Nói đến một hệthống vô tuyến là nói tới việc sửdụng sóng điện từ. Và thành
phần quan trọng trong việc thu và phát sóng điện từkhông có gì khác chính là
anten. Anten được sửdụng trong nhiều lĩnh vực nhưtrong các hệthống truyền
hình, phát thanh, điều khiển, vệtinh, Tương ứng với những mục đích sửdụng
khác nhau đó thì các anten cũng được thiết kếvà tối ưu theo các phương pháp khác
nhau nhằm đạt được kết quảmong muốn cuối cùng. Đã có nhiều phương pháp,
nhiều công trình nghiên cứu khoa học thamgia vào quá trình tối ưu này. Các
phương pháp có thểkể đến như: Phương pháp Gradien, phương pháp cổ điển,
phương pháp di truyền,
Thuật toán di truyền không chỉsửdụng đơn thuần trong sinh học nhưta
thường nghĩmànó có thểgiải quyết rất tốt các bài toán về điện từhay bất cứbài
toán nhiều thamsốnào khác và trong thiết kếanten cũng không phải là trường hợp
ngoại lệ. Trong phạmvi nghiên cứu tôi đã tìm hiểu vềphương pháp này đểáp dụng
cho bài toán tối ưu thiết kếanten Yagi. Ngoài việc xây dựng nên một thuật toán
tính toán hoàn chỉnh tối ưu hầu hết tất cảcác tham sốanten, tôi còn thực hiện xây
dựng nên giao diện phần mềm tiện lợi cho người sửdụng và thực hiện thiết kếhoàn
chỉnh anten có thểsửdụng được.
53 trang |
Chia sẻ: oanhnt | Lượt xem: 1309 | Lượt tải: 1
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Khóa luận Tối ưu thiết kếanten loga – chu kỳ bằng thuật toán di truyền, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Đại học Công Nghệ - ĐHQG Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẬI HỌC CÔNG NGHỆ
Lưu Thị Hoa Linh
TỐI ƯU THIẾT KẾ ANTEN LOGA – CHU KỲ
BẰNG THUẬT TOÁN DI TRUYỀN
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY
Ngành: Điện tử - Viễn thông
HÀ NỘI - 2005
Lưu Thị Hoa Linh 1
Đại học Công Nghệ - ĐHQG Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp
Lưu Thị Hoa Linh 2
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẬI HỌC CÔNG NGHỆ
Lưu Thị Hoa Linh
TỐI ƯU THIẾT KẾ ANTEN LOGA – CHU KỲ
BẰNG THUẬT TOÁN DI TRUYỀN
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY
Ngành: Viễn thông
Cán bộ hướng dẫn: GS TSKH Phan Anh.
Cán bộ đồng hướng dẫn: ThS Lê Quang Toàn
HÀ NỘI - 2005
Đại học Công Nghệ - ĐHQG Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp
LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo GS. TSKH Phan Anh và Th.S Lê
Quang Toàn đã tận tụy hướng dẫn, giúp đỡ em trong quá trình thực hiện khóa
luận này.
Em xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô của trường ĐH Công nghệ - ĐHQG
Hà Nội đã trang bị kiến thức và tạo điều kiện thuận lợi để em có thể hoàn thành
khóa luận một cách tốt nhất.
Con xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến cha mẹ, người đã ủng hộ, động viên,
chăm sóc, quan tâm đến từng bước đi của con.
Cuối cùng, tôi xin cảm ơn bạn bè tôi, những người đã giúp đỡ, động viên
tôi hoàn thành bản khóa luận.
Hà Nội, ngày 6 tháng 6 năm 2005.
