Báo cáo bài tập lớn môn Hệ thống viễn thông

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.59 MB, 40 trang )

Báo cáo Bài tập lớn

Môn h ệ th ống vi ễn thông

Mục lục
LỜI NÓI ĐẦU…………………………………………………………………………………………………………………………………. 2
CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ ĂNG TEN YAGI………………………………………………………………………….. 3
1.1

Giới thiệu về anten Yagi………………………………………………………………………………………………. 3

1.2

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động………………………………………………………………………………… 3

1.3

Hệ số sóng chậm………………………………………………………………………………………………………….. 7

1.4

Đặc trưng hướng………………………………………………………………………………………………………….. 9

1.5

Trở kháng vào của chấn tử chủ động…………………………………………………………………….. 11

1.6

Hệ số định hướng………………………………………………………………………………………………………. 11

1.7

Dải thông của anten Yagi………………………………………………………………………………………….. 12

CHƯƠNG II. TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ VÀ MÔ PHỎNG ANTEN YAGI Ở DẢI TẦN 430
MHZ………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 13
2.1

Tính toán các thông sô……………………………………………………………………………………………….. 13

2.2

Mô phỏng anten yagi với HFSS………………………………………………………………………………… 15

2.2.1

Khởi tạo chương trình, tao project…………………………………………………………………15

2.2.2

Thiết lập các thông số cơ bản cho việc thiết kế………………………………………….16

2.2.3

Xuất kết quả mô phỏng:………………………………………………………………………………….. 34

KẾT LUẬN……………………………………………………………………………………………………………………………………. 36
Em xin chân thành cảm ơn..!…………………………………………………………………………………………………. 37

Page 1

Báo cáo Bài tập lớn

Môn h ệ th ống vi ễn thông

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay nhu cầu về thông tin vô tuyến đang phát triển rất mạnh mẽ trong hầu
hết các lĩnh vực từ thông tin di động, đến truy cập Internet không dây, y tế, môi
trường, v.v…. Mỗi thiết bị vô tuyến cần phải có anten để thu và phát tín hiệu. Vì vậy
Anten là bộ phận không thể thiếu trong các thiết bị thu phát, truyền tin. Nhất là với
công nghệ kết nối không dây đang phát triển rất mạnh như hiện nay anten đã có
những thay đổi hết sức linh hoạt về phẩm chất, cấu trúc, kích thước…nhằm thoả mãn
tối đa nhu cầu của người sử dụng.
Gần đây, đặc biệt là sau năm 2000, nhiều loại anten m ới đ ược thi ết k ế
thỏa mãn các yêu cầu về băng thông của hệ thống truyền thông. Trong khuôn
khổ đề tài này, cùng với việc tìm hiểu lý thuyết kỹ thuật anten, nhóm em sẽ đi sâu vào
tìm hiểu về anten Yagi, thiết kê và mô phỏng một an ten Yagi hoạt động ở tần số
430MHz, với các thông số kỹ thuật phù hợp bằng phần mềm mô phỏng HFSS. Nội
dung báo cáo gồm 3 chương:
Chương I: Tổng quan về anten Yagi
Chương II: Tính toán các thông số cần thiết,mô phỏng anten Yagi ở dải tần
430MHz
Kết luận

Page 2

Báo cáo Bài tập lớn

Môn h ệ th ống vi ễn thông

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ ĂNG TEN YAGI
1.1 Giới thiệu về anten Yagi
Anten Yagi là loại anten định hướng rất phổ biến bởi vì chúng dễ chế tạo. Các
anten định hướng như Yagi thường sử dụng trong những khu vực khó phủ sóng hay ở
những nơi cần vùng bao phủ lớn hơn vùng bao phủ của anten omni-directional. Anten
Yagi hay còn gọi là anten Yagi-Uda (do 2 người Nhật là Hidetsugu Yagi và Shintaro
Uda chế tạo vào năm 1926) được biết đến như là một anten định hướng cao được sử
dụng trong truyền thông không dây. Loại anten này thường được sử dụng cho mô
hình điểm- điểm và đôi khi cũng dùng trong mô hình điểm-đa điểm. Anten Yagi-Uda
được xây dựng bằng cách hình thành một chuỗi tuyến tính các anten dipole song song
nhau
Anten Yagi được dùng rộng rãi trong vô tuyến truyền hình, trong các tuyến
thông tin chuyển tiếp và trong các đài rada sóng mét. Anten này đươc dùng phổ biến
như thế vì nố có tính định hướng tương đối tốt mà kích thước và trọng lượng không
lớn lắm,cấu trúc lại đơn giản, dễ chế tạo.

1.2

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Sơ đồ của anten Yagi gồm : một chấn tử chủ động (driven element) thường

là chấn tử nửa sóng, một chấn tử phản xạ (reflector) và một số chấn tử dẫn xạ thụ
động (directors) được gắn trực tiếp với thanh đỡ kim loại. Nếu chấn tử chủ động là
trấn tử vòng dẹt thì nó cũng có thể gắn trực tiếp với thanh đỡ và kết cấu anten sẽ trở
nên đơn giản. Việc gắn trực tiếp các chấn tử lên thanh kim loại thực tế sẽ không ảnh
hưởng gì đến phân bố dòng điện trên anten vì điểm giữa các chấn tử cũng phù hợp
với nút của điện áp. Việc sử dụng thanh đỡ bằng kim loại cũng không ảnh hưởng gì
đến bức xạ của anten vì nó được đặt vuông góc với các chấn tử.

Để tìm hiểu nguyên lý làm việc của anten ta hãy xét một anten Yagi đơn
giản gồm 3 chấn tử : một chấn tử chủ động (A), hai chấn tử thụ động gồm: chấn tử
phản xạ (P) và chấn tử dẫn xạ (D). Chấn tử chủ động (A) được nối với máy phát cao
tần. Dưới tác dụng của trường bức xạ tạo bởi A, trong P và D sẽ xuất hiện dòng cảm
Page 3

Báo cáo Bài tập lớn

Môn h ệ th ống vi ễn thông

ứng và các chấn tử này sẽ trở thành nguồn bức xạ thứ cấp. Như đã biết, nếu chọn
được độ dài của P và khoảng cách từ A đến P một cách thích hợp thì P sẽ trở thành
trấn tử phản xạ của A. Khi ấy năng lượng bức xạ của cặp A – P sẽ giảm yếu về phía
chấn tử phản xạ và được tăng cường theo hướng ngược lại (hướng +z). Tương tự như
vậy, nếu chọn được độ dài của D và khoảng cách từ D đến A một cách thích hợp thì D
sẽ trở thành chấn tử dẫn xạ của A. Khi ấy, năng lượng bức xạ của hệ A – D sẽ được
tập trung về phía chấn tử dẫn xạ và giảm theo hướng ngược lại (hướng –z). kết quả là
năng lượng bức xạ của cả hệ sẽ được tập trung về một phía, hình thành một kinh dẫn
sóng dọc theo trục anten, hướng từ phía chấn tử phản xạ về phía chấn tử dẫn xạ.
Theo lý thuyết chấn tử ghép, dòng điện trong chấn tử chủ động (I1) và
dòng điện trong chấn tử thụ động (I2) có quan hệ với nhau bởi biểu thức:

I2
 aei
I1
Với

a

(1.1)

2
2
2
2
( R12
 X 12
)( R22
 X 22
)

    arctg (

X 12
X
)  arctg ( 22 )
R12
R22

Bằng cách thay đổi độ dài của chấn tử thụ động, có th ể biến đổi đ ộ
lớn và dấu của điện kháng riêng X 22 và do đó sẽ biến đổi được a và

.

