• Nenhum resultado encontrado

Tieu Luan Ve Anten Guong

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Share "Tieu Luan Ve Anten Guong"

Copied!
18
0
0

Texto

(1)

1

Bài tập lớn môn Truyền sóng và anten TRƢỜNG ĐẠI HỌC THÀNH ĐÔ

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

BÀI TẬP LỚN MÔN TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN

Họ và tên: Nhóm 3

(2)

2

Bài tập lớn môn Truyền sóng và anten TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN

(3)

3

Bài tập lớn môn Truyền sóng và anten ĐỀ TÀI BÁO CÁO: ANTEN GƢƠNG Nhóm 3

Nguyễn Thị Thuỳ Nguyễn Thanh Thi Nguyễn Văn Thức Nguyễn Đình Sỹ Nguyễn Khắc Sáng

(4)

4

Bài tập lớn môn Truyền sóng và anten NỘI DUNG TRÌNH BÀY 1. Nguyên lí chung

2. Anten gương Parabol

2.1. Cấu tạo, nguyên lí hoạt động

2.2. Các tham số và các phương pháp tính trường xa của anten gương parabol 2.3. Đồ thị phương hướng

2.4. Hiệu suất làm việc của anten 2.5. Phân loại

2.5.1. Anten parabol tròn xoay

2.5.1.1. Bộ chiếu xạ của anten parabol tròn xoay

2.5.1.2. Phân bố dòng tên mặt gương và trương trên mặt mở 2.5.1.3. Đặc trưng hướng của parabol tròn xoay

2.5.2. Anten parabol tròn xoay bị cắt 2.5.3. Anten parabol trụ

2.5.3.1. Cấu tạo, nguyên lí hoạt động 2.5.3.2. Đặc tính của parabol trụ đối xứng

2.5.3.3. Đặc tính của parabol trụ không đối xứng 3.Anten hai gương

3.1. Anten Casegrain 3.2. Anten Gregorian 4. Kết luận

(5)

5

Bài tập lớn môn Truyền sóng và anten 1. Nguyên lí chung

Thiết bị dùng để bức xạ sóng điện từ hoặc thu nhận sóng điện từ không gian bên ngoài được gọi là anten.

Anten là bộ phận quan trọng không thể thiếu được của bất kì hệ thống vô tuyến điện nào, bởi vì đa số là hệ thống vô tuyến nghĩa là hệ thống trong đó có sử dụng sóng điện từ, thì không thể không dùng đến thiết bị để bức xạ hoặc thu sóng điện từ (thiết bị anten).

Nguyên lí làm việc của anten gương tương tự như nguyên lí làm việc của gương quang học. Chúng ta sẽ khảo sát hoạt động của anten gương ở chế độ phát sóng. Sóng sơ cấp với dạng mặt sóng và hướng truyền lan nhất định, sau khi phản xạ từ mặt gương sẽ trở thành sóng thứ cấp với dạng mặt sóng và hướng truyền lan theo yêu cầu. Việc biến đổi này là nhờ hình dạng và kết cấu đặc biệt của mặt phản xạ (gọi là gương). Phần lớn gương có nhiệm vụ biến đổi sóng cầu hoặc sóng trụ bức xạ từ nguồn sơ cấp với tính hướng kém thành sóng phẳng với năng lượng tập trung trong một không gian hẹp có tính hướng mong muốn. Nguồn bức xạ sơ cấp được gọi là bộ chiếu xạ. Gương phản xạ thứ cấp được dùng phổ biến nhất là gương parabol, một số sử dụng gương hyperbol.

2. Anten gƣơng Parabol

2.1. Cấu tạo, nguyên lí hoạt động

Anten gương là những anten mà đặc trưng hướng được hình thành do sự phản xạ sóng điện từ trên mặt gương( mặt phản xạ). Người ta thường dung các anten có tính định hướng yếu làm nguồn phát xạ sóng điện từ( bộ chiếu xạ) trong các anten này. Gương và bộ chiếu xạ là những yếu tố cơ bản của anten gương.

