Giao trinh anten truyen song

Anten và Truyền Sóng


Tài liệu tham khảo:
• Giáo trình Anten và Truyền
sóng, ĐH Cơng nghiệp Tp.
HCM.
• Lê Tiến Thường, Anten và
Truyền sóng, NXB ĐH Bách
Khoa, Tp.HCM, 2001.
• Constantine A.Balanis,
Antenna theory analysis
and design, John Wiley &
Son.Inc.,1997.


Chương 1: Antennas
1.
2.
3.

Giới thiệu
Các kiểu antennas
Cơ chế bức xạ

4.

Phân bố dòng trên 1 antenna day mỏng


1. Giới thiệu

•
•

Antenna: là một thiết bị bằng kim loại dùng để bức xạ
hoặc thu các sóng điện trường.
Hoặc: antenna là 1 cấu trúc chuyển đổi giữa không
gian tự do và 1 thiết bị dẫn sóng


1. Giới thiệu
•

Mạch tương đương của 1 hệ thống antenna biểu diễn
như sau:

•
•

Nguồn được biểu diễn như 1 nguồn lý tưởng
Đường truyền được biểu diễn như 1 đường có trở
kháng đặc tính Zc
Antenna được biểu diễn như 1 tải ZA= (RL + Rr) + jXA
nối đến đường truyền

•


1. Giới thiệu

•

•
•

RL: biểu diễn độ suy hao điện liên quan cấu trúc antenna
Rr: biểu diễn điện trở bức xạ của antenna
XA: biểu diễn phần ảo của trở kháng liên quan đến sự
bức xạ của antenna


1. Giới thiệu

•
•

Dưới các điều kiện lý tưởng, năng lượng bức xạ từ
nguồn sẽ chuyển đổi tất cả cho trở kháng bức xạ Rr
Tuy nhiên trong 1 hệ thống thực tế, có những tổn hao
năng lượng do sự mất mát tự nhiên trên đường truyền và
antenna, cũng như do sự suy hao phản xạ tại giao tiếp
giữa 2 thành phần này


1. Giới thiệu

•

Khi xem xét vấn đề trở kháng bên trong nguồn và bỏ qua
suy hao phản xạ và đường nối, công suất tối đa được
truyền đến antenna trong trường hợp phối hợp trở kháng

1. Giới thiệu

•
•

Các sóng phản xạ và sóng tới gạp nhau và tạo ra hiện
tượng sóng đứng
Nếu 1 antenna khơng được thiết kế tốt, đường truyền có
thể hoạt động như 1 thành phần lưu trữ năng lượng thay
vì vận chuyển năng lượng.


1. Giới thiệu

•
•
•

Các suy hao do đường truyền, anten, và sóng đứng là
khơng mong muốn.
Suy hao do đường truyền có thể giảm thiểu bằng cách
lựa chọn các đường truyền suy hao thấp
Suy hao do anten có thể giảm bằng cách giảm trở kháng
suy hao RL


1. Giới thiệu

•

•

Các sóng đứng có thể giảm bằng cách phối hợp tốt trở
kháng anten và trở kháng đặc tính của đường dây
Cùng với việc thu hoặc phát năng lượng, một anten trong
một hệ thống vô tuyến hiện đại thường yêu cầu tối ưu
việc bức xạ năng lượng theo 1 số hướng và triệt theo 1
số hướng khác. Ỵ anten phục vụ như 1 thiết bị định
hướng


2. Các kiểu anten
•
•

Antenna dây: thường dùng trên xe ơ tơ, tịa nhà, tàu thủy,
máy bay …
Có nhiều hình dạng như đường dây thẳng, vòng, xoắn


2. Các kiểu anten
•

•

Antenna mặt: thường dùng cho những ứng dụng trên
máy bay hay vũ trụ …bởi vì nó rất thuận tiện cho việc lắp
đặt trên bề mặt máy bay hay vũ trụ.
Ngồi ra chúng cịn được bao phủ bởi 1 vật liệu cách
điện để bảo vệ anten trong các môi trường nguy hiểm

2. Các kiểu anten
•

Antenna mặt:


2. Các kiểu anten
•
•
•
•

•

Antenna vi dải (microstrip): trở nên phổ biến từ năm 1970
Ngày nay dùng trong các thiết bị thương mại và quản lý
Những anten này gồm một bề mặt kim loại gắn lên bề
mặt nền.
Các miếng kim loại này có thể có nhiều cấu hình khác
nhau. Tuy nhiên hình dạng chữ nhật và vịng trịn thường
được dùng nhất.
Các antenna này có thể được lắp đặt trên các máy bay,
vũ trụ, vệ tinh, tên lửa, xe, và thiết bị di động.


