ĐỀTÀI: “Thiết kế và thi công anten yagi.”

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 5.4 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 hệ số sóng Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 58 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện chậm tốt nhất 1,25opt  . Từ bảng 5.1 sẽ xác định được độ dài chấn tử 1,32 kl  (ứng với 2dl = 1). Từ đó suy ra 0,22.2 o l d   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). 5.2. Phương pháp tính các đặc trưng tham số của anten 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 5.5). Hình 5.5: 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 1 2, , , ....,p niX iX iX iX . Các bước tính toán đối với mô hình anten ở trên như sau: Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 59 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện 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. 1 1 1 1 11 1 1 1 ( ) ... 0 ( ) ... ( ) ... 0 ... ... ... ... ... ... ... ... ( ) 0 pp p pA p pN p Ap AA A A AN A p A N Np NA Np NN N N R iX Z Z Z I Z R iX Z Z I U Z Z R iX Z I Z Z Z R iX I                                          (5.3) Trong đó, 11 22, , , ,.....,pp AA NNR R R R R 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 1 1 1 1, , ,....,pA Ap p p A A nk knZ Z Z Z Z Z Z Z    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 (5.3) sẽ tính được hàm phướng hướng tổ hợp.     cos cos 1 ( ) 1 ( )p n N ikdp ikdn k A A I I f e e I I (5.4) Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 60 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện trong đó,  là góc giữa trục anten và hướng của điểm khảo sát (hình 5.6). Hình 5.6: Góc θ trong mặt phẳng H và mặt phẳng E Đối với mặt phẳng H thì (5.4) cũng chính là hàm phương hướng của cả hệ, còn đối với mặt phẳng E thì hàm phương hướng của hệ sẽ bằng tích của hàm tổ hợp (5.4) với hàm phương hướng riêng của chấn tử [ 1 cos( sin ) 2( ) cos f     ]. Bước 3: Tìm trở kháng vào của chấn tử chủ động khi có ảnh hưởng tương hỗ của các chấn tử thụ động: VA VA VAZ R iX       1 1 .....p NpA AA A A NA A A A I IIZ R iX Z Z I I I (5.5) Trị số XA sẽ được chọn theo điều kiện để đảm bảo XVA = 0. Như vậy, từ (5.5) 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: .( 2)oD D N  (5.6) trong đó, Do = 1,64 là hệ số định hướng của chấn tử nửa sóng; Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 61 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện Cũng có thể tính theo công thức: max . LD A (5.7) L - độ dài anten. Hệ số A phụ thuộc vào tỷ số L được biểu thị trên hình sau: Hình 5.7: Sự phụ thuộc của hệ số A vào l 5.3. 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. 5.3.1. 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. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 62 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện Trở kháng sóng của dây song hành được xác định theo công thức: , 27 6 2lgd D d   (5.8) Trong đó: D – khoảng cách hai dây dẫn tính từ tâm; d – đường kính dây dẫn; , - 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 D d (nghĩa là 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 (hình 5.8a). Hình 5.8: Sơ đồ tiếp điện kiểu T Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 63 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện Mạch tương đương của sơ đồ kiểu T (hình 5.8b) 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 1l =λ/8 và giảm dần khi tiếp tục tăng 1l . Đồng thời trị số của trở kháng này có thể biến đổi khi thay đổi tỷ lệ của các đường kính 1d , 2d 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: 1 2 1 (0,01 0,02) ; (0,09 0,1) D d d l        Chấn tử vòng dẹt Khi dịch chuyển điểm AA (hình 5.8a) ra tới đầu mút chấn tử ta có chấn tử vòng dẹt (hình 5.9a). Hình 5.9: Sơ đồ tiếp điện cho chấn tử vòng dẹt Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 64 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện 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 5.9b). 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 bxR 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:  212bx o bxP I R (5.9) Io – 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:   21 2 2bx o bxo P I R (5.10) Ở đây,   73,1bxo bxR R là điện trở bức xạ của chấn tử nửa sóng Từ (5.9), (5.10) ta rút ra:    4 292bx bxoR R 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. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 65 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện 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. 5.3.2. 