Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
7 Các mô hình phân tích anten vi dải

7 Các mô hình phân tích anten vi dải

Tải bản đầy đủ - 0trang

(1-11)



 Chiều dài hiệu dụng, tần số cộng hưởng và chiều rộng hiệu dụng

Trong mặt phẳng Oxy do hiệu ứng viền, kích thước patch của anten vi dải về

mặt điện lớn hơn so với kích thước vật lý. Do đó chiều dài điện của patch vượt so

với chiều dài vật lý một khoảng L về mỗi phía và được tính theo cơng thức:

(1-12)

Khi đó, chiều dài của patch lúc này sẽ là:



Hình 1.13 Chiều dài tấm patch được mở rộng về hai phía

Giả sử, mode ưu thế là TM010 tần số cộng hưởng của anten vi dải là hàm của

chiều dài:

(1-13)

Với là vận tốc ánh sáng trong không gian tự do. Do hiệu ứng viền, nên công

thức được thay thế bằng:

(1-14)



Hệ số q là hệ số suy giảm chiều dài. Khi độ dày lớp nền điện môi tăng, hiệu

ứng viền tăng dẫn đến sự khác biệt giữa những bức xạ rìa và các tần số cộng hưởng

thấp hơn.

 Điện dẫn

Anten gồm hai khe bức xạ, mỗi khe được diễn tả bởi một dẫn nạp Y (với điện

dẫn G và điện nạp B),trong đó cho một khe với bề rộng hữu hạn:



(1-15)



Y1= G1 +jB1



(1-16)

(1-17)

Hai khe được xem như đồng nhất, dẫn Gạp tương đương của nó sẽ là:

Y2 = Y1; G2 = G1; B2 = B1

Điện dẫn của khe đơn có được bằng cách phân tích trường theo mơ hình hốc

cộng hưởng.

(1-18)

Với là cơng suất bức xạ:

(1-19)

Do đó, điện dẫn G có thể được biểu diễn lại:

(1-20)

 Trở kháng vào tại tần số cộng hưởng

Do hiệu ứng viền khoảng cách hai khe <, dẫn nạp của khe 2 là:

(1-21)

Dẫn nạp và trở kháng vào tại cộng hưởng là:

(1-22)

(1-23)

Trong thực tế, hai khe có sự ảnh hưởng qua lại lẫn nhau biểu diễn bởi điện

dẫn tương hỗ do đó:

(1-24)



Với dấu “+” tương ứng với các mode lẻ, Với dấu “-” tương ứng với các

mode chẵn.

(1-25)

Hàm là hàm Bessel loại 1 bậc không.

Hình biểu diễn thay đổi vị trí điểm feed và trở kháng chuẩn hóa ngõ vào khi

điểm feed dịch chuyển theo trục y dọc theo đường truyền:



Hình 1.14 Thay đổi vị trí điểm feed để có trở kháng vào phù hợp

Với đường feed vi dải có trở kháng đặc tính

(1-26)

là chiều rộng đường feed, ngõ vào ứng với vị trí chèn tương ứng được cho

bởi công thức:

(1-27)

Với là dẫn nạp đặc tính của đường feed. Hầu hết các đường feed vi dải có

<< 1 và<< 1 nên:

(1-28)

Thường phối hợp trở kháng với điện trở 50 Ohm nên độ dài inset feed là:

(1-29)



1.7.2



Mô hình hốc cộng hưởng

Khi miếng patch được tiếp điện, điện tích phân bố được thiết lập ở mặt trên



và mặt dưới của patch cũng như trên bề mặt của mặt phẳng đất.



Hình 1.15 Phân bố điện tích và dòng điện trong anten vi dải hình chữ nhật.

Sự phân bổ điện tích được điều khiển bởi hai cơ chế hút và đẩy. Cơ chế hút là

các điện tích trái dấu dưới cùng của miếng patch và mặt phẳng đất có xu hướng giữ

nguyên mật độ điện tích. Cơ chế đẩy là giữa các điện tích trên mặt đấy của miếng

patch đẩy một số điện tích từ dưới cùng của patch, xung quanh các cạnh lên mặt

trên của tấm patch. Sự dịch chuyển này tạo ra các mật độ dòng tương ứng là Jb và Jt

tại mặt dưới và mặt trên của patch.

Thực tế, anten vi dải có tỉ số h/W rất nhỏ nên cơ chế hút trội hơn và hầu hết

điện tích tập trung ở mặt dưới miếng patch. Một lượng nhỏ dòng chảy xung quanh

các cạnh của patch với bề mặt trên cùng của nó, dòng chảy giảm khi tỉ lệ h/W giảm,

lý tưởng khi dòng này bằng 0 và sẽ không tạo ra từ trường tiếp tuyến với cạnh của

patch, cho phép 4 cạnh bên được mô hình hóa thành các bề mặt dẫn từ hồn hảo.

