Thiết kế anten cho trạm vệ tinh mặt đất dùng Matlab 5.2

ùc chaán töû 1vaø 3 laø nhö nhau, neân khoâng gaây dòch pha vaø caùc taàng ñöôïc nuoâi ñoàng pha. - Ñeå taïo ñoä dòch pha nuoâi caùc chaán töû vuoâng goùc, chæ caàn taêng chieàu daøi moät trong hai ñoaïn daây fide theâm (hình 3.21 a). Vôùi phöông phaùp nuoâi caùc chaán töû baèng caùc doøng ñieän dòch pha nhau coù theå giaûm toái ña soùng phaûn xaï veà daây fide chính, coù nghóa laø taêng heä soá soùng chaïy vaø môû roäng daûi taàn laøm vieäc cuûa anten. Trong nhöõng tröôøng hôïp nguoàn nuoâi ñöôïc caáp rieâng bieät töø maùy phaùt hình vaø maùy phaùt tieáng thì heä thoáng phaân phoái tín hieäu seõ coù theâm chuùc naêng laøm thaønh moät boä loïc phaân caùch (hình 3.22). Caùc tín hieäu cao taàn hình vaø tieáng ñöôïc troän trong maïch caàu laøm baèng caùc ñoaïn caùp ñoàng truïc (hình 3.22 a). Tæ leä veà pha cuûa caùc tín hieäu cao taàn hình vaø tieáng taïi caùc chaán töû khaùc nhau (hính b,c). Tuy anten phaùt hình chuõ thaäp caùnh böôùm coù öu ñieåm laø goïn, nheï, deã cheá taïo, nhöng cuõng coù nhieàu nhöôïc ñieåm laø: bieåu ñoà höôùng ngang phuï thuoäc nhieàu vaøo ñöôøng kính cuûa coät ñôõ. Ñeå ñaït ñöôïc bieåu ñoà höôùng troøn vôùi ñoä maáp moâ nhoû thì ñöôøng kính cuûa coät ñôõ khoâng vöôït quaù:. Vì vaäy anten chuõ thaäp caùnh böôùm chæ ñöôïc öùng duïng trong baêng taàn VHF. Trong baêng UHF thì ñöôøng kính cuûa coät quaù nhoû. Cuõng vì lyù do treân khoâng theå thieát keá ñöôïc anten phaùt hình ña keânh vaø coù bieåu ñoà höôùng ngang theo yeâu caàu, tröø hình troøn vaø soá 8 treân cô sôû anten chöõ thaäp caùnh böôùm. Ñoà thò phöông höôùng ñöôïc veõ ôû hình (3.23) 10. Anten thaáu kính. Anten thaáu kính thuoäc loaïi anten maët. Maêt böùc xaï cuûa noù ñöôïc kích thích bôûi tröôøng do moät nguoàn soùng sô caáp ñöa tôùi. Nguyeân lyù hoaït ñoäng cuûa anten thaáu kính cuõng töông töï nguyeân lyù cuûa thaáu kính quang hoïc. Thaáu kính hoäi tuï ñöôïc öùng duïng ñeå thieát laäp nhöõng anten coù ñoà thò phöông höôùng heïp ngoaøi caùc thaáu kính coù hình daïng phöùc taïp hôn, cho pheùp bieán ñoåi soùng sô caáp ñeå taïo ra ôû maët böùc xaï moät qui luaät phaân boá tröôøng cho tröôùc. Ta goïi thaáu kính naøy laø thaáu kính ñaëc bieät . Moãi anten thaáu kính goàm hai phaàn chính laø thaáu kính vaø boä chieáu xaï. Tuøy theo thaáu kính laø loaïi ñoái xöùng truïc hay hình truï maø boä chieáu xaï coù hình daïng thích hôïp ñeå taïo thaønh soùng sô caáp ñöa tôùi thaáu kính. Moät soá loaïi anten thaáu kính ñöôïc veõ ôû hình ( ) ÔÛ hình veõ, ta coù caùc loaïi thaáu kính ñieän moâi (hình a,b), thaáu kính giaû ñieän moâi hoaëc coøn goïi laø thaáu kính ñieän moâi kim loaïi (hình c), vaø caùc thaáu kính kim loaïi (hình d,e,f). Vieäc taïo thaønh chuøm tia song song ôû maët ra cuûa thaáu kính coù theå do söï khuùc xaï soùng taïi moät maët thaáu kính hay taïi caû hai maët (tuøy theo töøng keát caáu cuï theå). a. Thaáu kính ñieän moâi : Thaáu kính ñieän moâi thuoäc loaïi thaáu kính chaäm. Chieát suaát cuûa thaáu kính ñöôïc xaùc ñònh bôûi heä soá ñieän moâi töông ñoái cuûa vaät lieäu cheá taïo, theo coâng thöùc: = vôùi e: haèng soá ñieän moâi cuûa thaáu kính. :haèng soá ñieän moâi cuûa moâi tröôøng khoâng khí. Thaáu kính ñieän moâi coù öu ñieåm laø daûi taàn roäng vaø tính chaát hoäi tuï cuûa noù khoâng phuï thuoäc vaøo söï phaân cöïc cuûa soùng. Tuy nhieân, nhöôïc ñieåm cuûa noù laø coù gaây toån hao ñoái vôùi soùng truyeàn qua vaø ñaét tieàn. Hieäu suaát cuûa thaáu kính ñöôïc xaùc ñònh : a :laø heä soá suy giaûm ñöôïc tính theo coâng thöùc : (dB/m) d :laø goùc toån hao cuûa ñieän moâi, t laø ñoä daøy cuûa thaáu kính . Ñeå giaûm toån hao, caàn söû duïng ñieän moâi coù ntgd nhoû, ví duï polistirol coù n =2,3 , tgd = 0,0001 b. Thaáu kính kim loaïi: Bieát raèng khoâng coù caùc ñieän moâi vôùi n <1, vì vaäy ñeå cheá taïo thaáu kính nhanh caàn söû duïng keát caáu goàm caùc taám kim loaïi ñaët song song nhau. Khi aáy, moâi tröôøng giöõa hai taám kim loaïi keà nhau seõ gioáng nhö moâi tröôøng trong oáng daãn soùng chöõ nhaät, coù kích thöôùc trong maët phaúng H baèng khoaûng caùch a giöõa hai taám kim loaïi. Vaän toác pha cuûa soùng truyeàn qua laø: Do ñoù chieát suaát cuûa thaáu kính seõ laø: Thaáu kính kim loaïi coù keát caáu ñôn giaûn giaù thaønh haï vaø coù hieäu suaát cao (vì trong thaáu kính khoâng coù ñieän moâi gaây toån hao) nhöng coù nhöôïc ñieåm laø tính chaát hoäi tuï cuûa thaáu kính phuï thuoäc vaøo söï phaân cöïc cuûa soùng tôùi vaø taàn soá coâng taùc (hay ñoù laø giôùi haïn veà daûi taàn soá). c. Thaáu kính ñieän moâi-kim loaïi: Laø thaáu kính thuoäc loaïi thaáu kính chaäm. Noù ñöôïc caáu taïo bôûi caùc phaàn töû kim loaïi maø kích thöôùc cuûa caùc phaàn töû naøy theo phöông cuûa vector E coù giaù trò nhoû so vôùi böôùc soùng. Caùc phaàn töû kim loaïi naøy coù theå coù keát caáu vaø hình daïng khaùc nhau :hình caàu, hình ñóa deït, daûi kim loaïi.… Heä soá ñieän moâi ñöôïc xaùc ñònh: e= eo (1+ ) Trong ñoù, N laø soá phaân töû trong moät ñôn vò theå tích. a laø heä soá phaân cöïc cuûa moät phaàn töû, laø heä soá ñieän moâi cuûa chaân khoâng. Chieát suaát cuûa}ñieän moâi-kim loaïi~ ñöôïc xaùc ñònh bôûi coâng thöùc: = d. Thaáu kính kim loaïi gaáp khuùc: Thaáu kính ñöôïc keát caáu bôûi hai laù kim loaïi song song, uoán theo ñöôøng gaáp khuùc, sao cho caùc tia truyeàn trong ñoù seõ coù quyõ ñaïo maø ñoä daøi hình hoïc cuûa caùc quyõ ñaïo aáy ñeàu baèng nhau. e. Thaáu kính khoâng ñoàng nhaát: Moät trong nhöõng thaáu kính khoâng ñoàng nhaát laø thaáu kính Luneberg. Thaáu kính coù theå ñöôïc cheá taïo döôùi daïng hình caàu hoaëc hình truï troøn coù chieát suaát bieán ñoåi theo höôùng baùn kính theo qui luaät: Trong ñoù, laø khoaûng caùch tính töø taâm, a laø baùn kính hình caàu hoaëc hình truï. 10. Anten göông. Nguyeân lyù chung: Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa anten göông töông töï nhö nguyeân lyù cuûa göông quang hoïc. Soùng sô caáp vôùi daïng cuûa maët soùng vaø höôùng truyeàn lan nhaát ñònh, sau khi phaûn xaï töø maët göông seõ trôû thaønh soùng thöù caáp vôùi daïng cuûa maët soùng vaø höôùng truyeàn lan bieán ñoåi theo yeâu caàu cho tröôùc. Vieäc bieán ñoåi daïng maët soùng vaø höôùng truyeàn lan