1. Giới thiệu về Anten
Ăng-ten là cấu trúc chuyển tiếp giữa không gian trống và đường truyền, như trong Hình 1. Đường truyền có thể ở dạng đường dây đồng trục hoặc ống rỗng (ống dẫn sóng), được sử dụng để truyền năng lượng điện từ từ một nguồn tới anten hoặc từ anten tới máy thu. Cái trước là ăng-ten phát và cái sau là ăng-ten thu.
Hình 1 Đường truyền năng lượng điện từ (không gian không có đường truyền nguồn-ăng-ten)
Việc truyền của hệ thống ăng-ten ở chế độ truyền của Hình 1 được biểu thị bằng tương đương Thevenin như trong Hình 2, trong đó nguồn được biểu thị bằng một bộ tạo tín hiệu lý tưởng, đường truyền được biểu thị bằng một đường có trở kháng đặc tính Zc, và anten được biểu thị bằng tải ZA [ZA = (RL + Rr) + jXA]. Điện trở tải RL biểu thị tổn thất dẫn điện và điện môi liên quan đến cấu trúc ăng-ten, trong khi Rr biểu thị điện trở bức xạ của ăng-ten và điện kháng XA được sử dụng để biểu thị phần ảo của trở kháng liên quan đến bức xạ ăng-ten. Trong điều kiện lý tưởng, toàn bộ năng lượng do nguồn tín hiệu tạo ra phải được chuyển sang điện trở bức xạ Rr, giá trị này được dùng để biểu thị khả năng bức xạ của ăng-ten. Tuy nhiên, trong các ứng dụng thực tế, có những tổn thất điện môi-dây dẫn do đặc tính của đường truyền và ăng ten, cũng như tổn thất do phản xạ (không khớp) giữa đường truyền và ăng ten. Xem xét trở kháng bên trong của nguồn và bỏ qua tổn thất trên đường truyền và phản xạ (không khớp), công suất tối đa được cung cấp cho ăng-ten trong kết hợp liên hợp.
Hình 2
Do sự không khớp giữa đường truyền và ăng-ten, sóng phản xạ từ giao diện bị chồng lên sóng tới từ nguồn đến ăng-ten để tạo thành sóng dừng, biểu thị sự tập trung và lưu trữ năng lượng và là một thiết bị cộng hưởng điển hình. Mẫu sóng dừng điển hình được thể hiện bằng đường chấm trong Hình 2. Nếu hệ thống ăng-ten không được thiết kế hợp lý, đường truyền có thể hoạt động như một bộ phận lưu trữ năng lượng ở mức độ lớn, thay vì là một thiết bị dẫn sóng và truyền năng lượng.
Những tổn thất do đường truyền, ăng-ten và sóng dừng gây ra là không mong muốn. Có thể giảm thiểu tổn thất đường dây bằng cách chọn các đường truyền có tổn thất thấp, trong khi có thể giảm tổn thất ăng-ten bằng cách giảm khả năng chống suy hao được biểu thị bằng RL trong Hình 2. Có thể giảm sóng dừng và giảm thiểu việc tích trữ năng lượng trên đường dây bằng cách điều chỉnh trở kháng của anten (tải) với trở kháng đặc tính của đường truyền.
Trong các hệ thống không dây, ngoài việc thu hoặc truyền năng lượng, ăng-ten thường được yêu cầu tăng cường năng lượng bức xạ theo các hướng nhất định và triệt tiêu năng lượng bức xạ theo các hướng khác. Vì vậy, ngoài thiết bị phát hiện, anten còn phải được sử dụng làm thiết bị định hướng. Ăng-ten có thể có nhiều dạng khác nhau để đáp ứng nhu cầu cụ thể. Nó có thể là một sợi dây, một khẩu độ, một miếng vá, một cụm phần tử (mảng), một tấm phản xạ, một thấu kính, v.v.
Trong các hệ thống thông tin không dây, ăng-ten là một trong những thành phần quan trọng nhất. Thiết kế ăng-ten tốt có thể giảm yêu cầu hệ thống và cải thiện hiệu suất hệ thống tổng thể. Một ví dụ điển hình là truyền hình, nơi việc thu sóng có thể được cải thiện bằng cách sử dụng ăng-ten hiệu suất cao. Ăng-ten đối với hệ thống thông tin liên lạc giống như mắt đối với con người.
