LÝ THUYẾT VÀ KỸTHUẬT ANTEN

BÀI GIẢNG CHI TIẾT
LÝ THUYẾT VÀ KỸ THUẬT ANTEN


75 tiết (5 đvht)
75 tiết (15tuần)
Chương 1 : Các nguồn bức xạ nguyên tố 10 tiết (2 tuần)
Chương 2 : Anten chấn tử đối xứng 10 tiết (2 tuần)
Chương 3 : Hệ thống bức xạ 10 tiết (3 tuần)
Chương 4 : Ảnh hưởng của mặt đất 5 tiết (2 tuần)
Chương 5 : Lý thuyết anten thu 5 tiết (2 tuần)
Chương 6 : Kỹ thuật anten 10 tiết (2 tuần)
Chương 7 : Anten sóng dài trung ngắn 5 tiết (1 tuần)
Chương 8 : Anten sóng cực ngắn 15 tiết (3 tuần)


dự trữ 5 tiết

Giáo trình : Lý thuyết và kỹ thuật anten (Phan Anh)
Tài liệu tham khảo : Electromagnetic Waves and Antennas
(
Sophocles J. Orfanidis
)




Mở đầu

- Anten là gì ?
· Vị trí của anten trong kỹ thuật vô tuyến điện (Chương 1-GT)

· Quá trình vật lý của sự bức xạ sóng điện từ (Chương 1-GT)

- Mục đích môn học :
· lý thuyết về bức xạ sóng điện từ
· lý thuyết thu sóng điện từ
· các biện pháp để cải thiện thông số kỹ thuật của anten (tăng độ định hướng, mở rộng dải tần
công tác, giảm nhỏ kích thước anten với sóng dài và sóng trung)
· phân tích được cấu trúc, đặc tính kỹ thuật của anten thường dùng
· tạo lập khả năng thiết kế, chế tạo, lắp ráp, sửa chữa các loại anten

- Cấu trúc môn học:
· phần 1 : lý thuyết anten
· phần 2 : kỹ thuật anten
· phần 3 : thiết bị anten
· Bài tập lớn
CHƯƠNG 1 : CÁC NGUỒN BỨC XẠ NGUYÊN TỐ

Khái niệm nguồn bức xạ nguyên tố
- Các anten thực tế là tập hợp của các nguồn bức xạ nguyên tố
- Khảo sát các nguồn bức xạ nguyên tố, rồi khái quát hóa (tích phân theo kích thước) có
được đặc tính của các loại anten chấn tử, anten bức xạ mặt …
- Có 3 loại nguồn bức xạ nguyên tố cơ bản : điện, từ, hỗn hợp
I. Đipol điện
1) Định nghĩa
- § 2.1 / 1 GT
-
l l=
để thỏa mãn giả thiết
I const=

2) Mô hình toán
- Biểu diễn vecto trong tọa độ decac và tọa
độ cầu (Hình 2.1)
- Khái niệm hàm bức xạ (hàm vectơ)
Đặc trưng cho nguồn bức xạ, cả về
độ lớn và hướng
- Ghi nhận và nêu y nghĩa của (2.4) và (2.5)
. .E E E E i E i
H H H
q j q q j j
q j
= + = +
= +

1
. . . .sin
4
0.
ikR e
ik
E WH e WI l
R
E WH
q j
j q
q
p
-
= =
= =

- Trong (2.4) :
4
ik
p
là hệ số tính toán (kết quả tích phân khối, hàm mũ có hằng số k…)
1
R
biểu diễn sự suy giảm biên độ trường theo khoảng cách
ikR
e
-
biểu diễn sự dịch pha theo khoảng cách
e
I l
biểu diễn độ lớn của nguồn kích thích
sinq
biểu diễn sự phụ thuộc vào phương hướng
3) Một số tính chất
- Trường bức xạ của đipôl điện là trường phân cực thẳng. Điện trường bức xạ của đipôl chỉ có
thành phần E
q
, còn từ trường chỉ có thành phần H
j
.
Mặt phẳng E là các mặt phẳng chứa trục đipôl, còn mặt phẳng H là các mặt phẳng vuông góc
với trục đipôl.
y
x
z

