Khoa Điện – Điện Tử
Lớp: ĐHĐT1-K1
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THÀNH ĐÔ
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
BÀI TIỂU LUẬN MÔN
TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN
Lớp: ĐHĐT1_K1
Nhóm 7:
Nguyễn Văn Hinh
Nguyễn Văn Tỉnh
Đỗ Tuấn Nam
Lê Đình Khôi
Khổng Đức Tiến
Lê Đình Đua
Bài tiểu luận môn Truyền Sóng Và Anten
1
Khoa Điện – Điện Tử
Lớp: ĐHĐT1-K1
Lời Mở Đầu
Thưa các bạn trong thời đại xã hội phát triển như hiện nay,
chúng ta đang sống trong kỷ nguyên của công nghệ thông tin, máy
tính và trong đó không thể không kể tới các hệ thống thông tin vô
tuyến đặc biệt là các hệ thống thông tin di động đã và đang phát
triển rất mạnh mẽ. Việc hiểu biết và nắm rõ quá trình truyền sóng
anten là những kiến thức rất quan trọng và không thể thiếu cho
các bạn trẻ yêu thích công nghệ, bởi bất cứ một hệ thống vô tuyến
nào cũng phải sử dụng anten để phát hoặc thu tín hiệu. Trong
cuộc sống hằng ngày chúng ta dễ dàng bắt gặp rất nhiều các hệ
thống anten như: hệ thống anten dùng cho truyền hình mặt đất, vệ
tinh, các BTS dùng cho các mạng điện thoại di dộng. Hay những
vật dụng cầm tay như bộ đàm, điện thoại di động, radio … cũng
đều sử dụng anten. Chính vì vậy mà hôm nay chúng ta sẽ cùng
nhau đi tìm hiểu về một loại anten cũng khá phổ biến, có nhiều
ứng dụng trong cuộc sống và nghiên cứu khoa học đó là “anten
Yagi”.
Tập tài liệu này được viết dựa trên tài liệu của các trường kỹ
thuật và chủ yếu bởi nguồn Internet qua trang web dưới.
Do nguồn tài liệu còn khá hạn chế, trong quá trình tìm hiểu
chắc chắn không thể tránh khỏi thiếu sót vì vậy rất mong nhận
được đóng góp từ các bạn và thầy cô!
Bài tiểu luận môn Truyền Sóng Và Anten
2
Khoa Điện – Điện Tử
Lớp: ĐHĐT1-K1
CHỦ ĐỀ TÌM HIỂU VỀ ANTEN YAGI
ANTEN BĂNG RỘNG: ANTEN YAGI-UDA
Lịch sử
Anten Yagi-Uda được phát minh vào năm 1926 bởi Shintaro
Uda của Đại học Tohoku Imperial, Sendai, Nhật Bản, với sự hợp
tác
của Hidetsugu Yagi, cũng của Đại học Tohoku
Imperial. Hidetsugu Yagi đã cố gắng truyền năng lượng không dây
trong tháng 2 năm 1926 với ăng-ten này. Các anten Yagi lần đầu
tiên được sử dụng rộng rãi trong Thế chiến II cho bộ radar trên
không.
