LỜI MỞ ĐẦU.ii DANH MỤC HÌNH VẼ.iv MỤC LỤC. LÝ THUYẾT CHUNG VỀ ANTEN VÀ ANTEN VI DẢI. Lý thuyết chung về anten. Giới thiệu anten.
Các tham số cơ bản của anten. Sự bức xạ sóng điện từ bởi một anten. Giản đồ bức xạ. Mật độ công suất bức xạ.
Cường độ công suất bức xạ. Hệ số định hướng. Hệ số tăng ích. Trở kháng vào.
Lý thuyết chung về anten vi dải. Ưu điểm và hạn chế của anten vi dải. Cơ chế bức xạ. Các loại anten vi dải thông dụng.
Anten patch vi dải (Microstrip Patch Antenna). Anten vi dải lưỡng cực (Microstrop Dipole Antenna). Anten khe mạch in (Printed Slot Antenna). Anten sóng chạy vi dải (Microstrip Traveling-Wave Antenna).
Các kỹ thuật cấp nguồn cho anten vi dải. Đường truyền vi dải (Microstrip Feed).23 Sinh viên : Phạm Phú Hưng 1 Khóa Luận Tốt Nghiệp Khoa : Điện Tử - Viễn Thông. Tiếp điện bằng cáp đồng trục (Coaxial Feed). Ghép khe hở (Aperture-Coupled Microstrip Feed).
Mảng anten vi dải. Đường dẫn song song. TÌM HIỂU PHẦN MỀM AWR. Giới thiệu phần mềm AWR.
Môi trường thiết kế AWR. Các thành phần cơ bản của AWR. Các thao tác cơ bản trên AWR. Schematic và Netlist trong MWO/AO.
Sơ đồ hệ thống trong VSS. Cấu trúc EM. Tạo layout với MWO và AO. Tạo đồ thị cho hệ số đo lường ở ngõ ra.
Biểu diễn mô phỏng. THIẾT KẾ ANTEN VI DẢI. Ảnh hưởng của các thông số đến thiết kế. Hình dạng patch.
Kỹ thuật tiếp điện. Thiết kế,tính toán thông số. Tần số thiết kế. Tỉ số kích thước.
Chiều dài patch.55 Sinh viên : Phạm Phú Hưng 2 Khóa Luận Tốt Nghiệp Khoa : Điện Tử - Viễn Thông. Chiều rộng patch. Băng thông của patch. Vị trí đặt patch.
Mặt phẳng đất. Đường nối vi dải. Sóng trong đường truyền vi dải. Độ rộng hiệu dụng của đường truyền vi dải.
Giá trị quasi-static của trở kháng đặc trưng. Độ phân tán trong đường truyền vi dải. Độ rộng đường truyền vi dải. Khe hở và nhánh cụt.
Vị trí đặt khe hở. Độ dài khe hở. Độ rộng khe hở. Chiều dài hiệu dụng của nhánh cụt.
Chiều dài nhánh cụt. Thiết kế,mô phỏng bằng AWR. Mô phỏng trên AWR. Thiết lập thông số cho anten.
Thiết kế anten trên AWR. Kết quả mô phỏng. Kết luận và hướng phát triển của đề tài.76 TÀI LIỆU THAM KHẢO.78 Sinh viên : Phạm Phú Hưng 3 Khóa Luận Tốt Nghiệp Khoa : Điện Tử - Viễn Thông. LÝ THUYẾT CHUNG VỀ ANTEN VÀ ANTEN VI DẢI 1.
Lý thuyết chung về anten. Giới thiệu anten. Thiết bị dùng để bức sóng điện từ (anten phát) hoặc thu nhận sóng điện từ (anten thu) từ không gian bên ngoài được gọi là anten.Nói cách khác,anten là thiết bị chuyển tiếp một vòng kín của tín hiệu RF (Radio Frequency : tần số vô tuyến) và sự bức xạ,lan truyền của sóng điện từ trong không gian. 1 Anten,thiết bị dẫn sóng và bức xạ điện từ Thông thường,giữa máy phát và anten phát cũng như giữa máy thu và anten thu không nối trực tiếp với nhau mà được ghép thông qua một đường truyền dẫn năng lượng điện từ,gọi là fide (như hình 1.Trong hệ thống này,máy phát có nhiệm vụ tạo ra dao động điện cao tần.Dao động điện sẽ được truyền đi theo fide tới anten phát dưới dạng sóng điện từ ràng buộc.Anten phát có nhiệm vụ biến đổi sóng điện từ ràng buộc này thành sóng điện từ tự do truyền ra ngoài không gian.Ngược lại,anten thu có nhiệm vụ tiếp Sinh viên : Phạm Phú Hưng 4 Khóa Luận Tốt Nghiệp Khoa : Điện Tử - Viễn Thông.