ñöôïc thöïc hieän nhôø hình daïng vaø keát caáu ñaëc bieät cuûa maët göông. Anten göông coù nhieäm vuï vöøa bieán ñoåi daïng giaûn ñoà höôùng cuûa böùc xaï sô caáp, vöøa bieán ñoåi höôùng truyeàn lan (antenloa – parabol) hoaëc chæ bieán ñoåi höôùng böùc xaï(anten periscop). Ngoaøi ra, trong moät soá tröôøng hôïp ñeå naâng cao chæ tieâu chaát löôïng cuûa anten ngöôøi ta coøn keát hôïp moät soá göông taïo thaønh anten keùp (anten Cassegrain). -Hình a: giaûn ñoà höôùng böùc xaï sô caáp - thöù caáp vôùi anten göông parabol. -Hình b: giaûn ñoà höôùng böùc xaï sô caáp - thöù caáp ñoái vôùi anten göông coù ñoà thò phöông höôùng daïng cosec. -Hình c: veõ giaûn ñoà höôùng vaø truyeàn lan cuûa böùc xaï sô caáp - thöù caáp vôùi anten loa – parabol. -Hình d: veõ söï bieán ñoåi höôùng böùc xaï cuûa soùng sô caáp – thöù caáp ñoái vôùi anten göông peâriscoâp. A. Anten Parabol: Laø loaïi anten söû duïng roäng raõi nhaát cho caùc öùng duïng soùng Viba laø anten phaûn xaï daïng Parabol (thöôøng ñöôïc goïi laø anten Parabol). Noù bao goàm moät anten sô caáp nhö laø moät löôõng cöïc ñaët taïi tieâu cöï cuûa moät taám phaûn xaï daïng Parabol nhö hình veõ. Mieäng hay goùc môû vaät lyù cuûa taám phaûn xaï coù daïng troøn vaø chu tuyeán cuûa taám phaûn xaï höôùng veà maët phaúng chöùa tieâu cöï F. Ñieåm quan troïng cuûa loaïi anten naøy laø coù theå hoäi tuï caùc tia song song vaøo tieâu cöï cuûa noù vaø ngöôïc laïi coù theå taïo ra chuøm tia song song töø caùc böùc xaï phaùt sinh töø tieâu cöï. Neáu coù moät nguoàn böùc xaï ñaúng höôùng ñaët ôû tieâu cöï thì ngoaøi chuøm tia song song nhö ta mong muoán coøn coù caùc tia khoâng ñi töø maët phaûn xaï ra chuùng taïo thaønh caùc tia vöôït qua (Spillover) nhö ôû hình veõ. ÔÛ cheá ñoä thu caùc tia naøy seõ laøm gia taêng taïp aâm vaø chuùng coù theå giao thoa phaù huûy chuøm tia phaûn xaï. Trong thöïc teá, moät vaät böùc xaï ñöôïc thieát keá ñeå coù toái thieåu hoaëc loaïi boû caùc tia naøy. So vôùi anten daïng keøn thì anten Parabol coù ñoä ñònh höôùng cao hôn, baêng thoâng laøm vieäc lôùn hôn vaø nhieàu chæ tieâu kyû thuaät khaùc toát hôn neân noù thöôøng ñöôïc söû duïng trong lónh vöïc Viba. CAÙC ÑAËC TÍNH CÔ BAÛN CUÛA ANTEN PARABOL. Caùc ñaëc tính cuûa anten ñoùng moät vai troø quan troïng trong vieäc thieát keá caùc heä thoáng lieân laïc Viba ñieåm noái ñieåm. ÔÛ ñaây ta chæ xeùt caùc ñaëc tính cô baûn cuûa anten coù aûnh höôûng ñeán vieäc thieát keá cuûa caùc heä thoáng lieân laïc Viba tröïc xaï. Moät soá ñieåm sau ñaây veà anten phaûi luoân luoân ñöôïc hieåu roõ khi khaûo saùt anten. - Anten laø moät thieát bò thuaän nghòch vì theá caùc phaåm chaát phaùt vaø thu laø ñoàng nhaát ôû cuøng moät taàn soá. - Caùc anten ñöôïc ñaët coá ñònh treân caùc thaùp anten. Caùc thaùp anten naøy ñöôïc ñaët taïi caùc vò trí coá ñònh. - Kích thöôùc cuûa anten duøng ñeå chæ ñöôøng kính cuûa khaåu ñoä böùc xaï. Ñoái vôùi anten Parabol kích thöôùc khaåu ñoä böùc xaï nhoû hôn ñöôøng kính thöïc cuûa ñóa. Moät anten Parabol thöôøng coù laép caùc vieàn uoán hoaëc caùc ñöôøng vieàn phía sau ñeå gia cöôøng hoaëc taïo ra moät maët giaù ñeå che chaén boä haáp thuï. - Baêng taàn: Baêng taàn naøy ñöôïc ñònh nghóa laø baêng taàn lieân tuïc trong ñoù anten seõ laøm vieäc. Noùi chung moãi anten chæ laøm vieäc vôùi moät baêng taàn. Nhöõng yeâu caàu cao hôn trong vieäc laép ñaët caùc anten hieän nay ñaõ khaúng ñònh moät vaán ñeà quan troïng trong thieát keá anten laø caàn moät anten laøm vieäc ñöôïc vôùi nhieàu baêng taàn. Thöôøng nhöõng baêng taàn naøy naèm xa nhau, luùc naøy anten ñöôïc hieåu nhö laø moät anten }Baêng ñoái ngaãu~. Nhöng vì nhieàu lí do khaùc nhau baêng taàn laøm vieäc cuûa anten Viba do oáng daãn soùng cung caáp khoâng vöôït quaù ± 7% taàn soá trung taâm. a. Bieåu ñoà böùc xaï cuûa anten. Vì anten laø moät thieát bò thuaän nghòch neân laøm vieäc nhö nhau hoaëc phaùt hoaëc thu. ÔÛ ñaây anten ñöôïc xem nhö chæ ñeå thu, bieåu ñoà böùc xaï ñöôïc xaùc ñònh laø ñaùp tuyeán cuûa anten ñoái vôùi moät tín hieäu coù coâng suaát khoâng ñoåi ñöôïc phaùt ñeán anten töø caùc höôùng khaùc nhau. Coâng suaát ñaùp öùng cuûa anten ño ôû ngoõ ra maët bích cuûa anten. Trong khi ñoù quay anten caàn ño trong maët phaúng ngang 360 ñoä coâng suaát ñaùp öùng ñöôïc ño ôû cöûa ra maët bích baèng moät maùy thu trong suoát quaù trình ño, anten phaùt ñaët ôû moät vò trí thuaän lôïi. Ño ôû caùc maët phaúng khaùc coù theå thöïc hieän ñôn giaûn baèng vieäc quay anten caàn ño vaø thay ñoåi vó ñoä cuûa anten phaùt. Sau moãi laàn ño khi anten thu ñaõ quay heát maët phaúng ngang. Moät bieåu ñoà nhö vaäy coù 3 chieàu. Höôùng maø theo höôùng ñoù coâng suaát nhaän laø cöïc ñaïi goïi laø höôùng chính (boresight ) cuûa anten. Khi laøm vieäc vôùi caùc anten cuûa traïm Viba ta coù theå xem bieåu ñoà böùc xaï cuûa moãi truïc ñoäc laäp vôùi nhau . Maëc duø trong haàu heát caùc tröôøng hôïp caùc bieåu ñoà böùc xaï laø ñoàng nhaát. Caùc bieåu ñoà böùc xaï ïcoøn coù theå ñöôïc bieåu dieãn döôùi daïng caùc cung coù ñoä lôïi khoâng ñoåi daïng bieåu dieãn naøy phuø hôïp toát cho vieäc xaùc ñònh dieän tích bao phuû cuûa veä tinh. b. Ñoä roäng buùp soùng : Ñoäroâng buùp soùng laø thuaät ngöõ thöôøng duøng vôùi nghóa} Ñoä roäng nöûa coâng suaát~. Ñoä roäng buùp soùng nöûa coâng suaát ñöôïc ñònh nghóa laø ñoä roäng goùc cuûa buùp soùng chính töông öùng vôùi khi bieân ñoä cuûa bieåu ñoà böùc xaï giaûm 3 dB so vôùi ñænh truïc tia chính. Ñoái vôùi caùc anten maø maãu böùc xaï cuûa noù khoâng ñoái xöùng moãi truïc cuûa noù coù ñoä roäng buùp soùng nöûa coâng suaát rieâng. Caùc bieåu ñoà böùc xaï nhö vaäy thöôøng duøng trong lieân laïc Viba . Cuøng vôùi coâng suaát nhaän ñöôïc (hoaëc phaùt ñi ) cuûa anten theo höôùng mong muoán baèng buùp soùng chính cuûa noù, moät ít naêng löôïng cuõng nhaän ñöôïc (hoaëc phaùt ñi ) theo caùc höôùng khoâng mong muoán bôûi caùc buùp soùng phuï. Coâng suaát phaùt ñi theo caùc buùp soùng phuï coù theå gaây giao thoa cho caùc heä thoáng voâ tuyeán khaùc vaø ngöôïc laïi coù theå nhaän caùc tính hieäu giao thoa. Caùc giao thoa naøy ñaët ra giôùi haïn chung veà hieäu quaû söû duïng hai nguoàn löïc töï nhieân laø phoå voâ tuyeán vaø vò trí ñaët caùc traïm cuûa caùc heä thoáng