Bài giảng Truyền sóng và Anten - Chương 6: Anten góc mở - Nguyễn Viết Minh

Nội dung text: Bài giảng Truyền sóng và Anten - Chương 6: Anten góc mở - Nguyễn Viết Minh

1. BÀI GIẢNG TRUYỀN SểNG VÀ ANTEN CHƢƠNG 6 ANTEN GểC MỞ GIẢNG VIấN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 174 BỘ MễN: Vễ TUYẾN – KHOA VIỄN THễNG 1
2. BÀI GIẢNG TRUYỀN SểNG VÀ ANTEN NỘI DUNG . Nội dung chương 6: • 6.1 Giới thiệu • 6.2 Nguyờn lý bức xạ mặt • 6.3 Anten loa • 6.4 Anten gương • 6.5 Anten khe • 6.6 Anten vi dải • 6.7 Cõu hỏi và bài tập GIẢNG VIấN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 175 BỘ MễN: Vễ TUYẾN – KHOA VIỄN THễNG 1
3. BÀI GIẢNG TRUYỀN SểNG VÀ ANTEN 6.1 Giới thiệu . Đặc điểm anten gúc mở • Với anten gúc mở súng điện từ được bức xạ ra tử gúc mở của anten • Hoạt động của anten gúc mở dựa trờn nguyờn lý bức xạ mặt • Để cú hệ số khuếch đại cao chiều dài gúc mở và độ rộng phải bằng vài lần bước súng • Phự hợp với băng súng siờu cao tần GIẢNG VIấN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 176 BỘ MễN: Vễ TUYẾN – KHOA VIỄN THễNG 1
4. BÀI GIẢNG TRUYỀN SểNG VÀ ANTEN 6.2 Nguyờn lý bức xạ mặt . Nguyờn lý chung • Cỏc bề mặt được kớch thớch bởi trường điện từ bức xạ từ một nguồn sơ cấp • Trờn bề mặt hỡnh thành cỏc thành phần điện từ trường vuụng gúc nhau bề mặt trở thành nguồn bức xạ thứ cấp • Với bức xạ súng phẳng thỡ mặt phẳng đú được gọi là mặt mở của anten (khẩu độ) . Đặc điểm • Sử dụng phổ biến ở dải súng cực ngắn • Tạo anten cú tớnh hướng hẹp • Cỏc anten điển hỡnh: Anten loa, anten gương GIẢNG VIấN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 177 BỘ MễN: Vễ TUYẾN – KHOA VIỄN THễNG 1
5. BÀI GIẢNG TRUYỀN SểNG VÀ ANTEN 6.2 Nguyờn lý bức xạ mặt . Bức xạ bề mặt được kớch thớch bởi trường điện từ • Bài toỏn + Miệng anten cú diện tớch S, trờn đú cỏc thành phần trường phõn bố theo quy luật + Đặt anten trong hệ tọa độ với trục z trung với phương vecto phỏp tuyến ngoài của mặt M(R,, ) z e  R k S Ey y  H x x /  2 GIẢNG VIấN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 178 BỘ MễN: Vễ TUYẾN – KHOA VIỄN THễNG 1
6. BÀI GIẢNG TRUYỀN SểNG VÀ ANTEN 6.2 Nguyờn lý bức xạ mặt . Bức xạ bề mặt được kớch thớch bởi trường điện từ • Khảo sỏt quỏ trỡnh bức xạ + Trường kớch thớch trờn miệng anten là hàm số theo tọa độ của mặt j x, y Hx iHfxy x00 ,, iHf x m xye Trong đú: - Hx là biờn độ phức của vectơ cường độ từ trường trờn bề mặt bức xạ. - H0 là biờn độ phức của vectơ cường độ từ trường tại gốc tọa độ. - f(x,y) là hàm phõn bố phức của trường, trong đú fm(x,y) là hàm phõn bố biờn độ cũn (x,y) là hàm phõn bố pha. + Trở khỏng bề mặt Ey Zs x, y H x GIẢNG VIấN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 179 BỘ MễN: Vễ TUYẾN – KHOA VIỄN THễNG 1
