anten

1. Trường Đại học Công Nghiệp TPHCM
Khoa Công Nghệ Điện Tử
1
Bài giảng
Giảng viên: Nguyễn Tấn Lộc
ANTEN-TRUYỀN SÓNG

2. 2
Giới thiệu môn học
Số tiết: 30 tiết
Điểm tổng kết:
20% ĐTB (Tiểu luận +thường kì)
+ 30% điểm giữa kỳ
+ 50% điểm cuối kỳ
Điều kiện thi kết thúc môn:
- Điểm giữa kỳ >=4
- Điểm tiểu luận >=4
- Vắng mặt <= 20% số tiết

3. 3
Giáo trình và Tài liệu tham khảo:
1. Lê Tiến Thường-Trần Văn Sư ,Truyền sóng và Anten, NXB
Đại học Quốc Gia TPHCM –2010
2. Constantine A.Balanis, Antenna theory analysis and
design, John Wiley & Son.Inc.,1997
3. GS. TSKH Phan Anh, Lý thuyết và kỹ thuật Anten, NXB
Khoa học và Kỹ thuật, 2007
4. David M. Pozar, Microwave Engineering, John Wiley
& Son.Inc, 1998
Giáo trình, tài liệu tham khảo

4. 4
Giúp sinh viên:
 Nắm bắt được phương pháp tiếp cận để phân tích, thiết kế
một anten hiểu được các thông số đặc trưng cơ bản
của anten
 Nguyên lý bức xạ của một anten cũng như là của một hệ
anten
 Hiểu được nguyên lí bức xạ của các hệ thông anten; anten
Dipole, Yagi, anten xoắn Helix, …
 Nắm bắt được nguyên lí truyền dẫn sóng trong các môi
trường: không gian tự do, đường dây dẫn, ống dẫn
sóng và sợi quang
Mục tiêu – Course Objective

5. 5
 CHƯƠNG 1: Lịch sử phát triển anten
 CHƯƠNG 2: Mô tả các đặc tính bức xạ của anten
 CHƯƠNG 3: Lý thuyết anten
 CHƯƠNG 4: Hệ thống bức xạ
 CHƯƠNG 5: Các loại anten
 CHƯƠNG 6: Truyền sóng vô tuyến
 CHƯƠNG 7: Truyền sóng trong đường dây dẫn
 CHƯƠNG 8: Truyền sóng trong ống dẫn sóng
Nội dung - Outline

6. 6
 Lịch sử phát triển
 Các loại Anten
Chương 1 – Lịch sử phát triển

7. 7
 Định nghĩa Anten:
 Anten là thiết bị dùng để bức xạ và (hoặc) thu nhận
năng lượng điện từ
 Anten là thiết bị dùng để truyền năng lượng điện từ
giữa máy phát và máy thu mà không cần phương tiện
truyền dẫn tập trung
 Lịch sử phát triển của Anten:
 1864 Lý thuyết của James Clerk Maxwell cho rằng
sóng điện từ (EM) tồn tại và truyền qua chân không với
vận tốc ánh sáng
Lịch sử phát triển

8. 8
 1886: Heinrich Hertz (Đức) đã kiểm tra sự tồn tại của
sóng điện từ. Ông đã phát triển các anten lưỡng cực
(dipole) đơn giản, các anten vòng và các anten có thanh
phản xạ đơn giản
 1897: Alexader Popov (Nga) Đã thiết lập tuyến anten
thật đầu tiên với khoảng cách 3 dặm
 1901: Guglielmo Marconi đã thực hiện thông tin vô
tuyến xuyên đại tây dương. Hệ thống hoạt động ở tần số
60 KHz
 1916: Lần đầu tiên tiếng nói được truyền đi bằng vô
tuyến (điều biên)
Lịch sử phát triển

9. 9
 1920: Các hệ thống có thể đạt được đến tần số 1MHz, do
đó kích thước anten được giảm nhỏ
 1930: Các nguồn phát dao động có thể đạt đến tần số
hàng GHz
 1934: Tạo ra hệ thống vô tuyến thương mại đầu tiên
giữa Pháp và Anh được thiết lập (1.8 GHz)
 1940-1945: Nhằm phục vụ thế chiến thứ 2 nhiều phát
minh trong việc phát triển Rada, các anten phản xạ, các
anten thấu kính
Lịch sử phát triển