Do độ dày của vi dải rất mỏng, các sóng được tạo ra bên trong của lớp nền

điện môi bị phản xạ mạnh khi đến cạnh của patch, chỉ có sốt ít năng lượng tới được

bức xạ, hiệu quả anten thấp. Vì độ dày của lớp nền rất nhỏ, có thể xem trường dọc

theo chiều cao là khơng đổi, trường dò dọc theo cạnh patch cũng rất nhỏ, do đó điện

trường E gần như vng góc với bề mặt tấm patch. Chỉ có trường TM (từ ngang)

được xét bên trong hốc, mặt trên và đáy là dẫn điện hoàn hảo, 4 cạnh tường xung

quanh xem như các tường dẫn từ hoàn hảo [2].



Hình 1.16 Mô hình hốc cộng hưởng

Các trường bên trong hốc cộng hưởng được biểu diễn bởi hàm vô hướng A x

thành phần theo trục x của vector từ thế. Ax thõa mãn phương trình sóng đồng nhất:

với



(1-30)



Giải phương trình vi phân trên ta được nghiệm tổng quát:

Ax = [A1cos(kxx) + B1sin(kxx)][A2cos(kyy) + B2sin(kyy)]



(1-31)



[ A3cos(kzz) + B3sin(kzz)]

Với kx, ky, kz là các hằng số sóng dọc theo các hướng trục x, y, z thõa mãn

phương trình:

(1-32)

Điện trường và từ trường bên trong hốc liên quan đến vector thế Ax:

(1-33)

(1-34)

(1-35)

Mode với tần số cộng hưởng thấp nhất là mode ưu thế, thông thường L>W

nên mode với tần số cộng hưởng thấp nhất là mode :

(1-36)

Mode là mode được xét trong mô hình truyền dẫn. Sự phân bố của một số

mode bậc thấp được cho như hình dưới:



Hình 1.17 Các mode của anten vi dải patch hình chữ nhật

1.8



Các thông số khác của anten vi dải



1.8.1 Băng thông của anten vi dải

Độ rộng băng thông của anten mạch dải là khoảng tần số mà ở đó anten phối

hợp tốt với đường dây tiếp điện trong một giới hạn xác định. Độ rộng băng thông

(BW) thường được xác định thông qua hệ số sóng đứng cho phép trên khoảng tần số

nào đó. Thường các anten vi dải dùng trong thương mại sử dụng tỉ số 2:1 hoặc

1.5:1.

(1-37)

Trong đó: VSWR là tỉ số sóng đứng.

QT là hệ số phẩm chất của anten vi dải.

QT =



(1-38)



Theo công thức, BW tỉ lệ nghịch với hệ số phẩm chất QT của anten. Vì vậy,

để tăng băng thông ta có thể làm giảm hệ số phẩm chất QT. Ta có thể thay đổi chiều

dày lớp điện mơi cũng như hằng số điện mơi để có thể đạt được hệ số phẩm chất

mong muốn.



Để tăng độ rộng băng có thể sử dụng lớp điện môi dày, với hằng số điện môi

thấp. Tuy nhiên, trong thực tế việc tăng độ dày lớp điện mơi là có giới hạn vì khi t ≥

0,1�0 thì ảnh hưởng của sóng bề mặt sẽ làm giảm hiệu suất của anten.

1.8.2 Phân cực của anten vi dải

Anten vi dải có thể được chế tạo để nhận được trường bức xạ phân cực thẳng

và phân cực quay. Phân cực thẳng sẽ nhận được khi điểm tiếp điện được đặt vào

giữa một cạnh của tấm patch.

Ta có thể tạo ra trường phân cực quay bằng cách tổ hợp hai sóng phân cực

thẳng vng góc với nhau. Ta có thể tạo ra hai sóng phân cực thẳng trực giao từ một

phần tử anten vi dải hình vng có kích thước L=W=�d/2, với việc tiếp điện riêng

rẽ vào hai điểm nằm ở trung điểm hai cạnh kề nhau của tấm patch.

1.8.3 Độ định hướng của anten vi dải

Độ định hướng của anten vi dải là một trong những hệ số chất lượng quan

trọng đối với mỗi loại anten:

(1-39)

Trong đó: Prad là công suất bức xạ.



Umax là mật độ bức xạ lớn nhất.

Với trường hợp khe đơn: sử dụng điện trường thì mật độ bức xạ lớn nhất vậy

nên độ định hướng của một khe đơn là:

(1-40)

Trong đó:

1.9



(1-41)



Kết luận chương

Chương này đã trình bày những kiến thức cơ bản về anten vi dải: định nghĩa



anten vi dải, cấu trúc anten vi dải, các ưu điểm vượt trội và hạn chế băng hẹp của

anten vi dải. Đồng thời cũng trình bày về ngun lý bức xạ, một số cơng thức tính

tốn các thông số của anten vi dải và tìm hiểu về anten patch hình chữ nhật. Từ đó

áp dụng để phân tích, tính tốn đưa ra phương pháp mở rộng băng thông để thiết kế

một anten vi dải băng rộng.



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

7 Các mô hình phân tích anten vi dải

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×