Xem mẫu
- ANTEN DÙNG TRONG THÔNG TIN VI BA
6.1 GIỚI THIỆU CHUNG
6.1.1 Các chủ đề được trình bày trong chương
- Yêu cầu và đặc điểm của anten trong thông tin vi ba
- Anten nhiều chấn tử
- Anten khe
- Nguyên lý bức xạ mặt
- Anten loa
- Các Anten gương
6.1.2 Hướng dẫn
- Hoc kỹ các phần được trình bày trong chương
- Tham khảo thêm [1], [2], [3]
- Trả lời các câu hỏi và bài tập
6.1.3 Mục đích của chương
- Nắm được yêu cầu và đặc điểm của anten trong thông tin vi ba
- Nắm được cấu tạo, nguyên lý làm việc và một số tham số của các loại anten sử dụng
trong thông tin viba.
6.2 ĐẶC ĐIỂM VÀ YÊU CẦU CỦA ANTEN DÙNG TRONG THÔNG TIN
VI BA
6.2.1 Các hệ thống thông tin vi ba và băng tần sử dụng
Vi ba là đoạn sóng vô tuyến điện được sử dụng nhiều trong các hệ thống thông tin vô
tuyến hiện nay như thông tin di động sử dụng băng tần 800 – 950 MHz hoặc băng tần 2 GHz.
Thông tin vệ tinh sử dụng trong một phạm vi rộngcủa sóng vi ba khoảng từ 1,5 – 44 GHz và được
chia ra nhiều băng khác nhau cho các dịch vụ khác nhau. Hệ thống thông tin vô tuyến chuyển tiếp
trên mặt đất (còn được gọi là hệ thống thông tin vi ba) làm việc ở dải tần khoảng tử 1 – 10 GHz.
Băng tần của sóng vi ba được sử dụng cho nhiều hệ thống thông tin với nhiều dịch vụ viễn
thông khác nhau, nên việc lựa chọn và ấn định băng tần thích hợp cho mỗi loại thông tin là rất cần
111
- thiết, sao cho việc sử dụng băng tần có được hiệu quả nhất, tránh được can nhiễu giữa các hệ
thống thông tin hoặc trong cùng một hệ thống với nhau.
6.2.2 Đặc điểm truyền lan sóng
Như đã đề cập trong phần truyền sóng, các sóng vi ba có bước sóng rất nhỏ nên nếu
truyền lan bằng phương pháp truyền lan sóng bề mặt sẽ bị mặt đất hấp thụ rất lớn, cự ly thông tin
sẽ rất gần. Hơn nữa, vì bước sóng nhỏ nên khả năng nhiễu xạ qua các chướng ngại vật gặp trên
đường truyền lan kém, chỉ cần một vật chắn nhỏ sóng sẽ không truyền qua được. Cũng không thể
sử dụng phương pháp truyền lan sóng bằng tầng điện ly để truyền sóng vi ba bởi vì đối với sóng
này thì tầng điện ly trở nên trong suốt khi nó truyền qua, nghĩa là sóng sẽ xuyên qua tầng điện ly
mà ít chịu ảnh hưởng của môi trường. Do đó phương pháp truyền sóng chủ yếu dùng cho băng
sóng vi ba là truyền lan sóng không gian, nghĩa là hai anten thu, phát phải đặt cao trên mặt đất và
hướng bức xạ cực đại vào nhau. Khi truyền lan sóng trong điều kiện đó sẽ xảy ra hiện tượng pha
đinh sâu do sự giao thoa giữa sóng tới trực tiếp và sóng phản xạ từ nhiều môi trường khác nhau
tới...
Do những đặc điểm nêu trên, anten dùng trong thông tin vi ba có các yêu cầu nhất định
6.2.3 Các yêu cầu đối với anten dùng trong thông tin vi ba
Tùy theo tính chất của mỗi hệ thống thông tin vô tuyến vi ba mà người ta sử dụng các loại
anten thích hợp, với các yêu cầu khác nhau. Với các hệ thống thông tin vô tuyến chuyển tiếp trên
mặt đất và thông tin vệ tinh thì anten phải có các yêu cầu:
- Hệ số khuếch đại phải lớn
Khi tần số công tác tăng thì tổn hao trong không gian tự do tăng, tổn hao trên fiđơ tăng.
Bởi vậy, khi tần số công tác tăng để bù vào tổn hao tăng đó thì hệ số khuếch đại của anten yêu cầu
phải tăng để giảm nhỏ công suất đồng thời giảm được can nhiễu cũng như tạp âm và giảm được
pha đinh do các tia phản xạ.
Ví dụ với tần số công tác 2 GHz yêu cầu hệ số khuếch đại của anten là 30 – 35 dBi; khi tần
số công tác là 4 GHz thì yêu cầu hệ số khuếch đại của anten là 39 – 43 dBi; khi tần số công tác là
6 GHz thì yêu cầu hệ số khuếch đại của anten là 43 – 46 dBi...
- Búp sóng phụ phải nhỏ
Yêu cầu búp sóng phụ phải nhỏ để không gây nhiễu sang các hệ thống khác. Đồng thời
búp sóng phụ nhỏ thì hiệu suất làm việc của anten tăng dẫn đến hệ số khuếch đại tăng.
- Hệ số bảo vệ phải lớn
Trong hệ thống thông tin chuyển tiếp trên mặt đất ta thường quan tâm đến hệ số bảo vệ ở
hướng ngược so với hướng chính (hướng bức xạ cực đại). Với các anten của hệ thống này, yêu
cầu hệ số bảo vệ vào khoảng 65 - 70 dB.
Trong hệ thống thông tin vệ tinh, hệ số bảo vệ thường được quy định cho các búp phụ ở
hướng bên cạnh để không gây can nhiễu cho các hệ thống vi ba trên mặt đất và các trạm vệ tinh
bên cạnh. Theo khuyến nghị của CCIR đối với các anten có d/λ > 100, thì búp phụ bên có hệ số
112
- khuếch đại Gs phải thỏa mãn yêu cầu sau: 10 < θ < 250 thì Gs < 29 − 25lg θ .Khi d/λ < 100 thì
Gs = 32 − 25lg θ
Trong các hệ thống vi ba khác thì các yêu cầu trên lại không cần thiết hoặc lại có yêu cầu
ngược lại, như ở hệ thống thông tin di động hoặc hệ thống phát vô tuyến truyền hình thì các anten
lại yêu cầu bức xạ vô hướng hoặc có tính hướng rộng trong mặt phẳng ngang (để tăng cường diện
tích phủ sóng) và có tính hướng cao trong mặt phẳng thẳng đứng (để tập trung năng lượng) .