10. 10
 1945- nay: kỷ nguyên của anten hiện đại, với nhiều công
nghệ và kỹ thuật mới đáp ứng cho mạng lưới thông tin
vô tuyến có tính toàn cầu và tốc độ cao, băng thông
rộng: (GPS, Wireless, GSM, CDMA, UWB, WiMax,
MIMO…)
 Reference:
http://www.mds975.co.uk/Content/ukradio.html
Lịch sử phát triển

11. 11
Lịch sử phát triển

12. 12
 Wire Antennas
 Short Dipole
 Dipole Antenna
 Half-wave dipole
 Broadband Dipoles
 Monopole
 Folded Dipole
 Small Loop
Các loại Anten
Dipole Antenna

13. 13
 Aperture Antennas
 Thường thiết kế ở tần số
Microwave (UHF-milimeter)
Các loại Anten
 These antennas can be
mounted on the surface of
high-performance aircraft,
spacecraft,
satellites, missiles, cars, and
even handheld mobile
telephones

14. 14
 Microstrip Antennas:
 Rectangular Microstrip (Patch) Antenna
 Shorting Pins: Quarter-Wavelength Microstrips and
PIFAs
Các loại Anten
Microstrip Antenna

15. 15
 Array Antennas
 Nhiều ứng dụng đòi hỏi đặc tính (characteristics) bức xạ của
Anten mà khi thiết kế đơn Anten thì không thể đáp ứng được
Array antennas
Các loại Anten

16. 16
 Reflector Antennas
 Sử dụng trong nghiên cứu khám phá không gian
 Hệ thống anten phức tạp phát và thu tín hiệu từ hàng triệu
miles
 A very common antenna form for such an application is a
parabolic reflector
Các loại Anten

17. 17
 Lens Antennas
Các loại Anten

18. 18
 Hệ toạ độ cầu:
Một số hệ thức giải tích vector

19. 19
 Hệ toạ độ cầu:
Một số hệ thức giải tích vector

20. 20
 Hệ toạ độ cầu:
Một số hệ thức giải tích vectơ

21. 21
 Một số hệ thức vector:
Một số hệ thức giải tích vectơ
Tích vô hướng 2 Vector:
Tích Vector:
Gradient (tác động
lên vô hướng):
Divergence:

22. 22
 Một số hệ thức vector:
Một số hệ thức giải tích vectơ
Curl:
Toán tử Laplace:
 Tác động lên vô hướng:
 Tác động lên Vector:

23. 23
 Antenna là một thiết bị (thường là dây hoặc thanh)
bằng kim loại dùng để phát hoặc nhận tín hiệu radio
 Là thiết bị trung gian giữa dây dẫn và không gian tự do
Cơ chế bức xạ của Anten
HF Broadband Three Folded Dipole Antenna

24. 24
Cơ chế bức xạ của Anten
Ưu điểm:
Truyền với địa hình
phức tạp
Dể triển khai
Truyền quảng bá
Chi phí thấp
…
Nhược điểm:
Không ổn định
Tài nguyên vô tuyến
có hạn
…

25. 25
Cơ chế bức xạ của Anten
OtherDestination
OtherSources
Dmod
ModUCPA
LNADC
Inf
Inf
Mux
Dmux

26. 26
 1 dây
 Nếu điện tích trên dây không chuyển động không có hiện tượng
bức xạ sóng điện từ (EM)
 Nếu điện tích di chuyển với tốc độ đều
Không có hiện tượng bức xạ nếu dây thẳng và dài vô hạn
Có hiện tượng bức xạ khi dây cong, gãy khúc, không liên tục
hoặc bị giới hạn
 Nếu điện tích dao động theo thời gian thì có hiện tượng bức xạ
ngay cả khi dây dẫn thẳng
Cơ chế bức xạ của Anten

27. 27
 2 dây:
Cơ chế bức xạ của Anten
Điện trường giữa hai dây làm cho các điện
tích tự do trong dây dẫn di chuyển
Sự di chuyển tạo dòng diện thay đổi ( ở
cuối dây dẫn) và do đó tạo ra điện trường
và từ trường
Đặc tính của đường sức điện từ trường là:
 Bắt đầu ở điện tích dương và kết thúc
ở điện tích âm
 Bắt đầu từ vô cùng và kết thúc ở điện
tích âm
 Bắt đầu từ điện tích dương và kết thúc
ở vô cùng
 Không bắt đầu từ điện tích âm cũng
như điện tích dương và có dạng khép
kín

