Đề tài nghiên cứu khoa học anten

ĐỀ TÀI NCKH MÔN ANTEN
LỜI MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, khoa học công nghệ phát triển như vũ bão trên mọi
lĩnh vực với hàng loạt những nghiên cứu, phát minh mới đã góp phần không nhỏ trong
việc nâng cao trình độ sản xuất và đời sống của con người. Một trong những lĩnh vực
được đánh giá là có triển vọng nhất và được coi là thế mạnh của Việt Nam hiện nay phải
kể đến viễn thông, nó làm cho con người xích lại gần nhau hơn, làm cho khoảng cách
địa lý không còn ý nghĩa nữa.
Đóng góp vào sự phát triển mạnh mẽ nói trên chúng ta phải nói đến sự phát triển
của các thiết bị thu phát và khả năng truyền lan sóng điện từ hiện nay, bởi lẽ hầu hết các
hệ thống truyền dẫn thông tin, liên lạc chúng đều sử dụng phương thức truyền lan sóng
điện từ là chủ yếu.
Các thiết bị thu phát và chuyển tiếp sóng điện từ gọi chung là anten. Tuỳ theo
điều kiện công tác, mục đích sử dụng cũng như kết cấu của các hệ thống viễn thông mà
ta sử dụng nhiều loại anten khác nhau: anten chấn tử, anten khe, anten mạch dải, anten
gương, anten xoắn…
Do nhu cầu thông tin, liên lạc, truyền tải dữ liệu ngày càng cao nên các băng tần
ở dải sóng dài, sóng trung dần dần bị thay thế bởi các băng tần ở dải sóng ngắn và cực
ngắn. Với lợi thế là khả năng bức xạ tốt ở các dải sóng này cùng với kết cấu tương đối
đơn giản, dễ dàng điều chỉnh và kết hợp với các loại anten khác để tạo thành một hệ bức
xạ mà anten chấn tử là lựa chọn tối ưu trong hầu hết các thiết bị vô tuyến điện.
Trong phạm vi đề tài này, chúng em đã nghiên cứu đặc tính phương hướng của
chấn tử đối xứng nhằm tìm ra được giá trị giới hạn độ dài chấn tử sao cho hướng tính
của nó còn đạt cực đại ở hướng
0
90
θ
= ±
.Đây là một trong những hướng bức xạ quan
trọng của anten trong việc thu phát sóng điện từ.
NHÓM SV LỚP ĐTV47DH. KHOA ĐIỆN-ĐTTB

1
ĐỀ TÀI NCKH MÔN ANTEN
Nội dung đề tài bao gồm 6 phần :
I. Giới thiệu chung về chấn tử đối xứng
II. Mô hình toán
III. Đặt vấn đề
IV. Giải quyết vấn đề
V. Biện luận và đánh giá kết quả
VI. Tài liệu tham khảo
Chúng em xin chân thành cảm ơn TS Trần Xuân Việt đã tận tình hướng dẫn
chúng em trong quá trình nghiên cứu, đồng thời, chúng em cũng xin chân thành
cảm ơn Ths Phạm Việt Hưng đã đóng góp những ý kiến quý báu để giúp chúng
em có thể hoàn thành được đề tài này.
Mặc dù đã cố gắng để hoàn thiện báo cáo này, nhưng sẽ không tránh khỏi những
thiếu sót. Chúng em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của thầy cô và
các bạn sinh viên quan tâm đến vấn đề này để xây dựng nên một đề tài hoàn thiện
hơn.
NHÓM SV LỚP ĐTV47DH. KHOA ĐIỆN-ĐTTB
2
ĐỀ TÀI NCKH MÔN ANTEN
I. GIỚI THIỆU CHUNG VÈ CHẤN TỬ ĐỐI XỨNG
Chấn tử đối xứng là một cấu trúc gồm hai đoạn vật dẫn có hình dạng tuỳ ý( hình
trụ, hình chóp, elipsoit…) có kích thước giống nhau, đặt thẳng hàng trong không gian, và
ở giữa chúng được nối với nguồn dao động cao tần.
Khi khảo sát anten chấn tử đối xứng, để đạt được hiểu quả sử dụng như mong
muốn thì vấn đề cơ bản là cần xác định các các thông số kĩ thuật sau :
• Điện trở bức xạ: Đây là đại lượng biểu thị mối quan hệ giữa công suất bức xạ và
bình phương dòng điện trên chấn tử: P= I².R
• Trở kháng vào: là đại lượng đặc trưng cho trị số của chấn tử đóng vai trò là tải
khi nó được mắc vào máy phát cao tần.