Các yêu cầu chung đối với anten trong các hệ thống thông tin vô tuyến là:
- Giải tần công tác rộng: anten được dung trong thông tin vô tuyến thường truyền đi các
tín hiệu có phổ tần rộng nên yêu cầu anten phải có dải tần rộng để không làm méo tín
hiệu.
- Anten phải có phối hợp trở kháng tốt với fiđơ hay ống dẫn sóng, để có hệ số sóng
chạy phải lớn hpn hoặc bằng 0,97.
- Anten phải có kết cấu vững chắc chịu được gió bão, có các thiết bị bảo vệ chống sét,
mưa...
Để có được những yêu cầu trên, trong vi ba thường sử dụng nhiều loại anten khác nhau
6.3 ANTEN NHIỀU CHẤN TỬ
6.3.1 Anten dàn chấn tử
Trong nhiều trường hợp thông tin vô tuyến, năng lượng bức xạ cần được tập trung tối đa
về một phía. Điều đó có nghĩa là anten cần có đồ thị phương hướng đảm bảo tập trung năng lượng
trong búp sóng chính hẹp và giảm tối thiểu của các bức xạ nằm ngoài búp chính. Có thể thực hiện
được dạng đồ thị này bằng một dàn chấn tử.
Anten dàn chấn tử hay còn được gọi là dàn anten do hai hay nhiều chấn tử đơn hợp thành.
Mỗi phần tử đơn là một chấn tử đối xứng riêng rẽ có chiều dài một phần tư bước sóng hoặc nửa
bước sóng. Chúng được sắp xếp sao cho các trường bức xạ của các chấn tử riêng rẽ cộng với nhau
tạo nên trường bức xạ tổng tập trung năng lượng trong búp sóng hẹp theo phương mong muốn.
Có hai cách bố trí các chấn tử trong một dàn chấn tử: đặt các chấn tử thẳng hàng dọc theo
trục của chấn tử hoặc đặt các chấn tử song song với nhau, vuông góc với trục của chấn tử. Việc
sắp xếp các chấn tử như vậy được gọi là sắp xếp theo hàng và theo cột. Trường hợp dàn đơn giản
nhất bao gồm hai chấn tử đã được xét trong chương 5.
Dàn chấn tử đồng pha
Dàn chấn tử đồng pha được sử dụng ở băng sóng ngắn và băng sóng cực ngắn. Anten bao
gồm các chấn tử nửa sóng được sắp xếp thành hàng và cột trong mặt phẳng với khoảng cách giữa
các chấn tử bằng nửa bước sóng công tác theo phương thẳng đứng và theo phương nằm ngang
(hình 6.1). Số chấn tử dùng trong các hàng và cột thường chẵn. Để tiếp điện đồng pha cho các
chấn tử có thể sử dụng sơ đồ mắc liên tiếp, đường dây fiđơ bắt chéo (hình 6.1a) hoặc mắc song
song từng cấp (hình 6.1b).
λ/2
+ - + -
λ/2 113
+ - + -
- b)
Hình 6.1. Dàn chấn tử đồng pha
Ở hình 6.1a, chiều dòng điện chảy trên các chấn tử được vẽ bởi các mũi tên. Việc bắt chéo
đường dây tiếp điện giữa hai tầng nhằm đảm bảo tiếp điện đồng pha cho chấn tử ở các tầng. Ở
hình 6.1b, với cách mắc song song từng cấp có thể dễ dàng nhận thấy rằng độ dài của đường fidơ
tiếp điện cho các chấn tử có giá trị như nhau, do đó pha của dòng điện tiếp cho các chấn tử của
dàn anten cũng giống nhau.
Dàn chấn tử đồng pha có đồ thị phương hướng tổng hợp giống như đồ thị phương hướng
của chấn tử nửa sóng nhưng do tập hợp nhiều chấn tử nửa sóng có pha giống nhau nên đồ thị
phương hướng có búp sóng chính hẹp hơn nhiều và hệ số hướng tính lớn hơn nhiều so với chấn tử
nửa sóng đơn.
Trong thực tế, để nhận được bức xạ đơn hướng người ta thường kết hợp dàn chấn tử với một
mặt phẳng phản xạ hoặc một dàn chấn tử phản xạ. Mặt phản xạ có thể là mặt kim loại hoặc lưới
dây dẫn gồm các dây kim loại đặt song song nhau và đặt song song với dàn phát xạ ở một khoảng
cách d nhất định, d = (0,2- 0,25)λ. Dàn chấn tử phản xạ có thể làm việc ở chế độ chủ động hoặc
chế độ thụ động. Trong chế độ thụ động các chấn tử không nối với nguồn, dòng điện trong chúng
có được là do cảm ứng trường bức xạ của chấn tử chính. Việc điều chỉnh biên độ và pha dòng cảm
ứng được thực hiện nhờ một đoạn dây fiđơ ngắn mạch có độ dài biến đổi được. Trong chế độ chủ
động, dàn chấn tử phản xạ được nối với nguồn thông qua một bộ di pha, nhằm đảm bảo góc lệch
pha cần thiết của dòng điện giữa dàn phản xạ và dàn chính.
6.3.2 Anten Yagi
Đây là loại anten đang được sử dụng rộng rãi ở băng sóng ngắn cũng như băng sóng cực
ngắn. Hoạt động của anten này có nhiều ưu điểm về thông số điện, đơn giản về cấu trúc, rất thích
hợp với các loại máy thu truyền hình gia đình.
Cấu tạo của anten yagi: Gồm một chấn tử chủ động (chấn tử được cấp nguồn) thường là
chấn tử vòng dẹt nửa sóng, một chấn tử phản xạ thụ động và một số chấn tử dẫn xạ thụ động (là
chấn tử không được cấp nguồn). Các chấn tử được gắn trực tiếp trên một thanh đỡ thông thường
là bằng kim loại, như chỉ ra trên hình 6.2. Việc gắn trực tiếp các chấn tử lên thanh kim loại thực tế
không ảnh hưởng gì đến các tham số của anten vì điểm giữa của các chấn tử nửa sóng là nút của
điện áp và các chấn tử đặt vuông góc với thanh kim loại nên không có dòng điện cảm ứng trong
thanh.
