là dùng một loạt các dây
dẫn để truyền dẫn như dây song hành, cáp đồng trục hay là ống dẫn sóng,… vận
chuyển năng lượng sóng điện từ trực tiếp trên đó dưới dạng dòng điện. Sóng
điện từ lan truyền trong hệ thống này thuộc hệ thống điện từ ràng buộc (hữu
tuyến).
Cách truyền này tuy có độ chính xác cao nhưng phí vào dây truyền, sửa
chữa, lắp đặt,… xây dựng một hệ thống truyền tải là vô cùng tốn kém. Thêm vào
3
đó khoảng cách quá xa nếu trên các vùng cao hay địa hình rất phức tạp không
thể xây dựng các đường truyền hữu tuyến thì cách truyền này rất “tối”. Vì thế
mà thay vào đó người ta cho sóng điện từ bức xạ vào trong không gian tự do.
Sóng sẽ được truyền đi dưới dạng sóng điện từ tự do hay gọi là vô tuyến từ tạm
phát đến điểm thu. Do vậy, ta cần một thiết bị có thể phát sóng điện từ vào trong
không gian tự do và thu nhận được hay cảm nhận được sóng điện từ tự do trong
không gian đưa vào máy thu. Thiết bị này loại này gọi là anten.
Anten là một bộ phận không thể tách rời của bất kỳ một hệ thống phát
thanh vô tuyến nào. Vì nó đã sử dụng sóng điện từ để truyền tải thông tin thì
không thể không dùng đến thiết bị (anten) bức xạ hay thu nhận sóng điện từ.
Ví dụ, một hệ thống liên lạc vô tuyến đơn giản bao gồm có máy phát +
anten phát, máy thu + anten thu. Thường thì giữa máy phát và anten phát cũng
như bên máy thu và anten thu không được nối trực tiếp với nhau mà được ghép
thông qua một hệ thống đường tuyền năng lượng điện từ gọi là phi đơ. Ngoài ra
còn có còn một số hệ thống phụ trợ khác như bộ phối hợp trở kháng,… Trong hệ
thống này thì máy phát tạo ra dao động điện cao tần đi qua phi đơ tới anten phát
dưới dạng sóng điện từ rằng buộc với nhau. Anten phát có nhiệm vụ bức xạ sóng
điện từ sau khi được biến đổi vào trong không gian. Cấu tạo cũng như đặc điểm
anten sẽ quyết định đến đặc tính biến đổi năng lượng điện từ trường nói như
trên.
Trong khi anten phát có nhiệm vụ chính là bức xạ sóng điện từ máy phát
đến máy thu. Thì anten thu lại ngược lại với anten phát là tiếp nhận sóng điện từ
tự do trong không gian và biến đổi chúng thành sóng điện từ giàng buộc. Sóng
này sẽ được đưa đến máy thu thông qua phi đơ, còn một phần sẽ bức xạ trở lại
vào không gian gọi bức xạ thấp. Yêu cầu của thiết bị anten-phi đơ là phải thực
hiện việc truyền và biến đổi năng lượng với hiệu suất cao nhất mà không gây ra
méo dạng tín hiệu.
4
Anten được sử dụng rộng rãi với nhiều mục đích khác nhau thì đồng thời
có yêu cầu khác nhau trong mọi trường hợp. Với trạm phát thanh và vô tuyến
truyền hình thì cần anten bức xạ đồng đều trong mặt phẳng ngang, để cho anten
đặt mọi hướng đều có thể thu được tín hiệu từ trạm phát. Song anten lại cần bức
xạ định hướng trong mặt phẳng đứng, với hướng cực đại song song với mặt đất
để các trạm thu hay thiết bị thu trên mặt đất có thể nhận được gọi là hướng bức
xạ là cực đại nhất của trạm phát và giảm nhỏ năng lượng bức xạ theo hướng
khác là không cần thiết.
Trong thông tin mặt đất hoặc vũ trụ, radar, vô tuyến điều khiển, … thì yêu
cầu anten phát bức xạ với hướng tính cao, nghĩa là sóng bức xạ chỉ tập trung vào
một góc rất hẹp trong không gian. Còn có thể hiểu là số lượng búp sóng chính
tăng nhưng phải hạn chế tối thiểu các búp sóng phụ tránh gây tổn hao về mặt
năng lượng lẫn hiệu suất. Như vậy nhiệm vụ của anten không chỉ đơn giản là
biến đổi năng lượng điện từ cao tần thành sóng điện từ tự do, mà phải bức xạ
sóng ấy theo những hướng nhất định, với các yêu cầu kỹ thuật cho trước.
