Bài tập lớn nghiên cứu anten

MỤC LỤC:
A.

Nội Dung Cơ Sở Lý Thuyết Anten YaGi:

2

I.Cấu trúc của Anten Yagi..................................................................................... 2
II.Vấn đề tiếp điện và phối hợp trở kháng........................................................... 6
a. Tiếp điện cho chấn tử bằng dây song hành...................................................... 6
b. Tiếp điện cho chấn tử đối xứng bằng cáp đồng trục....................................... 8
B.

Thiết Kế:

11

I.Các bước tính toán.............................................................................................. 12
II.Thiết kế trên Matlab............................................................................................21
Hướng phát triển.....................................................................................................24
C. Kết Luận............................................................................................................. 25

Page 1


A.NỘI DUNG
CƠ SỞ LÝ THUYẾT ANTEN YAGI
I. Cấu trúc của Anten Yagi
Sơ đồ của Anten được vẽ ở hình 1.1.Nó gồm một chấn tử chủ động thường là chấn tử nửa
sóng, một chấn tử phản xạ thụ động, và một số chấn tử dẫn xạ thụđộng. Thường thì các chấn
tử phản xạ và dẫn xạ thụ động được gắn trực tiếp vớithanh đỡ kim loại. Nếu chấn tử chủ

động là chấn tử vòng dẹt thì nó cũng có thể gắntrực tiếp với thanh đỡ và kết cấu Anten sẽ trở
nên đơn giản. Việc gắn trực tiếp cácchấn tử lên thanh kim loại thực tế sẽ không ảnh hưởng gì
đến phân bố dòng điệntrên Anten vì điểm giữa của các chấn tử cũng phù hợp với nút của
điện áp. Việc sử dụng thanh đỡ bằng kim loại cũng không ảnh hưởng gì đến bức xạ của
Anten vì nó được đặt vuông góc với các chấn tử.
Hình 1.1: Mô hình Anten Yagi

Hình 1: Mô hình Anten Yagi
Để tìm hiểu nguyên lý làm việc của Anten ta hãy 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 tửchủ động được nối với
máy phát cao tần. Dưới tác dụng của trường bức xạ tạo bởiA, 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 cáchthích hợp thì P sẽ trở thành chấn tử phản xạ của A. Khi
ấy, năng lượng bức xạ củacặp A–P sẽ giảm yếu về phía chấn tử phản xạ và được tăng cường
theo hướngngược lại (hướng +z). Tương tự như vậy, nếu chọn được độ dài của D và
khoảngcách 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 vàgiảm yếu theo
Page 2


hướng ngược (hướng –z). Kết quả là năng lượng bức xạ của cả hệ sẽđược tập trung về một
phía, hình thành một kênh dẫn sóng dọc theo trục củaAnten, hướng từ chấn tử phản xạ về
phía chấn tử dẫn xạ.Theo lý thuyết chấn tử ghép, dòng điện trong chấn tử chủ động (I1) và
dòngđiện trong chấn tử thụ động (I2) có quan hệ dòng với nhau bởi biểu thức:
I2/I1=a
Tức là dòng trên chấn tử chủ động sớm pha hơn dòng trên chấn từ chủ động 1 góc .
Với a
=+ctg(X12/R12) – arctg(X22/R22)
Bằng cách thay đổi độ dài của chấn tử thụ động có thể biến đổi dấu và độ lớn của điện kháng
riêng X22 và do đó sẽ biến đổi được a và với X22 với trường hợp chấn tử có độ dài xấp xỉ nửa

bước sóng và ứng với khoảng cách d=λ/4.Càng tăng khoảng cách d thì biên độ dòng trong
chấn tử thụ động càng giảm do suy hao.Tính toán cho thấy rằng, với d ≈ (0,15 ÷ 0,25) λ thì
khi điện kháng của chấn tử thụđộng mang tính cảm kháng sẽ nhận được I2 sớm pha so với I1.

