Tài liệu Chương 1: Lịch sử phát triển anten pot

ề
1
Lecturer: M.Eng. P.T.A. Quang
Tài liệu tham khảo
2
[1] - Lê Tiến Thường-Tr ần 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] David M. Pozar, Microwave Engineering, John Wiley & Son.Inc,
1998
Chương trình môn học
3
 Phần 1
 Chương 1: Lịch sử phát triển anten
 Chương 2: Mô tả các đặc tính bức xạ của anten
 Chương 3: Lí thuyết anten
 Chương 4: Hệ thống bức xạ
 Chương 5: Các loại anten
 Phần 2
 Chương 1: Truyền sóng vô tuyến
 Chương 2: Truyền sóng đường dây dẫn
 Chương 3: Truyền sóng ống dẫn sóng
 Chương 4: Truyền sóng qua cáp quang
Đánh giá
4
 Tiểu luận
 Thi giữa kỳ
 Hình thức thi tự luận
 Thời gian thi 60 phút
 Thi cuối kỳ

 Hình thức thi tự luận
 Thời gian thi 90 phút(45 tiết), 60 phút(30 phút)
ươ ị ử ể
5
ị ử ể
6
 Anten là hệ thống cho phép truyền và nhận năng lượng
trường điện từ.
 Anten có thể được xem như thiết bị dùng để truyền năng
lượng trường điện từ giữa máy phát và máy thu mà không
cần bất kỳ phương tiện truyền dẫn tập trung nào như cáp
đồng, ống dẫn sóng hoặc sợi quang…
 Anten được ưa chuộng trong việc chuyển tải các trường
điện từ ở tần số cao.
ị ử ể
7
 Các sóng trường điện từ chi phối hoạt động của Anten được diễn
tả bởi hệ phương trình Maxwell (1876).
 Hệ phương trình Maxwell đã thống nhất các định luật trước đó
như Ampere, Faraday…
 1886: Heinrich Hertz kiểm chứng được sự tồn tại sóng điện từ.
 1897: Alexander Popov phát triển tuyến Anten thật đầu tiên có
khả năng truyền xa 3 dặm.
ị ử ể
8
 1901: Guglielmo Marconi đã hiện thực được thông tin vô tuyến
xuyên Đại Tây Dương.
 1916: Lần đầu tiên sử dụng điều biên để truyền tín hiệu tiếng nói.
 1934: Tạo ra hệ thống vô tuyến thương mại đầu tiên giữa Anh và
Pháp hoạt động ở 1.8G

 1940-1945: Phát triển Anten dùng trong radar, Anten phản xạ, Anten
thấu kính, Anten dãy…
 Hiện nay Anten được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như
GPS, WLAN…
9
ươ ặ ủ
ở ủ
ệ ấ ủ
ườ ệ ừ ượ ạ ở
ấ ườ ệ ừ
ự ự
ồ ị ứ ạ
ộ ộ ử ấ ộ ộ ị ầ
ố ủ
ộ ợ ướ ệ ố ị ướ
ộ ợ
ứ ứ ạ ụ ủ
ế
ươ ặ ủ
ở ủ
10
 Xem Anten như mạng một cửa
Trở kháng vào: Z
A
= R
A
+ jX
A
Thông thường R
A

gồm 2 thành phần
+ R
r
là điện trở bức xạ
+ R
L
là điện trở tiêu hao của Anten
ươ ặ ủ
ở ủ
11
 Gọi P
A
là công suất hấp thụ tại đầu vào Anten. V
A
và I
A
là điện áp
và dòng điện tại đầu vào Anten.
 
*
Re
2
1
AAA
IVP 
SA
A
SA
ZZ
Z

VV


SA
S
A
ZZ
V
I


2
2
2
As
AS
A
ZZ
RV
P


ươ ặ ủ
ở ủ
12
2
||
4
Ag
gA

ZZ
RR
q


Nếu không thoả Z
A
*
= Z
S
thì chỉ có một phần công
suất của nguồn đến được anten:
q được gọi là hệ số ghép công suất

SA
qP P 
Nếu có phối hợp trở kháng liên hợp Z
A
*
= Z
S
S
S
A
R
V
P
8
2


ươ ặ ủ
ở
13
SA
qP P 
Các phương trình trên cho phép đánh giá công suất
P
A
(công suất hấp thụ bởi Anten) với P
S
trong đó
quan tâm đến hệ số q là hệ số ghép công suất giữa
máy phát và tải .
Khi Z
S
là thuần trở (X
S
= 0)
2
-1q 
SA
SA
ZZ
ZZ



