Anten dipole là gì – Học Điện Tử | Vuidulich.vn

You are viewing the article: Anten dipole là gì – Học Điện Tử | Vuidulich.vn at Vuidulich.vn

Vuidulich.vn cũng giúp giải đáp những vấn đề sau đây:

Anten dipole là gì hay Ăng ten lưỡng cực là gì?

Anten dipole hay Ăng ten lưỡng cực được định nghĩa là một loại ăng ten RF (Radio Frequency), bao gồm hai yếu tố dẫn như thanh hoặc dây. Lưỡng cực là bất kỳ một trong những loại ăng ten tạo ra mẫu bức xạ xấp xỉ với mẫu của một lưỡng cực điện cơ bản. Ăng ten lưỡng cực là loại ăng ten đơn giản và được sử dụng rộng rãi nhất.

‘lưỡng cực’ có nghĩa là ‘hai cực’ do đó ăng ten lưỡng cực bao gồm hai phần tử dẫn điện giống hệt nhau như thanh hoặc dây kim loại. Chiều dài của dây kim loại xấp xỉ một nửa bước sóng cực đại (tức là =λ/2) trong không gian tự do ở tần số hoạt động. Dây hoặc thanh này được tách ở tâm, và hai phần được ngăn cách bởi một chất cách điện , những phần này được gọi là phần ăng ten.

Hai phần ăng ten này được kết nối với một bộ cấp nguồn hoặc cáp đồng trục ở đầu gần tâm của ăng ten nhất. Lưu ý rằng bước sóng là khoảng cách giữa hai điểm cực đại hoặc cực tiểu liên tiếp. Anten lưỡng cực cơ bản với điểm cấp dữ liệu trung tâm được thể hiện trong hình bên dưới.

Nguồn điện áp tần số vô tuyến (RF) được đặt vào tâm giữa hai phần của ăng ten lưỡng cực. Điện áp này và dòng điện chạy qua hai phần tử dẫn điện tạo ra tín hiệu vô tuyến hoặc sóng điện từ được bức xạ ra ngoài từ ăng ten.

Dòng điện là cực đại và điện áp là cực tiểu tại tâm của ăng ten lưỡng cực. Ngược lại, dòng điện là cực tiểu và điện áp là cực đại ở hai đầu của ăng ten lưỡng cực.

Dạng bức xạ của anten lưỡng cực cơ bản được thể hiện trong hình dưới đây. Nó vuông góc với trục của anten.

Lưu ý rằng mẫu bức xạ là biểu diễn đồ họa của các đặc tính bức xạ của anten như một hàm của không gian, tức là, mẫu bức xạ của anten mô tả cách anten bức xạ năng lượng ra ngoài không gian.

Anten lưỡng cực là một loại đầu dò chuyển đổi tín hiệu điện thành sóng điện từ RF và bức xạ chúng ở phía phát và chuyển đổi sóng điện từ RF thành tín hiệu điện ở phía nhận.

Thiết kế ăng ten lưỡng cực

Chúng ta có thể thiết kế nhiều anten lưỡng cực hoạt động trên các dải tần HF (tần số cao), VHF (tần số rất cao) và UHF ( tần số siêu cao ) của phổ tần số vô tuyến .

Hãy thiết kế một ăng ten lưỡng cực 1 MHZ.

Lựa chọn chiều dài của ăng ten lưỡng cực

Như chúng ta biết rằng bước sóng của sóng vô tuyến hoặc bất kỳ sóng nào khác thay đổi tỷ lệ nghịch với tần số. nó được đưa ra bởi:

 

Trong đó, C = vận tốc ánh sáng = 3*10^8 m/s

f = tần số, tính bằng Hertz

λ= bước sóng, tính bằng mét

Vì vậy,

Bây giờ, ở nửa bước sóng, chiều dài của ăng-ten được cho bởi,

Do đó, từ phương trình (3), chúng ta có thể nói rằng, nếu chúng ta sử dụng một máy phát vô tuyến 1 MHz, thì chiều dài cơ bản của dây ăng-ten sẽ là 150 mét hoặc 492 feet hoặc 5905 Inch.

Điều này đúng nếu chúng ta bỏ qua “hiệu ứng biên”. “Hiệu ứng biên” này là hiệu ứng điện môi của không khí ở cuối ăng ten làm tăng chiều dài hiệu dụng của ăng ten. Do hiệu ứng cuối, dây ăng-ten hoạt động dài hơn 5% so với chiều dài thực. Điều này sẽ tạo ra sự giao thoa giữa dòng điện kích thích và dao động và do đó biên độ dao động có thể bị suy yếu.

