NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN
1. Tìm hiểu về lý thuyết cơ bản của anten và nguyên lý hoạt động.
2. Tiến hành đặt vấn đề đưa ra bài toán thiết kế và mô phỏng anten Yagi.
3. Đưa ra kết quả mô phỏng các biểu đồ và đồ thị và nhận xét so sánh với
yêu

cầu đầu của bài toán.
4. Trình bày ứng dụng của anten Yagi trong mạng WLAN

1


LỜI CẢM ƠN
Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến
các thầy cô trong bộ môn Công nghệ ô tô và Hệ thống cảm biến - Trường Đại học
Công nghệ thông tin và Truyền thông đã cùng với tri thức và tâm huyết của mình
để truyền đạt vốn kiến thức quý báu tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ cho chúng
em trong suốt thời gian học tập tại trường.
Em xin chân thành cảm KS Trần Tuấn Việt, thầy đã rất tận tâm, chỉ bảo,
hướng dẫn em qua những buổi nói chuyện, thảo luận trong suốt quá trình em thực
hiện đồ án. Nếu không có những lời hướng dẫn, dạy bảo của thầy thì em nghĩ bài
thu hoạch này của em rất khó có thể hoàn thiện được. Một lần nữa em xin chân
thành cảm ơn thầy.
Bài thu hoạch được thực hiện còn hạn chế và nhiều bỡ ngỡ. Do vậy, không
tránh khỏi những thiếu sót là điều chắc chắn, em rất mong nhận được những ý kiến
đóng góp quý báu của quý Thầy Cô và các bạn học cùng lớp để bài báo cáo này
của em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên thực hiện

NGUYỄN NHƯ THANH

2


LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu độc lập của riêng em nội dung
đồ án không sao chép từ các đồ án khác. Các số liệu sử dụng phân tích trong đồ án
có nguồn gốc rõ ràng, đã công bố theo đúng quy định. Các kết quả nghiên cứu
trong đồ án do em tự tìm hiểu, phân tích một cách trung thực, khách quan và phù
hợp với thực tiễn.
Sinh viên thực hiện

NGUYỄN NHƯ THANH

3


MỤC LỤC

4


BẢNG VIẾT TẮT
Stt

Từ viết tắt

Chú thích

1


IEEE

2

WLAN

3

SWR

4

VSWR

5

LAN

Local Area Network: Mạng máy tính cục bộ.

6

FSL

Free-Space Loss: Suy hao truyền dẫn không gian tự do.

7

HFSS


Institute of Electrical and Electronics Engineers: Viện kỹ
nghệ Điện và Điện tử.
Wireless local area network : Mạng máy tính cục bộ (LAN)
gồm các máy tính liên lạc với nhau bằng song vô tuyến.
Standing wave ratio: Tỉ số sóng đứng.
Voltage Standing Wave Ratio: Tỷ số sóng đứng điện áp.

Hight Frequency Structure Simulator: Phần mềm mô
phỏng trường điện từ theo phương pháp toàn song.

5


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Các loại Anten

11

Hình 1.2: Hệ thống bức xạ 12
Hình 1.3: Ví dụ về mạch dao động thông số tập trung 14
Hình 1.4: Mô hình Anten Yagi

22

Hình 1.5: Sự phụ thuộc giữa và với X22 24
Hình 1.6: Phương hướng của cặp chấn tử chủ động và thụ động
Hình 1.7: Mô hình anten Yagi

28


Hình 1.8: Góc θ trong mặt phẳng H và mặt phẳng E
Hình 1.9: Sự phụ thuộc của hệ số A vào

31

Hình 2.1: Sự phụ thuộc của hệ số A vào

[1]

Hình 2.2: Dao diện chính của chương trình HFSS
Hình 2.3: mô hình anten yagi

37

Hình 2.4: Giao diện phần mềm HFSS

42

Hình 2.6 : thông số chấn tử anten 43
Hình 2.7: thông số chấn tử bức xạ 44
Hình 2.8: tạo chấn tử bức xạ

44

Hình 2.9: thiết lập đối xứng chấn tử bức xạ
Hình 2.10: thiết lập chấn tử phản xạ

45


Hình 2.11: chấn tử bức xạ và phản xạ

46

Hình 2.12: thông số chấn tử dẫn xạ L1

46

Hình 2.13: phần tử tiếp điện

47

Hình 2.14: trở kháng phần tử tiếp điện
Hình 2.15: điện trở tiếp điện

47

48

6

45

30

35
36

24



Hình 2.16: thiết lập thông số không gian bức xạ 48
Hình 2.17 giới hạn không gian bức xạ

