CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM
Tải bản đầy đủ - 0trang
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Hà Thị Hiền- CA140064-2014A
4.1.2. Hợp kim đồng [21]
4.1.2.1.
Đồng thiếc
Hợp kim đồng thiếc được gia công khá tốt bằng áp lực và cắt gọt. Độ co ngót
của nó rất nhỏ khi đúc, dưới 1%, trong khi độ co ngót của đồng thau và gang là khoảng
1,5% và thép là trên 2%.
Các dạng đồng thiếc hợp kim hóa được với kẽm, niken và phốt pho. Kẽm có thể
cho vào tới 10%, với mức độ như thế nó gần như khơng thay đổi các tính chất của đồng
thiếc, nhưng làm cho đồng thiếc trở nên rẻ tiền hơn. Chì và phốt pho làm tăng khả năng
chịu mài mòn của đồng điếu và khả năng gia cơng bằng cắt gọt.
4.1.2.2.
Đồng thau
Đồng thau là hợp kim của đồng và kẽm. Tỷ lệ pha chế giữa đồng và kẽm cho ta
một loạt các đồng thau đa dạng khác nhau. Đồng thau có một màu vàng, đơi khi khá
giống màu của vàng, nó có thể duy trì được độ sáng bóng trong điều kiện mơi trường
bình thường. Trong q trình nấu chảy quặng, kẽm được tách ra và hòa lẫn vào đồng
tạo thành đồng thau tự nhiên. Kẽm trong đồng thau đã giúp cho điểm nóng chảy của
đồng thau thấp xuống đáng kể.
4.1.2.3.
Hợp kim đồng hiện đại
Do giá thành cao của thiếc nên người ta đã tìm các chất thay thế cho đồng thiếc.
Các loại hợp kim đồng mới này chứa ít thiếc hơn so với đồng thiếc trước kia đã sử
dụng hoặc hồn tồn khơng chứa thiếc.
Ngày nay, tồn tại một loạt các loại hợp kim đồng không chứa thiếc, thậm chí cả
kẽm. Chúng là hợp kim kép hay nhiều thành phần của đồng với nhơm, mangan, sắt,
chì, niken,berili, silic v.v. Độ co ngót của các loại hợp kim này đều cao hơn của đồng
thiếc. Tuy nhiên, theo một vài tính chất khác thì hợp kim mới lại ưu việt hơn đồng
thiếc. Đồng nhôm, silic và đặc biệt là đồng berili có tính chất cơ khí tốt hơn, đồng
nhơm tốt hơn theo độ chống ăn mòn, còn đồng silic tốt hơn về độ chảy loãng.
54
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Hà Thị Hiền- CA140064-2014A
Ngoài ra, độ bền của đồng nhơm và đồng berili có thể gia tăng bằng gia công
nhiệt. Cũng cần phải đề cập tới các hợp kim của đồng với phốt pho. Chúng không thể
phục vụ trong vai trò của vật liệu chế tạo cơ khí, vì thế nói chung người ta khơng gọi
nó là đồng điếu. Tuy nhiên, nó là mặt hàng được giao dịch trên thị trường thế giới và
phục vụ trong vai trò của hợp kim trung gian để sản xuất nhiều chủng loại đồng điếu có
chứa phốt pho, cũng như để khử ôxy các hợp kim trên cơ sở là nền đồng.
4.1.3. Lựa chọn vật liệu gia cơng ăng ten
Sau khi tìm hiểu các đặc tính kĩ thuật của một số loại hợp kim kim loại, tác giả
thấy rằng hợp kim của đồng có nhiều ưu thế vượt trội hơn so với hợp kim của nhơm về
đặc điểm từ tính và các tính chất dẫn cũng như. Hợp kim của đồng cứng hơn, chịu lực
tốt và dễ chế tạo hơn hợp kim nhơm nhưng giá thành chế tạo khó hơn nhơm. Sau khi
xem xét và cân bằng những thông số cần thiết nhất đối với một ăng ten trong lĩnh vực
truyền công suất cao sử dụng chùm tia vi ba, tác giả quyết định lựa chọn hợp kim đồng
để gia công thiết bị.
4.2.
