Thiết kế mô phỏng anten xoắn cộng hưởng ở tần số 300mhz

NHIỆM VỤ CỦA ĐỒ ÁN
Tìm hiểu lý thuyết cơ bản về anten, phân tích đi sâu vào anten xoắn và
nguyên lý hoạt động.
Tiến hành đặt vấn đề, đưa ra bài toán phân tích, thiết kế và mô phỏng anten
xoắn. Tính toán các thông số, tiến hình thiết kế anten và mô phỏng anten xoắn.
Đưa ra kết quả mô phỏng, các biểu đồ, đồ thị và nhận xét, so sánh với yêu
cầu của bài toán.
Kết luận đồ án.

1


LỜI CẢM ƠN
Để có thể nghiên cứu và hoàn thành được đề tài này, em đã nhận được sự
giúp đỡ, hỗ trợ từ nhiều phía. Em xin chân thành cảm ơn:
- Các thầy cô đã giảng dạy, cũng cấp những kiến thức trong quá trình học
tập để em có thể thực hiện đề tài.
- Giảng viên hướng dẫn TRẦN TUẤN VIỆT đã nhiệt tình hướng dẫn em
trong suốt qua trình thực hiện đề tài.
- Gia đình và bạn bè đã luôn ủng hộ giúp đỡ em suốt quá trình thực hiện đề tài.

2


LỜI CAM ĐOAN
Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thuật, nhu cầu liên lạc trao
đổi thông tin trở nên vô cùng cần thiết. Truyền dẫn vô tuyến là lĩnh vực được quan
tâm nghiên cứu, phát triển do khả năng truyền khoảng cách xa và vượt qua được
rào cản địa hình. Trong đó anten xoắn là loại anten có nhiều ưu điểm cũng như
được sử dụng rộng rãi. Vì vậy em chọn đề tài: “Thiết kế mô phỏng anten xoắn
cộng hưởng ở tần số 300Mhz ” làm đề tài tốt nghiệp của mình.

Trong quá trình thực hiện đề tài, có thể còn nhiều thiếu sót do kiến thức hạn
chế nhưng những những nội dung trình bày trong quyển báo cáo này là những hiểu
biết và thành quả em đạt được dưới sự giúp đỡ của giảng viên hướng dẫn là thầy
Trần Tuấn Việt.
Em xin cam đoan rằng: Những nội dụng trình bày trong quyển báo cáo
đồ án tốt nghiệp này không có sự sao chép từ bất kỳ công trình nào đã có trước
đó, riêng những nội dung được trích dẫn từ những nguồn tài liệu tham khảo sẽ
được chú thích đầy đủ, rõ ràng. Nếu không đúng sự thật, em xin chịu mọi trách
nhệm trước nhà trường.

3


MỤC LỤC
NHIỆM VỤ CỦA ĐỒ ÁN 1
LỜI CẢM ƠN

2

LỜI CAM ĐOAN 3
MỤC LỤC

4

DANH MỤC HÌNH ẢNH 7
LỜI MỞ ĐẦU

9

CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT VỀ ANTEN 10

1.1. Giới thiệu về anten 10
1.2. Các tham số cơ bản của anten

12

1.2.1. Sự bức xạ sóng điện từ 12
1.2.2. Giản đồ bức xạ 13
1.2.3. Mật độ công suất bức xạ

17

1.2.4. Cường độ công suất bức xạ

18

1.2.5. Hệ số định hướng
1.2.6. Hệ số tăng ích

19

19

1.2.7. Phân cực 20
1.2.8. Băng thông

22

1.2.9. Trở kháng vào

22

1.2.10. Phối hợp trở kháng
1.3. Anten xoắn

23

28

1.3.1. Anten xoắn trụ

28

1.3.2. Anten xoắn phẳng

35

1.3.3. Anten xoắn chóp 39
CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH BÀI TOÁN THIẾT KẾ ANTEN 43
2.1. Đặt vấn đề