Hình 2: Sự phụ thuộc của a và ψ vào X22

Trong trường hợpnày chấn tử thụ động sẽ trở thành chấn tử phản xạ. Ngược lại, khi điện
kháng củachấn tử thụ động mang tính dung kháng thì dòng I2 sẽ chậm pha hơn so với I1
vàchấn tử thụ động sẽ trở thành chấn tử dẫn xạ.Thông thường, ở mỗi Anten Yagi chỉ có một
chấn tử làm nhiệm vụ phản xạ.Đó là vì trường bức xạ về phía ngược đã bị chấn tử này làm
Page 3


yếu đáng kể, nếu cóthêm một chấn tử nữa đặt tiếp sau nó thì chấn tử phản xạ thứ hai sẽ được
kích thíchrất yếu và do đó cũng không phát huy được tác dụng. Để tăng cường hơn nữa
hiệuquả phản xạ, trong một số trường hợp có thể sử dụng mặt phản xạ kim loại, lướikim
loại, hoặc một tập hợp vài chấn tử đặt ở khoảng cách giống nhau so với chấn tửchủ động,
khoảng cách giữa chấn tử chủ động và chấn tử phản xạ thường đượcchọn trong giới hạn(0,15
÷ 0, 25) λ.
Trong khi đó, số lượng chấn tử dẫn xạ lại có thể khá nhiều.Vì sự bức xạ củaAnten được định
hướng về phía các chấn tử dẫn xạ nên các chấn tử này được kíchthích với cường độ khá
mạnh và khi số chấn tử dẫn xạ đủ lớn sẽ hình thành mộtkênh dẫn sóng. Sóng truyền lan
trong hệ thống thuộc loại sóng chậm, nên vềnguyên lý, Anten dẫn xạ có thể được xếp vào
loại Anten sóng chậm. Số chấn tửdẫn xạ có thể từ 2 ÷ 10, đôi khi có thể lớn hơn (tới vài
chục). Khoảng cách giữachấn tử chủ động và chấn tử dẫn xạ đầu tiên, cũng như giữa các
chấn tử dẫn xạđược chọn trong khoảng (0,1 ÷ 0,35) λ.

Trong thực tế, thường dùng chấn tử chủ động là chấn tử vòng dẹt vì hai lý do chính sau đây:
– Có thể gắn trực tiếp chấn tử lên thanh đỡ kim loại, không cần dùng phần tửcách điện.
– Chấn tử vòng dẹt có trở kháng vào lớn, thuận tiện trong việc phối hợp trở kháng.

Để có được hệ số định hướng theo hướng bức xạ chính, kích thước của các chấn tử dẫn xạ và
khoảng cách giữa chúng cần được lựa chọn thích đáng, sao chođạt được quan hệ xác định đối với
dòng điện trong các chấn tử. Quan hệ tốt nhấtcần đạt được đối với các dòng điện này là tương đối
đồng đều về biên độ, với giá trị gần bằng biên độ dòng của chấn tử chủ động, và chậm dần về pha
khi di chuyển dọc theo trục Anten, từ chấn tử chủ động về phía các chấn tử dẫn xạ. Khi đạt được
quan hệ trên, trường bức xạ tổng của các chấn tử sẽ được tăng cường theo mộthướng (hướng của
các chấn tử dẫn xạ), và giảm nhỏ theo các hướng khác. Thường thì điều kiện để đạt được cực đại
Page 4


của hệ số định hướng về phía các chấn tử dẫn xạ cũng phù hợp với điều kiện để đạt được bức xạ
cực tiểu về phía các chấn tử phản xạ. Do vậy, khi Anten dẫn xạ được điều chỉnh tốt thì bức xạ của
nó sẽ trở thành đơn hướng. Vì đặc tính bức xạ của Anten có quan hệ mật thiết với các kích thước
tương đối của Anten (kích thước so với bước sóng) nên Anten Yagi thuộc loại Anten dải hẹp.Dải
tần số của Anten khi hệ số định hướng chính biến đổi dưới 3dB đạt được khoảng vài phần trăm.
Khi số lượng chấn tử dẫn xạ khá lớn, việc điềuchỉnh thực nghiệm đối với Anten sẽ rất phức tạp vì
khi thay đổi độ dài hoặc vị trícủa mỗi chấn tử sẽ dẫn đến sự thay đổi biên độ và pha của dòng
điện trong tất cảcác chấn tử.
Việc xác định sơ bộ các kích thước và thông số của anten có thể được tiến hành theo phương
pháp của lý thuyết anten sóng chậm.Giả thiết các chấn tử dẫn xạ có độ dài bằng nhau và gần bằng
một nửa bước sóng,chúng ta đặt cách đều nhau dọc theo trục z và tạo thành một cấu trúc sóng
chậm với hệ số sóng chậm =

.

