THIẾT kế ANTEN SHORT BACKFIRE sử DỤNG CHO tần số 2 44 GHz

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG







LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC


THIẾT KẾ ANTEN SHORT BACKFIRE
SỬ DỤNG CHO TẦN SỐ 2.44 GHz




Sinh viên thực hiện: Giáo viên hướng dẫn:
Phạm Hữu Nhân Ts. Lương Vinh Quốc Danh
MSSV: 1071115
Lớp: Điện tử viễn thông 2 K33






Cần Thơ, Tháng 12/2010

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG







LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

THIẾT KẾ ANTEN SHORT BACKFIRE
SỬ DỤNG CHO TẦN SỐ 2.44 GHz

Sinh viên thực hiện: Giáo viên hướng dẫn:
Phạm Hữu Nhân Ts. Lương Vinh Quốc Danh
MSSV: 1071115
Lớp: Điện tử viễn thông 2 K33

Cán bộ phản biện
Ths. Trần Hữu Danh
Ths. Nhan Văn Khoa
Luận văn được bảo vệ tại: Hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp Bộ môn
Điện tử Viễn thông, Khoa Công Nghệ, Trường Đại học Cần Thơ vào
ngày 07 tháng 12 năm 2010

Có thể tìm hiểu luận văn tại:
Thư viện Khoa Công Nghệ, Trường Đại học Cần Thơ

LỜI CẢM ƠN



Trong suốt quá trình học tập và sinh hoạt tại trường Đại học Cần Thơ, đặc
biệt trong khoảng thời gian em thực hiện luận văn tốt nghiệp, em đã nhận được
sự giúp đỡ tận tình về mọi mặt của quý thầy cô giáo trong trường. Nay em xin
chân thành gửi lời cám ơn đến:
Trường Đại học Cần Thơ và Ban Giám Hiệu trường. Nhờ trường Đại học
Cần Thơ đã đào tạo cũng như cung cấp những điều kiện học tập tốt nhất cho em
trong suốt thời gian qua để em có thể hoàn thành tốt khóa học.
Em xin chân thành cảm ơn đến toàn thể quý thầy cô Bộ môn Điện Tử Viễn
Thông – khoa Công Nghệ, những người đã trực tiếp truyền đạt kiến thức về
chuyên môn cũng như kiến thức về xã hội với sự tâm quyết và tận tụy nhất để em
có thể an tâm bước ra trường phục vụ cho xã hội.
Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Lương Vinh Quốc Danh, nhờ
Thầy đã hướng dẫn và cung cấp kiến thức chuyên môn và thực tế cho em để em
có thể hoàn thành luận văn tốt nghiệp một cách tốt nhất.
Sau cùng cho tôi gửi lời cảm ơn đến toàn thể các bạn sinh viên ngành Điện
tử, đặc biệt là các bạn lớp Điện tử Viễn thông 2 – K33 đã có những đóng góp quý
báo để tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp này.
Cần Thơ, ngày 22 tháng 12 năm 2010
Sinh viên thực hiện

Phạm Hữu Nhân

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
  
























Cần Thơ, ngày….tháng….năm 2010
Giáo viên hướng dẫn

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
  
























Cần Thơ, ngày….tháng….năm 2010
Giáo viên phản biện

MỤC LỤC

TÓM TẮT 1
ABSTRACT 2
TỪ KHÓA 3
LỜI MỞ ĐẦU 4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 5
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 5
1.2 LỊCH SỬ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 5
1.3 PHẠM VI CỦA ĐỀ TÀI 6
1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ HƯỚNG GIẢI QUYẾT 6
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 7
2.1 SƠ LƯỢC VỀ ANTEN 7
2.1.1 Khái niệm về anten 7
2.1.2 Đặc tính bức xạ điện từ của anten 7
2.1.3 Một số cấu trúc anten thông dụng 8
2.2 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA ANTEN 12
2.2.1 Đồ thị bức xạ (Radiation pattern) 12
2.2.2 Vùng bức xạ của anten (field zones) 12
2.2.3 Búp sóng (lobe) 14
2.2.4 Khổ trường (Beamwidth) 15
2.2.5 Cường độ bức xạ (Radiation Intensity) 15
2.2.6 Độ định hướng (Directivity) 16
2.2.7 Độ lợi (Gain) 17
2.2.8 Hiệu suất anten (Antenna Efficiency) 18
2.2.9 Dải thông của anten (FBW – Frequency BandWidth) 19
2.2.10 Trở kháng vào (Input Impedence) 19
2.2.11 Tỉ số sóng đứng điện áp (VSWR) 20