1. Cấu trúc của anten Yagi
Anten Yagi-Uda dùng các phần tử anten thẳng:
Đối với dãy anten thông thường (Antennas, Anten Parabol...),
tất cả các phần tử của dãy đều được kích thích dòng. Với dãy anten
Yagi-Uda (thuộc nhóm dãy kí sinh - parasitic array), thường chỉ có
một phần tử được kích thích điện, các phần tử khác không được
kích thích điện mà chi được ghép tương hỗ điện từ (thường được
gọi là các phần tử kí sinh). Phần tử được cấp nguồn gọi là phần tử
lái (driven element) thường là ½-λ dipole hoặc folded dipole, phần
tử phía trước phần tử lái gọi là phần tử hướng xạ(director) mang
tính cảm kháng, phần tử phía sau gọi là phần tử phản xạ(reflector)
mang tính dung kháng. Thường dãy anten Yagi-Uda được sử dụng
ở chế độ end-fire. Dạng tổng quát của anten Yagi-Uda như sau:
Bài tiểu luận môn Truyền Sóng Và Anten
3
Khoa Điện – Điện Tử
Lớp: ĐHĐT1-K1
Hình 1.1: Dạng tổng quát của anten Yagi
Sơ đồ của anten được vẽ ở hình 1.2. Nó gồm một chấn tử chủ động
thường là chấn tử nửa sóng, một chấn tử phản xạ thụ động, và một
số chấn tử dẫn xạ thụ động. Thường thì các chấn tử phản xạ và dẫn
xạ thụ động được gắn trực tiếp với thanh đỡ kim loại. Nếu chấn tử
chủ động là chấn 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 của 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.
Bài tiểu luận môn Truyền Sóng Và Anten
4
Khoa Điện – Điện Tử
Lớp: ĐHĐT1-K1
Hình 1.2: Mô hình anten Yagi
Để tìm hiểu nguyên lý làm việc của anten ta hãy xét một
anten dẫn xạ gồm ba phần tử: Chấn tử chủ động A, chấn tử phản
xạ P và chấn tử dẫn xạ D. Chấn tử chủ động 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 ứng và các chấn tử này sẽ bức xạ thứ cấp.
Như đã biết, nếu chọn được chiều dài của P và khoảng cách từ A
đến P một cách thích hợp thì P sẽ trở thành chấn 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 yếu theo hướng ngược ( hướng –z).
Kết quả là năng lượng bức xạ của cả hệ sẽ được tập trung về một
phía, hình thành một kênh dẫn sóng dọc theo trục của anten, hướng
từ 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 dòng với nhau bởi biểu thức:
I2
I1
= e j
(1.1)
Với
Bài tiểu luận môn Truyền Sóng Và Anten
5
Khoa Điện – Điện Tử
Lớp: ĐHĐT1-K1
Bằng cách thay đổi độ dài của chấn tử thụ động, có thể biến
đổi độ lớn và dấu của điện kháng riêng X22 và do đó sẽ biến đổi
được a và ψ.
Hình 1.3: Sự phụ thuộc của ɑ và ψ vào X22
Hình 1.3 biểu thị quan hệ của độ dài xấp xỉ nửa bước sóng và ứng
với khoảng cách d=λ/4 .Càng tăng khoảng cách d thì biên độ dòng
trong chấn tử thụ động càng giảm. Tính toán cho thấy rằng, với d ≈
(0,1 → 0,25)λ thì khi điện kháng của chấn tử thụ động mang tính
cảm kháng sẽ nhận được I2 sớm pha so với I1 . Trong trườnghợp
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 I 2
sẽ chậm pha so với dòng I1 và chấn tử thụ động sẽ trở thành chấn
tử dẫn xạ.
Hình 1.3: vẽ đồ thị phương hướng của cặp chấn tử chủ động
và thụ động khi d = 0,1λ ứng với các trường hợp khác nhau của
arctg khi arctg( X22 /R22 ) > 0, chấn tử thụ động trở thành chấn tử
phản xạ, còn khi arctg(X22/R22)< 0, chấn tử thụ động trở thành chấn
tử dẫn xạ. Trong thực tế, việc thay đổi điện kháng X 22 của chấn tử
thụ động được thực hiện bằng cách điều chỉnh độ dài của chấn tử:
Bài tiểu luận môn Truyền Sóng Và Anten
6
Khoa Điện – Điện Tử
Lớp: ĐHĐT1-K1
khi độ dài chấn tử lớn hơn độ dài cộng hưởng sẽ có X 22 > 0, còn
khi độ dài chấn tử nhỏ hơn độ dài cộng hưởng sẽ có X 22 < 0. Vì
vậy chấn tử phản xạthường có độ dài lớn hơn λ/2, còn chấn tử dẫn
xạ thường có độ dài nhỏ hơn λ/2.