E
q
S
H
j
R
I
e
j
q
Dipol §iÖn
l
- Tại mỗi điểm khảo sát, các véctơ
q
E và
j
H
đều có góc pha giống nhau nên năng lượng của
trường bức xạ là năng lượng thực (năng lượng hữu công). Véctơ mật độ công suất trung bình được
xác định bởi (1.35a):

q
æ ö
= ´ =
ç ÷
è ø
2
*
1
Re

2 2
tb R
E
S E H i
W


4) Một số thông số
- Hàm phương hướng và hàm phương hướng biên độ chuẩn hóa


Hình 2.2

- Công suất bức xạ
- Điện trở bức xạ
- Hệ số định hướng

* Hãy nêu định nghĩa (hoặc khái niệm) các thông số và tính toán cho trường hợp đipol điện.
* Vẽ đồ thị phương hướng từ hàm phương hướng bằng các công cụ phần mềm đồ họa, tính
toán ( Matlab, Archim…)

II. Đipol từ
- Định nghĩa
- Áp dụng nguyên lí đổi lẫn, có được các đặc tính tương tự đipol điện
- Khái niệm dòng từ tương đương :
m
I l

- Nguyên tố bức xạ khe :
2

m
khe
I U= -

- Vòng điện nguyên tố :
m e
v
I l iI kWs=



q
j
E
q
j
= const; f
m
(
q
) = sin
q
q
= const; f
m
(
j
) = 1
z
y

x
III. Nguyên tố bức xạ hỗn hợp
1. Định nghĩa
- Nguyên tố bức xạ hỗn hợp là phần tử bức xạ bao gồm một đipôl điện và một đipol từ đặt vuông góc
với nhau. Hình 2.12 vẽ nguyên tố hỗn hợp, trong đó đipôl điện đặt theo trục x, dòng điện
e
x
I
, còn
đipôl từ đặt theo trục y, với dòng từ
m
y
I
.
- Giả sử độ dài của hai đipôl giống nhau (bằng l) còn quan hệ biên độ giữa chúng được xác định bởi:
m
y
e
x
I
I
= W, W =
m
e
.
2. Mô hình toán
Để xác định trường bức xạ của nguyên tố hỗn hợp, cần
tính các hàm bức xạ
e
G

và
m
G
. Tương tự như trường hợp
đipôl điện và từ đã khảo sát trước đây, ta có:

ü
= =
ï
ý
ï
= =
þ
e
e e
x
x x
m m
e
y y
y
G G i I l
G G i I l
(2.51)
Áp dụng (1.39) ta nhận được các thành phần của hàm bức
xạ trong hệ tọa độ cầu:
q
j
ü
= j q = j q

ï
ý
= - j = - j
ï
þ
cos cos cos cos
sin sin
e e
x x
e e
x x
G G I l
G G I l
(2.52)
q
j
ü
= j q = j q
ï
ý
= j = j
ï
þ
sin cos sin cos
cos cos
m m
y y
m m
y y
G G I l

G G I l
(2.53)
Áp dụng (1.32), đồng thời chú ý đến quan hệ (2.50) ta nhận được trường bức xạ ở khu xa:

-ikR
e
W 1
q q
= - j q
p
cos (cos + )
4
e
x
ik
E I l i
R
(2.54)

-ikR
e
W
j j
= j + q
p
sin (1 cos )
4
e
x
ik

E I l i
R
(2.57)

3. Đặc tính
* Đặc tính hướng
Đối chiếu (2.54), (2.55) với (1.43) ta có thể rút ra biểu thức đối với các thành phần của hàm phương
hướng

W 1
q
q
q j = j q( , ) cos (cos + )
e
x
f I l i
(2.56)

W
j
j
q j = - j + q( , ) sin (1 cos )
e
x
f I l i
(2.57)
Vì môđun của
q
f
và

j
f
có cực đại bằng
2.
e
x
I l
W nên hàm phương hướng biên độ chuẩn hóa sẽ có
dạng:
j
q
y
z
x
I
x
R
I
y
M(
q,j
)
e
m