Sinh viên
Lưu Thị Hoa Linh
Lưu Thị Hoa Linh 3
Đại học Công Nghệ - ĐHQG Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp
Lời mở đầu
Nói đến một hệ thống vô tuyến là nói tới việc sử dụng sóng điện từ. Và thành
phần quan trọng trong việc thu và phát sóng điện từ không có gì khác chính là
anten. Anten được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như trong các hệ thống truyền
hình, phát thanh, điều khiển, vệ tinh, …Tương ứng với những mục đích sử dụng
khác nhau đó thì các anten cũng được thiết kế và tối ưu theo các phương pháp khác
nhau nhằm đạt được kết quả mong muốn cuối cùng. Đã có nhiều phương pháp,
nhiều công trình nghiên cứu khoa học tham gia vào quá trình tối ưu này. Các
phương pháp có thể kể đến như: Phương pháp Gradien, phương pháp cổ điển,
phương pháp di truyền, …
Thuật toán di truyền không chỉ sử dụng đơn thuần trong sinh học như ta
thường nghĩ mà nó có thể giải quyết rất tốt các bài toán về điện từ hay bất cứ bài
toán nhiều tham số nào khác và trong thiết kế anten cũng không phải là trường hợp
ngoại lệ. Trong phạm vi nghiên cứu tôi đã tìm hiểu về phương pháp này để áp dụng
cho bài toán tối ưu thiết kế anten Yagi. Ngoài việc xây dựng nên một thuật toán
tính toán hoàn chỉnh tối ưu hầu hết tất cả các tham số anten, tôi còn thực hiện xây
dựng nên giao diện phần mềm tiện lợi cho người sử dụng và thực hiện thiết kế hoàn
chỉnh anten có thể sử dụng được.
Hà nội 08/05/05
Lưu Thị Hoa Linh 4
Đại học Công Nghệ - ĐHQG Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp
CHƯƠNG 1: ANTEN LOGA – CHU KỲ
1.1. Dải thông tần và dải tần công tác của anten.
1.1.1. Dải thông tần.
Dải thông tần là một đặc tính quan trọng của anten. Đó là một dải tần số
mà trong giới hạn ấy anten có thể đảm bảo quá trình bức xạ hoặc thu phổ của tín
hiệu không bị méo dạng.
Thông thường trở kháng vào của mỗi anten là một hàm số của tần số. Do
đó, nếu anten làm việc với tín hiệu có phổ rộng (tín hiệu xung, số, tín hiệu vô
tuyến truyền hình...) thì ứng với mỗi tần số khác nhau của phổ, biên độ tương đối
của dòng điện đặt vào anten (anten phát) hoặc sức điện động thu được (anten thu)
sẽ biến đổi, làm thay đổi dạng phổ của tín hiệu. Khi dùng fide tiếp điện cho anten,
sự biến đổi trở kháng vào của anten theo tần số sẽ dẫn đến tình trạng lệch phối
hợp trở kháng và xuất hiện sóng phản xạ trong fide. Khi một tín hiệu có phổ rộng
truyền qua fide thì ứng với mỗi tần số khác nhau sẽ có sự trễ pha khác nhau và
gây ra méo dạng tín hiệu. Vì vậy, tốt nhất là phải đảm bảo được trong suốt dải tần
số làm việc và constVAR = 0VAX = .
Ngoài ra vì đặc tính phương hướng của anten cũng phụ thuộc tần số, nên
khi anten làm việc với tín hiệu có phổ rộng thì biên độ tương đối của cường độ
trường bức xạ (hoặc thu được) đối với các tần số khác nhau của phổ cũng biến đổi
và gây méo dạng tín hiệu. Thường thì ảnh hưởng của yếu tố này không lớn lắm và
trong thực tế, độ rộng dải tần của anten chủ yếu được quyết định bởi đặc tính phụ
thuộc của trở kháng vào anten với tần số.
1.1.2. Dải tần công tác.
Có nhiều trường hợp chúng ta đòi hỏi anten không chỉ làm việc ở một tần
số mà nó có thể làm việc ở một số tần số khác nhau. Ứng với mỗi tần số khác
nhau ấy anten phải đảm bảo được những chỉ tiêu kỹ thuật nhất định về đặc tính
phương hướng, trở kháng vào, dải thông tần . . . Dải tần số mà trong giới hạn đó
anten làm việc với các chỉ tiêu kỹ thuật đã cho gọi là dải tần công tác của anten.
Chỉ tiêu kỹ thuật này có thể khác nhau đối với từng loại anten cụ thể.