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 5.10 là sơ đồ mắc trực tiếp chấn tử đối xứng và cáp đồng trục, không có thiết bị chuyển đổi. Hình 5.10: Sơ đồ mắc trực tiếp cáp đồng trục vào chấn tử đối xứng Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 66 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện Trong trường hợp này, toàn bộ dòng I1 chảy ở trong lõi của cáp được tiếp cho một nhánh chấn tử, còn dòng I2 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 ( 1 2I I ) nên biên độ của dòng điện tiếp cho hai vế sẽ khác nhau (  '1 2I I ), nghĩa là không thực hiện được việc tiếp điện đối xứng cho chấn tử. Trong khi đó dòng I2’’ 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  (hình 5.11a). Nếu chấn tử có 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 5.11b), song nó không đảm bảo việc tiếp điện đối xứng một cách hoàn hảo. Hình 5.11: Sơ đồ phối hợp kiểu  Thông thường để tiếp điện đối xứng cho chấn tử bằng cáp đồng trục cần có thiết bị chuyển đổi mắc giữa fide và chấn tử. Thiết bị chuyển đổi này được gọi là thiết bị biến đổi đối xứng. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 67 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện Sơ đồ của bộ biến đổi được vẽ ở hình 5.12 Hai nhánh của chấn tử không nối trực tiếp với vỏ và lõi của fide tiếp điện mà được chuyển đổi qua một đoạn cáp. Hình 5.12a là sơ đồ biến đổi đối xứng chữ U dùng tiếp điện cho chấn tử nửa sóng đơn giản. Fide tiếp điện được mắc vào điểm c, có khoảng cách tới hai đầu vòng chữ U bằng 1l và 2l , khác nhau nửa bước sóng ( , , 2 1 ;2 l l    là bước sóng trong cáp đồng trục). Trở kháng tại đầu cuối a, b của vòng chữ U có giá trị bằng nhau và bằng một nửa trở kháng vào của chấn tử đối xứng ( 2 ab ao bo RR R  ). Trở kháng phản ánh từ đầu cuối a, b về điểm c qua đoạn l1 và l2 sẽ có giá trị bằng nhau. Dòng điện của fide tiếp điện sẽ phân thành hai nhánh có biên độ bằng nhau ( 1 2I I ) chảy về hai phía của vòng chữ U tiếp cho hai nhánh của chấn tử. Vì khoảng cách từ c tới a và b khác nhau nửa bước sóng nên dòng I1 và I2 tại các đầu cuối a và b sẽ có pha ngược nhau, nghĩa là tại đầu vào chấn tử đã hình thành các dòng giống như dòng điện được đưa tới từ hai nhánh của đường dây song hành. Hình 5.12: Sơ đồ bộ biến đổi đối xứng Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 68 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện Nếu coi gần đúng trở kháng vào của chấn tử nửa sóng bằng 70 Ohm thì ta có 70 2ao bo R R   . Giả sử đoạn cáp chữ U có trở kháng sóng bằng 70 Ohm, đồng thời nếu ' 1 4 l  thì trở kháng phản ảnh từ a về c cũng như từ b về c sẽ bằng: 2 2 1 2 70 140 35bo R R R     Trở kháng phản ảnh R1 , R2 được coi như mắc song song tại c nên trở kháng vào tại đây sẽ là: 140 70 2c R    Nếu fide tiếp điện có trở kháng sóng 70Ω thì việc phối hợp trở kháng được coi là hoàn hảo, với hệ số sóng chạy trong fide gần bằng 1 ( 1k  ). Trường hợp tiếp điện cho chấn tử vòng dẹt thì để thực hiện phối hợp trở kháng cần chọn l1 = 0 ( hình 5.12b). Thật vậy, trở kháng của chấn tử vòng dẹt bằng 292 Ohm, do đó: 292 2ao bo R R   Trở kháng vào tại C : 73 2 ao c R R    Nếu dùng fide tiếp điện có trở kháng sóng ( 70 75 ) Ω thì hệ số sóng chạy trong fide cũng sẽ gần bằng 1. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 69 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện Chương 6: MÔ PHỎNG Trước khi chúng ta đi thiết kế và thi công anten Yagi, chúng ta sẽ đi mô phỏng về đồ thị bức xạ của anten để việc thi công đạt hiệu quả hơn. Bây giờ, ta cho các thông số như: tần số, khoảng cách giữa các chấn tử, số chấn tử N lần lượt thay đổi xem sự thay đổi của đồ thị bức xạ như thế nào? 6.1. Trường hợp d = 0,25λ; f = 650 Mhz ; thay đổi N Hình 6.1: Đồ thị bức xạ của anten Yagi khi N = 2 -Khi N = 2 ( Vẽ trong mặt phẳng H) Vẽ trong mặt phẳng E Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 70 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện Hình 6.2: Đồ thị bức xạ của anten Yagi khi N = 4 Hình 6.3: Đồ thị bức xạ của anten Yagi khi N = 8 -Khi N = 4 -Khi N = 8 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 71 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện Hình 6.4: Đồ thị bức xạ của anten Yagi khi N = 10 Như vậy với d, f không đổi, khi tăng N thì sự hướng tính của anten càng cao thể hiện ở đồ thị là độ rộng bức xạ chính càng hẹp. Tuy nhiên điều này lại làm cho bức xạ phụ tăng lên. -Khi N = 10 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 72 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện 6.1. Trường hợp N = 6, f = 650 Mhz; thay đổi d Hình 6.5: Đồ thị bức xạ của anten Yagi khi dpx = 0,15λ; ddx = 0,1λ Hình 6.6: Đồ thị bức xạ của anten Yagi khi dpx = 0,15λ; ddx = 0,15λ -Khi dpx = 0,15λ; ddx = 0,1λ -Khi dpx = 0,15λ; ddx = 0,15λ Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 73 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện Hình 6.7: Đồ thị bức xạ của anten Yagi khi dpx = 0,15λ; ddx = 0,2λ Hình 6.8: Đồ thị bức xạ của anten Yagi khi dpx = 0,15λ; ddx = 0,25λ -Khi dpx = 0,15λ; ddx = 0,2λ -Khi dpx = 0,15λ; ddx = 0,25λ Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 74 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện Hình 6.9: Đồ thị bức xạ của anten Yagi khi dpx = 0,2λ; ddx = 0,1λ Hình 6.10: Đồ thị bức xạ của anten Yagi khi dpx = 0,2λ; ddx = 0,15λ -Khi dpx = 0,2λ; ddx = 0,1λ -Khi dpx = 0,2λ; ddx = 0,15λ Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 75 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện Hình 6.11: Đồ thị bức xạ của anten Yagi khi dpx = 0,2λ; ddx = 0,2λ Hình 6.12: Đồ thị bức xạ của anten Yagi khi dpx = 0,2λ; ddx = 0,25λ -Khi dpx = 0,2λ; ddx = 0,2λ -Khi dpx = 0,2λ; ddx = 0,25λ Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 76 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện Khi N, f không đổi. Ta lần lượt tăng khoảng cách giữa chấn tử phản xạ với chấn tử chủ động và khoảng cách giữa các chấn tử dẫn xạ thì độ rộng bức xạ chính cũng giảm dần, và có nhiều hướng bức xạ phụ xuất hiện hơn. Độ rộng của bức xạ chính phụ thuộc nhiều vào khoảng cách giữa các chấn tử dẫn xạ với nhau và chấn tử chủ động . Nó ít thay đổi hơn khi thay đổi khoảng cách giữa chấn tử phản xạ và chấn tử chủ động (quan sát kỹ các hình 6.5; 6.9 ta sẽ thấy rõ điều này). 6.3. Trường hợp N = 6; dpx = ddx = 0,25λ, thay đổi tần số Hình 6.13: Đồ thị bức xạ của anten Yagi khi f = 642 Mhz -Khi f = 642 Mhz Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 77 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện Hình 6.14: Đồ thị bức xạ của anten Yagi khi f = 645 Mhz Hình 6.15: Đồ thị bức xạ của anten Yagi khi f = 655 Mhz -Khi f = 655 Mhz -Khi f = 645 Mhz Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 78 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện Hình 6.16: Đồ thị bức xạ của anten Yagi khi f = 658 Mhz Các kết quả đạt được khi thay đổi tần số làm việc của anten cho thấy: nếu thay đổi tần số trong dải tần của đài thì hầu như đặc tính bức xạ của anten không đổi. Trên đây ta đã xét sự thay đổi riêng rẽ của ba thông số N, d, f. Bây giờ ta tiếp tục khảo sát đặc tính hướng tính của anten khi cho từng đôi một các thông số trên thay đổi đồng thời. -Khi f = 658 Mhz Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 79 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện 6.4. Trường hợp f = 650 Mhz; thay đổi N và d Hình 6.17: Đồ thị bức xạ của anten Yagi khi N = 2; dpx = 0,15λ; ddx = 0,1λ Hình 6.18: Đồ thị bức xạ của anten Yagi khi N = 4; dpx = 0,15λ; ddx = 0,15λ -Khi N = 2; dpx = 0,15 λ; ddx = 0,1λ -Khi N = 4; dpx = 0,15 λ; ddx = 0,15λ Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 80 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện Hình 6.19: Đồ thị bức xạ của anten Yagi khi N = 5; dpx = 0,2λ; ddx = 0,2λ Hình 6.20: Đồ thị bức xạ của anten Yagi khi N = 7; dpx = 0,2λ; ddx = 0,25λ -Khi N = 7; dpx = 0,2λ; ddx = 0,25λ -Khi N = 5; dpx = 0,2λ; ddx = 0,2λ Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 81 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện Hình 6.21: Đồ thị bức xạ của anten Yagi khi N = 8; dpx = 0,25λ; ddx = 0,3λ Như vậy khi tăng đồng thời N và d thì đặc trưng hướng của anten cũng xuất hiện nhiều bức xạ phụ và giảm độ rộng hướng bức xạ chính. 6.5. Trường hợp dpx = ddx = 0,115 m thay đổi N và f Hình 6.22: Đồ thị bức xạ của anten Yagi khi N = 2; f = 642 Mhz -Khi N = 2; f = 642 Mhz -Khi N = 8; dpx = 0,25λ; ddx = 0,3λ Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 82 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện Hình 6.23: Đồ thị bức xạ của anten Ygi khi N = 4; f = 647 Mhz Hình 6.24: Đồ thị bức xạ của anten Yagi khi N = 7; f = 653 Mhz -Khi N = 4; f = 647 Mhz -Khi N = 7; f = 653 Mhz Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 83 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện Hình 6.25: Đồ thị bức xạ của anten Yagi khi N = 8; f = 658 Mhz Khi tăng N và f thì độ rộng của bức xạ chính giảm và có nhiều bức xạ phụ xuất hiện. 6.6. Trường hợp N = 6, thay đổi f và d Hình 6.26: Đồ thị bức xạ của anten Yagi khi f = 642 Mhz; dpx = 0,15λ; ddx = 0,1λ -Khi N = 8; f = 658 Mhz -Khi f = 642 Mhz; dpx = 0,15λ; ddx = 0,1λ Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 84 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện Hình 6.27: Đồ thị bức xạ của anten Yagi khi f = 647 Mhz; dpx = 0.2λ; ddx = 0,15λ Hình 6.28: Đồ thị bức xạ của anten Yagi khi f = 653 Mhz; dpx = 0.2λ; ddx = 0,25λ -Khi f = 653 Mhz; dpx = 0,2λ; ddx = 0,25λ -Khi f = 647 Mhz; dpx = 0,2λ; ddx = 0,15λ Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 85 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện Hình 6.29:Đồ thị bức xạ của anten Yagi khi f = 658 Mhz; dpx = 0.25λ; ddx = 0,3λ Khi tăng f và d thì độ rộng của bức xạ chính giảm và số bức xạ phụ tăng. Kết luận : Từ các kết quả mô phỏng ở trên, ta thấy rằng đặc tính hướng tính của anten sẽ càng cao khi tăng một trong các thông số N, d, f hoặc tăng đồng thời từng đôi một các thông số đó. Qua đó ta rút ra được kết luận rằng: khi thiết kế một anten Yagi cụ thể, để thu được dễ dàng các tín hiệu cần thiết, thì các thông số cấu tạo của anten phải được chọn trong một giới hạn cho phép như phần lý thuyết đã trình bày ở các phần trên. -Khi f = 658 Mhz; dpx = 0,25λ; ddx = 0,3λ Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 86 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện Chương 7: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG ANTEN YAGI THU CÁC KÊNH TRUYỀN HÌNH BTV1, BTV2 7.1. Vài nét về đài truyền hình Bính Dương Tên đầy