Anten gương là một loại anten có những đặc trưng và tham số rất tốt trong dải sóng siêu cao tần. Người ta dùng nó trong radar thu vệ tinh, vô tuyến điện…..

Nguyên lí làm việc: Mặt gương có nhiệm vụ biến đổi sóng cầu hoặc sóng trụ bức xạ từ nguồn sơ cấp( bộ chiếu xạ) với hướng tính kém thành sóng phẳng hoặc sóng gần phẳng, với năng lượng tập trung trong một góc hẹp không gian. Khi đó sẽ tạo nên một trường đồng pha ở trên mặt mở có kích thước lớn. vì thế mà anten có tính định hướng cao.

(6)

6

Bài tập lớn môn Truyền sóng và anten

2.2. Các tham số và các phƣơng pháp tính trƣờng xa của anten gƣơng parabol

Phương trình parabol trong toạ độ: -Đề Cát:

-Cực: r=

)=f

Ở đây p=2.f là tham số của parabol f - là tiêu cự của gương parabol

ta có thể biểu diễn toạ độ x qua f và v như sau: x=r.sinv= f ( ).sinv=2f. ( )

Những tham số hình học cơ bản của gƣơng parabol:

- Điểm O là đỉnh của parabol. Khoảng cách t ừ F đến O gọi là tiêu cự. - Đường thẳng đi qua O và F gọi là trục quay hay là tiêu tuyến của gương. - G óc 2 v0 gọi là góc mở của gương.

- Mặt phẳng giới hạn bởi mặt gương và mặt phẳng z=z0 gọi là mặt mở.

Khoảng cách AB=2A=D gọi là đường kính của gương. Khoảng cách từ z0 từ đỉnh gương đến mặt mở gọi là độ sâu của gương.

Các phƣơng pháp tính trƣơng phát xạ của anten

Có 2 phương pháp chính: Phương pháp dòng mặt và phương pháp dòng mở. Với 2 phương pháp này bài toán được giải quyết qua 2 bước:

- Bước 1: Xác định quy luật phân bố dòng mặt trên gương hoặc các thành phần tiếp tuyến của điện từ trường trên mặt mở gương.

- Bước 2: Xác định trường phát xạ của anten ở vùng xa. Để làm được điều đố người ta thường giả thiết như sau:

- Các kích thước của gương và bán kính cong tại một điểm bất kì trên mặt gương đều rất lớn so với bước sóng.

(7)

7

Bài tập lớn môn Truyền sóng và anten

- Dòng và các thành phần tiếp tuyến của điện trường ở mặt “ không được chiếu rọi” của gương bằng 0.

- Không chú ý đến ảnh hưởng của hiệu ứng che khuất của bộ chiếu xạ. - Không chú ý tới sự nhiễu xạ ở mép gương.

- Không chú ý tới ảnh hưởng của gương tới các đặc trưng và tham số của bộ chiếu xạ.

*** Phương pháp dòng mặt

Quy luật phân bố mật độ dòng điện mặt “được chiếu rọi” của gương – sau đó tính trường phát xạ trong vùng xa bằng cách tính tích phân theo gương.

Mật độ dòng mặt tính theo công thức: ⃗⃗ ⃗⃗⃗ ⃗⃗

Trong đó:

⃗ : vector pháp tuyến ngoài đối với mặt gương.

⃗⃗ : vector cườn độ từ trường của sóng do bộ chiếu xạ tạo ra trên mặt gương. *** Phương pháp trường trên mặt mở

Trường trên mặt mở được tính theo các công thức gần đúng sau: - Đối với parabol tròn xoay( bộ chiếu xạ điểm):

√ - Đối với parabol trụ (bộ chiếu xạ tuyến tính):

Với p, là toạ độ cực điểm trên mặt mở của parabol tròn xoay.

- đặc trưng hướng của bộ chiếu xạ đối với gương parabol tròn xoay

Fo(v)- đặc trưng hướng của bộ chiếu xạ đối với gương parabol trụ trong mặt phẳng chứa hình trong nghiêng của gương.

