BÀI TẬP LỚN VỀ MÔN TRUYỀN SÓNG VÀ ĂNTEN

Khoa Điện – Điện Tử Lớp ĐHĐT1-K1

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

Lớp: …ĐT1… Khóa: 1…




Khoa Điện – Điện Tử Lớp ĐHĐT1-K1

2

Bài tập lớn môn Truyền sóng và anten

TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN



Khoa Điện – Điện Tử Lớp ĐHĐT1-K1

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







Khoa Điện – Điện Tử Lớp ĐHĐT1-K1

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. Tài liệu tham khảo
Khoa Điện – Điện Tử Lớp ĐHĐT1-K1

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.
Khoa Điện – Điện Tử Lớp ĐHĐT1-K1

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.
Khoa Điện – Điện Tử Lớp ĐHĐT1-K1

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.
*** Phng pháp dòng mt
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.
*** Phng pháp trng trên mt m
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.
Khoa Điện – Điện Tử Lớp ĐHĐT1-K1

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).



Khoa Điện – Điện Tử Lớp ĐHĐT1-K1

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.
- Bộ chiếu xạ phải có kích thước nhỏ để ít che mặt mở của gương.


Khoa Điện – Điện Tử Lớp ĐHĐT1-K1

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 

và 

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:
A(p, là hàm phân phối biên độ của trường trên mặt mở của gương.
Khoa Điện – Điện Tử Lớp ĐHĐT1-K1

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.
Khoa Điện – Điện Tử Lớp ĐHĐT1-K1

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.

Khoa Điện – Điện Tử Lớp ĐHĐT1-K1

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
Khoa Điện – Điện Tử Lớp ĐHĐT1-K1

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

Khoa Điện – Điện Tử Lớp ĐHĐT1-K1

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:



Hình : Anten Gregorian

Khoa Điện – Điện Tử Lớp ĐHĐT1-K1

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.

Khoa Điện – Điện Tử Lớp ĐHĐT1-K1

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
/>Phan-Anh
/>&ved=0CBkQFjAAOAo&url=http%3A%2F%2Ftulieu.vn%2Fanten-dung-trong-
thong-tin-
viba__17502.html&ei=UNiuTp_1E8WUiQemjpHaDw&usg=AFQjCNEuzRAnyj
AkYSHuzWMoPMnCYdICPQ
/>&ved=0CDwQFjAFOAo&url=http%3A%2F%2Fkhotailieu.vn%2Ff77%2Fanten-
dung-trong-thong-tin-viba-
9440.html&ei=UNiuTp_1E8WUiQemjpHaDw&usg=AFQjCNE05Uo8bz1g_CzaR
yVEFaLqFfYfLA
/>&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







Khoa Điện – Điện Tử Lớp ĐHĐT1-K1

18
Bài tập lớn môn Truyền sóng và anten