Anten Yagi-Uda (1)

BÀI THUYẾT TRÌNH

ĐỀ TÀI: ANTEN YAGI-UDA

Đại học giao thông vận tải thành phố Hồ Chí MinhKhoa điện- điện tử viễn thông

----------

Nhóm 02:

Nguyễn Thị Các LinhThạch Sa MâyNguyễn Văn MayPhan Văn Ngọc

Giới thiệu

Anten Yagi là loại anten định hướng rất phổ biến bởi vì chúng dễ chế tạo. Các anten định hướng như Yagi thường sử dụng trong những khu vực khó phủ sóng hay ở những nơi cần vùng bao phủ lớn hơn vùng bao phủ của anten omni-directional. Anten Yagi hay còn gọi là anten Yagi-Uda (do 2 người Nhật là Hidetsugu Yagi và Shintaro Uda chế tạo vào năm 1926) được biết đến như là một anten định hướng cao được sử dụng trong truyền thông không dây.

Anten Yagi-Uda

I. Cấu trúc của anten Yagi-Uda

Anten Yagi-Uda dùng các phần tử anten thẳng:

Đối với dãy anten thông thường (Antennas, Anten Parabol..) tất cả các phần tử của anten đều được kích thích dòng. Với dãy anten Yagi-Uda, thường chỉ có một phần tử được kích thích điện, các phần tử khác không được kích thích điện mà chỉ được ghép tương hỗ điện từ. Phần tử cấp nguồn gọi là phần tử lái, phần tử phía trước phần tử lái là phần tử hướng xạ mang tính cảm kháng, phần tử phía sau phần tử lái là phần tử phản xạ mang tính dung kháng.


Dạng tổng quát của anten Yagi-Uda:


Anten Yagi gồm:

+ Chấn Tử Chủ Động: thường là chấn từ nửa sóng + Chấn tử phản xạ thụ động

+ Chấn tử dẫn xạ thụ động

Các chấn tử phản xạ và dẫn xạ thụ động thường được gắn trực tiếp trên thanh đỡ kim loại. Nếu chấn tử chủ động là chấn tử vòng dẹt thì có thể gắn trực tiếp lên thanh đỡ kim loại.

II. Nguyên lý làm việc của anten Yagi-Uda

Xét một Anten dẫn xạ gồm ba phần tử:

Chấn tử chủ động A, chấn tử phản xạ P và chấn tử dẫn xạ D. Chấn tử chủ động được nối với máy phát cao tần. Dưới tác dụng của trường bức xạ tạo bởi A, trong P và D sẽ xuất hiện dòng cảm ứng và các chấn tử này sẽ bức xạ thứ cấp. Như đã biết, nếu chọn được chiều dài của P và khoảng cách từ A đến P một cách thích hợp thì P sẽ trở thành chấn tử phản xạ của A. Khi ấy, năng lượng bức xạ của cặp A–P sẽ giảm yếu về phía chấn tử phản xạ và được tăng cường theo hướng ngược lại (hướng +z). Tương tự như vậy, nếu chọn được độ dài của D và khoảng cách từ D đến A một cách thích hợp thì D sẽ trở thành chấn tử dẫn xạ của A. Khi ấy, năng lượng bức xạ của hệ A–D sẽ được tập trung về phía chấn tử dẫn xạ và giảm yếu theo hướng ngược (hướng –z). Kết quả là năng lượng bức xạ của cả hệ sẽ được tập trung về một phía, hình thành một kênh dẫn sóng dọc theo trục của Anten, hướng từ chấn tử phản xạ về phía chấn tử dẫn xạ.

III. Đồ thị bức xạ

III. Đồ thị định hướng

Phương hướng của cặp chấn tử chủ động và thụ động

IV. Các thông số của anten Yagi-Uda

1. Hệ số sóng chậm:

Việc xác định sơ bộ các kích thước và thông số của anten có thể được tiến hành theo phương phương pháp lý thuyết anten sóng chậm (anten sóng chậm có vận tốc pha nhỏ hơn vận tốc ánh sáng). Giả thiết các chấn tử dẫn xạ có độ dài bằng nhau và gần bằng một nửa bước sóng, chúng được đặt cách điện đều nhau dọc theo trục và tạo thành một cấu trúc sóng chậm (sóng mặt), với hệ số sóng chậm :


1. Hệ số sóng chậm(tt): Giả thiết dòng trong các chấn tử có biên độ

bằng nhau nhưng lệch pha nhau ∆ . Nếu d là khoảng cách giữ hai chấn tử thì hệ số pha của sóng chậm sẽ được xác định bởi: . Ta có hệ số sóng chậm bằng :

Hệ số sóng chậm phụ thuộc vào độ dài l của

các chấn tử và khoảng cách d giữa chúng


Bảng hệ số sóng chậm


2. Tính đặc trưng hướng

Anten Yagi có thể coi là 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 chấn tử khi tính đến ảnh hưởng của đất thì đặ trưng hướng của nó được xác định bằng công thức:

ƒ =

Trong đó: là thừa số xác định đặc trưng hướng của chấn tử


2. Tính đặc trưng hướng(tt)

Theo các trị số dòng điện sẽ tính được hàm phương hướng tổ hợp:

Trong đó, là góc giữa trục anten và hướng của điểm khảo sát.



Trong mặt phẳng E: =

Trong mặt phẳng H: = 1



là thừa số ảnh hưởng của đất ( trong mặt phẳng H )

=

( h là độ cao anten )

là thừa số của hệ

=

là biên độ dòng trên chấn tử j

là biên độ dòng trên chấn tử chủ động

là pha của dòng trên chấn tử thứ j

là khoảng cách từ chấn tử j đến chấn tử 0


3. Tính trở kháng vào của chấn tử chủ động:

Khi có ảnh hưởng tương hỗ của các chấn tử thụ động thì trở kháng vào của chân chấn tử chủ động được tính như sau:

ZVA=RVA + iXVA

Trị số XA sẽ được chọn theo điều kiện để đảo bảo XVA=0, từ (2.6) sẽ xác định được XA và do đó ZVA=RVA


3. Tính trở kháng vào của anten

Độ Lợi của Anten

Áp dụng công thức tính độ định hướng

D = A với L = 0.21875

= = 1.75

Hệ số A phụ thuộc vào tỷ số được biểu thị trên hình sau:


4.Tiếp điện cho anten:

Chấn tử đơn giản được ứng dụng phổ biến nhất là chấn tử nửa sóng (2l = ) Để tiếp điện cho chấn tử ở dãi sóng cựa ngắn có thể dùng đường dây song hành hoặc cáp đồng trục . Ở đây ta sử dụng chấn tử vòng và cáp đồng trục để tiếp điện cho Anten . Như thế sẽ tăng trở kháng vào chấn tử chủ động nhằm mục đích mở rộng dải tần cho Anten


5.Dải thông của anten Yagi

Các anten Yagi phản ứng rất nhạy đối với sự biến đổi của tần số vì nó bao gồm các yếu tố cộng hưởng. Do đó anten Yagi có dải thông hẹp người ta xác định được rằng tác dụng của thanh phản xạ đối với trở vào của anten mạnh hơn nhiều đối với tác dụng của thanh dẫn xạ, vì thế nên dùng thanh phản xạ có dải thông rộng. Thông thường để mở rộng dải thông thường dùng thanh phản xạ là chấn tử vòng dẹt hoặc tốt hơn là trấn tử vòng dẹt kép, ngoài ra các thanh phản xạ này được cấp nguồn.


6 . Các thông số khác: Phần tử lái : Có chiều dài từ 0.45 - 0.49 , tùy thuộc bán kính , folded

dipole dùng để tăng trở kháng vào Phần từ hướng xạ: Có chiều dài từ 0.4 -0.45( khoảng 10% - 20% ngắn

hơn phần tử lái ) , các phần tử không cần có kích thước giống nhau.Phần từ phản xạ: Khoảng 0.5 ( khoảng 10% - 20% dài hơn phần tử

lái ) o Khoảng cách giữa các phần tử hướng xạ : 0.2 – 0.4 , không cần đều o Khoảng cách giữa các phần tử phản xạ : 0.1 - 0.5.

Điện trường của dãy anten Yagi – Uda là tổng các điện trường của N phần tử , mỗi phẩn tử có chiều dài L:

= =

V. Ứng dụng trong thực tế

- Anten Yagi được dùng rộng rãi trong vô tuyến truyền hình, trong các tuyến thông tin chuyển tiếp và trong các đài rada sóng mét. Anten này đươc dùng phổ biến như thế vì không những có tính định hướng tương đối tốt mà kích thước và trọng lượng không lớn lắm,cấu trúc lại đơn giản, dễ chế tạo..

-Loại anten này thường được sử dụng cho mô hình điểm- điểm và đôi khi cũng dùng trong mô hình điểm-đa điểm. Anten Yagi-Uda được xây dựng bằng cách hình thành một chuỗi tuyến tính các anten dipole song song nhau.

-Ứng dụng thực tế ở các băng tần: HF ( 3 – 30MHz ) , VHF ( 30 – 300MHz ) , UHF( 300MHz – 3GHz ).

V. Tính toán các thông số của anten Yagi-Uda ở dải tần 430MHz

Thiết kế một Yagi antenna, nhỏ gọn, hoạt động ở dải tần 430MHz được ứng dụng trong thu phát truyền hình.

Từ dải tần trung bình ta tính được tần số trung tâm và bước sóng là:

λ = = 697mm


Ta chọn mô hình anten cần thiết kế với các thông số được chọn như sau:

• N=5 là số chấn tử dẫn xạ, (N= 1,2,…,5 được ký hiệu như hình mỗi chấn tử có chiều dài là Lx)

• Một chấn tử phát xạ (chấn tử chủ động) ký hiệu 0, chiều dài Lbx=0.5* λ

• Một chấn tử phản xạ ký hiệu -1, chiều dài Lpx


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. Thường thì độ dài thanh phản xạ được chọn trong giới hạn (0,51 ÷ 0,53) .

Khoảng cách giữa thanh phản xạ và thanh phát xạ được chọn trong giới hạn (0,15÷0,25)λ.

Độ dài thanh dẫn xạ chọn ngắn hơn độ dài của chấn tử chủ động và bằng (0,22÷0,35)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 trên, ta chọn độ dài và khoảng cách của các chấn tử như sau: Chiều dài của chấn tử phát xạ:

Lbx=(0,5+- 10%) λ=348mm Chiều dài của chấn tử phản xạ:

Lpx = 0,53* λ=370mmKhoảng cách giữa chấn tử phát xạ và chấn tử phản xạ, chấn tử

bức xạ với dẫn xạ:

dx= 0,25* λ = 174 mm


Để tăng G của anten ta có 2 phương án:Thay đổi khoảng cách giữa các chấn tửThay đổi kích thước của các chấn tử

Phương pháp :

Thay đổi chiều dài chấn tử dẫn xạ, với chiều dài chấn tử dẫn xạ giảm dần L2=0,31 λ=216mmL3=0,29 λ=202mmL4=0,25 λ=174mmL5=0,23 λ=160mm

Chiều dài anten là:

L = 6*0.5* λ = 6*0.25*697=2091mm

Cảm ơn cô và các bạn đã theo dõi!!!

Documents

Anten Yagi-Uda (1)