43
4


2.1.1. Bài toán 43
2.1.2. Mục đích thiết kế anten xoắn cộng hưởng ở 300Mhz

43

2.1.3. Các tham số cần tính toán để thiết kế mô phỏng anten xoắn43

2.1.4. Các thông số thu được sau quá trình mô phỏng
2.1.5. Ưu, nhược điểm của anten cần thiết kế
2.2. Giải quyết vấn đề

44

2.2.1. Chu vi vòng xoắn

45

2.2.2. Góc xoắn 46
2.2.3. Số vòng xoắn

46

2.2.4. Khoảng cách giữa các vòng dây

46

2.2.5. Đường kính dây 46
2.2.6. Đường kính mặt chắn

46

2.2.7. Phối hợp trở kháng

46

2.2.8. Các thông số khác của anten
2.2.9. Phần mềm mô phỏng

47

47

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG

51

3.1. Chạy mô phỏng với HFSS 51
3.2. Xem kết quả mô phỏng

54

3.3. Các thao tác mô phỏng

57

3.3.1. Khởi tạo Project 57
3.3.2. Vẽ vòng xoắn

57

3.3.3. Vẽ cáp đồng trục 58
3.3.4. Vẽ mặt phẳng đất

59

3.3.5. Tiếp điện cho anten

60

3.3.6. Tạo không gian bức xạ 61
3.3.7. Thiết lập tần số hoạt động cho anten 63
3.3.8. Hình ảnh sau khi thiết kế:
3.4. Kết quả mô phỏng

64

64
5

44

43


3.4.1. Hệ số tổn hao phản xạ Return Loss

64

3.4.2. Hệ số sóng đứng 65
3.4.3. Đồ thị Smith

66

3.4.4. Đồ thị bức xạ

66

3.4.5. Giản đồ bức xạ 67
3.4.6. Phân bố dòng
3.5. Nhận xét

68

68

KẾT LUẬN 70
TÀI LIỆU THAM KHẢO 71
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 72

6


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Anten như một thiết bị truyền sóng [1] 10
Hình 1.2 trình tương đương Thevenin cho hệ thông anten hình 1.1 [1]
Hình 1.3 Các trường bức xạ tại khu xa [1]

11

13

Hình 1.4 Hệ thống tọa độ để phân tích anten [1] 14
Hình 1.5 Giản đồ bức xạ vô hướng của một anten [1] 15
Hình 1.6 Giản đồ bức xạ trong mặt phẳng E và mặt phẳng H cho anten loa [1]
15
Hình 1.7 Các búp sóng trong không gian 3 chiều [1] 16
Hình 1.8 Các búp sóng trong mặt phẳng 2 chiều [1]

17

Hình 1.9 Phân cực của anten [1] 20
Hình 1.10 Sơ đồ phối hợp trở kháng cơ bản [1] 23
Hình 1.11 Sơ đồ phối hợp trở kháng dùng phần tử tập trung [1]
Hình 1.12 Phối hợp trở kháng bằng các đoạn dây nhánh [1]

24

24

Hình 1.13 Sơ đồ phối hợp trở kháng dùng hai dây nhánh song song [1]
Hình 1.14 Sơ đồ phối hợp trở kháng dùng đoạn dây [1]

26

27

Hình 1.15 Phối hợp trở kháng bằng đoạn dây có chiều dài bất kỳ [1] 27
Hình 1.16 Sơ đồ phối hợp trở kháng bằng hai đoạn dây mắc nối tiếp [1]
Hình 1.17 Anten xoắn trụ [1]

28

Hình 1.18 Chế độ bức xạ ngang [1]

30

Hình 1.19 Chế độ bức xạ trục [1] 31

Hình 1.20 Ba chế độ hoạt động của anten xoắn [1]

32

Hình 1.21 Trường bức xạ anten xoắn trong trường hợp tổng quát [1] 32
Hình 1.22 Anten xoắn phẳng logarit [1] 35
Hình 1.23 Đồ thị phương hướng anten xoắn phẳng logarit [1] 37
Hình 1.24 Anten xoắn phẳng Acsimet [1]38
Hình 1.25 Đường cong đặc tính phân cực [1]
7