Hình 1.4: Đồ thị phương hướng của cặp chấn tử chủ động và thụ
động ứng với d =0,1λ
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 đã bị
chấn tử này làm yếu đáng kể, nếu có thêm một chấn tử nữa đặt tiếp
sau nó thì chấn tử phản xạ thứ hai sẽ được kích thích rất yếu và do
đó 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 chấn 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)λ.
Trong khi đó, số lượng chấn tử dẫn xạ lại có thể khá nhiều.
Vì sự bức xạ của anten được 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.
Sóng truyền lan trong hệ thống thuộc loại sóng chậm, nên về
nguyên lý, anten dẫn xạ có thể được xếp vào loại anten sóng chậm.
Số chấn tử dẫn xạ có thể từ 2 ÷ 10, đôi khi có thể lớn hơn (tới vài
chục). Khoảng cách giữa chấntử chủ động và chấn tử dẫn xạ đầu
tiên, cũng như giữa các chấn tử dẫn xạ được chọn trong khoảng
(0,1 ÷ 0,35)λ. Trong thực tế, thường dùng chấn tử chủ động là chấn
tử vòng dẹt vì hai lý do chính sau đây:
Bài tiểu luận môn Truyền Sóng Và Anten
7
Khoa Điện – Điện Tử
Lớp: ĐHĐT1-K1
Có thể gắn trực tiếp chấn tử lên thanh đỡ kim loại, không cần
dùng
phần tử cách điện;
Chấn tử vòng dẹt có trở kháng vào lớn, thuận tiện trong việc
phối
hợp trở kháng.
Để có được hệ số định hướng theo hướng bức xạ chính, kích
thước của các chấn tử dẫn xạ và khoảng cách giữa chúng cần được
lựa chọn thích đáng, sao chođạt được quan hệ xác định đối với
dòng điện trong các chấn tử. Quan hệ tốt nhấtcần đạt được đối với
các dòng điện này là tương đối đồng đều về biên độ, với giá trị gần
bằng biên độ dòng 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 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 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 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.
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 chạy 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 z
Bài tiểu luận môn Truyền Sóng Và Anten
8
Khoa Điện – Điện Tử
Lớp: ĐHĐT1-K1
và tạo thành một cấu trúc sóng chậm (sóng mặt), với hệ số sóng
chậm
c
1
v
Để tính đúng hệ số chậm , ta giả thiết kêt cấu có kích
thước vô hạn theo trục z. Giả thiết này nhằm loại bỏ việc khảo sát
ảnh hưởng của sóng phản xạ tại đầu cuối của kết cấu. Qua phân
tích đã cho thấy rằng sóng điện từ truyền lan dọc theo kết cấu sẽ có
năng lượng tập trung gần các chấn tử và tạo ra dòng trong các chấn
tử có biên độ bằng nhau nhưng lệch pha nhau ∆ψ. Nếu d là khoảng
cách giữa 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
d
Hệ số sóng chậm phụ thuộc vào độ dài l của các chấn tử và
khoảng cách d giữa chúng. Bảng 5.1 dẫn ra các giá trị của hệ số
sóng chậm ứng với các độ dài khác nhau của chấn tử, tính theo
d
a
ba thông số l khi bán kính của chấn tử l =0, 01.
Bảng 1.1
Hệ số sóng chậm
Bài tiểu luận môn Truyền Sóng Và Anten
9
Khoa Điện – Điện Tử
Lớp: ĐHĐT1-K1
Qua phân tích cũng đã xác nhận rằng nếu kết cấu có độ dài
hữu hạn thì sẽxuất 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 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 1.1.
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 λo) theo
công thức:
opt
= 1 2 L0
(1.2)
Sau đó, áp dụng công thức của lý thuyết anten sóng chậm có thể
tính được sựphụ thuộc của hệ số định hướng với tần số và xác định
được dải thông tần
f
f0
mà trong đó hệ số định hướng biến đổi
không quá 3 dB. Các kết quả tính toán sự phụ thuộc của hệ số định
hướng D và dải thông tần
f
f0
theo độ dài của anten L/λ , ứng với
các giá trị 2d/l khác nhau được vẽ ở hình 1.4.