28. 28
 Dipole:
Cơ chế bức xạ của Anten

29. 29
 Dipole:
 Sự chuyển động của điện tích tạo nên một sóng dòng điện trong
dây dẫn
 Sóng này sẽ bị phản xạ tại cuối dây dẫn
 Sự kết hợp sóng đến và sóng phản xạ tạo ra sóng đứng
 Dựa vào sự phân bố không gian + sự thay đổi theo thời gian tạo
ra bức xạ sóng điện từ
 Nếu là dây dẫn thẳng thì bức xạ điện từ trên dây dẫn sẽ triệt tiêu
lẫn nhau
Cơ chế bức xạ của Anten

30. 30
Cơ chế bức xạ của Anten
 Sự bức xạ sóng
điện từ chỉ xảy
ra khi từ trường
do hai thanh
dipole tạo ra
được tăng cường
lẫn nhau hoặc
không triệt tiêu
lẫn nhau

31. 31
 Dipole:
Cơ chế bức xạ của Anten
Phân bố dòng theo thời gian đối với dipole

32. 32
Chương 2 – Mô tả các đặc tính bức xạ của Anten
2.1 Trở kháng vào của Anten
2.2 Hiệu suất của Anten
2.3 Trường điện từ bức xạ tạo bởi Anten
2.4 Sự phân cực của Anten
2.5 Đồ thị bức xạ, góc nửa công suất, góc bức xạ không đầu tiên
2.6 Góc khối Anten, hệ số định hướng, độ lợi của Anten
2.7 Mức bức xạ phụ và tỷ lệ trước sau
2.8 Các Anten thu
2.9 Tuyến Anten

33. 33
2.1 Trở kháng vào của Anten
Xem Anten như mạng một cửa
Trở kháng vào: ZA = RA + jXA
Thông thường RA gồm 2 thành phần
+ Rr là điện trở bức xạ
+ RL là điện trở tiêu hao của Anten

34. 34
Gọi PA là công suất hấp thụ tại đầu vào Anten. VA và IA là
điện áp và dòng điện tại đầu vào Anten
SA
A
SA
ZZ
Z
VV
+
=
SA
S
A
ZZ
V
I
+
=
2
2
2
S A
A
s A
V R
P
Z Z
=
+
{ }*1
Re
2
A A AP V I=
2.1 Trở kháng vào của Anten

35. 35
 Nếu không thoả ZA* = ZS thì chỉ có một phần công
suất của nguồn đến được Anten:
q được gọi là hệ số ghép công suất
 Nếu có phối hợp trở kháng liên hợp ZA* = ZS
2
8
S
A
S
V
P
R
=
A SP qP= 2
2
4
1 | |
| |
A g
g A
R R
q
Z Z
= = − Γ
+
2.1 Trở kháng vào của Anten

36. 36
 Các phương trình trên cho phép đánh giá công
suất PA (công suất hấp thụ bởi Anten) với PS trong
đó quan tâm đến hệ số q là hệ số ghép công suất
giữa máy phát và tải
 Khi ZS là thuần trở (XS = 0)
2
-1q Γ= A S
A S
Z Z
Z Z
−
Γ =
+
A SP qP=
2.1 Trở kháng vào của Anten

37. 37
2.2 Hiệu suất Anten

38. 38
 Xét trường bức xạ trong hệ toạ độ cầu
2.3 Trường điện từ bức xạ tạo bởi Anten

39. 39
 Hệ toạ độ sử dụng cho phân tích Anten
2.3 Trường điện từ bức xạ tạo bởi Anten

40. 40
 Vùng trường Anten (Field regions of an Antenna)
2.3 Trường điện từ bức xạ tạo bởi Anten
D•
R
1
FieldNear
Fresnel
λ
2
2D
R=
 D is the largest dimension of
the antenna

41. 41
 Vùng trường Anten (Field regions of an Antenna)
2.3 Trường điện từ bức xạ tạo bởi Anten

42. 42
2.3 Trường điện từ bức xạ tạo bởi Anten
 Xét trường bức xạ trong hệ toạ độ cầu
( )( ) ( , ) ( , )
jkr
e
E r F i F i
r
θ θ φ φθ φ θ φ
−
= +
r r rr
 Trường điện ở vùng xa Anten có thể biểu diễn
 Trong đó
là độ thẩm từ và điện trong KGTD
r là khoảng cách từ Anten đến điểm khảo sát
D là đường kính hình cầu ngoại tiếp Anten
 Điều kiện vùng xa: r>>D, r>>λ, r>>
λ
π 2
D
λπ=µεω= /2k 00
0,0 εµ