39

27


Hình 1.26 Anten xoắn chóp thường và anten xoắn trụ. [1]
Hình 1.27 Anten xoắn chóp logarit [1]

41

Hình 2.1 Giao diện chính của chương trình HFSS
Hình 2.2 Cửa sổ quản lý dự án

40

48

49

Hình 2.3 Cửa sổ thuộc tính 49
Hình 3.1 Bảng thông số tạo môi trường bức xạ xa hình cầu
Hình 3.2 Thiết lập dải tần số mô phỏng 53
Hình 3.3 Khai báo vùng tần số khảo sát 54
Hình 3.4 Sự hội tụ lời giải trong HFSS
Hình 3.5 Tạo báo cáo kết quả

55

55

Hình 3.6 Bảng nhập số liệu để vẽ đồ thị 56
Hình 3.7 Giao diện project HFSS 57
Hình 3.8 Đơn vị các thông số anten

57

Hình 3.9 Các thông số vòng xoắn 58
Hình 3.10 Thông số lõi cáp đồng trục

58

Hình 3.11 Thông số vỏ cáp đồng trục

59

Hình 3.12 Thông số mặt phẳng đất

59

Hình 3.13 Thông số mặt cắt
Hình 3.14 Tùy chọn cắt

60

60

Hình 3.15 Trở kháng thành phần tiếp điện

61

Hình 3.16 Kích thước không gian bức xạ 61
Hình 3.17 Giới hạn vùng bức xạ 62
Hình 3.19 Anten sau khi thiết kế trên HFSS
Hình 3.20 Đồ thị Return Loss

64

Hình 3.21 Đồ thị sóng đứng

65

Hình 3.22 Đồ thị Smith

66

Hình 3.23 Đồ thị bức xạ 2D

66

Hình 3.24 Đồ thị bức xạ 3D

67
8

64

52


Hình 3.25 Giản đồ bức xạ của anten khi 67
Hình 3.26 Phân bố dòng diện trên anten 68

9


LỜI MỞ ĐẦU
Với sự phát triển của xã hội ngày một nhanh, nhu cầu trao đổi thông tin của
con người ngày càng cao và trở nên cực kì quan trọng. Những rào cản về mặt địa
lý khiến các cách liên lạc hữu tuyến trở nên khó khăn và chi phí cao. Bằng cách sử
dụng các hệ thống thu, phát vô tuyến đã phần nào đáp ứng được nhu cầu trao đổi
thông tin của con người ở các khoảng cách xa một cách nhanh chóng và chính xác.
Anten là một phần không thể thiếu trong bất kì hệ thống truyền thông nào đang
được sử dụng.
Các công nghệ truyền thông không dây ngày càng phát triển, cùng theo đó
các loại anten cũng ngày càng được phát triển, nâng cấp để phù hợp với các yêu
cầu đề ra. Trong đó anten xoắn là một trong những anten được phát minh rất sớm
và ứng dụng rộng rãi. Anten xoắn hoạt động ở chế độ bức xạ ngang được sử dụng
phổ biến trong các lĩnh vực radio, truyền hình, di động và vệ tinh với ưu điểm kích
thước vật lý nhỏ, bức xạ đa hướng và dễ dàng tích hợp.

Cùng với đó các tần số vố tuyến cũng được quy hoạch và quản lý một cách
chặt chẽ để sử dụng trong các hệ thống truyền dẫn vô tuyến. Băng tần VHF (Very
high frequency) với dải tần vô tuyến nằm trong khoảng 30Mhz – 300Mhz, được sử
dụng từ giữa thế kỉ 20 có nhiều đặc tính lý tưởng trong liên lạc mặt đất trong
khoảng cách gần. VHF ít bị ảnh hưởng bởi tạp hơn các dải tần thấp hơn và ít bị
ảnh hưởng bở các vật cản lớn hơn các tần số lớn hơn.
Đồ án tập trung nghiên cứu và thiết kế một anten xoắn cộng hưởng ở tần số
300 Mhz thuộc băng tần VHF, hoạt động ở chế độ bức xạ ngang với kỹ thuật tiếp
điện bằng cáp đồng trục. Sau đó dùng phần mềm HFSS để làm rõ những đặc điểm
cơ bản như đặc tính bức xạ, băng thông, trở kháng… của anten.
Nội dung đồ án gồm 3 chương:
 Chương 1 : Lý thuyết về anten.
 Chương 2 : Phân tích bài toán và thiết kế anten.
10


 Chương 3 : Mô phỏng anten xoắn.

CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT VỀ ANTEN
1.1. Giới thiệu về anten
Anten là thiết bị dùng để bức xạ (anten phát) hoặc hấp thụ sóng điện từ
(anten thu) từ không gian bên ngoài. Nói cách khác anten là cấu trúc chuyển tiếp
giữa không gian tự do và thiết bị dẫn sóng (Guiding device), như thể hiện trong
hình 1.1. Thông thường giữa máy phát và anten phát, cũng như giữa máy thu và
anten thu không nối trực tiếp với nhau mà được ghép với nhau qua đường truyền
năng lượng điện từ, gọi là fide. Trong hệ thống này, máy phát có nhiệm vụ tạo ra
dao động cao tần. Dao động cao tần truyền đi trong fide tới anten phát dưới dạng
sóng điện từ ràng buộc. Ngược lại, anten thu sẽ tiếp nhận sóng điện từ tự do ngoài
không gian và biến đổi thành sóng điện từ ràng buộc. Yêu cầu của thiết bị anten và
fide là phải thực hiện việc truyền và biến đổi năng lượng với hiệu suất cao nhất và

không gây ra méo tín hiệu.

11


Hình 1.1 Anten như một thiết bị truyền sóng [1]
Phương trình tương đương Thevenin hệ thống anten trong hình 1.1 làm việc
ở chế độ phát được thể hiện ở hình 1.2, trong đó nguồn được thể hiện bởi bộ tạo
dao động lý tưởng, đường truyền dẫn thể hiện bởi đường dây với trở kháng đặc
trưng , và anten được thể hiện bởi , trong đó =(. Trở kháng tải thể hiện sự mất mát
do điện môi và vật dẫn (conduction and dielectric loss), hai thành phần mất mát
này luôn gắn với cấu trúc anten. Trở kháng được gọi là trở kháng bức xạ, nó thể
hiện sự bức xạ sóng điện từ bởi anten. Ngoài sóng điện từ bức xạ ra khu xa, còn có
trường điện từ dao động ở gần anten, ràng buộc với anten. Phần công suất này
không bức xạ ra ngoài, mà khi thì chuyển thành năng lượng điện trường, khi thì
12


chuyển thành năng lượng từ trường thông qua việc trao đổi năng lượng với nguồn.
Công suất này gọi là công suất vô công, và được biểu thị thông qua điện kháng .
Trong điều kiện lý tưởng, năng lượng tạo ra bởi nguồn sẽ được truyền hoàn toàn
tới trở kháng bức xạ . Tuy nhiên trong một hệ thống thực tế, luôn tồn tại các mất
mát do điện môi và mất mát do phản xạ (do phối hợp trở kháng không hoàn hảo) ở
điểm tiếp điện giữa đường truyền và anten.

Hình 1.2 trình tương đương Thevenin cho hệ thông anten hình 1.1 [1]
Sóng tới bị phản xạ tại điểm tiếp điện giữa đường tuyền dẫn và đầu anten.
Sóng phản xạ cùng với sóng truyền đi từ nguồn thẳng tới anten giao thoa nhau tạo
thành sóng đứng (standing wave) trên đường truyền dẫn. Khi đó trên đường truyền
xuất hiện các nút và bụng sóng đứng. Một mô hình sóng đứng điển hình được thể