Bài tiểu luận môn Truyền Sóng Và Anten
10
Khoa Điện – Điện Tử
Lớp: ĐHĐT1-K1
Hình 1.5: Sự phụ thuộc của D vào L/λ
Từ hình vẽ ta thấy hệ số định hướng của anten được xác định
chủ yếu bởi độ dài tổng cộng dải thông tần của anten lại phụ thuộc
nhiều vào số lượng chấn tử (ứng với L cho trước). Vì vậy, để mở
rộng dải thông tần của anten cần tăng số chấn tử dẫn xạ (khi không
thay đổi độ dài chung của anten). 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/λo = 2 và dải thông tần yêu cầu
bằng 10%. Từ hình 1.5 ta thấy 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 chậm tốt nhất opt = 1,25 . Từ bảng 1.1
sẽ xác định được độ dài chấn tử
kl
1,3
2
2d
(ứng với l 1 ). Từ đó suy ra l/2 = d = 0,22.λ0 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).
2. Phương pháp tính các đặc trưng tham số của anten
Bài tiểu luận môn Truyền Sóng Và Anten
11
Khoa Điện – Điện Tử
Lớp: ĐHĐT1-K1
Cách tính toán như đã xét ở ví dụ trên chỉ cho phép ước
lượng sơ bộ chứ không thể dùng để thiết kế anten. Để tính toán
chính xác anten dẫn xạ có thể sử dụng lý thuyết của chấn tử ghép.
Sau đây sẽ giới thiệu nội dung và các bước tính toán đối với bài
toán tổng quát của loại anten này.
Ta chọn sơ đồ anten Yagi là một tập hợp các chấn tử nửa
sóng giống nhau (hình 2.1).
Hình 2.1: Sơ đồ anten
Chấn tử chủ động A được đặt ở gốc toạ độ. Vị trí của các
chấn tử thụ động trên trục z được đặc trưng bởi các toạ độ zn , với
n = 1, 2, ….N ( N là số chấn tử dẫn xạ) và bởi toạ 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 iX p, iX1 , iX2 , ....,
iXn. Các bước tính toán đối với mô hình anten ở trên như sau:
Bước 1: Ứng với vị trí cố định của các chấn tử và với các giá trị
của các điện kháng điều chỉnh đã chọn, biên độ phức 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.
Bài tiểu luận môn Truyền Sóng Và Anten
12
Khoa Điện – Điện Tử
Lớp: ĐHĐT1-K1
(2.1)
Trong đó, R pp , RAA , R11 , R22 ,....., RNN là phần tử 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 = Z Ap , Z p1 = Z1 p , Z
A1 = Z1A ,...., Z nk = Z kn có thể được xác định theo các 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
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 (sau này, khi tính toán xong thì việc thể hiện thực tế các điện
kháng này sẽ được thực hiện bằng cách sử dụng các chấn tử ngắn
mạch ở giữa và lựa chọn độ dài thích hợp cho chúng). Đại lượng U
trong công thức trên là điện áp đặt ở đầu vào chấn tử chủ động và
có thể được chọn tuỳ ý ( ví dụ U = 1V).
Bước 2: Theo các trị số dòng điện tìm được khi giải hệ phương
trình (2.1) sẽ
tính được hàm phướng hướng tổ hợp.
(2.2)
trong đó, θ là góc giữa trục anten và hướng của điểm khảo sát
(hình 2.1).