Hình 2.2 biểu thị quan hệ của và với X 22 đối với trường hơp chấn tử có độ

dài xấp xỉ nửa bước sóng và ứng với khoảng cách d = 4 .

Page 4

Báo cáo Bài tập lớn

Môn h ệ th ống vi ễn thông

Hình 1.2-1 Sự phụ thuộc giữa và với X22

Càng tăng khoảng cách d thì biên độ dòng trong chấn tử thụ động càng giảm.
Tính toán cho thấy với d �(0,1

�0,25) 

thì khi điện kháng của chấn tử thụ động

mang tính cảm kháng sẽ nhận được I2 sớm pha hơn so với I1. Trong trường hợp này
chấn tử thụ động sẽ trở thành chấn tử phản xạ. Ngược lại khi điện kháng của chấn tử
thụ động mang tính dung kháng thì dòng I2 sẽ chậm pha so với I1 và chấn tử th ụ
động sẽ trở thành chấn tử dẫn xạ.

Hình 1.2- 2 – Phương hướng của cặp chấn tử chủ động và thụ động

Page 5

Báo cáo Bài tập lớn

Môn h ệ th ống vi ễn thông

Hình 3 vẽ đồ thị phương hướng của cặp chấn tử chủ động và thụ động khi d =

0,1  ứng với các trường hợp khác nhau của

arctg

arctg

X 22
R22. Từ hình vẽ ta thấy : Khi

X 22
0
R22
Thì chấn tử thụ động trở thành chấn tử phản xạ.
arctg

Còn khi

X 22
0
R22

Thì chấn tử thụ động trở thành chấn tử dẫn xạ.

Trong thực tế việc thay đổi điện kháng X22 của chấn tử thụ động được thực hiện bằng
cách thay đổi độ dài của chấn tử : khi độ dài chấn tử lớn hơn độ dài cộng hưởng sẽ có
X22>0, còn khi độ dài chấn tử nhỏ hơn độ dài cộng hưởng sẽ có X 22<0. Vì vậy chấn tử
phản xạ thường có độ dài lớn hơn 2 còn chấn tử dẫn xạ thường có độ dài nhỏ hơn


2. Thông thường, ở mỗi anten Yagi chỉ có một chấn tử làm nhiệm vụ phản xạ. Đó
là vì trường bức xạ về phía ngược lại bị chấn tử này làm yếu đáng kể, nếu có thêm
một chấn tử nữa đặt tiếp xúc sau đó thì chấn tử phản xạ thứ hai sẽ được kích thích rất
yếu và do đó nó cũng không phát huy được tác dụng. Để tăng cường hơn nữa hiệu
quả phản xạ, trong một số trường hợp có thể sử dụng mặt phản xạ kim loại, lưới kim
loại, hoặc một tập hợp vài chấn tử đặt ở khoảng cách giống nhau so với trấn tử chủ
động, khoảng cách giữa chấn tử chủ động và chấn tử phản xạ thường được chọn trong
giới hạn (0,15 0,25)  .
Trong khi đó, số lượng chấn tử dẫn xạ có thể khá nhiều. Vì sự bức xạ của
anten dược định hướng về phía các chấn tử dẫn xạ nên các chấn tử này được kích
thích với cường độ khá mạnh, và khi số chấn tử dẫn xạ đủ lớn sẽ hình thành một kênh
dẫn sóng. Số chấn tử dẫn xạ có thể từ 2

10, đôi khi có thể lớn hơn (tới vài chục).

Khoảng cách giữa chấn tử chủ động và chấn tử dẫn xạ đầu tiên, cũng như giữa các
Page 6

Báo cáo Bài tập lớn

Môn h ệ th ống vi ễn thông

chấn tử dẫn xạ được chọn trong khoảng (0,1

0,35) . Để có hệ số định hướng cực

đại theo hướng bức xạ chính, kích thước của các chấn tử chấn xạ và khoảng cách giữa

chúng cần được lựa chọn thích đáng sao cho đạt được quan hệ xác định đối với dòng
điện trong các chấn tử. Quan hệ tốt nhất cần đạt được với các dòng điện này là tương
đối đồng đều về biên độ,với giá trị gần bằng biên độ dòng điện của chấn tử chủ động,
và chậm dần về pha khi di chuyển dọc theo trục anten, từ chấn tử chủ động về phía
các chấn tử dẫn xạ. Khi đạt được quan hệ nói trên, trường bức xạ tổng của các chấn tử
sẽ được tăng cường theo một hướng (hướng của các chấn tử dẫn xạ) và giảm nhỏ theo
các hướng khác. Thường điều kiện để đạt được cực đại của hệ số định hướng về phía
các chấn tử dẫn xạ cũng phù hợp với điều kiện để đạt được bức xạ cực tiểu về phía
các chấn tử phản xạ. Do vậy, khi anten dẫn xạ được điều chỉnh tốt thì bức xạ của nó
sẽ trở thành đơn hướng. Vì đặc tính bức xạ của anten có quan hệ rất mật thiết với các
kích thước tương đối của anten (kích thước so với bước sóng) nên anten Yagi thuộc
loại anten dải hẹp. Dải tần số của anten, khi hệ số định hướng ở hướng chính biến đổi
dưới 3 dB, đạt được khoảng vài phần trăm. Khi số lượng chấn tử dẫn xạ khá lớn, việc
điều chỉnh thực nghiệm đối với anten sẽ rất phức tạp vì khi thay đổi độ dài hoặc vị trí
của mỗi chấn tử sẽ dẫn đến sự thay đổi biên độ và pha của dòng điện trong tất cả các
chấn tử.

1.3 Hệ số sóng chậm
Việc xác định sơ bộ các kích thước và thông số của anten có thể được tiến
hành theo phương phương pháp lý thuyết anten sóng chậm (anten sóng chậm có vận
tốc pha nhỏ hơn vận tốc ánh sáng). Giả thiết các chấn tử dẫn xạ có độ dài bằng nhau
và gần bằng một nửa bước sóng, chúng được đặt cách điện đều nhau dọc theo trục

và tạo thành một cấu trúc sóng chậm (sóng mặt), với hệ số sóng chậm

Page 7



c

1
v
.

Báo cáo Bài tập lớn

Môn h ệ th ống vi ễn thông

Giả thiết dòng trong các chấn tử có biên độ bằng nhau nhưng lệch pha nhau ∆
. Nếu d là khoảng cách giữ hai chấn tử thì hệ số pha của sóng chậm sẽ được xác

định bởi:




d. Ta có hệ số sóng chậm bằng :



c  
 
v k kd

Hệ số sóng chậm

d

 phụ thuộc vào độ dài l của các chấn tử và khoảng cách

giữa chúng. Bảng 2.1 dẫn ra các giá trị của hệ số sóng chậm



ứng với các độ dài

a
d
 0, 01
l
l
khác nhau của chấn tử, tính theo ba thông số
khi bán kính của chấn tử
.

Bảng 2.1

Hệ số sóng chậm 

Qua phân tích cũng đã xác nhận rằng nếu kết cấu có độ dài hữu hạn thì sẽ xuất
hiện sóng phản xạ ở đầu cuối, với hệ số phản xạ theo công suất không quá 15%. Do
sự phản xạ không đáng kể nên có thể coi gần đúng kết cấu hữu hạn gồm các chấn tử
Page 8

Báo cáo Bài tập lớn

Môn h ệ th ống vi ễn thông

dẫn xạ có độ dài bằng nhau và đặt cách đều nhau tương đương với một hệ thống
thẳng liên tục, bức xạ trục. Hệ số chậm của sóng trong hệ thống được xác định theo
bảng 2.1.
Với độ dài của anten L  Nd đã biết, có thể xác định được hệ số chậm tốt nhất
(ứng với bước sóng công tác trung bình

 opt  1 

0 ) theo công thức:

0
2L

(2.2)

Sau đó, áp dụng công thức của lý thuyết anten sóng chậm có thể tính được sự

f
f
phụ thuộc của hệ số định hướng với tần số và xác định được dải thông tần 0 mà
trong đó hệ số định hướng biến đổi không quá 3 dB.
Ta hãy khảo sát một ví dụ: Giả sử cần thực hiện một anten dẫn xạ để làm việc
trong dải tần 200 ÷ 10MHz, độ dài anten cho trước là 3m, sao cho sẽ nhận được hệ số
định hướng là cực đại khi số phần tử của anten là ít nhất.
Trường hợp này, độ dài của anten là

L / 0

= 2 và dải thông tần yêu cầu bằng

10%. Ta cần chọn thông số d / l  0,5 để nhận được hệ số định hướng gần bằng
12dB. Đồng thời, với độ dài anten đã cho sẽ tính được hệ số sóng chậm tốt nhất

 opt

kl
2d

1,3
1
 1, 25
2
l
. Từ bảng 2.1 sẽ xác định được độ dài chấn tử
( ứng với

l
 d  0, 22.0
). Từ đó suy ra 2
và số chấn tử của anten bằng 10 ( trong đó có một
chấn tử phản xạ, một chấn tử chủ động và 8 chấn tử dẫn xạ ).

Page 9

Báo cáo Bài tập lớn

Môn h ệ th ống vi ễn thông

1.4 Đặc trưng hướng

Hình 1.4-3 – Mô hình anten Yagi

Ta chọn mô hình anten Yagi (như hình 4 ) là một tập hợp các chấn tử nửa sóng
giống nhau, chấn tử chủ động A được đặt ở gốc tọa độ. Vị trí của các chấn tử thụ
động trên trục z được đặc trưng bởi các tọa độ z n, với n = 1, N

( N là số chấn tử

dẫn xạ) và bởi tọa độ zp đối với chấn tử phản xạ.
Việc điều chỉnh đối với mỗi chấn tử thụ động sẽ được thực hiện bởi các điện
kháng biến đổi được iXp, iX1, iX2,…,iXn ứng với vị trí cố định của các chấn tử và với
giá trị của các điện kháng điều chỉnh đã chọn, biên độ phức tạp của dòng điện trong
mỗi chấn tử sẽ được xác định khi giải hệ phương trình Kirchhoff đối với hệ (N+2)
chấn tử ghép.

( R pp  iX p )
Z pA
Z p1
�
� Z
( RAA  iX1 )
Z A1
� Ap
� Z1 p
Z A1
( R11  iX1 )
�
M
M

� M
� Z Np
Z NA
Z Np
�

…
…
…
.M.
…

Z pN

� �I p � �0 �
�� � ��
Z AN
U�
� �I A � �
���I1 � �0 �
Z1N
�� � ��
M
� �M� �M�
�
( RNN  iX N ) �
IN �
�0 �
�(2.
��

��

3)
Trong đó Rpp, RAA, R11, R22, …,RNN là phần thực của trở kháng riêng của chấn
tử phản xạ, chấn tử chủ động và các chấn tử dẫn xạ. Các trở kháng tương hỗ Z pA=ZAp,
Zp1=Z1p, ZA1=Z1A, …,Znk=Zkn có thể được xác định theo công thức của lý thuyết anten
( phương pháp sức điện động cảm ứng) hoặc tính theo các bảng cho sẵn. Các đại
lượng Xp, XA, X1, X2, …,XN là điện kháng toàn phần của chấn tử phản xạ, chấn tử chủ
Page 10

Báo cáo Bài tập lớn

Môn h ệ th ống vi ễn thông

động và các chấn tử dẫn xạ, trong đó bao gồm điện kháng riêng của mỗi chấn tử và
điện kháng điều chỉnh đối với mỗi chấn tử nếu có. Đại lượng U trong công thức (2.3)
là điện áp đặt ở đầu vào chấn tử chủ động và có thể chọn tùy ý (ví dụ : U=1V).
Theo các trị số dòng điện tìm được khi giải hệ phương trình (2.3) sẽ tính được
hàm phương hướng tổ hợp:

�I
f k ( )  � p
�I A

N
�ikZ p cos
�I n
e


1

�
�
�
IA
n 1 �
�

Trong đó,

�ikZ n cos
e
�
�

(2.4)

là góc giữa trục anten và hướng của điểm khảo sát.

Hình 1.4- 4 – Góc θ trong mặt phẳng H và mặt phẳng E

Đối với mặt phẳng H thì (2.4) cũng chính là hàm phương hướng của cả hệ còn
đối với mặt phẳng E thì hàm phương hướng của hệ sẽ bằng tích của hàm tổ hợp (2.4)
với hàm phương hướng riêng của chấn tử:

�
�
cos � sin  �
�2

�
f1 ( ) 
cos 

(2.5)

1.5 Trở kháng vào của chấn tử chủ động
Khi có ảnh hưởng tương hỗ của các chấn tử thụ động thì trở kháng vào của
chân chấn tử chủ động được tính như sau:
ZVA=RVA + iXVA
Page 11

(2.6)

Báo cáo Bài tập lớn

Môn h ệ th ống vi ễn thông

Trị số XA sẽ được chọn theo điều kiện để đảo bảo X VA=0, từ (2.6) sẽ xác định
được XA và do đó ZVA=RVA.

1.6 Hệ số định hướng
Hệ số tác dụng định hướng của anten ở hướng trục theo công thức:
2

D(  0 ) 
0

0

D1 R11 �
�f (  0 ) �
�

RVA

(2.7)

trong đó :
D1= 1,64 là hệ số định hướng của chấn tử nửa sóng.
R11= 73,1  là điện trở riêng của chấn tử nửa sóng (nghĩa là của một phần tử
anten).
Cũng có thể tính theo công thức:

Dmax  A.

L


,

L – độ dài anten.