Để tính đúng hệ số sóng chậmta giả thiết kết cấu có kích thước vô hạn theo trục z .Giả thiết
này nhằm loại bỏ việc khảo sát sóng phản xạ đầu cuối của kết cấu.Qua phân tích đã cho thấy
rằng sóng điện từ truyền lan dọc theo kết cấu sẽ có năng lượng tập trung gần các chấn tử và
tạo ra dòng trong các chấn tử có biên độ bằng nhau nhưng lệch nhau .Nếu d là khoảng cách
giữa hai chấn tử thì hệ số pha của sóng chậm được xác định bởi:

Ta có hệ số chậm bằng:
Hệ số sóng chậm phụ thuộc vào độ dài l của các chấn tử và khoảng cách d giữa chúng.Với
độ dài của anten L=Nd có thể xác định được hệ số chậm tốt nhất theo công thức:
opt=1+

II. Vấn đề tiếp điện và phối hợp trở kháng
Chấn tử đơn giản được ứng dụng phổ biến nhất là chấn tử nửa sóng (2l=λ/2).Để tiếp điện
cho chấn tử ở dải sóng cực ngắn có thể dùng đường dây song hànhhoặc cáp đồng trục.
Page 5


a. Tiếp điện cho chấn tử bằng dây song hành
Biết trở kháng vào của chấn tử nửa sóng khoảng 73Ω.Nếu chấn tử được tiếpđiện bằng đường
dây song hành (trở kháng của dây song hành thông thường có giátrị khoảng 200Ω đến 600
Ω) thì hệ số sóng chạy trong fide sẽ khá thấp. Để khắc phục nhược điểm này có thể chế tạo
các đường dây song hành đặc biệt có trở kháng thấp.Trở kháng sóng của dây song hành
được xác định theo công thức:
R= x
Trong đó:
D – khoảng cách hai dây dẫn tính từ tâm;
d – đường kính dây dẫn;
ε’ – hằng số điện môi tương đối của môt trường bao quanh dây dẫn.Để giảm nhỏ trở kháng
song của dây song hành, có thể giảm tỷ số D / d (cónghĩa là tăng đường kính dây dẫn hoặc
giảm khoảng cách giữa hai dây), hoặc bao bọc đường dây bởi điện môi cólớn. Trong thực tế
khoảng cách D không thểgiảm nhỏ tùy ý vì nó có quan hệ với điện áp chịu đựng của đường
dây. Người ta chế tạo dây song hành có khoảng cách nhỏ, được bao bọc trong điện môi
cólớn và bên ngoài có vỏ kim loại. Loại dây song hành này có trở kháng sóng khoảng75Ω,
có thể sử dụng để tiếp điện cho chấn tử ở dải sóng cực ngắn và sóng ngắn. Nhưng nhược
điểm của nó là điện áp chịu đựng thấp.Điện áp cho phép cực đạithường không vượt quá

1kV.Vì vậy loại fide này chỉ được sử dụng cho thiết bị thuhoặc phát có công suất nhỏ.
– Chấn tử kiểu T:
Một dạng khác của sơ đồ tiếp điện song song là sơ đồ phốihợp kiểu T (hình 3a).

Hình 3: Sơ đồ tiếp điện kiểu T
Page 6


-

Mạch tương đương của sơ đồ kiểu T (hình 3b) tương tự mạch tương đươngcủa sơ đồ kiểu
Y. Nguyên lý làm việc của sơ đồ kiểu T cũng tương tự nguyên lýlàm việc của sơ đồ kiểu
Y. Tuy nhiên trong trường hợp này đoạn fide chuyển tiếpOA đã biến dạng thành đoạn
dây dẫn song song với chấn tử nên cần phải tính đếnsự khác biệt về trở kháng sóng với
fide chính và cũng không thể bỏ qua hiệu ứng bức xạ. Đầu vào của chấn tử trong trường
hợp này cần phải được coi là tại OO nêntrở kháng vào của chấn tử bây giờ sẽ là trở kháng
tại AA biến đổi qua đoạn fidechuyển tiếp OA. Có thể chứng minh rằng trở kháng vào tại
OO sẽ đạt cực đại khi l1= λ / 8 và giảm dần khi tiếp tục tăng l1. Đồng thời trị số của các
trở kháng này cóthể thay đổitỷ lệ của các đường kính d1,d2và khoảng cách giữa chúng.