7. BÀI GIẢNG TRUYỀN SểNG VÀ ANTEN 6.2 Nguyờn lý bức xạ mặt . Bức xạ bề mặt được kớch thớch bởi trường điện từ • Khảo sỏt quỏ trỡnh bức xạ + Áp dụng nguyờn lý dũng mặt tương đương để phõn tớch bức xạ bề mặt - Mật độ dũng điện mặt Jee n. H J i H s x y y x - Mật độ dũng từ mặt Jmm n. E J i E s y x x y + Mặt bức xạ lý tưởng là phẳng, cỏc thành phần tiếp tuyến của trường đồng biờn và đồng pha fm x,1 y  xy,0 GIẢNG VIấN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 180 BỘ MễN: Vễ TUYẾN – KHOA VIỄN THễNG 1
8. BÀI GIẢNG TRUYỀN SểNG VÀ ANTEN 6.2 Nguyờn lý bức xạ mặt . Bức xạ bề mặt được kớch thớch bởi trường điện từ • Khảo sỏt quỏ trỡnh bức xạ + Chọn z trựng với phương truyền tới của súng kớch thớch, với hai thành phần H H i H E Eyx i E0 xx0 z + Trường hợp này ta cú e k HH x 0  n Ey E0 H Z s S HHx 0 E y x Súng phẳng kớch thớch Hỡnh 6.15 GIẢNG VIấN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 181 BỘ MễN: Vễ TUYẾN – KHOA VIỄN THễNG 1
9. BÀI GIẢNG TRUYỀN SểNG VÀ ANTEN 6.3 Anten loa . Cấu tạo • Thuộc loại anten bức xạ mặt + Là đoạn ống dẫn súng cú một đầu hở. + Miệng ống dẫn súng được mở thon dần để trở khỏng súng biến đổi đều. a) b) c) GIẢNG VIấN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 182 BỘ MễN: Vễ TUYẾN – KHOA VIỄN THễNG 1
10. BÀI GIẢNG TRUYỀN SểNG VÀ ANTEN 6.3 Anten loa . Nguyờn lý hoạt động • Mụ tả loa hỡnh nún L R z O 2R0 20 Cổ loa Miệng loa GIẢNG VIấN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 183 BỘ MễN: Vễ TUYẾN – KHOA VIỄN THễNG 1
11. BÀI GIẢNG TRUYỀN SểNG VÀ ANTEN 6.3 Anten loa • Nguyờn lý + Năng lượng cao tần đến cổ loa ở dạng súng phẳng. + Súng phõn kỳ theo thõn loa tới miệng loa. + Tại miệng loa năng lượng súng bức xạ ra khụng gian với dạng súng cầu. + Chọn gúc mở thớch hợp 2R 2 R 0 0,15 2,4 + Đồ thị tớnh hướng 0  =0 GIẢNG VIấN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 184 BỘ MễN: Vễ TUYẾN – KHOA VIỄN THễNG 1
12. BÀI GIẢNG TRUYỀN SểNG VÀ ANTEN 6.4 Anten gương . Nguyờn lý • Dựa trờn nguyờn lý làm việc của gương quang học + Bộ bức xạ sơ cấp: Bức xạ ra súng điện từ với mặt súng và hướng truyền lan xỏc định. + Mặt phản xạ: Biến đổi thành súng thứ cấp với mặt súng và hướng truyền lan theo yờu cầu nhờ kết cấu của mặt phản xạ làm việc theo nguyờn lý gương quang học. • Anten gương thường cú tớnh hướng cao + Súng thứ cấp là súng phẳng, tập chung năng lượng trong một khụng gian hẹp. GIẢNG VIấN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 185 BỘ MễN: Vễ TUYẾN – KHOA VIỄN THễNG 1
13. BÀI GIẢNG TRUYỀN SểNG VÀ ANTEN 6.4 Anten gương . Anten Parabol • Cấu tạo + Bộ bức xạ sơ cấp: Sử dụng anten chấn tử đối xứng hoặc anten loa. Vị trớ đặt tại tiờu điểm parabol. + Mặt phản xạ: Hỡnh parabol trũn xoay với hệ số phản xạ cao. GIẢNG VIấN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 186 BỘ MễN: Vễ TUYẾN – KHOA VIỄN THễNG 1
14. BÀI GIẢNG TRUYỀN SểNG VÀ ANTEN 6.4 Anten gương . Anten Parabol (2) • Nguyờn lý hoạt động + Tớnh chất quan học gương parabol FO + OO’ = FA + AB = f + h = Const. + Cỏc tia sau khi phản xạ đi đến miệng gương với quóng đường như nhau, do đú tại miệng gương mặt súng là mặt phẳng. a) b) B A A 0 d F F z O  O h O’ f 0 GIẢNG VIấN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 187 BỘ MễN: Vễ TUYẾN – KHOA VIỄN THễNG 1