43. 43
2.3 Trường điện từ bức xạ tạo bởi Anten
Nhận xét
 Trường điện lan truyền xa dần Anten theo hướng
 Trường điện suy hao theo 1/r vì sự mở rộng hình cầu
của sóng (hình cầu khảo sát)
 Trường điện chỉ có các thành phần vuông góc với
chiều truyền sóng và
 Cường độ của trường theo và phụ thuộc vào
hướng bức xạ và được xác định bởi các hàm tương
ứng là và
rir
θi
r
ϕi
r
θi
r
ϕi
r
),(F ϕθθ),(F ϕθϕ

44. 44
2.3 Trường điện từ bức xạ tạo bởi Anten
 Trường từ ở vùng xa Anten có thể biểu diễn
 Điều kiện vùng xa: r>>D, r>>λ, r>>
λ
π 2
D
π
ε
µ
ηη 120
0
0
0 ===
η là trở sóng của môi trường. Trong không khí
 Xét trường bức xạ trong hệ toạ độ cầu
{ }1
( ) ( )rH r i xE r
η
=
r rrr

45. 45
2.3 Trường điện từ bức xạ tạo bởi Anten
Nhận xét
 Trường từ của Anten không có thành phần dọc
theo
 Giống như sóng phẳng, cả trường điện và trường
từ ở vùng xa Anten đều vuông góc với phương
truyền sóng và vuông góc với nhau
rir

46. 46
2.3 Trường điện từ bức xạ tạo bởi Anten
 Vector Poynting trung bình, tức mật độ dòng công suất
của trường bức xạ [W/m2]
 Nhận xét
 Công suất chảy theo chiều trục xa dần Anten
 Mật độ bức xạ suy giảm theo bình phương khoảng cách
( )*
22
2
1
( ) Re
2
1
( , ) ( , )
2
W r E H
F F i
r
θ φθ φ θ φ
η
= ×
 = + ×  
r r rr & &
r

47. 47
2.3 Trường điện từ bức xạ tạo bởi Anten
 Góc khối

48. 48
2.3 Trường điện từ bức xạ tạo bởi Anten
 Vi phân vùng diện tích nhỏ
trên mặt cầu:
 Góc khối Anten
2
sin . .dA r d dθ θ φ=
2
( )dA r d= Ω
2
sin . .
dA
d d d
r
θ θ φΩ = =

49. 49
2.3 Trường điện từ bức xạ tạo bởi Anten
 Định nghĩa cường độ bức xạ [W/Steradian]
 Cường độ bức xạ U của anten theo một hướng cho
trước là công suất bức xạ trên một đơn vị góc khối
theo hướng đó
 Công suất bức xạ gửi qua diện tích A
Cường độ bức xạ:
2
( ) ( )W r dA W r r d= Ω
r rr r
2
( ) ( )U r W r r=
rr r

50. 50
2.3 Trường điện từ bức xạ tạo bởi Anten
 Công suất bức xạ
 Chọn S là mặt cầu bán kính r rất lớn bao trùm toàn bộ
Anten
( )rad
S
P W r dS= ∫∫
urr r
Ò
( ) ( )W r W r r=
r r $
( . ).( sin ).dS r d r d rθ θ φ=
ur
$

51. 51
2.3 Trường điện từ bức xạ tạo bởi Anten
 Công suất bức xạ
( , )rad
S
P U dθ φ= Ω∫∫Ò

52. 52
2.3 Trường điện từ bức xạ tạo bởi Anten
Ví dụ 1:
Một Anten bức xạ một trường được cho bởi
giả sử hiệu suất Anten là 25%, dòng ngõ vào
Anten là 1A. Tìm:
a. Vector mật độ bức xạ
b. Mật độ bức xạ
c. Cường độ bức xạ
d. Tổng công suất được bức xạ bởi Anten
e. Điện trở Rr của Anten
f. Điện trở RL của Anten
g. Điện trở vào của Anten
h. Tổng công suất đầu vào của Anten
θϕθθ sin),( =F