Ngày nay, sự phát triển của kỹ thuật và công nghệ chế tạo trong các lĩnh
vực thông tin, radar, … cũng đòi hỏi anten không chỉ đơn thuần làm nhiệm vụ
bức xạ hay thu nhận sóng điện từ trong không gian tự do 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 gồm nhiều hệ thống, trong đó chủ yếu nhất là hệ thống bức xạ
hoặc là cảm thụ sóng bao gồm các phần tử anten, 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.
1.1.4. Những yêu cầu cơ bản nhất của anten.
Ta có một số yêu cầu cơ bản nhất như sau:
 Tính định hướng của anten.
5
Anten của các đài truyền thanh, truyền hình phải phát xạ đều theo mọi
phía song song với mặt đất, còn radar thông tin thì cần phải phát xạ trong một
hình quạt hẹp nhằm để tập trung năng lượng về phía đài thu. Anten cũng phải
cần có tính chất thu định hướng nghĩa phải theo một hướng tối ưu nhất kết hợp
với tính chọn lọc của máy thu, tính chọn lọc theo hướng của anten là cách chống
nhiễu hiệu quả.
 Phối hợp trở kháng.
Anten phải bảo đảm có khả năng thu và phát năng lượng được cực đại. Và
ta có thể coi anten như một thiết bị phối hợp giữa phi đơ và không gian tự do.
 Dải tần của anten.
Dao động của điện từ biến thiên và mang theo tin tức từ máy phát qua phi
đơ đến anten. Để thông tin không bị ảnh hưởng bởi các yêu tố tác động vào thì
anten phát ở dải tần nhất định. Để chống nhiễu thường dùng phương thức
chuyển dời tần số công tác hoặc để phù hợp với điều kiện truyền sóng của các
đài liên lạc sóng ngắn phụ thuộc vào thời gian trong ngày là đêm hay ngày. Do
vậy, anten phải làm việc được ở các dải tần khác nhau mà không có sự thay đổi
đáng kể về mặt chất lượng truyền tải.
 Tính phân cực của anten.
Tùy vào yêu cầu cụ thể của anten đặt ở đâu như anten phải đặt trên vật thể
bay thì phát xạ trường phân cực là tuyến tính thì để thu trường này anten thu
phải có phân cực tròn hay phân cực elip. Ngoài ra, để đảm bảo khả năng thông
tin theo kiểu tán xạ từ các miền bất đồng nhất của tầng đối lưu có độ tin cậy cao
thì đặc trưng hướng của anten phải thay đổi theo một chương trình nhất định.
6
1.2. Vấn đề cơ bản về anten.
1.2.1. Quá trình bức xạ sóng điện từ.
Về nguyên lý, bất kỳ hệ thống điện từ nào có khả năng tạo ra điện từ
trường biến thiên đều có khả năng bức xạ sóng điện từ. Tuy nhiên trong thực tế
bức xạ sóng điện từ chỉ xảy ra trong điều kiện nhất định.
Để ví dụ ta xét một mạch dao động thông số tập trung LC, có kích thước
rất nhỏ so với bước song. Nếu đặt vào mạch một sức điện động biến đổi thì
trong không gian của tụ điện sẽ phát sinh ra điện trường biến thiên, còn trong
không gian của cuộn cảm sẽ phát sinh từ trường biến thiên. Nhưng điện từ
trường này không bức xạ ra ngoài mà bị rằng buộc với các phần tử của mạch.
Năng lượng điện trường được giới hạn trong khoảng không gian của tụ điện, còn
năng lượng từ trường chỉ nằm trong một vật thể tích nhỏ trong long cuộn cảm.
Nếu mở rộng kích thước của tụ điện thì dòng dịch sẽ lan tỏa ra càng nhiều
và càng tạo ra điện trường biến thiên với biên độ lớn hơn trong khoảng không
gian bên ngoài. Điện trường biến thiên này truyền với vận tốc ánh sáng. Khi đạt
tới khoảng cách khá xa so với nguồn chúng sẽ thoát khỏi sự ràng buộc với
nguồn, nghĩa là các đường sức điện sẽ không còn ràng buộc với diện tích của 2
má tụ nữa mà chúng phải tự khép kín trong không gian hay là hình thành một
điện trường xoáy. Theo quy luật của điện trường biến thiên thì điện trường xoáy
sẽ tạo ra một từ trường biến đổi và từ trường biến đổi lại tiếp tục tạo ra điện
trường xoáy hình thành quá trình sóng điện từ.