• Hệ số định hướng và hệ số tăng ích: là các thông số đánh giá hướng tính của mỗi
anten bằng cách so sánh anten ấy với anten chuẩn mà đặc tính của nó đã biết
trước Hai thông số này thể hiện đầy đủ cả đặc tính phương hướng và sự tổn hao
công suất trên chấn tử.
•
Độ dài hiệu dụng:
Độ dài hiệu dụng: là độ dài của một anten dây giả định có dòng điện phân bố
đồng đều với biên độ bằng biên độ dòng điện tại điểm cấp điện của anten khảo
sát,khi thoả mãn điều kiện bằng nhau về cường độ trường ở hướng bức xạ cực
đại.
kl
1 os
2
kl
sin
2
H
c
L
l
p
æ ö
÷
ç
-
÷
ç
÷
ç
è ø

=
æ ö
÷
ç
÷
ç
÷
ç
è ø
• Ngoài ra một vấn đề quan trọng nữa không thể không nhắc đến khi nghiên cứu về
chấn tử đối xứng là phải xác định trường bức xạ tạo bởi hệ thống dòng điện và
dòng từ có cường độ phụ thuộc vào hướng khảo sát.Ta gọi hàm số đặc trưng cho
sự phụ thuộc của cường bức xạ theo hướng khảo sát ứng với bán kính của điểm
NHÓM SV LỚP ĐTV47DH. KHOA ĐIỆN-ĐTTB
3
ĐỀ TÀI NCKH MÔN ANTEN
khảo sát không đổi là hàm phương hướng của hệ thống bực xạ, và được kí hiệu là
f
( )
ϕθ
,
.
Chúng ta sẽ cùng tìm hiểu sự phụ thuộc của đặc tính phương hướng vào thông
số độ dài của anten chấn tử đối xứng.
II. MÔ HÌNH TOÁN
Giả sử chấn tử có độ dài l, được đặt dọc theo trục 0z, tâm pha trùng với gốc tọa
độ. Tọa độ điểm khảo sát là (R,
θ
,
ϕ

). Khi khảo sát trường vùng xa ta luôn có
R
λ
?
.
Hình 1: Biểu diễn chấn tử đối xứng trong tọa độ cầu
Theo quy ước như ở hình vẽ trên, góc
ϕ
được xác định bởi hình chiếu của
R
ur
trên mặt
phẳng x0y và
0x
uur
, còn góc
θ
được xác định bởi góc giữa
R
ur
và
0z
uur
, tức là mặt phẳng x0y
có
0
90
θ
= ±
.

NHÓM SV LỚP ĐTV47DH. KHOA ĐIỆN-ĐTTB
4
ĐỀ TÀI NCKH MÔN ANTEN
Từ hình vẽ ta thấy rằng:
• Hàm phương hướng của anten chấn tử đẳng hướng với mặt phẳng vuông góc với
trục của chấn tử (mặt phẳng φ).
• Hàm phương hướng bức xạ bằng không tại θ=0
0
hoăc θ=180
0
.
• Đặc tính hướng chỉ xác định trong mặt phẳng chứa trục của chấn tử và phụ thuộc
vào chiều dài l.
Vậy ta có hàm phương hướng của anten chấn tử được xác định bởi :

kl kl
os( cos )-cos
2 2
( , )
sin
c
f
θ
θ ϕ
θ
=
.
Hay biểu diễn dưới dạng hàm chuẩn hoá:
( )
( )

kl kl
cos( cos )-cos
,
2 2
( , )
kl
max( , )
sin (1 cos )
2
f
F
f
θ
θ ϕ
θ ϕ
θ ϕ
θ
= =
−
.
Khi nghiên cứu về anten chấn tử người ta thường sử dụng độ dài tương đối so với bước
sóng. Ký hiệu:
l
λ

λ
: là bước sóng.
2
k
π

λ
=
: là trở kháng sóng.
Xét trong một số trường hợp:

0
l
λ
≈
: dipol điện
0
3
90
θ
=


0.5
l
λ
=
: chấn tử nửa sóng
0
3
80
θ
=

1
l

λ
=
: chấn tử toàn sóng
0
3
44
θ
=
NHÓM SV LỚP ĐTV47DH. KHOA ĐIỆN-ĐTTB
5
ĐỀ TÀI NCKH MÔN ANTEN

1.25
l
λ
=
: trường hợp giới hạn
0
3
31
θ
=

Khi đó đồ thị phương hướng của anten chấn tử đối xứng có dạng như hình vẽ dưới đây:
a: l/λ ≈ 0 (Trường hợp dipol điện).

b: l/λ=0.5
NHÓM SV LỚP ĐTV47DH. KHOA ĐIỆN-ĐTTB
6
ĐỀ TÀI NCKH MÔN ANTEN

c: l/λ=1


d: l/λ=1.25
NHÓM SV LỚP ĐTV47DH. KHOA ĐIỆN-ĐTTB
7
ĐỀ TÀI NCKH MÔN ANTEN

e: l/λ=1.5


f: l/λ=2

Hình 2: Đặc tính phương hướng của anten chấn tử đối xứng
NHÓM SV LỚP ĐTV47DH. KHOA ĐIỆN-ĐTTB
8