(8)

8

Bài tập lớn môn Truyền sóng và anten r- khoảng cách của bộ chiếu xạ đến mặt gương.

A(y)- quy luật phân bố biên độ trường trên bộ chiếu xạ tuyến tính của parabol trụ. 2.3. Đồ thị phƣơng hƣớng

Năng lượng của sóng điện từ được phản xạ từ gương và tập trung xung quanh quang trục của gương, được gọi là búp sóng chính. Tuy nhiên, do có sự ảnh hưởng bởi sự che chắn của các thanh 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 cấp một phần sóng truyền ra ngoài mặt gương; mặt phản xạ không phẳng tuyệt đối nên khi phản xạ một phần năng lượng bị tán xạ. Do đó đồ thị phương hướng của anten gương parabol ngoài búp sóng chính còn có các búp sóng phụ. Độ rộng búp sóng chính θ3dB hay góc nửa công suất của đồ thị phương hướng được xác định theo công thức: Trong đó: f là tần số công tác (GHz), d là đường kính miệng gương (m), λ bước sóng công tác (m).

(9)

9

Bài tập lớn môn Truyền sóng và anten 2.4. Hiệu suất làm việc của anten

Ở anten parabol không phải tất cả năng lượng sóng bức xạ từ nguồn sơ cấp (bộ chiếu xạ) đều được phản xạ từ gương parabol. Một phần năng lượng sóng được hấp thụ từ gương và một phần khác bị tán xạ ra xung quang mép gương do mặt gương không phẳng tuyệt đối. Thêm vào đó, bộ chiếu xạ đặt ở giữa gương cộng với giá đỡ sẽ che chắn mất một phần miệng gương (tạo nên một vùng tối đối diện với gương). Chính vì thế mà trong thực tế hiệu suất của anten parabol chỉ đạt được khoảng 55- 70 % công suất bức xạ từ bộ chiếu xạ.

Hệ số hướng tính và hệ số khuếch đạicủa anten gương parabol tròn xoay:

trong đó: d đường kính miệng gương (m)

λ bước sóng công tác (m) η hiệu suất làm việc của anten

S là diện tích thực của miệng anten (S = πd2/4) Nếu biểu thị theo đơn vị decibel ta có:

G(dB)=20lgd(m) + 20lgf(Ghz) + 10lg η + 20,4

Chú ý: Hệ số hướng tính D và hệ số khuếch đại G trong các công thức trên được tính ở hướng bức xạ cực đại.

2.5. Phân loại

2.5.1. Anten parabol tròn xoay

2.5.1.1. Bộ chiếu xạ của anten parabol tròn xoay

Bộ chiếu xạ của parabol tròn xoay phải thoả mãn các yêu cầu sau:

- Đặc trưng hướng phải gần như đố xứng trục, các mức sóng phụ phải nhỏ. Mức chiếu xạ ở mép gương thường lấy 0.3Emax hoặc 0.1Pmax.

- Mặt sóng của bộ chiếu xạ ở gần gương phải gần như là mặt cầu. Tức bộ chiếu xạ phải có tâm pha.

(10)

10

Bài tập lớn môn Truyền sóng và anten 2.5.1.2. Phân bố dòng tên mặt gƣơng và trƣơng trên mặt mở

Từ biểu thức ⃗⃗ [ ⃗⃗⃗ ⃗⃗ ] ta có thể xác định được bằng vector mật độ dòng mặt có 3 thành phần theo trục toạ độ.

Do tính đồng pha của trường trên mặt mở nên anten phát xạ cực đại theo hướng 0z. Đồng thời theo hướng đó trường được tạo thành chủ yếu do thành phần không có tác dụng tạo nên trường tổng cộng trong 2 mặt phẳng E và H.

Thành phần không tạo nên trường tổng hợp trong mặt phẳng H do sự triệt tiêu lẫn nhau của trường do các góc phần tư khác nhau tạo nên. Nhưng ở các hướng khác thì các thành phần sẽ tạo nên 1 sự phản xạ nào đó.

Trường tạo nên do các thành phần này sẽ phân cực vuông góc với trường cơ bản vì thế trên các hướng phụ trường phát xạ có tính phân cực elip.