Phần năng lượng điện từ thoát ra khỏi nguồn và truyền đi trong không
gian tự do được gọi là năng lượng bức xạ hay còn gọi năng lượng hữu công.
Phần năng lượng điện từ rằng buộc với nguồn gọi là năng lượng vô công.
1.2.2. Hệ phương trình Maxwell.
Lý thuyết anten được xây dựng trên cơ sở những phương trình cơ bản của
điện động lực học: các phương trình Maxwell.
7
Trong phần này ta coi các quá trình điện từ là các quá trình biến đổi điều
hòa theo thời gian, nghĩa là có thể biểu diễn quy luật hàm sin, cos dưới dạng
phức e iωt .
E=ℜ ( E eiωt ) =E cos ⁡(ωt) (1.1a) hoặc E= Lm ( E e iωt )=E sin ⁡(ωt) (1.1b)
Các phương trình Maxwell ở dạng vi phân được viết dưới dạng:
e
rot H =iω ε p E + J (1.2a)
rot E =−iωμ H (1.2b)
e
ρ
¿ E= (1.2c)
ε
¿ H =0 (1.2d)
E là biên độ phức của vecto cường độ điện trường.
(V/m)
H là biên độ phức của vecto cường độ từ trường.
(A/m)
σ
ε p =ε (1−i ) là hệ số điện thẩm phức của môi trường. (1.3)
ωε
ε là hệ số điện thẩm tuyệt đối của môi trường. (F/m)
μ là hệ số từ thẩm của môi trường.
(H/m)
σ điện dẫn xuất của môi trường.
(Si/m)
A
J là biên độ phức của vecto mật độ dòng điện.
e ( 2
)
m
C
ρ là mật độ khối của điện tích.
e ( 3
)
m
Biết rằng nguồn tạo ra điện từ là dòng điện và điện tích. Nhưng trong một
số trường hợp, để dễ dàng giải một số bài toán động lực học, người ta đưa thêm
8
vào hệ phương trình Maxwell các đại lượng dòng từ và từ tích. Khái niệm dòng
từ và từ tích chỉ là tượng trưng chứ chúng không có trong tự nhiên.
Kết hợp với nguyên lý đổi lẫn, hệ phương trình Maxwell được viết tổng
quát như sau:
e
rot H =iω ε p E + J (1.4a)
rot E =aiωµ H −J
m
(1.4b)
m
ρ
¿ E= (1.4c)
ε
e
−ρ
¿H= (1.4d)
μ
Giải hệ phương trình Maxwell ta được nghiệm là E, H. Trong phương
trình nghiệm nó cho chúng ta biết nguồn gốc sinh ra E, H và cách thức lan
truyền.
1.2.3. Một số thông số cơ bản của anten.
Trong thực tế kỹ thuật của một anten bất kỳ có các thông số về điện
cơ bản sau:
 Trở kháng vào.
 Hiệu suất.
 Hệ số định hướng và độ tang ích.
 Đồ thị phương hướng.
 Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương.
 Tính phân cực.
 Dải tần của anten.
a) Trở kháng vào của anten.
Trở kháng vào của anten Z A bao gồm cả phần tử thực và phần tử kháng là
tỷ số giữa điện áp U A đặt vào anten và dòng điện I A trong anten.
9
UA
Z A= =R A + j X A (1.5)
IA
Trở kháng vào của anten ngoài ra còn phụ thuộc vào cấu tạo của anten và
trong một số trường hợp còn phụ thuộc vào vật đặt gần anten hay độ cao của
anten.
Thành phần thực của trở kháng vào R A được xác định bởi công suất đặt
vào anten P A và dòng điện hiệu dụng tại đầu vào anten I A.
PA
R A= (1.6)
IA
Thành phần kháng của trở kháng vào của anten được xác định bởi đặc
tính phân bố dòng điện và điện áp dọc theo anten.
Hầu hết các anten chỉ hoạt động trong dải tần nhất định vì vậy để có thể
truyền năng lương với hiệu suất cao từ máy phát đến anten cần phối hợp trở
kháng giữa đầu ra máy phát và đầu vào của anten.
b) Hiệu suất của anten.
Anten như là thiết bị chuyển đổi năng lượng. Do vậy một thông số quan
trọng của nó là hiệu suất. Hiệu suất của anten η A chính là tỷ số giữa công suất
bức xạ P b . xạ và công suất máy phát đưa vào anten P vao (hay P A):
P b . xạ
ηA= (1.7)
PA
Hiệu suất của anten đặc trưng cho mức tổn hao công suất bên trong anten.