khaùc nhau. Vì vaäy, caàn giaûm thieåu buùp soùng phuï cuûa anten. Thöïc teá, taàm quan troïng cuûa caùc ñaëc tính buùp soùng phuï cuûa anten coù theå ñöôïc ñaùnh giaù bôûi caùc luaät voâ tuyeán quoác teá baèng caùch neân söû duïng caùc bieåu ñoà böùc xaï xaùc ñònh cho moãi traïm ñeå cho pheùp söï ñoàng toàn taïi cuûa nhieàu heä thoáng voâ tuyeán khaùc nhau. Goùc môû cuûa anten coù theå ñöôïc öùng duïng chung cho caùc öùng duïng lieân laïc Viba bôûi vì khaû naêng hoäi tuï truyeàn daãn cuûa chuùng trong moät dieän tích mong muoán. Bieåu ñoà böùc xaï cuûa caùc goùc môû anten phuï thuoäc vaøo söï phaân boá cuûa bieåu ñoà tröôøng ngang qua goùc môû. Ñeå giaûm thieåu söï traøn qua cuûa naêng löôïng, söï phaân boá thöôøng nhoïn ñaàu doïc theo goùc môû vôùi cöïc ñaïi naèm ôû giöõa. Ñoä roäng buùp soùng nöûa coâng suaát jhp phuï thuoäc vaøo söï phaân boá cuûa khaåu ñoä, ñöôøng kính vaø taàn soá hoaït ñoäng cuûa anten. Moái quan heä gaàn ñuùng höõu ích cuûa jhp laø: jhp = (3.23) Trong ñoù: N: laø haèng soá phuï thuoäc vaøo söï phaân chia goùc môû. N = 58 cho phaân boá ñoàng nhaát. N = 70 cho phaân boá daïng choùp tieâu bieåu. D : ñöôøng kính cuûa anten ( meùt). l : böôùc soùng laøm vieäc töông öùng ( meùt). Cöôøng ñoä böùc xaï P( q,j ) cuûa moät anten theo höôùng ( q,j) ñöôïc ñònh nghóa laø coâng suaát ñöôïc böùc xaï töø anten cho moãi ñôn vò goùc khoái ôû höôùng ñoù. Ñoä ñònh höôùng cuûa anten D (q,j ) laø moät soá ño cuûa phaåm chaát hoäi tuï cuûa anten tính baèng: (3.24) Trong ñoù : D (q,j ): cöôøng ñoä böùc xaï theo höôùng (q,j ). q :goùc ngaång leân. j :goùc phöông vò. Pav :cöôøng ñoä böùc xaï trung bình (coâng suaát böùc xaï trung bình moät anten treân moät ñôn vò goùc khoái ). P ( 3.25) Trong ñoù : Pr :Toång coâng suaát böùc xaï töø moät anten . Ñònh nghóa veà ñoä ñònh höôùng khoâng ñöa hieäu suaát cuûa anten vaøo tính toaùn bôûi vì Pav lieân heä vôùi coâng suaát thöïc ñöa vaøo khoâng gian . Trong moät anten moät ít coâng suaát seõ maát ñi do traøn naêng löôïng, söï che laép naêng löôïng RF bôûi caùc taám phaûn xaï phuï, caùc caáu truùc ñôõ, caùc khuyeát taät do nhaø saûn xuaát, toån thaát phaûn xaï vaø toån thaát thuaàn trôû. Caùc toån thaát naøy laøm giaûm ñoä lôïi cuûa anten vaø ñöôïc tính bôûi moät giaù trò hieäu suaát cho anten. Vì vaäy moãi anten coù moät hieäu suaát lieân keát. Sau ñaây laø moät bieåu ñoà böùc xaï ñôn truïc cuûa moät anten Parabol vôùi caùc tham soá quan troïng cho lieân laïc Viba c. Ñoä lôïi anten : Ñoä lôïi thu vaø phaùt cuûa anten laø khaû naêng ñöa ra naêng löôïng RF theo moät höôùng xaùc ñònh hoaëc thu naêng löôïng töø moät höôùng xaùc ñònh. Ñoái vôùi caùc heä thoáng tröïc xaï yeâu caàu anten phaùt chæ phaùt naêng löôïng veà moät höôùng duy nhaát, laø höôùng cuûa anten caàn thu. Ñoä lôïi cuûa anten laø ñoä cheânh leäch maät ñoä coâng suaát ôû ñieåm tröôøng xaï giöõa anten ñang phaùt vaø maät ñoä coâng suaát taïi ñieåm ñoù, nhöng ñaõ ñöôïc thay theá baèng moät anten giaû böùc xaï naêng löôïng ñoàng ñeàu theo moïi höôùng (ñaúng höôùng ) moät anten nhö vaäy khoâng theå thöïc hieän trong thöïc teá nhöng thöôøng duøng ñeå tham khaûo. Ñoä lôïi anten chuû yeáu leä thuoäc vaøo taàn soá laøm vieäc vaø ñöôøng kính cuûa noù. Ñoä lôïi lyù thuyeát cuûa anten ñöôïc tính bôûi coâng thöùc . Gmax =20 Log D – 20 Log l +10 Log n + 9,943 dB (3.26) Trong ñoù : D: Ñöôøng kính ñæa anten (meùt ). l :böôùc soùng cuûa taàn soá trung taâm (meùt). n :Khaåu ñoä hieäu duïng cuûa anten. n = Se /S Trong ñoù : Se laø dieän tích hieäu duïng cuûa anten thu höôùng veà maùy phaùt. S laø dieän tích vaät lyù (thöïc teá ) cuûa anten. Haøm ñoä lôïi naøy G(q,j ) ñöôïc tính toaùn cho hieäu suaát cuûa anten vaø noù lieân heä vôùi ñoä ñònh höôùng qua moät heä soá hieäu suaát. G (q,j )= h * D (q,j ) (3.27) Trong ñoù : h laø hieäu suaát cuûa anten. Caùc loaïi anten Parabol tieâu bieåu h coù giaù trò töø 50 – 70 % b. Söï phaân cöïc soùng ñieän töø : Söï phaân cöïc soùng ñieän töø moâ taû söï ñònh höôùng cuûa vector ñieän tröôøng trong khoâng gian. Söï phaân cöïc ñöôïc quyeát ñònh bôûi caùch maø tín hieäu RF ñöôïc phoùng töø anten vaøo khoâng gian. Chöùc naêng naøy ñöôïc thöïc hieän bôûi moät boä phaân cöïc noù laø moät phaàn cuûa heä thoáng anten. Moät anten coù khaû naêng phaùt vaø nhaän tín hieäu neáu noù ñöôïc phaân cöïc. Moät soùng phaân cöïc tuyeán tính coù höôùng cuûa vector ñieän tröôøng hôïp vôùi truïc ñöùng hoaëc ngang moät goùc khoâng ñoåi khi noù lan truyeàn trong khoâng gian. Vì vaäy, khi vector ñieän tröôøng song song vôùi chieàu ngang thì soùng ñöôïc phaân cöïc ngang, vaø khi vector ñieän tröôøng thaúng ñöùng thì noù laø phaân cöïc ñöùng. Hình veõ sau cho ta thaáy söï phaân cöïc ngang vaø phaân cöïc ñöùng cuûa moät soùng ñi vaøo maët phaúng tôø giaáy. Hình (a) phaân cöïc ñöùng (b) phaân cöïc ngang (c) phaân cöïc daïng elip Vector ñieän tröôøng cuûa caùc soùng phaân cöïc daïng troøn veõ treân caùc voøng troøn khi soùng lan truyeàn. Chieàu quay cuûa noù theo chieàu kim ñoàng hoà neáu caùc soùng ñöôïc phaân cöïc troøn tay phaûi( Right Hand Circularly Polarized Wave) vaø ngöôïc laïi. Söï meùo daïng cuûa soùng ñöôïc phaân cöïc daïng ellip ñi vaøo maët phaúng tôø giaáy. Söï meùo daïng ñöôïc ño bôûi tæ soá doïc truïc Ar ñöôïc cho bôûi Ar = EMax / EMin Trong ñoù: EMax vaø EMin laø hai truïc lôùn vaø nhoû cuûa elip. Moät thoâng soá quan troïng khaùc cuûa soùng laø goùc ñoä nghieâng cuûa ellip vôùi truïc tham chieáu. Söï phaân cöïc daïng ellip coù theå xem laø moät tröôøng hôïp toång quaùt bôûi vì loaïi phaân cöïc naøy seõ ñaït phaân cöïc thaúng khi Ar ñeán ¥ vaø phaân cöïc troøn khi Ar =1. Moät caùch lyù thuyeát, moät anten ñöôïc phaân cöïc ñoâi coù theå ngaên caùch caùc soùng ñöôïc truyeàn trong phaân cöïc tröïc giao, cho pheùp moãi phaân cöïc ñöôïc nhaän moät keânh rieâng bieät. Moät heä thoáng söû duïng tính chaát naøy cuûa anten ñöôïc xem laø heä thoáng phaân cöïc ñoâi. Chuù yù: taàn soá truyeàn daãn theo caû hai keânh laø gioáng nhau vaø caùc heä thoáng nhö vaäy ñaõ nhaân ñoâi baêng thoâng söû duïng. Tuy nhieân, trong thöïc teá caùc anten khoâng theå thích hôïp hoaøn toaøn cho moãi loaïi phaân cöïc vaø moät ít naêng löôïng luoân ñöôïc gheùp noái vôùi coång tröïc