Bài tiểu luận môn Truyền Sóng Và Anten
13
Khoa Điện – Điện Tử
Lớp: ĐHĐT1-K1
Mặt phẳng H
Mặt phẳng E
Hình 2.2 Góc θ trong mặt phẳng H và mặt phẳng E
Đối với mặt phẳng H thì (2.2) 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 (2.2) với hàm phương hướng
riêng của chấn tử
Bước 3: Tìm trở kháng vào của chấn tử chủ động khi có ảnh hưởng
tương hỗ của các chấn tử thụ động:
(2.3)
Trị số XA sẽ được chọn theo điều kiện để đảm bảo XVA = 0. Như
vậy, từ (2.3) sẽ xác định được XA và do đó ZVA = RVA.
Bước 4: Tính hệ số định hướng của anten ở hướng trục theo công
thức:
D = D0 .( N + 2)
(2.4)
trong đó, D0 = 1,64 là hệ số định hướng của chấn tử nửa sóng;
Cũng có thể tính theo công thức:
Bài tiểu luận môn Truyền Sóng Và Anten
14
Khoa Điện – Điện Tử
Lớp: ĐHĐT1-K1
Dmax A.
L
(2.5)
L: Độ dài anten
Hệ số A phụ thuộc vào tỷ số L/λ được biểu thị trên hình sau:
Hình 2.3: Sự phụ thuộc của A vào L/λ
3. Vấn đề tiếp điện và phối hợp trở kháng
Chấn tử đơn giản được ứng dụng phổ biến nhất là chấn tử nửa
sóng (2l=λ/2). Để tiếp điện cho chấn tử ở dải sóng cực ngắn có thể
dùng đường dây song hành hoặc cáp đồng trục.
3.1 Tiếp điện cho chấn tử bằng dây song hành
Biết trở kháng vào của chấn tử nửa sóng khoảng 73Ω. Nếu chấn tử
được tiếp
điện bằng đường dây song hành ( trở kháng của dây song hành
thông thường có giá trị khoảng 200Ω đến 600 Ω) thì hệ số sóng
chạy trong fide sẽ khá thấp. Để khắc phục nhược điểm này có thể
chế tạo các đường dây song hành đặc biệt có trở kháng thấp.
Trở kháng sóng của dây song hành được xác định theo công thức:
Bài tiểu luận môn Truyền Sóng Và Anten
15
Khoa Điện – Điện Tử
Lớp: ĐHĐT1-K1
(3.1)
Trong đó:
D – khoảng cách hai dây dẫn tính từ tâm;
d – đường kính dây dẫn;
ε - hằng số điện môi tương đối của môt trường bao quanh dây dẫn.
Để giảm trở kháng sóng của dây song hành, có thể giảm tỷ số
tăng đường kính dây dẫn hoặc giảm khoảng cách giữa hai dây),
hoặc bao bọc đường dây bởi điện môi có lớn. Trong thực tế
khoảng cách D không thể giảm nhỏ tùy ý vì nó có quan hệ với điện
áp chịu đựng của đường dây. Người ta chế tạo dây song hành có
khoảng cách nhỏ, được bao bọc trong điện môi có lớn và bên
ngoài có vỏ kim loại. Loại dây song hành này có trở kháng sóng
khoảng 75Ω, có thể sử dụng để tiếp điện cho chấn tử ở dải sóng
cực ngắn và sóng ngắn. Nhưng nhược điểm của nó là điện áp chịu
đựng thấp. Điện áp cho phép cực đại thường không vượt quá 1kV.
Vì vậy loại fide này chỉ được sử dụng cho thiết bị thu hoặc phát có
công suất nhỏ.
Chấn tử kiểu T
Một dạng khác của sơ đồ tiếp điện song song là sơ đồ phối hợp
kiểu T (hình3.1a).