( 2.8 )

L
Hệ số A phụ thuộc vào tỷ số  được biểu thị trên hình sau:

L
Hình 1.6- 5- Sự phụ thuộc của hệ số A vào 

Page 12

Báo cáo Bài tập lớn

Môn h ệ th ống vi ễn thông

1.7 Dải thông của anten Yagi
Các anten Yagi phản ứng rất nhạy đối với sự biến đổi của tần số vì nó bao gồm
các yếu tố cộng hưởng. Do đó anten Yagi có dải thông hẹp người ta xác định được
rằng tác dụng của thanh phản xạ đối với trở vào của anten mạnh hơn nhiều đối với tác
dụng của thanh dẫn xạ, vì thế nên dùng thanh phản xạ có dải thông rộng. Thông
thường để mở rộng dải thông thường dùng thanh phản xạ là chấn tử vòng dẹt hoặc tốt
hơn là trấn tử vòng dẹt kép, ngoài ra các thanh phản xạ này được cấp nguồn.

Page 13

Báo cáo Bài tập lớn

Môn h ệ th ống vi ễn thông

CHƯƠNG II. TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ VÀ MÔ PHỎNG ANTEN YAGI Ở
DẢI TẦN 430 MHZ
2.1 Tính toán các thông sô
Thiết kế một Yagi antenna, nhỏ gọn, hoạt động ở dải tần 430MHz được
ứng dụng trong thu phát truyền hình.
Từ dải tần trung bình ta tính được tần số trung tâm và bước sóng là:

λ = = 697mm

(3.1)

Ta chọn mô hình anten cần thiết kế với các thông số được chọn như sau:
•
N=5 là số chấn tử dẫn xạ, (N= 1,2,…,5 được ký hiệu như hình 3.1) mỗi
chấn tử có chiều dài là Lx
•

Một chấn tử phát xạ (chấn tử chủ động) ký hiệu 0, chiều dài Lbx=0.5* λ

•

Một chấn tử phản xạ ký hiệu -1, chiều dài Lpx
Page 14

Báo cáo Bài tập lớn

Môn h ệ th ống vi ễn thông

Chấn tử chủ động dùng làm anten là chấn tử nửa sóng. Đối với loại anten này
dòng trong chấn tử thụ động được cảm ứng do trường tạo bởi chấn tử chủ
động. Thường thì độ dài thanh phản xạ được chọn trong giới hạn (0,51 ÷ 0,53) .
Còn
khoảng cách giữa thanh phản xạ và thanh phát xạ được chọn trong gi ới hạn
(0,15÷0,25)λ. độ dài thanh dẫn xạ chọn ngắn hơn độ dài của chấn tử chủ động
và bằng (0,22÷0,35)λ. Khoảng cách giữa chấn tử chủ động với thanh dẫn xạ
đầu tiên cũng như giữa các thanh dẫn xạ với nhau được chọn trong gi ới hạn

(0,1÷0,35)λ.
Với yêu cầu trên, ta chọn độ dài và khoảng cách của các chấn tử như sau:
Chiều dài của chấn tử phát xạ:
Lbx=(0,5+- 10%) λ=348mm

(3.2)

Chiều dài của chấn tử phản xạ:
Lpx = 0,53* λ=370mm

(3.3)

Khoảng cách giữa chấn tử phát xạ và chấn tử phản xạ, chấn tử bức xạ với dẫn
xạ :
dx= 0,25* λ = 174 mm

(3.4)

Để tăng G của anten ta có 2 phương án:
 Thay đổi khoảng cách giữa các chấn tử
 Thay đổi kích thước của các chấn tử
Trong bài tập lớn này chúng em lựa chọn phương pháp thay đổi chiều dài chấn
tử dẫn xạ: với chiều dài chấn tử dẫn xạ giảm dần
L2=0,31 λ=216mm
L3=0,29 λ=202mm
L4=0,25 λ=174mm
L5=0,23 λ=160mm
Chiều dài anten là:
L = 6*0.5* λ = 6*0.25*697=2091mm (3.6)

Page 15

Báo cáo Bài tập lớn

Môn h ệ th ống vi ễn thông

2.2 Mô phỏng anten yagi với HFSS

Các bước và thao tác thực hiện:
2.2.1 Khởi tạo chương trình, tao project
– Khởi động chương trình: Program => Ansoft => HFSS => HFSS
– Tạo project mới:
File=> new một project được tạo tự động
Kick phải chuột vào project=>insert=>Insert HFSS Design ta được như hình vẽ:

Page 16

Báo cáo Bài tập lớn

Môn h ệ th ống vi ễn thông

Page 17

Báo cáo Bài tập lớn

Môn h ệ th ống vi ễn thông

2.2.2 Thiết lập các thông số cơ bản cho việc thiết kế.
-Chọn Modeler=>Units=>chọn mm

–

HFSS=>Solution Type => xuất hiện bảng như hình vẽ

Chọn Driven Modal đối với dải tần thấp.
Thiết kế các thành phần của anten
Sau khi đã có số liệu các thành phần anten ta tiến hành thiết kế.
Chọn HFSS=> chọn Design Properties xuất hiện 1 bảng để add các đối tượng
cần Design.

Page 18

Báo cáo Bài tập lớn

Môn h ệ th ống vi ễn thông

Ta add các đối tượng với các thông số có sẵn như sau:

Các đối tượng cần thiết kế:
2.2.2.1 Chấn tử bức xạ
lbx=348 mm;
Thiết kế: 1 bên của chấn tử bức xạ
Draw =>Cylinder => Xuất hiện một bảng chứa các thông số

Page 19

Báo cáo Bài tập lớn

Môn h ệ th ống vi ễn thông

Ta nhập các thông số cho chấn tử bức xạ như hình vẽ:

Tạo bên đối xứng còn lại của chấn tử bức xạ:
Kích phải chuột vào nửa phần tử bức xạ =>Edit=>Duplicate =>AroundAxit

Page 20

Báo cáo Bài tập lớn

Môn h ệ th ống vi ễn thông

Xuất hiện 1 bảng:

Page 21

Báo cáo Bài tập lớn

Môn h ệ th ống vi ễn thông

Chọn như hình vẽ:

2.2.2.2 Chấn tử phản xạ
Lpx= 370mm

Làm tương tự chấn tử bức xạ tuy nhiên các thông số sẽ điều chỉnh như hình vẽ:

Page 22

Báo cáo Bài tập lớn

Môn h ệ th ống vi ễn thông

2.2.2.3 Các chấn tử dẫn xạ
2.2.2.3.1
Chấn tử L1
L1=230mm;
Tương tự ta điều chỉnh các thông số của chấn tử L1 cho phù hợp:

Page 23

Báo cáo Bài tập lớn

Môn h ệ th ống vi ễn thông

2.2.2.3.2 Chấn tử L2
L2= 216mm
Tương tự ta điều chỉnh các thông số của chấn tử L2 cho phù hợp:

Sau khi thiết kế một số chấn tử ta có hình ảnh:

Page 24

Báo cáo Bài tập lớn

Môn h ệ th ống vi ễn thông

2.2.2.3.3
Chấn tử L3
L3= 202mm
Tương tự ta điều chỉnh các thông số của chấn tử L3 cho phù hợp:

Page 25

1.7 Dải thông của anten Yagi ………………………………………………………………………………………….. 12CH ƯƠNG II. TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ VÀ MÔ PHỎNG ANTEN YAGI Ở DẢI TẦN 430MHZ ………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 132.1 Tính toán những thông sô ……………………………………………………………………………………………….. 132.2 Mô phỏng anten yagi với HFSS. ……………………………………………………………………………….. 152.2.1 Khởi tạo chương trình, tao project ………………………………………………………………… 152.2.2 Thiết lập những thông số kỹ thuật cơ bản cho việc phong cách thiết kế …………………………………………. 162.2.3 Xuất tác dụng mô phỏng : ………………………………………………………………………………….. 34K ẾT LUẬN ……………………………………………………………………………………………………………………………………. 36E m xin chân thành cảm ơn .. ! …………………………………………………………………………………………………. 37P age 1B áo cáo Bài tập lớnMôn h ệ th ống vi ễn thôngLỜI NÓI ĐẦUNgày nay nhu yếu về thông tin vô tuyến đang tăng trưởng rất can đảm và mạnh mẽ trong hầuhết những nghành từ thông tin di động, đến truy vấn Internet không dây, y tế, môitrường, v.v…. Mỗi thiết bị vô tuyến cần phải có anten để thu và phát tín hiệu. Vì vậyAnten là bộ phận không hề thiếu trong những thiết bị thu phát, truyền tin. Nhất là vớicông nghệ liên kết không dây đang tăng trưởng rất mạnh như lúc bấy giờ anten đã cónhững đổi khác rất là linh động về phẩm chất, cấu trúc, kích cỡ … nhằm mục đích thoả mãntối đa nhu yếu của người sử dụng. Gần đây, đặc biệt quan trọng là sau năm 2000, nhiều loại anten m ới đ ược thi ết k ếthỏa mãn những nhu yếu về băng thông của hệ thống truyền thông online. Trong khuônkhổ đề tài này, cùng với việc khám phá kim chỉ nan kỹ thuật anten, nhóm em sẽ đi sâu vàotìm hiểu về anten Yagi, thiết kê và mô phỏng một an ten Yagi hoạt động giải trí ở tần số430MHz, với những thông số kỹ thuật kỹ thuật tương thích bằng ứng dụng mô phỏng HFSS. Nộidung báo cáo giải trình gồm 3 chương : Chương I : Tổng quan về anten YagiChương II : Tính toán những thông số kỹ thuật thiết yếu, mô phỏng anten Yagi ở dải tần430MHzKết luậnPage 2B áo cáo Bài tập lớnMôn h ệ th ống vi ễn thôngCHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ ĂNG TEN YAGI1. 1 Giới thiệu về anten YagiAnten Yagi là loại anten xu thế rất phổ cập do tại chúng dễ sản xuất. Cácanten xu thế như Yagi thường sử dụng trong những khu vực khó phủ sóng hay ởnhững nơi cần vùng bao trùm lớn hơn vùng bao trùm của anten omni-directional. AntenYagi hay còn gọi là anten Yagi-Uda ( do 2 người Nhật là Hidetsugu Yagi và ShintaroUda sản xuất vào năm 1926 ) được biết đến như thể một anten xu thế cao được sửdụng trong tiếp thị quảng cáo không dây. Loại anten này thường được sử dụng cho môhình điểm – điểm và đôi lúc cũng dùng trong quy mô điểm-đa điểm. Anten Yagi-Udađược kiến thiết xây dựng bằng cách hình thành một chuỗi tuyến tính những anten dipole tuy nhiên songnhauAnten Yagi được dùng thoáng rộng trong vô tuyến truyền hình, trong những tuyếnthông tin chuyển tiếp và trong những đài rada sóng mét. Anten này đươc dùng phổ biếnnhư thế vì nố có tính khuynh hướng tương đối tốt mà size và khối lượng khônglớn lắm, cấu trúc lại đơn thuần, dễ sản xuất. 1.2 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt độngSơ đồ của anten Yagi gồm : một chấn tử dữ thế chủ động ( driven element ) thườnglà chấn tử nửa sóng, một chấn tử phản xạ ( reflector ) và 1 số ít chấn tử dẫn xạ thụđộng ( directors ) được gắn trực tiếp với thanh đỡ sắt kẽm kim loại. Nếu chấn tử dữ thế chủ động làtrấn tử vòng dẹt thì nó cũng hoàn toàn có thể gắn trực tiếp với thanh đỡ và cấu trúc anten sẽ trởnên đơn thuần. Việc gắn trực tiếp những chấn tử lên thanh kim loại thực tiễn sẽ không ảnhhưởng gì đến phân bổ dòng điện trên anten vì điểm giữa những chấn tử cũng phù hợpvới nút của điện áp. Việc sử dụng thanh đỡ bằng sắt kẽm kim loại cũng không tác động ảnh hưởng gìđến bức xạ của anten vì nó được đặt vuông góc với những chấn tử. Để tìm hiểu và khám phá nguyên tắc thao tác của anten ta hãy xét một anten Yagi đơngiản gồm 3 chấn tử : một chấn tử dữ thế chủ động ( A ), hai chấn tử thụ động gồm : chấn tửphản xạ ( P ) và chấn tử dẫn xạ ( D ). Chấn tử dữ thế chủ động ( A ) được nối với máy phát caotần. Dưới tính năng của trường bức xạ tạo bởi A, trong P và D sẽ Open dòng cảmPage 3B áo cáo Bài tập lớnMôn h ệ th ống vi ễn thôngứng và những chấn tử này sẽ trở thành nguồn bức xạ thứ cấp. Như đã biết, nếu chọnđược độ dài của P và khoảng cách từ A đến P một cách thích hợp thì P sẽ trở thànhtrấn tử phản xạ của A. Khi ấy nguồn năng lượng bức xạ của cặp A – P sẽ giảm yếu về phíachấn tử phản xạ và được tăng cường theo hướng ngược lại ( hướng + z ). Tương tự nhưvậy, nếu chọn được độ dài của D và khoảng cách từ D đến A một cách thích hợp thì Dsẽ trở thành chấn tử dẫn xạ của A. Khi ấy, nguồn năng lượng bức xạ của hệ A – D sẽ đượctập trung về phía chấn tử dẫn xạ và giảm theo hướng ngược lại ( hướng – z ). tác dụng lànăng lượng bức xạ của cả hệ sẽ được tập trung chuyên sâu về một phía, hình thành một kinh dẫnsóng dọc theo trục