Nếu dùng dây song hành có trở kháng sóng 600 Ohm để tiếp điện cho chấn tử nửa sóng thì
các kích thước của sơ đồ phối hợp kiểu T có thể xác định gần đúngnhư sau:
D = (0,01 ÷ 0,02) λ
d1=d2;
l1 = (0,09 ÷ 0,1) λ
– Chấn tử vòng dẹt
Khi dịch chuyển điểm AA (hình 3a) ra tới đầu mút chấn tử ta có chấn tửvòng dẹt (hình 4a).

Hình 4: Sơ đồ tiếp điện cho chấn tử vòng dẹt
Trường hợp này ta nhận được hai chấn tử nửa sóng có đầu cuối nối vớinhau, gọi là các chấn

tử nhánh.Fide tiếp điện được mắc vào điểm giữa của mộttrong hai chấn tử, còn chấn tử thứ
hai được ngắn mạch ở giữa. Sơ đồ tương đươngcủa hệ thống là một đoạn dây song hành dài
λ/2, ngắn mạch tại C, đầu vào là OO(hình 4b). Phân bố dòng trên đường dây được vẽ bởi các
nét đứt còn các mũi tênchỉ chiều dòng điện. Ta nhận thấy hai chấn tử nhánh được kích thích
Page 7


đồng pha, bụng dòng nằm tại điểm giữa chấn tử, còn nút dòng tại A–A. Trường bức xạ
tổngtạo bởi hai phần tử tương ứng nhau trên các chấn tử nhánh và sẽ bằng trường bứcxạ tạo
bởi một phần tử nhưng có dòng điện lớn gấp đôi. Vì vậy khi tính trường bứcxạ ở khu xa có
thể thay thế chấn tử vòng dẹt bởi một chấn tử nửa sóng đối xứngmà dòng điện trong đó bằng
dòng điện trong hai chấn tử nhánh tại mỗi vị trí tươngứng.Như vậy có thể thấy rằng hướng
tính của chấn tử vòng dẹt cũng giống nhưhướng tính của chấn tử nửa sóng.
b. Tiếp điện cho chấn tử đối xứng bằng cáp đồng trục
Như trên đã khảo sát vấn đề tiếp điện và phối hợp trở kháng cho chấn tử đốixứng bằng dây
song hành. Dây song hành là một loại fide đối xứng, vì vậy việctiếp điện cho chấn tử không
cần thiết bị chuyển đổi.Tuy nhiên, khi tần số tăng thìhiệu ứng bức xạ của dây song hành
cũng tăng, dẫn đến tổn hao năng lượng và méodạng đồ thị phương hướng của chấn tử.Vì
vậy, để tiếp điện cho chấn tử đối xứng ở dải sóng cực ngắn, người ta thường dùng cáp song
hành (dây song hành có vỏ bọckim loại) hoặc dùng cáp đồng trục.Hình 5.10 là sơ đồ mắc
trực tiếp chấn tử đối xứng và cáp đồng trục, khôngcó thiết bị chuyển đổi.

Hình 5: Sơ đồ mắc trực tiếp cáp đồng trục vào chấn tử đối xứng
Trong trường hợp này, toàn bộ dòng I1chảy ở trong lõi của cáp được tiếpcho một nhánh chấn
tử, còn dòng I2chảy ở mặt trong của vỏ cáp sẽ phân nhánhthànhdòng I2’ tiếp cho nhánh thứ
hai của chấn tử và dòng I2” chảy ra mặt ngoàicủa vỏ cáp. Vì biên độ dòngI1vàI2giống nhau (|
I1|=|I2|) nên biên độ của dòng điệntiếp cho hai vế sẽ khác nhau nghĩa là không thực hiện được
Page 8

