Bài thuyết trình môn truyền sóng và ăng ten Kĩ thuật ăng ten tổng hợp đồ thị phương hướng

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

TRUYỀN SÓNG VÀ ĂNG TEN
CHƯƠNG 7.

KĨ THUẬT ĂNG TEN
TỔNG HỢP ĐỒ THỊ PHƯƠNG HƯỚNG
Danh sách thành viên nhóm 9:

Nguyễn Anh Tuấn

D13VT 2

Nguyễn Mạnh Tùng

D13VT 7

Đỗ Thanh Tùng

D13VT 8

Phạm Thị Vân

D13VT 2

Nguyễn Hữu Vinh
Lê Quốc Vinh

D13VT 2
D13VT 7

GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIỆT HƯNG
Bộ Môn: Vô Tuyến – Khoa 1 Viễn Thông


HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

Nội dung:
+ Tổng quan và khái niệm chung
+ Tổng hợp đồ thị phương hướng anten
+ Ứng dụng

IẢNG VIÊN: NGUYỄN VIỆT HƯNG
Bộ Môn: Vô Tuyến – Khoa 1 Viễn Thông


HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

Tổng quan và Khái niệm chung:
- Anten là thiết bị được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau của kỹ thuật vô tuyến điện. Tùy theo từng nhiệm vụ mà sẽ có các yêu cầu khác nhau đối với thiết bị anten. Ví dụ với kỹ
thuật vô tuyến định vị cần sử dụng anten có búp sóng nhọn…

- Do đó, để quét hay thay đổi búp sóng ta có thể áp dụng 3 phương pháp: cơ học, cơ-điện, điện-điện tử. Đây cũng chính là mục đích của việc tổng hợp đồ thị phương hướng anten.

- Trong 3 phương pháp trên thì chỉ có phương pháp điện-điện tử là được áp dụng rộng rãi vì hiệu suất cao và vận tốc quét búp sóng lớn.

IẢNG VIÊN: NGUYỄN VIỆT HƯNG
Bộ Môn: Vô Tuyến – Khoa 1 Viễn Thông


HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

Tổng hợp đồ thị phương hướng anten

1.

Phương pháp tần số

a, Sơ đồ tiếp điện liên tiếp

-

Khảo sát hệ bức xạ thẳng tiếp điện liên tiếp, các phần tử bức xạ mắc liên tiếp vào đường dây dẫn sóng

( phide ) có đặc tính tán tần.

KH:
- l là độ dài của đoạn phide nối giữa hai phần tử.
- d là khoảng cách giữa hai phần tử liên tiếp

GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIỆT HƯNG
Bộ Môn: Vô Tuyến – Khoa 1 Viễn Thông


HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

- Bước sóng λs trong môi trong môi trường truyền sóng có quan hệ với vận tốc pha của sóng trong hệ thống, đồng thời vận tốc pha là hàm của tầm số và
vàosóng
đặc hình
tính tán
của hệ tống mô tả qua tham số ξ

-phụ
Với thuộc
ống dẫn
chữ tần
nhật:
tham số này phụ thuộc vào đặc điểm của mỗi loại hệ dẫn sóng.

và giới hạn biến đổi của ξ trong khoảng ( 0 ÷1 )

GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIỆT HƯNG
Bộ Môn: Vô Tuyến – Khoa 1 Viễn Thông


HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

Trong đó α = kd + ψ
ψ là góc lệch pha giữa hai phần tử kế nhau.
ψ =- l
: góc lệch pha cố định
K hi d khá l ớn có thể bỏ qua tác động tương hỗ giữa các phần tử, khi đó hàm phương hướng của đồ thị phương hướng tổ hợp của N phần tử bức x ạ được v i ết dưới dạng:

Từ đó ta xác định được bức xạ cực đại của đồ thị phương hướng tổng hợp:

θ) = 1 => α = 2nπ
cos= ( n + ) +

trường hợp sóng bức xạ và sóng truyền trong phide có cùng tần số thì:

GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIỆT HƯNG
Bộ Môn: Vô Tuyến – Khoa 1 Viễn Thông

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

Khi thay đổi tần số máy phát thì và ξ cũng thay đổi theo => hướng bức xạ cực đại của đồ thị phương hướng cũng thay đổi. Như vậy bằng
cách thay đổi tần số phát sẽ điều khuyển được đồ thị phương hướng tổng hợp của anten trong không gian.

 

Nếu chọn khoảng cách d giữa các phần tử không quá lớn thì
trong quá trình điều khuyển quét búp sóng, đồ thị phương
hướng tổng hợp của anten chỉ có 1 búp sóng chính.Trên hình
là đồ thị (θ)

- Nhươc điểm của hệ tống tiếp điện liên tiếp: Công suất truyền theo hệ dẫn sóng bị
hạn chế dẫn đến suy giảm công suất chung của anten.

GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIỆT HƯNG
Bộ Môn: Vô Tuyến – Khoa 1 Viễn Thông


HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

- Để khắc phục, người ta sử dụng sơ đồ tiếp điện song song:

+ Công suất phân chia theo các nhánh=>Công suất bức xạ tổng lớn hơn bức xạ liên tiếp

+ Phân bố pha giữa các phần tử được thực hiện bằng cách thay đổi độ dài đoạn ống dẫn sóng tiếp
điện

- Nhược điểm hệ thống song song: Kết cấu anten quá phức tạp.

GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIỆT HƯNG
Bộ Môn: Vô Tuyến – Khoa 1 Viễn Thông


HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

2. Phương pháp pha

- Tần số máy phát phải được giữ cố định, còn quan hệ pha của dòng kích thích cho các phần tử sẽ thay đổi.
- Mỗi anten điều khiển pha thường gồm 2 phần chính:
+ Hệ thống bức xạ
+ Hệ thống phân phối - định pha ( PPĐP ):
* Hệ thống PPĐF loại 1
* Hệ thống PPĐF loại 2
- Hệ thống phân phối - định pha có nhiệm vụ phân chia công suất của máy phát để cung cấp cho các phần tử bức xạ đảm bảo phân bố pha trên anten theo đúng yêu cầu để tổng hợp đồ thị
phương hướng theo đúng mong muốn.

GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIỆT HƯNG
Bộ Môn: Vô Tuyến – Khoa 1 Viễn Thông


HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

- Là hệ thống có nhiều đầu vào độc lập và có một số đầu ra.
- Có nhiệm vụ đảm bảo việc tiếp điện độc lập cho các phần tử bức xạ, khi tiếp điện cho anten qua từng đầu vào riêng biệt.
a. Hệ thống PPĐF loại 1

- Số đầu vào tương ứng với số trạng thái phân bố pha có thể thiết lập được,

số đầu ra tương ứng với số phần tử bức xạ của hệ thống.
- Khi tiếp điện cho đầu vào thứ n, góc lệch pha của dòng điện trong
các phần tử kề nhau là , ta có hướng cực đại của búp sóng
thứ n được xác định:

cos= - Hệ thống PPDF loại 1 có thể được biểu diễn theo
sơ đồ liên tiếp hoặc song song.

GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIỆT HƯNG
Bộ Môn: Vô Tuyến – Khoa 1 Viễn Thông


HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

*. Sơ đồ PPDF liên tiếp:
- Gồm hai dãy phide đan chéo nhau. Dãy thẳng đứng nối các phần tử bức xạ ( các đầu ra ) còn dãy ngang nối các đầu vào. Hai dãy được ghép với nhau bằng các bộ ghép định hướng tại chỗ giao
nhau của chúng.

Góc sai pha giữa hai phần tử kề nhau khi tiếp điện cho phần tử đầu vào thứ n bằng:

 

= kξ

Trong đó:

k: Hệ số sóng

ξ = , λs là bước sóng trong phide.

: là độ dài chênh lệch cho hai phần tử kề nhau khi tiếp điện vào đầu vào thứ n.

GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIỆT HƯNG
Bộ Môn: Vô Tuyến – Khoa 1 Viễn Thông


HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

- Ưu điểm: Dải tần rộng.

- Khuyết điểm: Các bộ ghép định hướng không thể đảm bảo cách ly hoàn toàn các đầu vào của hệ thống PPĐF, nghĩa là không thể tránh khỏi sự dò năng lượng sang các đường khác khi một đầu
được tiếp điện, đẫn đến méo dạng đồ thị phương hướng.

GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIỆT HƯNG
Bộ Môn: Vô Tuyến – Khoa 1 Viễn Thông


HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

* Sơ đồ PPĐF song song:

- Năng lượng cao tần từ các mạng đầu vào được phân bố cho các phần tử bức xạ nhờ các mạch cầu và các mạch quay pha cố định. Mỗi mạch cầu có hai đầu vào và hai đầu ra độc lập với nhau.
Khi đưa công suất cao tần vào một trong các đầu vào của cầu sẽ nhận được công suất ra là đều nhau nhưng góc dịch pha là khác nhau.

+ Ưu điểm:
- Hiệu suất cao hơn sơ đồ PPĐF nối tiếp.
- Cho phép thiết lập phân bố biên độ và pha trên anten với độ tuyến tính và số cầu
ghép ít hơn sơ đồ PPĐF nối tiếp.