anten, hướng từ phía chấn tử phản xạ về phía chấn tử dẫn xạ. Theo triết lý chấn tử ghép, dòng điện trong chấn tử dữ thế chủ động ( I1 ) vàdòng điện trong chấn tử thụ động ( I2 ) có quan hệ với nhau bởi biểu thức : I2  aei  I1Vớia  ( 1.1 ) ( R12  X 12 ) ( R22  X 22     arctg ( X 12 )  arctg ( 22 ) R12R22Bằng cách biến hóa độ dài của chấn tử thụ động, có th ể biến hóa đ ộlớn và dấu của điện kháng riêng X 22 và do đó sẽ biến hóa được a và . Hình 2.2 biểu thị quan hệ của và với X 22 so với trường hơp chấn tử có độdài giao động nửa bước sóng và ứng với khoảng cách d = 4. Page 4B áo cáo Bài tập lớnMôn h ệ th ống vi ễn thôngHình 1.2 – 1 Sự phụ thuộc vào giữa và với X22Càng tăng khoảng cách d thì biên độ dòng trong chấn tử thụ động càng giảm. Tính toán cho thấy với d � ( 0,1 � 0,25 )  thì khi điện kháng của chấn tử thụ độngmang tính cảm kháng sẽ nhận được I2 sớm pha hơn so với I1. Trong trường hợp nàychấn tử thụ động sẽ trở thành chấn tử phản xạ. Ngược lại khi điện kháng của chấn tửthụ động mang tính dung kháng thì dòng I2 sẽ chậm pha so với I1 và chấn tử th ụđộng sẽ trở thành chấn tử dẫn xạ. Hình 1.2 – 2 – Phương hướng của cặp chấn tử dữ thế chủ động và thụ độngPage 5B áo cáo Bài tập lớnMôn h ệ th ống vi ễn thôngHình 3 vẽ đồ thị phương hướng của cặp chấn tử dữ thế chủ động và thụ động khi d = 0,1  ứng với những trường hợp khác nhau củaarctgarctgX 22R22. Từ hình vẽ ta thấy : KhiX 22  0R22 Thì chấn tử thụ động trở thành chấn tử phản xạ. arctgCòn khiX 22  0R22 Thì chấn tử thụ động trở thành chấn tử dẫn xạ. Trong thực tiễn việc thay đổi điện kháng X22 của chấn tử thụ động được triển khai bằngcách biến hóa độ dài của chấn tử : khi độ dài chấn tử lớn hơn độ dài cộng hưởng sẽ cóX22 > 0, còn khi độ dài chấn tử nhỏ hơn độ dài cộng hưởng sẽ có X 22 < 0. Vì vậy chấn tửphản xạ thường có độ dài lớn hơn 2 còn chấn tử dẫn xạ thường có độ dài nhỏ hơn2. Thông thường, ở mỗi anten Yagi chỉ có một chấn tử làm trách nhiệm phản xạ. Đólà vì trường bức xạ về phía ngược lại bị chấn tử này làm yếu đáng kể, nếu có thêmmột chấn tử nữa đặt tiếp xúc sau đó thì chấn tử phản xạ thứ hai sẽ được kích thích rấtyếu và do đó nó cũng không phát huy được tính năng. Để tăng cường hơn thế nữa hiệuquả phản xạ, trong một số ít trường hợp hoàn toàn có thể sử dụng mặt phản xạ sắt kẽm kim loại, lưới kimloại, hoặc một tập hợp vài chấn tử đặt ở khoảng cách giống nhau so với trấn tử chủđộng, khoảng cách giữa chấn tử dữ thế chủ động và chấn tử phản xạ thường được chọn tronggiới hạn ( 0,15 0,25 ) . Trong khi đó, số lượng chấn tử dẫn xạ hoàn toàn có thể khá nhiều. Vì sự bức xạ củaanten dược xu thế về phía những chấn tử dẫn xạ nên những chấn tử này được kíchthích với cường độ khá mạnh, và khi số chấn tử dẫn xạ đủ lớn sẽ hình thành một kênhdẫn sóng. Số chấn tử dẫn xạ hoàn toàn có thể từ 210, nhiều lúc hoàn toàn có thể lớn hơn ( tới vài chục ). Khoảng cách giữa chấn tử dữ thế chủ động và chấn tử dẫn xạ tiên phong, cũng như giữa cácPage 6B áo cáo Bài tập lớnMôn h ệ th ống vi ễn thôngchấn tử dẫn xạ được chọn trong khoảng chừng ( 0,10,35 ) . Để có thông số khuynh hướng cựcđại theo hướng bức xạ chính, size của những chấn tử chấn xạ và khoảng cách giữachúng cần được lựa chọn thích đáng sao cho đạt được quan hệ xác lập so với dòngđiện trong những chấn tử. Quan hệ tốt nhất cần đạt được với những dòng điện này là tươngđối đồng đều về biên độ, với giá trị gần bằng biên độ dòng điện của chấn tử dữ thế chủ động, và chậm dần về pha khi chuyển dời dọc theo trục anten, từ chấn tử dữ thế chủ động về phíacác chấn tử dẫn xạ. Khi đạt được quan hệ nói trên, trường bức xạ tổng của những chấn tửsẽ được tăng cường theo một hướng ( hướng của những chấn tử dẫn xạ ) và giảm nhỏ theocác hướng khác. Thường điều kiện kèm theo để đạt được cực lớn của thông số khuynh hướng về phíacác chấn tử dẫn xạ cũng tương thích với điều kiện kèm theo để đạt được bức xạ cực tiểu về phíacác chấn tử phản xạ. Do vậy, khi anten dẫn xạ được kiểm soát và điều chỉnh tốt thì bức xạ của nósẽ trở thành đơn hướng. Vì đặc tính bức xạ của anten có quan hệ rất mật thiết với cáckích thước tương đối của anten ( kích cỡ so với bước sóng ) nên anten Yagi thuộcloại anten dải hẹp. Dải tần số của anten, khi thông số khuynh hướng ở hướng chính biến đổidưới 3 dB, đạt được khoảng chừng vài Tỷ Lệ. Khi số lượng chấn tử dẫn xạ khá lớn, việcđiều chỉnh thực nghiệm so với anten sẽ rất phức tạp vì khi đổi khác độ dài hoặc vị trícủa mỗi chấn tử sẽ dẫn đến sự biến hóa biên độ và pha của dòng điện trong tổng thể cácchấn tử. 1.3 Hệ số sóng chậmViệc xác lập sơ bộ những kích cỡ và thông số kỹ thuật của anten hoàn toàn có thể được tiếnhành theo phương phương pháp lý thuyết anten sóng chậm ( anten sóng chậm có vậntốc pha nhỏ hơn tốc độ ánh sáng ). Giả thiết những chấn tử dẫn xạ có độ dài bằng nhauvà gần bằng 50% bước sóng, chúng được đặt cách điện đều nhau dọc theo trụcvà tạo thành một cấu trúc sóng chậm ( sóng mặt ), với thông số sóng chậmPage 7    1B áo cáo Bài tập lớnMôn h ệ th ống vi ễn thôngGiả thiết dòng trong những chấn tử có biên độ bằng nhau nhưng lệch sóng nhau ∆ . Nếu d là khoảng cách giữ hai chấn tử thì