CHƯƠNG I: TÔNG QUAN. Tóm lược về anten mảng pha. Khái niệm anten mảng pha 1. Lịch sử phát triển và các ứng dụng của anten mảng pha 1.
Tổng quan về hệ thống dịch pha dùng trong anten mảng pha. Mục tiêu của để tài. 1g rreggey 6 CHƯƠNG 2: CÁC LÝ THUYÉT LIÊN QUAN. Giản đồ hướng tính của anten mảng pha .-2-- s2 ©++22sz22z++tseczez 7 QA.
Các yếu tô ảnh hưởng đến giản đồ hướng tính của anten mảng pha. Cac cau hình anten mảng pha cơ bản 2. Nhóm tuyến tính .- 2 sc++£+E+++2++£+EE+SEE2EEE27X2E211221127122221 221. Nhóm mặt phắng.--2- 2 2£ ++£+2++£+EE++EEt92EEEEEEEAEE22E22122212 22 ce.
Các bộ quay pha sử dụng PIN diode 2. Giới thiệu về PIN diode. Một số cầu hình công tắc chuyên mạch dùng PIN diode. Các bộ quay pha đạng công tắc chuyên mạch sử dụng PIN diode.
Các kỹ thuật phối hợp trở kháng 2. Giới thiệu về giản đồ Smith và ứng dụng của nó trong phối hợp trở KWAN. Phối hợp trở kháng dùng các phần tử tập trung. Phối hợp trở kháng đùng dây chêm.2- 2 22©+++sz+xz+tsse+e 31 2.
Phối hợp trở kháng dùng đoạn dây có độ dài 1/4 bước sóng (⁄4). Phối hợp trở kháng đùng mạch đải.--2- 2+ £©+++sz2x++csseei 33 CHƯƠNG 3: CHẾ TẠO BỘ QUAY PHA ĐIỆN TỬ BĂNG TÀN S VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC THÔNG SÓ CỦA HỆ THÓNG. Thiết kế công tắc chuyên mạch dùng PIN diode 3. Bộ tạo đao động cao tần cung cấp tín hiệu.----- 2 ©++csz22zz+csse+- 3.
Bộ tạo xung vuông điều khiển mức điện áp cho PIN điode. Các ứng dụng thực tiễn của đề tài. Điều khiển tín hiệu với các góc pha khác nhau. Định dạng búp sóng cho anten mảng pha KẾT LUẬN.
-- 5< SE E2 21211211 eEEkerrret Tài liệu tham khảo CHUONG 1: TONG QUAN 1. Tóm lược về anten mảng pha 1. Khái niệm anten mảng pha Trong lý thuyết anten, anen mạng pha (hay còn gọi là anten mảng pha — Phased Array Anfenna ) là một tập hợp gồm nhiều chắn tử anten mà trong đó pha tương đối của từng tín hiệu riêng rẽ cung cấp cho các anten thành phần được thay đổi nhằm mục đích điều chỉnh giản đồ hướng tính của mảng anten theo một hướng thiết kế định sẵn. Trường bức xạ của mảng pha được xác định bằng tổng các vector trường bức xạ của các chấn tử anten thành phần.
Trong nhiều trường hợp, các chấn tử anten của mảng là đồng nhất, và có thể tạo từ nhiều loại anten khác nhau như dipole, anten vòng, anten khẩu độ, anten loa, anten mạch dải v. Một số mẫu anten mảng pha a. Mảng pha 4 chấn tử mạch dải b. Một hệ thống anten mảng pha hoạt động ở dải tần UHF Mục đích thiết kế anten mảng pha là nhằm tăng độ định hướng mà không cần phải tăng kích thước của một anten riêng rẽ.
Vì là một tập hợp các anten con nên một mảng pha phải có ít nhất 2 chắn tử thành phần, một trong các cách ghép chấn tử thành phần đơn giản nhất là ghép kiểu dipole. Hệ anten gia đình Yagi-Uda là ví dụ đơn giản nhất của mảng pha các chan tử thành phần đipole: Bộ môn Điện tử - Viễn thông N N-1 Driven as Reflector (energized) element Hinh 1. Anten Yagi-Uda Trong các hệ anten mang pha lớn, có thể có tới vài ngản chấn tử thành phần, ví dụ như hệ anten bắt bám radar AN/FPS-§5 của Không lực Hoa Kỳ. Anten mang pha AN/FPS-85 Với tổ hợp công suất lối ra lên đến 32 Megawatts, đây là hệ thống radar nhận dạng phòng không mạnh nhất thế giới tính đến thời điểm hiện tại và là ví dụ điển hình cho sự ưu việt vượt trội của hệ thống anten mảng pha sử dụng bộ quay pha điện tử.
