Lý thuyết chung về ANTEN
- Vai trò của anten : Là thiết bị bức xạ sóng điện từ ra không gian và thu nhận sóng điện từ từ không gian bên ngoài
+ Anten phát: Biến đổi tín hiệu điện cao tần từ máy phát thành sóng điện từ tự do lan truyền trong không gian
+ Anten thu: Tập trung năng lượng sóng điện từ trong không gian thành tín hiệu điện cao tần đưa đến máy thu
Hình 1: Hình ảnh minh họa
Hình 2: Một số loại anten
- Quá trình vật lý bức xạ sóng điện từ
+ Điện trường xoáy : Là điện trường có các đường sức không bị ràng buộc với các điện tích tạo ra nó mà tự bản thân chúng khép kín
Sóng điện từ được hình thành từ quy luật biến thiên của điện từ trường, trong đó điện trường xoáy biến đổi tạo ra từ trường biến đổi Từ trường này lại sinh ra một điện trường xoáy mới, và quá trình lặp lại này dẫn đến sự hình thành sóng điện từ.
Hình 3: Quá trình truyền lan sóng điện
- Quá trình vật lý bức xạ sóng điện từ
+ Khảo sát quá trình bức xạ
Tổng quan lý thuyết anten loa
Sự phát xạ từ đầu hở của ống dẫn sóng chữ nhật
2.1.1 Trường trên mặt mở của ống dẫn sóng chữ nhật
Bài toán về sự phát xạ từ đầu hở của ống dẫn sóng chữ nhật vẫn chưa được giải quyết một cách chặt chẽ, và hiện tại chỉ có thể áp dụng các phương pháp gần đúng Trong nghiên cứu này, giả thiết được đưa ra là tại phần đầu của ống dẫn sóng chỉ có một loại sóng duy nhất, cụ thể là sóng H10 Để đảm bảo loại trừ các sóng khác, kích thước của ống dẫn sóng cần phải đáp ứng một số điều kiện nhất định.
Trên mặt mở của ống dẫn sóng, xảy ra sự phản xạ một phần, dẫn đến sự xuất hiện của các sóng bậc cao bị tắt dần, tạo ra cấu trúc trường khác biệt so với phần đầu của ống Ngoài ra, trên bề mặt ngoài của ống còn xuất hiện các dòng mặt Tuy nhiên, với mức độ gần đúng, có thể không cần xem xét các sóng bậc cao và dòng mặt, và giả thiết rằng trường trên mặt mở (z = 0) tương tự như trong phần đều của ống dẫn sóng.
Hình 2.1: Đầu hở của ống dẫn sóng chữ nhật
Theo giả thiết gần đúng, mặt mở của ống dẫn sóng chữ nhật có đặc điểm là mặt đồng pha với biên độ phân bố đều trong mặt phẳng điện và cosin trong mặt phẳng từ Giá trị của 1 có thể được xác định thông qua thực nghiệm hoặc bằng các công thức gần đúng.
(2.2) Các thành phần ngang của điện và từ trường trên mặt mở liên quan với nhau bằng hệ thức:
Phân bố trường trên mặt mở là phân bố tách biến, vì thế đặc trưng hướng trong mặt phẳng điện có thể tìm được theo phương pháp mặt mở
Giá trị biên độ cường độ điện trường trong mặt phẳng điện được xác định bởi các biểu thức sau:
Nếu chú ý tới (2.1) và (2.3) ta có: Đối với mặt phẳng điện yoz (Hình 2.1):
Tích phân theo tọa độ x, y ta có:
(2.5) Cường độ trường trong mặt phẳng từ |E | H cũng được tính bằng cách tương tự:
Sau khi tính tích phân ta có:
(2.7) Các đặc trưng hướng trong các mặt phẳng chính có dạng:
Các biểu thức trong ngoặc thể hiện đặc trưng hướng của yếu tố trên mặt mở f 1 (,), trong khi các hàm số của E và H là các thừa số của hệ f hệ (,).
Trên Hình 2.2 mô tả các đặc trưng hướng đối với ống dẫn sóng tiêu chuẩn a = 0,72 λ, b = 0,32 λ
Hình 2.2 minh họa đặc trưng hướng của ống dẫn sóng chữ nhật trong hai mặt phẳng E và H Khi hệ số phản xạ 1 = 0 và 1 = 0,17, đồ thị cho thấy sự khác biệt giữa các đặc trưng hướng tính theo các công thức (2.8) và (2.9) là không đáng kể ở nửa không gian phía trước Điều này xảy ra do giá trị của 1 tại bước sóng công tác không lớn (|1| λ3.3mm
- LODS=λ (chiều dài ống dẫn sóng)
Tham số kích thước loa quạt H
Tham số kích thước loa quạt E
Tham số kích thước loa tháp
Thiết kế anten trên phần mềm FEKO
Angten loa tháp Angten loa quạt E
Kết quả sau khi mô phỏng angten loa
3.4.1 Anten ống dẫn sóng (ODS) Đồ thị bức xạ trong mặt phẳng H Đồ thị bức xạ trong mặt phẳng E
Hệ số tăng ích của angten: Gmax=5.96(dBi) Độ rộng cánh sóng ở mức nửa công suất 2θ0.5(H) = 62.41
3.4.2 Anten loa quạt E Đồ thị bức xạ trong mặt phẳng H Đồ thị bức xạ trong mặt phẳng E
Hệ số tăng ích của angten: Gmax.78(dBi) Độ rộng cánh sóng ở mức nửa công suất
52 Đồ thị bức xạ trong mặt phẳng H Đồ thị bức xạ trong mặt phẳng E
Hệ số tăng ích của angten: Gmax=7.87(dBi) Độ rộng cánh sóng ở mức nửa công suất
3.4.4 Anten loa tháp Đồ thị bức xạ trong mặt phẳng H Đồ thị bức xạ trong mặt phẳng E
Hệ số tăng ích của angten: Gmax.63(dBi) Độ rộng cánh sóng ở mức nửa công suất 2θ0.5(H) = 43.21