1. Giới thiệu về Ăng-ten
Ăng-ten là cấu trúc chuyển tiếp giữa không gian tự do và đường truyền, như thể hiện 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 nguồn đến ăng-ten, hoặc từ ăng-ten đến bộ thu. Loại thứ nhất là ăng-ten phát, và loại thứ hai là ăng-ten thu.
Hình 1. Đường truyền năng lượng điện từ (nguồn - đường dây truyền tải - ăng-ten - không gian tự do)
Sự truyền dẫn của hệ thống anten ở chế độ truyền dẫn trong Hình 1 được biểu diễn bằng mạch tương đương Thevenin như trong Hình 2, trong đó nguồn được biểu diễn bằng một máy phát tín hiệu lý tưởng, đường truyền được biểu diễn bằng một đường dây có trở kháng đặc trưng Zc, và anten được biểu diễn bằng tải ZA [ZA = (RL + Rr) + jXA]. Điện trở tải RL biểu thị tổn hao dẫn điện và điện môi liên quan đến cấu trúc anten, trong khi Rr biểu thị điện trở bức xạ của anten, và điện kháng XA được sử dụng để biểu thị phần ảo của trở kháng liên quan đến bức xạ của anten. Trong điều kiện lý tưởng, tất cả năng lượng được tạo ra bởi nguồn tín hiệu sẽ được truyền đến điện trở bức xạ Rr, được sử dụng để biểu thị khả năng bức xạ của anten. Tuy nhiên, trong các ứng dụng thực tế, có tổn hao dẫn điện-điện môi do đặc tính của đường truyền và anten, cũng như tổn hao do phản xạ (không khớp) giữa đường truyền và anten. Xét đến trở kháng nội của nguồn và bỏ qua tổn thất đường truyền và phản xạ (không khớp trở kháng), công suất tối đa được cung cấp cho anten khi sử dụng phối hợp trở kháng liên hợp.
Hình 2
Do sự không khớp giữa đường truyền và anten, sóng phản xạ từ giao diện được chồng lên sóng tới từ nguồn đến anten để tạo thành sóng dừng, biểu thị sự tập trung và lưu trữ năng lượng và là một thiết bị cộng hưởng điển hình. Hình dạng sóng dừng điển hình được thể hiện bằng đường chấm chấm trong Hình 2. Nếu hệ thống anten không được thiết kế đúng cách, đường truyền có thể hoạt động như một phần tử lưu trữ năng lượng ở mức độ lớn, thay vì là một ống dẫn sóng và thiết bị truyền năng lượng.
Các tổn thất do đường truyền, anten và sóng đứng gây ra là không mong muốn. Tổn thất đường truyền có thể được giảm thiểu bằng cách chọn các đường truyền có tổn thất thấp, trong khi tổn thất anten có thể được giảm bằng cách giảm điện trở tổn hao được biểu thị bằng RL trong Hình 2. Sóng đứng có thể được giảm thiểu và sự tích trữ năng lượng trong đường truyền có thể được giảm thiểu bằng cách khớp trở kháng của anten (tải) với trở kháng đặc trưng của đường truyền.
Trong các hệ thống không dây, ngoài việc thu hoặc phát năng lượng, ăng-ten thường được yêu cầu để tăng cường năng lượng bức xạ theo một số hướng nhất định và triệt tiêu năng lượng bức xạ theo các hướng khác. Do đó, ngoài chức năng của thiết bị thu, ăng-ten cũng phải được sử dụng như thiết bị định hướng. Ăng-ten có thể có nhiều hình dạng khác nhau để đáp ứng các nhu cầu cụ thể. Nó có thể là dây dẫn, khe hở, mảng, cụm phần tử (mảng), gương phản xạ, thấu kính, v.v.
Trong các hệ thống truyền thông không dây, anten là một trong những thành phần quan trọng nhất. Thiết kế anten tốt có thể giảm yêu cầu hệ thống và cải thiện hiệu suất tổng thể của hệ thống. Một ví dụ điển hình là truyền hình, nơi việc thu sóng có thể được cải thiện bằng cách sử dụng anten hiệu suất cao. Anten đối với hệ thống truyền thông cũng giống như mắt đối với con người.