việctiếp điện đối xứngcho chấn tử. Trong khi đó dòng I2” chảy ở mặt ngoài của vỏ cáp sẽ trở
thành nguồn bức xạ ký sinh không những gây hao phí năng lượng mà còn làm méo dạng đồ
thị phương hướng của chấn tử.
Để giảm bớt sự mất đối xứng khi tiếp điện cho chấn tử bằng cáp đồng trục,có thể mắc chấn tử với
cáp theo sơ đồ phối hợp kiểu Γ (hình 6a). Nếu chấn tửcó độ dài bằng nửa bước sóng thì điểm giữa
O của chấn tử sẽ là điểm bụng dòngđiện và nút điện áp, do đó nó có thể được coi là điểm gốc
điện thế. Vì vậy việc nốitrực tiếp O với vỏ cáp tiếp điện sẽ không làm mất tính đối xứng của chấn
tử.Dâydẫn trong của cáp được nối với chấn tử ở điểm có trở kháng phù hợp với trở khángsóng
của fide.Trong thực tế, để thuận tiện trong việc điều chỉnh phối hợp trởkháng giữa fide và chấn
tử, có thể mắc thêm tụ điều chuẩn (hình vẽ 5.11b), song nókhông đảm bảo việc tiếp điện đối xứng
một cách hoàn hảo.

Hình 6: Sơ đồ phối hợp kiểu Γ

Page 9


Thông thường để tiếp điện đối xứng cho chấn tử bằng cáp đồng trục cần cóthiết bị chuyển
đổi mắc giữa fide và chấn tử.Thiết bị chuyển đổi này được gọi làthiết bị biến đổi đối
xứng.Sơ đồ của bộ biến đổi được vẽ ở hình 7.

Hình 7: Sơ đồ bộ biến đổi đối xứng
Hai nhánh của chấn tử không nối trực tiếp với vỏ và lõi của fide tiếp điện màđược chuyển
đổi qua một đoạn cáp.Hình 7a là sơ đồ biến đổi đối xứng chữ U dùng tiếp điện cho chấn tử
nửa sóng đơn giản. Fide tiếp điện được mắc vào điểm c, có khoảng cách tới hai đầu chữ U
bằng l1, l2khác nhau nửa bước sóng (l1– l2= λ’ / 2 với λ’ là bước sóng trongcáp đồng trục).
Trở kháng tại đầu cuối a, b của vòng chữ U có giá trị bằng nhau và bằng một nửa trở kháng
vào của chấn tử đối xứng.Trở kháng phản ánh từ đầu cuối a, b về điểm c qua đoạn l1và l2 sẽ
có giá trị bằng nhau.Dòng điện của fide tiếpđiện sẽ phânthành hai nhánh cóbiên độ bằng
nhau chảy về hai phía của vòng chữ U tiếp cho hainhánh của chấn tử. Vì khoảng cách từ c

tới a và b khác nhau nửa bước sóng nên dòng I1và I2 tại các đầu cuối a và b sẽ có pha ngược
nhau, nghĩa là tại đầu vào chấn tử đã hình thành các dòng giống như dòng điện được đưa tới
từhai nhánh của đường dây song hành.

B. Thiết Kế.
Page 10


Đề tài 9:Thiết kế anten YAGI 7 chấn tử làm việc ở f = 150MHz, Zvv =75Ω có
độ rộng đồ thị phương hướng 2θ0 = 250
I.Các bước tính toán
1.Tính toán các thông số.
-Giả thiết anten YAGI có tần số f=150 MHz nên ta xác định được bước sóng.
λ =(3.108)/(150.106)=2(m)
Với độ rộng đồ thị phương hướng 2θ0 = 250 ta xác định được hệ số định hướng D theo công thức:

D= .

( ;.)

D = dB.
Mà theo lý thuyết hệ số định hướngDmax = A x .
Trong đó L là chiều dài anten. L=dpx+N.dx
Hệ số A và phụ thuộc với nhau như biểu diễn trên đồ thị :

