Kỹ thuật viễn thông - Chương 7: Kĩ thuật ăng ten tổng hợp đồ thị phương hướng

 TRUYỀN SÓNG VÀ ĂNG TENCHƯƠNG 7.  KĨ THUẬT ĂNG TEN TỔNG HỢP ĐỒ THỊ PHƯƠNG HƯỚNGDanh sách thành viên nhóm 9:Nguyễn Anh Tuấn D13VT 2Nguyễn Mạnh Tùng D13VT 7Đỗ Thanh Tùng D13VT 8Phạm Thị Vân D13VT 2Nguyễn Hữu Vinh D13VT 2Lê Quốc Vinh D13VT 7HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNGGIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIỆT HƯNGBộ Môn: Vô Tuyến – Khoa 1 Viễn ThôngIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIỆT HƯNGBộ Môn: Vô Tuyến – Khoa 1 Viễn ThôngHỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNGNội dung: + Tổng quan và khái niệm chung+ Tổng hợp đồ thị phương hướng anten+ Ứng dụngIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIỆT HƯNGBộ Môn: Vô Tuyến – Khoa 1 Viễn ThôngHỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNGTổng quan và Khái niệm chung:- Anten là thiết bị được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau của kỹ thuật vô tuyến điện. Tùy theo từng nhiệm vụ mà sẽ có các yêu cầu khác nhau đối với thiết bị anten. Ví dụ với kỹ thuật vô tuyến định vị cần sử dụng anten có búp sóng nhọn- Do đó, để quét hay thay đổi búp sóng ta có thể áp dụng 3 phương pháp: cơ học, cơ-điện, điện-điện tử. Đây cũng chính là mục đích của việc tổng hợp đồ thị phương hướng anten.- Trong 3 phương pháp trên thì chỉ có phương pháp điện-điện tử là được áp dụng rộng rãi vì hiệu suất cao và vận tốc quét búp sóng lớn.KH: - l là độ dài của đoạn phide nối giữa hai phần tử.- d là khoảng cách giữa hai phần tử liên tiếpHỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNGGIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIỆT HƯNGBộ Môn: Vô Tuyến – Khoa 1 Viễn ThôngPhương pháp tần số a, Sơ đồ tiếp điện liên tiếpKhảo sát hệ bức xạ thẳng tiếp điện liên tiếp, các phần tử bức xạ mắc liên tiếp vào đường dây dẫn sóng ( phide ) có đặc tính tán tần. Tổng hợp đồ thị phương hướng anten- Bước sóng λs trong môi trong môi trường truyền sóng có quan hệ với vận tốc pha của sóng trong hệ thống, đồng thời vận tốc pha là hàm của tầm số và phụ thuộc vào đặc tính tán tần của hệ tống mô tả qua tham số ξtham số này phụ thuộc vào đặc điểm của mỗi loại hệ dẫn sóng. HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNGGIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIỆT HƯNGBộ Môn: Vô Tuyến – Khoa 1 Viễn Thông- Với ống dẫn sóng hình chữ nhật: và giới hạn biến đổi của ξ trong khoảng ( 0 ÷1 )Khi d khá lớn có thể bỏ qua tác động tương hỗ giữa các phần tử, khi đó hàm phương hướng của đồ thị phương hướng tổ hợp của N phần tử bức xạ được viết dưới dạng:      HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNGGIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIỆT HƯNGBộ Môn: Vô Tuyến – Khoa 1 Viễn Thông  trường hợp sóng bức xạ và sóng truyền trong phide có cùng tần số thì: HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNGGIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIỆT HƯNGBộ Môn: Vô Tuyến – Khoa 1 Viễn Thông - Nhươc điểm của hệ tống tiếp điện liên tiếp: Công suất truyền theo hệ dẫn sóng bị hạn chế dẫn đến suy giảm công suất chung của anten.