thông số pha của sóng chậm sẽ được xácđịnh bởi :     d. Ta có thông số sóng chậm bằng :   c      v k kdHệ số sóng chậm  nhờ vào vào độ dài l của những chấn tử và khoảng chừng cáchgiữa chúng. Bảng 2.1 dẫn ra những giá trị của thông số sóng chậmứng với những độ dài  0, 01 khác nhau của chấn tử, tính theo ba thông sốkhi nửa đường kính của chấn tửBảng 2.1 Hệ số sóng chậm  Qua nghiên cứu và phân tích cũng đã xác nhận rằng nếu cấu trúc có độ dài hữu hạn thì sẽ xuấthiện sóng phản xạ ở đầu cuối, với thông số phản xạ theo hiệu suất không quá 15 %. Dosự phản xạ không đáng kể nên hoàn toàn có thể coi gần đúng cấu trúc hữu hạn gồm những chấn tửPage 8B áo cáo Bài tập lớnMôn h ệ th ống vi ễn thôngdẫn xạ có độ dài bằng nhau và đặt cách đều nhau tương tự với một hệ thốngthẳng liên tục, bức xạ trục. Hệ số chậm của sóng trong hệ thống được xác lập theobảng 2.1. Với độ dài của anten L  Nd đã biết, hoàn toàn có thể xác lập được thông số chậm tốt nhất ( ứng với bước sóng công tác làm việc trung bình  opt  1   0 ) theo công thức :  02L ( 2.2 ) Sau đó, vận dụng công thức của triết lý anten sóng chậm hoàn toàn có thể tính được sự  fphụ thuộc của thông số khuynh hướng với tần số và xác lập được dải thông tần 0 màtrong đó thông số xu thế biến hóa không quá 3 dB. Ta hãy khảo sát một ví dụ : Giả sử cần thực thi một anten dẫn xạ để làm việctrong dải tần 200 ÷ 10MH z, độ dài anten cho trước là 3 m, sao cho sẽ nhận được hệ sốđịnh hướng là cực lớn khi số thành phần của anten là tối thiểu. Trường hợp này, độ dài của anten làL /  0 = 2 và dải thông tần nhu yếu bằng10 %. Ta cần chọn thông số kỹ thuật d / l  0,5 để nhận được thông số khuynh hướng gần bằng12dB. Đồng thời, với độ dài anten đã cho sẽ tính được thông số sóng chậm tốt nhất  optkl2d1, 3  1  1, 25. Từ bảng 2.1 sẽ xác lập được độ dài chấn tử ( ứng với  d  0, 22.  0 ). Từ đó suy ra 2 và số chấn tử của anten bằng 10 ( trong đó có mộtchấn tử phản xạ, một chấn tử dữ thế chủ động và 8 chấn tử dẫn xạ ). Page 9B áo cáo Bài tập lớnMôn h ệ th ống vi ễn thông1. 4 Đặc trưng hướngHình 1.4 - 3 - Mô hình anten YagiTa chọn quy mô anten Yagi ( như hình 4 ) là một tập hợp những chấn tử nửa sónggiống nhau, chấn tử dữ thế chủ động A được đặt ở gốc tọa độ. Vị trí của những chấn tử thụđộng trên trục z được đặc trưng bởi những tọa độ z n, với n = 1, N ( N là số chấn tửdẫn xạ ) và bởi tọa độ zp so với chấn tử phản xạ. Việc kiểm soát và điều chỉnh so với mỗi chấn tử thụ động sẽ được triển khai bởi những điệnkháng biến hóa được iXp, iX1, iX2, ..., iXn ứng với vị trí cố định và thắt chặt của những chấn tử và vớigiá trị của những điện kháng kiểm soát và điều chỉnh đã chọn, biên độ phức tạp của dòng điện trongmỗi chấn tử sẽ được xác lập khi giải hệ phương trình Kirchhoff so với hệ ( N + 2 ) chấn tử ghép. ( R pp  iX p ) Z pAZ p1 � Z ( RAA  iX1 ) Z A1 � Ap � Z1 pZ A1 ( R11  iX1 ) � M � Z NpZ NAZ Np .......... M. ... Z pN � � I p � � 0 � � � � � � Z ANU � � � I A � � � � � I1 �  � 0 � Z1N � � � � � � � M � � M � ( RNN  iX N ) � IN � � 0 � � ( 2. � � � � 3 ) Trong đó Rpp, RAA, R11, R22, …, RNN là phần thực của trở kháng riêng của chấntử phản xạ, chấn tử dữ thế chủ động và những chấn tử dẫn xạ. Các trở kháng tương hỗ Z pA = ZAp, Zp1 = Z1p, ZA1 = Z1A, …, Znk = Zkn hoàn toàn có thể được xác lập theo công thức của triết lý anten ( chiêu thức sức điện động cảm ứng ) hoặc tính theo những bảng cho sẵn. Các đạilượng Xp, XA, X1, X2, …, XN là điện kháng toàn phần của chấn tử phản xạ, chấn tử chủPage 10B áo cáo Bài tập lớnMôn h ệ th ống vi ễn thôngđộng và những chấn tử dẫn xạ, trong đó gồm có điện kháng riêng của mỗi chấn tử vàđiện kháng kiểm soát và điều chỉnh so với mỗi chấn tử nếu có. Đại lượng U trong công thức ( 2.3 ) là điện áp đặt ở đầu vào chấn tử dữ thế chủ động và hoàn toàn có thể chọn tùy ý ( ví dụ : U = 1V ). Theo những trị số dòng điện tìm được khi giải hệ phương trình ( 2.3 ) sẽ tính đượchàm phương hướng tổng hợp : � If k (  )  � p � I A � ikZ p cos  � I nIAn  1 � Trong đó, � ikZ n cos  ( 2.4 ) là góc giữa trục anten và hướng của điểm khảo sát. Hình 1.4 - 4 - Góc θ trong mặt phẳng H và mặt phẳng EĐối với mặt phẳng H thì ( 2.4 ) cũng chính là hàm phương hướng của cả hệ cònđối với mặt phẳng E thì hàm phương hướng của hệ sẽ bằng tích của hàm tổng hợp ( 2.4 ) với hàm phương hướng riêng của chấn tử : �  cos � sin  � � 2 f1 (  )  cos  ( 2.5 ) 1.5 Trở kháng vào của chấn tử chủ độngKhi có ảnh hưởng tác động tương hỗ của những chấn tử thụ động thì trở kháng vào củachân chấn tử dữ thế chủ động được tính như sau : ZVA = RVA + iXVAPage 11 ( 2.6 ) Báo cáo Bài tập lớnMôn h ệ th ống vi ễn thôngTrị số XA sẽ được chọn theo điều kiện kèm theo để hòn đảo bảo X VA = 0, từ ( 2.6 ) sẽ xác địnhđược XA và do đó ZVA = RVA. 1.6 Hệ số định hướngHệ số tính năng xu thế của anten ở hướng trục theo công thức : D (   0 )  D1 R11 � � f (   0 ) � RVA ( 2.7 ) trong đó : D1 = 1,64 là thông số xu thế của chấn tử nửa sóng. R11 = 73,1  là điện trở riêng của chấn tử nửa sóng ( nghĩa là của một phần tửanten ). Cũng hoàn toàn có thể tính theo công thức : Dmax  A.L - độ dài anten. ( 2.8 ) Hệ số A phụ thuộc vào vào tỷ số  được biểu lộ trên hình sau : Hình 1.6 - 5 - Sự phụ thuộc vào của thông số A vào  Page 12B áo cáo Bài tập lớnMôn h ệ th ống vi ễn thông1. 