Chế tạo ăng ten loa
Sau khi mô phỏng, tối ưu các thông số của ăng ten, tác giả tiến hành chế tạo thử
nghiệm ăng ten loa sử dụng vật liệu là hợp kim đồng. Cấu trúc ăng ten loa với hai bộ
phận chính là hộp cộng hưởng và phần thân ăng ten (bộ phận bức xạ sóng điện từ)
được thể hiện trên Hình 4.1.
a)
b)
55
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Hà Thị Hiền- CA140064-2014A
c)
d)
Hình 4. 1 Cấu trúc mặt trước (phải) và mặt sau của ăng ten (trái) hoạt động tại tần số
trung tâm 2,45 Ghz
Tác giả tiến hành đo một số thơng số chính của ăng ten loa hoạt động tại tần số
trung tâm 2,45 Ghz tại Trung tâm 80, Cục tác chiến điện tử:
Các số thiết bị sử dụng trong quá trình đo ăng ten:
-
Bộ dụng cụ hiệu chuẩn 3653 bao gồm tất cả những dụng cụ và thành phần chính
xác yêu cầu để kiểm chuẩn 37377D cho 12 phép đo của thiết bị đo với kiểu
connector kiểu N-type. Các thành phần được bao gồm cho việc kiểm chuẩn cả
cổng kiểm tra đực và cái.
Hình 4. 2 Bộ hiệu chuẩn model 3653
56
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Hà Thị Hiền- CA140064-2014A
-
Máy phát sóng chuẩn SMR-20
-
Ăng ten phát là ăng ten loa HL040
-
Thiết bị phân tích mạng véc tơ VNA 37377D đo đặc tính biên độ và pha của
mạng 4 cực bao gồm các thiết bị thụ động, vị dụ cáp, bộ lọc, ăng ten…, bộ
khuếch đại tạp âm thấp. VNA 37377D thực hiện chức năng của mình bằng cách
so sánh tín hiệu phát ra từ máy phân tích với tín hiệu truyền qua thiết bị kiểm tra
hoặc tín hiệu phản xạ từ đầu vào của nó.
Hình 4. 3 Máy phân tích mạng vector VNA 37377D
-
Máy phân tích phổ E-4407B
4.2.1. Kết quả đo S11, VSWR, trở kháng đầu vào ăng ten
Các phép đo độ suy hao do phản xạ S11, hệ số tỷ lệ sóng đứng điện áp VSWR,
trở kháng đầu vào của ăng ten:
57
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Hà Thị Hiền- CA140064-2014A
Sơ đồ đo các thông số độ suy hao do phản xạ S11, hệ số tỷ lệ sóng đứng điện áp
VSWR, trở kháng đầu vào của ăng ten được mơ tả trên Hình 4. 4. ăng ten được nối trực
tiếp đến máy phân tích mạng (Network Analyzer VNA 37377D) thơng qua cáp đồng
trục.
Hình 4. 4: Sơ đồ đo hệ số phản xạ S11, VSWR, trở kháng đầu vào của ăng ten
Hình 4. 5 Kết quả đo độ suy hao do phản xạ S11
58
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Hà Thị Hiền- CA140064-2014A
Hình 4. 6 Kết quả đo trở kháng trở đầu vào ăng ten
Trở kháng đầu vào của ăng ten là: Zin=42,802-j5,057 Ω. Trở kháng đầu vào thực
tế gần bằng 50 Ω nên ta thấy ăng ten phối hợp trở kháng tốt, độ tổn hao do phản xạ
giảm.
4.2.2. Đo độ tăng ích (Gain) của ăng ten
59
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Hà Thị Hiền- CA140064-2014A
Hình 4. 7 Sơ đồ đo độ tăng ích của ăng ten
Tiến hành đo (phép đo được thực hiện tại Trung tâm 80, Cục Tác chiến điện tử):
-
Đo cơng suất tín hiệu thu được bằng ăng ten mẫu 3115;
-
Đo cơng suất tín hiệu bằng ăng ten cần kiểm tra;
-
Quay ăng ten thu và ăng ten phát theo , và phân cực để nhận được mức tín
'
hiệu lớn nhất. Đọc công suất P thu được từ ăng ten 3115 và công suất P
thu
được (dBm) từ ăng ten cần kiểm tra;
-
'
Xác định hệ số khuếch đại ăng ten theo công thức: G = G3115 + ( P
- P ), đơn
vị dBi với G3115 là hệ số khuếch đại của ăng ten mẫu 3115.
Thực hiện phép đo trên đối với ăng ten lưỡng cực vi dải đã chế tạo ta được kết
'
quả: P
= -18,2 dBm, P = - 29,5 dBm.