giao. Naêng löôïng phaân cöïc cheùo keát noái xuaát hieän nhö laø giao thoa ngang trong baûn thaân heä thoáng vaø vì vaäy raát nhieàu quan taâm ñöôïc tieán haønh ñeå giaûm nhieãu keát noái phaân cöïc cheùo cuûa anten söû duïng trong caùc heä thoáng phaân cöïc ñoâi. Moät anten phaân cöïc ñoâi ñöôïc moâ taû bôûi maãu böùc xaï ñaúng cöïc vaø maãu phaân cöïc cheùo. Ñaëc tính cuûa moät anten phaân bieät vôùi naêng löôïng RF di chuyeån trong phaân cöïc tröïc ñoái ñöôïc goïi laø söï phaân bieät phaân cöïc cheùo. Ñoái vôùi caùc soùng ñöôïc phaân cöïc tuyeán tính, söï phaân bieät phaân cöïc cheùo laø tæ soá cuûa tín hieäu ñoàng phaân cöïc treân thaønh phaàn tín hieäu phaân cöïc cheùo. Ñoái vôùi caùc soùng phaân cöïc daïng ellip, moät soùng phaân cöïc cheùo coù höôùng ngöôïc laïi cuûa chieàu quay, cuøng tæ soá doïc truïc vaø hôn soùng goùc moät goùc nghieâng 90 ñoä. Söï phaân bieät phaân cöïc cheùo cuûa moät soùng nhö vaäy cho bôûi. XPD = 20 Lg (dB) e. Heä soá soùng ñöùng cuûa anten VSWR. Heä soá VSWR cuûa moät anten laø phaàn naêng löôïng phaûn xaï trôû laïi töø anten khoâng tham gia vaøo naêng löôïng böùc xaï höõu ích. Nhö vaäy, naêng löôïng phaûn xaï laø naêng löôïng toån thaát maëc duø noù coù theå phaûn xaï trôû laïi töø ñaàu nguoàn ñeán cuoái nhö trong phaàn naêng löôïng phaùt ñi.Tín hieäu phaûn xaï keùp, maëc duø bò giaûm veà ñoä lôùn, nhöng bò treå veà thôøi gian so vôùi tín hieäu chính. Taùc duïng cuûa tín hieäu phaûn xaï keùp gaây meùo daïng tín hieäu chính, loaïi bieán daïng naøy goïi laø meùo tieáng voïng, taùc ñoäng cuûa noù phuï thuoäc vaøo khoaûng caùch giöõa anten vaø ñaàu cuoái nguoàn cuûa Feeder, cuõng nhö ñoä lôùn cuûa tín hieäu phaûn xaï. Ta ít khi ño ñöôïc VSWR cuûa anten, thöôøng ño toån hao ngöôïc RL nhieàu hôn. Noù laø tæ soá tính baèng dB cuûa tín hieäu phaûn xaï vaø tín hieäu goùc cuûa anten caàn ño: RL = 10 Lg(Pf/Pr) dB Trong ñoù: Pf: laø coâng suaát soùng tôùi. Pr : laø coâng suaát soùng phaûn xaï. Thöôøng caùc nhaø saûn xuaát xaùc ñònh thoâng soá VSWR cöïc ñaïi baûo ñaûm trong moät baêng taàn. Nhöõng nguyeân nhaân laøm cho VSWR lôùn hôn giaù trò lyù töôûng laø baát kyø söï giaùn ñoaïn naøo cuûa trôû khaùng phöùc ñeàu suaát phaùt töø maët bích, ñoä loài loõm doïc theo oáng daãn soùng, vaø tieáp soùng . . . f. Nhieät ñoä taïp aâm anten : Moät anten nhaän ñöôïc caùc taïp aâm baét nguoàn töø raát nhieàu nguoàn noäi taïi khaùc nhau cuøng vôùi caùc tín hieäu maø noù caàn nhaän. Nhieät ñoä taïp aâm cuûa anten laø moät pheùp ño cuûa taïp aâm ñi vaøo maùy thu qua anten. Nhieät ñoä taïp aâm cuûa anten coù ñöôïc bôûi pheùp tích phaân cuûa caùc thaønh phaàn taïp aâm töø taát caû caùc nguoàn taïp aâm beân trong. Trong ñoù : dW :laø phaàn töû goùc khoái lieân heä vôùi goùc tröôøng bôûi nguoàn bôûi anten. G(q ,f ):laø haøm ñoä lôïi cuûa anten theo (q ,f ). Tb(q ,f ): laø nhieät ñoä saùng nhaát theo huôùng (q ,f ). Caùc nguoàn taïp aâm coù theå laø nhaân taïo hoaëc töï nhieân. Nguoàn taïp aâm töï nhieân lôùn nhaát laø taïp aâm vuõ truï noù gaây ra bôûi maët trôøi, maët traêng, traùi ñaát . .. Caùc nguoàn taïp aâm nhaân taïo baét nguoàn töø caùc phuông tieän giao thoâng, caùc maùy moùc coâng nghieäp . . . B. Anten nhieàu tia. Anten nhieàu tia laø anten coù theå cung caáp nhieàu buùp soùng töø moät göông phaûn xaï ñôn. Noù ñöôïc söû duïng trong thoâng tin veä tinh ñeå taïo ra caùc vuøng phuû soùng daïng toå ong, giuùp cho vieäc toå chöùc maïng thoâng tin di ñoäng qua veä tinh. Loaïi anten nhieàu tia ñôn giaûn nhaát vaø phoå bieán nhaát laø anten maët phaûn xaï coù nhieàu boä chieáu xaï ñaët xung quanh tieâu ñieåm. Moãi boä chieáu xaï seõ taïo ra moät buùp soùng rieâng leû vaø seõ taïo ra vuøng phuû soùng rieâng leû treân maët ñaát ñöôïc goïi laø caùc }ñoám~. Caùc buùp soùng taïo thaønh caùc }ñoám~ naøy ñöôïc goïi laø caùc buùp ñoám, vieäc di chuyeån boä chieáu xaï khoûi tieâu ñieåm anten göông seõ taïo ra caùc buùp ñoám khaùc nhau. C. Anten periscop. Anten goàm coù boä chieáu xaï 1, göông cong 2 ôû phía döôùi, vaø göông phaúng 3 ôû phía treân. Neáu göông döôùi laø moät phaàn cuûa ellipsoit thì boä chieáu xaï seõ ñöôïc ñaët ôû moät trong hai tieâu ñieåm cuûa ellip, coøn tieâu ñieåm thöù hai ñöôïc boá trí truøng vôùi taâm cuûa göông phaúng (hình b). Öu ñieåm cuûa anten naøy laø khoâng caàn duøng fide daøi ñeå tieáp ñieän neân ñaït hieäu suaát cao trong moät daûi taàn roäng. D. Anten loa – Parabol. Anten goàm coù moät loa hình thaùp 1, ôû mieäng cuûa noù ñöôïc gaén vôùi moät phaàn cuûa göông parabol troøn xoay 2. Tieâu ñieåm cuûa göông ñöôïc boá trí truøng vôùi taâm pha cuûa loa. Chuøm tia hoäi tuï ñöôïc böùc xaï qua mieäng 3 (hình ). Öu ñieåm cuûa anten loa – parabol laø chuøm tia chieáu xaï khoâng bò phaân taùn, do ñoù anten ñaït ñöôïc hieäu suaát cao, möùc böùc xaï phuï nhoû. Cuõng gioáng nhö ôû tröôøng hôïp anten göông khoâng ñoái xöùng, trong tröôøng hôïp naøy hieäu öùng phaûn xaï böùc xaï cuûa boä chieáu xaï laø khoâng ñaùng keå vaø anten coù daûi taàn roäng. E. Anten göông keùp (Anten Cassegren ) Sô ñoà cuûa anten Cassegren ñöôïc veõ ôû hình döôùi. Anten goàm coù moät göông lôùn 1(göông chính ), moät göông nhoû 2( göông phuï )vaø boä chieáu xaï 3 coù taâm pha ñaët taïi tieâu ñieåm cuûa göông phuï vôùi moãi boä chieáu xaï coù maët soùng ñaõ xaùc ñònh, coù theå choïn voâ soá caëp göông chính phuï khaùc nhau ñeå taïo thaønh maët ñoàng pha ôû mieäng cuûa göông chính . Hình treân veõ anten göông keùp vôùi göông chính laø parabol göông phuï laø göông hyperbol. Anten naøy coøn coù teân goïi khaùc laø anten Cassegren Ôû hình (a)tieâu ñieåm cuûa göông phuï hyperbol ñöôïc boá trí truøng vôùi tieâu ñieåm cuûa göông chính parabol. Tieâu cöï cuûa nhaùnh hyperbol thöù hai (nhaùnh aûo) naèm ôû F2 treân truïc cuûa göông chính. Boä chieáu xaï seõ ñöôïc boá trí theá naøo ñeå taâm pha cuûa noù truøng vôùi ñieåm F2. Soùng ñieän töø taïo ra bôûi boä chieáu xaï seõ truyeàn tôùi maët göông phuï hyperbol vaø sau khi phaûn xaï seõ ñaäp vaøo maët göông chính, tieáp tuïc phaûn xaï laàn hai roài truyeàn ñi. Giaû söû boä chieáu xaï laø nguoàn soùng caàu, caùc soùng tôùi vaø soùng phaûn xaï tuaân theo quy luaät quang hình. Khi ñoù, theo tính chaát hyperbol vaø döïa vaøo hình (a) ta coù : F2A –F1 = F2A’ –F1A’ = 2a Maët khaùc, döïa vaøo tính chaát cuûa parabol ta coù: F1A + AB +BC = F1A’ + A’B’ +B’C’ =2f+z0 Vì F2A =F1A + 2a neân: F2A + AB + BC = 2f + z0 + 2a = const Trong ñoù f laø tieâu cöï cuûa göông parabol; 2a laø khoaûng caùch giöûa hai ñænh hyperbol; z0 laø khoaûng caùch töø tieâu ñieåm parabol ñeán ñöôøng thaúng vuoâng goùc vôùi truïc parabol . ÔÛ song song vôùi maët phaúng mieäng göông seõ laø moät haèng soá. Vì vaäy anten Cassegren cuõng ñaït ñöôïc hieäu quaû bieán ñoåi soùng caàu thaønh soùng phaúng gioáng nhö anten ñôn giaûn. Öu ñieåm cuûa anten naøy so vôùi göông ñôn laø kích thöôùc anten theo höôùng truïc nhoû hôn so vôùi anten göông ñôn. Ñoàng thôøi, do boä chieáu xaï ñaët gaàn ñænh göông neân keát caáu seõ ñôn giaûn vaø thuaän lôïi hôn. Khuyeát ñieåm cuûa anten Cassegren laø göông phuï seõ chaén maát moät phaàn khoâng gian phía tröôùc göông chính gaây ra moät mieàn toái laøm phaân boá bieân ñoä cuûa tröôøng khoâng ñoàng ñeàu, daãn ñeán giaûm heä soá ñònh höôùng cuûa anten. Heä soá ñònh höôùng cuûa anten cassegren ñöôïc xaùc ñònh gaàn ñuùng theo coâng thöùc: Do’» Do [1-2 (R1/R2 )] 2 Trong ñoù: Do laø heä soá ñònh höôùng khi göông chính khoâng bò che. R1, R2 laø baùn kính cuûa mieäng göông phuï vaø mieäng göông chính. Ñeû khaéc phuïc hieäu öùng che chaén cuûa göông phuï ñoái vôùi göông chính ngöôøi ta cheá taïo göông phuï döôùi daïng löôùi daây daãn song song, coøn beà maët göông chính caàn ñöôïc cheá taïo sao cho noù coù khaû naêng quay maët phaúng phaân cöïc cuûa soùng phaûn xaï ñi moät goùc 90 ñoä. Soùng phaûn xaï töø maët göông chính coù maët phaúng phaân cöïc ñaõ quay ñi moät goùc 90 ñoä so vôùi höôùng ban ñaàu seõ loït qua löôùi daây daån song song cuûa maët göông phuï maø khoâng bò göông phuï che chaén. Ñoä taêng tích cuûa anten: Chuù yù raèng vôùi moät anten coù ñöôøng kính khoâng ñoåi thì taàn soá caøng cao, heä soá taêng tích anten caøng lôùn. Gt: laø heä soá taêng tích cuûa anten phaùt( dB ) At: khaåu ñoä cuûa anten phaùt( m2 ). D: ñöôøng kính cuûa anten( m ). h: hieäu suaát cuûa anten. l: böôùc soùng cuûa anten ( l = c/f ). PHAÀN II NOÄI DUNG CHÖÔNG I:TOÅNG HÔÏP PHÖÔNG PHAÙP PHAÂN TÍCH VAØ THIEÁT KEÁ ANTEN CASSEGRAIN CHO CAÙC TRAÏM VEÄ TINH MAËT ÑAÁT Lôøi noùi ñaàu: Ngaøy nay,do söï phaùt trieån cuûa kyõ thuaät maùy tính noùi chung vaø caùc phaàn meàm tính toaùn noùi rieâng vieäc phaân tích vaø thieát keá anten ñaõ trôû neân deã daøng hôn. Tuy nhieân, ñoái vôùi caùc loaïi anten coù heä soá kheách ñaïi cao nhö anten parabol (loaïi 1 chaõo phaùt xaï),antencassegrain (2 chaûo phaùt xaï, trong ñoù chaûo phuï laø moät hình hyperbol troøn xoay),hay caùc loaïi anten maõng thì vieäc tính toaùn caùc tham soá anten vaø böôùc soùng phaùt xaï thöôøng ñoøi hoûi phaûi coù caùc quaù trình bieán ñoåi toaùn hoïc tæ mó vaø phöùc taïp. Ñieàu naøy ñoàng nghóa vôùi vieäc phaûi söû duïng caùc maùy tính chuyeân duïng coù toác ñoä cao ñeå thöïc hieän caùc thuaät toaùn phöùc taïp noùi treân. Trong baøi baùo naøy caùc taùc giaû muoán trình baøi moät phöông phaùp môùi söû duïng caùc thuaät toaùn xaáp xó ñeå ñôn giaûn hoùa caùc pheùp tính vaø toái giaõm thôøi gian tính toaùn cuûa maùy tính. Phöông phaùp trình baøi trong baøi baùo naøy ñaõ ñöôïc chöùng minh veà ñoä chính xaùc cuûa keát quaû vaø thöû nghieäm thaønh coâng ôû caùc maùy tính caù nhaân thoâng thöôøng. Do söï phoå bieán cuûa anten cassegrain ôû caùc traïm veä tinh maët ñaát, baøi baùo naøy xin ñöôïc ñeà caäp rieâng ñeán loaïi anten naøy. Cô sôû lyù thieát cuûa anten cassegrain. Anten cassegrain ñöôïc thieát keá vaø phaùt trieån töø oáng kính vieãn voïngdo nhaø baùc hoïc Cassegrain phaùt minh. Moät anten Cassegrain bao goàm caùc thaønh phaàn chính sau: Chaûo phaùt xaï chính:laø moät hình parabol troøn xoay. Chaûo phaùt xaï phuï:laø moät hình hyperbol troøn xoay. Loa phaùt xaï: thoâng thöôøng laø loaïi loa phaùt xaï hình troøn coù thaønh xeõ raõnh, ñöôïc veõ nhö hình sau: Loa phaùt xaï troøn coù xeû raõnh ñöôïc söû duïng roäng raõi ôû caùc heä thoáng veä tinh, rada.Ñoù laø do ñaàu phaùt xaï loaïi naøy taïo neân möùc ñoái xöùng cao cuûa buùp soùng phaùt xaï trong maët phaúng ñoàng phaân cöïc. Hôn nöõa, möùc phaùt xaï thaáp trong maët phaúng coù phaân cöïc vuoâng goùc cuõng laøm cho ñaàu phaùt xaï troøn coù thaønh xeû raõnh trôû thaønh moät söï löïa choïn lyù töôûng cho caùc heä thoáng phaân cöïc keùp. Ñoái vôùi caùc heä thoáng baùm veä tinh, vieäc tính toaùn vaø löïa choïn ñöôïc ñaàu phaùt xaï anten thích hôïp ñeå ñoàng thôøi coù theå toái öu hoùa ñöôïc buùp soùng phaùt xaï toång (sum pattern) vaø caùc buùp soùng hieäu (difference pattern) laø heát söùc quan troïng. Caáu hình cuûa moät anten Cassegrain ñieån hình ñöôïc moâ taû nhö hình veõ . Trong ñoù phuoung trình hình hoïccuûa chaûo phaùt xaï chínhñuôïc bieãu dieãn nhö sau : Zm(Xm,Ym)= (X2 m+Y2 m )/4Fm – Fm (1) Vôùi ñieàu kieän (Xm2+Ym2)<= Dm2/4 (2) Phöông trình hình hoïc cuûa chaûo phaùt xaï phuï ñöôïc thieát laäp nhö sau : Trong caùc coâng thöùc (1) – (4) Dm ,Ds laàn löôït laø ñöôøng kính cuûa chaûo phaùt xaï chính vaø chaûo phaùt xaï phuï . Tham soá Fm laø tieâu cöï cuûa chaûo phaùt xaï chính , f laø nöõa khoaûng caùch giöõa tieâu ñieåm chính vaø tieâu ñieåm phuï, a laø khoaûng caùch töø ñænh cuûa chaûo phaùt xaï phuï tôùi tieâu ñieåm phuï. Ñoä leäch taâm e cuûa chaûo phaùt xaï phuï ñöôïc tính nhö sau : e= f/a Heä soá phoùng ñaïi M cuûa chaûo phaùt xaï chính ñöôïc bieåu dieãn nhö sau : M =(e+1) / (e-1) (6) hình: caáu hìngh cô baûn cuûa anten cassegrain .Tính toaùn caùc tham soá hình hoïc cuûa anten cassegrain treân cô sôû ñieàu kieän che chaén toái thieåu Trong quaù trình phaân tích thieát keá anten Cassegrain , ngöôøi thieát keá caàn phaûi tính ñeán 2 tröôøng hôïp : Khoâng tính ñeán ñieàu kieän che chaén toát thieåu Tính ñeán ñieàu kieän che chaén toái thieåu . Tröôøng hôïp thöù nhaát coù öu ñieåm ñôn giaûn, tuy nhieân khoâng mang laïi hieäu suaát anten cao . Vì vaäy phöông phaùp naøy ít ñöôïc söû duïng trong thöïc teá . Ñoái vôùi caùc öùng duïng ñoøi hoûi phaûi söû duïng caùc anten coù heä soá kheách ñaïi vaø hieäu suaát cao nhö caùc traïm vi-bahay caùc traïm veä tinh maët ñaát vieäc söû duïng ñieàu kieän che