2.2.12 Tổn hao phản xạ (Return Loss) 21
2.3. SHORT BACKFIRE ANTENNA 22
2.3.1 Giới thiệu chung 22
2.3.2 Cấu tạo của anten short backfire cổ điển 23
2.3.3 Độ lợi của anten short backfire 24
2.3.4 Half Power BeamWidth (HPBW) của anten short backfire 25
2.3.5 Mức búp sóng phụ của anten short backfire 26
2. 4 ANTEN VI DẢI ( MICROSTRIP ANTENNA) 27
2.4.1 Giới thiệu chung 27
2.4.2 Một số loại anten vi dải cơ bản 29
2.4.3 Các phương pháp tiếp điện cho anten vi dải 31
2.4.3.1 Microstrip Line Feed 31
2.4.3.2 Coaxial Feed 32
2.4.3.3 Aperture Coupled Feed 33
2.4.3.4 Proximity Coupled Feed 34
2.4.4 Các phương pháp phân tích anten vi dải 34
2.4.4.1 Transmission Line Model 35
2.4.4.2 Cavity Model 37
2.4.4.3 Full Wave Solution-Method of Moments 39
CHƯƠNG 3: NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ THỰC HIỆN 40
3.1 NỘI DUNG 40
3.1.1 Cơ sở để thiết kế anten 40
3.1.2 Tính toán các thông số kĩ thuật cho anten 42
3.1.3 Phương pháp tiếp điện cho anten 43
3.1.4 Tiêu chuẩn đánh giá anten 43
3.1.5 Tối ưu các thông số kĩ thuật cho anten 44
3.2 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 45
3.3 KẾT QUẢ THỰC TẾ 71
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 73
PHỤ LỤC 76

TÀI LIỆU THAM KHẢO 90

Phạm Hữu Nhân – ĐTVT K33 Đại học Cần Thơ
1

TÓM TẮT


Nói đến một hệ thống vô tuyến là nói tới việc sử dụng sóng điện từ. Và
thành phần quan trọng trong việc thu và phát sóng điện từ không có gì khác
chính là anten. Anten được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như trong các hệ thống
truyền hình, phát thanh, điều khiển, vệ tinh, …Chính vì thế việc nghiên cứu và
thiết kế để tạo nên những loại anten có đặc tính tốt, độ bền cao phục vụ cho
việc truyền nhận tín hiệu ngày càng được chú trọng hơn. Theo xu hướng đó, đề
tài luận văn này tập trung nghiên cứu và thiết kế một anten short backfire độ
bền cao. Vật liệu để làm anten là mạch in FR4 có hằng số điện môi 4.6, độ dày
1.6 mm, sử dụng mặt phản xạ bằng nhôm. Anten được dùng cho mục đích giao
tiếp điểm nối điểm và cho các thiết bị hoạt động ở tần số 2.44 GHz.
Để chế tạo được anten mong muốn, ta tiến hành tìm hiểu lí thuyết, cấu trúc
và kích thước anten. Sau đó mô phỏng trên phần mềm Ansoft HFSS và tiến
hành thiết kế một anten thật. Cuối cùng ta tiến hành đo đạc các thông số, so
sánh kết quả mô phỏng với kết quả thực tế để đi đến thiết kế một anten tối ưu
nhất.

