Tin tức - Lý thuyết anten – Các thông số cơ bản

Chương này giới thiệu các thông số cơ bản của truyền thông không dây, nhằm mục đích cung cấp sự hiểu biết tốt hơn về vai trò của anten trong các hệ thống truyền thông. Truyền thông không dây được thực hiện dưới dạng sóng điện từ, do đó việc hiểu rõ đặc tính lan truyền của sóng là rất cần thiết.

Trong chương này, chúng ta sẽ thảo luận về các thông số sau:

•Tính thường xuyên
•Bước sóng
• Phối hợp trở kháng
• VSWR & Công suất phản xạ
•Băng thông
• Phần trăm băng thông
•Cường độ bức xạ

Bây giờ, chúng ta hãy cùng xem xét chi tiết hơn về chúng.

Tính thường xuyên:

Theo định nghĩa tiêu chuẩn, tần số là số lần lặp lại của một sóng trên một đơn vị thời gian. Nói một cách đơn giản, tần số mô tả mức độ thường xuyên xảy ra của một sự kiện. Một sóng tuần hoàn lặp lại sau mỗi T giây (một chu kỳ), và tần số của nó là nghịch đảo của chu kỳ thời gian T.

Về mặt toán học, nó được biểu diễn như sau:

$$f = \frac{1}{T}$$

•F biểu thị tần số của một sóng tuần hoàn, trong khi

•T là thời gian cần thiết để hoàn thành một chu kỳ đầy đủ.

Tần số được đo bằng hertz, viết tắt là Hz.

Hình trên minh họa một sóng sin, biểu diễn điện áp (tính bằng mV) theo thời gian (tính bằng ms). Dạng sóng này lặp lại sau mỗi 2t mili giây; do đó, chu kỳ T = 2t ms và tần số f = 1/(2t) kHz.

Bước sóng:

Theo định nghĩa tiêu chuẩn, khoảng cách giữa hai đỉnh liên tiếp hoặc hai đáy liên tiếp được gọi là bước sóng.

Nói một cách đơn giản, bước sóng là khoảng cách giữa hai đỉnh dương liền kề hoặc hai đỉnh âm liền kề. Hình dưới đây cho thấy một dạng sóng tuần hoàn, với bước sóng (λ) và biên độ được đánh dấu. Tần số càng cao, bước sóng càng ngắn và ngược lại.

Công thức tính bước sóng là:

$$\lambda = \frac{c}{f}$$

•λ biểu thị bước sóng

•C là tốc độ ánh sáng (3 × 10^8 mét mỗi giây)

•F là tần số

Bước sóng λ được biểu thị bằng các đơn vị độ dài, chẳng hạn như mét, feet hoặc inch. Đơn vị thường được sử dụng là mét.

Phối hợp trở kháng:

Theo định nghĩa tiêu chuẩn, sự phù hợp trở kháng xảy ra khi trở kháng của bộ phát xấp xỉ bằng trở kháng của bộ thu.

Cần phải có sự phối hợp trở kháng giữa anten và mạch điện. Trở kháng của anten, đường truyền và mạch điện phải được phối hợp để đạt được hiệu suất truyền tải công suất tối đa giữa anten và bộ thu hoặc bộ phát.

Sự cần thiết của việc ghép nối
Các thiết bị cộng hưởng có khả năng cung cấp đầu ra tối ưu trong một số dải tần hẹp nhất định. Là một thiết bị cộng hưởng, ăng-ten có thể đạt được hiệu suất đầu ra tốt hơn khi trở kháng của nó được phối hợp đúng cách.

•Khi trở kháng của anten khớp với trở kháng của không gian tự do, công suất bức xạ từ anten sẽ được truyền tải hiệu quả.

• Đối với anten thu, trở kháng đầu ra của nó phải phù hợp với trở kháng đầu vào của mạch khuếch đại thu.