Biết G3115 = 7,3 dBi,
Ta tính được độ tăng ích của ăng ten lưỡng cực vi dải là:
G = 7,3 + (-18,2 +29,5) = 18,6 dBi
Tổng hợp các kết quả, ta được số liệu như trong Bảng 4. 1 và Hình 4.8. Theo số
liệu từ Bảng 4. 1, ta thấy rằng các thông số chế tạo thực nghiệm khá tốt so với các
thơng số của ăng ten trong q trình mơ phỏng. ăng ten loa với các thông số thực
nghiệm như trên hoàn toàn đáp ứng tốt những yêu cầu kỹ thuật của ăng ten và có thể
60
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Hà Thị Hiền- CA140064-2014A
ứng dụng làm ăng ten thu của rectenna trong hệ truyền công suất không dây với tần số
hoạt động trung tâm 2,45 Ghz.
Bảng 4. 1: Bảng so sánh kết quả mô phỏng và thực nghiệm các thông số của ăng ten
Kết quả mô phỏng
S11
VSWR
-24,62 dB
1,124
Kết quả thực nghiệm
Độ tăng ích
S11
VSWR
-20,478 dB
1,21
(Gain)
20,28 dBi
Độ tăng ích
(Gain)
18,6 dBi
Hình 4. 8 Kết quả so sánh giữa mơ phỏng và thực nghiệm độ suy hao do phản xạ S11
4.3.
Xây dựng hệ truyền công suất không dây sử dụng ăng ten loa làm ăng ten
thu
61
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Hà Thị Hiền- CA140064-2014A
4.3.1. Khối thiết bị phát
a. Máy phát cơng suất vi ba
Trong q trình thí nghiệm truyền thu công suất vi ba không dây, tác giả cùng
các cộng sự sử dụng hai loại máy phát vi ba với các thơng số chính dưới đây:
Máy phát cơng suất vi ba tự chế tạo công suất phát 20W thông số kỹ thật cho ở
bảng 4.3
Bảng 4. 2. Bảng các thơng số kỹ thuật chính của máy phát cơng suất tự chế tạo
STT
Tên thông số
Đặc trưng kỹ thuật
1
Tên thiết bị
Máy phát công suất vi ba
2
Ký hiệu
VT/CB-03/13-15
3
4
5
6
7
Hiệu điện thế
nguồn
220V±5%, 1pha
Công suất phát
0,15W - 20W (Max 20W, sai số < 5% )
Cách thức điều
Liên tục, thay đổi tín hiệu vào khuếch đại bằng điều
chỉnh công suất
chỉnh chiết áp
Tần số
2,45 GHz ± 100 MHz (Fix)
Đầu ra công suất vi
ba
Đầu nối loại N (Female), Cáp đồng trục 50Ω
8
Công suất tiêu thụ
Phát 20W tiêu thụ cơng suất 121VA
9
Trọng lượng
8,1 Kg
10
Kích thước
36 cm x 44 cm x 12,5 cm
11
Tản nhiệt
Khơng khí
12
Độ rò rỉ
Bức xạ dò ra ngoài < 50 nW
62
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Hà Thị Hiền- CA140064-2014A
13
Sản phẩm thử
nghiệm
Phòng Vật liệu và Linh kiện năng lượng, Viện Khoa
học Vật liệu (Sản phẩm thuộc đề tài mã số VT/CB03/13-15)
Máy phát công suất vi ba nhập khẩu từ Pháp (Hãng Sairem)
Hình 4. 9 Máy phát công suất vi ba của Hãng Sairem với công suất phát cực đại 200W
STT
Tên thông số
Đặc trưng kỹ thuật
1
Tên thiết bị
Máy phát công suất vi ba
2
Xuất sứ
Hãng Sairem (Pháp)
3
Hiệu điện thế nguồn
220V±5%, 1pha
4
Công suất phát
1W – 200W (sai số ± 2%)
5
6
Cách thức điều chỉnh
công suất
Tần số
Điều chỉnh từng nấc, mỗi nấc tăng giảm 1W
2,43 – 2,47 GHz, có thể điều chỉnh từng bước với
100 kHz/1 bước.
63
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Hà Thị Hiền- CA140064-2014A
7
Đầu ra công suất vi ba
Đầu nối loại N (Female), Cáp đồng trục 50Ω
8
Công suất tiêu thụ
Phát 200W tiêu thụ công suất 670VA
9
Trọng lượng
11,9 Kg
Ăng ten phát được sử dụng trong hệ truyền công suất không dây ở đây là ăng ten
grid parabol với các thơng số kỹ thuật dưới đây:
Hình 4. 10 Ăng ten Grid Parabol tại phòng thí nghiệm
Bảng 4. 3. Bảng các thông số kỹ thuật của ăng ten Grid Parabol
Tần số
2,4 – 2,5 GHz
Gain
27 dBi
Phân cực
Đứng
Độ rộng chùm tia theo phương ngang
6,50
Độ rộng chùm tia theo phương thẳng 80
đứng
64