+ Nhược điểm:

- Dải tần hẹp

GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIỆT HƯNG
Bộ Môn: Vô Tuyến – Khoa 1 Viễn Thông


HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

b. Hệ thống PPĐF loại 2
- Là hệ thống gồm 1 đầu vào ( đầu tiếp điện ) và một số đầu ra ( tương ứng với số phần tử bức xạ ).
- Việc điều khuyển phân bố pha được thực hiện nhờ các bộ quay pha riêng rẽ có lượng dịch pha cố định hoặc biến đổi được.

- Hệ thống PPĐF loại 2 có thể được thực hiện theo mạch kín hoặc mạch hở

GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIỆT HƯNG
Bộ Môn: Vô Tuyến – Khoa 1 Viễn Thông


HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

Hệ thống PPĐF mạch kín:
a, Sơ đồ mắc liên tiếp

+ Ưu điểm: - Thực hiện tương đối đơn giản.
+ Nhược điểm:
- Tổn hao năng lượng của các bộ quay pha tương đối lớn.
- Các bộ quay pha hạn chế công suất bức xạ của anten.
- Các bộ quay pha phải có độ chính xác khá lớn vì sai số
của một bộ sẽ ảnh hưởng đến sai số của toàn hệ thống.

GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIỆT HƯNG
Bộ Môn: Vô Tuyến – Khoa 1 Viễn Thông


HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

b, Sơ đồ mắc song song

+ Ưu điểm: - Mỗi bộ chỉ cho qua một phần công suất của
hệ thống => Tổn hao năng lượng nhỏ, ít hạn chế công
suất bức xạ của anten, không yêu cầu các bộ sai pha có
độ chính xác lớn.

+ Nhược điểm: - Do điều khuyển búp sóng mỗi bộ quay
Pha phải cần biến đổi theo một quy luật nhất định. =>
Khó khăn cho việc thực hiện.

GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIỆT HƯNG
Bộ Môn: Vô Tuyến – Khoa 1 Viễn Thông


HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

c. Sơ đồ song song – nối tiếp

- Là sự kết hợp giữa sơ đồ song song và sơ đồ nối tiếp .

- Dung hòa được các ưu, nhược điểm của hai sơ đồ song song
và nối tiếp

GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIỆT HƯNG
Bộ Môn: Vô Tuyến – Khoa 1 Viễn Thông


HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

Hệ thống phân phối hở:
- Năng lượng điện từ trường được đưa đến các phần tử bức xạ sơ cấp và một hệ thống thu, năng lượng từ mỗi phân tử thu được đưa qua bộ quay pha để tạo góc dịch pha cần thiết rồi gửi đến
phần tử anten tương ứng của hệ thống bức xạ.

+ Ưu điểm:
- Có thể thực hiện tương đối đơn giản cả khi
hệ thống bức xạ gồm nhiều phần tử.
- Có thể điều khuyển cả phân bố biên độ trên
hệ thống một cách dễ dàng.
- Các bộ quay pha thực hiện các góc dịch pha
theo yêu cầu.

+ Nhược điểm:
- Khi bộ quay pha lớn thì sai số trong việc điều
khuyển pha sẽ dẫn đến méo dạng đồ thị phương
hướng hoặc làm sai lệch quy luật điều khuyển búp
sóng đã đinh định trước.

GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIỆT HƯNG
Bộ Môn: Vô Tuyến – Khoa 1 Viễn Thông


HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

Ứng dụng tổng hợp đồ thị phương hướng anten:
- Tổng hợp đồ thị cho phép tăng vận tốc kiểm soát không gian:
+ Tăng được lượng tin tức về các nguồn bức xạ
+ Tăng được lượng tin tức trong phản xạ điện từ
=> Ứng dụng trong kỹ thuật truyền tin, thông tin liên lạc của quân sự

GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIỆT HƯNG
Bộ Môn: Vô Tuyến – Khoa 1 Viễn Thông


HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

-Tổng hợp đồ thị phương hướng còn được ứng dụng trong kỹ thuật điện tử, đặc biệt là
trong các vi mạch điện tử: Cho phép quét đồ thị phương hướng bằng phương pháp
điện và kết hợp thực hiện xử lý tín hiệu

GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIỆT HƯNG
Bộ Môn: Vô Tuyến – Khoa 1 Viễn Thông


HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

BÀI THUYẾT TRÌNH CỦA NHÓM 9 ĐẾN ĐÂY LÀ HẾT.
CẢM ƠN THẦY VÀ CÁC BẠN ĐÃ THEO DÕI !

GIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIỆT HƯNG
Bộ Môn: Vô Tuyến – Khoa 1 Viễn Thông