Phạm Hữu Nhân – ĐTVT K33 Đại học Cần Thơ
2

ABSTRACT


Speaking to a radio system refers to the use of electromagnetic waves. And
important component in the transmit and receive electromagnetic waves is no
different antenna. Antennas are used in many fields like in TV systems, radio
controls, satellite, Therefore, the research and design to create the type of
antenna has good characteristics, high stability for the transmit and receive of
signals increasingly more attention. Under that trend, the topic of this thesis
focused on studying and designing a durable short backfire antenna. Material to
the antenna is FR4 printed circuit board with dielectric constant 4.6, thickness 1.6
mm, using an Aluminum reflector. Antenna used for communication purposes
point to point and for devices operating at 2.44 GHz frequency.
To produce the desired antenna, we proceed to inquire into the theory,
structure and size of antenna. Then, simulation in software Ansoft HFSS and
proceed to design a real antenna. Finally, we conducted measurements of
parameters, compare simulation results with actual results to go to design an
optimal antenna.

Phạm Hữu Nhân – ĐTVT K33 Đại học Cần Thơ
3

TỪ KHÓA

Ansoft HFSS
Directivity
Gain
Radiation Pattern
Short Backfire Antenna
S11
VSWR

Phạm Hữu Nhân – ĐTVT K33 Đại học Cần Thơ
4
LỜI MỞ ĐẦU


Trong những năm gần đây, kỹ thuật thông tin và truyền số liệu vô tuyến đã và
đang phát triển rất mạnh mẽ trên khắp thế giới. Nhiều công nghệ và thiết bị
không dây mới và hiện đại hơn đã ra đời, trong số đó có một thiết bị quan trọng
ra đời từ rất lâu và không thể thiếu trong bất kì hệ thống không dây nào đó là
anten. Anten hiện nay đa dạng về cấu trúc như anten dipole, anten patch, anten
loa, các loại anten phản xạ… Trong đó anten short backfire là một loại anten
phản xạ có độ định hướng tốt và độ lợi rất cao, cấu trúc đơn giản, đã được phát
triển từ những năm 1960 nhằm mục đích kết nối không dây điểm – điểm ở các
khoảng cách xa. Đề tài này nghiên cứu và thiết kế nên một anten short backfire
hoạt động ở dãy tần 2.44 GHz. Một cải tiến quan trọng trong việc thiết kế nên
anten này là phần tử feed dipole là loại anten dipole mạch dải được làm trên nền

mạch in FR4 có hằng số điện môi 4.6 thay vì sử dụng lưỡng cực đồng. Đây có
thể nói là loại anten khá mới ở Việt Nam và trên thế giới.
Nội dung luận văn gồm có 3 chương:
 Chương 1: Tổng quan. Chương này trình bày bối cảnh xuất hiện đề tài,
phạm vi thực hiện đề tài, các phương pháp nghiên cứu cùng với hướng giải
quyết.
 Chương 2: Cơ sở lí thuyết. Trình bày lý thuyết cơ bản về anten, các loại
anten, những thông số cơ bản và các vấn đề liên quan đến anten short backfire và
anten vi dải.
 Chương 3: Nội dung và kết quả nghiên cứu. Chương này sẽ trình bày
chi tiết từ việc tính toán đến mô phỏng và cuối cùng là việc thiết kế, đo đạc để có
thể đưa ra một anten thực tế thật tối ưu .


Phạm Hữu Nhân – ĐTVT K33 Đại học Cần Thơ
5
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Anten một thiết bị có cấu trúc đơn giản nhưng lại là một bộ phận có vị trí cực
kì quan trọng trong các hệ thống thông tin vô tuyến. Ban đầu anten chỉ có hình
dạng đơn giản như anten monopole, dipole với hiệu quả hoạt động tương đối
thấp. Cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thuật thì việc truyền nhận tín hiệu
ngày càng có chất lượng, các nhà sản xuất thiết bị cũng như các nhà khoa học đã
nghiên cứu sáng tạo nên nhiều loại anten mới với đặc tính ngày càng tốt và độ
bền ngày càng cao.
Ngày nay việc phát triển ứng dụng các phương pháp xử lí tín hiệu cùng với
những thành tựu đạt được trong lĩnh vực công nghệ vi điện tử và điện tử siêu cao
tần cho phép thiết lập nên nhiều loại anten nhỏ gọn với độ lợi rất cao phù hợp với
nhiều mục đích truyền nhận thông tin khác nhau. Việc nghiên cứu và chế tạo nên
loại anten trên nền những tấm mạch in có thể được coi là bước phát triển trong