chaén toái thieåu vaøo tính toaùn vaø thieát keá anten cassegrain laø 1 ñieàu kieän baét buoäc. Ñieàu kieän che chaén toái thieåu ñaõ ñöôïc Hannan ñeà caäp ñeán ñaàu tieântrong baøi baùo [5]. Theo Hannan ñieàu kieän che chaén thoái thieåu ñöôïc thoûa maõn khi dieän tích bò ñaàu phaùt xaï che khuaát leân chaûophaùt xaï chính ñuùng baèng ñieàu kieän che khuaát bôûi chaûo phaùt xaï phuï. Ñieàu kieän naøy ñöôïc moâ taû ôû hình veõ 2 vaø coù theå ñöôïc bieåu dieãn bôûi bieåu thöùc sau: Fm/2f=Ds/Df Khi bieát ñöôïc tham soá cuûa loaphaùt xaï (Df,buùp soùng phaùt xaï ), thoâng thöôøng neáu khoâng söû duïng ñieàu kieän che chaén toái thieåu ngöôøi thieát keá caàn bieát tröôùc ít nhaát 4 tham soá. Söû duïng ñieàu kieän che chaén toái thieåu coù theå giaûm ñöôïc 1 tham soá. Taäp hôïp ñaày ñuû caùc tham soá caàn thieát ñeå coù theå hoaøn thaønh baøi toaùn thieát keá ñaõ ñöôïc Granet trình baøi ñaày ñuû Trong taøi lieäu tham khaûo [6] . Trong baøi baùo naøy taùc giaû seõ trình baøi 1 tröôøng hôïp ñieån hình khi ngöôøi thieát keá bieát tröôùc ba tham soá sau : -Ñöôøng kính chaûo phaùt xaï chính Dm Tieâu cöï chính Fm Goùc Trong caùc tham soá noùi treân, ñöôøng kính chaûo phaùt xaï chính Dm ñöôïc tính toaùn töø yeâu caàu veà heä soá khueách ñaïi cuûa an ten thoâng qua quaù trình tính toaùn ñöôøng truyeàn.. Tieâu cöï chính Fm thöôøng ñöôïc bieát tröôùc töø yeâu caàu veà tyû soá F/D cuûa anten caàn thieát keá. Ñoái vôùi anten cassegrain tyû soá naøy thöôøng naèm trong khoaûng töø 0.35 ñeán 0,53 . Tham soá coøn laïi laø goùc ñöôïc choïn theo ñieàu kieän böùc xaï traøn (spillover condition ) sao cho ñoä suy giaõm böùc xaï taïi thaønh cuûa chaûo böùc xaï phuï vaøo khoaûng –10 dB tôùi –15dB . hình : ñieàu kieän che chaén toái thieåu Ví duï , ñoái vôùi loaïi loa phaùt xaï coù thaønh seõ raõnh coù ñöôøng kính Df= 7.8 cm, goùc môû U =260 ñeå ñaït ñöôïc ñoä suy giaûm böùc xaï –15 dB taïi thaønh cuûa chaûo phat xaï phuï thì goùc ue=250. Taát caû caùc tham soá coøn laïi treân hình moät , sau ñoù coù theå ñöôïc tính toaùn theo caùc coâng thöùc sau [6] : Sau khi tính toaùn xong, caùc tham soá caàn phaûi ñöôïc kieåm tra theo caùc ñieàu kieän sau : -Ñöôøng kính cuûa chaûo phaùt xaï phuï –phaûi thoûa maõn Ds >>5l ñeå giaûm bôùt toån hao do taùn xaï vaø phaûi thoûa maõn Ds =0.1Dm ñeå taêng hieäu suaát che chaén . Khoaûng caùch Lm neân choïn sao cho khoâng gaây neân khoù khaên gì cho vieäc laép ñaëc loa phaùt xaï Ví duï :Hình 3 moâ taû 1 anten Cassegrain coù ñöôøng kính Dm = 1.5 mñöôïc thieát keá cho 1 traïm veä tinh maët ñaát quó ñaïo thaáp laøm vieäc ôû baêng taàn Ka (20 GHz –40 GHz ) caùc tham soá tính toaùn ñöôïc lieät keâ ñaày ñuû ôû baûng 1 Baûng 1: Caùc tham soá hình hoïc cuûa anten cassegrain Tham soá Giaù trò Ñôn vò Ñöôøng kính chaûo phaùt xaï chính Dm 1.5 M Tieâu cöï chính Fm 0.55 M Ñöôøng kính chaûo phaùt xaï phuï Ds 0.1804 M Ñöôøng kính loa phaùt xaï Df 0.078 M Goùc môû loa phaùt xaï 26 Ñoä Vò trí ñaëc loa phaùt xaï Lm 0.3122 M Vò trí chaûo phaùt xaï phuï Ls 0.1813 M Khaûng caùch a 0.0062 M Khoaûng caùc f 0.1189 M Goùc e 24 Ñoä Ñoä leäch taâm e 1.905 Heä soá phoùng ñaïi M 3.210 4. Tính toaùn caùc tham soá ñieän cuûa anten cassegrain . 4.1 Hieäu suaát anten: Ñoái vôùi loaïi anten söû duïng 1 chaûo phaùt xaï , hieäu suaát anten phuï thuoäc chuû yeáu vaøo loa phaùt xaï ñöôïc duøng . Söï xuaát hieän cuûa moät chaûo phaùt xaï phuï trong caáu hình cuûa anten cassegrain ñaõ giuùp taêng hieäu suaát anten leân khoaûng 10% so vôùi anten parabol moät chaûo phaùt xaï .Hieäu suaát anten cuûa anten cassegrain thöôøng naèm trong khoaõng 60% ñeán 70% tuøy thuoäc vaøo yeâu caàu veà möùc buùp soùng phuï. Ñoái vôùi moät anten Cassegrain hieäu suaát anten ñöôïc tính toång quaùt töø coâng thöùc sau: h = h1h shp hBhEhx h1 : hieäu suaát böùc xaï anten h s :Hieäu suaát traøn böùc xaï (spillover ) hp :hieäu suaát sai pha (phase error) hx:Hieäu suaát traùi phaân cöïc (cross polarization ) hB:Hieäu suaát che chaén hE :hieäu suaát sai soá maët phaùt xaï (surface error) Vieäc tính toaùn chính xaùc caùc tham soá naøy ñoøi hoûi phaûi giaûi ñöôïc caùc haøm tích phaân phöùc taïp. Hôn nöõa , ñeå giaûi caùc tích phaân phöùc taïp naøy caàn phaûi tìm ñöôïc haøm toaùn hoïc cuûa buùp soùng phaùt xaï cuûa loa phaùt xaï. Vì vaäy, ñoái vôùi anten Cassegrain thì vieäc tính toaùn chính xaùc hieäu suaát anten vaãn coøn laø moät vaán ñeà khoù khaên. Tuy nhieân vieäc söû duïng phöông phaùp gaàn ñuùng seõ giuùp cho vieäc tìm ra hieäu suaát anten moät caùch nhanh nhaát. Thep phöông phaùp naøy thì hieäu suaát böùc xaï coù theå ñöôïc bieåu dieån döôùi daïng sau [2] : h = hsd h dl trong ñoù hsd laøø hieäu suaát taùn xaï cuûa chaûo phaùt xaï phuï, h dl Laø hieäu suaát xaï khi chöa tính ñeán aûnh höôûng cuûa taùn xaï töø chaûo taùn xaï phuï. Theo [2] ta coù bieåu thöùc sau: --o.6 Neáu giaû söû laø haøm phaân boá böùc xaï laø ñeàu thì hieäu suaát böùc xaï coù tính ñeán aûnh höôûng cuûa che chaén do chaûo phaùt xaï phuï gaây ra h dl , coù theå bieåu dieån nhö coâng thöùc sau [2]: Keát hôïp (14), (15) vaø ( 16) ta coù h1h shB=hilbh shsd Hieäu suaát sai soá maët phaùt xaï (surface error) thöôøng ñöôïc tính baèng coâng thöùc sau hE = exp(-4pe ¤ l)2 Trong ñoù e: laø ñoä chính xaùc cuûa maët phaùt xaï, l: böôùc soùng cuûa taàng soá coâng taùc. Caû 2 tham soá ñeàu ñöôïc tính baèng mm. Neáu ñöôïc thieát keá caån thaän thì thoâng thöôøng 2 tham soá coøn laïi laø hx, hp coù theå coi nhö baèng 1. Vì vaäy, keát quaû cuoái cuøng laø [1]: h1h shBhE =hilbh shsdhE 4.2 Ñoäkhueách ñaïi anten: Ñoái vôùi anten Cassegrain ñoä khueách ñaïi cuûa anten ñöôïc tính theo coâng thöùc sau [6]: Trong ñoù h laø hieäu suaát anten tính töø coâng thöùc (19), caùc tham soá coøn laïi nhö ñaõ giaûi thích ôû treân Ví duï :tính toaùn caùc tham soá ñieän cho anten coù Dm=1.5 m trong ví duï ôû phaàn ba Giaû söû anten ñöôïc cheá taïo chính xaùcbeà maët phaùt xaï laø e=0.7 mm ôû taàn soá 20GHz aùp duïng coâng thöùc (19) h =93.10%97.13%70.92% = 64.13% Heä soá khueách ñaïi ñöôïc tính töø coâng thöùc (20) nhö sau: Moät ñieåm caàn chuù yù trong quaù trình tính hieäu suaát cuûa anten laø söï aûnh höôûng cuûa hieäu suaát sai soá maët phaùt xaï ñeán hieäu suaát chung cuûa anten . Thoâng thöôøng hieäu suaát sai soá maët phaùt xaï thöôøng laø yeáu toá quyeát ñònh lôùn nhaát ñeán söï suy giaûm cuûa hieäu suaát anten. Tuy nhieân, hieäu suaát sai soá beà maët laïi phuï thuoäc chuû yeáu vaøo ñoä chính xaùc cuûa beà maët phaùt xaï e. Vì vaäy, vieäc ñaït ñöôïc hieäu suaát anten cao ñoàng nghóa vôùi vieäc cheá taïo beà maët chaûo phaùt xaï coù ñoä chính xaùc cao. Hình 4 mieâu taû quan heä giöûa hieäu suaát anten vaø ñoä chính xaùc beà maët cuûa anten ôû ví duï treân. Roõ raøng laø ñeå ñaït hieäu suaát 70% thì yeâu caàu caàn phaûi co ùe =0.6 mm , coøn ñeå ñaït ñöôïc hieäu suaát cao hôn ví duï 80% thì e = 0.35 mm. 5 Keát luaän: Phöông phaùp toång hôïp duøng trong phaân tích vaø tính toaùn anten Cassegrain ñaõ ñöôïc trình baøi ôû treân. Phöông phaùp naøy raát ñôn giaûn vaø deå söû duïng thaäm chí ñoái vôùi caû caùc loaïi maùy tính caàm tay. Phöông phaùp vaø keát quaû tính toaùn ôû ví duï treân ñaõ ñöôïc aùp duïng thöïc teá vaøo vieäc thieát keá moät anten baùm cho veä tinh quæ ñaïo thaáp ôû baêng taàn Ka. CHÖÔNG II:GIÔÙI THIEÄU MATLAB ---oOo--- I. Lôøi giôùi thieäu MATLAB (Matrix Laboratory) laø moät phaàn meàm raát ñöôïc öa chuoäng cho caùc laäp trình tính toaùn trong kyõ thuaät hieän nay. Noù ñöôïc phoå bieán roäng khaép trong caùc tröôøng ñaïi hoïc, trung hoïc chuyeân nghieäp ôû nhieàu nöôùc. Vaø cuõng laø moät coâng cuï trôï giuùp höõu hieäu cho caùc nhaø chuyeân moân, nhöõng sinh vieân, caùc kyõ sö, caùn boä kyõ thuaät. Ngaøy nay MATLAB ñaõ chöùng toû noù laø moät phaàn meàm coù giao dieän cöïc maïnh cuøng nhieàu lôïi theá trong kyõ thuaät laäp trình. Vôùi MATLAB, coâng vieäc tính toaùn trôû neân ñôn giaûn vaø nheï nhaøng hôn nhieàu so vôùi nhieàu ngoân ngöõ laäp trình khaùc nhôø ñaõ coù thieát keá saün caùc Toolbox cuõng nhö font tieáng vieät giuùp cho ngöôøi söû duïng coù theå duøng MATLAB nhö moät coâng cuï höõu hieäu cho lónh vöïc chuyeân ngaønh cuûa mình. - Control System Toolbox: laø neàn taûng cho hoï Toolbox thieát keá ñieàu khieån baèng MATLAB. Noù chöùa caùc haøm cho vieäc moâ phoûng, phaân tích vaø thieát keá caùc heä thoáng ñieàu khieån töï ñoäng. -Frequency–Domain System Identification Toolbox: goàm caùc M-files cho vieäc moâ phoûng caùc heä thoáng tính toaùn treân cô sôû pheùp ño ñaùp öùng taàn soá cuûa heä thoáng. -Fuzzy Logic Toolbox: cung caáp moät taäp hôïp ñaày ñuû caùc coâng cuï cho vieäc thieát keá moâ phoûng vaø phaân tích caùc heä thoáng logic môø. -Higher– Oder Spectral Analysis Toolbox: cung caáp caùc coâng cuï cho vieäc xöû lyù tín hieäu duøng phoå baäc cao. Caùc phöông phaùp naøy ñaëc bieät höõu duïng cho phaân tích caùc tín hieäu coù nguoàn goác töø moät quaù trình phi tuyeán hay bò nhieãu phi gaussian (non-gaussian) xaâm nhaäp. -Image Processing Toolbox: chöùa caùc coâng cuï cho söï xöû lyù aûnh. Noù bao goàm caùc coâng cuï cho vieäc thieát keá caùc boä loïc vaø löu tröõ aûnh, naâng caáp aûnh, phaân tích vaø thieát keá. -Model Predictive Control Toolbox: ñaëc bieät höõu ích cho caùc öùng duïng ñieàu khieån vôùi nhieàu bieán input vaø output maø phaàn lôùn coù caùc giôùi haïn, nhaát laø trong kyõ thuaät hoùa chaát. -Mu–Analysis and Synthesis Toolbox: chöùa caùc coâng cuï chuyeân moân hoùa cho ñieàu khieån toái öu hoùa phaân tích vaø toång hôïp m, ñaëc bieät trong kyõ thuaät roâbot cao caáp maø caùc heä thoáng ña bieán tuyeán tính. -Signal Processing Toolbox: chöùa caùc coâng cuï xöû lyù tín hieäu. Caùc öùng duïng bao goàm: audio (ñóa Compact, baêng digital), video( digital HDTV, xöû lyù vaø neùn aûnh), vieãn thoâng(fax, telephone), y hoïc, ñòa lyù. -Non–Linear Control Design Toolbox: cho pheùp thieát keá caùc heä thoáng ñieàu khieån tuyeán tính vaø phi tuyeán söû duïng kyõ thuaät toái öu hoùa treân cô sôû mieàn thôøi gian. -Optimization Toolbox: caùc leänh duøng cho söï toái öu hoùa caùc haøm tuyeán tính vaø phi tuyeán toång quaùt. -Symbolic Math Toolbox: goàm caùc coâng cuï cho vieäc tính toaùn treân caùc bieåu thöùc. -System Identification Toolbox: taäp hôïp caùc coâng cuï cho öôùc löôïng vaø nhaän daïng(tìm moâ hình toaùn hoïc cho moät heä thoáng vaät lyù). -Robust Control Toolbox: caùc coâng cuï phaân tích vaø toång hôïp caùc heä thoáng ñieàu khieån baèng roâboâ. Ngoaøi ra coøn coù caùc Toolbox khaùc nhö: NAG Foundation Toolbox, Simulink, Simulink Realtime Workshop, Spline Toolbox, Satics Toolbox. Moät khaû naêng cuõng caàn phaûi nhaéc ñeán cuûa MATLAB laø bieåu dieãn data baèng ñoà thò hai chieàu laãn ba chieàu baèng caùc leänh(haøm) khaù ñôn giaûn. II. Haøm vaø Script File. 1. Script file. Duøng cöûa soå soaïn thaûo cuûa Matlab hoaëc baát kyø chöông trình soaïn thaûo naøo khaùc nhö Word 97, soaïn thaûo cöûa NC...döôùi daïng kyù töï ASCII; ñeå taïo ra chöông trình. Thuû tuïc theo moät trình töï naøo ñoù baèng nhöõng doøng leänh theo cuù phaùp cuûa ngoân ngöõ laäp trình Matlab vaø ñöôïc löu vôùi teân –file, phaàn môû roäng coù ñuoâi laø .m thöôøng ñöôïc goïi laø Script file.Ví duï: Hamain.m Thoâng thöôøng muoán chaïy Script file, taïi cöûa soå leänh cuûa Matlab, taïi daáu nhaéc ‘>>’ ta goõ teân cuûa Script file maø khoâng caàn goõ theâm phaàn môû roäng ‘.m’. sau ñoù nhaán ‘Enter’ thì Script file seõ ñöôïc thöïc hieän.Ví duï: >>Hamain roài nhaán ¿ Trong Matlab thoâng thöôøng Script ñöôïc löu trong thö muïc /bin ñoái vôùi Matlab 4. ñeán 5.2, coøn ñoái vôùi Matlab 5.3 ñöôïc löu trong thö muïc Matlab Work. Neáu baïn muoán tìm ñöôøng daãn ñeán Scirpt file duøng leänh Which.Ví duï: >>Which Hamain ¿ Baïn muoán tìm hieåu Script file ñeå söû duïng thì duøng leänh help. Ví duï: >>help Hamain ¿ Seõ hieän ra Chöông trình taïo cöûa soå giôùi thieäu döôùi söï höôøng daãn cuûa thaày Leâ Caûnh Trung ñöôïc vieát bôûi Nguyeãn Huyønh Haø Baïn muoán tìm hieåu toaøn boä Script file duøng leänh type.Ví duï: >>type Hamain ¿ Script file cuõng thuaän tieän cho vieäc nhaäp caùc maûng döõ lieäu lôùn vaø löu tröõ treân ñóa meàm khi caàn söû duïng laïi. 1. Haøm M-file. M-file laø tröôøng hôïp ñaëc bieät cuûa Script file, thoâng thöôøng M-file laø moät haøm. Nghóa laø M-file coù truyeàn bieán vaø xuaát keát quaû. Haøm M-file ñöôïc khai baùo daïng : function =fun-name ( , ,...) Trong ñoù input1, input2, … laø caùc bieán (ma traän