2. Phân loại ăng-ten
1. Ăng-ten dây
Ăng-ten dây là một trong những loại ăng-ten phổ biến nhất vì chúng được tìm thấy ở hầu hết mọi nơi - ô tô, tòa nhà, tàu thủy, máy bay, tàu vũ trụ, v.v. Ăng-ten dây có nhiều hình dạng khác nhau, chẳng hạn như đường thẳng (lưỡng cực), vòng, xoắn ốc, như trong Hình 3. Anten vòng không chỉ cần có hình tròn. Chúng có thể là hình chữ nhật, hình vuông, hình bầu dục hoặc bất kỳ hình dạng nào khác. Ăng-ten tròn là phổ biến nhất vì cấu trúc đơn giản của nó.
Hình 3
2. Anten khẩu độ
Ăng-ten khẩu độ đang đóng một vai trò lớn hơn do nhu cầu ngày càng tăng đối với các dạng ăng-ten phức tạp hơn và việc sử dụng tần số cao hơn. Một số dạng ăng-ten khẩu độ (ăng-ten hình chóp, hình nón và hình chữ nhật) được trình bày trong Hình 4. Loại ăng-ten này rất hữu ích cho các ứng dụng máy bay và tàu vũ trụ vì chúng có thể được gắn rất thuận tiện trên vỏ ngoài của máy bay hoặc tàu vũ trụ. Ngoài ra, chúng có thể được phủ một lớp vật liệu điện môi để bảo vệ chúng khỏi môi trường khắc nghiệt.
Hình 4
3. Anten vi dải
Ăng-ten vi dải trở nên rất phổ biến vào những năm 1970, chủ yếu dùng cho các ứng dụng vệ tinh. Ăng-ten bao gồm chất nền điện môi và miếng vá kim loại. Miếng vá kim loại có thể có nhiều hình dạng khác nhau và ăng-ten miếng vá hình chữ nhật trong Hình 5 là phổ biến nhất. Ăng-ten vi dải có cấu hình thấp, phù hợp với bề mặt phẳng và không phẳng, chế tạo đơn giản và rẻ tiền, có độ bền cao khi gắn trên bề mặt cứng và tương thích với thiết kế MMIC. Chúng có thể được gắn trên bề mặt máy bay, tàu vũ trụ, vệ tinh, tên lửa, ô tô và thậm chí cả thiết bị di động và có thể được thiết kế phù hợp.
Hình 5
4. Anten mảng
Các đặc tính bức xạ được yêu cầu bởi nhiều ứng dụng có thể không đạt được chỉ bằng một phần tử ăng ten. Mảng ăng-ten có thể tạo ra bức xạ từ các phần tử được tổng hợp để tạo ra bức xạ cực đại theo một hoặc nhiều hướng cụ thể, một ví dụ điển hình được thể hiện trên Hình 6.
Hình 6
5. Anten phản xạ
Sự thành công của việc thám hiểm không gian cũng dẫn đến sự phát triển nhanh chóng của lý thuyết ăng-ten. Do nhu cầu liên lạc ở khoảng cách cực xa nên phải sử dụng ăng-ten có độ lợi cực cao để truyền và nhận tín hiệu cách xa hàng triệu dặm. Trong ứng dụng này, dạng ăng-ten phổ biến là ăng-ten parabol như trong Hình 7. Loại ăng-ten này có đường kính từ 305 mét trở lên và kích thước lớn như vậy là cần thiết để đạt được mức tăng cao cần thiết để truyền hoặc nhận tín hiệu hàng triệu dặm xa. Một dạng gương phản xạ khác là gương phản xạ góc, như trong Hình 7 (c).
Hình 7
6. Ăng-ten ống kính
Thấu kính chủ yếu được sử dụng để đối chiếu năng lượng tán xạ tới nhằm ngăn nó lan truyền theo các hướng bức xạ không mong muốn. Bằng cách thay đổi hình học của thấu kính một cách thích hợp và chọn vật liệu phù hợp, họ có thể chuyển đổi nhiều dạng năng lượng phân kỳ khác nhau thành sóng phẳng. Chúng có thể được sử dụng trong hầu hết các ứng dụng như ăng-ten phản xạ parabol, đặc biệt ở tần số cao hơn, đồng thời kích thước và trọng lượng của chúng trở nên rất lớn ở tần số thấp hơn. Ăng-ten ống kính được phân loại theo vật liệu xây dựng hoặc hình dạng hình học của chúng, một số trong đó được thể hiện trong Hình 8.
Hình 8
Để tìm hiểu thêm về ăng-ten, vui lòng truy cập:
Thời gian đăng: 19-07-2024