đủ của đài là Đài Phát thanh và Truyền hình Bình Dương. Đài Phát thanh và Truyền hình Bình Dương được thành lập vào năm 1977, có chức năng truyền bá đường lối chính sách của Nhà nước Việt Nam, phục vụ nhu cầu hưởng thụ văn hoá nghệ thuật, giải trí của nhân dân và quản lý hệ thống kỹ thuật phát thanh, truyền hình trong tỉnh. Tên viết tắt là: BTV. Trải qua 30 năm thành lập, Đài Phát thanh và Truyền hình Bình Dương liên tục phát triển, sánh vai cùng hệ thống báo chí cả nước xây dựng nước Việt Nam dân chủ, văn minh và phồn thịnh. Từ ngày chính thức phát sóng phát thanh 02-10-1977, chỉ có vài giờ phát trong ngày. Hiện nay, Đài Phát thanh và Truyền hình Bình Dương đã có một hệ thống kỹ thuật phát thanh và truyền hình phát liên tục trong ngày. Diện phủ sóng của Đài không chỉ ở điạ phương mà còn lan tỏa ra các tỉnh khu vực miền Đông và miền Tây Nam bộ. Các chương trình của Đài cũng liên tục đổi mới và mở rộng, với hơn 70 đầu chương trình phát thanh và trên 50 đầu chương trình truyền hình, cung cấp cho khán -thính gỉa trong khu vực một khối lượng thông tin văn hóa nghệ thuật đa dạng, phong phú. Đài Phát thanh và Truyền hình Bình Dương được Đảng, Chính quyền và nhân dân đánh giá cao. Đài đã được Nhà nước tặng thưởng 05 Huân chương lao động hạng III năm 1995, 02 Huân chương Lao động hạng II năm 1999. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 87 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện Hiện nay với phương châm "Liên tục phát triển" Đài Phát thanh và Truyền hình Bình Dương đang tiếp tục mở rộng các chương trình phát sóng đi đôi với tập trung nâng cao chất lượng các chương trình phát thanh-truyền hình. 7.2. Chọn mô hình và các thông số cấu tạo của Anten Đài truyền hình Bình Dương được phát trên hai kênh quảng bá 42 và 44, tương ứng với dải tần 638÷646 Mhz và 654÷662 Mhz trong băng tần UHF. Để thu được hai kênh trên, Anten thu cần có dải tần được tính trung bình của cả hai kênh. Dễ dàng tính được dải tần trung bình là 642÷658 Mhz. Từ đây tính được tần số trung tâm và bước sóng f = 650 Mhz 8 6 3.10 6 0.46( ) 650.10 13 c m f      (7.1) Ta chọn mô hình Anten cần thiết kế với các thông số được chọn như sau: Hình 7.1: Mô hình thiết kế anten Yagi  N=6 là số chấn tử dẫn xạ, ( N= 1,2,…,6 được ký hiệu như trên hình 8.1)mỗi chấn tử có chiều dài 2ldẫn xạ ;  Một chấn tử phát xạ (chấn tử chủ động) ký hiệu 0, chiều dài 2lphát xạ ; Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 88 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện  Một chấn tử phản xạ ký hiệu -1, chiều dài 2lphản xạ . Chấn tử chủ động dùng làm Anten là chấn tử nửa sóng. Đối với loại Anten này, dòng trong chấn tử thụ động được cảm ứng do trường tạo bởi chấn tử chủ động. Còn pha của dòng trong các chấn tử thụ động có thể điều chỉnh được để đảm bảo nhận được sự bức xạ đơn hướng. Với mục đích như trên (dòng trong thanh phản xạ nhanh pha hơn so với dòng trong thanh phát xạ) thì độ dài của thanh phản xạ cần chọn lớn hơn độ dài của thanh phát xạ (chấn tử 0). Thường thì độ dài thanh phản xạ được chọn trong giới hạn (0,51 ÷0,53)λ. Còn khoảng cách giữa thanh phản xạ và thanh phát xạ được chọn trong giới hạn (0,15÷0,25)λ. Pha yêu cầu trong thanh dẫn xạ (chậm pha so với dòng trong chấn tử chủ động) cũng được đảm bảo bằng cách chọn độ dài của nó, thông thường độ dài thanh dẫn xạ chọn ngắn hơn độ dài của chấn tử chủ động và bằng (0,32÷0,38)λ. Khoảng cách giữa chấn tử chủ động với thanh dẫn xạ đầu tiên cũng như giữa các thanh dẫn xạ với nhau được chọn trong giới hạn (0,1÷0,35)λ. Với yêu cầu như trên, ta chọn độ dài và khoảng cách của các chấn tử như sau: Chiều dài của chấn tử phát xạ: 2lphát xạ = 2  =0,23 (m) (7.2) Chiều dài của chấn tử phản xạ: 2lphản xạ =0,53λ  0,25 (m) (7.3) Khoảng cách giữa chấn tử phát xạ và chấn tử phản xạ dpx = 0,25λ  0,115 (m) (7.4) Chiều dài của các chấn tử dẫn xạ là như nhau và bằng: 2ldẫn xạ = 0,33λ  0,15 (m) (7.5) Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 89 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện Khoảng cách giữa chấn tử chủ động với chấn tử dẫn xạ đầu tiên cũng như giữa các chấn tử dẫn xạ với nhau: ddx = 0,25λ  0,115 (m) Như vậy Anten có chiều dài là: L = dpx + ddxN =0,115 + 0,115 x 6 = 0,805 (m). (7.6) 7.3. Tính đặc trưng hướng Anten Yagi có thể coi như một hệ tuyến tính gồm các nguồn rời rạc. Anten thường đặt ở độ cao bằng một số lần chiều dài bước sóng so với mặt đất hoặc mặt phản xạ. Ảnh hưởng của mặt phản xạ lên trường bức xạ của anten trong trường hợp này thường tác động lên đặc trưng hướng trong mặt phẳng đứng. Trong trường hợp tổng quát, đối với anten cấu tạo từ một số chấn tử khi tính đến ảnh hưỏng của đất thì đặc trưng hướng của nó được xác định bằng công thức: 1( , ) 2( , ) 3( , )( , ) . .f f f f        (7.7) Trong đó: 1( , )f   - Thừa số xác định đặc trưng của một chấn tử;  Trong mặt phẳng E (hình 4.6) 1( , ) cos( sin ) 2 cos f      (7.8)  Trong mặt phẳng H 1( , ) 1f    (7.9) 3( , )f   - Thừa số ảnh hưởng của đất. (trong mặt phẳng H). 