- Để khắc phục, người ta sử dụng sơ đồ tiếp điện song song: HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNGGIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIỆT HƯNGBộ Môn: Vô Tuyến – Khoa 1 Viễn Thông+ Công suất phân chia theo các nhánh=>Công suất bức xạ tổng lớn hơn bức xạ liên tiếp+ Phân bố pha giữa các phần tử được thực hiện bằng cách thay đổi độ dài đoạn ống dẫn sóng tiếp điện- Nhược điểm hệ thống song song: Kết cấu anten quá phức tạp.2. Phương pháp pha- Tần số máy phát phải được giữ cố định, còn quan hệ pha của dòng kích thích cho các phần tử sẽ thay đổi.- Mỗi anten điều khiển pha thường gồm 2 phần chính:+ Hệ thống bức xạ+ Hệ thống phân phối - định pha ( PPĐP ):HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNGGIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIỆT HƯNGBộ Môn: Vô Tuyến – Khoa 1 Viễn Thông* Hệ thống PPĐF loại 1* Hệ thống PPĐF loại 2- Hệ thống phân phối - định pha có nhiệm vụ phân chia công suất của máy phát để cung cấp cho các phần tử bức xạ đảm bảo phân bố pha trên anten theo đúng yêu cầu để tổng hợp đồ thị phương hướng theo đúng mong muốn.a. Hệ thống PPĐF loại 1HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNGGIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIỆT HƯNGBộ Môn: Vô Tuyến – Khoa 1 Viễn Thông- Là hệ thống có nhiều đầu vào độc lập và có một số đầu ra.- Có nhiệm vụ đảm bảo việc tiếp điện độc lập cho các phần tử bức xạ, khi tiếp điện cho anten qua từng đầu vào riêng biệt.- Số đầu vào tương ứng với số trạng thái phân bố pha có thể thiết lập được,số đầu ra tương ứng với số phần tử bức xạ của hệ thống. - Hệ thống PPDF loại 1 có thể được biểu diễn theo sơ đồ liên tiếp hoặc song song. HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNGGIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIỆT HƯNGBộ Môn: Vô Tuyến – Khoa 1 Viễn Thông*. Sơ đồ PPDF liên tiếp:- Gồm hai dãy phide đan chéo nhau. Dãy thẳng đứng nối các phần tử bức xạ ( các đầu ra ) còn dãy ngang nối các đầu vào. Hai dãy được ghép với nhau bằng các bộ ghép định hướng tại chỗ giao nhau của chúng.- Khuyết điểm: Các bộ ghép định hướng không thể đảm bảo cách ly hoàn toàn các đầu vào của hệ thống PPĐF, nghĩa là không thể tránh khỏi sự dò năng lượng sang các đường khác khi một đầu được tiếp điện, đẫn đến méo dạng đồ thị phương hướng.HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNGGIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIỆT HƯNGBộ Môn: Vô Tuyến – Khoa 1 Viễn Thông- Ưu điểm: Dải tần rộng.- Năng lượng cao tần từ các mạng đầu vào được phân bố cho các phần tử bức xạ nhờ các mạch cầu và các mạch quay pha cố định. Mỗi mạch cầu có hai đầu vào và hai đầu ra độc lập với nhau. Khi đưa công suất cao tần vào một trong các đầu vào của cầu sẽ nhận được công suất ra là đều nhau nhưng góc dịch pha là khác nhau.HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNGGIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIỆT HƯNGBộ Môn: Vô Tuyến – Khoa 1 Viễn Thông+ Ưu điểm: - Hiệu suất cao hơn sơ đồ PPĐF nối tiếp.- Cho phép thiết lập phân bố biên độ và pha trên anten với độ tuyến tính và số cầu ghép ít hơn sơ đồ PPĐF nối tiếp.* Sơ đồ PPĐF song song:+ Nhược điểm:- Dải tần hẹpHỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNGGIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIỆT HƯNGBộ Môn: Vô Tuyến – Khoa 1 Viễn Thôngb. Hệ thống PPĐF loại 2- Việc điều khuyển phân bố pha được thực hiện nhờ các bộ quay pha riêng rẽ có lượng dịch pha cố định hoặc biến đổi được.