Lưu Thị Hoa Linh 5
Đại học Công Nghệ - ĐHQG Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp
Căn cứ theo dải tần số công tác, có thể phân loại anten thành 4 nhóm:
- Anten dải tần hẹp (anten điều chuẩn):
0
10%f
f
∆ <
- Anten dải tần tương đối rộng : max
min
10% 50%f
f
< <
- Anten dải tần rộng : max
min
1,5 4
1 1
f
f
< <
- Anten dải tần siêu rộng : max
min
4
1
f
f
>
Tỷ số của tần số cực đại và cực tiểu của dải tần công tác max
min
f
f
gọi là hệ số
bao trùm dải sóng.
1.2. Phương pháp mở rộng dải tần số của anten chấn tử.
Đối với mọi loại anten chấn tử thì yếu tố quyết định dải tần số công tác của
anten là sự phụ thuộc của trở kháng vào anten với tần số, còn đồ thị phương
hướng của anten thường có hướng bức xạ ít thay đổi trong một dải tần khá rộng.
Để giảm sự phụ thuộc vào tần số của trở kháng vào chấn tử, có thể áp dụng
các biện pháp sau:
- Giảm nhỏ trở kháng sóng của chấn tử,
- Biến đổi từ từ thiết diện của chấn tử,
- Hiệu chỉnh trở kháng vào của chấn tử.
Ta lần lượt khảo sát các biện pháp trên:
1.2.1. Giảm nhỏ trở kháng sóng của chấn tử.
Anten chấn tử có thể được xem như một mạch dao động mà trở kháng đặc
trưng của mạch chính là trở kháng sóng của chấn tử, điện trở tổn hao của mạch là
điện trở bức xạ của chấn tử. Hệ số phẩm chất của anten chấn tử được định nghĩa
bằng công thức:
0
A
AQ A R
ρ
∑
= (1.1)
Lưu Thị Hoa Linh 6
Đại học Công Nghệ - ĐHQG Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp
Tương tự như các mạch dao động thường, để mở rộng dải tần cần giảm hệ
số phẩm chất , theo như công thức (1.1) thì việc này đồng nghĩa với việc giảm
trở kháng sóng
AQ
Aρ . Trở kháng sóng Aρ được tính theo công thức:
120 ln 1A
l
a
ρ ⎛ ⎞= −⎜⎝ ⎠⎟ (1.2)
Nếu anten có chiều dài l cố định thì việc giảm trở kháng sóng tức là tăng
đường kính a của chấn tử bằng một số cách sau: tăng đường kính của dây dẫn
làm chấn tử (a), chấn tử có thể được làm bằng tấm kim loại bản rộng (b), sắp xếp
các dây dẫn nhỏ thành bản lớn hoặc khối lớn (c).
Khi tính toán trở kháng sóng theo công thức (1.2) thì trong trường hợp (b)
cần thay bán kính tương đương bằng ¼ độ rộng của tấm kim loại. (
4td
ha = ) . Còn
trong trường hợp sắp xếp các dây dẫn nhỏ thành lồng, thì bán kính tương đương
của chấn tử được tính bằng công thức:
n
td
nra a
a
= (1.3)
Trong đó: a: bán kính thực của lồng dây dẫn,
n: số dây dẫn hợp thành lồng,
r: bán kính dây dẫn nhỏ.
Việc thực hiện giảm trở kháng sóng theo phương pháp này có thể mở rộng
dải tần số để có hệ số bao trùm dải sóng khoảng 2.5
1
khi đảm bảo hệ số sóng chạy
trong fiđe cung cấp không nhỏ hơn 0.3. Trên thực tế hệ số sóng chạy lớn hơn
( ) thì chỉ có thể mở rộng dải tần số khoảng 0.9k ≥ 1 5 % .±
1.2.2. Biến đổi từ từ thiết diện của chấn tử.
Khi nối hai đường truyền sóng trong đó có hai dạng lan truyền sóng khác
nhau (như từ ống dẫn sóng tròn sang ống dẫn sóng hình chữ nhật) thì ta có thể
dùng thiết bị chuyển tiếp dạng sóng. Còn khi nối hai đường truyền sóng có trở
kháng sóng khác nhau (về kích thước và tiết diện) thì ta có thể dùng bộ chuyển
tiếp biến đổi dần kích thước của hai đường truyền cho phù hợp.
