Anten và truyền sóng P1

Anten-Truyền sóng
Các thông số cơ bản của anten
(phần 3)


Nội dung
 Độ

rộng nửa công suất, độ rộng giữa các
bức xạ không đầu tiên
 Hiệu suất búp sóng (beam efficiency)
 Băng thông (bandwidth)
 Phân cực
 Trở kháng ngỏ vào
 Hiệu suất bức xạ anten


2.9 Độ rộng nửa công suất, độ rộng giữa các
bức xạ không đầu tiên


Độ rộng nửa công suất







Ký hiệu: HPBW (Half-Power
Beamwidth).

Định nghĩa: là góc giữa 2 hướng
có cường độ bức xạ bằng ½ giá
trị cực đại trong mặt phẳng chứa
hướng bức xạ cực đại của búp
sóng (cường độ bức xạ ở 2
hướng này giảm 3dB so với
hướng cực đại).
Khái niệm độ rộng búp sóng
(beamwidth): là góc hợp bởi 2
hướng có cường độ giảm 10dB
so với giá trị cực đại

Độ rộng giữa các bức xạ không
đầu tiên



Ký hiệu: FNBW (First Null
Beamwidth)
Định nghĩa: là góc giữa 2 hướng
có cường độ bức xạ bằng 0 nằm
2 bên hướng bức xạ cực đại trong
mặt phẳng chứa hướng bức xạ
cực đại của búp sóng


Độ rộng nửa công suất, độ rộng giữa các
bức xạ không đầu tiên

Thông thường: FNBW ≈ 2* HPBW

2.11 Hiệu suất búp sóng (beam efficiency): BE
Định nghĩa: Cho một anten có búp sóng chính hướng trục z
(θ=0), BE là tỉ số giữa công suất phát (hoặc nhận) trong góc nón
θ1 và công suất phát hoặc nhận của anten

θ1 thường được chọn là góc mà tại đó xảy ra giá trị 0 hoặc cực tiểu
đầu tiên.
Sử dụng: * BE biểu thị lượng công suất trong búp sóng chính so với
công suất tổng
* BE được dùng để đánh giá chất lượng anten sử dụng
trong đo đạc bằng sóng vô tuyến (radiometry), vũ trụ, radar và
những ứng dụng mà tín hiệu thu từ búp phụ phải được giảm thiểu


2.12 Băng thông (Bandwidth)
 Định

nghĩa: Là khoảng tần số mà trong đó một
(hoặc vài) đặc tính của anten thỏa mãn một
tiêu chuẩn xác định.


Các đặc tính như là: trở kháng ngỏ vào, đồ thị bức xạ,
phân cực, mức bức xạ phụ, hướng búp chính, hiệu suất…)
phải được thỏa mãn tại tần số trung tâm


Băng thông (Bandwidth)

Băng thông (Bandwidth): ví dụ anten MicrostripLine-Fed Shorted Patch (1)


Băng thông (Bandwidth): ví dụ anten
Microstrip-Line-Fed Shorted Patch (2)
Đồ thị bức xạ:


2.13 Phân cực (Polarization)
 Phân cực của anten
theo 1 hướng cho trước
được xác định là phân cực
của sóng do anten bức xạ
ra.
 Phân cực của sóng bức
xạ là đặc tính trong miền
thời gian của sóng điện từ,
được xác định theo hình
vẽ của đầu mút vector E
theo thời gian


Phân cực: các dạng


Thẳng







Tròn





Đứng V (Vertical).
Ngang H (Horizontal).
Nghiêng.
Cùng chiều kim đồng hồ CW (Clock Wise) hay tay phải RH
(Right Hand).
Ngược chiều kim đồng hồ CCW (Counter Clock Wise) hay tay
trái LH (Left Hand).

Elip



Cùng chiều kim đồng hồ CW (Clock Wise) hay tay phải RH
(Right Hand).
Ngược chiều kim đồng hồ CCW (Counter Clock Wise) hay tay
trái LH (Left Hand)

Khái niệm: cùng phân cực: co-pol (co-polarization), ngược
phân cực: cross-pol (cross-polarization).

Phân cực sóng: Công thức chung

Lần lượt là giá trị lớn nhất theo phương x và y


Phân cực sóng: Linear, Circle, Ellip
Tuyến tính
(linear)
Tròn (circle)

Ellip

Phân cực tròn
Phải

Phân cực tròn
Trái


Phân cực sóng: Ellip/ tỷ số trục
Với

Axial Ratio

Góc ngẩng
của Ellip
(tilt)
liên hệ với
trục y, là

góc


Cách xác định phân cực, hệ qui chiếu (1)


Cách xác định phân cực, hệ qui chiếu (2)


Phân cực: hệ số tổn hao do mất phối hợp phân cực
PLF (Polarization Loss Factor)
Thực tế, phân cực của anten thu sẽ không bao giờ giống
phân cực của sóng tới, xem như là mất phối hợp phân cực
(polarization mismatch). Do vậy, lượng công suất phục hồi từ
anten không cho được gía trị lớn nhất, vì do mất phối hợp
phân cực. Giả sử trường điện của sóng tới là Ei, và phân cực
trường điện của anten thu là Ea. Ta có, PLF tính như sau:

Với:

Và:

Vector đơn vị
phân cực của
sóng tới

Vector đơn vị
phân cực của
anten thu

Phân cực: hệ số tổn hao do mất phối hợp phân cực PLF
(Polarization Loss Factor)
Cách khác để mô tả mất phối hợp phân cực giữa sóng tới và
anten là đánh giá thông qua hiệu suất phân cực (polarization
efficiency)


2.14 Trở kháng ngỏ vào (input impedance), chế
độ phát


Trở kháng ngỏ vào: anten chế độ phát
Biên độ dòng nguồn:

Công suất bức xạ
của anten:

Công suất tiêu tán
nhiệt trên anten:

Công suất nguồn cung
cấp:


Trở kháng ngỏ vào: anten chế độ phát
Công suất đạt lớn nhất cung cấp cho anten để bức xạ có được khi phối hợp
trở kháng, nghĩa là:

Công

suất lớn
nhất của
nguồn
cung cấp
cho anten
khi có
phối hợp


Trở kháng ngỏ vào (input impedance), chế độ thu
Công suất cấp cho tải máy thu:

Công suất tán xạ (scattered or re-radiated power):

Công suất tiêu tán do nhiệt:

Công suất thu được (collected or captured power):


2.15 Hiệu suất bức xạ của anten (Antenna Radiation
Efficiency)

Ở DC hay tần số thấp, điện trở tiêu tán của dây dài ℓ và tiết diện A là:
Chiều sâu da
(skin depth)

Với

Tần số cao hf (high frequency), điện trở tiêu tán của dây tròn dài ℓ và bán kính b
là:

Với
điện dẫn của dây
Độ từ thẩm của không gian tự do


2.16 Độ dài hiệu dụng của vector anten và vùng
tương đương (Effective Length, Equivalent Areas)

Độ dài hiệu dụng của vector anten hay chiều cao hiệu dụng là tham số dùng để tính
toán điện áp tại đầu cuối hở mạch anten, nếu có một sóng tác động lên anten đó.

Độ cao hiệu dụng (effective height) or chiều dài hiệu dụng: tùy thuộc vào Trường
vùng xa Ea (far zone); Dòng điện đầu cuối

Effective Length
≈ Effective Height