2. Phân loại Anten
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 thuyền, máy bay, tàu vũ trụ, v.v. Có nhiều hình dạng ăng-ten dây khác nhau, chẳng hạn như đường thẳng (lưỡng cực), vòng, xoắn ốc, như thể hiện trong Hình 3. Ăng-ten vòng không nhất thiết chỉ có hình tròn. Chúng có thể có 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. Ăng-ten khẩu độ
Ăng-ten khẩu độ đang đóng vai trò ngày càng quan trọng do nhu cầu ngày càng tăng đối với các dạng ăng-ten phức tạp hơn và việc sử dụng các tần số cao hơn. Một số dạng ăng-ten khẩu độ (ăng-ten hình chóp, hình nón và hình chữ nhật dạng loa) được thể hiện trong Hình 4. Loại ăng-ten này rất hữu ích cho các ứng dụng trên máy bay và tàu vũ trụ vì chúng có thể được gắn rất thuận tiện trên lớp 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 các môi trường khắc nghiệt.
Hình 4
3. Ăng-ten vi dải
Ăng-ten vi dải trở nên rất phổ biến vào những năm 1970, chủ yếu cho các ứng dụng vệ tinh. Ăng-ten này bao gồm một chất nền điện môi và một miếng kim loại. Miếng kim loại có thể có nhiều hình dạng khác nhau, và ăng-ten miếng hình chữ nhật như trong Hình 5 là phổ biến nhất. Ăng-ten vi dải có cấu hình thấp, phù hợp với các bề mặt phẳng và không phẳng, đơn giản và rẻ tiền để sản xuất, có độ bền cao khi được gắn trên các bề mặt cứng và tương thích với các thiết kế MMIC. Chúng có thể được gắn trên bề mặt của máy bay, tàu vũ trụ, vệ tinh, tên lửa, ô tô và thậm chí cả các thiết bị di động và có thể được thiết kế phù hợp.
Hình 5
4. Ăng-ten mảng
Các đặc tính bức xạ cần thiết cho nhiều ứng dụng có thể không đạt được chỉ với một phần tử anten đơn lẻ. Mảng anten có thể tổng hợp bức xạ từ các phần tử để tạo ra bức xạ tối đa theo một hoặc nhiều hướng cụ thể, một ví dụ điển hình được thể hiện trong Hình 6.
Hình 6
5. Ăng-ten phản xạ
Sự thành công của việc khám phá không gian cũng dẫn đến sự phát triển nhanh chóng của lý thuyết anten. Do nhu cầu liên lạc đường dài, cần phải sử dụng các anten có độ khuếch đại cực cao để truyền và nhận tín hiệu ở khoảng cách hàng triệu dặm. Trong ứng dụng này, một dạng anten phổ biến là anten parabol như thể hiện trong Hình 7. Loại anten này có đường kính từ 305 mét trở lên, và kích thước lớn như vậy là cần thiết để đạt được độ khuếch đại cao cần thiết để truyền hoặc nhận tín hiệu ở khoảng cách hàng triệu dặm. Một dạng gương phản xạ khác là gương phản xạ góc, như thể hiện trong Hình 7 (c).
Hình 7
6. Ăng-ten thấu kính
Thấu kính chủ yếu được sử dụng để hội tụ năng lượng tán xạ tới nhằm ngăn chặn sự lan truyền theo các hướng bức xạ không mong muốn. Bằng cách thay đổi hình dạng thấu kính một cách thích hợp và lựa chọn vật liệu phù hợp, chúng có thể chuyển đổi nhiều dạng năng lượng phân kỳ thành sóng phẳng. Chúng có thể được sử dụng trong hầu hết các ứng dụng như ăng-ten phản xạ parabol, đặc biệt là ở tần số cao hơn, và kích thước cũng như trọng lượng của chúng trở nên rất lớn ở tần số thấp hơn. Ăng-ten thấu kính được phân loại theo vật liệu cấu tạo hoặc hình dạng hình học, 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 bài: 19/07/2024