2.5.1.3. Đặc trƣng hƣớng của parabol tròn xoay

Để tính đặc trưng hướng ta dung phương pháp mặt mở. Giả thiết coi tâm pha của bộ chiếu xạ nằm tại tiêu điểm của parabol.

Đặc trưng hướng tổng hợp:

Gọi đặc trưng hướng f( của 1 yếu tố trong hệ là đặc trưng hướng của nguyên tố diện tích mặt sóng:

| |

Trong đó là hàm định hướng yếu so với nên trong các thành phần tính toán ta có thể bỏ qua thừa số này.

Để tính thừa số của hệ của mặt mở tròn ta dung công thức:

| ∬ |

Trong đó:

(11)

11

Bài tập lớn môn Truyền sóng và anten

là hàm phân bố pha của trường trên mặt mở của gương. toạ độ quan sát điểm.

p, toạ độ của điểm trên mặt gương mở của gương trong hệ toạ độ trục. 2.5.2. Anten parabol tròn xoay bị cắt

Mặt parabol bị cắt thường được dung để chế tạo nên các đặc trưng hướng có dạng quạt. Nó là 1 phần của parabol tròn xoay bị cắt ra và có dạng chữ nhật hoặc ô van. Mặt cắt có thể đối xứng hoặc không đối xứng- người ta lợi dụng điểm này khi muốn trừ ảnh hưởng che khuất của bộ chiếu xạ và ảnh hưởng của gương tới bộ chiếu xạ.

Đối với mặt cắt của parabol thì có hệ số khuếch đại sẽ cực đại khi cường độ chiếu ở mép gương đồng đều.

Nếu mặt mở của gương có dạng hình chữ nhật thì đặc trưng hướng trong 2 mặt phẳng chính có tể tính gần đúng các công thức đó với mặt mở hình chữ nhật có phân bố biên độ pha tách biến theo cả 2 mặt phẳng.

Nếu gương có dạng ô van và mép gương được chiếu xạ đều thì đặc trưng hướng của chúng được tính gần đúng với các công thức của parabol tròn xoay.

2.5.3. Anten parabol trụ

2.5.3.1. Cấu tạo, nguyên lí hoạt động

Anten parabol trụ gồm 1 bộ chiếu xạ tuyến tính nhằm tạo nên mặt sóng trụ tại vị trí đặc gương và gương có dạng parabol trụ.

Biểu thức của cường độ trường trên mặt mở của gương:

Với:

Eo- giá trị cực đại của cường độ điện trường trên mặt mở của gương( thường gắn x=0).

A1(x)- phân bố biên độ trên mặt mở của gương trong mặt phẳng hình trông nghiêng của nó.

A1(y)- phân bố biên độ trên mặt mở dọc đường sinh của gương. (y)- phân bố pha dọc theo đường sinh.

(12)

12

Bài tập lớn môn Truyền sóng và anten

Qua đó ta nhận thấy phân bố pha biên độ trên mặt mở là tách biến trong hệ toạ độ hình chữ nhật. Do đó đặc trưng hướng trong 2 mặt phẳng x0z và y0z là độc lập với nhau.

Anten parabol trụ có bộ chiếu xạ của gương là một nguồn bức xạ thẳng được đặt dọc theo trục tiêu. Phân bố của trường trên miệng anten sẽ chỉ là hàm theo toạ độ

: Để tìm hàm phân bố biên độ có thể áp dụng phương pháp đã khảo sát ở phần anten thấu kính. Trường trên miện anten:

Trong đó : Ho là biên độ cường độ từ trường trên miệng anten: √

Trong đó: p( )max là mật độ góc của công suất bức xạ bởi bộ chiếu xạ ở hướng cực đại.

2.5.3.2. Đặc tính của parabol trụ đối xứng

Đặc trưng hướng trong mặt phẳng chứa đường sinh ở trong phạm vi cánh chính và những cánh phụ đầu tiên thì sẽ giống với đặc trưng hướng của anten hướng tính.