114
- Chấn tử ψ0 a
P dẫn xạ
A ψ
Chấn tử D 0,8
phản xạ 160
z 120 0,6
a
Chấn tử 80 0,4
chủ động
40 0,2 X22 (Ω)
- 120 - 80 - 40 0 40 80 120
Hình 6.2: Anten yagi Hình 6.3
Để tìm hiểu nguyên lý làm việc xét một anten yagi gồm 3 chấn tử: chấn tử chủ động A, chấn
tử phản xạ P và chấn tử hướng xạ D. Chấn tử A được nối với máy phát cao tần và bức xạ sóng
điện từ, dưới tác dụng của trường bức xạ này trong P và D xuất hiện dòng cảm ứng và sinh ra bức
xạ thứ cấp. Nếu chọn độ dài của P và khoảng cách từ A đến P thích hợp thì P sẽ trở thành chấn tử
phản xạ của A. Khi đó, năng lượng bức xạ của cặp chấn tử A - P sẽ giảm yếu về phía chấn tử P
(hướng -z) và được tăng cường ở hướng ngược lại (hướng + z). Tương tự, nếu chọn độ dài của
chấn tử D và khoảng cách A đến D thích hợp thì D sẽ trở thành chấn tử dẫn xạ của A. Khi ấy,
năng lượng bức xạ của hệ A - D sẽ hướng về chấn tử D (hướng + z) và giảm yếu về hướng ngược
lại (hướng -z). Kết quả năng lượng bức xạ của cả 3 chấn tử sẽ tập trung về một phía, hình thành
một kênh dẫn sóng dọc theo trục anten, hướng từ phía chấn tử phản xạ P về phía chấn tử dẫn xạ D.
Việc tính toán chính xác kích thước của các chấn tử phản xạ và dẫn xạ là một bài toán phức
tạp, thông thường nó được tính toán theo thực nghiệm dựa trên những lý thuyết và kết quả đã biết.
Quan hệ về dòng điện trong chấn tử chủ động I1 và chấn tử thụ động I2 được biểu thị qua
biểu thức:
I2
= a.e jψ (6.1)
I1
với
a=
(R 2
12 + X 22 )
2
R22 + X 22
2 2
(6.2)
X 12 X
ψ = π + arctg − arctg 22
R12 R22
Ở đây R12 và X12 là điện trở và điện kháng tương hỗ của chấn tử chủ động lên chấn tử thụ
động; R22 và X22 là điện trở và điện kháng của bản thân chấn tử thụ động.
Bằng cách thay đổi độ dài của chấn tử thụ động, có thể biến đổi độ lớn và dấu của điện
kháng riêng X22 do đó sẽ biến đổi được a và ψ. Quan hệ giữa a và ψ với X22 khi chấn tử có độ dài
gần bằng nửa bước sóng công tác và khoảng cách d = λ /4 được biểu thị trên hình 6.3.
Khoảng cách d tăng thì biên độ dòng trong chấn tử thụ động giảm. Tính toán cho thấy
rằng, với d khoảng từ 0,1 đến 0,25λ thì nếu điện kháng của chấn tử mang tính cảm kháng sẽ nhận
115
- được I2 sớm pha hơn 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
hơn I1 và chấn tử thụ động sẽ 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 điều chỉnh độ dài cộng hưởng của chấn tử: khi độ dài chấn tử lớn hơn độ dài cộng hưởng thì
X22 > 0, còn khi độ dài chấn tử nhỏ hơn độ dài cộng hưởng thì X22 < 0. Vì vậy chấn tử phản xạ có
độ dài lớn hơn λ/2, còn chấn tử hướng xạ có độ dài nhỏ hơn λ/2.
Thông thường anten yagi chỉ có một chấn tử làm nhiệm vụ phản xạ, vì trường bức xạ về
phía chấn tử phản xạ đã bị chấn tử này làm yếu đáng kể, nếu có thêm một chấn tử nữa đặt tiếp
phía sau thì chấn tử phản xạ thứ hai sẽ có dòng cảm ứng rất yếu do đó ít tác dụng. Để tăng cường
hiệu quả phản xạ, trong một số trường hợp có thể sử dụng mặt phản xạ kim loại, lưới kim loại,
hoặc nhiều chấn tử đặt ở khoảng cách bằng nhau so với chấn tử chủ động, khoảng cách này
thường được chọn trong khoảng từ 0,15λ đến 0,25λ.
Trong khi đó, số chấn tử dẫn xạ có thể gồm nhiều chấn tử. Vì trường bức xạ của anten
được định hướng về phía các chấn tử dẫn xạ nên các chấn tử dẫn xạ tiếp theo vẫn được kích thích
với cường độ khá mạnh. Số chấn tử dẫn xạ có thể từ 2 tới vài chục. Khoảng cách giữa chấn tử chủ
động với chấn tử dẫn xạ đầu tiên và giữa các chấn tử dẫn xạ kề nhau được chọn trong khoảng từ
0,1λ đến 0,35λ
Chấn tử chủ động thường sử dụng là chấn tử vòng dẹt vì hai lý do chính:
- Chấn tử vòng dẹt có chiều dài λ/2 nên tại điểm cấp điện có nút điện áp bởi vậy có thể
gắn trực tiếp chấn tử lên thanh kim loại mà không cần cách điện.
- Trở kháng vào của chấn tử vòng dẹt lớn (khoảng 300 Ω) nên thuờng tiện cho việc phối
hợp trở kháng với fide đối xứng.
Đồ thị phương hướng thực nghiệm của anten yagi gồm 8 chấn tử được chỉ ra trên hình 6.4,
đường liền nét vẽ trong mặt phẳng H (mặt phẳng vuông góc với các chấn tử); đường đứt nét vẽ
trong mặt phẳng E (mặt phẳng chứa các chấn tử).
90o 30o
180o 0o
270o 330o
Hình 6.4. Đồ thị phương hướng của anten yagi
6.3.3 Anten loga – chu kỳ
Để mở rộng dải tần công tác của anten ta có thể dựa vào nguyên lý tương tự của điện động
học: Nếu biến đổi đồng thời bước sóng công tác và tất cả các kích thước của anten theo một tỷ lệ
giống nhau thì các đặc tính của anten như: đồ thị phương hướng, trở kháng vào... sẽ không biến
116
- đổi. Dựa vào nguyên lý này có thể thiết lập các anten không phụ thuộc tần số bằng cách cấu tạo
anten từ nhiều khu vực có kích thước hình học khác nhau nhưng tỷ lệ với nhau theo một hệ số
nhất định. Khi anten làm việc với một tần số nào đó, chỉ có một khu vực nhất định của anten tham
gia vào quá trình bức xạ và được gọi là miền bức xạ. Khi thay đổi tần số công tác thì miền bức xạ
sẽ dịch chuyển đến miền mới với tỷ lệ các kích thước hình học của các phần tử bức xạ so với
bước sóng công tác mới. Đây chính là nguyên lý cấu tạo anten loga -chu kỳ.
Anten loga -chu kỳ được cấu tạo từ nhiều chấn tử có độ dài khác nhau và đặt ở khoảng
cách khác nhau. Anten được tiếp điện bằng fide đối xứng hay cáp đồng trục, như chỉ ra trên hình
vẽ
d5
d2
d1
l6
Phiđơ l1 l2 l3 l4 l5
cấp điện α
Hình 6.5. Anten lôga-chu kỳ
Kích thước và khoảng cách của các chấn tử biến đổi dần theo một tỷ lệ nhất định. Hệ số tỷ
lệ này được gọi là chu kỳ của anten, và được xác định:
d1 d 2 d l l l
τ= = = .. = n −1 = 1 = 2 = ... = n −1 (6.3)
d 2 d3 dn l2 l3 ln
Trong đó d là khoảng cách giữa các chấn tử còn l là chiều dài chấn tử .