Do đó, để đối trọng với “hiệu ứng biên” và làm cho ăng ten hoạt động bình thường, cần phải cắt dây ăng ten khoảng 5% và làm cho chiều dài vật lý của nó xấp xỉ 95% của một nửa bước sóng.

Do đó, để có được λ/2 chiều dài thực tế của dây ăng ten, giá trị nhân với hệ số K với chiều dài cơ bản của dây ăng ten, nghĩa là

Giá trị của K phụ thuộc vào độ dày của dây dẫn và tần số hoạt động. Giá trị này của K là chính xác đối với dây ăng ten ở tần số lên đến 30 MHz.

Lựa chọn trở kháng nguồn cấp dữ liệu hoặc kháng bức xạ

Trở kháng nguồn cấp của một lưỡng cực được xác định bằng tỷ số giữa điện áp và dòng điện tại điểm nạp. Nó thường được cấp nguồn ở điểm điện áp tối thiểu và dòng điện tối đa.

Để đảm bảo truyền năng lượng tối đa từ bộ nạp, hoặc nguồn / tải, trở kháng nguồn cấp của ăng ten lưỡng cực phải giống như trở kháng của nguồn hoặc tải. Bằng cách kết hợp trở kháng nguồn với trở kháng nguồn hoặc tải, ăng-ten có thể hoạt động với hiệu suất tối đa.

Trở kháng bức xạ hoặc trở kháng nguồn cấp đầu vào của một ăng ten lưỡng cực lý tưởng trong không gian trống có thể được mô hình hóa gần đúng bằng trở kháng 73 Ω và trong các điều kiện thực tế, nó thay đổi từ 60 Ω đến 70 Ω. Trở kháng của ăng-ten có thể được thay đổi bằng cách thay đổi độ dài hoặc hình dạng của dây dẫn.

Nhiều loại cáp đồng trục có trở kháng đặc tính là 75 Ω, do đó, ăng ten lưỡng cực có thể được cấp bằng cáp đồng trục 75 Ω hai dây, đây là một kết hợp tốt cho ăng ten lưỡng cực nửa sóng.

Ngoài ra, lưỡng cực nửa sóng có thể được nuôi bằng đường truyền có trở kháng 300 Ω và đường dây hở 600 Ω với các lưỡng cực gấp khúc tùy theo khả năng xử lý công suất.

Sử dụng tiếp sóng cân bằng hoặc Balun

Anten lưỡng cực là anten cân bằng. Do đó, cần phải sử dụng tiếp sóng cân bằng. Tiếp sóng cân bằng bao gồm hai dây dẫn song song. Dòng điện chạy trong cả hai vật dẫn có độ lớn bằng nhau nhưng ngược chiều nhau. Do đó, trường bức xạ từ chúng bị triệt tiêu và không có điện năng tiêu tán. Khoảng cách giữa các vật dẫn thường giữ khoảng 0,01 bước sóng. Nếu cần sử dụng bộ tiếp sóng đồng trục thì phải sử dụng balun cân bằng.

Cáp đồng trục

Bộ cấp nguồn phổ biến nhất được sử dụng để cấp nguồn cho ăng-ten là cáp đồng trục. Nó thường được gọi là cáp RF.

Cáp đồng trục mang dòng điện trong cả hai ruột dẫn. Các dòng điện này có độ lớn bằng nhau nhưng ngược chiều nhau. Do đó, tất cả các trường bức xạ được liên kết trong cáp và do đó chúng triệt tiêu lẫn nhau.

Do đó, không có trường bức xạ bên ngoài cáp do đó nó không bị ảnh hưởng bởi bất kỳ vật thể nào gần đó. Do đó, nó thích hợp nhất làm bộ trung chuyển cho ăng ten lưỡng cực.

Chất Cách điện

Chất cách điện  là chất cách điện được thiết kế để chịu được sức kéo của dây cáp điện hoặc dây điện lơ lửng.

Nó được đưa vào giữa hai chiều dài của dây dẫn, để cách ly chúng về điện với nhau. Nó được sử dụng trong dây dẫn điện trên không, để hỗ trợ ăng-ten radio và đường dây điện trên không.

Do đó, thiết kế tổng thể của một ăng ten lưỡng cực 1 MHz được thể hiện trong hình bên dưới.