Lưu Thị Hoa Linh 7
Đại học Công Nghệ - ĐHQG Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp
Anten cũng có thể được xem như một thiết bị chuyển tiếp giữa hệ thống
fiđe tiếp điện và môi trường truyền sóng (không gian tự do), anten biến đổi sóng
điện từ ràng buộc trong fiđe thành sóng tự do truyền không gian. Do đó bản thân
anten phải có dạng kết cấu chuyển tiếp để giảm sự phụ thuộc của trở kháng vào
anten với tần số. Tức là kích thước của anten được biến đổi một cách từ từ.
β
Hình 1.2: Chấn tử đối xứng hình chóp.
Trong trường hợp fiđe tiếp điện bằng dây song hành đối xứng thì sự chuyển
tiếp từ đường dây vào không gian bên ngoài có thể được thực hiện dứi dạng hai
chóp đối xứng (hình 1.1), lúc này ta có chấn tử đối xứng hình chóp.
Nếu cặp chấn tử hình chớp này dài vô tận thì hệ thống này sẽ hình thành
một đường truyền sóng đồng nhất không có phản xạ, sóng truyền lan là sóng cầu.
Trở kháng sóng của đường truyền là hằng số, và bằng trở kháng vào của
anten.
276 cotg
2
βρ ⎛= ⎜⎝ ⎠
⎞⎟ (1.4)
Khi chóp có độ dài hữu hạn thì sóng sẽ bị phản xạ lại một phần ở đầu cuối,
phần còn lại bức xạ ra không gian. Trở kháng vào của anten sẽ là một số phức,
phụ thuộc vào tần số. Nhưng nếu chọn vị trí góc β phù hợp thì thì trở kháng vào
của anten sẽ ít phụ thuộc vào tần số trog một dải tần khá rộng. Thực tế anten có
thể làm việc với hệ số bao trùm dải sóng max
min
4 /1f
f
= . Trong dải tần này hệ số sóng
chạy trong fiđe không nhỏ hơn 0,5.
Lưu Thị Hoa Linh 8
Đại học Công Nghệ - ĐHQG Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp
1.2.3. Hiệu chỉnh trở kháng vào của chấn tử.
Theo phương pháp này thì chấn tử cần được thiết lập thế nào để kết cấu của
nó sẽ bao gồm hai bộ phận mà điện kháng vào của mỗi bộ phận ấy có dấu ngược
nhau và có thể bù nhau trong dải tần số công tác. Ví dụ như nếu một bộ phận có
trở kháng dung tính i
Cω
⎛−⎜⎝ ⎠
⎞⎟ ) thì phần kia sẽ có trở kháng cảm tính (i Lω . Hình 1.3
là sơ đồ ả có hiệu chỉnh trở kháng vào. Hai nhánh của chấn tử là ae và bf, đoạn
cod hình thành một đường dây nhánh mắc song song với chấn tử.
o
Nếu ta chọn kích thước của các chấn tử phù hợp thì thành phần điện kháng
của trở kháng vào sẽ nhỏ, điều này được thể hiện qua sơ đồ tương đương - hình
1.3b: hai nhánh của chấn tử tương đương với một đoạn dây song hành ngắn mạch.
Nếu chọn kích thước của các đoạn dây thích hợp thì đoạn dây nhánh sẽ có
điện kháng vào cảm tính, còn đoạn hở mạch ce – df sẽ có điện kháng vào dung
tính, sao cho hai điện kháng này có thể bù trừ cho nhau trong một dải tần nhất
định. Đồng thời đoạn ac – bd được chọn để trở kháng vào tại cd sau khi biến đổi
về ab sẽ có phần thực lớn và phần kháng nhỏ.
1.3. Mở rộng dải tần công tác theo nguyên lý tương tự. Áp dụng cho anten
lôga - chu kỳ.
Nguyên lý tương tự của điện động học có thể được phát biểu như sau: 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
a)
c a b d f
o
a b
c d
e f
b)
Hình 1.3: Sơ đồ anten có hiệu chỉnh trở kháng vào
Lưu Thị Hoa Linh 9
Đại học Công Nghệ - ĐHQG Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp
vào ... sẽ không biến đổi. Hệ số tỷ lệ này được gọi là tỷ lệ xích của phép biến đổi
tương tự.