Đối với anten có tổn hao luôn luôn P b . xạ < P vào do đó η A<1. Gọi công suất tổn hao
là P t . hao:
P A = P b . xạ + P t . hao (1.8)
Đại lượng công suất bức xạ và công suất tổn hao được xác định bởi giá trị
điện trở bức xạ Rb . xạ và Rt .hao vậy ta có:
10
2 2
P A=I A . R A =I A . ¿ (1.9)
Từ biểu thức (1.7) ta viết lại thành:
P b . xạ R b . xạ
ηA= = (1.10)
P b . xạ + P t . hao Rb . xạ + Rt . hao
c) Hệ số hướng tính và hệ số tang ích.
Như đã biết anten có rất nhiều loại và để so sánh giữa các anten với nhau
người ta đưa ra thông số hệ số hướng tính (hệ số định hướng) và hệ số tăng ích
(hệ số khuếch đại). Các hệ số này cho phép đánh giá phương hướng và hiệu quả
bức xạ của anten tại một điểm nào đó dưới sự tác động của nhiều yếu tố khác
nhau trên cơ sở so sánh với anten anten chuẩn.
Anten lý tưởng là anten có hiệu suất η A =1 và năng lượng bức xạ đồng đều
theo mọi hướng. Anten lý tưởng được xem như một nguồn bức xạ vô hướng
hoặc là một chấn tử đối xứng nửa bước sóng.
Hệ số định hướng của anten D( θ , φ) là số lần phải tang công suất bức xạ
khi chuyển từ anten có tính hướng sang anten vô hướng (anten chuẩn) để sao
cho vẫn giữ nguyên giá trị cường độ trường tại điểm thu ứng với hướng (θ ,φ)
nào đó.
2
P b . xạ (θ 1 , φ1 ) E (θ 1 , φ1)
D ( θ 1 , φ1 ) = = (1.11)
P b . xạ (0) 2
E (0)
Trong đó:
D ( θ 1 , φ1 ) là hệ số định hướng của anten có hướng ứng với phương ( θ 1 ,φ1 )
11
P b . xạ (θ 1 , φ1) và P b . xạ (0) là công suất bức xạ của anten có hướng tính ứng với
hướng ( θ 1 ,φ1 ) và công suất bức xạ của anten vô hướng tại cùng điểm xét.
E ( θ 1 , φ1 ) và E (0) là cường độ trường tương ứng của chúng.
Điều này có nghĩa là phải tăng lên D ( θ 1 , φ1 ) lần công suất bức xạ P bx (0) của
anten vô hướng để có được trường bức xạ tại điểm thu xem xét bằng giá trị
E ( θ 1 , φ1 ) .
Hệ số tăng ích của anten G(θ , φ) chính là số lần cần thiết phải tăng công
suất dựa vào hệ thống anten khi chuyển từ một anten có hướng sang một anten
vô hướng để sao cho vẫn giữ nguyên cường độ trường tại điểm thu theo hướng
đã xác định (θ ,φ).
G ( θ ,φ )=η A . D(θ ,φ) (1.12)
Hệ số tăng ích đặc trưng cho anten cả đặc tính hướng bức xạ và hiệu suất
của anten. Từ (1.12) có thể thấy hệ số tăng ích luôn nhỏ hơn hệ số định hướng.
Nếu ta biết tăng ích của anten trong dải tần xác định ta có thể tính được P bx theo
công thức xau:
P b . xạ =P A . G A (1.13)
d) Đồ thị phương hướng và góc bức xạ của anten.
Mọi anten đều có tính phương hướng nghĩa là ở một hướng nào đó anten
phát hoặc thu tốt nhất và cũng có thể ở hướng đó anten phát hoặc thu xấu hơn
hoặc không bức xạ, không thu được sóng điện từ. Do vậy ta phải xác định được
tính hướng tính của anten. Hướng tính của anten ngoài thông số về hệ số định
hướng như đã phân tích ở trên còn được đặc trưng bởi đồ thị phương hướng của
anten và xét những yếu tố ảnh hưởng khác của anten như độ cao hay là cấu tạo
của từng anten.
Đồ thị phương hướng là một đường cong biểu thị quan hệ phụ thuộc giá
trị tương đối của cường độ điện trường hoặc công suất bức xạ tại những điểm có
12