những thập niên gần đây. Ngoài ra việc kết hợp giữa những anten đơn để tạo nên
những loại anten mới đã đóng góp không nhỏ trong việc cải thiện chất lượng
truyền nhận tín hiệu trong các hệ thống không dây, đặc biệt là ở các cự li xa.
Trong đề tài này tập trung nghiên cứu và thiết kế nên một anten short
backfire thật tối ưu với phần tử feed dipole là dạng anten dipole vi dải đã được
cải tiến trên nền mạch in FR4 có hằng số điện môi 4.6 và độ dày 1.6 mm, cùng
với mặt phản xạ bằng nhôm có kích thước thích hợp sử dụng cho dải tần 2.44
GHz.
Short backfire antenna có thể được coi là một dạng anten lí tưởng cho việc
truyền nhận không dây ở cự li xa nhờ vào độ lợi cao và khả năng định hướng tốt.
1.2 LỊCH SỬ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ
Anten short backfire là loại anten đã được nghiên cứu, chế tạo thành công và
đưa vào sử dụng trên thế giới cho việc kết nối không dây point to point ở cự li xa.
Tuy nhiên phần tử feed dipole thường được làm bằng lưỡng cực đồng, trong khi
đó thiết kế phần tử feed dipole trên mạch in FR4 thì còn khá mới trên thế giới và

Phạm Hữu Nhân – ĐTVT K33 Đại học Cần Thơ
6
ở Việt Nam. Đề tài là bước nghiên cứu tiếp theo trên cơ sở cải tiến loại anten
dipole mạch dải (Printed dipole antenna) đơn giản trên nền mạch in FR4 đã được
thiết kế thành công ở niên luận 2.
1.3 PHẠM VI CỦA ĐỀ TÀI
Đề tài tập trung nghiên cứu cơ bản về anten short backfire, giới thiệu cấu
trúc chung và những thuận lợi cũng như khó khăn của nó. Tìm hiểu phần mềm
Ansoft HFSS, sau đó tiến hành thiết kế cấu trúc và mô phỏng để tối ưu các kích
thước. Cuối cùng thiết kế nên một anten thực tế gồm có mặt phản xạ bằng nhôm
và phần tử feed dipole được thiết kế trên nền mạch in FR4 hoạt động tốt ở tần số
2.44 GHz.
1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ HƯỚNG GIẢI QUYẾT
Đọc hiểu và nắm vững các kiến thức có liên quan như trường điện từ, kĩ

thuật siêu cao tần, anten truyền sóng… Đặc biệt cần tìm hiểu kĩ các thông số cơ
bản và những đặc tính kĩ thuật về anten short backfire cổ điển, anten phản xạ và
anten dipole vi dải để từ đó có cơ sở để xây dựng nên cấu trúc anten cần thiết kế.
Nghiên cứu các tài liệu hướng dẫn sử dụng phần mềm mô phỏng Ansoft
HFSS, sau đó tiến hành thiết kế cấu trúc 3D và mô phỏng trên phần mềm, thay
đổi các kích thước sau cho đạt các yêu cầu đề ra và ghi nhận lại các kết quả mô
phỏng.
Sau khi mô phỏng đạt yêu cầu ta tiến hành thiết kế anten thực tế theo như
các kích thước đã mô phỏng. Sử dụng máy đo chuyên dụng để đo đạc rồi so sánh
các kết quả đo được với các kết quả mô phỏng, xác định các nguyên nhân sai
lệch giữa mô phỏng và đo đạt để có cơ sở chỉnh sửa phù hợp nhằm xây dựng nên
một anten short backfire thực tế thật tối ưu.