Chấn tử chủ động làm Anten là chấn tử nửa sóng. Đối với Anten loại này, dòng trong chấn tử thụ
động được cảm ứng do trường được tạo bởi chấn tử chủ động. Còn pha của dòng trong các chấn tử thụ
động có thể điều chỉnh được để đảm bảo nhận được sự bức xạ đơn hướng.Với mục đích như trên (dòng
trong thanh phản xạ nhanh pha hơn so với dòng trong thanh phát xạ) thì độ dài của thanh phản xạ cần
chọn lớn hơn độ dài thanh phát xạ (chấn tử 0). Thường thì độ dài thanh phản xạ được chọn trong giới

hạn (0,51 ÷ 0,53) λ. Còn khoảng cách giữa thanh phản xạ và phát xạ được chọn trong giới hạn (0,15 ÷
0,25) λ.
Pha yêu cầu trong thanh dẫn xạ (chậm pha so với dòng trong chấn tử chủ động) cũng được đảm bảo
Page 11


bằng cách chọn độ dài của nó, thông thường độ dài thanh dẫn xạ ngắn hơn độ dài của chấn tử chủ động
khoảng cách giữa thanh dẫn xạ đầu tiên với thanh phát xạ cũng như giữa các thanh dẫn xạ với nhau
được chọn trong giới hạn (0,1 ÷ 0,35) λ.

Khoảng cách các thanh được chọn trong giới hạn:
dpx = (0,15 ÷ 0,25)λ
ddx = (0,1 ÷ 0,35)λ.
Vì hệ số định hướng của anten lớn nên độ dài anten phải dài nhất có thể. Do đó ta
chọn khoảng cách dpx = 0,25λ và ddx = 0,35λ.
Suy ra chiều dài anten: L = dpx + N. ddx =0,25.2+5.0,35.2= 4 (m)

Qua công thức,ξ=1+ chúng ta xác định được hệ số sóng chậm tốt nhất là:
ξ=1+=1+1,25
Với yêu cầu như trên chúng ta chọn độ dài và khoảng cách của các chấn tử như sau:
Do anten có các chấn tử đối xứng qua trục nên ta có:
+ Khoảng cách giữa chấn tử phát xạ và chấn tử phản xạ:
dpx=0,25 λ=0,252=0,5(m)
+ Khoảng cách giữa chấn tử chủ động với chấn tử dẫn xạ đầu tiên cũng nhưgiữa các chấn tử
dẫn xạ với nhau:
ddx=0,35 λ=0,35.=0,7(m)

Page 12

-Tính độ dài các chấn tử dẫn xạ,phản xạ,chủ động:
*Gọi chiều dài của chấn tử phản xạ là:lpx
*Chiều dài của chấn tử chủ động là:lcđ
*Chiều dài các chấn tử dẫn xạ lần lượt là:l1dx ,l2dx ,l3dx,l4dx,l5dx.
*Độ chênh lệch chiều dài giữa chấn tử dẫn xạ đầu tiên với chấn tử chủ động và giữa các
chấn tử dẫn xạ với nhau lần lượt là:l1 ,l2 ,l3 , l4 , l5 .


Theo lý thuyết về chấn tử đối xứng để xảy ra cộng hưởng thì anten phải được thiết kế sao cho
độ dài của chấn tử trước và chấn tử sau phải chênh lệch nhau 1 khoảng l đủ lớn.
Ta có công thức xác định điện kháng:
Xl=A cotg (1)
Trong đó A là trở kháng sóng của anten và được xác định bằng công thức:
A

=120(ln-1)

Công thức trên được xác định trong trường hợp l <.
a:Đường kính của chấn tử.
Độ dài cộng hưởng của chấn tử được xác định bằng phương trình:
Xtổng-A cotg =0
Mặt khác,thay l=0.5-l ta có
cotg =cotg=tg
Trong nhiều trường hợp l khá nhỏ nên có thể coi gần đúng:
tg(kl/2)=kl/2
Ta nhận được công thức:

l= (2)
Page 13

Áp dụng vào bài toán giả thiết anten được cấu tạo từ những chấn tử có đường kính như
nhau:
Chọn a=(m).ta xác định được:
A

=120(ln-1)=120(ln-1)=708,93Ω

Chấn tử chủ động được chọn cố định có chiều dài lcđ= =1 (m).
Bằng thực nghiệm ta tìm được ứng với l=0.5 thì Xtổng=42.5Ω
Thay vào (2) ta có:
l1==0.04(m).
Vậy chiều dài chấn tử dẫn xạ thứ nhất là:
l1dx=lcđ -l1=1-0,04=0,96(m).
Vì rất nhỏ nên chiều dài của các chấn tử dẫn xạ gần xấp xỉ bằng nửa bước sóng theo lý
thuyết thì Xtổng42.5Ω.Do đó khoảng cách giữa các chấn tử không thay đổi:
l1l2 =l3=l4=l5=0.04(m).
Chiều dài chấn tử dẫn xạ thứ hai là:
l2dx=l1dx -l2=0,96-0,04=0.0,92(m).
Chiều dài chấn tử dẫn xạ thứ ba là:
l3dx=l2dx -l3=0,92-0,04=0,88(m).
Chiều dài chấn tử dẫn xạ thứ tư là:
L4dx=l3dx -l4=0,88-0,04=0,84(m).
Chiều dài chấn tử dẫn xạ thứ năm là:
L5dx=l4dx -l5=0,84-0,04=0,80(m).
Chiều dài chấn tử phản xạ là:
lpx=lcđ + l=1+0,04=1,04(m).
Page 14