So với các hệ radar thông thường, AN/FPS-85 có thể nhận dạng được nhiều mục tiêu khác nhau cùng một lúc với độ chính xác cực cao, ví dụ như có thể nhận dạng một vật thê có kích cỡ chỉ bằng quả bóng chày ở khoảng cách hơn 22km. So với các dạng anten khác, hệ thống anten mảng pha có nhiều ưu điểm nỗi bật, có thể được liệt kê như sau [9]: - Độ lợi lớn, các búp sóng bên nhỏ. Bộ môn Điện tử - Viễn thông - Có khả năng điều khiển hướng búp sóng chính xác dựa vào chương trình máy tính. - Có khả năng giám sát và bắt bám tùy ý.
- Có khả năng hoạt động đa chức năng bằng việc phát xạ nhiều búp sóng cùng lúc. - Hệ thống vẫn hoạt động tốt ngay cả khi có một vài chấn tử thành phần bị hỏng. Tuy nhiên anten máng pha vẫn còn I số nhược điểm như độ phức tạp lớn, giá thành cao, và búp sóng có thé bị biến dang trong quá trình quay pha. Lịch sử phát triển và các ứng dụng của anten mảng pha Anten mảng pha đã được nghiên cứu phát triển từ năm 1905 bởi nhà vật lý Karl Ferdinand Braun, người đồng thời đề ra phương pháp nâng cao hiệu suất truyền sóng radio trên một hướng.
Vào thời gian Thế Chiến thứ 2, để đáp ứng nhu cầu kiểm soát không lưu, mảng pha bắt đầu được tích hợp vào trong các hệ thống radar quân sự. Từ năm 1958, kĩ thuật này được phát triển và hoàn thiện bởi phòng thí nghiệm Lincoln, Hoa Kỳ với dự án đầu tiên được nghiên cứu thử nghiệm cho hệ thống phát hiện vệ tinh do tham Millstone Hills. Ở thời điểm đó, ngoài ý nghĩa về khoa học công nghệ, công trình này còn có ý nghĩa rất lớn về quốc phòng, do sự kiện Liên Xô phóng thành công vệ tinh do tham Sputnik I vao nam 1957. y a) Nr SS LÊ ix s XS Hình 1.
Phác thảo anten mảng thập niên 50, được điều khiển bởi cả bộ quay pha điện tử và bộ quay pha cơ học. Vào năm 1960, một hệ thống anten mảng pha gồm 16 chấn tử được nghiên cứu, trong đó đã bao gồm bộ khuếch đại tạp âm thấp (LNA), khuếch đại trung tần IF, bộ Bộ môn Điện tử - Viễn thông 4 trộn, hệ thống phát. Đây là một hệ thống có các phần tương đối giống với anten mảng pha hiện đại và được phát triên đề thử nghiệm kỹ thuật định dạng búp sóng (beam- forming). Hệ thống này tuy chỉ là mô hình thử nghiệm trong phòng thí nghiệm song có một ý nghĩa quan trọng trong sự phát triển của kĩ thuật anten mảng pha.
Hệ anten mảng pha thử nghiệm 16 chấn tử đặt tại phòng thí nghiệm Lincoln, Hoa Kỳ (ảnh chụp năm 1960) Sau đó vào năm 1974, hai nhà vật lý Antony Hewish và Martin Ryle của đại học Cambridge đã phát triển một hệ thống anten mảng pha lớn sử dụng trong thiên văn học để đo bức xạ của các sao pulsar, đây là một bước tiến quan trọng trong việc ứng dụng anten mảng pha như một hệ anten thu các bức xạ từ vũ trụ. Hệ anten mảng ASKAP của Úc ứng dụng trong quan sát thiên văn Bộ môn Điện tử - Viễn thông Ngày nay, với sự phát triển mau lẹ của kĩ thuật siêu cao tần, phạm vi ứng dụng của anten mảng pha là rất rộng, bao trùm nhiều lĩnh vực khoa học như thu phát năng lượng (đặc biệt là thu năng lượng từ vũ trụ), thám hiểm, quân sự, thương mại, thậm chí ở cả cấp độ phục vụ cá nhân. Tổng quan về hệ thống dịch pha dùng trong anten mảng pha Bộ dịch pha (hay quay pha) là hệ thống kiểm soát pha của các tín hiệu cung cấp tới từng chấn tử thành phần của mảng pha nhằm mục đích điều khiển hướng cánh sóng tới một góc xác định trên giản đồ hướng tính, nhằm phục vụ từng yêu cầu thiết kế cụ thể. Control voltages for PIN-diodes Hình 1.