hiện là đường gạch đứt tròng hình 1.2. Nếu hệ thống anten được thiết kế không
chính xác, đường truyền có thể chiếm vai trò như một thành phần lưu giữ năng
lượng hơn là một thiết bị truyền năng lượng và dẫn sóng. Nếu cường độ trường
cực đại của sóng đứng đủ lớn, chúng có thể phá hủy đường truyền dẫn. Tổng mất
mát phụ thuộc vào đường truyền, cấu trúc anten, sóng đứng. Mất mát do đường
truyền có thể được tối thiểu hóa bằng cách chọn các đường truyền mất mát thấp,
trong khi mất mát do anten có thể được giảm đi bằng cách giảm trở kháng bức xạ
trong hình 1.2. Sóng đứng có thể được giảm đi và khả năng giữ năng lượng của
đường truyền có thể được tối thiểu hóa bằng cách phối hợp trở kháng của anten với
trở kháng đặc trưng của đường truyền. Tức là phối hợp trở kháng giữa tải với
13


đường truyền, ở đây tải chính là anten.
Một hình tương tự hình 1.2 được sử dụng để thể hiện hệ thống anten trong
chế độ thu, ở đó nguồn được thay bằng một bộ thu. Tất cả các phần khác của
phương trình tương đương là tương tự. Trở kháng phát xạ được sử dụng để thể
hiện trong chế độ thu nhận năng lượng điện từ từ không gian tự do truyền tới
anten.
Cùng với việc thu nhận hay truyền phát năng lượng, anten trong các hệ
thống không dây thường được yêu cầu định hướng năng lượng bức xạ mạnh theo
vài hướng và triệt tiêu năng lượng ở các hướng khác. Do đó anten cũng phải có vai
trò như một thiết bị bức xạ hướng tính. Hơn nữa, anten cũng phải có các hình dạng
phù hợp với mục đích cụ thể.
Anten là một lĩnh vực quan trọng, là phần không thể thiếu trong các giải
pháp truyền thông. Sự nghiên cứu cải tiến đã liên tục được đưa trong hơn 50 năm
phát triển của anten nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng lớn về thông tin liên lạc.
1.2. Các tham số cơ bản của anten
Phần này trình bày một số khái niệm và các quan hệ cơ bản về anten như:
sự bức xạ hướng sóng, trường bức xạ và giản đồ trường bức xạ, độ định hướng, tần

số cộng hưởng…
1.2.1. Sự bức xạ sóng điện từ
Khi năng lượng từ nguồn được truyền tới anten, hai trường được tạo ra. Một
là trường cảm ứng (trường khu gần). Trường này ràng buộc với anten, hai là
trường bức xạ (trường khu xa). Ngay tại anten (trong trường gần), cường độ của
các trường này lớn và tỉ lệ tuyến tính với lượng năng lượng được cấp bởi anten.
Tại khu xa, chỉ có trường bức xạ là được duy trì. Trường khu xa gồm hai phần là
điện trường và từ trường (hình 1.3).

14


Hình 1.3 Các trường bức xạ tại khu xa [1]
Cả hai thành phần điện trường và từ trường bức xạ từ một anten hình thành
trường điện từ. Trường điện từ truyền và nhận năng lượng điện từ thông qua không
gian tự do. Sóng vô tuyến là một trường điện từ di chuyển. Trường ở khu xa là các
sóng phẳng. Khi sóng truyền đi, năng lượng mà sóng mang theo trải ra trên một
điện tích ngày càng lớn hơn. Điều này làm cho năng lượng trên một diện tích chó
trước giảm đi khi khoảng cách từ điểm khảo sát tới nguồn tăng.
1.2.2. Giản đồ bức xạ
Các tín hiệu vô tuyến bức bức xạ bởi anten hình thành một trường điện từ
với một giản đồ xác định, và phụ thuộc và loại anten được sử dụng. Giản đồ bức
xạ này thể hiện các đặc tính hướng của anten.
Giản đồ bức xạ của anten được định nghĩa như sau: “là một hàm toán học
hay sự thể hiện đồ họa của các đặc tính bức xạ, và là hàm của tọa độ không gian”.
Trong hầu hết các trường hợp, giản đồ bức xạ được xét ở vùng xa. Đặc tính bức xạ
là sự phân bố năng lượng bức xạ trong không gian hai chiều hoặc ba chiều, sự
phân bố đó là hàm của vị trí quan sát dọc theo một đường hay một bề mặt có bán
kính không đổi. Hệ tọa độ thường được sử dụng để thể hiện trường bức xạ trong
hình 1.4.