Các loại Anten lưỡng cực

Các loại anten lưỡng cực phổ biến nhất là anten lưỡng cực nửa sóng. Có nhiều loại anten lưỡng cực có thể được thiết kế. Hãy giải thích chi tiết các loại anten lưỡng cực chính.

Ăng ten lưỡng cực dẹt

Một ăng ten lưỡng cực dẹt là một chuỗi của hai ăng ten lưỡng cực. Nếu hai ăng ten lưỡng cực được kết nối song song để tạo thành một vòng dây mỏng, thì nó được gọi là ăng ten lưỡng cực gấp dẹt.

Như tên của nó ngụ ý rằng hình thức của ăng-ten lưỡng cực được gấp lại trên chính nó. Trong anten lưỡng cực dẹt, hai nửa lưỡng cực sóng – một sóng liên tục và một sóng phân chia ở tâm được gấp lại và nối với nhau song song ở hai đầu. Lưỡng cực tách được đưa vào tâm bằng một đường truyền cân bằng . Do đó, hai lưỡng cực có cùng điện áp ở hai đầu của chúng và hai dòng điện giống nhau được tạo ra.

Dạng bức xạ của lưỡng cực dẹt giống như lưỡng cực thông thường nhưng trở kháng đầu vào của lưỡng cực dẹt cao hơn và định hướng của lưỡng cực dẹt là hai hướng.

Ăng ten lưỡng cực dẹt hai dây

Nếu hai ăng ten lưỡng cực được kết nối song song để tạo thành một vòng dây mỏng, thì nó được gọi là ăng ten lưỡng cực dẹt hai dây.

Nếu bán kính của cả hai vật dẫn bằng nhau, thì các dòng điện bằng nhau chạy trong cả hai vật dẫn theo cùng một hướng tức là các dòng điện có độ lớn và pha bằng nhau. Nếu tổng dòng điện được cấp tại đầu cuối là ‘I’ thì mỗi lưỡng cực sẽ có dòng điện ‘I / 2’. Do đó, với cùng một công suất được áp dụng, chỉ một nửa dòng điện chạy trong lưỡng cực đầu tiên, và do đó trở kháng đầu vào tăng lên và nó trở thành bốn lần. Anten lưỡng cực dẹt được thể hiện trong hình bên dưới.

Công thức chung để tính trở kháng cho một lưỡng cực gấp khúc được đưa ra bởi,

 

Ở đâu, n = không. của λ/2 anten dây

Do đó, đối với antenna lưỡng cực dẹt hai dây có bán kính bằng nhau, trở kháng đầu vào hoặc điện trở bức xạ được cho bởi

 

Do đó, lưỡng cực dẹt hai dây có thể được cấp nguồn bằng đường truyền dây hở 300 Ω thông thường mà không cần bất kỳ thiết bị phù hợp nào.

Ăng ten lưỡng cực dẹt ba dây

Nếu ba ăng-ten lưỡng cực được kết nối song song để tạo thành một vòng dây mỏng, thì nó được gọi là ăng-ten lưỡng cực dẹt ba dây hoặc ăng-ten Folded Tripole.

Nếu sử dụng ba ăng ten lưỡng cực dẹt dây có bán kính bằng nhau thì dòng điện chạy trong cả ba dây dẫn bằng nhau. Nếu tổng dòng điện được cấp tại đầu cuối là ‘I’ thì mỗi lưỡng cực sẽ có dòng ‘I / 3’.

Do đó, với cùng một công suất được áp dụng, chỉ một phần ba tổng dòng bức xạ chạy trong lưỡng cực đầu tiên, và do đó trở kháng đầu vào tăng lên và nó trở thành chín lần. Anten lưỡng cực dẹt được thể hiện trong hình bên dưới.

Do đó, đối với một lưỡng cực dẹt 3 dây có bán kính bằng nhau, trở kháng đầu vào hoặc điện trở bức xạ được cho bởi

 

Do đó, lưỡng cực dẹt ba dây hoặc tam cực gấp có thể được cấp nguồn bằng đường truyền mở hai dây 600 Ω thông thường mà không cần bất kỳ thiết bị phù hợp nào.