Trong mặt phẳng chưa hình trong nghiêng, đặc trưng hướng được xác định bằng tham số hình trụ của gương và bằng các tính phương hướng của bộ chiếu xạ. Anten này có phân bố pha- biên độ là tách biến nên ta xác định đặc trưng hướng của anten tuyến tính dài L đặt dọc theo trục x.

(13)

13

Bài tập lớn môn Truyền sóng và anten 2.5.3.3. Đặc tính của parabol trụ không đối xứng

Gương parabol trụ không đối xứng được biểu diễn như sau:

Với dạng anten không có hiệu ứng che khuất và phản tác dụng của gương đối với bộ chiếu xạ.

Góc Vmin= (2 đến 10) độ- cực đại cử cánh chính trong đặc trưng hướng của bộ chiếu xạ phải nghiêng 1 goc Vm xác định.

Phân bố biên độ trên mặt mờ trong mặt phẳng chứa hình trong nghiêng là không đối xứng mặc dù đặc trưng hướng cử bộ chiếu xạ là đối xứng. Điều này là do sự tăng khoảng cách từ bộ chiếu xạ đến mặt gương từ:

Nếu phân bố biên độ không đối xứng thì đặc trưng hướng của anten sẽ không có điểm “0”.

3.Anten hai gƣơng 3.1. Anten Casegrain

(14)

14

Bài tập lớn môn Truyền sóng và anten

Anten Cassegrain gồm một gương phản xạ parabol tròn xoay còn gọi là gương chính, một gương phản xạ hyperbol còn gọi là gương phụ và bộ chiếu xạ dùng anten loa. Bộ chiếu xạ được bố trí sao cho tâm loa nằm ở giữa đỉnh parabol. Gương phụ có hai tiêu điểm: một trùng với tiêu điểm của gương chính và một trùng với tâm pha của bộ chiếu xạ (hình: Mặt cắt dọc theo quang trục của anten Cassegrain ). Anten biến đổi sóng cầu từ bộ chiếu xạ thành sóng phẳng đồng pha ở miệng gương chính sau hai lần phản xạ liên tiếp tại gương phụ và gương chính. Ưu điểm của anten Cassegrain là độ rộng búp sóng chính của đồ thị phương hướng nhỏ hơn so với anten parabol đơn, bộ chiếu xạ đặt ở ngay đỉnh gương chính nên rất thuận lợi cho viếc cấp điện. Gương phản xạ phụ được lắp phía trước gương phản xạ chính nói chung có kích cỡ nhỏ hơn loa tiếp sóng và gây ra che tối ít hơn. Như vậy, anten Cassegrain cũng có nhược điểm là gương phụ chắn mất một phần không gian ở trước gương chính gây ra miền tối, làm cho phân bố biên độ của trường không đồng đều, giảm tính định hướng của anten. Hệ thống Cassegrain được sử dụng rộng rãi cho các trạm mặt đất.

Hình : Anten Casegrain

(15)

15

Bài tập lớn môn Truyền sóng và anten 3.2. Anten Gregorian

Một dạng khác của anten hai gương là anten Gregorian. Anten gồm một gương phản xạ parabol tròn xoay chính và một gương phản xạ phụ elip tròn xoay. Cũng như ở trường hợp trên, gương phản xạ phụ có hai tiêu điểm, một trùng với tiêu điểm của gương phản xạ chính và điểm kia trùng với tâm pha của loa tiếp sóng. Hoạt động của hệ thống Gregorian có nhiều điểm giống như Cassegrain. Anten Gregorian đươc minh hoạ ở hình sau:

(16)