Đặc tính của anten lôgarit chu kỳ được xác định bởi hai thông số chủ yếu là: chu kỳ τ và
góc mở α
Nếu máy phát làm việc ở một tần số fo nào đó, thì chấn tử có chiều dài li bằng λo/2 sẽ là
chấn tử cộng hưởng và trở kháng vào của chấn tử đó sẽ là thuần trở và bằng 73,1 Ω. Trong khi đó
trở kháng vào của các chấn tử khác sẽ có thành phần điện kháng và giá trị của thành phần này
càng lớn khi độ dài của nó càng khác nhiều với độ dài của chấn tử cộng hưởng, nghĩa là khi chấn
tử ấy càng xa chấn tử cộng hưởng. Vì vậy chấn tử cộng hưởng được kích thích mạnh nhất.
Vì dòng điện trong các chấn tử không cộng hưởng có giá trị nhỏ, nên trường bức xạ của
anten được quyết định chủ yếu bởi bức xạ của chấn tử cộng hưởng và một vài chấn tử lân cận với
nó. Những chấn tử này tạo thành miền bức xạ của anten. Dòng điện trong các chấn tử của miền
bức xạ được hình thành do cảm ứng trường của chấn tử cộng hưởng và nhận trực tiếp từ fide. Các
chấn tử nằm ở phía trước có độ dài nhỏ hơn độ dài cộng hưởng do đó trở kháng vào mang tính
dung kháng, dòng cảm ứng trong nó chậm pha hơn so với dòng trong chấn tử cộng hưởng (hoặc
117
- các chấn tử có độ dài lớn hơn nó). Các chấn tử nằm ở phía sau có độ dài lớn hơn độ dài cộng
hưởng nên trở kháng vào mang tính cảm kháng và dòng cảm ứng sớm pha hơn dòng trong chấn tử
cộng hưởng (hay chấn tử ngắn hơn nó). Đối với dòng điện do fide cấp thì do cách tiếp điện chéo
nên pha của dòng trong hai chấn tử kề nhau lệch pha 180o cộng với góc lệch pha do truyền sóng
trên đoạn fidơ mắc giữa hai chấn tử. Tập hợp tất cả yếu tố trên, sẽ nhận được dòng tổng hợp trong
các chấn tử của miền bức xạ có góc pha giảm dần theo chiều giảm kích thước của anten.
Với quan hệ pha như trên, các chấn tử đứng phía trước chấn tử cộng hưởng sẽ thoả mãn
điều kiện chấn tử hướng xạ, còn chấn tử phía sau sẽ thoả mãn điều kiện chấn tử phản xạ. Bức xạ
của anten sẽ được định hướng theo trục anten về phía chấn tử ngắn, tương tự anten yagi.
Nếu anten làm việc ở tần số τfo, nghĩa là ở bước sóng dài hơn, lúc đó chấn tử cộng hưởng
sẽ dịch chuyển sang chấn tử li +1 có độ dài lớn hơn kế đó. Ngược lại nếu anten công tác ở tần số
cao hơn và bằng fo/τ, nghĩa là ở bước sóng ngắn hơn, thì chấn tử cộng hưởng sẽ chuyển sang chấn
tử li −1 có chiều dài ngắn hơn chấn tử kề nó.
Ví dụ khi công tác ở tần số f1, thì chấn tử cộng hưởng là chấn tử có chiều dài l1 , tương
ứng với l1 = λ1/2. Nếu tần số công tác giảm xuống là f2 = τf1, suy ra λ2 = λ1/τ thì chấn tử cộng
hưởng bây giờ có độ dài bằng l2 = λ2/2 = λ1/2τ = l1 /τ. Từ đó ta suy ra ở các tần số:
f n = τ n f1 (6.4)
sẽ có các chấn tử cộng hưởng tương ứng với các độ dài:
l1
ln = (6.5)
τ n −1
n là số thứ tự của chấn tử
fn là tần số cộng hưởng của chấn tử thứ n
ln là độ dài của chấn tử cộng hưởng thứ n
Nghĩa là khi anten công tác ở một tần số cho bởi công thức (6.4), trên anten sẽ xuất hiện
một miền bức xạ mà chấn tử phát xạ chính có độ dài xác định theo công thức (6.5).
Như vậy miền bức xạ trên anten logarit chu kỳ sẽ dịch chuyển khi tần số công tác thay đổi,
nhưng hướng bức xạ cực đại của anten vẫn giữ nguyên.
Nếu lấy logarit biểu thức (6.4) ta nhận được:
ln f n = ( n − 1) ln τ + ln f1 (6.6)
Nghĩa là khi biểu thị tần số theo logarit thì tần số cộng hưởng của anten sẽ thay đổi một
lượng bằng lnτ. Vì vậy anten được gọi là anten logarit chu kỳ.
Đồ thị phương hướng của anten được xác định bởi số chấn tử của miền bức xạ tác dụng
(thường vào khoảng từ 3 ÷ 5) và bởi tương quan biên độ và pha của dòng điện trong các chấn tử
ấy. Các đại lượng này phụ thuộc vào thông số hình học chu kỳ τ và góc mở anten α, chỉ ra trên
118
- hình 6.6. Khi tăng τ, (cố định α), đồ thị phương hướng hẹp lại vì lúc đó sẽ tăng số chấn tử của
miền bức xạ tác dụng. Nhưng nếu tăng τ quá quá lớn thì tính hướng lại xấu đi vì lúc ấy kích thước
của miền bức xạ tác dụng lại giảm do các chấn tử quá gần nhau. Khi giảm α (cố định τ) đến một
giới hạn nhất định đồ thị phương hướng sẽ hẹp lại vì khi ấy khoảng cách giữa các chấn tử lại tăng
lên và do đó tăng kích thước của miền bức xạ tác dụng.
Các giá trị tới hạn của α và τ thường là:
τmax = 0,95
αmin = 10o
Đồ thị quan hệ giữa góc nửa công suất trong hai mặt phẳng E và H ứng với các thông số τ
và α khác nhau được chỉ ra trong hình 6.6. Từ đồ thị có thể thấy rằng đồ thị phương hướng của
anten trong mặt phẳng H rộng hơn trong mặt phẳng E (đó là do tính hướng của mỗi chấn tử hợp
thành anten).