Vì vậy, ăng ten lưỡng cực dẹt hoặc ăng ten ba cực có đặc tính biến đổi trở kháng quan trọng. Điều này giúp nó dễ dàng kết hợp với đường truyền cấp nguồn cho ăng-ten. Cũng có thể thay đổi trở kháng đầu vào bằng cách giữ cho bán kính của hai lưỡng cực không bằng nhau. Trong điều kiện này, một dòng điện lớn hơn chạy qua một lưỡng cực dày hơn và do đó chúng ta có thể duy trì bất kỳ trở kháng đầu vào mong muốn nào.

Ưu điểm của Ăng-ten lưỡng cực dẹt

Một số ưu điểm của ăng ten lưỡng cực dẹt bao gồm:

1. Nó có trở kháng đầu vào cao; do đó dễ dàng khớp với đường truyền.
2. Nó có tần số băng thông rộng, tức là băng thông rộng, do đó nó thích hợp cho việc phát sóng FM và TV.
3. Nó có độ lợi cao và tính định hướng cao so với một ăng-ten lưỡng cực đơn giản, do đó, nó có thể được sử dụng trong ăng-ten Yagi-Uda .

Ăng ten lưỡng cực FM

Anten lưỡng cực FM được định nghĩa là anten nửa lưỡng cực nửa sóng phân cực thẳng đứng. Ăng-ten lưỡng cực FM chủ yếu được sử dụng để chế tạo và nó phù hợp để cung cấp khả năng thu sóng FM VHF được cải thiện. Ăng ten lưỡng cực FM được hiển thị trong hình dưới đây.

Dạng bức xạ của anten lưỡng cực FM vuông góc với trục của anten, tức là nằm ngang vì anten lưỡng cực FM là anten lưỡng cực nửa sóng phân cực thẳng đứng. Dạng bức xạ của anten lưỡng cực FM được thể hiện trong hình dưới đây.

Anten lưỡng cực FM thường được sử dụng cho dải tần số phát sóng FM từ 88 MHz đến 108 MHZ.

Anten dipole kiểu quạt

Lưỡng cực quạt hay Ăng ten dây nhiều dải là một trong đó nhiều lưỡng cực được kết nối với một đường cấp nguồn chung và chúng được trải ra giống như một cái quạt nên được gọi là ăng ten lưỡng cực quạt.

Như tên của nó, hình thức của ăng ten lưỡng cực quạt trông giống như một cái quạt. Nó còn được gọi là anten lưỡng cực song song.

Trong anten lưỡng cực hình quạt, mỗi lưỡng cực của nhiều băng tần được cắt từ tâm của các băng tần và được kết nối với một bộ trung chuyển chung. Lưỡng cực nên được cắt từ nơi chúng ta muốn nó bức xạ. Khi tín hiệu được truyền đi, chúng ta chỉ nhận được tín hiệu từ dải đó đang bức xạ, vì các lưỡng cực khác có trở kháng cao hơn so với phần tử bức xạ đó.

Ăng ten lưỡng cực của quạt được thể hiện trong hình trên. Đó là ăng-ten lưỡng cực quạt 4 băng tần. Ở đây, chúng tôi đã sử dụng lưỡng cực đa băng tần 80 m, 40 m, 20 m và 10 m được kết nối song song với một đường trung chuyển chung.

Khi lưỡng cực 80 m đang bức xạ có nghĩa là dòng điện đi qua 80 m lưỡng cực, trong điều kiện này, chúng ta chỉ nhận được tín hiệu từ dải 80 m vì nó có trở kháng thấp hơn trong khi dải 40 m, 20 m và 10 m khác có trở kháng cao hơn so với đến phần tử bức xạ 80 m.

Tương tự, khi lưỡng cực 40 m bức xạ, chúng ta chỉ nhận được tín hiệu từ dải 40 m vì nó có trở kháng thấp hơn so với lưỡng cực khác. Lưu ý rằng theo Định luật hiện tại của Kirchhoff , các lưỡng cực khác cũng bức xạ nhưng không hiệu quả.

Anten dipole nửa sóng

Ăng-ten lưỡng cực nửa sóng là loại ăng-ten lưỡng cực được sử dụng rộng rãi nhất. Như tên cho thấy rằng, tổng chiều dài của ăng ten lưỡng cực bằng nửa bước sóng ( λ/2) ở tần số hoạt động.

Nó được gọi là lưỡng cực nửa bước sóng hoặc đơn giản là lưỡng cực hoặc kép. Nó còn được gọi là ăng-ten Hertz.

Anten lưỡng cực nửa sóng bao gồm một dây dẫn hai phần tư bước sóng với điểm nạp ở tâm. Nó là ăng ten đối xứng, trong đó hai đầu ở điện thế bằng nhau về điểm chính giữa.