3( , ) 2sin( . .sin )f h    (7.10) h - độ cao đặt Anten Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 90 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện 2( , )f   - Thừa số của hệ. ( cos ) 2( , ) 1 0 j z N i kdj j I f e I         (7.11) Ij – biên độ dòng trên chấn tử j; I0 – biên độ dòng trên chấn tử chủ động; j - pha của dòng trên chấn tử thứ j; dz - khoảng cách từ chấn tử j đến chấn tử 0. Ta coi dòng trong các chấn tử là như nhau. Suy ra tỷ số 0 1j I I  . Vì vai trò chủ yếu quyết định dạng đặc trưng hướng là phân bố pha chứ không phải là phân bố biên độ. dz = (j-2)dtb, với dtb khoảng cách trung bình giữa các chấn tử; 1 1 1 1 N j tb dj Ld N N      ; L - chiều dài anten. (7.12) j = -k .dz : pha của dòng trên các chấn tử giảm theo quy luật tuyến tính; θ – góc tạo bởi phương điểm quan sát với trục chấn tử. suy ra ( 2) (1 cos ) 2( , ) 1 tb N i j kd j f e         (7.13) biến đổi ta được: 2( , ) sin[ (1 cos )] 2 sin[ (1 cos )] 2 tb tb N kd f kd       Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 91 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện Vì hệ anten đang xét có N+2 chấn tử nên: 2( , ) 2sin[ (1 cos )] 2 sin[ (1 cos )] 2 tb tb N kd f kd        (7.14) Hàm phương hướng biên độ chuẩn hoá của hệ có dạng: 2 2( , ) max 2sin[ (1 cos )]( , ) 2 ( 2)sin[ (1 cos )] 2 tb tb N kdfF kdf N            (7.15) Thay các giá trị được chọn N = 6 ; tbd = 0,115 (m) ; k = 2π / λ; Từ (7.15) và (7.8), đặc trưng hướng chuẩn hoá trong mặt phẳng E (hình 7.2) 2sin[ (1 cos )] cos( sin ) 2 2( , ) . cos( 2)sin[ (1 cos )] 2 tb tb N kd F kN d           (7.16) Hình 7.2 : Đặc trưng hướng của Anten trong mặt phẳng E Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 92 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện Đặc trưng hướng chuẩn hoá trong mặt phẳng H (không xét đến ảnh hưởng của đất) (hình 7.3) 2sin[ (1 cos )] 2( , ) ( 2)sin[ (1 cos )] 2 tb tb N kd F kN d          (7.17) Hình 7.3: Đặc trưng hướng của Anten trong mặt phẳng H Xét đến ảnh hưởng của đất thì: 2sin[ (1 cos )] 2( , ) .sin( . .sin ) sin[ (1 cos )] 2 tb tb N kd F k hk d          (7.18) Cho h =15 m đồ thị có dạng như sau: Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 93 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện Hình 7.4: Đặc trưng hướng của anten trong mặt phẳng H với ảnh hưởng của đất 7.4. Tính trở vào của Anten Ta đang xét biên độ dòng là đồng biên và có pha lệch nhau một góc ψ nên trở vào được xác định như sau: Ta tính trở kháng vào của chấn tử chủ động khi có sự ảnh hưởng tương hỗ của các chấn tử thụ động:         1 110 00 10 0. . ..... .Njj jV V V NZ R jX e Z Z e Z e Z (7.19) Góc ψ được xác định như sau: N Nkd  khoảng cách được chọn d = 0,25λ nên ψ = 2  Như thế, ta xác định được dòng trong chấn tử phản xạ nhanh pha hơn dòng trong chấn tử phát xạ là 2  , dòng trong chấn tử phát xạ nhanh pha hơn dòng trong chấn tử dẫn xạ thứ nhất là 2  , chấn tử dẫn xạ thứ hai là π, chấn tử thứ ba là 3 2  …. Từ (7.19) ta viết lại như sau: Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 94 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện          10 00 10 20 30 40 50 60. . . . .V V VZ R j X j Z Z j Z Z j Z Z j Z Z (7.20) Z00 = 73,1 + j42,5 Ω - trở kháng riêng của chấn tử chủ động. Zn0 = Rn0 + j.Xn0 - trở kháng tương hỗ (n= -1, 1, 2, 3, …, 6). Zn0 được xác định theo bảng trở kháng tương hỗ ( độ so le H=0). Z-10 (d=0,25λ)= 40,8 – j28,3 Ω Z10 = Z-10 = 40,8 – j28,3 Ω Z20 (d=0,5λ) = -12,5 – j29,9 Ω Z30 (d=0,75λ)= -22,45 + j6,6 Ω Z40 (d=1,0λ) = 4,0 + j17,7 Ω Z50 (d=1,25λ) = 14,6 – j2,65 Ω Z60 (d=(1,5λ) = -1,8 – j12,3 Ω thay các giá trị trên vào (7.20) ta được: ZV = 79,5 + j40,75 Ω 7.5. Tính hệ số tác dụng định hướng Áp dụng công thức: . LD A  với L = 0,805 (m) Hệ số A phụ thuộc vào tỷ số L được biểu thị trên hình sau: Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 95 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện Hình 7.5: Sự phụ thuộc của hệ số A vào l Có 0,805 1,75 0, 46 L    Dựa vào đồ thị trên ta xác định được A = 6,3 Do đó D = 6,3. L = 11,025 7.6. Tiếp điện cho Anten Như đã trình bày ở chương 6, có hai cách tiếp điện cho anten: dùng dây song hành và cáp đồng trục. Ở đây, ta sử dụng chấn tử vòng và cáp đồng trục để cấp điện cho anten. Như thế sẽ tăng trở kháng vào của chấn tử chủ động nhằm mục đích mở rộng dải tần cho anten. 7.7. Thi công Sau khi đã chọn mô hình và tính toán các thông số về anten. Ta tiến hành lắp một anten hoàn chỉnh theo các thông số đã chọn.  Chuẩn bị: Các ống nhôm hình trụ rỗng (đường kính khoảng 9 mm). Chấn tử vòng dài 23 cm. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 96 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện Một thanh nhôm dài dùng làm trục của anten. Các thành phần khác để cố định các chấn tử trên trục anten.  