hay voâ höôùng ) ñöôïc truyeàn cho haøm vaø outputs laø trò traû veà (ma traän hay caùc voâ höôùng). Haøm coù caùc ñaëc ñieåm sau: Teân haøm vaø teân file löu tröõ treân ñóa phaûi gioáng nhau (vôùi phaàn môû roäng cuûa file laø .m) Caùc haøng ghi chuù ñaàu tieân (tính ñeán haøng leänh ñaàu tieân) ñöôïc duøng nhö laø caùc thoâng tin trôï giuùp khi töø daáu nhaéc Matlab nhaäp vaøo leänh help Caùc bieán trong haøm chæ coù taùc duïng trong khi haøm ñang ñöôïc thöïc thi: Muoán moät bieán trong haøm laø bieán toaøn cuïc caàn coù khai baùo global tröôùc teân bieán. Soá bieán nhaäp vaøo vaø xuaát ra coù theå ñöôïc kieåm tra thoâng qua leänh nargin vaø nargout. Ñieàu naøy coù moät taùc duïng to lôùn laø khi soá bieán nhaäp vaøo nhoû hôn soá bieán caàn thieát ta coù theå cho caùc giaù trò maëc ñònh naøo ñoù. Ví Duï: Haøm linspace. function y = linspace (d1,d2,n) % LINSPACE linearly spaced vector. % equally spaced points between x1 and x2. % LINSPACE (x1,x2,N) generates N points between x1 and x2 % % See also LOGSPACE,:. % Copyright (c) 1984-94 by the Math Works, Inc if nargin == 2 n = 100; end y =[d1+(0:n-2)*(d2-d1)/(n-1)d2]; Khi töø daáu nhaéc Matlab goõ vaøo help linspace ta seõ thaáy: % LINSPACE linearly spaced vector. % equally spaced points between x1 and x2. % LINSPACE (x1,x2,N) generates N points between x1 and x2 % % See also LOGSPACE,:. % Copyright (c) 1984-94 by the Math Works, Inc Khi söû duïng leänh linspace (-2,2) laø hoaøn toaøn gioáng nhö linspace (-2,2,100) Ta nhaän thaáy M-file töø ví duï treân coù. - Coù teân file laø linspace. - Coù phaàn môû roäng laø .m - Doøng ñaàu tieân laø funtion. - y laø ñoái soá ra (suaát ra keát quaû). - daáu ‘=’ - (d1,d2,n) laø ñoái soá vaøo. - %...laø nhöõng doøng ghi chuù khoâng thöïc hieän. Khi chaïy M-file chuù yù duøng help ñeå ñoïc chuù thích. - Chöông trình chính. II. Caùc ñieàu khieån reõ nhaùnh vaø voøng laëp. Caùc toaùn töû cuûa Matlab. MATLAB coù nhieàu toaùn töû bình thöôøng nhö caùc phaàn meàm tính toaùn khaùc. Tuy nhieân coù söï khaùc nhau khi toaùn treân ma traän vaø maûng hay voâ höôùng. Ví duï nhö pheùp nhaân hay ma traän daáu( *) vaø nhaân töøng phaàn töû hai ma traän daáu(.*). Caùch bieåu dieãn ma traän: duøng daáu };~ ñeå ngaên caùch caùc haøng, daáu }:~ ñeå chæ moät maûng nhö 1:10 (caùc soá töø 1 ñeán 10); 1:2:10(caùc soá 1,3,5,...,9); A(:;1) nghóa laø øcoät 1 cuûa taát caû caùc haøng hay vectô coät thöù nhaát cuûa ma traän A ; daáu ‘laø toaùn töû chuyeån vò ma traän ; daáu } %~ baét ñaàu moät ghi chuù; daáu}=~ laø pheùp gaùn; daáu }~~ chæ söï phuû ñònh;...… 2. Ñieàu khieån reõ nhaùnh IF: Caùc daïng leänh IF nhö sau: if , end; if , else end; c . if; elseif; … elseif end; Caùc voøng laëp: Voøng laëp for: Caáu truùc: for x = , caùc leänh end; Caùc leänh giöõa for vaø end ñöôïc thöï hieän moãi laàn cho moät coät trong array. Ví duï: » for n =1:10 x(n) = sin(n*pi/10); end » x x = Columns 1 through 7 0.3090 0.5878 0.8090 0.9511 1.0000 0.9511 0.8090 Columns 8 through 10 0.5878 0.3090 0.0000 Voøng laëp for khoâng bò döøng baèng caùch taêng bieán laëp (n) trong voøng laëp: » for n = 1:10 x(n) = sin(n*pi/10); n = 10; % thay doi bien lap end » x x = Columns 1 through 7 0.3090 0.5878 0.8090 0.9511 1.0000 0.9511 0.8090 Columns 8 through 10 0.5878 0.3090 0.0000 Ta thaáy keát quaû khoâng thay ñoåi duø coù theâm doøng leänh n = 10; voøng laëp for caàn traùnh duøng khi coù theå xöû lyù baèng ma traän ñeå thôøi gian thi haønh giaûm ñi. - Voøng laëp while: Caáu truùc while: while end; Caùc leänh giöõa while vaø end ñöôïc thöïc hieän laëp laïi khi naøo experession coøn ñuùng Leänh break: duøng ñeå thoaùt khoûi moät voøng laëp (for, while) baát chaáp d8ieàu kieän keát thuùc coù thoûa hay chöa (thöôøng ñi chung vôùi if). Ví duï: » ESP =1; » for num = 1:1000 ESP = ESP/2; if (1+ESP)<=1 ESP = ESP*2 break; end end ESP = 2.2204e-016 » num num = 53 IV . Caùc haøm Toolbar söû duïng trong chöông trình moâ phoûng: abs: laáy giaù trò tuyeät ñoái, chuyeån chuoãi kí töï thaønh soá theo maõ ASCII. axes : taïo heä truïc toïa ñoä ôû moät vò trí naøo ñoù. clock: laáy thôøi gian heä thoáng. close: ñoùng moät cöûa soå figure ñang môû. conj: laáy lieân hôïp phöùc. diag: taïo hoaëc trích caùc ñöôøng cheùo ma traän. disp: laáy lieân hôïp phöùc. eig: trò ñaëc tính vaø vector ñaëc tính. time: tính khoaûng thôøi gian giöõa hai thôøi ñieåm. exp: haøm muû cô soá e = 2.71828182845904 fft shift: bieán ñoåi fourier nhanh coù chuyeån ñænh thöù 0 vaøo trung taâm phoå figure: môû moät cöûa soå figure môùi, cho hieän moät figure ñaõ coù. flipud: laät up –down moät ma traän. gcf:laáy handle cuûa figue hieän taïi (get current figure ) ginput: laáy toïa ñoä caùc ñieåm treân figure taïi vò trí con chuoät click vaøo. gtext ñaët text vaøo figure vaøo vò trí con chuoät click vaøo. hankel: taïo ma traän Hankel. hold :giöõ hình. ifft : bieán ñoåi fourier nhanh ngöôïc. inv: laáy nghòch ñaûo moät voâ höôùng hay moät ma traän vuoâng. kron:tích tensor kroneeker (toång caùc tích coù theå coù cuûa caùc caëp phaàn töû cuûa hai ma traän ). legnd: ghi chuù nuùt veõ ñoà thò. length: laáy chieàu daøi moät vector. norm: chuaån ma traän hoaëc veùc tô. num2str: ñoåi soá ra chuoãi. ones: taïo ma traän coù phaàn töû laø caùc soá 1. pause: taïm döøng moät thôøi gian aán ñònh tröôùc hoaëc chôø moät phím nhaán. pinv: nghòch ñaûo giaû moore penrore. plot: veõ ñoà thò 2 chieàu. quit : thoaùt khoûi matlab. rand: taïo ma traän soá ngaãu nhieân. roots: toøm nghieäm moät ña thöùc. round: laøm troøn thaønh soá nguyeân. set: thieát laëp ñaëc tính cuûa caùc objects. size: laáy kích thöôùc moät ma traän (soá haøng, coät ). sort: saép xeáp theo caùc giaù trò taêng. sqrt: caên baäc 2. text: ñaët text vaøo figure. title: nhaõn cuûa ñoà thò. toeplitz : taïo ma traän toeplitz. uicontrol: taïo ñieàu kieän cuûa ngöôøi söû duïng (user interface control). uimenu: taïo meânu cuûa ngöôøi söû duïng (user interface menu). vander: taïo ma traän vadermond. whitebg:thay ñoåi maøu neàn cuûa figure. xlabel: nhaõn truïc x. ylabel: nhaõn truïc y. zeros: taïo ma traän zero. zoom: phoùng to hay thu nhoû ñoà thò ñaõ veõ CHÖÔNG III:CHÖÔNG TRÌNH VAØ KEÁT KEÁT QUAÛ MOÂ PHOÛNG Chaïy baèng phaàn meàm Matlab 5.2