Sự phân bố dòng điện trong anten lưỡng cực nửa sóng gần như hình sin dọc theo chiều dài của lưỡng cực, tức là bản chất là sóng dừng. Anten lưỡng cực nửa sóng cơ bản và sự phân bố điện áp và dòng điện trên nó được thể hiện trong hình dưới đây.

Dạng bức xạ của anten lưỡng cực nửa sóng được thể hiện trong hình dưới đây. Nó cho thấy rằng các hướng của bức xạ cực đại là vuông góc với dây dẫn hoặc trục của ăng ten. Nó cũng vuông góc với hướng của dòng điện anten.

Anten lưỡng cực nửa sóng có thể hoạt động trong dải tần từ 3 kHz đến 300 GHz; do đó Nó chủ yếu được sử dụng trong máy thu thanh.

Anten dipole ngắn

Anten lưỡng cực ngắn là loại anten đơn giản nhất trong tất cả các anten. Ăng ten lưỡng cực ngắn là ăng ten trong đó chiều dài của dây nhỏ hơn một nửa bước sóng tức là ( <λ/2).

Trong một ăng ten lưỡng cực ngắn, trở kháng nguồn cấp dữ liệu bắt đầu tăng lên và đáp ứng của nó ít phụ thuộc hơn vào sự thay đổi tần số. Sự phân bố dòng điện trong anten lưỡng cực ngắn xấp xỉ hình tam giác.

Chiều dài của ăng ten lưỡng cực ngắn ở giữa λ/50 đến λ/10. tức là λ/50< l <λ/10,. Sự phân bố dòng điện trên anten lưỡng cực ngắn xấp xỉ hình tam giác. Ăng ten lưỡng cực ngắn cơ bản và sự phân bố dòng điện trên nó được thể hiện trong hình dưới đây.

Mô hình bức xạ của ăng ten lưỡng cực ngắn chỉ đơn giản là một vòng tròn. Nó hơi khác so với ăng ten lưỡng cực nửa sóng. Dạng bức xạ của anten lưỡng cực ngắn và sự so sánh của nó với anten lưỡng cực nửa sóng được thể hiện trong hình dưới đây.

Anten dipole ngắn được sử dụng thay cho ăng ten lưỡng cực nửa sóng đầy đủ trong các ứng dụng nhất định khi ăng ten lưỡng cực nửa sóng đầy đủ quá lớn.

Anten dipole được sử dụng cho (Ứng dụng) là gì?

Một số ứng dụng của Ăng-ten lưỡng cực bao gồm:

• Anten dipole được sử dụng rộng rãi trong vô tuyến và viễn thông.
• Anten dipole có thể được sử dụng như một ăng-ten phát hoặc một ăng-ten thu. Ăng ten phát được sử dụng để chuyển đổi tín hiệu điện thành sóng điện từ và bức xạ chúng. Trong khi anten thu được sử dụng để chuyển đổi sóng điện từ thành tín hiệu điện. Trong giao tiếp hai chiều, cùng một ăng ten lưỡng cực có thể được sử dụng cho cả việc truyền và nhận.
• Anten dipole nửa sóng được sử dụng trong máy thu thanh và truyền hình.
• Anten dipole gấp được sử dụng trong ăng-ten Yagi-Uda để thu sóng truyền hình mặt đất (TV) sử dụng đường cân bằng Z  = 300 Ω vì ăng-ten lưỡng cực gấp có trở kháng đầu vào cao và do đó nó dễ dàng phù hợp với trở kháng của đường truyền. hàng.
• Anten dipole  dẹt được sử dụng trong các hoạt động băng rộng như phát sóng FM và TV (Truyền hình).
• Ăng-ten VHF và UHF được sử dụng trong liên lạc di động mặt đất ở các khu vực Duyên hải, An toàn công cộng, Truyền thông công cộng và các ứng dụng Công nghiệp.
• Anten dipole FM được sử dụng làm ăng ten thu phát sóng FM cho băng tần phát sóng FM 88 MHz đến 108 MHz.
• Ăng ten phản xạ hình parabol thường được sử dụng cho thông tin liên lạc vệ tinh, thiên văn học vô tuyến và cho các loại liên kết thông tin vô tuyến khác nhau.

Vuidulich.vn cũng giúp giải đáp những vấn đề sau đây:

See more articles in the category: TIN TỨC