Tiến hành lắp ráp: Các ống nhôm được cắt cẩn thận sao cho không bị méo có chiều dài 25 cm : 6 ống 18 cm : 12 ống Khoan lỗ ở các vị trí cần lắp chấn tử trên thanh nhôm (trục anten) và tiến hành lắp ráp. Hoàn chỉnh Anten, kết nối với ngõ vào anten của TiVi . KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 1 Kết luận Anten thiết kế thu tốt các kênh BTV1, BTV2 . Qua các kết quả mô phỏng đạt được ta thấy rằng Anten là một hệ thống phức tạp, khi thay đổi một vài thông số kỹ thuật trong khi thiết kế thì sẽ dẫn đến ảnh hưởng đến chất lượng của Anten. Chẳng hạn như, khi tăng khoảng cách giữa các chấn tử lớn dần, hoặc chọn số thanh dẫn xạ nhiều quá, thì sự bức xạ hướng tính của Anten càng tăng, đồng thời số bức xạ phụ tăng lên. Làm cho tín hiệu thu không được tốt hoặc rất khó thu. Nếu muốn thu được tín hiệu truyền hình tốt thì ta sẽ phải điều chỉnh anten thu hướng một cách chính xác về hướng anten phát của đài cần thu. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 97 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện Vì vậy cần phải điều chỉnh các thông số trên sao cho phù hợp để có được sự bức xạ tốt nhất, số bức xạ phụ nhỏ thì anten thu sẽ thu được tín hiệu tốt mà không gặp phải khó khăn trong việc điều chỉnh hướng của anten thu theo một hướng chính xác về phía anten phát vì khi đó độ rộng bức xạ chính là lớn. Bên cạnh đó, sử dụng các phương pháp tiếp điện để phối hợp trở kháng cũng là vấn đề quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng thu của anten. Ngoài ra trên anten đã được thiết kế, ta có thể mở rộng dải tần để thu được nhiều kênh hơn bằng cách ghép song song các chấn tử dẫn xạ và dùng chấn tử vòng để cấp điện cho anten. 2 Hướng phát triển của đề tài Anten YaGi dùng để thu các tín hiệu truyền hình tương tự là chủ yếu, nó được thiết kế đơn giản, gọn nhẹ và kinh tế. Tuy nhiên việc thiết kế Anten được trình bày trong tập đồ án này chưa được thiết kế và tính toán tối ưu. Do đó khi phát triển hơn nữa cần xét đến việc tính toán tối ưu là thiết kế anten sao cho đạt được các chỉ tiêu chất lượng cao nhất như: hệ số định hướng cần đạt được, mức bức xạ phụ, mức bức xạ ngược, dải tần công tác….. Trong kỷ nguyên thông tin ngày nay sự phát triển của công nghệ thông tin di động, thông tin vệ tinh đòi hỏi phải có những hướng nghiên cứu sâu hơn rộng hơn, để tìm ra được các loại cấu hình anten phù hợp, đáp ứng được nhu cầu truyền tải thông tin đa phương tiện là hết sức thiết thực. Do vậy việc nghiên cứu anten với sự hỗ trợ ngày càng mạnh hơn của kỹ thuật máy tính có thể tạo ra bước đột phá trong ngành thông tin liên lạc cũng như các dịch vụ giải trí truyền hình. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 98 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Condensed and re-edited from various sources, BASIC YAGI ANTENNA DESIGN FOR THE EXPERIMENTER [2] Nguyễn Hoài Sơn, Ứng Dụng Matlab Trong Tính Toán Kỹ Thuật, Nxb Đại học Quốc gia Tp. HCM. [3] Phan Anh, Lý Thuyết Và Kỹ Thuật Anten, Nxb Khoa Học Và Kỹ Thuật. [4] Lê Tiến Thường, Trần Văn Sư , Truyền Sóng Và Anten, Nxb Đại học Quốc gia Tp. HCM Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 99 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện . PHỤ LỤC 1 CÁC TOÁN TỬ TRƯỜNG ĐIỆN TỪ ANTEN 1 Các toán tử vi phân Giả sử φ là hàm vô hướng; ,a b là các hàm vecto. Ký hiệu: 1 2 3 1 2 3 i i i x x x         là toán tử Nabla thì 1 2 3 1 2 3 grad i i i x x x              (p1) Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 100 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện 31 2 1 2 3 aa adiva a x x x         (p2) 1 2 3 1 2 3 1 2 3 i i i rota a x x x a a a         (p3) 2 Các toán tử đạo hàm bậc hai 2( )divgrad       (p4) ở đây 2   gọi là toán tử Laplas. Trong hệ toạ độ vuông góc 2 2 2 2 2 2 2 1 2 3x x x           (p5) 0rotgrad    (p6) (vì vector  và  song song với nhau) ( ) 0divrota a    (p7) (vì vector  và ( )a vuông góc với nhau) ( )rotrota a graddiva a      (p8) Từ (p8) rút ra ta được: a graddiva rotrota   (p9) Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 101 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện PHỤ LỤC 2 BẢNG TRỞ KHÁNG TƯƠNG HỖ CỦA HAI CHẦN TỬ NỬA SÓNG ĐẶT SONG SONG CÁNH NHAU MỘT KHOẢNG d VỚI ĐỘ SO LE H = 0 d R12 X12 d R12 X12 d R12 X12 d R12 X12 0.00 73.1 42.5 0.36 15.2 -37.7 0.72 -24.2 2.6 1.08 11.0 12.9 0.02 72.9 35.1 0.38 10.6 -37.8 0.74 -23.1 5.3 1.10 12.4 11.3 0.04 72.3 27.8 0.40 6.2 -37.5 0.76 -21.8 7.9 1.12 13.4 9.5 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 102 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện 0.06 71.0 20.8 0.42 2.0 -36.7 0.78 -20.3 10.2 1.14 14.2 7.6 0.08 69.4 14.0 0.44 -2.0 -35.6 0.80 -18.5 12.2 1.16 14.18 5.8 0.10 67.3 7.5 0.46 -5.8 -33.9 0.82 -16.6 14.0 1.18 15.2 3.9 0.12 64.9 1.4 0.48 -9.4 -32.1 0.84 -14.5 15.6 1.20 15.2 1.9 0.14 62.0 -4.4 0.50 -12.5 -29.9 0.86 -12.2 16.9 1.22 15.2 0.1 0.16 58.8 -9.8 0.52 -15.4 -27.5 0.88 -9.8 17.9 1.24 14.9 -1.8 0.18 55.2 -14.7 0.54 -17.9 -24.9 0.90 -7.5 18.5 1.26 14.3 -3.5 0.20 51.4 -19.2 0.56 -20.1 -22.0 0.92 -5.1 19.0 1.28 13.5 -5.1 0.22 47.4 -23.2 0.58 -21.9 -19.0 0.94 -2.7 19.1 1.30 12.6 -6.7 0.24 43.1 -26.8 0.60 -23.3 -15.9 0.96 -0.5 18.9 1.32 11.5 -8.1 0.26 38.5 -29.8 0.62 -24.4 -12.7 0.98 1.8 18.5 1.34 10.3 -9.3 0.28 34.0 -32.4 0.64 -25.0 -9.5 