2θ1/2
140
τ = 0,65
130
120 τ = 0,75
110 τ = 0,83
τ = 0,915
100 2θ1/2 τ = 0,65
70 0,75
90 0,83
60 0,915
80
τ = 0,95 50
70
40
60
50 αo
0 10 20 30 40
αo
0 10 20 30 40
z
Mặt phẳng E
θ
y
ϕ
Mặt phẳng H
x
H×nh 6.6. Quan hÖ gi÷a 2θ1/2 víi c¸c th«ng sè τ vμ α
6.4 ANTEN KHE
119
- Anten khe được sử dụng chủ yếu ở băng vi ba. Trong thực tế khe bức xạ có dạng chữ nhật
(khe thẳng) hoặc hình tròn (khe hình vành khăn) và được cắt trên các mặt kim loại có hình dạng
và kích thước khác nhau: trên thành hốc cộng hưởng, thành ống dẫn sóng hình chữ nhật hoặc tròn,
trên các tấm kim loại phẳng, cánh máy bay....kích thước của mặt kim loại có thể khá lớn so với
bước sóng nhưng cũng có thể chỉ vào khoảng vài bước sóng công tác.
6.4.1 Anten khe nửa sóng
Nếu trên thành ống dẫn sóng hay hốc cộng hưởng cắt một khe hẹp có chiều dài bằng một
nửa bước sóng công tác thì chúng ta sẽ có một anten khe nửa sóng, nghĩa là khe chỉ bức xạ vào
một nửa không gian.
z
E
λ/2
y
x
Hình 6.7. Anten khe nửa sóng
Dưới tác dụng của sức điện động đặt vào khe, trong khe sẽ xuất hiện các đường sức điện
trường hướng vuông góc với hai mép khe. Điện áp giữa hai mép khe bằng tích của cường độ điện
trường với độ rộng của khe (U = E.b). Ta có thể coi gần đúng mỗi nửa khe giống như một đoạn
đường dây song hành mà hai nhánh dây là hai mép khe được nối tắt đầu cuối (tại z = ± l ). Khi
2
ấy phân bố điện áp dọc theo khe sẽ tuân theo quy luật sin, có nút điện áp ở cuối khe và bụng điện
áp ở giữa khe. Vì điện áp giữa hai mép khe tỷ lệ với điện trường trong khe nên có thể thấy rằng
phân bố của điện trường dọc theo khe cũng tuân theo quy luật sóng đứng. Tương tự như khi khảo
sát khe nguyên tố, ta có thể coi khe tương đương như một dây dẫn từ mà dòng từ chạy trong dây
có quan hệ với điện áp trong khe theo công thức:
I day = −2bEkhe ( z ) = −2U khe ( z )
m
(6.7)
Trong đó Ukhe(z) là điện áp sóng đứng, phân bố đối xứng với tâm khe
⎛l ⎞
U khe ( z ) = U bkhe sin ⎜ − z ⎟ (6.8)
⎝2 ⎠
Ở đây l = λ chiều dài khe;
2
Ubkhe = U0khe là điện áp ở điểm bụng sóng đứng phù hợp với điện áp điểm giữa của khe
khi l = λ .
2
120
- ⎛l ⎞
Do đó: I day = −2U bkhe sin ⎜ − z ⎟
m
(6.9)
⎝2 ⎠
Tương tự như dây dẫn có dòng điện sóng đứng, ta cũng có thể coi khe như tập hợp của các
chấn tử từ, mà dòng từ trên mỗi chấn tử có giá trị xác định bởi (6.9) trong đó z có tọa độ là trung
điểm của chấn tử.
Để xác định trường bức xạ của khe có thể dựa vào trường bức xạ của chấn tử đối xứng
trong công thức (5.8). Trường bức xạ của anten khe có hai thành phần Eϕ và Hθ với chiều dài khe
l
⎡ ⎛ kl ⎞ kl ⎤
⎢ cos ⎜ 2 cosθ ⎟ − cos 2 ⎥
U
Eϕ = i bkhe ⎢ ⎝ ⎠ ⎥ e − ikr
πr ⎢ sinθ ⎥
⎢
⎣ ⎥
⎦
(6.10)
⎡ ⎛ kl ⎞ kl ⎤
cos ⎜ cosθ ⎟ − cos ⎥
U bkhe ⎢ ⎝2 ⎠ 2 − ikr
H θ = −i ⎢ ⎥e
Zπ r ⎢ sinθ ⎥
⎢
⎣ ⎥
⎦
Khi khe có chiều dài l = λ , thay vào công thức trên, ta được:
2
⎛π ⎞
cos ⎜ cosθ ⎟
U
Eϕ = i 0 khe ⎝2 ⎠ e − ikr
πr sinθ
(6.11)
⎛π ⎞
cos ⎜ cosθ ⎟
U 0 khe ⎝ 2 ⎠ e − ikr
Hθ = −i
Zπ r sinθ
Đồ thị phương hướng của khe nửa sóng trong mặt phẳng đi qua trục của khe (mặt phẳng
xOz- mặt phẳng H) và trong mặt phẳng vuông góc với trục của khe (mặt phẳng xOy- mặt phẳng E)
chỉ ra trong hình 6.8:
x
a) x
b)
ϕ
z θ
y
Hình 6.8. Đồ thị phương hướng của khe nửa sóng
a) trong mặt phẳng H
b) trong mặt phẳng E
Vì khe bức xạ vào một nửa không gian nên đồ thị phương hướng cũng chỉ có ý nghĩa
trong một nửa mặt phảng khảo sát.
121
- 6.4.2 Anten khe - ống dẫn sóng
Trên thành ống dẫn sóng chữ nhật hay hình tròn, nếu cắt một hay nhiều khe có độ dài
bằng nửa bước sóng (gọi là khe nửa sóng), thì ta sẽ được anten khe - ống dẫn sóng. Thông thường
khi dùng ống dẫn sóng chữ nhật thì kiểu sóng kích thích là sóng H10 còn với ống dẫn sóng tròn
kiểu sóng kích thích là sóng H11. Khi có sóng điện từ truyền lan trong ống, ở mặt trong của thành
ống sẽ có dòng điện mặt. Véc tơ mật độ dòng điện mặt được xác định bởi biểu thức:
J xe = [ nxH ] (6.12)
Trong đó n là vectơ pháp tuyến mặt trong của thành ống, H là vectơ cường độ từ trường
trên bề mặt thành ống.
Khi truyền sóng H10 trong ống dẫn sóng chữ nhật, vectơ từ trường có hai thành phần
⎛ π x ⎞ − ikr
H x = H 0 cos ⎜ ⎟e
⎝ a ⎠
(6.13)
⎛ π x ⎞ − ikr
H z = −iAH 0 sin ⎜ ⎟e
⎝ a ⎠
Trong đó H0 là biên độ cực đại của cường độ từ trường tại tâm ống dẫn sóng (x = 0); A là
hằng số; k = 2π hệ số pha của sóng trong ống dẫn sóng; a là chiều rộng của ống dẫn sóng.