Phạm Hữu Nhân – ĐTVT K33 Đại học Cần Thơ
7
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 SƠ LƯỢC VỀ ANTEN
2.1.1 Khái niệm về anten
Anten là một cấu trúc dẫn điện tốt được dùng để bức xạ sóng điện từ từ hệ
thống phát ra ngoài không gian hoặc thu và dẫn sóng điện từ từ không gian vào
hệ thống thu. Nói khác đi anten là thiết bị dùng để bức xạ và thu sóng điện từ.
Từ khi ra đời đến nay, anten có nhiều cấu trúc với nhiều tên gọi khác nhau
tùy thuộc vào hình dạng và đặc tính của anten, có loại đơn giản nhưng cũng có
loại rất phức tạp. Tuy nhiên ta có thể phân biệt thành hai loại đó là anten vô
hướng (Omni-Directional) và anten định hướng (Directional). Anten vô hướng là
anten truyền tín hiệu RF theo tất cả các hướng theo trục ngang (song song mặt
đất) nhưng bị giới hạn ở trục dọc (vuông góc với mặt đất). Anten định hướng là
loại anten có hiệu sức bức xạ (hoặc thu) sóng điện từ theo một hướng nhất định
cao hơn các hướng khác vì vậy nó phụ thuộc vào hệ số định hướng




,D và độ
lợi



,G
.
2.1.2 Đặc tính bức xạ điện từ của anten
Trường điện từ biến thiên theo thời gian, lan truyền trong không gian thành
sóng điện từ. Sóng điện từ được truyền từ nguồn tạo sóng qua đường dây truyền
sóng (feeder) đến hệ thống bức xạ (anten). Anten có nhiệm vụ biến đổi năng
lượng từ đường truyền sóng thành sóng điện từ lan truyền ra không gian đối với
anten phát và ngược lại đối với anten thu. Các sóng điện từ lan truyền trong
không gian xung quanh nguồn bức xạ sẽ mang theo một năng lượng xác định. Độ
lớn của năng lượng bức xạ phụ thuộc độ lớn và tần số của dòng điện kích thích
trên anten, phụ thuộc cấu trúc anten và tính chất của môi trường xung quanh
nguồn bức xạ.
Hình 2.1 chỉ ra đặc tính bức xạ điện từ của một anten. Một nguồn điện thế
hình sin được đưa vào hai dây truyền sóng. Khi nguồn điện thế này tác dụng lên
dây truyền sóng sẽ tạo ra một điện trường cũng có dạng hình sin, đồng thời hình
thành nên lực điện từ vuông góc với dây truyền sóng. Những hạt electron tự do

Phạm Hữu Nhân – ĐTVT K33 Đại học Cần Thơ
8
trên hai dây truyền sóng sẽ bị tác động bởi lực điện từ và chuyển động có gia tốc
tạo ra từ trường. Nhờ vào sự thay đổi của từ trường và điện trường mà sóng điện
từ được tạo ra và truyền đi trên dây truyền sóng. Khi lan truyền đến anten, sóng

điện từ này sẽ được anten phát ra ngoài không gian tự do.

Hình 2.1 Bức xạ điện từ từ một anten
Sóng điện từ tồn tại trong không gian sẽ được anten thu thu nhận và dẫn về
dây truyền sóng đối với hệ thống thu.
2.1.3 Một số cấu trúc anten thông dụng
2.1.3.1 Anten dây (wire antennas)
Anten dây là loại anten mà phần tử bức xạ cơ bản của nó là các dây dẫn có
dòng điện chạy qua. Anten dây thường được sử dụng trong ô tô, tàu, máy bay,
tàu vũ trụ…Chúng có nhiều hình dạng khác nhau như dây dẫn thẳng (dipole),

Phạm Hữu Nhân – ĐTVT K33 Đại học Cần Thơ
9
vòng, helix… trong đó dạng vòng tròn là phổ biến nhất do cấu trúc đơn giản, đặc
tính tốt.

Hình 2.2 Các loại anten dây thông dụng
2.1.3.2 Anten loa (Horn antennas)
Anten loa là loại anten bức xạ mặt phẳng. Mặt phẳng bức xạ của anten chính là
miệng loa. Anten loa được sử dụng ở các dãy tần số lớn hơn 1 GHz. Loại anten
này thường có độ lợi và độ định hướng rất cao, tùy theo hình dạng của miệng loa
mà ta có các tên gọi khác nhau tương ứng.