15


Hình 1.4 Hệ thống tọa độ để phân tích anten [1]
Trong thực thế, ta có thể biểu diễn giản đồ 3D bởi hai giản đồ 2D. Thông
thường chỉ quan tâm tới giản đồ là hàm của biến với vài giá trị đặc biệt của , và
giản đồ là hàm của với một vài giá trị đặc biệt của là đủ để đưa ra hầu hết các
thông tin cần thiết.
1.2.2.1. Giản đồ đẳng hướng và hướng tính
Anten đẳng hướng chỉ là một anten giả định, bức xạ đều theo tất cả các
hướng. Mặc dù nó là lý tưởng và không thế thực hiện về mặt vật lý, nhưng người
16


ta thường sử dụng nó như một tham chiếu để thực hiện đặc tính hướng tính của
anten thực. Anten hướng là “anten có đặc tính bức xạ hay hấp thụ sóng điện từ
mạng theo một vài hướng hơn các hướng còn lại”.
Một ví dụ của anten với giản đồ bức xạ hướng tính được thể hiện trong hình
1.5. Ta nhận thấy rằng giản đồ này là không hướng tính trong mặt phẳng chứa
vector H (azimuth plane) với [ ] và hướng tính trong mặt phẳng chứa vector E
(elevation plane) với [ ] .

Hình 1.5 Giản đồ bức xạ vô hướng của một anten [1]
Mặt phẳng E được định nghĩa là “mặt phẳng chứa vector điện trường và
hướng bức xạ cực đại”, và mặt phẳng H được định nghĩa là “mặt phẳng chứa
vector từ trường và hướng bức xạ cực”. Trong thực thế ta thường chọn hướng của
anten thế nào để ít nhất một trong các mặt phẳng E hay mặt phẳng H trùng với một
trong các mặt phẳng tọa độ (mặt phẳng x hay y hay z). Một ví dụ được thể hiện
17

trong hình 1.6. Trong ví dụ này, mặt phẳng x-z (với = 0) là mặt phẳng E và mặt
phẳng x-y (với = /2) là mặt phẳng H.

Hình 1.6 Giản đồ bức xạ trong mặt phẳng E và mặt phẳng H cho anten loa [1]
1.2.2.2. Các búp sóng của giản đồ bức xạ hướng tính
Các búp sóng khác nhau của giản đồ bức xạ hay còn được gọi là thùy (lobe)
có thể được phân thành các loại sau : thùy chính, thùy phụ, thùy bên và thùy sau.
Hình 1.6 minh họa một giản đồ cực 3D đối xứng với một số thùy bức xạ, như ta
thấy một số thùy có cường độ bức xạ lớn hơn các thùy khác. Hình 1.7 biểu diễn
các thùy trong hình 1.6 trên cùng một mặt phẳng (giản đồ 2D).

18


Hình 1.7 Các búp sóng trong không gian 3 chiều [1]
Thùy chính là thùy chứa hướng bức xạ cực đại, trong hình 1.6 thùy chính
có hướng θ = 0.Trên thực tế, có thể tồn tại nhiều hơn một thùy chính. Thùy phụ
là bất kỳ thùy nào ngoài thùy chính. Thông thường, thùy bên là thùy nằm liền xác
với thùy chính và định xứ ở bán cầu theo hướng của thùy chính. Thùy sau là thùy
mà trục của nó tạo một góc xấp xỉ so với thùy chính và thường định xứ ở bán
cầu ngược với thùy chính.

19


Hình 1.8 Các búp sóng trong mặt phẳng 2 chiều [1]
1.2.3. Mật độ công suất bức xạ
Sóng điện từ được sử dụng để truyền tải thông tin trong không gian hoặc
qua cấu trúc dẫn sóng. Đại lượng được sử dụng để mô tả năng lượng kết hợp của

sóng điện từ là vector Poynting tức thời :

W
W

= E

H

(1.1) [1]

= vector Poying tức thời (W/)

E

= cường độ điện trường tức thời (V/m)

H

= cường độ từ trường tức thời (A/m).