53. 53
2.3 Trường điện từ bức xạ tạo bởi Anten
Giải:
[ ] rrr i
r
iFF
r
iW
rrrr
.sin
.2
1
.),(),(
.2
1
)( 2
2
22
2
θ
η
ϕθϕθ
η
ϕθ =+=
πη 120=
a. Vector mật độ bức xạ:
Với Không gian tự do (KGTD):
2
2
1
( ) sin .
240 .
r rW i i
r
θ
π
=
r r r
b. Mật độ bức xạ của Anten:

54. 54
2.3 Trường điện từ bức xạ tạo bởi Anten
Giải:
c. Cường độ bức xạ:
d. Tổng công suất bức xạ bởi Anten:
2 21
( , ) ( ) sin
240
rU r W iθ φ θ
π
= =
r
∫∫ ∫==
S S
dddd ϕθθ
π
ϕθθθ
π
..sin
240
1
..sinsin
240
1 32
( , )rad
S
P U dθ φ= Ω∫∫Ò

55. 55
2.3 Trường điện từ bức xạ tạo bởi Anten
Giải:
d. Tổng công suất bức xạ bởi Anten:
θθ
π
π
ϕθθ
π
πππ
ddd .sin
240
2
..sin
240
1
0
3
0
3
2
0 ∫∫∫ ==
][
90
1
3
4
240
2
Wx ==
π
π

56. 56
2.3 Trường điện từ bức xạ tạo bởi Anten
Giải:
e. Điện trở Rr của Anten :
f. Điện trở RL của Anten:
2
2. 1
[ ]
45
r
r
A
P
R
I
= = Ω
25.0=
+
==
Lr
r
A
r
RR
R
P
P
e
( )
1 1
1 0.25 . [ ]
45 15
LR = − = Ω

57. 57
2.3 Trường điện từ bức xạ tạo bởi Anten
Giải:
g. Điện trở RA của
Anten :
h. Công suất tại ngõ vào của Anten:
4
[ ]
45
A r LR R R= + = Ω
A
r
P
P
e =

58. 58
2.4 Sự phân cực của Anten
 Là hình ảnh để lại bởi đầu mút của vetor trường khi
được quan sát dọc theo chiều truyền sóng

59. 59
2.4 Sự phân cực của Anten (Polarization)
 Là hình ảnh để lại bởi đầu mút của vetor trường khi
được quan sát dọc theo chiều truyền sóng
 Nếu vector trường có phương
cố định : phân cực tuyến tính
 Nếu vector trường vẽ thành 1
đường tròn: phân cực tròn
 Nếu vector trường vẽ thành 1
ellipse: phân cực ellipse
 Chiều quay có thể là cùng
chiều kim đồng hồ hoặc ngược
chiều kim đồng hồ

60. 60
2.4 Sự phân cực của Anten (Polarization)
 Ví dụ:
Trường điện từ ở vùng xa được bức xạ bởi anten
như sau:
Xác định sự phân cực của Anten dọc theo
●
a. +x
●
b. +y
( )( ) sin .cos . .sin .
jkr
e
E r i j i
r
θ φθ φ θ
−
= +
r r rr

61. 61
2.4 Sự phân cực của Anten (Polarization)
 Ví dụ:
 Giải:
a. +x: 0,
2
== ϕ
π
θ xriiii yz ==−= ,,
rrrr
ϕθ
( )( ) .
jkx
z y
e
E r i j i
x
−
= − +
r r rr

62. 62
2.4 Sự phân cực của Anten (Polarization)
 Ví dụ:
Nếu biểu diễn theo thời gian)(rE
rr
cos( ) cos( / 2)
( , ) .( ) .( )z y
t kx t kx
E r t i i
x x
ω ω π− − +
= − +
r r rr

63. 63
2.4 Sự phân cực của Anten (Polarization)
 Ví dụ:
 Các thành phần trường theo z, y bằng nhau và lệch pha
nhau 900 => Dấu vết của đỉnh vector trường tổng hợp là
hằng số theo thời gian => Trường được phân cực tròn
 Nếu nhìn theo chiều truyền sóng thì sóng được
phân cực tròn tay trái
).(
)2/cos(
).(
)cos(
),( yz i
x
kxt
i
x
kxt
trE
rrrr πωω +−
+−
−
=

64. 64
2.4 Sự phân cực của Anten (Polarization)
 Ví dụ:
b. +y:
xi
y
kyt
trE
rrr
.
)2/cos(
),(
πω −−
=
Chỉ có thành phần trường điện theo phương x
=> Trường được phân cực tuyến tính dọc theo trục x