nhận sóng điện từ tự do trong không gian (chỉ tiếp nhận được một phần năng lượng điện từ do an ten phát truyền đi,phần còn lại sẽ bức xạ lại vào không gian)và biến chúng thảnh sóng điện từ ràng buộc rồi truyền đến máy thu. Yêu cầu đặt ra cho thiết bị anten-fide là phải thực hiện việc truyền dẫn và biến đổi năng lượng với hiệu suất cao nhất mà không gây ra méo dạng tín hiệu. Các tham số cơ bản của anten. Sự bức xạ sóng điện từ bởi một anten.
Sự bức xạ điện từ của anten dựa trên nguyên tắc bức xạ điện từ trong không gian,bắt nguồn từ lý thuyết về tính cảm ứng của trường điện từ.Trước hết,trường từ biến thiên sinh ra trường điện biến thiên,sau đó trường điện biến thiên này lại tạo ra dòng điện biến thiên đồng nghĩa với tạo ra trường từ biến thiên.Quá trình này lặp đi lặp lại tạo nên sóng điện từ trong không gian gồm hai thành phần phụ thuộc nhau là trường điện (E) và trường từ (H).Hai trường này vuông góc với nhau và vuông góc với hướng truyền của sóng điện từ trong không gian. 2 Các trường bức xạ ở khu xa. Khi năng lượng từ máy phát truyền tới anten,nó sẽ hình thành hai trường.Một trường là trường cảm ứng (trường khu gần),trường này bị ràng buộc với anten,có cường độ lớn và tuyến tính với năng lượng được gởi đến anten.Trường kia là trường bức xạ (trường khu xa) gồm hai thành phần là điện trường và từ trường (hình 1.Tại khu xa,chỉ có bức xạ được duy trì. Hai thành phần điện trường và từ trường bức xạ từ cùng một anten tạo nên trường điện từ.Trường điện từ truyền và nhận năng lượng thông qua không gian tự do.Sóng vô tuyến Sinh viên : Phạm Phú Hưng 5 Khóa Luận Tốt Nghiệp Khoa : Điện Tử - Viễn Thông.
là một trường điện từ di chuyển.Trường khu xa là một sóng phẳng;khi sóng truyền đi,năng lượng mà nó mang theo trải trên một diện tích tăng dần theo khoảng cách.Điều này làm cho năng lượng trên một diện tích cho trước giảm đi khi khoảng cách từ điểm khảo sát đến nguồn ngày càng tăng. Giản đồ bức xạ. Các tín hiệu vô tuyến bức xạ bởi anten hình thành một trường điện từ với một giản đồ xác định và phụ thuộc vào loại anten được sử dụng.Giản đồ bức xạ này thể hiện được đặc tính bức xạ và đặc tính định hướng của anten. Giản đồ bức xạ được là một biểu thức toán học hoặc một đồ thị trong một hệ trục tọa độ không gian.Thông thường ta dùng giản đồ bức xạ để phân bố khu xa của các đại lượng như mật độ công suất bức xạ,cường độ bức xạ,hệ số định hướng… Chúng ta có Hình 1.
3 Hệ tọa độ phân tích của anten. thể vẽ giản đồ bức xạ 3 chiều tuy nhiên đối với nhiều mục đích thực tế,đồ thị 2 chiều do mặt cắt của đồ thị ba chiều là đủ để đặc trưng các đặc tính bức xạ của anten. Giản đồ đẳng hướng và hướng tính Sinh viên : Phạm Phú Hưng 6 Khóa Luận Tốt Nghiệp Khoa : Điện Tử - Viễn Thông. Anten đẳng hướng là một anten giả định,nó chuyển toàn bộ công suất đầu vào thành công suất bức xạ và bức xạ đều theo tất cả các hướng.Anten đẳng hướng thường được dùng như là một anten tham chiếu để thể hiện đặc tính hướng tính của anten trong thực tế.