Hình 3.1: Sơ đồ tiếp điểm kiểu T
Bài tiểu luận môn Truyền Sóng Và Anten
16
Khoa Điện – Điện Tử
Lớp: ĐHĐT1-K1
Mạch tương đương của sơ đồ kiểu T (hình 2.4b) tương tự
mạch tương đương của sơ đồ kiểu Y. Nguyên lý làm việc của sơ đồ
kiểu T cũng tương tự nguyên lý làm việc của sơ đồ kiểu Y. Tuy
nhiên trong trường hợp này đoạn fide chuyển tiếp OA đã biến dạng
thành đoạn dây dẫn song song với chấn tử nên cần phải tính đến sự
khác biệt về trở kháng sóng với fide chính và cũng không thể bỏ
qua hiệu ứng bức xạ. Đầu vào của chấn tử trong trường hợp này
cần phải được coi là tại OO nên trở kháng vào của chấn tử bây giờ
sẽ là trở kháng tại AA biến đổi qua đoạn fide chuyển tiếp OA. Có
thể chứng minh rằng trở kháng vào tại OO sẽ đạt cực đại khi l 1
=λ/8 và giảm dần khi tiếp tục tăng l1 . Đồng thời trị số của trở
kháng này có thể biến đổi khi thay đổi tỷ lệ của các đường kính
d1 , d2 và khoảng cách D giữa chúng.
Nếu dùng dây song hành có trở kháng sóng 600 Ohm để tiếp
điện cho chấn tử nửa sóng thì các kích thước của sơ đồ phối hợp
kiểu T có thể xác định gần đúng như nhau:
D = (0, 01 → 0,02)λ ; d1 = d2
L1 = (0, 09 → 0,1) λ
Chấn tử vòng dẹt
Khi dịch chuyển điểm AA (hình 3.1a) ra tới đầu mút chấn tử ta có
chấn tử
vòng dẹt (hình 3.2a).
Bài tiểu luận môn Truyền Sóng Và Anten
17
Khoa Điện – Điện Tử
Lớp: ĐHĐT1-K1
Hình 3.2: Sơ đồ tiếp điểm cho chấn tử vòng dẹt
Trường hợp này ta nhận được hai chấn tử nửa sóng có đầu
cuối nối với nhau, gọi là các chấn tử nhánh. Fide tiếp điện được
mắc vào điểm giữa của một trong hai chấn tử, còn chấn tử thứ hai
được ngắn mạch ở giữa. Sơ đồ tương đương của hệ thống là một
đoạn dây song hành dài λ/2, ngắn mạch tại C, đầu vào là OO (hình
1.10b). Phân bố dòng trên đường dây được vẽ bởi các nét đứt còn
các mũi tên chỉ chiều dòng điện. Ta nhận thấy hai chấn tử nhánh
được kích thích đồng pha, bụng dòng nằm tại điểm giữa chấn tử,
còn nút dòng tại A-A. Trường bức xạ tổng tạo bởi hai phần tử
tương ứng nhau trên các chấn tử nhánh và sẽ bằng trường bức xạ
tạo bởi một phần tử nhưng có dòng điện lớn gấp đôi. Vì vậy khi
tính trường bức xạ ở khu xa có thể thay thế chấn tử vòng dẹt bởi
một chấn tử nửa sóng đối xứng mà dòng điện trong đó bằng dòng
điện trong hai chấn tử nhánh tại mỗi vị trí tương ứng. Như vậy có
thể thấy rằng hướng tính của chấn tử vòng dẹt cũng giống như
hướng tính của chấn tử nửa sóng đối xứng.
Gọi Rbx∞ là điện trở bức xạ của chấn tử vòng dẹt tính đối với dòng
điện ở điểm tiếp điện thì công suất bức xạ của chấn tử vòng dẹt
bằng:
(3.2)
Bài tiểu luận môn Truyền Sóng Và Anten
18
Khoa Điện – Điện Tử
Lớp: ĐHĐT1-K1
I0 – dòng điện ở điểm tiếp điện.
Nếu coi chấn tử vòng dẹt như một chấn tử nửa sóng đối xứng có
dòng gấp đôi so với dòng nhánh mỗi chấn tử thì:
(3.3)
Ở đây, Rbx0 = Rbx∞ = 73,1Ω là điện trở bức xạ của chấn tử nửa sóng
Từ (3.2), (3.3) ta rút ra:
Rbx∞= 4 Rbxo = 292Ω
Như vậy điện trở vào của chấn tử vòng dẹt đã tăng lên 4 lần
so với điện trở vào của chấn tử nửa sóng thông thường.