Tổng công suất đi qua một mặt kín có thể thu được bằng cách lấy tích phân
thành phần pháp tuyến với mặt kín của vector Poynting trên toàn bộ mặt kín.
(1.2) [1]

P= tổng công suất tức thời (W)
20


= vector đơn vị pháp tuyến của bề mặt

da = vi phân diện tích của bề mặt ()
Khi trường biến đổi theo thời gian,ta thường tìm mật độ năng lượng trung
bình bằng cách lấy tích phân vector Poying tức thời trong một chu kỳ và chia cho
một chu kỳ. Khi trường biến đổi tuần hoàn theo thời gian có dạng , ta định nghĩa
được thành phần E và H,chúng có quan hệ với các thành phần tức thời

E

và

H

theo công thức như sau:

E (x,y,z)= Re [E(x,y,z)] = Re [ ]

(1.3) [1]

H(x,y,z)= Re [H(x,y,z)] =

Re [ ]

(1.4) [1]

Re [] + Re[]

(1.5) [1]

Khi đó (1.1) có thể được viết lại :

W

= E

H =

Thành phần đầu tiên của (1.5) không biến đổi theo thời gian và thành phần
thứ hai biến đổi theo thời gian với tần số bằng 2 lần tần số cho trước. Vector
Poying trung bình theo thời gian (mật độ công suất trung bình ) có thể được viết lại
:
(1.6) [1]
Dựa trên (1.6),công suất phát xạ trung bình của anten có thể được định nghĩa là :

(1.7) [1]

1.2.4. Cường độ công suất bức xạ
Cường độ bức xạ theo một hướng cho trước được định nghĩa là năng
lượng được bức xạ từ anten trên một đơn vị góc khối. Cường độ bức xạ là tham
số của trường xa và được xác định bằng cách nhân mật độ công suất bức xạ với
bình phương khoảng cách:
21


U=

(1.8) [1]

Trong đó U là cường độ bức xạ (W/đơn vị góc khối).
là mật độ công suất bức xạ (W/).
Tổng công suất bức xạ nhận được bằng cách tích phân cường độ bức xạ :

(1.9) [1]
là đơn vị góc khối (steradian).
1.2.5. Hệ số định hướng
Hệ số định hướng (D) của anten là tỉ số giữa cường độ bức xạ của anten
theo một hướng cho trước so với cường bức xạ trung bình theo tất cả các hướng.
Nếu hướng không được xác định thì hướng của cường độ bức xạ cực đại được
chọn.
Đơn giản hơn,hệ số định hướng của anten được xác định bằng tỉ số giữa
cường độ bức xạ của anten theo hướng cho trước () và cường độ bức xạ của một
nguồn đẳng hướng ().
(1.10) [1]
(1.11) [1]
Hướng bức xạ cực đại được biểu diễn như sau :
(1.12) [1]
Trong đó : D là hệ số định hướng (không có thứ nguyên).
U là cường độ bức xạ (W/đơn vị góc khối).
là cường độ bức xạ của nguồn đẳng hướng .
là tổng công suất bức xạ (W).
Trong nhiều trường hợp thực tế có thể tính độ định hướng theo công thức :
(1.13) [1]
với là độ rộng búp sóng tính theo độ của búp chính trong 2 mặt phẳng chính.
1.2.6. Hệ số tăng ích
Một đơn vị khác dùng để mô tả đặc tính hướng tính của anten là hệ số tăng
ích (G). Hệ số tăng ích có quan hệ với hệ số định hướng và là đơn vị để tính toán
22


hiệu suất của anten cũng như đặc tính hướng tính của nó. Trong khi đó hệ số định
hướng chỉ xác định được đặc tính hướng tính của anten.
Hệ số tăng ích của anten là tỉ số giữa mật độ công suất bức xạ của anten