λ
Theo công thức 6.12 và 6.13 thì ở mặt trong sẽ có ba thành phần dòng điện mặt: từ trường
dọc Hz gây ra thành phần ngang Jx, Jy còn từ trường ngang Hx gây ra thành phần dọc Jz. Phân bố
của các thành phần dòng điện ngang Jx, Jy và dòng điện dọc Jz được chỉ trong hình 6.9:
Jx(Hz) y y
Jz(Hx)
x x
z z
(a) (b)
Hình 6.9. Phân hố dòng điện mặt trên các thành ống dẫn sóng
Nếu khe nằm trên thành ống dẫn sóng cắt ngang các đường sức mật độ dòng điện, thì
dòng điện dẫn trên thành ống sẽ bị gián đoạn tại các khe hở và chuyển thành dòng điện dịch, chảy
vuông góc với hai mép khe, như chỉ trên hình 6.10.
Trong khe sẽ hình thành điện trường tương ứng với dòng điện dịch và giữa hai mép khe sẽ
phát sinh điện áp. Nếu chiều của khe vuông góc với đường sức mật độ dòng điện mặt thì thành
phần dòng điện dịch chảy ngang mép khe là cực đại, khe được kích thích mạnh nhất. Nếu đặt khe
dọc theo đường sức mật độ dòng điện mặt thì không có dòng điện dịch chảy ngang mép khe,
nghĩa là khe không được kích thích và nó sẽ không bức xạ năng lượng.
122
- λ/2
Jx
λ/4 Jy
Hình 6.10. Vị trí các khe trên thành ống dẫn sóng
Các khe trên thành ống dẫn sóng có thể được bố trí theo nhiều cách khác nhau, như chỉ
trong hình 6.11:
Khe dọc trên ống dẫn sóng (1) được kích thích bởi các thành phần ngang của mật độ dòng
điện mặt Jx, Jy và có thể cắt trên thành rộng hay thành hẹp của ống. Tuy nhiên cần chú ý rằng dọc
theo đường trung bình của thành rộng, mật độ dòng điện ngang bằng 0 (Jx = 0), vì vậy, nếu các
khe nằm dọc theo đường trung bình của thành rộng thì chúng sẽ không được kích thích và không
bức xạ.
λ/2
4
λ/2
x0 3
1
x1 2 3
2
1
Hình 6.11.Các kiểu anten khe trên ống dẫn sóng Hình 6.12.Thăm kích thích
Khe ngang trên ống dẫn sóng (2) được kích thích bởi các thành phần dọc của mật độ dòng
điện mặt Jz. Khe ngang chỉ có thể cắt trên các bản rộng của ống vì trên thành hẹp Hx và Jx đều
bằng 0.
Khe nghiêng (3) có thể cắt trên thành rộng cũng như thành hẹp của ống và được kích thích
bởi cả hai dòng điện dọc và ngang. Cường độ kích thích cho các khe được xác định bởi hình chiếu
của các vectơ mật độ dòng điện mặt lên đường vuông góc với trục của khe.
Khe chữ thập (4) là sự kết hợp giữa khe ngang và khe dọc, theo công thức 6.13 dòng điện
dọc và ngang trên thành ống dẫn sóng tại cùng một thiết diện có góc lệch pha nhau 900. Vì vậy,
các khe dọc và khe ngang được kích thích sẽ được kích thích lệch pha 900. Nếu tâm của khe chữ
thập được đặt cách đường trung bình của thành rộng một khoảng x = x0 sao cho biên độ của các
thành phần từ trường Hx và Hz tại đó bằng nhau thì cường độ kích thích cho hai khe sẽ bằng nhau.
Lúc đó khe chữ thập sẽ bức xạ sóng phân cực tròn theo hướng vuông góc với thành rộng của ống
dẫn sóng.
123
- Để kích thích cho các khe có thể dùng các thăm kích thích đặt cạnh khe, vuông góc với
mặt phẳng của khe, như chỉ trên hình 6.12. Dòng điện chảy trên các thăm kích thích được tạo nên
bởi dòng điện mặt chảy trên thành ống ở điểm đặt thăm.
Theo nguyên lý tương hỗ, anten khe- ống dẫn sóng có thể dùng
làm anten phát cũng như anten thu. Cường độ trường bức xạ hoặc thu
của khe phụ thuộc vào vị trí của khe trên thành ống dẫn sóng. Khảo sát
tính hướng của trên thành ống dẫn sóng có thể dựa vào chấn tử điện có
cùng kích thước. Đồ thị phương hướng của khe nửa sóng trong mặt
phẳng E, khi có xét đến kích thước hữu hạn của thành ống dẫn sóng chỉ
ra trong hình 6.13. Hình 6.13
6.5 NGUYÊN LÝ BỨC XẠ MẶT
6.5.1 Bức xạ của bề mặt được kích thích bởi trường điện từ
Ở dải sóng cực ngắn, để nhận được anten có tính hướng hẹp thường sử dụng loại anten theo
nguyên lý bức xạ mặt. Đó là các bề mặt được kích thích bởi trường điện từ bức xạ từ một nguồn
sơ cấp nào đó. Trường kích thích sẽ tạo ra trên bề mặt ấy các thành phần điện trường E và từ
trường H vuông góc với nhau, lúc đó bề mặt này sẽ trở thành nguồn bức xạ thứ cấp và được gọi là
mặt bức xạ của anten. Trường hợp mặt bức xạ là phẳng, thì mặt phẳng đó được gọi là mặt mở của
anten (cũng còn được gọi là khẩu độ của anten).
Giả sử miệng anten có diện tích S, trên đó có các thành phần trường E và H có biên độ và
pha phân bố theo một quy luật xác định. Ta chọn hệ tọa độ khảo sát như chỉ ra trên hình 6.14, trục
z vuông góc với mặt phẳng bức xạ và trùng với phương của véc tơ pháp tuyến ngoài của mặt, còn
các véctơ trường E và H song song với các trục tọa độ x, y nằm trong mặt phẳng ấy.
Ta khảo sát bài toán tổng quát khi trường được kích thích trên miệng anten là hàm số theo
tọa độ của mặt:
M(R,θ,ϕ)
H x = ix H 0 f ( x, y ) = ix H 0 f m ( x, y ) e jψ ( x , y ) (6.14) z
Trong đó: θ R
- Hx là biên độ phức của vectơ cường độ từ trường
k
trên bề mặt bức xạ.
S
- H0 là biên độ phức của vectơ cường độ từ trường tại Ey y
gốc tọa độ.
