ĐĂC TÍNH của dàn ANTEN CHẤN tử KHE TRÊN ỐNG dẫn SÓNG

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

HỌ VÀ TÊN SINH VIÊN:NGUYỄN XUÂN TUẤN

BÀI TẬP LỚN

ĐẶC TÍNH DÀN ANTEN CHẤN TỬ KHE TRÊN ỐNG DẪN
SÓNG

HẢI PHÒNG - 2016...


BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

HỌ VÀ TÊN SINH VIÊN:NGUYỄN XUÂN TUẤN

BÀI TẬP LỚN
ĐẶC TÍNH DÀN ANTEN CHẤN TỬ KHE TRÊN ỐNG DẪN SÓNG

NGÀNH:ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

Người hướng dẫn:PGS.TS:TRẦN XUÂN VIỆT

HẢI PHÒNG - 2016...


MỤC LỤC
I.CÂU TAO…………………………………………………………………………..
II.PHÂN LOẠI……………………………………………………………………….
III.ANTEN KHE NỬA SÓNG………………………………………………………
IV.ANTEN KHE ỐNG DẪN SÓNG………………………………………………..
V.HỆ ANTEN KHE TRONG ỐNG DẪN SÓNG…………………………………..
VI.KẾT LUẬN……………………………………………………………………….

NỘI DUNG

I.CẤU TẠO:
Cấu tạo là một khe hẹp hoặc một l lỗ được cắt ra trên thanh kim loại.Năng lương đươc
anten tiếp nhận và bức xạ qua khe.
II.PHÂN LOẠI:
Anten được chia làm 2 loại:
• Anten khe nửa sóng
• Anten khe-ống dẫn sóng
Anten khe được ứng dụng rỗng rãi vì kích thước và thiết kế đơn giản nhưng lại rất
thuận lợi trong lĩnh vực sản xuất và đời sống.
III.Anten khe nửa sóng.
Xét trường hợp khe chỉ bức xạ vào một nửa không gian


Hình vẽ trên ứng với trường hợp trong 1 khe hẹp với bước sóng có độ dài là λ/2 cắt
trên thành ống .

Trường bức xạ sẽ gồm có 2 thành phần cơ bản là Eφ và Hθ
Cường độ của anten được biểu diễn qua công thức sau đây:

Eϕ = i

U 0khe cos( π2 cosθ ) e− ikR
π
sin θ
R

Hθ = −i
khe

U0

WU 0khe cos( π2 cosθ ) e− ikR
π
sin θ
R

: được gọi là điện áp nằm ở điểm giữa của khe.

Đồ thị phương hướng của anten khe xét trong 2 trường hợp :trường hợp mặt phẳng đi
qua trục của khe và mặt phẳng vuông góc với trục của khe hẹp tương ứng với 2 mặt
phẳng H và E.


a) Đồ thị phương hướng của anten khe nửa sóng trong mặt phẳng H( mặt phẳng qua
trục của khe)
b) Đồ thị phương hướng của anten khe nửa sóng trong mặt phẳng E (mặt phẳng vuông

góc với trục của khe)
khe chỉ bức xạ vào một nữa của miền không gian vì thế mà đồ thị phương hướng của
chúng sẽ chỉ có ý nghĩa trong ½ mặt phẳng khảo sát.
so sánh đánh giá biểu thức của anten khe và trường bức xạ của chấn tự điện ta sẽ
nhận được điều kiện bức xạ anten ra không gian với cường độ bằng (về mặt trị số)
cường độ của chấn tử điện.
Ta được công thức:
U 0khe = 12 WI 02
Khảo sát khe nguyên tố với điều kiện như sau: I = 1 ampe cường độ trường do chấn
tử điện tạo ra sẽ bằng với cường đồ trường do khe tạo ra bởi điện áp đầu vào có trị số
bằng 60π vôn
Ta được biểu thức:

G∑khe =

e
4 R∑

W2

Khi ta cắt khe trên một bản kim loại mỏng -> thu được điện dẫn bức xạ của chấn tử
khe.
e
Có R∑ có nghĩa là điện trở bức xạ của chấn tử tường đương.