Hình 2.3 Các dạng anten loa

Phạm Hữu Nhân – ĐTVT K33 Đại học Cần Thơ
10
2.1.3.3 Anten vi dải (Microstrip antennas)
Anten mạch in thường được gọi là anten mạch vi dải vì nó có kích thước rất
nhỏ, có cấu trúc gồm các mảnh kim loại khắc trên nền điện môi có mặt đáy được

phủ một lớp kim loại. Đây là loại anten gọn nhẹ, dễ chế tạo nhưng độ định hướng
không quá cao và có độ tổn hao điện môi lớn.

Hình 2.4 Anten mạch vi dải
2.1.3.4 Anten dãy (array antennas)
Anten dãy là loại anten được tạo nên từ nhiều phần tử anten đơn ghép lại nhằm
mục đích tạo nên loại anten có độ lợi cao và độ định hướng theo ý muốn. Các
phần tử anten đơn tạo nên anten dãy có thể có dạng bất kì. Anten dãy phổ biến
nhất là anten Yagi (được cấu tạo bởi 3 thành phần chính: thành phần phản xạ
(reflectors), thành phần chủ động (feed element), thành phần hướng xạ
(directors)).

Phạm Hữu Nhân – ĐTVT K33 Đại học Cần Thơ
11

Hình 2.5 Một số cấu trúc anten dãy
2.1.3.5 Anten phản xạ (Reflector antennas)
Anten phản xạ hay anten gương là loại anten có độ lợi và độ định hướng cao
được sử dụng trong thông tin vệ tinh, radar, vô tuyến thiên văn… Một anten phản
xạ gồm có hai thành phần: mặt phản xạ sóng điện từ và bộ chiếu xạ (đối với
anten phát) hoặc bộ thu sóng (đối với anten thu) đặt tại tiêu điểm của mặt phản
xạ. Anten parabol là loại anten phản xạ được sử dụng phổ biến hiện nay.

Hình 2.6 Anten parabol

Phạm Hữu Nhân – ĐTVT K33 Đại học Cần Thơ
12
2.2 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA ANTEN
2.2.1 Đồ thị bức xạ (Radiation pattern)
Đồ thị bức xạ của anten đặc trưng cho đặc tính bức xạ điện từ của anten trong

không gian.
Đồ thị bức xạ được định nghĩa như là một biểu thức toán học hay một đồ thị
thể hiện khả năng bức xạ của anten trong hệ trục tọa độ không gian. Trong hầu
hết trường hợp, đồ thị bức xạ được xác định trong miền viễn trường (far field) và
được biểu diễn theo một hàm tọa độ phương hướng nhất định. Các đặc tính của
đồ thị bức xạ gồm mật độ thông lượng công suất, độ mạnh của trường, cường độ
bức xạ, độ định hướng, pha và sự phân cực.

Hình 2.7 Đồ thị bức xạ 3D của một anten định hướng
2.2.2 Vùng bức xạ của anten (field zones)
Không gian bao quanh một anten thường được chia thành ba vùng: vùng cận
trường (Reactive Near Field Region), vùng bức xạ (Radiating Near Field
Region), vùng viễn trường (Far Field Region).


Phạm Hữu Nhân – ĐTVT K33 Đại học Cần Thơ
13

3
1
62.0
D
R 

Hình 2.8 Vùng bức xạ của anten
Vùng cận trường tập trung phần lớn năng lượng dao động tạo ra từ anten
mang tính chất điện kháng, năng lượng sóng tỏa ra được giữ nguyên công suất và
không có năng lượng tiêu tán. Giới hạn của vùng này thể hiện ở công thức (2.1).
(2.1)

Với R
1
khoảng cách tính từ bề mặt anten.
D kích thước lớn nhất của anten.

là bước sóng tự do.
Vùng bức xạ (còn gọi là Fresnel zone) là vùng giữa vùng cận trường và vùng
viễn trường. Những cảm ứng của bức xạ yếu hơn, trường phân bố theo góc là
một hàm của khoảng cách tính từ anten. Đường biên ngoài cùng cho vùng này là:

2
2
2D
R 
với


D , tiêu chuẩn này dựa trên sự sai pha cực đại là 8

. Vùng
trường này có đồ thị trường là một hàm của khoảng cách bán kính.
Vùng viễn trường (còn gọi là Fraunhofer zone) là vùng xa anten nhất nhưng
lại là vùng cần quan tâm nhất khi thiết kế anten. Trong vùng này dạng bức xạ của
anten được xác định và không phụ thuộc vào khoảng cách tính từ anten. Đường
biên trong cho vùng này là biên ngoài của vùng bức xạ

2
2
2D
R 

, và biên ngoài
là vô cùng.