Dựa vào nguyên lý trên 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. Kích
thước hình học của các khu vực ấy tỷ lệ với nhau theo một hệ số nhất định Khi
anten làm việc với một bước sóng nào đó thì sẽ chỉ có một khu vực của anten
tham gia vào quá trình bức xạ. Khu vực này gọi là miền bức xạ của anten. Khi
bước sóng công tác thay đổi thì miền bức xạ của anten sẽ dịch chuyển đến khu
vực mà tỷ lệ kích thước hình học của các phần tử bức xạ với bước sóng giống như
lúc trước.
1.3.1. Nguyên lý cấu tạo của anten lôga - chu kỳ.
Anten được tạo bởi tập hợp các chấn tử có kích thước và khoảng cách
khác nhau và được tiếp điện từ một đường fiđe song hành chung như hình 1.4,
các chấn tử nhận dòng từ fiđe theo cách tiếp điện chéo:
α
1l 2l
1nl −
nl
fiđe
Hình 1.4: Kết cấu của anten loga - chu kỳ
Kích thước của các chấn tử và khoảng cách giữa chúng biến đổi dần theo
một tỉ lệ, tỉ lệ này được gọi là chu kỳ của kết cấu:
11 2
2 3
... n
n
ll l
l l l
τ −= = = = (1.5)
Đặc tính kết cấu của anten lôga - chu kỳ được xác định bởi hai thông số
chính là τ và góc α .
Nếu máy phát làm việc ở tần số of nào đó, tần số này lại là tần số cộng
hưởng của một trong các chấn tử thì trở kháng của chấn tử đó sẽ là điện trở thuần.
Lưu Thị Hoa Linh 10
Đại học Công Nghệ - ĐHQG Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp
Các chấn tử khác vẫn còn thành phần điện kháng, giá trị của điện kháng càng lớn
khi độ dài của chấn tử này khác càng xa với chấn tử cộng hưởng, tức là chấn tử
này càng xa chấn tử cộng hưởng. Chấn tử cộng hưởng được kích thích mạnh nhất.
Các chấn tử không cộng hưởng có dòng điện chạy qua nhỏ nên trường bức
xạ của anten được quyết định chủ yếu bởi bức xạ của của chấn tử cộng hưởng và
một số chấn tử lân cận đó. Những chấn tử này tạo nên miền bức xạ của anten.
Dòng điện trong các chấn tử của miền bức xạ có được do tiếp nhận trực tiếp từ
fiđe và hình thành do cảm ứng điện trường của chấn tử cộng hưởng.
Các chấn tử ở phía trước chấn tử cộng hưởng có chiều dài nhỏ hơn, sẽ có
dung kháng vào, dòng cảm ứng trong chấn tử này chậm pha so với dòng trong các
chấn tử có độ dài hơn nó. Và ngược lại, các chấn tử ở phía sau chấn tử cộng
hưởng có chiều dài lớn hơn, sẽ có cảm kháng vào, dòng cảm ứng trong chấn tử
này sớm pha so với dòng trong các chấn tử có độ dài hơn nó. Các chấn tử nhận
dòng từ fiđe theo cách tiếp điện chéo nên 2 chấn tử kề nhau có dòng điện lệch pha
nhau 180 cộng với góc lệch pha do truyền sóng trên đoạn fiđe mắc giữa 2 chấn tử
đó. Ta nhận được dòng tổng hợp trong các chấn tử của miền bức xạ có góc lệch
pha giảm dần theo chiều giảm kích thước anten.
o
Các chấn tử có quan hệ pha như trên, nên chấn tử đứng trước chấn tử cộng
hưởng sẽ thỏa mãn điều kiện chấn tử dẫn xạ, còn chấn tử tử dứng sau sẽ thỏa mãn
điều kiện của chấn tử phản xạ. Bức xạ của anten chủ yếu do chấn tử cộng hưởng
quyết định và sẽ được định hướng theo trục anten, về phía các chấn tử nhỏ hơn.