*Kết luận:
Vậy anten cần thiết kế có các số liệu như sau:
lpx=1,04(m).
lcđ=1,00(m).
l1dx=0,96(m).
l2dx=0,92(m).
l3dx=0,88(m).
l4dx=0,84(m)
l5dx=0,80(m)
dpx=0,25 λ=0,252=0,5(m)
ddx=0,35 λ=0,35.=0,7(m)
L=4m
Hình minh họa

Page 15


Phối hợp trở kháng
Giả thiết anten chúng ta cần thiết kế có Zv=75Ω.Đối với anten YAGI việc phối hợp trở
kháng phụ thuộc trực tiếp vào chấn tử phát xạ (chấn tử chủ động) do chấn tử này được nối
trực tiếp với nguồn,các chấn tử còn lại đều là chấn tử thụ động.Để thuận lợi trong trường
hợp này ta chọn cách phối hợp anten chữ U.
Trên hình vẽ ta thấy từ điểm tiếp điện C đến (1) và (2) lệch nhau một đoạn =.Dòng điện tải
(1),(2) ngược pha nhau thỏa mãn tính chất đối xứng pha.Biên độ I1 và I2 đều bằng nhau vì
đều là dòng lõi.
Trở kháng:Z12=ZVA=Z’=75 Ω
Z10=Z20.Điểm O nằm trên mặt đẳng thế của vỏ cáp:Z10=Z20===37,5 Ω
Mặt khác:
lc-2=.
Zt=Z20 =>ZV(c-2)=(Zod2)/Zt=(752)/(75/2)=150 Ω.

Khảo sát Zv từ C-(1):l2=l1+ .Khi đó một đoạn l= ta có Zv=Zt không phụ thuộc vào Z0.





ZV(c-1)= ZV(c-2)= 150 Ω
Zvc= ZV(c-1)// ZV(c-2)=150//150=75 Ω.
Đối chiếu đường dây tiếp điện 75 Ω
Có phối hợp trở kháng.

Page 16


Hình 1.Phối hợp trở kháng cho anten chữ U

Tính đặc trưng hướng
Anten Yagi có thể coi như 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 từu một số chấn tử khi
tính đến ảnh hưởng của đất thì đặc trưng hướng của nó được xác đinh bằng
công thức:
ƒ(θ, φ) = ƒ1(θ,φ) . ƒ2(θ,φ) . ƒ3(θ,φ)
Trong đó:
ƒ1(θ,φ) - Thừa số xác định đặc trưng của một chấn tử:
Trong mặt phẳng E

Trong mặt phẳng H

ƒ2(θ,φ) - Thừa số của hệ:
Page 17


Ij - biên độ dòng trên chấn tử j
I0 - biên độ dòng trên chấn tử chủ động
Φj - pha của dòng trên chấn tử thứ j
dz - khoảng cách từ chấn tử j đến chấn tử 0
Ta coi dòng trong các chấn tử là như nhau. Suy ra tỷ số

Vì vai trò chủ yếu quyết định dạng đặc trưng hướng là phân bố pha chứ không phải là
phân bố biên độ.
dz = (j-2) dtb
Với dtb khoảng cách trung bình giữa các chấn tử;

Φj = -k. dz: pha của dòng điện trên các chấn tử giảm theo quy luật tuyến tính; θ : góc tạo
bởi phương điểm quan sát với trục chấn tử,
Suy ra

Biến đổi ta được

Vì hệ anten có N+2 chấn tử nên :
Page 18


Hàm phương hướng biên độ chuẩn hóa của hệ có dạng

ƒ3(θ,φ) - Thừa số ảnh hưởng của đất (trong mặt phẳng H).

