1. Giới thiệu về Anten
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 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 máy thu. Cái trước là ăng-ten phát, và cái sau là ăng-ten thu.

Hình 1 Đường truyền năng lượng điện từ (nguồn-đường truyền-không gian không có ăng-ten)
Quá trình truyền của hệ thống ăng-ten trong chế độ truyền của Hình 1 được biểu diễn bằng tương đương Thevenin như thể hiện 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 có trở kháng đặc trưng Zc và ăng-ten được biểu diễn bằng tải ZA [ZA = (RL + Rr) + jXA]. Điện trở tải RL biểu diễn các tổn thất dẫn điện và điện môi liên quan đến cấu trúc ăng-ten, trong khi Rr biểu diễn điện trở bức xạ của ăng-ten và điện kháng XA được sử dụng để biểu diễn 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 sẽ được truyền đến điện trở bức xạ Rr, được sử dụng để biểu diễn khả năng bức xạ của ăng-ten. Tuy nhiên, trong các ứng dụng thực tế, có các tổn thất dẫn điện-điện môi do các đặc điểm của đường truyền và ăng-ten, cũng như các tổn thất do phản xạ (không khớp) giữa đường truyền và ăng-ten. Xét đến trở kháng bên trong của nguồn và bỏ qua tổn thất trên đường truyền và phản xạ (không khớp), công suất cực đại được cung cấp cho ăng-ten theo phương pháp khớp liên hợp.

Hình 2
Do sự không khớp giữa đường truyền và ăng-ten, sóng phản xạ từ giao diện được 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. Một mẫu sóng dừng điển hình được thể hiện bằng đường chấm trong Hình 2. Nếu hệ thống ăng-ten không được thiết kế đúng cách, đường truyền có thể hoạt động như một thành phần lưu trữ năng lượng ở mức độ lớn, thay vì là một ống dẫn sóng và thiết bị truyền năng lượng.
Tổn thất do đường truyền, ăng ten và sóng đứng gây ra là không mong muốn. Tổn thất đường truyền có thể được giảm thiểu bằng cách chọn đường truyền có tổn thất thấp, trong khi tổn thất ăng ten có thể được giảm bằng cách giảm điện trở tổn thất được biểu thị bằng RL trong Hình 2. Sóng đứng có thể được giảm và lưu trữ năng lượng trong đường truyền có thể được giảm thiểu bằng cách kết hợp trở kháng của ăng ten (tải) với trở kháng đặc trưng của đường truyền.
Trong các hệ thống không dây, ngoài việc nhận hoặc truyền năng lượng, ăng-ten thường được yêu cầu tăng cường năng lượng bức xạ theo một số hướng nhất định và ngăn chặn năng lượng bức xạ theo các hướng khác. Do đó, ngoài các thiết bị phát hiện, ăng-ten cũng phải được sử dụng như các thiết bị định hướng. Ăng-ten có thể có nhiều dạng khác nhau để đáp ứng các nhu cầu cụ thể. Nó có thể là một dây, một lỗ, một miếng vá, một cụm phần tử (mảng), một bộ phản xạ, một thấu kính, v.v.
Trong các hệ thống truyền thông không dây, ăng-ten là một trong những thành phần quan trọng nhất. Thiết kế ăng-ten tốt có thể giảm yêu cầu của hệ thống và cải thiện hiệu suất tổng thể của hệ thống. Một ví dụ điển hình là truyền hình, nơi có thể cải thiện khả năng thu sóng phát sóng bằng cách sử dụng ăng-ten hiệu suất cao. Ăng-ten đối với hệ thống truyền thông cũng 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. Có nhiều hình dạng ăng-ten dây khác nhau, chẳng hạn như đường thẳng (lưỡng cực), vòng lặp, xoắn ốc, như thể hiện trong Hình 3. Ăng-ten vòng không chỉ cần phải 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. Ăng-ten khẩu độ
Ăng-ten khẩu độ đóng 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 thể hiện 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 lắp 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 cho các ứng dụng vệ tinh. Ăng-ten bao gồm một chất nền điện môi và một miếng vá kim loại. Miếng vá kim loại có thể có nhiều hình dạng khác nhau và ăng-ten miếng vá hình chữ nhật được hiển thị 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, sản xuất đơn giản và không tốn kém, có độ bền cao khi lắp trên các bề mặt cứng và tương thích với các thiết kế MMIC. Chúng có thể được lắp trên bề mặt 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 theo kiểu phù hợp.

Hình 5
4. Ăng ten mảng
Các đặc tính bức xạ mà nhiều ứng dụng yêu cầu có thể không đạt được bằng một thành phần ăng-ten duy nhất. Mảng ăng-ten có thể tạo ra bức xạ từ các thành phần tổng hợp 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 thám hiểm không gian cũng dẫn đến sự phát triển nhanh chóng của lý thuyết ăng-ten. Do nhu cầu truyền thông siêu xa, 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, một dạng ăng-ten phổ biến là ăng-ten parabol được thể hiện 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 độ lợi cao cần thiết để truyền hoặc nhận tín hiệu cách xa hàng triệu dặm. Một dạng phản xạ khác là phản xạ góc, như thể hiện trong Hình 7 (c).

Hình 7
6. Ăng-ten ống kính
Thấu kính chủ yếu được sử dụng để hội tụ năng lượng tán xạ tới nhằm ngăn chặn năng lượng này lan truyền theo các hướng bức xạ không mong muốn. Bằng cách thay đổi hình dạng của thấu kính một cách thích hợp và chọn đúng vật liệu, 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 và trọng lượng của chúng trở nên rất lớn ở tần số thấp hơn. Ăng-ten thấu kính được phân loại theo vật liệu xây dựng hoặc hình dạng hình học của chúng, một số trong số 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