49

Hình 2.19 : thiết lập tần số hoạt động cho anten 50
Hình 2.20 : thiết lập tần số hoạt động anten

50

Hình 2.21: kết quả thiết kế 51
Hình 3.1: Cửa sổ chương trình mô phỏng 52
Hình 3.2: đồ thị S11 52
Hình 3.3: Đồ thị SWR Yagi đạt được

53

Hình3.4: Đồ thị bức xạ của Yagi khi θ = 00 và khi θ = 900
Hình3.5: Đồ thị bức xạ 3D 54
Hình 3.6: Mở rộng mạng

59

Hình 3.7: SOHO Wireless LAN

59

Hình 3.8: Văn phòng di động


60

7

54


LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay nhu cầu về thông tin vô tuyến đang phát triển rất mạnh mẽ trong
hầu hết các lĩnh vực từ thông tin di động, đến truy cập internet không dây, y tế,
môi trường…. Mỗi thiết bị vô tuyến cần phải có anten để thu và phát tín hiệu. Vì
vậy anten là bộ phận không thể thiếu trong các thiết bị thu phát, truyền tin. Nhất là
với công nghệ kết nối không dây đang phát triển rất mạnh mẽ như hiện nay anten
đã có những thay đổi hết sức linh hoạt về phẩm chất, cấu trúc, kích thước… nhằm
thoả mãn tối đa nhu cầu của người sử dụng.
Gần đây, đặc biệt là sau năm 2000, nhiều loại anten mới được thiết kế thoả
mãn các yêu cầu về băng thông của hệ thống truyền thông. Trong khuôn khổ đề tài
này, cùng với việc tìm hiểu lý thuyết kỹ thuật anten, em sẽ đi sâu tìm hiểu về anten
Yagi và ứng dụng trong mạng WLAN. Thiết kế, mô phỏng anten Yagi hoạt động ở
tần số 2.4Ghz, với các thông số kỹ thuật phù hợp bằng phần mềm mô phỏng
HFSS. Nội dung báo cáo gồm có 3 chương:
Chương 1. Tổng quan về anten.
Chương 2. Thiết kế anten Yagi.
Chương 3. Thực hiện mô phỏng và ứng dụng của anten Yagi trong mạng Wlan.

8


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ANTEN
1.1. Giới thiệu chung về anten

Anten là những hệ thống cho phép truyền và nhận năng lượng điện từ. Anten
có thể được xem như là các thiết bị dùng để truyền năng lượng trường điện từ giữa
máy phát và máy thu mà không cần bất kỳ phương tiện truyền dẫn tập trung nào
như: cáp đồng, ống dẫn sóng hoặc sợi quang.
Trong nhiều ứng dụng, các anten có thể cạnh tranh với các phương tiện
truyền dẫn khác để phát và chuyển tải năng lượng trường điện từ. Thông thường
suy hao trường điện từ trong các vật liệu sẽ tăng nhanh theo tần số. Điều này được
hiểu ngầm rằng, khi tần số tăng thì việc dùng các phần dẫn sóng bằng vật liệu sẽ
kém thuyết phục và kém hiệu quả trong việc chuyển tải năng lượng trường điện từ.
(Điều này cũng có nghĩa là hiệu suất của anten cũng tăng theo tần số). Do đó thực
tế Anten được ưa chuộng hơn trong việc chuyển tải các trường điện từ ở tần số
cao.
Sóng điện từ, nền tảng của lý thuyết anten, được xây dựng trên cơ sở những
phương trình cơ bản của điện học và từ học. Maxwell đã hệ thống một cách khái
quát toàn bộ lý thuyết trên thành một hệ phương trình rất nổi tiếng và rất quan
trọng: hệ phương trình Maxwell.
1.1.1. Vị trí của anten trong kỹ thuật vô tuyến
Việc truyền năng lượng điện từ trong không gian có thể thực hiện bằng hai
con đường. Một trong hai con đường là dùng các hệ thống truyền dẫn như dây
song hành, cáp đồng trục, ống dẫn sóng, v.v… “chuyên chở” sóng điện từ trực tiếp
trên đường truyền dưới dạng dòng điện. Sóng điện từ lan truyền trong hệ thống này
thuộc hệ thống điện từ ràng buộc (hữu tuyến). Cách truyền này tuy có độ chính xác
cao nhưng chi phí lớn trong việc xây dựng hệ thống đường truyền.
Hơn nữa với khoảng cách khá xa hay địa hình phức tạp không thể xây dựng
được đường truyền hữu tuyến thì cách truyền này được thay thế bằng cách cho
9


sóng điện từ bức xạ ra môi trường tự do. Sóng sẽ được truyền đi dưới dạng sóng
điện từ tự do (vô tuyến) từ nơi phát đến nơi thu. Vậy cần phải có một thiết bị phát

sóng điện từ ra không gian cũng như thu nhận sóng điện từ từ không gian, để đưa
vào máy thu. Loại thiết bị này được gọi là anten.
Anten là bộ phận quan trọng không thể thiếu được của bất kỳ hệ thống vô
tuyến điện nào, bởi vì đã là hệ thống vô tuyến nghĩa là hệ thống trong đó có sử
dụng sóng điện từ, thì không thể không dùng đến thiết bị để bức xạ hoặc thu sóng
điện từ (thiết bị anten).
Anten là một cấu trúc được làm từ những vật liệu dẫn điện tốt, được thiết kế
để có hình dạng kích thước sao cho có thể bức xạ sóng điện từ theo một kiểu nhất
định một cách hiệu quả.
1.1.2. Các loại anten
Trong thực tế ta thường gặp một số loại anten như: Anten dây (thanh) anten
khe, anten vi dải, anten phản xạ, anten thấu kính, và hệ thống bức xạ.

Hình 1.1. Các loại Anten[1]
10


Hình 1.2. Hệ thống bức xạ [1]
1.1.3. Những yêu cầu cơ bản của Anten
Những yêu cầu cơ bản đối với anten được xác định bởi nhiệm vụ của thiết bị
vô tuyến điện, chẳng hạn yêu cầu về:
Tính định hướng
Anten của các đài truyền thanh, truyền hình phải phát xạ đều theo mọi phía
dọc mặt đất, còn trong radar thông tin cần phải phát xạ trong một hình quạt hẹp
nhằm để tập trung năng lượng về phía đài đối. Anten cũng phải có tính chất thu
định hướng, cùng với độ chọn lọc của máy thu, tính chọn lọc theo hướng của anten
là phương tiện chống nhiễu có hiệu quả.
Phối hợp trở kháng
Anten phải bảo đảm phát và thu năng lượng cực đại. Do đó mà có thể xem
anten như một thiết bị phối hợp giữa fide và không gian tự do.

Dải tần
11


Dao động điện từ biến điệu mang tin tức từ máy phát qua fide tới anten. Để
thông tin không bị méo, anten phải có một dải tần nhất định. Để chống nhiễu
thường dùng phương pháp chuyển tần số công tác hoặc để phù hợp với điều kiện
chuyển sóng mà các đài liên lạc sóng ngắn phải làm việc ở các dải tần số khác
nhau vào ban ngày và ban đêm. Do đó anten phải làm việc ở các dải tần khác nhau
mà không có sự thay đổi đáng kể về chất lượng.
Tính phân cực
Tính phân cực cũng phải tùy yêu cầu cụ thể. Chẳng hạn anten phải đặt trên
vật thể bay phát xạ trường phân cực tuyến tính ( hướng vectơ điện trường không
thay đổi theo thời gian) thì để thu được trường này anten thu phải có phân cực tròn
hay phân cực elip (đầu mút vectơ E trong một chu kỳ dao động vẽ nên đường tròn
hay elip).
Ngoài ra, để đảm bảo khả năng thông tin theo kiểu tán xạ từ các miền bất
đồng nhất của tầng đối lưu có độ tin cậy cao thì đặc trưng hướng của anten phải
thay đổi theo một chương trình nhất định.
Để đánh giá được anten thực hiện nhiệm vụ và thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật
đề ra như thế nào ta thường dùng các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản của anten sau đây:
- Nhóm các đặc trưng: Đặc trưng hướng, đặc trưng pha, đặc trưng phân cực.
- Nhóm các tham số: Hệ số tác dụng định hướng, hiệu suất, hệ số khuếch
đại, chiều dài hiệu dụng, diện tích hiệu dụng, trở kháng vào…
Quá trình bức xạ sóng điện từ
Về nguyên lý, bất kỳ hệ thống điện từ nào có khả năng tạo ra điện trường
hoặc từ trường biến thiên đều có khả năng bức xạ sóng điện từ. Tuy nhiên trong
thực tế sự bức xạ sóng điện từ chỉ xảy ra trong những điều kiện nhất định.
Để ví dụ ta xét một mạch dao động có kích thước rất nhỏ so với bước sóng.
Nếu đặt vào mạch một sức điện động biến đổi thì trong không gian của tụ điện sẽ

phát sinh một điện trường biến thiên, còn trong không gian của cuộn cảm sẽ phát
sinh một từ trường biến thiên. Những điện trường, từ trường này hầu như không
12


bức xạ ra ngoài mà bị ràng buộc bởi các phần tử trong mạch. Dòng điện dịch
chuyển qua tụ điện theo đường ngắn nhất trong không gian giữa hai má tụ điện nên
năng lượng điện trường bị giới hạn trong khoảng không gian ấy. Còn năng lượng
từ trường tập trung chủ yếu trong một thể tích nhỏ trong lòng cuộn cảm. Năng
lượng của cả hệ thống sẽ được bảo toàn nếu không có tổn hao nhiệt trongcác dây
dẫn và điện môi của mạch.
Nếu mở rộng kích thước của tụ điện (hình 1.3b) thì dòng điện dịch sẽ không
chỉ dịch chuyển trong khoảng không gian giữa hai má tụ điện mà một bộ phận sẽ
lan tỏa ra môi trường ngoài và có thể truyền tới những điểm nằm cách xa nguồn
(nguồn điện trường là các điện tích biến đổi trên hai má tụ điện).

Hình 1.3. Ví dụ về mạch dao động thông số tập trung [1]
Nếu mở rộng hơn nữa kích thước của tụ điện (hình 1.3 c,d) thì dòng điện
dịch sẽ lan tỏa ra càng nhiều và tạo ra điện trường biến thiên với biên độ lớn hơn
trong khoảng không gian bên ngoài. Khi đạt tới một khoảng cách khá xa nguồn,
13


chúng sẽ thoát khỏi sự ràng buộc với nguồn, nghĩa là không còn liên hệ với các
điện tích trên hai má tụ điện nữa. Thật vậy, nếu ta quan sát các đường sức điện
trường ở gần tụ điện thì thấy chúng không tự khép kín mà có điểm bắt nguồn là các
điện tích trên hai má tụ điện. Do đó giá trị của điện trường ở những điểm nằm trên
đường sức ấy sẽ biến thiên đồng thời với sự biến thiên của điện tích trên hai má tụ
điện.
Nhưng nếu xét một điểm M cách xa nguồn thì có thể thấy rằng tại một thời điểm

nào đó, điện trường tại M có thể đạt một giá trị nhất định trong lúc điện tích trên
hai má tụ điện biến đổi qua lại giá trị 0. Khi ấy các đường sức điện trường sẽ
không còn ràng buộc với các điện tích nữa mà chúng phải tự khép kín trong không
gian, nghĩa là đã hình thành một trường xoáy. Theo quy luật của điện trường biến
thiên thì điện trường xoáy sẽ tạo ra một từ trường biến đổi, từ trường này sẽ tiếp
tục tạo ra một điện trường xoáy, nghĩa là đã hình thành một quá trình sóng điện từ.
Phần năng lượng thoát ra ngoài và truyền đi trong không gian tự do được gọi
là năng lượng bức xạ hay năng lượng hữu công. Phần năng lượng điện từ ràng
buộc với nguồn sẽ dao động ở gần nguồn, không tham gia vào việc tạo thành sóng
điện từ, được gọi là năng lượng vô công.
Ta nhận thấy rằng, một hệ thống bức xạ điện từ có hiệu quả là một hệ thống
mà trong đó điện trường hoặc từ trường biến thiên có khả năng thâm nhập được
nhiều vào không gian bên ngoài. Để tăng cường khả năng bức xạ của các hệ thống,
ta cần mở rộng hơn nữa không gian bao trùm của các đường sức điện trường.
Dipole Hertz là một cấu trúc bức xạ có hiệu quả. Nó được hình thành từ các hệ
thống điện từ nói trên với sự biến dạng hai tấm kim loại của tụ điện thành hai đoạn
dây dẫn mảnh và hai quả cầu kim loại ở hai đầu. Dipole Hertz là một trong các
nguồn bức xạ đơn giản nhất và là phần tử để cấu trúc thành các anten dây phức tạp.
Dải tần công tác
Có nhiều trường hợp chúng ta đòi hỏi anten không chỉ làm việc được ở một
tần số mà nó phải có thể làm việc ở mọi tần số khác nhau. Ứng với mỗi tần số khác
14


nhau ấy anten phải đảm bảo những chỉ tiêu kỹ thuật nhất định về đặc tính phương
hướng, trở kháng vào, dải thông tần, …. Dải tần mà trong giới hạn đó anten làm
việc với các chỉ tiêu kỹ thuật đã cho gọi là dải tần công tác của anten.
Chỉ tiêu kỹ thuật này có thể khác nhau đối với từng loại anten cụ thể. Ví dụ
đối với anten chấn tử không đối xứng đặt thẳng đứng dùng làm anten phát ở dải
sóng dài và sóng trung thì yêu cầu là trong dải tần số công tác, hiệu suất anten

không được nhỏ hơn một giá trị nhất định, anten phải có khả năng phát đi một
công suất đã cho và đảm bảo dải thông tần cần thiết. Đối với trở kháng vào thì
không cần yêu cầu có giá trị nhất định mà khi thay đổi tần số công tác ta có thể
điều chỉnh lại để phối hợp trở kháng. Đối với chấn tử đối xứng nằm ngang dùng
trong dải sóng ngắn thì yêu cầu đặc tính phương hướng của chấn tử phải có hướng
bức xạ cực đại không thay đổi khi thay đổi tần số công tác để đảm bảo hướng
thông tin cố định, yêu cầu trở kháng vào chỉ biến đổi trong một giới hạn cho phép
để có thể mau lẹ chuyển tần số công tác mà không cần điều chỉnh lại mạch phối
hợp trở kháng của anten…
Căn cứ theo dải tần công tác, có thể phân loại anten thành bốn nhóm:
-Anten dải tần hẹp (anten tiêu chuẩn):
-Anten dải tần tương đối rộng:
-Anten dải tần rộng:
-Anten dải tần siêu rộng:
Tỷ số của tần số cực đại và cực tiểu của dải tần công tác được gọi là hệ số
bao trùm dải sóng.
1.1.4. Các thông số kỹ thuật
Để lựa chọn một anten đáp ứng được nhu cầu như tốc độ nhanh,tính năng
phong phú,vùng phủ sóng rộng, ta cần phải quan tâm đến các thông số kỹ thuật của
anten. Một anten có các thông số kỹ thuật phù hợp sẽ mang đến một không gian
làm việc “rộng rãi” hơn. Chúng bao gồm dạng bức xạ của anten, hướng tính của
anten, độ lợi, trở kháng vào, sự phân cực.
15


a. Hướng tính của anten
Hướng tính của anten mô tả cường độ của một bức xạ theo một hướng xác
định tương ứng với cường độ bức xạ trung bình hay nói cách khác, nó cho biết mật
độ công suất bức xạ tương ứng với công suất bức xạ được phân tán một cách đồng
dạng.

b. Độ lợi
Độ lợi cũng diễn tả cùng một khái niệm trực tiếp, nhưng nó còn bao gồm cả
sự mất mát (về công suất) của chính bản thân anten. Bạn có thể định nghĩa độ bức
xạ hiệu dụng được sử dụng để mở rộng giúp xác định được độ lợi; một bộ bức xạ
hoàn hảo sẽ có độ bức xạ hiệu dụng bằng 1. Độ lợi là một thuật ngữ mô tả sự tăng
biên độ của tín hiệu vô tuyến, đơn vị đo là decibel (dB) hay dBi để chỉ độ lợi của
anten đẳng hướng và dBd để chỉ độ lợi của anten dipole nửa bước song. Độ lợi G
của anten là tỉ số giữa cường độ bức xạ U ở một hướng cho trước và cường độ bức
xạ, nếu công suất cung cấp cho anten được bức xạ đẳng hướng.

Độ lợi là đại lượng vô hướng, rất giống với độ hướng tính D. Khi anten
không thất thoát, tức là khi Pin = Π, từ đó

. Theo đó, độ lợi của

anten đưa vào để tính toán mất mát của hệ thống anten. Nó được tính toán thông
qua công suất vào, đây là một đại lượng có thể tính được, không giống như độ
hướng tính, nó được tính thông qua công suất bức xạ Π.
Có nhiều nhân tố làm xấu đi quá trình truyền năng lượng từ bộ phát đến anten
(hoặc từ anten đến bộ thu):
· Thất thoát do không phối hợp trở kháng.
· Thất thoát do đường truyền.
· Thất thoát do anten: thất thoát điện môi, thất thoát do tính dẫn, thất thoát

16


phân cực.
Công suất bức xạ bởi anten luôn bé hơn công suất đưa vào hệ thống anten,
Π ≤ Pin, trừ khi anten được tích hợp những linh kiện tích cực. Điều đó giải thích tại

sao G ≤ D . Theo chuẩn IEEE, độ lợi không bao gồm những mất mát có nguồn
gốc từ không phối hợp trở kháng và từ phân cực không khớp. Vì thế, độ lợi chỉ
đưa vào để tính toán thất thoát điện môi và tính dẫn của anten.
Công suất bức xạ có liên quan đến công suất vào thông qua một hệ số gọi là
hiệu suất bức xạ:

π = e.Pin , e≤1

(2)
(2)

Anten có độ lợi càng cao thì khoảng cách sóng đi càng xa. Việc tập trung
công suất phát của chúng chặt chẽ hơn làm cho nhiều năng lượng được truyền đến
đích hơn,ở khoảng cách xa hơn.

17


c. Sự phân cực
Sự phân cực của sóng là hình ảnh để lại bởi đầu mút của vectơ trường khi
được quan sát dọc theo chiều truyền sóng. Sự phân cực của anten có thể được phân
loại như tuyến tính, tròn hay ellip. Sóng vô tuyến thực chất được tạo bởi 2 trường:
điện trường và từ trường. Hai trường này nằm trên 2 mặt phẳng vuông góc với nhau.
Tổng của 2 trường được gọi là trường điện từ. Mặt phẳng song song với
thành phần anten được gọi là E-plane, mặt phẳng vuông góc với thành phần anten
được gọi là H-plane. Chúng ta chỉ quan tâm chủ yếu đến điện trường vì vị trí và
hướng của nó trong mối tương quan đến bề mặt trái đất sẽ quyết định sự phân cực
của sóng. Sự phân cực là huớng vật lý của anten theo phương ngang hay dọc Điện
trường là song song với thành phần bức xạ của anten vì thế nếu anten nằm dọc thì
cực của anten là dọc hay còn gọi là phân cực dọc (điện trường vuông góc với mặt

đất). Phân cực dọc thường được sử dụng trong mạng Wi-Fi (WLAN) là vuông góc
với mặt phẳng của trái đất. Phân cực ngang là song song với mặt đất.
d. Độ rộng băng tần
Đó là dãy tần số, trong đó những đặc tính của anten (trở kháng ngõ vào,đồ
thị) phù hợp để hoạt động ổn định. Những đặc tính đó được yêu cầu là phải chắc
chắn, có thể là trở kháng vào, đồ thị bức xạ, độ rộng chùm tia, độ phân cực, bức
bức xạ phụ, độ lợi, độ hướng tính, hiệu suất bức xạ. Riêng băng thông có thể gồm:
trở kháng theo tần số, đồ thị băng tần…
FBW của anten dãy rộng có thể được miêu tả bằng tỉ số tần số trên đến tần
số dưới, trong đó chất lượng anten có thể chấp nhận được:
(1)
Với anten băng hẹp, FBW được diễn tả là tỉ lệ phần trăm của hiệu tần số băng
thông với tần số trung tâm:

18


(1)

Thông thường,

hoặc

Băng thông (BW) có thể xác định thông qua hệ số sóng đứng (VSWR), sự
thay đổi của trở kháng vào theo tần số hay các thông số bức xạ.
BW được xác định bởi vùng tần số mà tại đó khả năng phối hợp trở kháng
của anten nằm trong một giới hạn cho trước.

(2)


Trong đó: Q là hệ số phẩm chất.
Với VSWR được xác định bởi hệ số phản xạ Γ:

(2)
e. Trở kháng
Sự bức xạ hiệu dụng của một anten là “tỷ số của tổng công suất phát ra bởi
anten so với công suất từ trạm phát (nối với anten) được chấp nhận bởi anten”.
Anten bức xạ một số công suất ở dạng năng lượng điện từ. Tất cả các thiết bị RF,
đường truyền (cáp), anten đều có trở kháng, chính là tỷ số giữa điện áp và dòng
điện. Khi anten được kết nối với một đoạn cáp, nếu trở kháng đầu vào của anten
trùng khớp với trở kháng của radio và đường truyền thì tổng công suất được truyền
từ radio đến anten là tối đa. Tuy nhiên, nếu trở kháng không giống nhau thì một số
năng lượng sẽ bị phản xạ ngược trở lại nguồn và số còn lại sẽ được truyền đi đến
19


anten.
f. Tỷ số sóng đứng điện áp
VSWR xuất hiện khi trở kháng không tương thích giữa các thiết bị trong hệ
thống RF. VSWR được gây ra bởi một bộ tín hiệu RF bị phản xạ tại điểm trở
kháng không tương thích trên đường truyền tín hiệu. Nếu như không có phản xạ thì
VSWR sẽ bằng một. Khi VSWR tăng lên thì sự phản xạ sẽ càng nhiều. Nếu
VSWR cao và công suất cao thì có thể gây ra tình huống nguy hiểm như khi ta sử
dụng điện áp cao trong đường truyền, trong trường hợp tồi tệ nhất, nó có thể bắn ra
tia lửa điện. Tuy nhiên, tình huống này sẽ không xảy ra nếu bạn sử dụng công suất
thấp khi triển khai mạng WLAN. Phương thức thay đổi VSWR bao gồm việc sử
dụng thiết bị thích hợp, kết nối chắc chắn giữa cáp và đầu nối, sử dụng trở kháng
tương thích giữa các thiết bị phần cứng và sử dụng các thiết bị chất lượng cao là
các phương thức tốt chống lại VSWR. Tỷ số này thường là 1,5:1
g. Búp sóng

Việc làm hẹp hay tập trung các búp sóng của anten sẽ làm tăng độ lợi của
anten. Búp sóng là độ rộng của tia tín hiệu RF mà anten phát ra. Búp sóng dọc
được đo theo độ và vuông góc với mặt đất, còn búp sóng ngang cũng được đo theo
độ và song song với mặt đất. Ứng với mỗi kiểu anten khác nhau sẽ có búp sóng
khác nhau.
Việc chọn lựa anten có búp sóng rộng hay hẹp thích hợp là việc làm quan
trọng để đạt được hình dạng vùng phủ sóng mong muốn. Búp sóng càng hẹp thì độ
lợi càng cao.
1.1.5. Vận tốc truyền lan sóng điện từ
Giả sử sóng điện từ truyền lan trong môi trường không tổn hao. Trong chế độ
dao động điều hòa, giá trị tức thời của một trong các thành phần bất kỳ của vectơ
E hoặc H trên trục của hệ toạ độ vuông góc sẽ có dạng:

ψk = A.ei(ωt-βz)
trong đó:

(3)

- tần số góc;
20


2 f với f là tần số;
β – hệ số pha.
Ở đây trục z được coi là hướng truyền sóng. Từ (1.6) ta thấy sự biến đổi pha
của trường dọc theo hướng truyền sóng được xác định bởi đại lượng (t z ).
Từ đây ta xác định được vận tốc pha của sóng:

Vf = =
(3)

Như đã biết vận tốc pha chỉ đặc trưng cho quan hệ pha của các dao động điều
hòa tại các điểm khác nhau của không gian khi các dao động ấy đã được sinh ra và
xác lập ở mọi nơi.
Giả sử ở điểm z = 0 có tín hiệu biến đổi theo thời gian với quy luật f(t).
Khảo sát ở các điểm khác nhau trên trục z, khi t > 0, tín hiệu ấy có dạng như
thế nào. Nói cách khác, ta sẽ xác định hàm f(t,z) nếu biết hàm f(t,0) và biết các đặc
tính của môi trường mà sự truyền sóng xảy ra trong đó.

Áp dụng tích phân Fourier:

(2)
A() là mật độ phổ của hàm f(t). Theo (1.3), hàm f(t,0) là tổng của vô số các
dao động điều hòa với tần số và biên độ .
Nhưng khi dao động truyền lan dọc theo trục z, mỗi thành phần tương ứng
với một sóng.
(2)
Vì vậy hàm f(t,z) ở mỗi thời điểm bất kỳ của trục z có thể được biểu thị dưới dạng:

21


(2)
Ta thấy rằng sự truyền tín hiệu theo một hướng cho trước có liên quan đến sự
lan truyền của tất cả các thành phần điều hoà của nó.
Vì hệ số pha 2 là hàm số của tần số, nghĩa là

( ) , nên tích hân

theo trong (2.4) có thể chuyển thành tích phân theo β.


(2)
Giả sử phổ thực của tín hiệu được giới hạn bởi các tần số min 0
max 0

, ngoài ra

và

0 (0 là tần số trung bình của phổ). Khi đó tích phân trong

(1.9) sẽ được lấy trong khoảng 0 ≤ ≤ 0

22


1.2. Giới thiệu về anten Yagi
Anten Yagi là loại anten định hướng rất phổ biến bởi vì chúng dễ chế tạo.
Các anten định hướng như Yagi thường sử dụng trong những khu vực khó phủ
sóng hay ở những nơi cần vùng bao phủ lớn hơn vùng bao phủ của anten omnidirectional. Anten Yagi hay còn gọi là anten Yagi-Uda (do 2 người Nhật là
Hidetsugu Yagi và Shintaro Uda chế tạo vào năm 1926) được biết đến như là một
anten định hướng cao được sử dụng trong truyền thông không dây. Loại anten này
thường được sử dụng cho mô hình điểm- điểm và đôi khi cũng dùng trong mô hình
điểm-đa điểm. Anten Yagi-Uda được xây dựng bằng cách hình thành một chuỗi
tuyến tính các anten dipole song song nhau
Anten Yagi được dùng rộng rãi trong vô tuyến truyền hình, trong các tuyến
thông tin chuyển tiếp và trong các đài rada sóng mét. Anten này đươc dùng phổ
biến như thế vì nố có tính định hướng tương đối tốt mà kích thước và trọng lượng
không lớn lắm,cấu trúc lại đơn giản, dễ chế tạo.
1.2.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động


Hình 1.4. Mô hình Anten Yagi [2]
23


Sơ đồ của anten Yagi gồm : một chấn tử chủ động thường là chấn tử nửa
sóng, một chấn tử phản xạ và một số chấn tử dẫn xạ thụ động được gắn trực tiếp
với thanh đỡ kim loại. Nếu chấn tử chủ động là trấn tử vòng dẹt thì nó cũng có thể
gắn trực tiếp với thanh đỡ và kết cấu anten sẽ trở nên đơn giản. Việc gắn trực tiếp
các chấn tử lên thanh kim loại thực tế sẽ không ảnh hưởng gì đến phân bố dòng
điện trên anten vì điểm giữa các chấn tử cũng phù hợp với nút của điện áp. Việc sử
dụng thanh đỡ bằng kim loại cũng không ảnh hưởng gì đến bức xạ của anten vì nó
được đặt vuông góc với các chấn tử.
Để tìm hiểu nguyên lý làm việc của anten ta hãy xét một anten Yagi đơn giản
gồm 3 chấn tử : một chấn tử chủ động (A), hai chấn tử thụ động gồm: chấn tử phản
xạ (P) và chấn tử dẫn xạ (D). Chấn tử chủ động (A) được nối với máy phát cao tần
. Dưới tác dụng của trường bức xạ tạo bởi A, trong P và D sẽ xuất hiện dòng cảm
ứng và các chấn tử này sẽ trở thành nguồn bức xạ thứ cấp. Như đã biết, nếu chọn
được độ dài của P và khoảng cách từ A đến P một cách thích hợp thì P sẽ trở thành
trấn tử phản xạ của A. Khi ấy năng lượng bức xạ của cặp A – P sẽ giảm yếu về
phía chấn tử phản xạ và được tăng cường theo hướng ngược lại (hướng +z). Tương
tự như vậy, nếu chọn được độ dài của D và khoảng cách từ D đến A một cách
thích hợp thì D sẽ trở thành chấn tử dẫn xạ của A. Khi ấy, năng lượng bức xạ của
hệ A – D sẽ được tập trung về phía chấn tử dẫn xạ và giảm theo hướng ngược lại
(hướng –z). kết quả là năng lượng bức xạ của cả hệ sẽ được tập trung về một phía,
hình thành một kinh dẫn sóng dọc theo trục anten, hướng từ phía chấn tử phản xạ
về phía chấn tử dẫn xạ.
Theo lý thuyết chấn tử ghép, dòng điện trong chấn tử chủ động (I1) và
dòng điện trong chấn tử thụ động (I2) có quan hệ với nhau bởi biểu thức:

(2)


24


Với:

(2)

Bằng cách thay đổi độ dài của chấn tử thụ động, có thể biến đổi độ lớn và dấu
của điện kháng riêng X22 và do đó sẽ biến đổi được α và

. Hình 1.5 biểu thị

quan hệ của và với X22 đối với trường hơp chấn tử có độ dài xấp xỉ nửa bước sóng
và ứng với khoảng cách d =

.

Hình 1.5. Sự phụ thuộc giữa và với X22 [2]
Càng tăng khoảng cách d thì biên độ dòng trong chấn tử thụ động càng giảm.
Tính toán cho thấy với d

(0,1

0,25)

thì khi điện kháng của chấn tử thụ

động mang tính cảm kháng sẽ nhận được I2 sớm pha hơn so với I1. Trong trường
hợp này chấn tử thụ động sẽ trở thành chấn tử phản xạ. Ngược lại khi điện kháng

của chấn tử thụ động mang tính dung kháng thì dòng I2 sẽ chậm pha so với I1 và
chấn tử thụ động sẽ trở thành chấn tử dẫn xạ.

25