65. 65
2.5 Đồ thị bức xạ
 Đồ thị bức xạ của một Anten:
Các tính chất bức xạ của một Anten được biểu diễn
bằng đồ thị
 Đồ thị bức xạ có thể bao gồm các thông tin về phân
bố năng lượng, pha, sự phân cực trong các trường
bức xạ
 Thông thường quan tâm nhất là vẽ phân bố năng
lượng tương đối trên hình cầu bao quanh
Anten và sẽ được tham khảo như đồ thị công suất
),( ϕθU

66. 66
2.5 Đồ thị bức xạ
 Người ta thường dùng mặt
cắt thay cho hình khối không
gian để biểu diển đồ thị bức
xạ

67. 67
2.5 Đồ thị bức xạ
 Khi vẽ đồ thị bức xạ, thường so sánh chất lượng
Anten theo các chiều khác nhau, do đó người ta
thường chuẩn hoá giá trị tối đa của hàm được vẽ là
đơn vị. Đồ thị bức xạ bây giờ thành đồ thị chuẩn hoá
 Cường độ bức xạ chuẩn hoá và hàm độ lớn của
trường như sau
max
),(
),(
F
F
Fn
ϕθ
ϕθ =
{ }πϕπθϕθ 20,0),,(maxmax ≤≤≤≤= UU
{ }πϕπθϕθ 20,0),,(maxmax ≤≤≤≤= FF
max
),(
),(
U
U
Un
ϕθ
ϕθ =

68. 68
2.5 Đồ thị bức xạ
 So sánh đồ thị bức xạ với các đáp ứng tần số khác nhau

69. 69
2.5 Đồ thị bức xạ
 Búp sóng chính
(Majorlope) xác định
hướng bức xạ cực
đại của Anten
 Búp sóng phụ là các
búp sóng còn lại

70. 70
2.6 Góc nữa công suất và Góc bức xạ không đầu tiên
 Độ rộng búp sóng nữa công suất (Half Power
BeamWidth - HPBW) và góc bức xạ không đầu tiên
FNBW (First Nulls BeamWidth - độ rộng giữa các giá
trị không đầu tiên) là đặc tính bức xạ của Anten đặc
trưng cho diện tích mặt cắt hai chiều của một chùm
tia Anten chính trong mặt phẳng cho trước

71. 71
2.6 Góc nữa công suất và Góc bức xạ không đầu tiên
 HPBW là số đo của góc
bao quanh hướng bức xạ
cực đại với cường độ
bức xạ chuẩn hoá lớn
hơn ½ trong mặt phẳng
đó
 và chính là
số đo góc từ chiều giá trị
cực đại của bức xạ chính
đến giới hạn trái và phải
HP
rightθ HP
leftθ
HP
left
HP
rightHPBW θθ +=

72. 72
2.6 Góc nữa công suất và Góc bức xạ không đầu tiên

73. 73
2.6 Góc nữa công suất và Góc bức xạ không đầu tiên
 BWFN là góc giữa các
không đầu tiên của đồ
thị kề búp sóng chính
 và chính là
số đo góc không từ
chiều giá trị cực đại của
bức xạ chính (búp sóng
chính) đến giới hạn trái
và phải
HP
rightθ HP
leftθ
null
left
null
rightBWFN θθ +=

74. 74
2.6 Góc nữa công suất và Góc bức xạ không đầu tiên

75. 75
2.7 Góc khối của Anten
 Góc khối của Anten (ABSA
- Antenna Beam Solid
Angle) là góc khối của chùm
tia chính của một Anten giả
thuyết với điều kiện là bức
xạ cùng công suất với Anten
đang khảo sát nhưng với
một cường độ bức xạ là
hằng số bằng với cường độ
bức xạ cực đại Umax của
Anten đang khảo sát

76. 76
2.7 Góc khối của Anten
 Xét 2 Anten: Anten đang khảo sát và Anten giả
thuyết:
 Anten giả thuyết: có cường độ bức xạ phân bố đều
và bằng cường độ bức xạ cực đại của Anten đang
khảo sát (Umax)
 Tổng công suất bức xạ từ Anten đang khảo sát:
( , )rad
S
P U dθ φ= Ω∫∫Ò

77. 77
2.7 Góc khối của Anten
 Công suất bức xạ qua góc khối ΩA của Anten giả thuyết:
( ) max .AR AP UΩ = Ω
( )
( )
( )
2
0 0
4max
, sin
,
,
A
U d d
F d
U
π π
π
θ φ θ θ φ
θ φ
θ φ
Ω = = Ω
∫ ∫
∫∫
( )AR
A
max
P
U
Ω
Ω =
(sr)