1.00 4.0 17.7 1.36 8.9 -10.4 0.30 29.3 -34.4 0.66 -25.3 -6.4 1.02 6.0 16.8 1.38 7.5 -11.2 0.32 24.6 -36.0 0.68 -25.3 -3.3 1.04 7.8 15.7 1.40 6.0 -11.9 0.34 20.0 -37.1 0.70 -27.9 -0.2 1.06 9.5 14.5 1.42 4.4 -12.4 1.44 2.8 -12.6 1.86 -7.0 7.4 2.28 8.0 -2.3 2.70 -6.9 -1.6 1.46 1.2 -12.7 1.88 -5.9 8.0 2.30 7.6 -3.3 2.72 -6.9 -0.7 1.18 -0.4 -12.6 1.90 -4.8 8.7 2.32 7.0 -4.2 2.74 -6.9 0.1 1.50 -1.8 -12.3 1.92 -3.6 9.1 2.34 6.3 -5.0 2.76 -6.5 1.0 1.52 -3.4 -11.8 1.94 -2.5 9.4 2.36 5.6 -5.7 2.78 -6.5 1.9 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 103 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện 1.54 -4.8 -11.2 1.96 -1.3 9.5 2.38 4.9 -6.3 2.80 -6.3 2.6 1.56 -6.0 -10.4 1.98 -0.1 9.5 2.40 4.0 -6.8 2.82 -5.8 3.3 1.58 -7.1 -9.5 2.00 1.1 9.4 2.42 3.1 -7.2 2.84 -5.3 4.0 1.60 -8.1 -8.4 2.02 2.2 9.1 2.44 2.2 -7.4 2.86 -4.8 4.6 1.62 -9.0 -7.2 2.04 3.3 8.6 2.46 1.2 -7.6 2.88 -4.1 5.1 1.64 -9.8 -5.9 2.06 4.3 8.0 2.48 0.2 -7.6 2.90 -3.4 5.6 1.66 -10.3 -4.7 2.08 5.2 7.4 2.50 -0.7 -7.5 2.92 -2.7 5.9 1.68 -10.7 -3.3 2.10 6.1 6.7 2.52 -1.6 -7.3 2.94 -1.9 6.2 1.70 -10.9 -2.0 2.12 6.8 5.8 2.54 -2.5 -7.1 2.96 -1.1 6.3 1.72 -10.9 -0.6 2.14 7.4 4.8 2.56 -3.3 -6.6 2.98 -0.3 6.4 1.74 -10.7 0.8 2.16 7.9 3.9 2.58 -4.1 -6.1 3.00 0.5 6.3 1.76 -10.5 2.0 2.18 8.2 2.9 2.60 -4.8 -5.5 3.02 1.3 6.2 d R12 X12 d R12 X12 d R12 X12 d R12 X12 1.78 -10.0 3.3 2.20 8.4 1.8 2.62 -5.4 -4.8 3.04 2.0 5.9 1.80 -9.4 4.4 2.22 8.5 0.7 2.64 -5.9 -4.1 3.06 2.7 5.6 1.82 -8.7 5.5 2.24 8.4 -0.3 2.66 -6.3 -3.3 3.08 3.4 5.2 1.84 -7.9 6.5 2.26 8.3 -1.4 2.68 -6.7 -2.5 3.10 4.0 4.7 3.12 4.5 4.1 3.36 4.1 -3.9 3.60 -3.4 -4.1 3.84 -4.1 2.9 3.14 4.9 3.5 3.38 3.6 -4.4 3.62 -3.8 -3.6 3.86 -3.6 3.3 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 104 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện 3.16 5.3 2.8 3.40 2.9 -4.7 3.64 -4.2 -3.1 3.88 -3.2 3.8 3.18 5.6 2.2 3.42 2.3 -5.0 3.66 -4.6 -2.5 3.90 -2.6 4.1 3.20 5.7 1.4 3.44 1.7 -5.3 3.68 -4.8 -1.9 3.92 -2.1 4.4 3.22 5.9 0.7 3.46 1.0 -5.4 3.70 -5.0 -1.3 3.94 -1.5 4.6 3.24 5.9 -0.1 3.48 0.3 -5.5 3.72 -5.1 -0.7 3.96 -1.0 4.7 3.26 5.8 -0.8 3.50 -0.4 -5.4 3.74 -5.1 -0.0 3.98 -0.4 4.8 3.28 5.6 -1.5 3.52 -1.1 -5.3 3.76 -5.0 0.6 4.00 3.30 5.3 -2.1 3.54 -1.7 -5.1 3.78 -4.9 1.2 3.32 5.0 -2.8 3.56 -2.3 -4.8 3.80 -4.7 1.8 3.34 4.5 -3.4 3.58 -2.9 -4.5 3.82 -4.4 2.3 PHỤ LỤC 3 CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG 1) Chương trình vẽ đồ thị bức xạ của hệ thống khi không tính đến ảnh hưởng của đất clc clear disp('Day la chuong trinh ve do thi buc xa cua anten Yagi thu cac kenh BTV1, BTV2 cua dai truyen hinh Binh Duong'); Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 105 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện disp('SVTH: Nguyen Ngoc Tuan-Bui Quang Chi Thien'); disp('GVHD: Ths Lai Nguyen Duy'); N=input('Nhap vao so chan tu dan xa trong khoang 2 - 10 chan tu N='); f=input('Nhap vao tan so trong dai tan cua BTV tu 642 - 658 MHz f='); dpx=input('Nhap vao khoang cach giua chan tu phat xa va chan tu phan xa (tinh bang met): dpx='); ddx=input('Nhap vao khoang cach giua chan tu phat xa va chan tu dan xa dau tien (tinh bang met): ddx='); buocsong=3e2/f; L=dpx+N*ddx; k=2*pi/buocsong; dtb=L/(N+2-1); x=0:pi/100:2*pi; y=abs(sin((N+2)/2*k*dtb*(1-cos(x)))./((N+2)*sin(k/2*dtb*(1-cos(x))))); figure polar(x,y,'m') title('Do thi buc xa trong mat phang H khong tinh anh huong cua dat') z=abs((sin((N+2)/2*k*dtb*(1-cos(x)))./((N+2)*sin(k/2*dtb*(1- cos(x))))).*(cos(pi/2*sin(x))./cos(x))); figure polar(x,z) title('Do thi buc xa trong mat phang E') 2) Thay đổi N clc Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 106 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện clear disp('Day la chuong trinh mo phong do thi buc xa cua anten Yagi thu cac kenh BTV1, BTV2 cua dai truyen hinh Binh Duong'); disp('SVTH: Nguyen Ngoc Tuan-Bui Quang Chi Thien'); disp('GVHD: Ths Lai Nguyen Duy'); disp('thay doi N'); N=input('Nhap vao so chan tu dan xa (trong khoang 2 - 10 chan tu) N='); h=input('Nhap vao chieu cao anten thu h='); f=650; dpx=0.115; ddx=0.115; buocsong=3e2/f; L=dpx+N*ddx; k=2*pi/buocsong; dtb=L/(N+2-1) x=0:pi/225:2*pi; y=abs((sin((N+2)/2*k*dtb*(1-cos(x)))./((N+2)*sin(k/2*dtb*(1- cos(x))))).*sin(k*h*sin(x))); z=abs((sin((N+2)/2*k*dtb*(1-cos(x)))./((N+2)*sin(k/2*dtb*(1- cos(x))))).*(cos(pi/2*sin(x))./cos(x))); figure polar(x,z,'m') title('ve trong mat phang E'); hold on figure Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 107 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện polar(x,y) title('anh huong cua dat den do thi buc xa cua he thong, trong mat phang H'); hold off 3) Thay đổi d clc clear disp('Day la chuong trinh mo phong do thi buc xa cua anten Yagi thu cac kenh BTV1, BTV2 cua dai truyen hinh Binh Duong'); disp('SVTH: Nguyen Ngoc Tuan-Bui Quang Chi Thien'); disp('GVHD: Ths Lai Nguyen Duy'); disp('Thay doi d'); dpx=input('Nhap vao khoang cach giua chan tu phat xa va chan tu phan xa (tinh bang met): dpx='); ddx=input('Nhap vao khoang cach giua chan tu phat xa va chan tu dan xa dau tien (tinh bang met): ddx='); h=input('Nhap vao chieu cao anten thu h='); N=6; f=650; buocsong=3e2/f; L=dpx+N*ddx; k=2*pi/buocsong; dtb=L/(N+2-1) x=0:pi/225:2*pi; Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 108 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện y=abs((sin((N+2)/2*k*dtb*(1-cos(x)))./((N+2)*sin(k/2*dtb*(1- cos(x))))).