Nếu tần số máy phát giảm đi, còn là ofτ (τ nhỏ hơn 1) thì vai trò của chấn
tử cộng hưởng sẽ được dịch chuyển sang chấn tử có độ dài lớn hơn kế đó, và
ngược lại, nếu tần số tăng lên bằng ofτ thì chấn tử cộng hưởng sẽ chuyển sang
chấn tử ngắn hơn kế đó.
Chấn tử cộng hưởng với tần số 1l 1f , ta có 11 2
l λ= . Nếu tần số máy phát
giảm xuống ' ' 11f f
λτ λ τ= → = , chấn tử cộng hưởng mới có độ dài là
'
' 1 1
22 2
ll lλλ τ τ= = = = .
Ở các tần số 1 1nnf fτ −= (1.6)
Lưu Thị Hoa Linh 11
Đại học Công Nghệ - ĐHQG Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp
thì các chấn tử cộng hưởng có độ dài tương ứng là: 1 1n n
ll τ −= (1.7)
trên anten cũng sẽ xuất hiện miền bức xạ mà chấn tử phản xạ có độ dài chính là ln.
Trong đó: là số thứ tự các chấn tử, n
nf là cộng hưởng của chấn tử thứ , n
nl là độ dài của chấn tử thứ . n
Miền bức xạ của anten sẽ dịch chuyển khi tần số công tác thay đổi, nhưng hướng
bức xạ cực đại vẫn giữ nguyên.
Lấy loga hai vế của biểu thức (1.6) ta có
1ln ( 1) ln lnnf n fτ= − + (1.8)
Ta thấy khi biểu thị tần số trên thang đo logarit thì tần số cộng hưởng của
anten sẽ được lặp lại qua các khoảng giống nhau là lnτ , chính vì thế mà người ta
gọi anten là anten Lôga-chu kỳ.
Khi anten hoạt động ở tần số cộng hưởng thì các thông số điện như đồ thị
phương hướng, trở kháng vào,… sẽ không có sự thay đổi. Nhưng ứng với các tần
số trung tâm giữa các tần số cộng hưởng 1 2 2 3 1, ,..., n nf f f f f f−÷ ÷ ÷ , các tần số của
anten sẽ bị thay đổi nhỏ. Ta cũng có thể cấu tạo anten sao cho trong khoảng giưa
2 tần số kề nhau các thông số biến đổi trong một giới hạn chấp nhận được.
Đồ thị phương hướng của anten được xác định bởi số lượng chấn tử của
miền bức xạ tác dụng, thông thường là khoảng 3 5÷ , và bởi tương quan biên độ và
pha của dòng điện trong các chấn tử ấy. Các đại lượng này lại phụ thuộc vào các
thông số hình học τ và α của kết cấu anten.
Với α xác định, tăng τ thì số chấn tử thuộc miền bức xạ tác dụng cũng
tăng, do đó đồ thị phương hướng hẹp lại. Nhưng nếu tăng τ quá lớn thì đặc tính
phương hướng lại xấu đi vì lúc đó kích thước miền bức xạ tác dụng giảm do các
chấn tử qúa gần nhau. Giữ nguyên τ , giảm α đến một giới hạn nhất định nào đó
sẽ làm hẹp đồ thị vì khi đó khoảng cách giữa các chấn tử lại tăng và do đó tăng
kích thước miền bức xạ tác dụng.
Các giá trị giới hạn của τ và α thường là ax m in0 , 95; 10mτ α≈ ≈ ° .
Lưu Thị Hoa Linh 12
Đại học Công Nghệ - ĐHQG Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp
1.4. Đặc điểm kết cấu anten loga chu kỳ và phương pháp tính toán
Để đảm bảo đồ thị phương hướng của anten trong mặt phẳng thẳng đứng
không biến đổi khi thay đổi tần số công tác, anten được đặt nghiêng một góc ∆ so
với mặt đất, sao cho độ cao tương đối của mỗi chấn tử so với mặt đất là đại lượng
không đổi:
1 2
1 2
n
n
HH H
λ λ= = =L λ (1.9)
Khi đó độ cao tương ứng của miền bức xạ tác dụng – di chuyển dọc theo
anten khi biến đổi tần số công tác – không thay đổi và do đó hướng bức xạ cực đại
trong mặt phẳng thẳng đứng sẽ không biến đổi.