Anten hướng tính là anten có khả năng bức xạ hay thu nhận sóng điện từ theo một vài hướng nhất định và mạnh hơn các hướng còn lại. 4 Bức xạ đẳng hướng. 5 Bức xạ hướng tính hiện bức xạ đẳng hướng và hình 1.5 thể hiện bức xạ hướng tính của anten.Mặt phẳng E được định nghĩa là mặt phẳng chứa vector điện trường và hướng bức xạ cực đại, mặt phẳng H được định nghĩa là mặt phẳng chứa vector từ trường và hướng bức xạ cực đại.Trong thực tế ta Sinh viên : Phạm Phú Hưng 7 Khóa Luận Tốt Nghiệp Khoa : Điện Tử - Viễn Thông. thường chọn hướng của anten sao cho mặt phẳng E hay mặt phẳng H trùng với các mặt phẳng tọa độ (mặt phẳng x,y hoặc z) như hình 1.
Các búp sóng của giản đồ bức xạ hướng tính Các búp sóng khác nhau của giản đồ bức xạ hay còn được gọi là thùy (lobe) có thể được phân thành các loại sau : thùy chính,thùy phụ,thùy bên và thùy sau.6 minh họa một giản đồ cực 3D đối xứng với một số thùy bức xạ ,như ta thấy một số thùy có cường độ bức xạ lớn hơn các thùy khác.7 biểu diễn các thùy trong hình 1.6 trên cùng một mặt phẳng (giản đồ 2D). trong a Các không búp sóng giantrong 3 chiều Thùy chính là thùy chứa hướng bức xạ cực đại,trong hình 1.6 thùy chính có hướng θ = 0.Trên thực tế,có thể tồn tại nhiều hơn một thùy chính.Thùy phụ là bất kỳ thùy nào ngoài thùy chính.Thông thường,thùy bên là thùy nằm liền xác với thùy chính và định xứ ở bán cầu theo hướng của thùy chính.Thùy sau là thùy mà trục của nó tạo một góc xấp xỉ 1800 so với thùy chính và thường định xứ ở bán cầu ngược với thùy chính. Sinh viên : Phạm Phú Hưng 8 Khóa Luận Tốt Nghiệp Khoa : Điện Tử - Viễn Thông. 6 Các búp sóng trong mặt phẳng 2 chiều 1.
Mật độ công suất bức xạ. Sóng điện từ được sử dụng để truyền tải thông tin trong không gian hoặc qua cấu trúc dẫn sóng.Đại lượng được sử dụng để mô tả năng lượng kết hợp của sóng điện từ là vector Poynting tức thời : W = E ×H (1.1) W = vector Poying tức thời (W/m ) 2 E = cường độ điện trường tức thời (V/m) Sinh viên : Phạm Phú Hưng 9 Khóa Luận Tốt Nghiệp Khoa : Điện Tử - Viễn Thông. H = cường độ từ trường tức thời (A/m). Tổng công suất đi qua một mặt kín có thể thu được bằng cách lấy tích phân thành phần pháp tuyến với mặt kín của vector Poynting trên toàn bộ mặt kín.2) P = tổng công suất tức thời (W).
n^ = vector đơn vị pháp tuyến của bề mặt. da = vi phân diện tích của bề mặt (m 2). Khi trường biến đổi theo thời gian,ta thường tìm mật độ năng lượng trung bình bằng cách lấy tích phân vector Poying tức thời trong một chu kỳ và chia cho một chu kỳ.Khi trường biến đổi tuần hoàn theo thời gian có dạng e jwt ,ta định nghĩa được thành phần E và H,chúng có quan hệ với các thành phần tức thời E và H theo công thức như sau : E (x,y,z)= Re [E(x,y,z)e ] = 12 Re [ E e + E e jωt jωt ¿ − jωt ] (1.1) có thể được viết lại : 1 1 W = E ×H = 2 Re [ E H ¿] + 2 Re[ EH e j 2ωt ] (1.5) Thành phần đầu tiên của (1.5) không biến đổi theo thời gian và thành phần thứ hai biến đổi theo thời gian với tần số bằng 2 lần tần số ω cho trước.Vector Poying trung bình theo thời gian (mật độ công suất trung bình ) có thể được viết lại : 1 W av ( x , y , z )= [ W ( x , y , z ; t) ]av = ℜ¿ (1.