15. BÀI GIẢNG TRUYỀN SểNG VÀ ANTEN 6.4 Anten gương . Anten Parabol (3) • Cỏc tham số + Đồ thị tớnh hướng 21 70 31dB 2 31dB 2 2 fd 2 d 3 dB Bỳp chớnh Cỏc bỳp phụ G Bỳp ngược 0 dB 2 1/2 - 1800 0 1800 GIẢNG VIấN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 188 BỘ MễN: Vễ TUYẾN – KHOA VIỄN THễNG 1
16. BÀI GIẢNG TRUYỀN SểNG VÀ ANTEN 6.4 Anten gương . Anten Parabol (4) • Cỏc tham số + Hệ số tớnh hướng, hệ số khuyếch đại 2 4 Sd  D dBi 20 lgdm 20 lg fGHz 20,4 D 2  2 4 Sd  G( dBi ) 20lg d 20lg f 10lg 20,4 G 2  m GHz  GIẢNG VIấN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 189 BỘ MễN: Vễ TUYẾN – KHOA VIỄN THễNG 1
17. BÀI GIẢNG TRUYỀN SểNG VÀ ANTEN 6.4 Anten gương . Một số loại anten gương • Anten Cassegrain (anten hai gương) Gương phản xạ chính (Parabol tròn xoay) Gương phản xạ phụ (Hybperbol tròn xoay) F2 F1 GIẢNG VIấN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 190 BỘ MễN: Vễ TUYẾN – KHOA VIỄN THễNG 1
18. BÀI GIẢNG TRUYỀN SểNG VÀ ANTEN 6.4 Anten gương . Một số loại anten gương • Anten Gregorial GIẢNG VIấN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 191 BỘ MễN: Vễ TUYẾN – KHOA VIỄN THễNG 1
19. BÀI GIẢNG TRUYỀN SểNG VÀ ANTEN 6.5 Anten khe . Anten khe nửa súng • Cấu tạo: + Khe hẹp trờn thành ống đẫn súng hoặc hốc cộng hưởng + Chiều dài bằng nửa bước súng cụng tỏc • Hoạt động + Quan hệ dũng – ỏp ze Im 22 bE z U z day khe khe m l Iday 2 U bkhe sin z 2 E e + Trường bức xạ /2 kl kl y cos c os c os Ubkhe 22 ikr E i e x r sin kl kl cos c os c os Ubkhe 22 ikr H i e Zr  sin GIẢNG VIấN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 192 BỘ MễN: Vễ TUYẾN – KHOA VIỄN THễNG 1
20. BÀI GIẢNG TRUYỀN SểNG VÀ ANTEN 6.5 Anten khe . Anten khe nửa súng • Đồ thị bức xạ x a) x b) z  y Hỡnh 6.16. Đồ thị phương hướng của khe nửa súng a) mặt phẳng H; b) mặt phẳng E GIẢNG VIấN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 193 BỘ MễN: Vễ TUYẾN – KHOA VIỄN THễNG 1
21. BÀI GIẢNG TRUYỀN SểNG VÀ ANTEN 6.6 Anten vi dải . Anten vi dải điển hỡnh Miếng đồng chữ nhật Bề mặt điện mụi Mặt nối đất GIẢNG VIấN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 194 BỘ MễN: Vễ TUYẾN – KHOA VIỄN THễNG 1
22. BÀI GIẢNG TRUYỀN SểNG VÀ ANTEN 6.6 Anten vi dải . Anten vi dải chữ nhật • Cấu tạo Hỡnh 6.23. Cấu tạo anten vi dải chữ nhật GIẢNG VIấN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 195 BỘ MễN: Vễ TUYẾN – KHOA VIỄN THễNG 1
23. BÀI GIẢNG TRUYỀN SểNG VÀ ANTEN 6.6 Anten vi dải . Anten vi dải chữ nhật • Hoạt động + Tần số làm việc c 1 fc 22LLrr  00  + Trường bức xạ kZ sin sin sin 2 kL E cos sin cos cos kZ sin sin 2 2 kZ sin sin sin 2 kL E cos sin cos cos  sin kZ sin sin 2 2 + Hàm tớnh hướng 22 f  , E E GIẢNG VIấN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 196 BỘ MễN: Vễ TUYẾN – KHOA VIỄN THễNG 1