- Hệ thống PPĐF loại 2 có thể được thực hiện theo mạch kín hoặc mạch hở- Là hệ thống gồm 1 đầu vào ( đầu tiếp điện ) và một số đầu ra ( tương ứng với số phần tử bức xạ ).+ Ưu điểm: - Thực hiện tương đối đơn giản.HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNGGIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIỆT HƯNGBộ Môn: Vô Tuyến – Khoa 1 Viễn Thônga, Sơ đồ mắc liên tiếpHệ thống PPĐF mạch kín:+ Nhược điểm: - Tổn hao năng lượng của các bộ quay pha tương đối lớn.- Các bộ quay pha hạn chế công suất bức xạ của anten. - Các bộ quay pha phải có độ chính xác khá lớn vì sai sốcủa một bộ sẽ ảnh hưởng đến sai số của toàn hệ thống.+ Ưu điểm: - Mỗi bộ chỉ cho qua một phần công suất củahệ thống => Tổn hao năng lượng nhỏ, ít hạn chế côngsuất bức xạ của anten, không yêu cầu các bộ sai pha có độ chính xác lớn.HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNGGIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIỆT HƯNGBộ Môn: Vô Tuyến – Khoa 1 Viễn Thôngb, Sơ đồ mắc song song+ Nhược điểm: - Do điều khuyển búp sóng mỗi bộ quayPha phải cần biến đổi theo một quy luật nhất định. =>Khó khăn cho việc thực hiện.c. Sơ đồ song song – nối tiếpHỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNGGIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIỆT HƯNGBộ Môn: Vô Tuyến – Khoa 1 Viễn Thông- Là sự kết hợp giữa sơ đồ song song và sơ đồ nối tiếp .- Dung hòa được các ưu, nhược điểm của hai sơ đồ song song và nối tiếp+ Ưu điểm: - Có thể thực hiện tương đối đơn giản cả khi hệ thống bức xạ gồm nhiều phần tử.- Có thể điều khuyển cả phân bố biên độ trên hệ thống một cách dễ dàng.- Các bộ quay pha thực hiện các góc dịch pha theo yêu cầu.HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNGGIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIỆT HƯNGBộ Môn: Vô Tuyến – Khoa 1 Viễn ThôngHệ thống phân phối hở:- Năng lượng điện từ trường được đưa đến các phần tử bức xạ sơ cấp và một hệ thống thu, năng lượng từ mỗi phân tử thu được đưa qua bộ quay pha để tạo góc dịch pha cần thiết rồi gửi đến phần tử anten tương ứng của hệ thống bức xạ.+ Nhược điểm:- Khi bộ quay pha lớn thì sai số trong việc điều khuyển pha sẽ dẫn đến méo dạng đồ thị phương hướng hoặc làm sai lệch quy luật điều khuyển búp sóng đã đinh định trước.Ứng dụng tổng hợp đồ thị phương hướng anten:HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNGGIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIỆT HƯNGBộ Môn: Vô Tuyến – Khoa 1 Viễn Thông- Tổng hợp đồ thị cho phép tăng vận tốc kiểm soát không gian:+ Tăng được lượng tin tức về các nguồn bức xạ+ Tăng được lượng tin tức trong phản xạ điện từ=> Ứng dụng trong kỹ thuật truyền tin, thông tin liên lạc của quân sự-Tổng hợp đồ thị phương hướng còn được ứng dụng trong kỹ thuật điện tử, đặc biệt là trong các vi mạch điện tử: Cho phép quét đồ thị phương hướng bằng phương pháp điện và kết hợp thực hiện xử lý tín hiệuHỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNGGIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIỆT HƯNGBộ Môn: Vô Tuyến – Khoa 1 Viễn Thông BÀI THUYẾT TRÌNH CỦA NHÓM 9 ĐẾN ĐÂY LÀ HẾT. CẢM ƠN THẦY VÀ CÁC BẠN ĐÃ THEO DÕI !HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNGGIẢNG VIÊN: NGUYỄN VIỆT HƯNGBộ Môn: Vô Tuyến – Khoa 1 Viễn Thông