bài báo cáo Anten yagi uda (1)

             
                    
Đại học giao thông vận tải thành phố Hồ Chí Minh
Khoa điện- điện tử viễn thông

Nhóm 02:

Nguy n Th Các Linhễ ị

Th ch Sa Mâyạ

Nguy n Văn Mayễ

Phan Văn Ng cọ
Giới thiệu
Anten Yagi là loại anten định hướng rất phổ biến bởi vì chúng dễ chế tạo. Các anten định hướng như Yagi
thường sử dụng trong những khu vực khó phủ sóng hay ở những nơi cần vùng bao phủ lớn hơn vùng bao
phủ của anten omni-directional. Anten Yagi hay còn gọi là anten Yagi-Uda (do 2 người Nhật là Hidetsugu
Yagi và Shintaro Uda chế tạo vào năm 1926) được biết đến như là một anten định hướng cao được sử dụng
trong truyền thông không dây.


Cấu trúc của anten Yagi-Uda
Anten Yagi-Uda dùng các phần tử anten thẳng:
Đối với dãy anten thông thường (Antennas, Anten Parabol ) tất cả các phần tử của anten đều được kích
thích dòng. Với dãy anten Yagi-Uda, thường chỉ có một phần tử được kích thích điện, các phần tử khác
không được kích thích điện mà chỉ được ghép tương hỗ điện từ. Phần tử cấp nguồn gọi là phần tử lái,
phần tử phía trước phần tử lái là phần tử hướng xạ mang tính cảm kháng, phần tử phía sau phần tử lái là
phần tử phản xạ mang tính dung kháng.

I. Cấu trúc của anten Yagi-Uda

Dạng tổng quát của anten Yagi-Uda:
I. Cấu trúc của anten Yagi-Uda
Anten Yagi gồm:
+ Chấn Tử Chủ Động: thường là chấn từ nửa sóng
+ Chấn tử phản xạ thụ động
+ Chấn tử dẫn xạ thụ động
Các chấn tử phản xạ và dẫn xạ thụ động thường được gắn trực tiếp trên thanh đỡ kim loại. Nếu chấn tử chủ động
là chấn tử vòng dẹt thì có thể gắn trực tiếp lên thanh đỡ kim loại.
II. Nguyên lý làm việc của anten Yagi-Uda
Xét một Anten dẫn xạ gồm ba phần tử:
Chấn tử chủ động A, chấn tử phản xạ P và chấn tử dẫn xạ D. Chấn tử chủ
động được nối với máy phát cao tần. Dưới tác dụng của trường bức xạ tạo
bởi A, trong P và D sẽ xuất hiện dòng cảm ứng và các chấn tử này sẽ bức
xạ thứ cấp. Như đã biết, nếu chọn được chiều dài của P và khoảng cách từ
A đến P một cách thích hợp thì P sẽ trở thành chấn tử phản xạ của A. Khi
ấy, năng lượng bức xạ của cặp A–P sẽ giảm yếu về phía chấn tử phản xạ
và được tăng cường theo hướng ngược lại (hướng +z). Tương tự như vậy,
nếu chọn được độ dài của D và khoảng cách từ D đến A một cách thích
hợp thì D sẽ trở thành chấn tử dẫn xạ của A. Khi ấy, năng lượng bức xạ
của hệ A–D sẽ được tập trung về phía chấn tử dẫn xạ và giảm yếu theo
hướng ngược (hướng –z). Kết quả là năng lượng bức xạ của cả hệ sẽ được
tập trung về một phía, hình thành một kênh dẫn sóng dọc theo trục của
Anten, hướng từ chấn tử phản xạ về phía chấn tử dẫn xạ.
III. Đồ thị bức xạ
III. Đồ thị định hướng
Ph ng h ng c a c p châấn t ch đ ng và th đ ngươ ướ ủ ặ ử ủ ộ ụ ộ
IV. Các thông số của anten Yagi-Uda
1. Hệ số sóng chậm:
Việc xác định sơ bộ các kích thước và thông số của anten có thể được tiến hành theo phương phương
pháp lý thuyết anten sóng chậm (anten sóng chậm có vận tốc pha nhỏ hơn vận tốc ánh sáng). Giả thiết

các chấn tử dẫn xạ có độ dài bằng nhau và gần bằng một nửa bước sóng, chúng được đặt cách điện
đều nhau dọc theo trục và tạo thành một cấu trúc sóng chậm (sóng mặt), với hệ số sóng chậm :
IV. Các thông số của anten Yagi-Uda
1. Hệ số sóng chậm(tt):