78. 78
2.7 Góc khối của Anten
 Diện tích vi phân mặt cầu là
 Góc khối vi phân là
ϕθθ= ddsinrdA 2
ϕθθ==Ω ddsinr/dAd 2

79. 79
 Xét 2 Anten: anten đang khảo sát và anten giả thuyết.
 Anten giả thuyết (đẳng hướng) có cường độ bức xạ phân bố
đều và có cùng công suất bức xạ với anten đang khảo sát.
 Độ định hướng D là tỷ số giữa cường độ bức xạ của anten
theo hướng đó và cường độ bức xạ của anten đẳng hướng
theo hướng tương ứng và có cùng công suất bức xạ.
 Vậy: cường độ bức xạ của anten đẳng hướng này bằng cường
độ bức xạ trung bình Ua của anten đang khảo sát.
2.8 Độ định hướng và hệ số định hướng
4
1
( , )
4 4
R
a
P
U U d
π
θ φ
π π
= = Ω∫∫Ò

80. 80
 Độ định hướng:
Hệ số định hướng:
( , )D θ φ
2
0 0
( , ) ( , ) 4 . ( , )
( , )
( , )sin . .a a
W U U
D
W U
U d d
π π
θ φ θ φ π θ φ
θ φ
θ φ θ θ φ
= = =
∫ ∫
2.8 Độ định hướng và hệ số định hướng
max
4
( , )
A
D D
π
θ φ= =
Ω

81. 81
 Độ định hướng D:
θϕθ 2
sin5),( =U
θ
θθπ
θπ
ϕθθθ
θπ
ϕθ πππ
2
0
3
2
0
2
2
0
2
sin
2
3
.sin2.5
sin.5.4
..sin.sin5
sin.5.4
),( ===
∫∫∫ ddd
D
max( , )D θ φ
 Ví dụ: Một Anten có cường độ bức xạ cho bởi:
 Hệ số định hướng D là
2.8 Độ định hướng và hệ số định hướng

82. 82
2.9 Độ lợi Anten
 Độ lợi Anten được định nghĩa
 Độ lợi công suất (là độ lớn cực đại của độ lợi Anten)
),(eD
P
),(U4
),(G
A
ϕθ=
ϕθπ
=ϕθ
Cường độ công suất Công suất hấp thụ của
Anten
Hiệu suất của anten
Độ lợi hướng
tính
max
max
4 ( , )
( , )
A
U
G G
P
π θ φ
θ φ= =

83. 83
2.9 Độ lợi Anten - Một số công thức
( , )rad
S
P U dθ φ= Ω∫∫Ò
Tổng công suất bức xạ từ Anten
đang khảo sát
Hiệu suất Anten:
R
A
P
e
P
=
( )
( )
2
0 0
2
0 0
, sin
,
U d d
U d
π π
π π
θ φ θ θ φ
θ φ
=
= Ω
∫ ∫
∫ ∫
 Độ định hướng D:
( , ) ( , )
( , )
a a
W U
D
W U
θ φ θ φ
θ φ = =
2
0 0
4 . ( , )
( , )sin . .
U
U d d
π π
π θ φ
θ φ θ θ φ
=
∫ ∫
4 . ( , )
R
U
P
π θ φ
=
4 ( , )
( , )
A
U
G
P
π θ φ
θ φ =

84. 84
2.9 Độ lợi Anten
Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương EIRP
(Equivalent Isotropically Radiated Power) là tổng
công suất mà nó được bức xạ bởi Anten vô hướng,
cường độ bức xạ bằng cường độ bức xạ cực đại của
Anten đang khảo sát
max4 ( , ) [ ]A A radEIRP U GP eDP DP Wπ θ φ= = = =

85. 85
2.10 Mức bức xạ phụ và tỷ lệ trước sau
 Mức bức xạ phụ SSL (Side Lobe Level): là tỉ số của
cường độ bức xạ theo chiều bức xạ phụ lớn nhất (thường
là bức xạ phụ đầu tiên sát bức xạ chính) với cường độ
bức xạ cực đại
 FBR (Front to Back Ratio) là tỉ số của cường độ bức xạ
theo chiều bức xạ cực đại và cường độ bức xạ theo chiều
ngược lại
max
( , )
( , )
SLLU
SLL
U
θ φ
θ φ
=
max
chieu nguoc lai
( , )
( , )
U
FBR
U
θ φ
θ φ
=