2. Các kiểu anten
•

Antenna vi dải (microstrip):


2. Các kiểu anten
•
•

Antenna dãy (array): nhiều ứng dụng yêu cầu các đặc
tính bức xạ mà khơng thể thu được bởi 1 anten đơn.
Tuy nhiên, có thể tạo ra một bức xạ theo ý muốn bằng
cách sắp xếp các phần tử antenna rieng lẻ thành 1 dãy


2. Các kiểu anten
•
•

•

Antenna phản xạ: sự thành cơng trong việc khám phá vũ
trụ thúc đẩy phát triển công nghệ anten
Bởi vì cần phải liên lạc với khoảng các xa, nhiều dạng
anten phức tạp phải được dùng để thu và phát tín hiệu ở
rất xa.
Một dạng rất phổ biến chính là các antenna dạng parabol


2. Các kiểu anten
•

Antenna phản xạ:


2. Các kiểu anten
•
•

•
•

Antenna thấu kính (lens): được dùng chủ yếu để tập
trung năng lượng sóng theo 1 hướng mong muốn
Bằng cách thiết kế hình dạng và lựa chọn vật liệu thích
hợp, antenna có thể chuyển đổi nhiều dạng sóng phân bố
thành sóng phẳng.
Antenna được dùng trong các thiết bị như antenna phản
xạ parabol
Antenna thấu kính được phân loại tùy theo vật liệu thiết
kế và hình dạng của antenna.


2. Các kiểu anten
•

Antenna thấu kính (lens):


3. Cơ chế bức xạ
•

Một câu hỏi đặt ra là: “cách bức xạ được thực hiện như
thế nào?” hay nói 1 cách khác “làm thế nào sóng điện từ
được tạo ra từ một nguồn?
•
Bức xạ từ 1 dây sóng đơn:
•
Giả sử một mật độ điện tích qv (coulombs/m3)
Phân bố đều trong 1 dây hình trịn có diện
Tích là A và thể tích là V
Tổng số điện tích Q nội trong
V đang di chuyển theo hướng z
Với 1 vận tốc không đổi vz (m/s)
Mật dộ dòng điện Jz (ampere/m2)
Qua vùng mặt cắt của dây dẫn:


3. Cơ chế bức xạ
•
•
⇒

qs(C/m2) là mật độ điện tích bề mặt
Nếu dây dẫn là rất mỏng (bán kính =0)
Dịng điện trên dây dẫn là

qI là lượng điện tích trên 1 đơn vị
Xét trường hợp dây dẫn là rất mỏng
dòng điện chỉ chạy theo hướng z
Nếu dòng điện thay đổi theo thời gian

Nếu dây có chiều dài l


3. Cơ chế bức xạ
•

Phương trình trên biểu diễn mối liên hệ giữa dịng điện
và điện tích, hay là mối quan hệ cơ bản của bức xạ
trường điện từ.
Ta có thể kết luận: để tạo ra sự bức xạ, cần có 1 sự thay
đổi của dịng điện hay điện tích
Để tạo sự thay đổi điện tích, dây dẫn phải uốn cong và có
chiều dài giới hạn
Tóm lại:
Nếu điện tích khơng di chuyển, dịng điện khơng được
tạo ra và khơng có sự bức xạ
Nếu điện tích di chuyển với vận tốc cố định

•
•
•
•
•
–
–

Sẽ khơng có sự bức xạ nếu dây dẫn thẳng và dài vơ hạn
Có sự bức xạ nếu dây dẫn cong và không liên tục

3. Cơ chế bức xạ