theo hướng và khoảng cách cho trước so với mật độ công suất bức xạ của anten
chuẩn (thường là anten vô hướng) theo hướng và khoảng cách như trên, với giả
thiết công suất đặt vào 2 anten là như nhau và anten chuẩn có hiệu suất bằng 1.
(1.14) [1]
Do đó hệ số tăng ích bao gồm ảnh hưởng của sự tiêu tán công suất trong
một anten và tác dụng của tổn hao công suất trong việc gây ra phân cực chéo (đối
với trường hợp máy thu nhạy cảm với sự phân cực). Trong thực tế, tham số này đã
đưa ra tham số hiệu suất của anten ,, cho biết hiệu suất của quá trình biến đổi công
suất đầu vào thành công suất bức xạ như thế nào.
(1.15) [1]
1.2.7. Phân cực
Phân cực của anten theo một hướng cho trước chính là phân cực của sóng
được truyền đi bởi anten. Khi không có hướng nào được đề cập tới thì phân cực
của anten là phân cực theo hướng có hệ số tăng ích cực đại.
Sự phân cực của sóng được định nghĩa là hình ảnh để lại bởi đầu mút của
vector trường khi được quan sát dọc theo chiều truyền sóng. Một phân cực của
anten có thể được phân loại như tuyến tính, tròn hay elip.

23


Hình 1.9 Phân cực của anten [1]
a. Phân cực thẳng; b. Phân cực tròn; c. Phân cực ellip
Đầu mút của vector điện trường quay theo chiều kim đồng hồ gọi là phân
cực phải (clockwise_CW) và quay ngược chiều kim đồng hồ gọi là phân cực trái
(counterclockwise_CCW).
Trường của sóng phẳng khi sóng này truyền theo chiều âm của trục z có thể
được biểu diễn như sau:

E (z;t) = E x (z;t) + E y(z;t)

(1.16) [1]

Ta lại có mối quan hệ giữa các thành phần tức thời và thành phần phức:

E x (z;t) = Re [] = Re []
=

(1.17) [1]

E y(z;t) = Re [] = Re []
=

(1.18) [1]

Với tương ứng là biên độ cực đại của các thành phần theo trục x và trục y.
1.2.7.1. Phân cực thẳng
Để bức xạ có phân cực thẳng, độ lệch pha theo thời gian giữa hai thành
phần phải là:
24


n=0,1,2,3…….

(1.19) [1]

1.2.7.2. Phân cực tròn
Phân cực tròn có thể đạt được khi hai thành phần có biên độ bằng nhau và
có độ lệch pha theo thời gian giữa chúng phải bằng số lẻ lần . Tức là :

|E x |=|E y| <=>

(1.20)[1]

(1.21) [1]
1.2.7.3. Phân cực elip
Phân cực elip có thể đạt được khi hai thành phần có biên độ không bằng
nhau và có độ lệch pha theo thời gian là số lẻ lần hoặc độ lệch pha của hai thành
phần không phải là bội của (không quan tâm đến biên độ của chúng).

|E x ||E y| <=>

(1.22) [1]
(1.23) [1]

hoặc

(1.24) [1]

1.2.8. Băng thông
Băng thông của anten là khoảng tần số mà trong đó hiệu suất của anten thỏa
mãn một tiêu chuẩn nhất định. Băng thông có thể là khoảng tần số, về hai bên của
tần số trung tâm (thường là tần số cộng hưởng), ở đó các đặc tính của anten (như
trở kháng vào, độ rộng búp sóng, hướng búp sóng, giản đồ , phân cực, cấp thùy
bên,…) đạt giá trị có thể chấp nhận được.
Với các anten dải hẹp,băng thông được thể hiện bằng tỉ lệ phần trăm của sự
sai khác giữa hai tần số (tần số trên và tần số dưới ) so với tần số trung tâm.
(1.25) [1]
Bởi vì các đặc tính của anten như trở kháng vào,giản đồ,hệ số tăng ích,phân
cực…của anten không biến đổi giống nhau theo tần số nên có nhiều định nghĩa

băng thông khác nhau.Tùy các ứng dụng cụ thể,yêu cầu về các đặc tính của anten
25