Hx
- f(x,y) là hàm phân bố phức của trường, trong đó x
fm(x,y) là hàm phân bố biên độ còn ψ(x,y) là hàm
phân bố pha. Hình 6.14
Tỷ số thành phần tiếp tuyến của điện trường và từ trường tại mỗi điểm trên bề mặt được
gọi là trở kháng bề mặt tại điểm ấy, ký hiệu là Zs(x,y)
Ey
Zs = (6.15)
Hx
124
- Để phân tích bức xạ bề mặt ta áp dụng nguyên lý dòng mặt tương đương. Trong trường
hợp này, tại mỗi điểm trên bề mặt sẽ có:
Mật độ dòng điện mặt
J se = ( nxH x ) = J ye = iy H x (6.16)
Mật độ dòng từ mặt
J se = − ( nxE y ) = J xm = ix E y (6.17)
Ta khảo sát trường hợp mặt bức xạ là lý tưởng: mặt bức xạ là mặt phẳng và các thành
phần tiếp tuyến của trường ở trên đó có biên độ và pha đồng đều ở mọi điểm (hình 6.15), nghĩa là:
f m ( x, y ) = 1
(6.18) z
ψ ( x, y ) = 0
k
Giả sử mặt bức xạ được kích thích bởi trường của
một sóng phẳng truyền theo hướng vuông góc với bề mặt, θ
với trở kháng sóng Zs’, theo định nghĩa n H
S
E E y
Z =
'
s (6.19)
H
x Sóng phẳng
Trong trường hợp này, các vectơ E, H của trường kích thích
trên mặt bức xạ sẽ có biên độ và pha đồng đều (vì mặt bức Hình 6.15
xạ trùng với mặt sóng).
Chọn hệ tọa độ sao cho trục z trùng với phương truyền tới của sóng kích thích, còn vectơ
điện trường phù hợp với trục y ( E = E y = ix E0 ). Dựa vào quan hệ của E, H và vectơ Poyntinh ta
sẽ thấy vectơ H sẽ hướng theo chiều âm của trục x, nghĩa là: H = H x = − ix H 0 . Căn cứ vào các
nhận xét trên, các biểu thức (6.14) và (6.15) có thể viết lại dưới dạng
H x = −H0
Ey E0 (6.20)
Zs = =− = − Z s'
Hx H0
a, Mặt bức xạ hình chữ nhật, hình 6.16a
Các thành phần trường bức xạ được xác định bởi
⎛ ka ⎞ ⎛ kb ⎞
sin ⎜ sin θ cos ϕ ⎟ sin ⎜ sin θ sin ϕ ⎟
ik e − ikr
⎛ Z ⎞ ⎝ 2 ⎠ ⎝ 2 ⎠
Eθ = Z s H 0 ab ⎜1 + cosθ ⎟ sin ϕ
4π r ⎝ Zs ⎠ ka
sin θ cos ϕ
kb
sin θ sin ϕ
2 2
⎛ ka ⎞ ⎛ kb ⎞
sin ⎜ sin θ cos ϕ ⎟ sin ⎜ sin θ sin ϕ ⎟
ik e − ikr
⎛Z ⎞ ⎝ 2 ⎠ ⎝ 2 ⎠
Eϕ = Z s H 0 ab ⎜ + cosθ ⎟ co s ϕ
4π r ⎝ Zs ⎠ ka
sin θ cos ϕ
kb
sin θ sin ϕ
2 2
E E
Hθ = ϕ ; H ϕ = θ
Z Z
125
- (6.21)
z z
M(R,θ,ϕ)
M(R,θ,ϕ)
R
Q(x,y) θ R
iR
θ
ρ
a a O
O ρ
y y
φ
Q(ρ,φ)
b
x x
a) b)
Hình 6.16. Mặt bức xạ chữ nhật và hình tròn
Khảo sát trường bức xạ trong các mặt phẳng chính: mặt phẳng E và mặt phẳng H
- Trường hợp điểm khảo sát nằm trong mặt phẳng E (mặt phẳng yOz) lúc đó ϕ = 900, ta có:
⎛ kb ⎞
sin ⎜ sin θ ⎟
ik e − ikr
⎛ Z ⎞ ⎝ 2 ⎠
Eθ = Z s H 0 ab ⎜ 1 + cosθ ⎟
4π r ⎝ Zs ⎠ kb
sin θ
(6.22)
2
Eϕ = 0
- Trường hợp điểm khảo sát nằm trong mặt phẳng H (mặt phẳng xOz) lúc đó ϕ = 00, ta có:
Eθ = 0
⎛ ka ⎞
sin ⎜ sin θ ⎟ (6.23)
− ikr
⎛Z ⎞ 2
Z s H 0 ab ⎜ + cosθ ⎟ ⎝ ⎠
ik e
Eϕ =
4π r ⎝ Zs ⎠ ka
sin θ
2
Phân tích các công thức (6.22) và (6.23) ta thấy sự phụ thuộc của cường độ trường bức xạ
theo các hướng trong mặt phẳng khảo sát được xác định bởi hàm số gồm tích của hai thành phần:
Thành phần thứ nhất có dạng phù hợp với hàm tính hướng của nguyên tố bức xạ hỗn hợp, còn
kb
thành phần thứ hai có dạng sinA/A (ở đây A = sin θ đối với mặt phẳng điện trường và
2
ka
A = sin θ đối với mặt phẳng từ trường). Nếu coi mặt bức xạ là tập hợp của các nguyên tố hỗn
2
hợp thì thành phần thứ nhất chính là hàm tính hướng riêng của phần tử bức xạ còn thành phần thứ
hai sẽ tương ứng với hàm tính hướng tổ hợp. Hàm tính hướng biên độ chuẩn hóa của mặt bức xạ
trong hai mặt phẳng được xác định từ các công thức có dạng:
126
- cosθ sin ⎛ sin θ E ⎞
Z kb
1+ ⎜ ⎟
F (θ E ) = ⎝ 2 ⎠
Zs
Z kb
1+ sin θ E
Zs 2
(6.24)
+ cosθ sin ⎛ sin θ H ⎞
Z ka
⎜ ⎟
F (θ H ) ⎝ 2 ⎠
Z
= s
Z ka
1+ sin θ H
Zs 2
Đồ thị phương hướng của anten bức xạ mặt được vẽ minh họa ở hình sau
1,0
0,75
0,50 θ =00
0,25
θo
-90 -60 -30 0 30 60 90
b)
a)
Hình 6.17.Đồ thị phương hướng
a) hệ tọa độ vuông góc; b) hệ tọa độ cực
Hướng mà biên độ có giá trị bằng không còn được gọi là hướng bức xạ không, có thể được
xác định từ điều kiện:
⎛ kb ⎞
sin ⎜ sin θ 0E ⎟ = 0 đối với mặt phẳng E
⎝ 2 ⎠
⎛ ka ⎞
Và sin ⎜ sin θ 0H ⎟ = 0 đối với mặt phẳng H
⎝ 2 ⎠
Trong đó θ0E và θ0H là ký hiệu của các góc ở hướng bức xạ bằng không trong các mặt
phẳng E và H.