ươ ặ ủ
ệ ấ
 Gọi P

A
là tổng công suất do nguồn cung cấp đến Anten, P
r
là công
suất bức xạ, P
L
là công suất tiêu hao do toả nhiệt (P
A
= P
r
+ P
L
).
 Hiệu suất bức xạ của Anten là tỉ số giữa công suất bức xạ và
công suất nhận được tại ngõ vào Anten
14
Lr
r
A
r
PP
P
P
P
e


 Sự khác nhau giữa P
A
và P

r
là do công suất tiêu
hao P
L
.
ươ ặ ủ
ệ ấ
15
Lr
r
A
r
RR
R
P
P
e


P
s
P
a
P
r
P
L
P
Г
ươ ặ ủ

ườ ệ ừ ứ ạ ạ ở
 Xét trường bức xạ trong hệ toạ độ cầu
16
ươ ặ ủ
ườ ệ ừ ứ ạ ạ ở
 Trường điện ở vùng xa Anten có thể biểu diễn


 Trong đó

là độ thẩm từ và điện trong KGTD
r là khoảng cách từ Anten đến điểm khảo sát
D là đường kính hình cầu ngoại tiếp Anten
 Điều kiện vùng xa: r>>D, r>>, r>>
 


 i),(Fi),(F
r
e
)r(E
jkr



 /2k
00
17



2
D
0,0

ươ ặ ủ
ườ ệ ừ ứ ạ ạ ở
 Nhận xét:
 Tr ường điện lan truyền xa dần Anten theo hướng
 Tr ường điện suy hao theo 1/r vì sự mở rộng hình cầu của
sóng (hình cầu khảo sát)
 Tr ường điện chỉ có các thành phần vuông góc với chiều
truyền sóng và
 Cường độ của trường theo và phụ thuộc vào
hướng bức xạ và được xác định bởi các hàm tương ứng
là và
),(F 

),(F 

18

i


i


i



i

r
i

ươ ặ ủ
ườ ệ ừ ứ ạ ạ ở
 Trường từ ở vùng xa Anten có thể biểu diễn







 Điều kiện vùng xa: r>>D, r>>, r>>




120
0
0
0

19


2
D

 
)(
1
)( rEirH
r







là trở sóng của môi trường. Trong không khí
 



iFiF
r
e
rH
jkr



),(),(
1
)( 

ươ ặ ủ

ườ ệ ừ ứ ạ ạ ở
 Nhận xét:
 Tr ường từ của Anten không có thành phần dọc theo
 Giống như sóng phẳng, cả trường điện và trường từ ở
vùng xa Anten đều vuông góc với phương truyền sóng và
vuông góc với nhau
20
r
i

ươ ặ ủ
ườ ộ ấ ườ ệ ừ
 Phần thực của vector poynting là vector mật độ công suất của trường bức
xạ [W/m2]






r
*
i),(F),(F
r
HERe)r(W




















2
2
2
2
1
2
1
21
Nhận xét
Công suất chảy theo chiều trục xa dần Anten
Mật độ bức xạ suy giảm theo bình phương khoảng cách

Vector poynting
 
)()(
2

1
)(
*
rHrErS







ươ ặ ủ
ườ ộ ấ ườ ệ ừ
 Góc khối
22
Góc tính theo radian
)(rad
r
dl
d 

Góc khối tính theo steradian
)(
2
sr
r
dS
d 

drdrdS  sin


ddd  sin
Vì diện tích mặt cầu là 4r
2
nên ta có
góc khối 4 trên toàn mặt cầu kín
ươ ặ ủ
ườ ộ ấ ườ ệ ừ
 Định nghĩa cường độ bức xạ [W/SteRadian]: cs bức xạ gửi trên
một đơn vị góc khối theo hướng đó


=> Cường độ bức xạ không phụ thuộc vào r
 Công suất bức xạ










2
2
2
2
1
),(F),(F)r(Wr),(U


23


S
R
SdrWP



)(
ươ ặ ủ
ườ ộ ấ ườ ệ ừ
 Công suất bức xạ
24


S
rad
dUP ),(


ddd sin


S
R
SdrWP




)(
ươ ặ ủ
ụ
 Một Anten bức xạ một trường được cho bởi
, giả sử hiệu suất Anten là 25%, dòng ngõ
vào Anten là 1A.
a) Vector mật độ bức xạ
b) Mật độ bức xạ
c) Cường độ bức xạ
d) Tổng công suất được bức xạ bởi Anten
e) Điện trở R
r
của Anten
f) Điện trở R
L
của Anten
g) Điện trở vào của Anten
h) Tổng công suất đầu vào của Anten
25


sin),( F