Bài giảng Kỹ thuật anten

( ) ( )[ ]( )220y 2cos2 2
sin
2f
ak
ak
bk
bk
abE
x
x
y
y
−= ππ (6.3) 
- Trong mặt phẳng 
2
πϕ = (yoz) , kx =0, tỷ lệ với θE ( )[ ]( )[ ] θθπ sin2
sin2sin2f
0
0
0y bk
bk
abE= 
- Trong mặt phẳng ϕϕ Ek y ,0,0 == tỷ lệ với 
 45
 ( )[ ]
( )( ) θθπ
θ
cos
sin2
sin2cosf 2
0
2
0
y ak
ak
−
= 
- Công suất bức xạ toàn phần theo (6.2) 
2
04
EYabP Wr = 
 => Hệ số định hướng : 
2
00
2
0
2 64
2
4 λβλπ
θ ab
P
EYr
D
r
== 
* Đánh giá hệ số định hướng: chẳng hạn cho dãi X (8÷12 GHz), 
6.2 ANTEN LOA H 
- Để nhận được trường bức xạ có tính định hướng cao khi so với miệng ống dẫn 
sóng, có thể mỡ rộng các miệng ống dẫn sóngthành các anten loa. 
- Nếu miệng ống dẫn sóng chữ nhật được mỡ rộng trong mpÆanten loa H 
(hình vẽ) 
- Trường bức xạ từ phía miệng ODS về phía miệng loa có dạng mặt sóng trụ tròn 
(hình vẽ) 
- Để trường ở miệng loa gần đồng pha thì góc mở ϕ phải nhỏ. 
- Độ lợi và kiểu bức xạ sẽ giống với miệng bức xạđồng pha, nếu lượng sai khác về 
pha ở rìa miệng loa và tâm loa 
4
π≤ hay 
'444
)( 0120 a
tgRRk λππ ≤⇔≤− 
Vậy để có miệng loa rộng thf góc mở ϕ nhỏÆ hạn chế phạm vi sữ dụng( vì loa 
dài). 
- Nếu bỏ qua sai khác về pha và coi phân bố trường ở miệng loa tương tự như 
trường ở miệng ống dẫn sóng TE10 thì : 
 '
cos0 a
xaEE ya
π→→ = với 
2
'
2
'
by
ax
≤
≤
- Trường bức xạ được tính tương tự trường hợp ống dãn sóng chữ nhật với a Æ a’ 
và hằng số truyền sóng : 
 ( ) 021220 ' kak ≈⎥⎦⎤⎢⎣⎡ −= πβ 
 46
- Hệ số định hướng : 2
0
'2,10 λ
baD = 
- Độ lợi G ≈ D 
- Với cùng 1 chiều dài của loa thì độ lợi sẽ tăng nếu tăng góc mở ϕ. Tuy nhiên khi 
đó sai pha trên miệng loa tăng theo Æ giảm độ lợi 
- Các tính toán lý thuyết Ævới cùng chiều dài loa thì độ lợi cực đại nhận được do 
tăng độ rộng miệng loa a’ cho đến khi sai pha ≈ 0,75 π. 
§ 6.3 MIỆNG ỐNG DẪN SÓNG HÌNH TRÒN 
- Mode TE11 phân bố điện trường trên tiết diện thẳng (sử dụng hệ toạ độ cực ( ϕρ , )) 
 )84,1(
sin2
1 a
JE ρρ
φ
ρ = (5.3.1) 
 ρ
ρ
ϕ
ϕ d
a
dJaE
)84,1(
84,1
cos2 1= (5.3.2) 
(hình vẽ) 
- Trong hệ toạ độ Decarte : 
ϕϕ
ϕϕ
ϕρ
ϕρ
cossin
coscos
EEE
EEE
y
x
−=
−=
 (5.3.3) 
 (hình vẽ) 
- Sử dụng tính chất của hàm Bessel 
 ϕρ 2sin)84,1(2 aJE x = (5.3.4) 
 ϕρρ 2cos)84,1()84,1( 20 aJaJE y −= (5.3.5) 
- Sử dụng công thức tích phân Lommel : 
 u
uJJaae
r
jkE rjk )(
84,1
)84,1(2sin2 11220 0 ϕθ −= (5.3.7) 
 ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡
−=
−
du
udJ
u
Jae
r
jkE rjk )(
)84,1(
)84,1(84,1cos2 122
120 0 θϕ (5.3.8) 
* Nhận xét 
 47
- trong mp 
2
πϕ = (mặt E), kiểu bức xạ tương tự như kiểu bức xạ của miệng bức xạ 
đồng nhất hình tròn (chươnh 4_) 
- trong mp ϕ = 0(mặt H) kiểu bức xạ hoàn toàn tương tự kiểu bức xạ của miệng 
ống chữ nhật. -hệ số định hướng được tìm theo cách tương tự như với ống chữ nhật 
2
0
2
0
66
λ
π
βλ
aD = (5.3.9) 
§ 6.4 LOA H. 
- Để nhận được trường bức xạcó tính định hướng cao hơn so với miệng ống dẫn 
sóng, có thể mở rộng(hay làm loe ra) các miệng ống dẫn sóng thành các anten loa. 
- Nếu miệng ống dẫn sóng chữ nhậtđược mở rộng trong mp H , ta có anten loa H, 
- Trường bức xạ vào loa từ phía miệng ống sẽ có dạng sóng trụ với các mặt đồng 
pha dạng mặt trụ tròn (hình vẽ) 
- Để trường ở miệng loa gần đồng pha thì góc mở ϕ phải nhỏ. 
- Độ lợi và kiểu bức xạ sẽ rất giống với miệng bức xạ đồng pha, nếu lượng sai 
khác về pha ở rìa của loa và tâm loa 
4
π≤ hay 
'444
)( 0120 a
tgRRk λππ ≤⇔≤− 
* Nhận xét : để có miệng loa rộng thì góc mở ϕ phải nhỏ Æ loa dàiÆ giới hạn 
phạm vi ứng dụng. 
- Nếu bỏ qua sự sai khác về pha của trường ở miệng loa thì có thể coi phân bố 
trường ở miệng loa tương tự như trường ở miệng ống dẫn sóng ứng với mode TE10 
,
'
cos0 a
xaEE ya
π→→ = với 
2
2
'
by
ax
≤
≤
- Trường bức xạ dược tính tươnh tựnhư trường hợp miệng ống chữ nhật ở § 5.2 
với aÆa’, với hằng số truyền 0k≈β 
- Hệ số định hướng : 2
0
'2,10 λ
baD = 
- Độ lợi (công thức) 
- Với cùng 1 chiều dài của loa, độ lợi sẽ tăng nếu tăng góc mở. tuy nhiên khi đó sai 
pha trên miệng loa tăng và làm giảm độ lợi. các tính toán lý thuyết đã chỉ ra rằng: với 
cùng 1 chiều dài loa thì độ lợi cực đại nhận được do tăng đọ rộng miệng loa a’ sẽ đạt 
được cho đến khi sai pha ≈ 0,75π. 
 --------------------------------------------------------------------- 
 48
 49
CHƯƠNG 7 : ANTEN PARABOL 
§ 7.1 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 
- Là anten có tính định hướng tương đối cao, sử dụng chủ yếu ở dải sóng cực ngắn 
(thông tin di đông và vệ tinh) 
- Phương trình mặt parabol trong hệ toạ độ cực: 
θcos1
2
+=
fr (7.1.1) 
- Đặc trưng bề mặt parabol là tất cả các tia bức xạ xuất phát từ từ tiêu điểm (nơi 
đặt loa chiếu xạ ) sau khi phản xạ đều song song với trục parabol Æ có thể áp dụng 
các nguyên lý quang hình để tìm trường trên miệng parabol. 