7 Dải thông của anten YagiCác anten Yagi phản ứng rất nhạy so với sự đổi khác của tần số vì nó bao gồmcác yếu tố cộng hưởng. Do đó anten Yagi có dải thông hẹp người ta xác lập đượcrằng tính năng của thanh phản xạ so với trở vào của anten mạnh hơn nhiều so với tácdụng của thanh dẫn xạ, vì vậy nên dùng thanh phản xạ có dải thông rộng. Thôngthường để lan rộng ra dải thường thì dùng thanh phản xạ là chấn tử vòng dẹt hoặc tốthơn là trấn tử vòng dẹt kép, ngoài những những thanh phản xạ này được cấp nguồn. Page 13B áo cáo Bài tập lớnMôn h ệ th ống vi ễn thôngCHƯƠNG II. TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ VÀ MÔ PHỎNG ANTEN YAGI ỞDẢI TẦN 430 MHZ2. 1 Tính toán những thông sôThiết kế một Yagi antenna, nhỏ gọn, hoạt động giải trí ở dải tần 430MH z đượcứng dụng trong thu phát truyền hình. Từ dải tần trung bình ta tính được tần số TT và bước sóng là : λ = = 697 mm ( 3.1 ) Ta chọn quy mô anten cần thiết kế với những thông số kỹ thuật được chọn như sau : N = 5 là số chấn tử dẫn xạ, ( N = 1,2, …, 5 được ký hiệu như hình 3.1 ) mỗichấn tử có chiều dài là LxMột chấn tử phát xạ ( chấn tử dữ thế chủ động ) ký hiệu 0, chiều dài Lbx = 0.5 * λMột chấn tử phản xạ ký hiệu - 1, chiều dài LpxPage 14B áo cáo Bài tập lớnMôn h ệ th ống vi ễn thôngChấn tử dữ thế chủ động dùng làm anten là chấn tử nửa sóng. Đối với loại anten nàydòng trong chấn tử thụ động được cảm ứng do trường tạo bởi chấn tử chủđộng. Thường thì độ dài thanh phản xạ được chọn trong số lượng giới hạn ( 0,51 ÷ 0,53 ). Cònkhoảng cách giữa thanh phản xạ và thanh phát xạ được chọn trong gi ới hạn ( 0,15 ÷ 0,25 ) λ. độ dài thanh dẫn xạ chọn ngắn hơn độ dài của chấn tử chủ độngvà bằng ( 0,22 ÷ 0,35 ) λ. Khoảng cách giữa chấn tử dữ thế chủ động với thanh dẫn xạđầu tiên cũng như giữa những thanh dẫn xạ với nhau được chọn trong gi ới hạn ( 0,1 ÷ 0,35 ) λ. Với nhu yếu trên, ta chọn độ dài và khoảng cách của những chấn tử như sau : Chiều dài của chấn tử phát xạ : Lbx = ( 0,5 + - 10 % ) λ = 348 mm ( 3.2 ) Chiều dài của chấn tử phản xạ : Lpx = 0,53 * λ = 370 mm ( 3.3 ) Khoảng cách giữa chấn tử phát xạ và chấn tử phản xạ, chấn tử bức xạ với dẫnxạ : dx = 0,25 * λ = 174 mm ( 3.4 ) Để tăng G của anten ta có 2 giải pháp :  Thay đổi khoảng cách giữa những chấn tử  Thay đổi kích cỡ của những chấn tửTrong bài tập lớn này chúng em lựa chọn chiêu thức biến hóa chiều dài chấntử dẫn xạ : với chiều dài chấn tử dẫn xạ giảm dầnL2 = 0,31 λ = 216 mmL3 = 0,29 λ = 202 mmL4 = 0,25 λ = 174 mmL5 = 0,23 λ = 160 mmChiều dài anten là : L = 6 * 0.5 * λ = 6 * 0.25 * 697 = 2091 mm ( 3.6 ) Page 15B áo cáo Bài tập lớnMôn h ệ th ống vi ễn thông2. 2 Mô phỏng anten yagi với HFSSCác bước và thao tác thực thi : 2.2.1 Khởi tạo chương trình, tao project - Khởi động chương trình : Program => Ansoft => HFSS => HFSS – Tạo project mới : File => new một project được tạo tự độngKick phải chuột vào project => insert => Insert HFSS Design ta được như hình vẽ : Page 16B áo cáo Bài tập lớnMôn h ệ th ống vi ễn thôngPage 17B áo cáo Bài tập lớnMôn h ệ th ống vi ễn thông2. 2.2 Thiết lập những thông số kỹ thuật cơ bản cho việc phong cách thiết kế. – Chọn Modeler => Units => chọn mmHFSS => Solution Type => Open bảng như hình vẽChọn Driven Modal so với dải tần thấp. Thiết kế những thành phần của antenSau khi đã có số liệu những thành phần anten ta thực thi phong cách thiết kế. Chọn HFSS => chọn Design Properties Open 1 bảng để add những đối tượngcần Design. Page 18B áo cáo Bài tập lớnMôn h ệ th ống vi ễn thôngTa add những đối tượng người tiêu dùng với những thông số kỹ thuật có sẵn như sau : Các đối tượng người dùng cần thiết kế : 2.2.2. 1 Chấn tử bức xạlbx = 348 mm ; Thiết kế : 1 bên của chấn tử bức xạDraw => Cylinder => Xuất hiện một bảng chứa những thông sốPage 19B áo cáo Bài tập lớnMôn h ệ th ống vi ễn thôngTa nhập những thông số kỹ thuật cho chấn tử bức xạ như hình vẽ : Tạo bên đối xứng còn lại của chấn tử bức xạ : Kích phải chuột vào nửa thành phần bức xạ => Edit => Duplicate => AroundAxitPage 20B áo cáo Bài tập lớnMôn h ệ th ống vi ễn thôngXuất hiện 1 bảng : Page 21B áo cáo Bài tập lớnMôn h ệ th ống vi ễn thôngChọn như hình vẽ : 2.2.2. 2 Chấn tử phản xạLpx = 370 mmLàm tựa như chấn tử bức xạ tuy nhiên những thông số kỹ thuật sẽ kiểm soát và điều chỉnh như hình vẽ : Page 22B áo cáo Bài tập lớnMôn h ệ th ống vi ễn thông2. 2.2.3 Các chấn tử dẫn xạ2. 2.2.3. 1C hấn tử L1L1 = 230 mm ; Tương tự ta kiểm soát và điều chỉnh những thông số kỹ thuật của chấn tử L1 cho tương thích : Page 23B áo cáo Bài tập lớnMôn h ệ th ống vi ễn thông2. 2.2.3. 2 Chấn tử L2L2 = 216 mmTương tự ta kiểm soát và điều chỉnh những thông số kỹ thuật của chấn tử L2 cho tương thích : Sau khi phong cách thiết kế 1 số ít chấn tử ta có hình ảnh : Page 24B áo cáo Bài tập lớnMôn h ệ th ống vi ễn thông2. 2.2.3. 3C hấn tử L3L3 = 202 mmTương tự ta kiểm soát và điều chỉnh những thông số kỹ thuật của chấn tử L3 cho tương thích : Page 25

Source: https://mix166.vn
Category: Internet