Phạm Hữu Nhân – ĐTVT K33 Đại học Cần Thơ
14
2.2.3 Búp sóng (lobe)
Búp sóng là độ rộng của tín hiệu cao tần mà anten phát ra. Búp sóng của
trường bức xạ thường được phân loại như sau: búp sóng chính (major lobe), búp
sóng phụ (minor lobe), búp sóng cạnh (side lobe), búp sóng phía sau (back lobe).
Búp sóng được biểu diễn ở hình 2.9


Hình 2.9 Búp sóng của anten
Búp sóng chính: chứa đựng phương hướng sự bức xạ cực đại của anten.
Búp sóng phụ: toàn bộ những búp sóng khác ngoài búp sóng chính được gọi
là búp sóng phụ. Những búp sóng này có phương hướng bức xạ rất nhỏ, đây là
những hướng bức xạ không tương thích.
Búp sóng sau: ngược hướng 180
0
với búp sóng chính.
Búp sóng cạnh: là những búp sóng phụ kề bên búp sóng chính và là búp có
sự bức xạ lớn nhất trong số những búp sóng phụ.
Việc xuất hiện nhiều búp sóng phụ là điều không mong muốn trong thiết kế
anten, nhất là các loại anten định hướng. Vì vậy khi thiết kế anten ta cần phải
giảm đến tối đa số búp sóng phụ.

Phạm Hữu Nhân – ĐTVT K33 Đại học Cần Thơ
15
2.2.4 Khổ trường (Beamwidth)
Thông thường ta phân biệt làm hai loại như sau:

Khổ trường nửa công suất (Half Power BeamWidth - HPBW): trường tạo
bởi hai tia xuất phát từ nguồn và đi qua các điểm thuộc búp sóng chính mà tại đó
cường độ bức xạ bằng 50 % giá trị của nó.
Khổ trường nửa công suất là thông số được sử dụng để đánh giá độ phân giải
của anten trong kĩ thuật radar và vô tuyến thiên văn.
Khổ trường First Null (First Null BeamWidth - FNBW): trường tạo bởi hai
tia xuất phát từ nguồn và tiếp tuyến với búp sóng chính tại nguồn điểm bức xạ.



Hình 2.10 Khổ trường của anten
2.2.5 Cường độ bức xạ (Radiation Intensity)
Cường độ bức xạ (U) của anten theo một hướng cho trước là tỷ số giữa công
suất bức xạ trên một đơn vị góc khối theo hướng đó. Cường độ bức xạ là thông
số được xác định trong miền viễn trường. Về mặt toán học nó được xác định như
sau:
U = r
2
.W
rad
(W/đơn vị góc khối). (2.2)
Trong đó
W
rad
: mật độ công suất bức xạ (W/m
2
).
r là bán kính khối cầu.
Góc khối được định nghĩa như hình 2.11

Phạm Hữu Nhân – ĐTVT K33 Đại học Cần Thơ
16

Hình 2.11 Định nghĩa góc khối
Một steradian (Sr) là một góc khối có đỉnh P tại tâm của một khối cầu bán
kính r và tạo bởi một mặt cầu A có diện tích bằng diện tích của một hình vuông
cạnh r. Một khối cầu kín tương đương với 4

steradians.