Bộ dịch pha điện tử sử dụng PIN diode Có nhiều tiêu chí để phân loại các hệ dịch pha: Dạng chủ động và dạng bị động: Các bộ quay pha chủ động vừa dịch pha, vừa khuếch đại tín hiệu và là các mạng không thuận nghịch. Trong khi đó, các bộ quay pha bị động chỉ thay đổi pha tín hiệu chứ không tác động tới biên độ tín hiệu và là các mạng thuận nghịch, có suy hao. Dạng tương tự và dạng số: Các bộ quay pha tương tự cung cấp các giá trị tín hiệu được dịch pha hoặc thời gian trễ liên tục, không rời rạc. Trong khi đó, các bộ quay pha sé cung cap các giá trị dịch pha và thời gian trễ đã được lượng tử hóa, vì vậy trong các hệ thống này phải chú ý tới các sai số sinh ra bởi sự lượng tử hóa.
Phân loại theo cấu hình mạch: - Dạng phản xạ. - Dạng đường tải. Bộ môn Điện tử - Viễn thông - Dạng công tắc chuyên mạch: Đây là dạng được nghiên cứu trong giới hạn luận văn. Ngoài ra còn có một số cách phân loại khác theo chức năng hoạt động, theo dai tần số hoạt động hoặc theo đạng vật liệu chế tạo.
Mục tiêu của đề tài Như đã trình bày ở phần trước, việc cung cấp pha và biên độ tới từng chấn tử trong anten mảng pha là một vấn đề phức tạp, đòi hỏi phải được thực hiện chính xác và tuân theo quy luật phù hợp với yêu cầu của bài toán. Trong những hệ mảng pha nhiều chắn tử với góc dich pha giữa các chấn tử nhỏ, chỉ một sai sót nhỏ cũng đủ làm thay đổi hướng bức xạ trên giản đồ hướng tính, dẫn đến việc truyền tín hiệu bị sai lệch đáng kẻ, đặc biệt là ở các khoảng cách lớn. Trước đây đã có nhiều đề tài liên quan đến chế tạo bộ quay pha điện tử trong anten mảng pha, song chỉ mới dừng ở mức thực hiện trên băng tần cơ sở. Đề tài luận văn nàytập trung vào nghiên cứu chế tạo bộ quay pha điện tử hoạt động ở băng tan S nhằm mục đích điều chỉnh cánh sóng của anten mảng pha, phục vụ cho việc truyền năng lượng công suất lớn ở khoảng cách gần.
Bộ môn Điện tử - Viễn thông CHƯƠNG 2: CÁC LÝ THUYET LIEN QUAN 2. Giản đồ hướng tính của anten mảng pha 2. Khái niệm Giản đồ hướng tính của anten được định nghĩa là một hàm toán học hoặc biểu diễn đồ họa của trường bức xạ anten, và trong hầu hết các trường hợp đều biểu diễn bức xạ trường xa của anten. Các tính chất của trường bức xạ được biểu diễn trên giản đồ hướng tính là cường độ bức xạ, phân bố công suất, pha, độ định hướng và độ phân cực của anten.
Giản đồ hướng tính có thể biểu diễn dưới dạng 2 chiều hoặc 3 chiều và được chia thành 3 dạng chính là: - Giản đồ hướng tính biểu diễn cường độ trường - Giản đồ hướng tính biểu diễn công suất trường - Giản đồ hướng tính biểu diễn công suât trường theo đB et “4 S | elative power| (dB down) 120. Minh họa giản đô hướng tính biểu diễn trong không gian 2 chiều a. Một chấn tử dipole — b.