( chấn tử dẹt)
Mối quan hệ giữa thành phần dẫn nạp khe 2 mặt với trở kháng vào của chấn tử điện.
e

Yykhe = UI00 = 4WZ2v
Trong đó:

e

Zv

trở kháng vào chấn tử điện tương đương

Xét trường hợp khe 1 mặt được xác định:
khe
∑

G

khe
y

Y

=

e
2 R∑

W2

2 Z ve

= W2

Nhận xet: công suất bức xạ của khe 1 mặt bằng ½ công suất bức xạ của khe 2 mặt. vì
vậy mà điện dẫn bức xạ của khe 1 mặt bằng ½ điện dẫn bức xạ khe 2 mặt.
Gia trị điện dẫn bức xạ khe nửa sóng một mặt là:
1
G∑khe = 0, 001026 Ω

Khe một mặt trong trường hợp ta cắt trên tâm kim loại và dùng hộp để che chắn đi 1
bên của nó:


Độ cao của hộp sấp xỉ với giá trị λ/4 khi ta biễu điện dang đơn giản nhất của hộp ( 1
dây song hành ngắn mạch đầu cuối và chiều dài h=λ/4) Zvào vô cùng lớn.
Đồ thị phương hướng trong mặt phẳng E của anten khe 1 mặt.

Đồ thị phương hướng của anten xét trong mặt phẳng E sẽ phụ thuộc vào kích thước
vecto E với tấm kim loại theo chiều song song, trong khi đó đồ thị phương hướng xét
trong mặt phẳng H lại phụ thuộc rất ít vào kích thước kim loại. Trường hợp trên có
thể xác định được bằng nguyên lý đổi lẫn.
IV.Anten khe--ống dẫn sóng.
a. Nguyên lí:


Anten đươc cấu tạo gồm 1 ống dẫn sóng hình tròn hay hình chữ nhật trên đó được cắt
1 hoặc nhiều khe.Độ dài bằng nửa bước sóng.
Nếu ống dẫn sóng là hình tròn:H11 là dạng sóng kích thích
Nếu ống dẫn sóng là hình chữ nhật:H 10 là dạng sóng kích thích
Dòng điện mặt xuất hiện trong thành ống khi có sóng điện từ lan truyền trong ống dẫn
sóng. Biểu thức vecto mật độ dòng:
J se =  n × H 

n - là Véctơ pháp tuyến với mặt trong của thành ống,
H - gọi là Véctơ cường độ từ trường trên bề mặt thành ống.

Vecto từ trường gồm có 2 thành phần (khi truyền sóng H10) đó là:

H x = H 0 cos ( πax ) e − iβ z
H z = −iAH 0 sin ( πax ) e − iβ z
Trong đó các giá trị như sau:a là độ rộng thành hẹp trong ống dẫn sóng
Ho biên độ max của cường độ trường
A là 1 giá trị hằng số
Xét trong mặt thành ống ta có được thành phần ngang Jx và Jy ( do từ trường dọc Hz)
Từ trường ngang Hx thành phần dòng dọc Jz

Nếu khe cắt các đường sức từ của ống dẫn sóng nằm trên thành của ống dẫn  Idẫn
sẽ bị gián đoạn( trên thành của ống dẫn sóng) chuyển thành Idịch vông góc với 2
mép khe.


Idịch sẽ đạt giá trị cực đại khi ta đặt vuống góc các đường sức mật độ dòng điện.
Khi ấy sự kích thích khe là mạnh nhất.
Dưới đây là sự sắp xếp các khe khác nhau trên thành ống dẫn sóng:

Các thành phần ngang như Jx Jy kích thích Khe dọc (1) nó cắt trong 2 trường hợp
bản rộng và bản hẹp.
Các thành phần điện của mật độ dòng điện Jz kích thích khe ngang ống dẫn sóng (2)
Với trường hợp này nếu cắt trên bản hep thì Hx= Jz = 0 vì thế chỉ có thể cắt trên bản
rộng.
Nếu như khe ngang chỉ có thể cắt trên bản rộng thì khe nghiêng (3) có thể cắt trên cả
bản rộng và bản hẹp với sự kích thích của thành phần dòng điện dù dọc hay ngang
đều được.

Loại thứ(4) là khe chữ thập đó là sự kết hợp của 2 yêu tố khe dọc và khe ngang vì vậy
mà nó hội tụ đước cả đặc điểm của 2 loại khe trên.
vì Idoc và Ingang lếch pha nhau 90 độ.Loại khe hình chữ thập bức xạ sóng phân cực
tròn theo hướng vuôn góc 90 độ với thành rộng của ống dẫn.
V. hệ anten khe trong ống dẫn sóng
Việc thiết lập một hệ thống anten có hệ thống các khe cắt trên ống dẫn có ý nghĩa với
việc tạo ra được các dạng đồ thị phương hướng của anten hẹp hay rộng đặc biệt hay
có thể điều khiển được bằng tần số.


Xét anten đồng pha: là loại anten có cấu tạo ống dẫn sóng được nối tắt đầu cuối với và
được điểu chỉnh bởi pistông ngắn mạch.Nếu ống dẫn là hình chữ nhật thì các khe sẽ
được cặt theo chiều dọc và được bố trí so le đều về 2 phía của đường trung bình.