2
r
S
 ( Steradian) (2.3)
2.2.6 Độ định hướng (Directivity)
Độ định hướng của anten theo một hướng cho trước là tỷ số giữa cường độ bức
xạ theo hướng này và cường độ bức xạ trung bình theo mọi hướng (nếu không đề
cập đến một hướng cụ thể nào thì chúng ta ngầm hiểu là hướng có biên độ bức xạ
cực đại).
D(
bxav
P
U
U
U ),(
.4
),(
),







 (2.4)
Và D
max
= D
0
= 4

bx
P
U
max
(

1) (2.5)
Trong đó:
D là độ định hướng.
D
0
= D
max
là độ định hướng cực đại.
U là cường độ bức xạ (W/sr).
U
max
là cường độ bức xạ cực đại (W/sr).
P

bx
là tổng công suất bức xạ (W).

Phạm Hữu Nhân – ĐTVT K33 Đại học Cần Thơ
17
Thông thường ta quan tâm đến D
0
nhưng quá trình tính toán D
0
rất phức tạp
và thường không xác định được dạng công thức giải tích đầy đủ. Người ta
thường sử dụng hai công thức gần đúng sau để tính D
0
.
 Công thức Kraus:
Công thức Kraus được áp dụng đối với anten có búp sóng chính hẹp và các
búp sóng phụ có biên độ không đáng kể.
D
0
=
A


4


rr 21
.
4



(2.6)
hay D
0


dd 21
.
41000

(2.7)
Trong đó:
A
 : góc khối qua đó tất cả công suất của anten được truyền qua.
rr 21
,
: khổ trường nửa công suất tính theo radian.
dd 21
, : khổ trường nửa công suất tính theo độ.
 Công thức Tai và Pereira:
D
0
=
2
2
2
1
2ln32
rr


(2.8)

rr 21
, : tính theo radian.
2.2.7 Độ lợi (Gain)
Độ lợi của anten là tỷ số giữa cường độ bức xạ U theo một hướng cho trước
và cường độ bức xạ thu được nếu công suất đưa vào anten được bức xạ đúng
hướng (isotropic).
G(
in
P
U ),(
4),




(2.9)
Nếu anten không tổn hao, P
in
= P
bx
, thì



,G
=
),(



D
.
Do các tổn hao tồn tại ở các khâu phối hợp trở kháng giữa dây truyền sóng -
anten, tổn hao đường truyền và tổn hao trên anten (do điện môi, sai phân cực),

Phạm Hữu Nhân – ĐTVT K33 Đại học Cần Thơ
18
công suất bức xạ (P
bx
) của anten luôn nhỏ hơn công suất nhận được từ nguồn
(P
in
) :
inbx
PP 
. Vì vậy trong thực tế độ lợi luôn nhỏ hơn độ định hướng.
Ta có mối quan hê:
G(


, ) = e.D(


, ) (2.10)
Với hiệu suất bức xạ e =
in
bx
P
P

(0 1


e ) (2.11)
Đơn vị dùng để biểu diễn độ lợi là dBi (độ lợi của anten định hướng) hay
dBd (độ lợi của anten half wave dipole). Để chuyển đổi từ dBd sang dBi ta chỉ
cần cộng thêm 2.2 vào dBd để được dBi.
2.2.8 Hiệu suất anten (Antenna Efficiency)
Anten là thiết bị bức xạ và thu năng lượng cho nên ta cần quan tâm đến hiệu
suất của nó để có thể đánh giá chính xác hiệu quả cũng như tổn hao về công suất
mà anten mang lại. Hiệu suất của anten chính là tỷ số giữa công suất bức xạ P
bx

và công suất máy phát đưa vào anten P
in
.
e =
in
bx
P
P
(0 1


e )
Hiệu suất tổng của anten e
t
được sử dụng để đánh giá tổn hao trên anten:
e
t

=e
r
.e
p
.e (2.12)
Trong đó:
e
r
= 1 -
2

: hiệu suất do phản xạ (do không có phối hợp trở kháng giữa
anten – dây truyền sóng).
e
p
: hiệu suất phân cực anten.

0
0
ZZ
ZZ
in
in


 : hệ số phản xạ ở ngõ ra của anten. (2.13)
Z
in
: trở kháng vào của anten.
Z

0
: trở kháng đặc tính của dây truyền sóng.
Nếu không có tổn hao trong việc phân cực anten, hiệu suất tổng được xác
định bởi:
e
t
= e.(1 -
2
 ) (2.14)