Điện kháng vào của chấn tử vòng dẹt có giá trị khá nhỏ, có
thể bỏ qua nếu độ dài chấn tử được rút ngắn đi một chút so với λ/2.
Khi dùng dây song hành có trở kháng sóng 300 Ohm để tiếp điện
cho chấn tử vòng dẹt thì có thể nhận được hiệu quả phối hợp cao,
với hệ số sóng chạy trong fide gần bằng 1 mà không cần mắc các
phần tử phối hợp.
3.2 Tiếp điện cho chấn tử đối xứng bằng cáp đồng trục
Như trên đã khảo sát vấn đề tiếp điện và phối hợp trở kháng
cho chấn tử đối xứng bằng dây song hành. Dây song hành là một
loại fide đối xứng, vì vậy việc tiếp điện cho chấn tử không cần
thiết bị chuyển đổi. Tuy nhiên, khi tần số tăng thì hiệu ứng bức xạ
của dây song hành cũng tăng, dẫn đến tổn hao năng lượng và méo
dạng đồ thị phương hướng của chấn tử. Vì vậy, để tiếp điện cho
chấn tử đối xứng ở dải sóng cực ngắn, người ta thường dùng cáp
song hành (dây song hành có vỏ bọc kim loại) hoặc dùng cáp đồng
trục.
Hình 3.3 là sơ đồ mắc trực tiếp chấn tử đối xứng và cáp đồng trục,
không có thiết bị chuyển đổi.
Bài tiểu luận môn Truyền Sóng Và Anten
19
Khoa Điện – Điện Tử
Lớp: ĐHĐT1-K1
Hình 3.3: Sơ đồ mắc trực tiếp cáp đồng trục vào chấn tử đối xứng
Trong trường hợp này, toàn bộ dòng 1 chảy ở trong lõi của
cáp được tiếp cho một nhánh chấn tử, còn dòng I 2 chảy ở mặt trong
của vỏ cáp sẽ phân nhánh thành dòng I2’ tiếp cho nhánh thứ hai của
chấn tử và dòng I2’’ chảy ra mặt ngoài của vỏ cáp. Vì biên độ của
dòng I1 và I2 giống nhau ( I1 = I2 ) nên biên độ của dòng điện tiếp
cho hai vế sẽ khác nhau ( I 1 ≠ I2' ), nghĩa là không thực hiện được
việc tiếp điện đối xứng cho chấn tử. Trong khi đó dòng I 2’’ chảy ở
mặt ngoài của vỏ cáp sẽ trở thành nguồn bức xạ ký sinh không
những gây hao phí năng lượng mà còn làm méo dạng đồ thị
phương hướng của chấn tử.
Để giảm bớt sự mất đối xứng khi tiếp điện cho chấn tử bằng
cáp đồng trục, có thể mắc chấn tử với cáp theo sơ đồ phối hợp kiểu
Γ (hình 3.4a). Nếu chấn tử ó độ dài bằng nửa bước sóng thì điểm
giữa O của chấn tử sẽ là điểm bụng dòng điện và nút điện áp, do đó
nó có thể được coi là điểm gốc điện thế. Vì vậy việc nối trực tiếp O
với vỏ cáp tiếp điện sẽ không làm mất tính đối xứng của chấn tử.
Dây dẫn trong của cáp được nối với chấn tử ở điểm có trở kháng
phù hợp với trở kháng sóng của fide. Trong thực tế, để thuận tiện
trong việc điều chỉnh phối hợp trở kháng giữa fide và chấn tử, có
thể mắc thêm tụ điều chuẩn (hình vẽ 3.4b), song nó không đảm bảo
việc tiếp điện đối xứng một cách hoàn hảo.
Bài tiểu luận môn Truyền Sóng Và Anten
20
- Xem thêm -