Từ đó rút ra được
nλ
sin θ 0E =
b
với n = 1, 2, 3…
nλ
sin θ H
0 =
a
Hướng bức xạ không thứ nhất được xác định khi cho n = 1, nghĩa là :
λ
sin θ 01 =
E
b
(6.25)
λ
sin θ H
01 =
a
Khi mặt bức xạ có kích thước lớn ( λ ≤ 1; λ ≤ 1 ), ta có độ rộng búp sóng ở hướng bức xạ
a b
không bằng
127
- Trong mặt phẳng E
2λ λ
2θ 0E = 2θ 01 =
E
(rad ); 2θ 0E = 1150 (6.26)
b b
Trong mặt phẳng H
2λ λ
2θ 0H = 2θ 01 =
H
(rad ); 2θ 0H = 1150 (6.27)
a a
Từ các công thức trên ta thấy rằng độ rộng búp sóng của anten trong mỗi mặt phẳng chỉ phụ
thuộc vào kích thước của anten theo mặt phẳng ấy, không phụ thuộc vào kích thước anten trong
mặt phẳng vuông góc với nó.
Độ rộng búp sóng theo mức bức xạ nửa công suất (góc nửa công suất), được xác định bởi
công thức
λ
2θ 1 = 510
E
2 b
(6.28)
0 λ
2θ H
1 = 51
2 a
b, Mặt bức xạ hình tròn, hình 6.16 b
Trường hợp điểm khảo sát nằm trong mặt phẳng E (mặt phẳng yOz) lúc đó ϕ = 900, ta có:
ik e − ikr ⎛ Z ⎞ J ( ka sin θ )
Eθ = Z s H 0 S ⎜ 1 + cosθ ⎟ 1
4π r ⎝ Zs ⎠ ka sin θ (6.29)
Eϕ = 0
Trường hợp điểm khảo sát nằm trong mặt phẳng H (mặt phẳng xOz) lúc đó ϕ = 00, ta có:
Eθ = 0
ik e −ikr ⎛Z ⎞ J ( ka sin θ ) (6.30)
Eϕ = Z s H 0 S ⎜ + cosθ ⎟ 1
4π r ⎝ Zs ⎠ ka sin θ
Trong đó S = πa2 là diện tích của mặt bức xạ tròn.
J1là hàm Bessel bậc 1
Hàm tính hướng biên độ chuẩn hóa của mặt bức xạ trong hai mặt phẳng có dạng:
128
- Z
1+ cosθ
J1 ( ka sin θ E )
F (θ E ) =
Zs
1+
Z ka sin θ E
Zs
(6.31)
Z
+ cosθ
J1 ( ka sin θ H )
F (θ H )
Zs
=
1+
Z ka sin θ H
Zs
Trong trường hợp mặt bức xạ tròn, hàm tính hướng tổ hợp có dạng J(u)/u. Đồ thị của hàm
số này được vẽ ở hình 6.18. Để tiện so sánh, trên hình vẽ cũng vẽ đồ thị của hàm sinu/u. Từ hình
vẽ ta thấy dạng đồ thị của hai hàm này rất giống nhau.
Do đó, trong mặt phẳng E và H dạng đồ thị phương 1,0
hướng của mặt bức xạ hình tròn cũng giống dạng đồ thị 0,8
phương hướng của mặt bức xạ chữ nhật. 0,6
Độ rộng búp sóng ở hướng bức xạ không được 0,4
xác định theo công thức: J(u)/u
0,2
λ Sinu/u
2θ 0 ≈ 2, 41 (rad ) (6.32)
2a 0 π 2π 3π
Độ rộng búp sóng ở góc nửa công suất được xác
định theo công thức: Hình 6. 18
λ
2θ 1 = 1, 02 ( rad ) (6.33)
2 2a
6.5.2 Các kiểu anten bức xạ mặt
Các anten bức xạ mặt thường được sử dụng ở dải sóng cực ngắn. Một số anten điển
hình là anten loa, anten thấu kính, anten gương parabol, anten gương kép… Phần sau chúng ta
sẽ xem xét kỹ về các loại anten này.
6.6 ANTEN LOA
6.6.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc
Anten loa được cấu tạo từ anten ống dẫn sóng, là kiểu anten bức xạ mặt đơn giản nhất. Lý
thuyết về ống dẫn sóng biết rằng khi sóng truyền tới miệng ống dẫn sóng hở thì một phần năng
lượng của sóng sẽ phản xạ trở lại và một phần năng lượng sẽ bức xạ ra không gian bên ngoài.
Trường ở miệng ống là trường tổng hợp của sóng tới và sóng phản xạ. Nếu mở rộng kích thước
miệng ống theo các phương án khác nhau thì ta sẽ nhận được các kiểu anten loa khác nhau.
129
- Nếu ống dẫn sóng là ống chữ nhật và kích thước miệng ống được mở rộng trong mặt phẳng
chứa vectơ từ trường thì loa được gọi là loa mở theo mặt H, viết tắt là loa H.
Nếu ống dẫn sóng là chữ nhật và kích thước được mở rộng trong mặt phẳng chứa vectơ điện
trường ta được loa mở theo mặt điện trường (loa E).
Nếu ống dẫn sóng là chữ nhật và kích thước được mở rộng theo cả hai mặt phẳng chứa
vectơ điện trường, từ trường ta được loa hình tháp.
Nếu ống dẫn sóng là hình tròn ta có loa hình nón.
a) b) c)
d) e)
a
a
a1 b
b b1
Hình 6.19. Các anten loa: a) Nón vách nhẵn. b) Nón vách gấp nếp. c) loa hình tháp. d) loa E
và e) loa H
Để khảo sát nguyên lý làm việc của anten loa ta khảo sát mặt cắt dọc của anten loa (hình
6.20 )
L
R z
O b1
2φ0
Cổ loa
Miệng loa
Hình 6.20
Năng lượng cao tần được truyền theo ống dẫn sóng đến cổ loa dưới dạng sóng phẳng. ở
đây một phần năng lượng sẽ phản xạ trở lại còn đại bộ phận tiếp tục truyền theo thân loa dưới
dạng sóng phân kỳ tới miệng loa. Tại miệng loa phần lớn năng lượng được bức xạ ra ngoài, một
phần phản xạ trở lại. Sự phản xạ sóng ở cổ loa càng lớn khi góc mở của loa càng lớn còn sự phản
130
nguon tai.lieu . vn