- Trong các ứng dụng cho nghiên cứu bức xạ vũ trụ, để tránh ảnh hưởng của nhiễu 
từ mặt đất (có thể làm giảm độ nhạy), người ta thường dùng hệ thống chiếu xạ thứ 
cấp. Hệ parabol lúc này được gọi là anten Cassegrain 
 _______________________________________________ 
§ 7.2 Hiệu suất miệng bức xạ 
1) Mật độ công suất bức xạ trên miệng parabol: 
- Ký hiệu g (θ,ϕ): công suất bức xạ/ đơn vị góc đặt theo hướng (θ,ϕ) của nguồn 
chiếu xạ. 
=> công suất đến mặt phản xạ trong góc sinθdθdϕ là : 
ϕθθϕθϕθ ddgPi ..sin).,(),( = (7.2.1) 
- Một công suất tương tự phải xuất hiện trong mặt trên miệng rsinθ dϕ ds 
(công thức) 
2) Tổn hao tràn: đặc trưng bởi hiệu suất tràn: tỷ số công suất được gương phả xạ 
trở lại/tổng công suất bức xạ của bộ chiếu xạ 
 ϕθθϕθρϕθϕρ ddgddrP ..sin).,(..sin),( = (7.2.2) 
 Hay ρ
θϕθϕρ
d
d
r
gP 1),(),( = (7.2.3) 
- Sử dụng (7.1.1) => 
 22
22
4
4cos
ff
ff
+
−=θ (7.2.4) 
( )
222
2
2
2
)4(
16),(
4
cos1),(),(
ff
fg
f
gP +=
+= ϕθθϕθϕρ (7.2.5) 
 50
 Nếu constg =),( ϕθ thì ( )2cos4),( 4 θϕρ =P 
* Hệ số định hướng của bộ chiếu xạ : 
∑
=
×ch
f P
gD )0,0(4π (7.2.7) 
3) Hiệu suất miệng: mô tả tất cả các dạng tổn hao (phân bố biên độ, pha và đặc 
tính phân cực) 
- Trường trên miệng: 
→→→ +== yyxxa aEaEE ),(),(),( ϕρϕρϕρ
- Công suất bức xạ toàn phần từ miệng: giả thiết sóng là sóng phẳng 
 ∫ ∫= π ϕρρϕρ2
0 0
..),(
a
a ddPP
- Mật độ công suất bức xạ trên đơn vị góc đặc : 
22
0 0
2
0
2
022
0 ..),(82
1 ∫ ∫ →= π ϕρρϕρπ
a
a ddE
YkErY (*) 
Nếu công suất bức xạ toàn phần Pa từ miệng parabol được phân bố đồng nhất với 
mật độ Pa / πa2 thì : 
 2
12
0
2 ⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛= Ya
PE aa π (**) 
Khi đó trường trên miệng là phân cực thẳng và đồng pha. Trường này tạo ra một 
mật độ công suất trên đôn vị góc dài dọc theo trục z là : 2
22
0
4π
π aPak 
- Thường chiếu thành phần phân cực được sử dụng, chọn thành phần Ey, kh đó: 
 tỷ số công suất bức xạ do thành phần Ey 
Gọi ηλ là hiệu suất miệng ≡ 
 mật độ công suất bức xạ trên đơn vị góc đặc 
∫ ∫
∫ ∫
+
=
→
π
π
λ
ϕρρπ
ϕρρϕρ
η 2
0 0
222
22
0 0
..)(
..),(
a
yx
a
a
ddEEa
ddE
 (7.2.9) 
+ Hiệu suất miệng có thể đựơc biểu diễn bằng tích của 3 số hạng, bao gồm tổn hao 
do chiếu xạ không đồng nhất (1-ηi), tổn hao do sự không đồng pha của trường miệng 
(1- ηp) và tổn hao phân cực ngang (1- ηx), tức là: 
xpiA ηηηη = 
 51
+ Độ lợi trục : 
inin P
I
P
Ig π
π
4
4
== 
Với I: Cường độ bức xạ của anten theo hướng trục (watts/ đơn vị góc đặc) ứng với 
dạng phân cực thẳng cho trước, Pin: công suất đặt vào bộ chiếu xạ. 