86. 86
2.11 Các Anten thu
 Giả sử một Anten thu được kích thích bởi sóng phẳng
đến có góc tới và được đặc tính bởi trường điện E tại
đầu vào Anten
),( ϕθ
inc
E

inc
E

),( ϕθ Tải
RA
XA
RL
XLVc
VL
IL

87. 87
2.11 Các Anten thu
 Nếu phối hợp liên hợp ZA* = ZL:
Pc là công suất khả dụng phía thu
 Nếu không phối hợp liên hợp ZA* # ZL:
2
8
c
c L
A
V
P P
R
= =
L CP qP=
2
2
4
1 | |
| |
A L
L A
R R
q
Z Z
= = − Γ
+

88. 88
2.11 Các Anten thu
 Diện tích hiệu dụng của Anten
Công suất Pc bằng mật độ công suất trung bình S của sóng tới
nhân cho diện tích hiệu dụng Ae.
 Sinc là mật độ công suất trung bình trong mặt phẳng tới
 là vector phân cực liên quan đến sóng tới
inc
incec SxpAP )ˆ,,( ϕθ=
incpˆ
2
2.
inc
inc
E
S
η
=

ˆinc
E
p
E
=



89. 89
2.11 Các Anten thu
 Diện tích hiệu dụng của Anten
 là vector phân cực của Anten thu theo chiều đến
của sóng tác động
2
2
ˆ ˆ ˆ( , , ) ( , ). ( , ).
4
e inc incA p G p p
λ
θ φ θ φ θ φ
π
=
ˆ( , )p θ φ

90. 90
2.11 Các Anten thu
 Diện tích hiệu dụng của Anten đối với một chiều cho trước thì tỉ
lệ với:
 Khi một Anten không thể bức xạ ở một phân cực nào đó theo
chiều cho trước thì nó cũng không thể nhận phân cực từ chiều đó.
 Độ lợi của bộ thu theo chiều đến của mặt phẳng tới (Khi một
Anten phát không hiệu quả theo chiều cho trước thì nó cũng là bộ
thu không hiệu quả đối với sóng tác động lên Anten từ hướng đó)
 Giá trị cực đại của Ae trên tất cả các chiều và các phân cực được
xem như diện tích hiệu dụng tối đa, ký hiệu Aem
 Ae có thức nguyên m2
2
4
emA G
λ
π
=

91. 91
2.12 Tuyến Anten
 Pt = PRad Công suất anten phát
 Gt Độ lợi công suất anten phát
 Dt Độ lợi định hướng anten phát
 et Hiệu suất anten phát
 Γt Hệ số phát xạ anten phát

92. 92
2.12 Tuyến Anten
 Giả sử anten phát đẳng hướng. Mật độ dòng công suất
đẳng hướng tại điểm cách anten phát một khoảng R được
cho bởi:
Trong trường hợp anten phát không đẳng hướng. Mật độ
dòng công suất theo chiều được cho bởi:
et là hiệu suất anten phát
20
4 R
P
eW t
t
π
= Pt = PRad
22
44 R
),(DP
e
R
),(GP
W tttt
t
tttt
t
π
ϕθ
=
π
ϕθ
=

93. 93
2.12 Tuyến Anten
 Gọi Ar là diện tích hiệu dụng của anten thu:
Công suất Pr thu được tại anten thu:
Tỷ lệ công suất thu và công suất phát ra là:








π
λ
ϕθ=
4
2
),(DeA rrrrr
( )
2
2
( , ) ( , )
4
t t t r r rr
t r
t
D DP
e e
P R
λ θ φ θ φ
π
=
( )
2
2
( , ) ( , )
4
t t t r r r t
r t r t r
D D P
P W A e e
R
λ θ φ θ φ
π
= =
(1)

94. 94
2.12 Tuyến Anten
 Nếu các anten phát và thu được phối hợp trở kháng,
hướng vào nhau và phân cực phối hợp (polarization-
matched)- (polarization efficiency are unity): D = Gmax =
G0
Công thức (1), (2), (3) còn được gọi là công thức
truyền dẫn Friis (Friis Transmission Equation)
orotrt
t
r GG
R
ee
P
P
2
4






π
λ
=
(2)
(3)