*sin(k*h*sin(x))); z=abs((sin((N+2)/2*k*dtb*(1-cos(x)))./((N+2)*sin(k/2*dtb*(1- cos(x))))).*(cos(pi/2*sin(x))./cos(x))); figure polar(x,z,'m') title('ve trong mat phang E'); figure polar(x,y) title('anh huong cua dat den do thi buc xa cua he thong, trong mat phang H'); 4) Thay đổi f clc clear disp('Day la chuong trinh mo phong do thi buc xa cua anten Yagi thu cac kenh BTV1, BTV2 cua dai truyen hinh Binh Duong'); disp('SVTH: Nguyen Ngoc Tuan-Bui Quang Chi Thien'); disp('GVHD: Ths Lai Nguyen Duy'); disp('thay doi f'); f=input('Nhap vao tan so trong dai tan trung binh chung cua BTV tu 642 - 658 MHz f='); h=input('Nhap vao chieu cao anten thu h='); N=6; dpx=0.115; ddx=0.115; Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 109 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện buocsong=3e2/f; L=dpx+N*ddx; k=2*pi/buocsong; dtb=L/(N+2-1) x=0:pi/225:2*pi; y=abs((sin((N+2)/2*k*dtb*(1-cos(x)))./((N+2)*sin(k/2*dtb*(1- cos(x))))).*sin(k*h*sin(x))); z=abs((sin((N+2)/2*k*dtb*(1-cos(x)))./((N+2)*sin(k/2*dtb*(1- cos(x))))).*(cos(pi/2*sin(x))./cos(x))); figure polar(x,z,'m') title('ve trong mat phang E'); figure polar(x,y) title('anh huong cua dat den do thi buc xa cua he thong, trong mat phang H'); 5) Thay đổi N và d clc clear disp('Day la chuong trinh mo phong do thi buc xa cua anten Yagi thu cac kenh BTV1, BTV2 cua dai truyen hinh Binh Duong'); disp('SVTH: Nguyen Ngoc Tuan-Bui Quang Chi Thien'); disp('GVHD: Ths Lai Nguyen Duy'); disp('thay doi N va d'); N=input('Nhap vao so chan tu dan xa (trong khoang 2 - 10 chan tu) N='); Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 110 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện dpx=input('Nhap vao khoang cach giua chan tu phat xa va chan tu phan xa (tinh bang met): dpx='); ddx=input('Nhap vao khoang cach giua chan tu phat xa va chan tu dan xa dau tien (tinh bang met): ddx='); h=input('Nhap vao chieu cao anten thu h='); f=650; buocsong=3e2/f; L=dpx+N*ddx; k=2*pi/buocsong; dtb=L/(N+2-1) x=0:pi/225:2*pi; y=abs((sin((N+2)/2*k*dtb*(1-cos(x)))./((N+2)*sin(k/2*dtb*(1- cos(x))))).*sin(k*h*sin(x))); z=abs((sin((N+2)/2*k*dtb*(1-cos(x)))./((N+2)*sin(k/2*dtb*(1- cos(x))))).*(cos(pi/2*sin(x))./cos(x))); figure polar(x,z,'m') title('ve trong mat phang E'); figure polar(x,y) title('anh huong cua dat den do thi buc xa cua he thong, trong mat phang H'); 6) Thay đổi N và f clc clear Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 111 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện disp('Day la chuong trinh mo phong do thi buc xa cua anten Yagi thu cac kenh BTV1, BTV2 cua dai truyen hinh Binh Duong'); disp('SVTH: Nguyen Ngoc Tuan-Bui Quang Chi Thien'); disp('GVHD: Ths Lai Nguyen Duy'); disp('thay doi N va f'); N=input('Nhap vao so chan tu dan xa (trong khoang 2 - 10 chan tu) N='); f=input('Nhap vao tan so trong dai tan trung binh chung cua BTV tu 642 - 658 MHz f='); h=input('Nhap vao chieu cao anten thu h='); dpx=0.115; ddx=0.115; buocsong=3e2/f; L=dpx+N*ddx; k=2*pi/buocsong; dtb=L/(N+2-1) x=0:pi/225:2*pi; y=abs((sin((N+2)/2*k*dtb*(1-cos(x)))./((N+2)*sin(k/2*dtb*(1- cos(x))))).*sin(k*h*sin(x))); z=abs((sin((N+2)/2*k*dtb*(1-cos(x)))./((N+2)*sin(k/2*dtb*(1- cos(x))))).*(cos(pi/2*sin(x))./cos(x))); figure polar(x,z,'m') title('ve trong mat phang E'); figure polar(x,y) Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 112 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện title('anh huong cua dat den do thi buc xa cua he thong, trong mat phang H'); 7) Thay đổi f và d clc clear disp('Day la chuong trinh mo phong do thi buc xa cua anten Yagi thu cac kenh BTV1, BTV2 cua dai truyen hinh Binh Duong'); disp('SVTH: Nguyen Ngoc Tuan-Bui Quang Chi Thien'); disp('GVHD: Ths Lai Nguyen Duy'); disp('thay doi f va d'); f=input('Nhap vao tan so trong dai tan cua BTV tu 642 - 658 MHz f='); dpx=input('Nhap vao khoang cach giua chan tu phat xa va chan tu phan xa (tinh bang met): dpx='); ddx=input('Nhap vao khoang cach giua chan tu phat xa va chan tu dan xa dau tien (tinh bang met): ddx='); h=input('Nhap vao chieu cao anten thu h='); N=6; buocsong=3e2/f; L=dpx+N*ddx; k=2*pi/buocsong; dtb=L/(N+2-1) x=0:pi/225:2*pi; y=abs((sin((N+2)/2*k*dtb*(1-cos(x)))./((N+2)*sin(k/2*dtb*(1- cos(x))))).*sin(k*h*sin(x))); Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công anten yagi SVTH : Nguyễn Ngọc Tuấn - Trang 113 - GVHD : ThS Lại Nguyễn Duy Bùi Quang Chí Thiện z=abs((sin((N+2)/2*k*dtb*(1-cos(x)))./((N+2)*sin(k/2*dtb*(1- cos(x))))).*(cos(pi/2*sin(x))./cos(x))); figure polar(x,z,'m') title('ve trong mat phang E'); figure polar(x,y) title('anh huong cua dat den do thi buc xa cua he thong, trong mat phang H');