Nếu coi mỗi đoạn dây truyền sóng giữa hai chấn tử là một mạng 4 cực, còn
mỗi chấn tử chấn tử tương đương với một trở kháng có giá trị bằng tổng trở vào
của chấn tử đó (có kể đến ảnh hưởng tương hỗ với các phần tử hệ thống), ta sẽ có
sơ đồ tương đương anten loga chu kỳ được vẽ như hình 1.5.
Theo hình 1.5 thì quan hệ điện áp ở cửa các tầng có thể được viết như sau:
Tầng I:
1
0
1 2
1
V
R V
V V
V V V
⎧ =⎨ = =⎩ (điện áp của nguồn cấp điện)
Tầng II:
2 1
1
2 3
2
V R
R V
V V V
V V V
⎧ = =⎨ = =⎩
Tầng N:
1
1
N N
V R N
N
R N
V V V
V V
−
−⎧ = =⎨ =⎩
Kí hiệu ,nV RnI I và là các dòng
điện và điện áp cửa vào và cửa ra của
tầng thứ n, còn là điện áp ra của
tầng thứ n.
,nV RV V
n
n
n
nV
Phương trình mạch điện đối với mạng tứ cực thứ n được viết như sau:
n n n n
V VV V VR R
n n n n
R RV V RR R
I y V y V
I y V y V
= +
= + (1.10)
Trong đó:
0nV
n
n V
VV n
V V
Iy
V =
= là dẫn nạp vào của đoạn dây truyền sóng khi đầu kia nối tắt
Lưu Thị Hoa Linh 13
Đại học Công Nghệ - ĐHQG Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp
0nR
n
n R
VR n
V V
Iy
V =
= là dẫn nạp truyền đạt của đoạn dây truyền sóng khi đầu kia nối tắt
Từ lý thuyết đường dây, ta xác định được các dẫn nạp vào và dẫn nạp truyền đạt:
( )
( )
1 cth
1 cosech
n n
VV RR
o
n n
VR RV
o
y y d
y y d
γρ
γρ
= =
= = −
(1.11)
Với:
oρ là trở kháng của đường dây,
d là độ dài của đoạn dây truyền sóng,
γ là hằng số truyền lan phức.
VN
Vn
NIII
a)
1I
1V 1Z∼ 0
V
N-1 2V 2Z
2I 2NI −
N 1NV − 1NZ − NV NZ
NI1NI −
II
I
b)
nI
nV
n
rI
n
n
vI
1n n
R VV V V
+
n= =
n
VV
n
RV
c)
Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý của anten
Lưu Thị Hoa Linh 14
Đại học Công Nghệ - ĐHQG Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp
Từ (1.7) ta có phương trình mạch điện đối với các tầng:
Tầng 1:
1 1 1 1 1 1 1
0 1
1 1 1 1 1 1 1
0 1
V VV V VR R VV VR
R RV V RR R RV RR
I y V y V y V y V
I y V y V y V y V
= + = +
= + = +
Tầng 2:
2 2 2 2 2 2 2
1 2
2 2 2 2 2 2 2
1 2
V VV V VR R VV VR
R RV V RR r RV RR
I y V y V y V y V
I y V y V y V y V
= + = +
= + = +
……………………………………
Tầng N: 1
1
N N N N N N N
V VV V VR R VV N VR N
N N N N N N N
R RV V RR R RV N RR N
I y V y V y V y V
I y V y V y V y V
−
−
= + = +
= + = +
(1.12)
Tại các nút, ta có phương trình mạch điện được viết như sau:
( )
(
2 1
1
3 2
2
2
........................
V R
V R
N
n
)
I I I
I I I
I I
= − +
= − +
= −
(1.13)
Từ việc xác định dòng điện trong các chấn tử theo các công thức (1.10) và
(1.11), ta có thể đưa anten loga-chu kỳ về mô hình đơn giản gồm các chấn tử c