Hình vẽ biểu thị dùng thăm đặt giữa tấm rộng của ống dẫn sóng điều chỉnh
bằng pistông ngắn
Cường độ kích thích các khe phụ thuộc vào 2 yếu tố:
• Khoảng cách tính từ tâm khe đến đường trung bình
• Khoảng cách của 2 tâm khe kề với nhau và khoảng cách từ khe ấy đến pistông ngắn
mạch.
Sự xuất hiện của sóng đứng trong ống dẫn sóng trên bờ mặt vật dẫn lý tưởng
như hình vẽ:

Như hình vẽ: tại đầu cuối ống dẫn sóng xuất hiện bụng của Hx và nút Hz.
Để đạt được cường độ kích thích cưc đại thì khoảng cách từ khe đến pisstong phải đạt
giá trị Λ/4 hay theo công thức tính:

L = (2n + 1) Λ4

Với n= 0,1,2,3,4,5.......

Nếu trường hợp khe ngang ta có công thức:


L = n Λ2
Với n= 0,1,2,3,4,5.....
Khoảng cách lúc này từ khe đến pisstong đạt giá trị Λ/2
Trường hợp khe ngang ít được sử dụng vào thực tế bởi khoảng cách của 2 khe kề
nhau phải bằng Λ điều đó khó kích thích đồng pha.
Xét trường hợp hệ thống khe dọc đồng pha:
Hàm phương hướng được thể hiện qua biểu thưc
π
Nkd
E
1 cos ( 2 sin θ ) sin ( 2 sin θ )
F
= Emax = N cosθ sin ( kd sinθ )

(θ )

2

Trong đó: N chính là số khe
d được gọi là khoảng cách giữa 2 tâm khe mà nằm kề với nhau
θgóc pháp tuyến
Hệ số định hướng là: D= 3,2 N
Tại vị trí khe đầu tiền từ máy phát điện dẫn vào anten được biểu thi

Khoảng cách Λ/2vơi 2 khe kề nhau cùng với L = (2n + 1) Λ4 thì điện dẫn đi vào anten
là:
'

GV' . A = NGkhe
'
Gkhe
được gọi là điện dẫn vào 1 khe đơn xác định theo biểu thưc:
aΛ
 πλ  2  π x1 
GV' = GvWtd = 2, 09
cos 2 
÷sin 
÷
bλ
 2Λ 
 a 

Với: a là độ rộng tấm lớn ống dẫn song
b là độ rộng tấm nhỏ ống dẫn sóng
λ- bước sóng trong không gian tự do

Gkhe =

1
NWtd

Theo hàm chuẩn hóa ta có:


'
Gkhe
=

1
N

'
GV' . A = NGkhe
=1

Khi ấy anten phối hợp trở kháng cùng ống dẫn sóng.
Trong trường hợp ống dẫn sóng ngắn mạch:
Λ
L = (2n + 1)
4

Λ
2
'
'
 GV . A = NGkhe = 1
d=

Sự phối hợp trở kháng giữa anten và fide sẽ trở nên bị ảnh hưởng xấu nếu như bước
sóng có sự biến đổi.
Hệ thống khe trên ống dẫn sóng được sử dụng với điều kiệu khoảng cách giữa các khe
kề nhau khác Λ/2 giúp cho việc khắc phục nhược điểm ở trên.
Anten không cộng hưởng (anten đồng pha) là loại anten được kích thích bởi sóng
chạy lan truyền trong ống dẫn pha khác nhau 1 giá trị nhất định.
Pha của dòng điện kích thích được biến đổi theo quy luật đường thẳng khi d≠Λ/2 góc
lệch sẽ bằng:

sin θ max = −

ψλ
2π d

ψ=-βd góc lệch pha dòng điện kích thích của 2 khe nằm ở vị trí kề nhau.
Điều kiện để không xảy ra hiện tượng phóng điện giữa 2 mép khe:

Ub  1 1 
≤  ÷ ÷Eth
b  2 3
Trong đó: U b =

2 PΣ
biên độ điện áp nằm ở 2 mép khe
GΣ

PΣ công suất bức xạ khe

b chính là độ rộng khe


VI.KẾT LUẬN:
Khi thay đổi các thông số kĩ thuật thì chất lượng của anten sẽ thay đổi.qua mô phỏng
và thực tế đã chứng minh điều đó.Anten là 1 thiết bị thiết kế cồng kềnh cho nên việc
thay đổi là 1 quá trình dài.Ngày nay việc nghiên cứu cũng như sản xuất là điều chỉnh
các thông số của anten sao cho phù hợp để có được bức xạ, và thu phát tín hiệu 1 cách
tốt nhất hiệu quả nhất.