24. BÀI GIẢNG TRUYỀN SểNG VÀ ANTEN 6.6 Anten vi dải . Anten vi dải chữ nhật • Hoạt động + Đồ thị bức xạ GIẢNG VIấN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 197 BỘ MễN: Vễ TUYẾN – KHOA VIỄN THễNG 1
25. BÀI GIẢNG TRUYỀN SểNG VÀ ANTEN 6.7 Cõu hỏi và bài tập . Bài tập chương 6 6. Một anten parabol đường kớnh 5m cú hiệu suất làm việc 0,65 làm việc tại tần số 6GHz. Tỡm diện tớch mặt mở hiệu dụng của anten (a) 12,76 m2; (b) 13,76m2; (c) 14,76m2; (d) 15,75m2 7. Số liệu như bài 6, tỡm hệ số khuếch đại của anten. a ) 45,1dBi; (b) 46,1dBi; (c) 47,1dBi; (d) 48,1dBi 8. Số liệu như bài 6, xỏc định độ rụng bỳp súng chớnh. a ) 0,50; (b) 0,7 0; (c) 1,50; (d) 1,7 0 9. Một anten parabol đường kớnh 3m cú hiệu suất làm việc 0,55 làm việc tại tần số 2GHz. Tỡm diện tớch mặt mở hiệu dụng của anten. a ) 2,9 m2; (b) 3,5 m2; (c) 3,9 m2; (d) 4,5 m2 10. Số liệu như bài 9, tỡm hệ số khuếch đạicủa anten. a ) 33,4dBi; (b) 35,4dBi; (c) 37,4dBi; (d) 39,4dBi 11. Số liệu như bài 9, xỏc định độ rụng bỳp súng chớnh. a ) 2,50; (b) 3,0 0; (c) 3,50; (d) 3,7 0 12. Một anten gương parabol cú hệ số khuếch đại là 50 dBi, hiệu suất làm việc 60%. Tớnh gúc nửa cụng suất. a ) 0,440; (b) 0,540; (c) 0,640; (d) 0,740 13. Một anten cú gúc nửa cụng suất bằng 20. Xỏc định hệ số khuếch đại khi biết hiệu suất làm việc của anten là 55%. a ) 30,2dBi; (b) 35,2dBi; (c) 38,2dBi; (d) 40,2dBi GIẢNG VIấN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 198 BỘ MễN: Vễ TUYẾN – KHOA VIỄN THễNG 1
26. BÀI GIẢNG TRUYỀN SểNG VÀ ANTEN 6.5 Cõu hỏi và bài tập . Bài tập chương 6 14. Một anten phỏt cú hệ số khuếch đạilà 40 dBi, anten cú cụng suất phỏt là bao nhiờu để anten thu gương parabol cú đường kớnh miệng gương 0,9 m; hiệu suất làm việc 0,55 đặt cỏch anten phỏt 50 km nhận được cụng suất – 70 dBW. Giả thiết súng truyền trong khụng gian tự do. a ) 0,5 mW; (b) 0,5 W; (c) 0,9 mW; (d) 0,9W 15. Anten gương parabol cú hệ số khuếch đạilà 40 dBi, hiệu suất làm việc 60%, làm việc tại tần số 4GHz.Tớnh đường kớnh miệng gương. a ) 3,08 m; (b) 3,28 m; (c) 3,58 m; (d) 3,78 m 16. Số kiệu như bài 15, tớnh độ rộng bỳp súng 3dB. a ) 1,50; (b) 1,70; (c) 2,50; (d) 2,70 17. Một anten phỏt cú hệ số khuếch đạilà 30 dBi, cụng suất phỏt của anten là 5W. Ở cự ly 50 km đặt một anten thu gương parabol cú đường kớnh miệng gương 1,5m. Tớnh cụng suất anten thu nhận được. a ) 1,13 pW; (b) 1,13W; (c) 1,13 mW ; (d) 1,13 W 18. Số liệu như bài 17, tớnh tổn hao truyền súng trong khụng gian tự do khi truyền từ anten phỏt đến anten thu. a ) 60,45dB; (b) 63,45dB; (c) 65,45dB; (d) 66,45dB 19. Một anten gương parabol cú hệ số khuếch đại là 30 dBi, hiệu suất làm việc 60%. Tớnh gúc nửa cụng suất. a ) 4,380; (b) 5,380; (c) 6,380; (d) 7,380 20. Một anten cú gúc nửa cụng suất bằng 1,20. Xỏc định hệ số khuếch đại khi biết hiệu suất làm việc của anten là 55%. a ) 35,7dBi; (b) 40,7dBi; (c) 42,7dBi; (d) 45,7dBi GIẢNG VIấN: NGUYỄN VIẾT MINH www.ptit.edu.vn Trang 199 BỘ MễN: Vễ TUYẾN – KHOA VIỄN THễNG 1