Gi thiếất dòng trong các châấn t có biến đ băằng nhau nh ng l ch pha nhau ∆ . Nếấu d là ả ử ộ ư ệ
kho ng cách gi hai châấn t thì h sốấ pha c a sóng ch m s đ c xác đ nh b i: . Ta ả ữ ử ệ ủ ậ ẽ ượ ị ở
có h sốấ sóng ch m băằng :ệ ậ


H sốấ sóng ch m ph thu c vào đ dài l c a các châấn t và kho ng cách d gi a chúngệ ậ ụ ộ ộ ủ ử ả ữ
IV. Các thông số của anten Yagi-Uda
B ng h sốấ sóng ch mả ệ ậ
IV. Các thông số của anten Yagi-Uda
2. Tính đặc trưng hướng
Anten Yagi có thể coi là một hệ tuyến tính gồm các nguồn rời rạc. Anten thường đặt ở độ cao bằng một số lần chiều
dài bước sóng so với mặt đất hoặc mặt phản xạ. Ảnh hưởng của mặt phản xạ lên trường bức xạ của anten trong
trường hợp này thường tác động lên đặc trưng hướng trong mặt phẳng đứng. Trong trường hợp tổng quát , đối với
anten cấu tạo từ một chấn tử khi tính đến ảnh hưởng của đất thì đặ trưng hướng của nó được xác định bằng công
thức:

ƒ =
Trong đó: là thừa số xác định đặc trưng hướng của chấn tử


IV. Các thông số của anten Yagi-Uda
2. Tính đặc trưng hướng(tt)
Theo các tr sốấ dòng đi n s tính đ c hàm ph ng h ng t h p:ị ệ ẽ ượ ươ ướ ổ ợ
Trong đó, là góc gi a tr c anten và h ng c a đi m kh o sát.ữ ụ ướ ủ ể ả
IV. Các thông số của anten Yagi-Uda

2. Tính đặc trưng hướng(tt)
Trong mặt phẳng E: =
Trong mặt phẳng H: = 1


IV. Các thông số của anten Yagi-Uda
2
. Tính đặc trưng hướng(tt)
là thừa số ảnh hưởng của đất ( trong mặt phẳng H )
=
( h là độ cao anten )
là thừa số của hệ
=
là biên độ dòng trên chấn tử j
là biên độ dòng trên chấn tử chủ động
là pha của dòng trên chấn tử thứ j
là khoảng cách từ chấn tử j đến chấn tử 0



IV. Các thông số của anten Yagi-Uda
3. Tính trở kháng vào của chấn tử chủ động:
Khi có ảnh hưởng tương hỗ của các chấn tử thụ động thì trở kháng vào của chân chấn tử chủ động được
tính như sau:
Z
VA
=R
VA
+ iX
VA

Trị số X
A
sẽ được chọn theo điều kiện để đảo bảo X
VA
=0, từ (2.6) sẽ xác định được X
A
và do đó
Z
VA
=R
VA

IV. Các thông số của anten Yagi-Uda
3. Tính trở kháng vào của anten
Độ Lợi của Anten
Áp dụng công thức tính độ định hướng
D = A với L = 0.21875
= = 1.75
Hệ số A phụ thuộc vào tỷ số được biểu thị trên hình sau:


IV. Các thông số của anten Yagi-Uda
4.Tiếp điện cho anten:
Chấn tử đơn giản được ứng dụng phổ biến nhất là chấn tử nửa sóng (2l = ) Để tiếp điện cho chấn tử ở dãi sóng
cựa ngắn có thể dùng đường dây song hành hoặc cáp đồng trục . Ở đây ta sử dụng chấn tử vòng và cáp đồng
trục để tiếp điện cho Anten . Như thế sẽ tăng trở kháng vào chấn tử chủ động nhằm mục đích mở rộng dải tần
cho Anten


IV. Các thông số của anten Yagi-Uda
5.Dải thông của anten Yagi
Các anten Yagi phản ứng rất nhạy đối với sự biến đổi của tần số vì nó bao gồm các yếu tố cộng hưởng. Do đó anten
Yagi có dải thông hẹp người ta xác định được rằng tác dụng của thanh phản xạ đối với trở vào của anten mạnh hơn
nhiều đối với tác dụng của thanh dẫn xạ, vì thế nên dùng thanh phản xạ có dải thông rộng. Thông thường để mở rộng
dải thông thường dùng thanh phản xạ là chấn tử vòng dẹt hoặc tốt hơn là trấn tử vòng dẹt kép, ngoài ra các thanh
phản xạ này được cấp nguồn
.
IV. Các thông số của anten Yagi-Uda
6 . Các thông số khác:

Phần tử lái : Có chiều dài từ 0.45 - 0.49 , tùy thuộc bán kính , folded dipole dùng để tăng trở kháng vào

Phần từ hướng xạ: Có chiều dài từ 0.4 -0.45( khoảng 10% - 20% ngắn hơn phần tử lái ) , các phần tử không cần có kích
thước giống nhau.

Phần từ phản xạ: Khoảng 0.5 ( khoảng 10% - 20% dài hơn phần tử lái )
o
Khoảng cách giữa các phần tử hướng xạ : 0.2 – 0.4 , không cần đều
o
Khoảng cách giữa các phần tử phản xạ : 0.1 - 0.5.
Điện trường của dãy anten Yagi – Uda là tổng các điện trường của N phần tử , mỗi phẩn tử có chiều dài L:
= =


V. Ứng dụng trong thực tế
-
Anten Yagi được dùng rộng rãi trong vô tuyến truyền hình, trong các tuyến thông tin chuyển tiếp và trong các đài rada
sóng mét. Anten này đươc dùng phổ biến như thế vì không những có tính định hướng tương đối tốt mà kích thước và
trọng lượng không lớn lắm,cấu trúc lại đơn giản, dễ chế tạo.

.

-
Loại anten này thường được sử dụng cho mô hình điểm- điểm và đôi khi cũng dùng trong mô hình điểm-đa điểm. Anten
Yagi-Uda được xây dựng bằng cách hình thành một chuỗi tuyến tính các anten dipole song song nhau.
-Ứng dụng thực tế ở các băng tần: HF ( 3 – 30MHz ) , VHF ( 30 – 300MHz ) , UHF( 300MHz – 3GHz ).
V. Tính toán các thông số của anten Yagi-Uda ở dải tần 430MHz
Thiết kế một Yagi antenna, nhỏ gọn, hoạt động ở dải tần 430MHz được ứng dụng trong thu phát truyền
hình.

T d i tâằn trung bình ta tính đ c tâằn sốấ trung tâm và b c sóng là:ừ ả ượ ướ
λ = = 697mm



V. Tính toán các thông số của anten Yagi-Uda ở dải tần 430MHz
Ta ch n mố hình anten câằn thiếất kếấ v i các thống sốấ đ c ch n nh sau:ọ ớ ượ ọ ư
•
N=5 là sốấ châấn t d n x , (N= 1,2,…,5 đ c ử ẫ ạ ượ
ký hi u nh hình m i châấn t có chiếằu dài là Lx)ệ ư ỗ ử
•
M t châấn t phát x (châấn t ch đ ng) ký hi u 0, ộ ử ạ ử ủ ộ ệ
chiếằu dài Lbx=0.5* λ
•
M t châấn t ph n x ký hi u -1, chiếằu dài Lpxộ ử ả ạ ệ