16

Bài tập lớn môn Truyền sóng và anten 4. Kết luận

Anten là thiết bị không thể thiếu trong các hệ thống thông tin vô tuyến. Tùy vào tính chất của mỗi hệ thống thông tin vô tuyến người ta sử dụng các loại anten thích hợp. Có rất nhiều loại anten khác nhau hiện đang được sử dụng. Các anten nhiều chấn tử được ứng dụng rộng rãi trong vô tuyến truyền hình. Các anten này thường đơn giản về cấu trúc, chịu được 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 được sử dụng ở các tần số cao hơn. Ưu điểm của chúng là đạt được tính hướng rất cao. Anten loa là một dạng anten được sử dụng phổ biến trong thông tin vệ tinh. Loa có thể sử dụng như một anten độc lập hay thường xuyên hơn nó được sử dụng làm các bộ tiếp sóng cho các anten gương. Các anten gương parabol được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống thông tin chuyển tiếp mặt đất cũng như hệ thống thông tin vệ tinh. Tiếp sóng cho các anten này có thể là các loa được đặt tại chính tâm hoặc lệch tâm. Trường hợp thứ hai cho phép tránh được hiện tượng che tối nhưng đòi hỏi phải có các biện pháp để tạo phân bố trường chiếu xạ đều hơn trên mặt mở của parabol và giá đỡ bộ phản xạ cũng phức tạp hơn. Các anten phản xạ kép cũng được sử dụng trong thông tin vệ tinh, cho phép đặt tiếp sóng ngay tại tâm của chảo phản xạ chính vì thế bảo dưỡng và quay anten tiện hơn. 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 phản xạ phụ là elip tròn xoay.

(17)

17

Bài tập lớn môn Truyền sóng và anten 5. Tài liệu tham khảo

tailieu.vn/xem-bo-suu-tap/so-luoc-ve-anten-guong.131361.0.html http://2mit.org/forum/showthread.php/22879-Ly-Thuyet-Va-ky-Thuat-Anten-Phan-Anh http://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=anten%20guong&source=web&cd=11 &ved=0CBkQFjAAOAo&url=http%3A%2F%2Ftulieu.vn%2Fanten-dung-trong- thong-tin-viba__17502.html&ei=UNiuTp_1E8WUiQemjpHaDw&usg=AFQjCNEuzRAnyj AkYSHuzWMoPMnCYdICPQ http://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=anten%20guong&source=web&cd=16 &ved=0CDwQFjAFOAo&url=http%3A%2F%2Fkhotailieu.vn%2Ff77%2Fanten- dung-trong-thong-tin-viba-9440.html&ei=UNiuTp_1E8WUiQemjpHaDw&usg=AFQjCNE05Uo8bz1g_CzaR yVEFaLqFfYfLA http://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=anten%20guong&source=web&cd=18 &ved=0CEgQFjAHOAo&url=http%3A%2F%2Fwww.scribd.com%2Fdoc%2F654 43996%2F19%2FH%25E1%25BB%2587-s%25E1%25BB%2591- t%25C4%2583ng-ich-c%25E1%25BB%25A7a-anten&ei=UNiuTp_1E8WUiQemjpHaDw&usg=AFQjCNHsi36sZQznSX0FILRIA 3KtC-Vgew

(18)

18

Referências

Documentos relacionados

Essa patologia demanda vários tipos de cuidado e o enfermeiro como o responsável pelo processo do cuidar dos pacientes, deve estar capacitado para realizar o planejamento

Para utilização do sistema e realização de coleta de dados, o usuário deverá obrigatoriamente possuir treinamento prévio ou, ser acompanhado por algum responsável que

Tais estruturas sofrem deslocamentos horizontais, podendo ser classificadas como estruturas de nós fixos ou móveis de acordo com parâmetros como o gama z, o qual sendo maior que 1,1

O álbum Eduardo Aires Obra Gráfica (Maio de 2005, com tiragem também em inglês) ilustra o longo trabalho feito até então, com a gradual flexão para o design corporativo e

Usar vestuário de protecção, luvas e equipamento protector para os olhos/face adequados. Em caso de acidente ou de indisposição, consultar imediatamente o médico (se

Ao argumentar sobre a acessibilidade de pessoas com deficiência visual às plataformas audiovisuais, o artigo tem como objetivo apresentar meios de facilitar aos

o aumento na densidade nutricional, com a adição de farinha de feijão e arroz polido

Com base nos resultados da campanha de testes da bancada e piloto, já descritos, para o projeto de expansão da capacidade instalada de li ,O para 16,3 MTPA,