• Đối với anten phát, trở kháng đầu vào của nó phải phù hợp với trở kháng đầu ra của bộ khuếch đại phát cũng như trở kháng đặc trưng của đường truyền.

Trở kháng được đo bằng ôm, ký hiệu là Z.

VSWR & Công suất phản xạ:

Theo định nghĩa tiêu chuẩn, tỷ lệ giữa điện áp cực đại và điện áp cực tiểu trong sóng dừng được gọi là tỷ số sóng dừng điện áp (VSWR).

Khi trở kháng của anten, đường truyền và mạch điện không khớp nhau, công suất không thể được bức xạ hiệu quả; thay vào đó, một phần công suất sẽ bị phản xạ ngược trở lại.

Các đặc điểm chính là —

•Thông số biểu thị mức độ không khớp trở kháng được gọi là Tỷ số sóng đứng điện áp (VSWR).

• VSWR là viết tắt của Voltage Standing Wave Ratio (Tỷ số sóng đứng điện áp) và cũng thường được gọi là SWR.

• Độ lệch trở kháng càng lớn thì giá trị VSWR càng cao.

•Để đạt được hiệu quả bức xạ, giá trị VSWR lý tưởng là 1:1.

•Công suất phản xạ đề cập đến phần công suất truyền đi bị lãng phí. Công suất phản xạ và VSWR về cơ bản mô tả cùng một hiện tượng vật lý nhưng từ các góc độ khác nhau.

Băng thông:

Theo định nghĩa tiêu chuẩn, dải tần số trong phạm vi bước sóng xác định được phân bổ cho một loại liên lạc cụ thể được gọi là băng thông.

Khi một tín hiệu được truyền đi hoặc nhận về, nó hoạt động trong một dải tần số nhất định. Dải tần số cụ thể này được gán cho một tín hiệu nhất định để ngăn chặn sự nhiễu sóng từ các tín hiệu khác trong quá trình truyền dẫn.

• Băng thông đề cập đến dải tần số nằm giữa giới hạn tần số cao và giới hạn tần số thấp của tín hiệu truyền dẫn.

•Sau khi băng thông được phân bổ, người khác không thể sử dụng nó.

•Toàn bộ phổ tần được chia thành các phân đoạn băng thông, mỗi phân đoạn được gán cho các máy phát khác nhau.

Băng thông mà chúng ta vừa thảo luận cũng có thể được gọi là băng thông tuyệt đối.

Băng thông phần trăm:

Theo định nghĩa tiêu chuẩn, tỷ lệ giữa băng thông tuyệt đối và tần số trung tâm được gọi là băng thông phần trăm.

Tần số trong một dải tần mà tại đó cường độ tín hiệu đạt mức tối đa được gọi là tần số cộng hưởng, hay còn được gọi là tần số trung tâm của dải tần, ký hiệu là fC.

• Các tần số cao hơn và thấp hơn của dải tần được ký hiệu lần lượt là fH và fL.

• Băng thông tuyệt đối được tính bằng fH − fL

•Để đánh giá độ rộng của một dải tần số, cần phải tính toán băng thông tương đối hoặc băng thông phần trăm của nó.

Tỷ lệ băng thông được tính toán để hiểu phạm vi biến đổi tần số mà một linh kiện hoặc hệ thống có thể xử lý.

•fH biểu thị tần số cao hơn

•fL biểu thị tần số thấp hơn

•fc biểu thị tần số trung tâm

Tỷ lệ băng thông càng lớn thì băng thông kênh càng rộng.

Cường độ bức xạ:

Cường độ bức xạ được định nghĩa là công suất bức xạ trên mỗi đơn vị góc khối.

Ăng-ten phát xạ mạnh hơn ở những hướng nhất định, tương ứng với cường độ bức xạ tối đa của nó. Phạm vi bức xạ tối đa có thể được xác định bởi cường độ bức xạ.

Biểu thức toán học
Cường độ bức xạ được tính bằng cách nhân mật độ công suất bức xạ với bình phương khoảng cách xuyên tâm: