HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG
KHOA VIỄN THƠNG 1

TIỂU LUẬN
TRUYỀN SÓNG VÀ ANTEN
ĐỀ TÀI: ANTEN LOA VÀ ANTEN GƯƠNG
Giảng viên:

Nguyễn Viết Minh

Nhóm:

08

Thành viên nhóm:


LỜI MỞ ĐẦU
Trong thời đại xã hội phát triển mạnh mẽ như hiện nay, chúng ta đang được sống trong
kỷ nguyên số, kỷ nguyên của công nghệ thông tin, máy tính và khơng thể khơng kể đến
các hệ thống thơng tin vô tuyến đặc biệt là các hệ thống thông tin di động đã và đang phát
triển rất mạnh mẽ. Việc chúng ta nắm rõ và hiểu biết quá trình truyền sóng và anten là kiến
thức vơ cùng quan trọng và khơng thể thiếu đối với các bạn u thích cơng nghệ nói chung
và các bạn sinh viên ngành Viễn thơng nói riêng. Bởi vì bất cứ một hệ thống vô tuyến nào
cũng phải sử dụng anten để phát và thu tín hiệu. Trong cuộc sống hằng ngày chúng ta dễ
dàng bắt gặp được các hệ thống anten như: Anten dùng cho truyền hình mặt đất, BTS cho
mạng điện thoại di động, hay những vật dụng cầm tay như bộ đàm, điện thoại, radio,…
cũng đều được sử dụng anten. Chính vì vậy mà hơm nay chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về
anten loa và anten gương.

Tài liệu sử dụng trong bài tiểu luận:

-

Bài giảng Truyền sóng và anten – Biên soạn: TS. Đặng Thế Ngọc – ThS. Nguyễn

-

Viết Minh
Slide bài giảng Truyền sóng và anten – Thầy Nguyễn Viết Minh
Slide bài giảng Truyền song và anten – Thầy Nguyễn Việt Hưng

Trong q trình làm bài, nhóm 08 bọn em khơng thể tránh khỏi những thiếu xót vì vậy
rất mong nhận được đóng góp từ các bạn và thầy cơ. Xin cảm ơn!

Chủ đề tìm hiểu về anten loa và anten gương


I.
-

Giới thiệu chung về anten góc mở
Anten loa và anten gương đều là anten góc mở.
Đặc điểm cơ bản của anten góc mở:
. Với anten góc mở, việc bức xạ xảy ra từ góc mở của anten
. Hoạt động của anten dựa trên nguyên lý bức xạ mặt
. Một anten góc mở buộc phải có chiều dài góc mở và có độ rộng ít nhất vài lần bước
song để có hệ số khuếch đại cao.
 Đó là lý do anten góc mở có ứng dụng quan trọng trong bang tần siêu cao với
bước song chỉ vài cm.

II. Nguyên lý bức xạ mặt


Nguyên lý chung
-

Ở dải song cực ngắn, để nhận được anten có tính hướng hẹp thường sử dụng loại anten
theo nguyên lý bức xạ mặt, đó là các bề mặt được kích thích bởi trường điện từ bức xạ

-

từ một nguồn sơ cấp nào đó.
Trường kích thích tạo ra trên bề mặt đó điện trường E và từ trường H vng góc với

-

nhau  bề mặt trở thành nguồn bức xạ thứ cấp và được gọi là mặt bức xạ của anten.
Khi bề mặt bức xạ phẳng thì mặt phẳng đó gọi là mặt mở của anten hay cịn gọi là
khẩu độ của anten.

Đặc điểm
-

Sử dụng phổ biến ở dải song cực ngắn (cỡ GHZ trở lên).
Tạo anten có tính hướng hẹp
Các anten điển hình: Anten loa và anten gương.

-

Bài tốn tổng qt
Miệng anten có diện tích S, trên đó có các thành phần trường E và H có biên độ và pha


-

phân bố theo một quy luật xác định.
Chọn hệ tọa độ với trục Z trùng với hướng vecto pháp tuyến ngoài của mặt.


Khảo sát q trình bức xạ
-

Trường kích thích trên miệng anten là hàm số theo tọa độ của mặt bức xạ:

Trong đó:
là biên độ phức của vectơ cường độ từ trường trên bề mặt bức xạ
là biên độ phức của vecto cường độ từ trường tại gốc tọa độ
F(x,y) là hàm phân bố phức của trường
(x,y) là hàm phân bố biên độ
ѱ(x,y) là hàm phân bố pha

-

Trở kháng bề mặt:

-

Áp dụng ngun lý dịng mặt tương đương để phân tích bức xạ bề mặt
. Mật độ dòng điện mặt


. Mật độ dòng điện từ mặt


-

Mặt bức xạ là lý tưởng là phẳng, các thành phần tiếp tuyến của trường đồng biên và
đồng pha

-

Chọn trục z trùng với phương truyền của song tới kích thích, với 2 thành phần:

-

Thay vào (6.1) và (6.2)

•

Mặt bức xạ hình chữ nhật


-

Xét trong mặt phẳng E (mặt phẳng yOz) φ = 90

-

Xét trong mặt phẳng H (mặt phẳng xOz) φ = 0

-

Hàm tính hướng



-

Hình 6.2. Đồ thị tính hướng với mặt bức xạ hình chữ nhật

 Độ rộng búp song trong mỗi mặt phẳng chỉ phụ thuộc kích thước anten theo
mặt phẳng ấy.

III. Anten loa
1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc
Anten loa được cấu tạo từ anten ống dẫn sóng, là kiểu anten bức xạ mặt đơn
giản nhất. Lý thuyết về ống dẫn sóng biết rằng khi sóng truyền tới miệng ống dẫn sóng
hở thì một phần năng lượng của sóng sẽ phản xạ trở lại và một phần năng lượng sẽ bức
xạ ra khơng gian bên ngồi. Trường ở miệng ống là trường tổng hợp của sóng tới và
sóng phản xạ. Nếu mở rộng kích thước miệng ống theo các phương án khác nhau thì
ta sẽ nhận được các kiểu anten loa khác nhau. Nếu ống dẫn sóng là ống chữ nhật và
kích thước miệng ống được mở rộng trong mặt phẳng chứa vectơ từ trường thì loa
được gọi là loa mở theo mặt H, viết tắt là loa H.


Nếu ống dẫn sóng là chữ nhật và kích thước được mở rộng trong mặt phẳng
chứa vectơ điện trường ta được loa mở theo mặt điện trường (loa E).
Nếu ống dẫn sóng là chữ nhật và kích thước được mở rộng theo cả hai mặt
phẳng chứa vectơ điện trường, từ trường ta được loa hình tháp.
Nếu ống dẫn sóng là hình trịn ta có loa hình nón.

Hình 6.3. Các anten loa: a) Nón vách nhẵn. b) Nón vách gấp nếp. c) loa hình tháp.
d) loa E và e) loa H

Để khảo sát nguyên lý làm việc của anten loa ta khảo sát mặt cắt dọc của anten

loa (hình 6.4)


Hình 6.4
Năng lượng cao tần được truyền theo ống dẫn sóng đến cổ loa dưới dạng sóng
phẳng. ở đây một phần năng lượng sẽ phản xạ trở lại còn đại bộ phận tiếp tục truyền
theo thân loa dưới dạng sóng phân kỳ tới miệng loa. Tại miệng loa phần lớn năng
lượng được bức xạ ra ngoài, một phần phản xạ trở lại. Sự phản xạ sóng ở cổ loa càng
lớn khi góc mở của loa càng lớn cịn sự phản xạ sóng tại miệng loa càng nhỏ khi kích
thước miệng loa càng lớn. Sóng truyền đi trong loa có thể coi là sóng cầu có tâm pha
tại O, do đó tại mặt phẳng miệng loa không phải là mặt đồng pha. Nếu loa có chiều dài
R cố định, muốn diện tích miệng loa lớn để tạo được bức xạ mạnh thì góc mở của loa
phải lớn. Nhưng điều này làm cho sóng phản xạ tại miêng loa càng lớn và sự sai pha
giữa các phần tử bức xạ trên miêng loa càng lớn, gây méo pha theo hướng trục z, làm
xấu tính hướng của anten. Bởi vậy khi tính tốn anten loa có thể chọn góc mở và độ
dài R của loa thích hợp, để anten loa có tính hướng tốt nhất.

a) Xét trường họp loa E
Chiều dài từ tâm pha O đến mép loa L được xác định theo cơng thức:

Hiệu đường đi của tia sóng từ tâm pha đến mép miệng loa với tâm loa :

sẽ gây ra lệch pha của các phần tử nằm ở mép loa so với tâm loa một góc là k ΔL.
Trong mặt phẳng E để có tính hướng tốt thì góc lệch pha cho phép trong mặt phẳng E
là
k ΔL ≤ π/2.


Ta có:


b) Xét trường hợp loa H
Cũng chứng minh tương tự như trong trường hợp loa E, nhưng trong mặt phẳng
H điện trường E ở mép loa bằng 0, có nghĩa là các phần tử nguyên tố bức xạ mặt càng
ở xa tâm loa bức xạ càng yếu đi, do thành phần điện trường tiếp tuyến trên bề mặt mỗi
nguyên tố giảm dần cho tới 0 tại mép loa. Bởi vậy cho phép góc lệch pha của phần tử
bức xạ ở tâm loa so với các phần tử bức xạ ở mép loa lón hơn trường hợp cho trong
mặt phẳng E, nghĩa là k.ΔL ≤ 0,75π từ đó ta có:

c) Xét trường hợp loa hình nón

Với R0 là bán kính của miệng loa
Loa có chiều dài loa R thỏa mãn điều kiện bằng trong các biểu thức (6.34), (6.35),
(6.36) được gọi là loa tối ưu, ta có
Loa E:

Loa H:

Hình 6.21. Đồ thị phương hướng của
anten loa


Loa nón:

2. Tính hướng của anten loa

Đối với anten loa E , độ rộng búp sóng được xác định

(6.37)

Đối với anten loa H , độ rộng búp sóng được xác định


(6.38)

Để độ rộng búp sóng chính trong hai mặt phẳng E và H bằng nhau thì các cạnh của loa
phải thỏa mãn điều kiện a1 = 1,5 b1.
Hệ số hướng tính của anten loa được tính theo biểu thức

Ở đây S là diện tích của miệng loa, υ là hệ số sử dụng bề mặt miệng loa. Hệ số
sử dụng bề mặt của miệng loa luôn nhỏ hơn 1 do biên độ và pha của trường trên miệng
loa khác nhau so với tâm loa.
Để tăng hệ số hướng tính của anten loa cần phải tăng kích thước miệng loa. Ví
dụ để đạt được D = 4500 (36,6 dBi) với bước sóng cơng tác 5 cm, thì miệng loa phải
có kích thước a1 = 1,5 m và b1 = 1m, chiều dài loa phải lớn hơn 10 m.
Anten loa thường được sử dụng làm anten bức xạ sơ cấp (bộ chiếu xạ) cho các
loại anten có mặt bức xạ thứ cấp như anten parabol, anten cassegrain....Nó cũng được


sử dụng làm các anten độc lập trong các hệ thống thơng tin vệ tinh. Khi đó kích thước
của loa rất lớn.

IV. Anten gương
1. Nguyên lý chung
-

Nguyên lý làm việc của anten gương tương tự như nguyên lý làm việc của gương quang học.
Khảo sát hoạt động của anten gương ở chế độ phát sóng. Sóng sơ cấp với dạng mặt sóng và
hướng truyền lan nhất định, sau khi phản xạ từ mặt gương sẽ trở thành sóng thứ cấp với dạng
mặt sóng và hướng truyền lan biến đổi theo yêu cầu. Việc biến đổi này là nhờ hình dạng và kết

-


cấu đặc biệt của mặt phản xạ (gọi là gương).
Gương có nhiệm vụ biến đổi sóng cầu hoặc sóng trụ bức xạ từ nguồn sơ cấp với tính hướng
kém thành sóng phẳng (hoặc gần phẳng) với năng lượng tập trung trong một khơng gian hẹp

-

có tính hướng mong muốn.
Gương phản xạ thứ cấp được dùng phổ biến nhất là gương parabol, một số sử dụng gương
hyperbol.
2. Anten gương parabol
a Anten parabol là một Anten sử dụng một gương phản xạ parabol, một bề mặt
cong với hình dạng cắt ngang của một parabol, để định hướng sóng vơ tuyến.
b Anten gương parabol làm việc theo nguyên lý bức xạ mặt thứ cấp.
c Nguyên lý cấu tạo gồm 1 mặt phản xạ cong theo đường cong parabol, làm
bằng vật liệu có hệ số phản xạ cao (Rpx≈1), thường bằng nhôm hoặc hợp kim
của nhôm, mặt phẳng phản xạ phải nhẵn để sóng phản xạ khơng bị tán xạ. Một
mặt phản xạ (gương) trịn xoay có mặt cong theo đường cong theo đường cong
parabol, mặt phản xạ đảm bảo cơ chế hội tụ để tập trung năng lượng vào một
phương cho trước; một bộ chiếu xạ đặt tại tiêu điểm F của gương, thực chất bộ
chiếu xạ là một anten sơ cấp: bức xạ sóng cầu (với gương parabol trịn xoay)
hay một nguồn bức xạ thẳng dọc theo trục tiêu (gương parabol trụ).


Chú thích:







L được gọi là khẩu độ, đây chính là đường kính của miệng gương parabol
f được gọi là tiêu cự, khoảng cách từ tiêu điểm F đến đỉnh gương O.
Trục ox, trục đi qua đỉnh gương được gọi là trục quang.
h được gọi là độ sâu của gương parabol.

Xét quãng đường đi của hai tia sóng xuất phát từ bộ chiếu xạ đặt tại tiêu điểm của
gương: một tia trùng với quang trục của gương và phản xạ tại đỉnh gương, đến miệng gương
tại O’; một tia phản xạ tại điểm A bất kỳ trên mặt gương và đến miệng gương tại B. Ta sẽ có
FO + OO’= FA + AB = k (với k là hằng số).Quãng đường đi dài như nhau có nghĩa rằng sóng
phát từ tiêu điểm có phân bố pha đồng đều trên mặt mở. Thuộc tính này cùng với thuộc tính
các tia song song có nghĩa là mặt sóng là mặt phẳng. Như vậy phát xạ từ mặt phản xạ parabol
tròn xoay giống như phát xạ một sóng phẳng từ một mặt phẳng vng góc với trục và chứa


đường chuẩn (đường vng góc với FO và đi qua điểm đối xứng với F qua đỉnh O trên trục,
độ dài của đường chuẩn là đường kính của miệng gương parabol cịn gọi là đường kính của
anten parabol). Cần lưu ý rằng theo nguyên lý đảo lẫn, các tính chất này cũng áp dụng cho cả
anten ở chế độ thu.

d Tỷ số giữa đường kính của miệng gương và tiêu điểm là một tỷ số quan trọng,
nên ta đi xét tỷ số này. Ký hiệu đường kính của miệng gương là d, ta được:

Vị trí của tiêu điểm so với mặt phản xạ đối với các giá trị f/d khác nhau được cho ở
hình. Đối với f/d<0,25, anten sơ cấp (tiếp sóng) nằm trong khơng gian giữa mặt phản xạ và
miệng gương và chiếu xạ giảm mạnh ở biên của mặt phản xạ. Đối với f/d>0,25, anten sơ cấp
nằm ngoài miệng gương vì thế chiếu xạ trở nên đồng đều hơn, nhưng một phần bị tràn ra
ngoài bộ phản xạ. Ở chế độ phát sự tràn này là sự phát xạ của anten sơ cấp hướng đến bộ phản
xạ nhưng vượt ra ngồi góc .


e Đồ thị phương hướng của anten parabol: Năng lượng của sóng điện từ được
phản xạ từ gương và tập trung xung quanh quang trục của gương, được gọi là
búp sóng chính. Tuy nhiên, do có sự ảnh hưởng bởi sự che chắn của các thanh
đỡ bộ chiếu xạ cũng như của chính bộ chiếu xạ nên gây ra miền tối ở phía sau
bộ chiếu xạ bộ chiếu xạ bức xạ sóng sơ cấp một phần sóng truyền ra ngồi mặt
gương; mặt phản xạ khơng phẳng tuyệt đối nên khi phản xạ một phần năng
lượng bị tán xạ. Do đó đồ thị phương hướng của anten gương parabol ngoài


búp sóng chính cịn có các búp sóng phụ. Độ rộng búp sóng chính hay góc nửa
cơng suất của đồ thị phương hướng được xác định theo cơng thức:

Hay:
Trong đó: f là tần số công tác (GHz), d là đường kính miệng gương (m), λ bước sóng cơng tác
(m).

f

Hiệu suất làm việc của anten parabol: Ở anten parabol không phải tất cả năng
lượng sóng bức xạ từ nguồn sơ cấp (bộ chiếu xạ) đều được phản xạ từ gương
parabol. Một phần năng lượng sóng được hấp thụ từ gương và một phần khác
bị tán xạ ra xung quang mép gương do mặt gương khơng phẳng tuyệt đối.
Thêm vào đó, bộ chiếu xạ đặt ở giữa gương cộng với giá đỡ sẽ che chắn mất
một phần miệng gương (tạo nên một vùng tối đối diện với gương). Chính vì
thế mà trong thực tế hiệu suất của anten parabol chỉ đạt được khoảng 55- 70 %
công suất bức xạ từ bộ chiếu xạ.

Hệ số hướng tính và hệ số khuếch đạicủa anten gương parabol tròn xoay:



Trong đó:






d đường kính miệng gương (m)
λ bước sóng cơng tác (m)
η hiệu suất làm việc của anten
S là diện tích thực của miệng anten

Nếu biểu thị theo đơn vị decibel ta có:

Chú ý: Hệ số hướng tính D và hệ số khuếch đại G trong các công thức trên được tính ở hướng
bức xạ cực đại.

3. Anten hai gương: Anten Cassegrain
a. Anten Cassegrain gồm một gương phản xạ parabol trịn xoay cịn gọi là gương
chính, một gương phản xạ hyperbol còn gọi là gương phụ và bộ chiếu xạ dùng
anten loa. Bộ chiếu xạ được bố trí sao cho tâm loa nằm ở giữa đỉnh parabol.
Gương phụ có hai tiêu điểm: một trùng với tiêu điểm của gương chính và một
trùng với tâm pha của bộ chiếu xạ.

b. Anten biến đổi sóng cầu từ bộ chiếu xạ thành sóng phẳng đồng pha ở miệng
gương chínhsau hai lần phản xạ liên tiếp tại gương phụ và gương chính.


c. Ưu điểm của anten Cassegrain là độ rộng búp sóng chính của đồ thị phương
hướng nhỏ hơn so với anten parabol đơn, bộ chiếu xạ đặt ở ngay đỉnh gương

chính nên rất thuận lợi cho viếc cấp điện. Gương phản xạ phụ được lắp phía
trước gương phản xạ chính nói chung có kích cỡ nhỏ hơn loa tiếp sóng và gây
ra che tối ít hơn. Như vậy, anten Cassegrain cũng có nhược điểm là gương phụ
chắn mất một phần khơng gian ở trước gương chính gây ra miền tối, làm cho
phân bố biên độ của trường không đồng đều, giảm tính định hướng của anten.
d. Hệ thống Cassegrain được sử dụng rộng rãi cho các trạm mặt đất.

4. Anten Gregorian
Một dạng khác của anten hai gương là anten Gregorian. Anten gồm một gương phản
xạ parabol trịn xoay chính và một gương phản xạ phụ elip tròn xoay. Cũng như ở trường
hợp trên, gương phản xạ phụ có hai tiêu điểm, một trùng với tiêu điểm của gương phản xạ
chính và điểm kia trùng với tâm pha của loa tiếp sóng. Hoạt động của hệ thống Gregorian
có nhiều điểm giống như Cassegrain.


5.

V. Kết luận
Anten là thiết bị không thể thiếu trong các hệ thống thơng tin vơ tuyến. Tùy vào tính
chất của mỗi hệ thống thông tin vô tuyến người ta sử dụng các loại anten thích hợp.
Có rất nhiều loại anten khác nhau hiện đang được sử dụng. Trong bài tiểu luận đã
đề cập đến một số loại anten được dùng phổ biến, các anten bức xạ mặt được sử
dụng ở tần số cao hơn. Ưu điểm của chúng là đạt được được tính hướng rất cao.
Anten loa là một dạng anten được sử dụng phổ biến trong thông tin vệ tinh. Loa có
thể sử dụng như một anten độc lập hay thường xuyên hơn nó được sử dụng làm các
bộ tiếp song cho các anten gương. Các anten gương parabol được sử dụng rộng rãi
trong các hệ thống thông tin chuyển tiếp mặt đất cũng như hệ thống thông tin vệ
tinh. Tiếp song cho các anten này có thể là các loa được đặt tại chính tâm hoặc lệch
tâm. Trường hợp thứ hai cho phép tránh được hiện tượng che tối nhưng địi hỏi phải
có các biện pháp để tạo phân bố trường chiếu xạ đều hơn trên mặt mở của parabol

và giá đỡ bộ phản xạ cũng phức tạp hơn. Các anten phản xạ kép cũng được sử dụng


trong thơng tin vệ tinh, cho phép đặt tiếp sóng ngay tại tâm của chảo phản xạ chính
vì thế bảo dưỡng và quay anten tiện hơn. Anten Cassegrain bao gồm hai bộ phản xạ:
bộ phản xạ phụ có hình hyperbol trịn xoay và bộ phản xạ chính là parabol trịn
xoay. Anten Gregorian cũng có bộ phản xạ chính là parabol tròn xoay nhưng bộ
phản xạ phụ là elip tròn xoay.