+ Công suất bức xạ bởi bộ chiếu xạ : infT PP .η= với fη : là hiệu suất của bộ 
chiấu xạ 
+ Công suất đến miệng parabol là: 
aTS PP =η 
=> 
a
fS P
IG πηη 4..= 
+ Tổng quát : ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛= 2
0
4.... aIG ipxfS πλπηηηηη 
* Hệ số định hướng: Cường độ bức xạ từ miệng đồng nhất phân cực thẳng: 
θθ ππ
→−→→ == aae
r
EjkEE rjk 200 0
2 
=> Mật độ công suất góc đặc : 
4
0
2
0
2
022
0 82
1 aYEkErY =θ 
+ Công suất bức xạ toàn phần 
2
00
2
2
1 EYaPa π= 
=> )(
4 2
2
0
aD πλ
π= (7.2.10) 
+ Tổng quát : ASaD ηηπλ
π .)(4 22
0
= (7.2.11) 
____________________________________________________ 
 52
CHƯƠNG 8 : ANTEN THU 
§ 8.1 DIỆN TÍCH HIỆU DỤNG 
+ Trong đa số trường hợp, có thể dùng nguyên lý thuận nghịch để khảo sát các đặc 
trưng của anten thu: Các đặc trưng của 1 anten sử dụng để thu sóng điện từ rất gần với 
các đặc trưng tương ứng của anten khi nó được sử dụng để bức xạ sóng điện từ. 
Æ Nếu 1 anten có độ lợi G theo 1 hướng cho trước khi bức xạ sẽ có cùng độ lợi 
như vậy khi nhận bức xạ từ cùng một hướng khi sóng tới có cùng dạng phân cực 
+ Để tiện khảo sát đặc trưng nhận của anten thang ta sử dụng khái niệm diện tích 
hiệu dụng Ae sao cho năng lượng nhận được bởi anten bằng mật độ năng lượng đến 
trên đơn vị diện tích nhân với Ae. 
+ Khi đó nếu điều kiện về dạng phân cực của sóng đến và điều kiện trở kháng 
được thoả mãn thì: 
Gπ
λ
4
A
2
0
e = 
Với anten miệng Ae diện tích thực của miệng ≤
 Và Ae ~ diện tích thực của miệng 
+ Đặc trưng phân cực của 1 anten có thể được mô tả bởi việc sử dụng thông số 
chiều dài hiệu dụng phức h
r
. 
→→= ic EhV .0 trong đó iEr cường độ điện trường sóng tới 
Voc: Thế hở mạch thu được. Với anten dipole 
h
r
~ chiều dài của anten 
nhưng ≤ chiều dài của anten do phân bố dòng bất đồng nhất. 
 ___________________________________________ 
§ 8.2 CÔNG THỨC FRIIS 
- Xét hệ R – T antennas Anten phát có độ lợi Gt (θt ϕt) 
 gọi Pin:công suất đặt vào T – anten 
tΓ : Hệ số phản xạ của đường truyền nuôi T – anten 
=> công suất bức xạ toàn phần là: 
 int P)1(
2Γ− (8.1) 
+ Mật độ công suất trên đơn vị diện tích theo hướng R–anten, ở khoảng cách r sẽ là: 
2
2
4
),(.)1( r
GPP tttintinc π
ϕθΓ−= (8.2) 
 53
=> công suất tín hiệu thu được sẽ là: 
 ),(4
)1)(,()1( 2
22
ttt
in
trrrrrec Gr
PGP ϕθπϕθ Γ−Γ−= (8.3) 
 Công thức (8.3) là công thức Friss 
+ Nếu điều kiện về tính phân cực không thoả mãn thì 
 ),(),(4
)1)(1( 2
2
022
tttrrr
in
trrec GGr
PpP ϕθϕθπ
λΓ−Γ−= (8.4) 
Với : 22
2
.
→→
→→
=
i
i
Eh
Eh
p (8.5) 
 54