h : độ cao anten

Đặc trưng hướng chuẩn hóa trong mặt phẳng E

Đặc trưng hướng chuẩn hóa trong mặt phẳng H
Không xét đến ảnh hưởng của đất

Xét đến ảnh hưởng của đất thì:

Page 19


II.Thiết kế trên Matlab
CODE: chương trình thiết kế.
>>clear all
>>clc
disp('Chuong trinh ve do thi buc xa cua an ten YAGI');
disp('GVHD: Nguyen Khuyen');
disp('SVTH: Do Van Thang, Nguyen Van Giang, Nguyen Duc Quy, Nguyen Thanh Binh');
N=input('Nhap vao so chan tu dan xa N=');
f=input('Nhap vao tan so theo MHz: f=');
dpx=input(' Nhap k/c giua chan tu phat xa va phan xa dpx = ');
ddx=input(' Nhap k/c giua chan tu phat xa va dan xa ddx= ');
L=dpx+N*ddx;
lambda=3e2/f;
k=2*pi/lambda;
dtb=L/(N+2-1);
x=0:pi/100:2*pi;
y=abs(sin((N+2)/2*k*dtb*(1-cos(x)))./((N+2)*sin(k/2*dtb*(1-cos(x)))));

Page 20

figure
polar(x,y,'m')
title('Do thi buc xa trong mp H khong tinh anh huong cua dat')
z=abs((sin((N+2)/2*k*dtb*(1-cos(x)))./((N+2)*sin(k/2*dtb*(1cos(x))))).*(cos(pi/2*sin(x))./cos(x)));
figure
polar(x,z)
title('Do thi buc xa trong mat phang E khong tinh anh huong cua dat')
Chạy thử ta được:
Chuong trinh ve do thi buc xa cua an ten YAGI
GVHD: Nguyen Khuyen
SVTH: Do Van Thang, Nguyen Van Giang, Nguyen Duc Quy, Nguyen Thanh Binh
Nhap vao so chan tu dan xa N=5
Nhap vao tan so theo MHz: f=150
Nhap k/c giua chan tu phat xa va phan xa dpx = 0.5
Nhap k/c giua chan tu phat xa va dan xa ddx= 0.7

Page 21


Page 22


HƯỚNG PHÁT TRIỂN
Anten Yagi dùng để thu các tín hiệu truyền hình tương tự là chủ yếu, nó được thiết
kế đơn giản, gọn nhẹ và kinh tế. Tuy nhiên việc thiết kế Anten được
trình bày trong tập đồ án này chưa được thiết kế và tính toán tối ưu. Do đó khi phát
triển hơn nữa cần xét đến việc tính toán tối ưu là thiết kế Anten sao cho đạt được các chỉ
tiêu chất lượng cao nhất như: hệ số định hướng cần đạt được, mức bức xạ

phụ, mức bức xạ ngược, dải tần công tác……
Trong kỷ nguyên thông tin ngày nay sự phát triển của công nghệ thông tin di
động, thông tin vệ tinh đòi hỏi phải có những hướng nghiên cứu sâu hơn rộng hơn, để tìm
ra được các loại cấu hình Anten phù hợp, đáp ứng được nhu cầu truyền tải
thông tin đa phương tiện là hết sức thiết thực.
Page 23


Do vậy việc nghiên cứu Anten với sự hỗ trợ ngày càng mạnh hơn của kỹ
thuật máy tính có thể tạo ra bước đột phá trong ngành thông tin liên lạc cũng như các dịch
vụ giải trí truyền hình.

C. Kết Luận
Sau quá trình làm bài tập lớn chúng em đã rút ra được một số kinh nghiệm và tìm hiểu thêm
được nhiều kiến thức hơn trong lĩnh vực thiết kế anten và học tập nghiên cứu sau này, chúng
em xin chân thành cảm ơn thầy đã giúp đỡ chúng em trong quá trình hoàn thiện bài tập lớn!
Chúng em xin chúc thầy và gia đình mạnh khoẻ!

Page 24


Tài liệu tham khảo:
Trường Điên từ_Tác giả:Nguyễn Khuyến-Lâm Hồng Thạch.
Lý thuyết kỹ thuật anten và truyến sóng_Tác giả:Phan Anh

Page 25