Một cách giản đơn, ăng-ten là thiết bị dùng để truyền và nhận sóng điện từ. Các sóng này được sử dụng trong nhiều hệ thống kỹ thuật, bao gồm truyền dẫn vô tuyến, phát thanh, truyền hình, radar, định vị, thiết bị điện tử, viễn thám và thiên văn vô tuyến. Trong các hệ thống này, sóng điện từ là phương tiện truyền tải thông tin chính và ăng-ten đóng vai trò quan trọng trong quá trình truyền tải. Ngoài ra, không phải lúc nào cũng cần sử dụng ăng-ten để truyền tải tín hiệu điện từ.
Đề cương: Ăng-ten: Là một thiết bị hoặc cấu trúc nhận hay phát ra sóng điện từ (thông tin) vào không gian. Ăng-ten được sử dụng phổ biến trong truyền thông không dây, radar, thiết bị điện tử tác chiến và định vị không dây. Ăng-ten thường được làm bằng kim loại dẻo hoặc bề mặt kim loại và được gọi là ăng-ten dây. Ăng-ten phát tia sóng điện từ vào không gian, trong khi ăng-ten thu sóng điện từ từ không gian. Một ăng-ten duy nhất có thể được sử dụng như ăng-ten phát và ăng-ten thu đồng thời. Tuy nhiên, một số ăng-ten chỉ phù hợp để thu sóng hoặc phát sóng.
Hình 1: Một ảnh minh họa về cấu tạo của ăng-ten
Các thông số điện của ăng-ten bao gồm mô hình, hệ số tăng, trở kháng đầu vào và hiệu quả băng thông. Mô hình ăng-ten là một biểu đồ trực quan của mật độ điện trường trong không gian xung quanh ăng-ten. Hướng bức xạ của ăng-ten được thể hiện trong mô hình, góp phần cải thiện khả năng chống nhiễu. Có thể sử dụng các tính chất đặc biệt của mô hình ăng-ten để thực hiện các chức năng như phát hiện, định vị và truyền thông. Đôi khi, để cải thiện khả năng định hướng, có thể sử dụng nhiều ăng-ten cùng loại và sắp xếp theo quy tắc nhất định thành một mảng ăng-ten. Hình dạng của ăng-ten và bước sóng hoạt động ảnh hưởng lớn đến hệ số tăng của ăng-ten. Trở kháng đầu vào của ăng-ten được xác định bởi trở kháng điện và kháng từ. Hiệu suất của ăng-ten là năng lượng bức xạ và tỷ lệ công suất đầu vào của nó. Băng thông đề cập đến khả năng vận hành của ăng-ten trong dải tần số định trước.
Ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu, khả năng định hướng và khả năng tăng cường bức xạ của ăng-ten là cấu trúc và nguyên lý hoạt động của nó. Có nhiều loại ăng-ten dựa trên mục đích sử dụng, tần số và cấu trúc. Ví dụ, các ăng-ten dùng trong dải tần số dài và trung bình thường có hình chữ T, hình chữ L ngược và hình dạng ngang của chữ S. Đối với dải tần số ngắn, các ăng-ten song công, lồng, kim cương và log-periodic được sử dụng phổ biến. Trong mảng ăng-ten FM, ăng-ten Yagi được sử dụng rộng rãi, cùng với ăng-ten xoắn ốc và ăng-ten góc phản xạ. Trạm di động thường sử dụng các ăng-ten phẳng ngang, như ăng-ten roi, cho phát sóng không định hướng. Mỗi loại ăng-ten phục vụ cho mục đích cụ thể và có đặc điểm riêng.
Phân loại ăng-ten:
- Dựa vào tính chất công việc, ăng-ten có thể được chia thành ăng-ten truyền và ăng-ten thu.
- Dựa vào mục đích sử dụng, ăng-ten có thể được chia thành ăng-ten thông tin liên lạc, ăng-ten phát thanh, ăng-ten truyền hình và ăng-ten radar.
- Dựa vào dải tần số hoạt động, ăng-ten có thể được chia thành ăng-ten sóng dài, sóng ngắn AM, sóng ngắn FM và ăng-ten vi sóng.
- Dựa vào cấu trúc và nguyên tắc hoạt động, ăng-ten có thể được chia thành ăng-ten dây đơn và ăng-ten hình dạng khác. Các thông số đặc trưng của ăng-ten bao gồm mô hình, định hướng, tăng, trở kháng đầu vào, hiệu suất bức xạ, phân cực và tần số.
Kích thước và hướng đi của ăng-ten có thể được chia thành hai loại:
- Ăng-ten một chiều và hai chiều.
- Ăng-ten một chiều dây và ăng-ten hai chiều.
Ăng-ten dây một chiều bao gồm nhiều thành phần, như dây dẫn điện trên điện thoại cũ hoặc dây cáp trên truyền hình trước đây. Ăng-ten một chiều bao gồm ăng-ten một chiều đơn giản và ăng-ten bán chính nửa bước sóng. Không gian ăng-ten đa dạng, chẳng hạn như tấm (kim loại vuông), mảng phẳng (mảng các miếng kim loại nhỏ được sắp xếp) và hình tròn.
Ăng-ten theo ứng dụng có thể được chia thành ăng-ten máy bộ đàm di động, ăng-ten xe ô tô và ăng-ten trạm. Ở cấp bình dân, ăng-ten máy bộ đàm di động sử dụng phổ biến, có thể là ăng-ten bằng cao su đơn giản hoặc ăng-ten roi. Ở cấp của xe, các ăng-ten được gắn trên xe thông tin liên lạc rất phổ biến, thường là ăng-ten hút đảo rộng rãi nhất. Cấu trúc của ăng-ten xe cũng có ăng-ten ngắn sóng trên mái xe, ăng-ten kiểu các trung tâm và các bộ thêm vào theo chiều ngang, có các hình dạng như thể hiện trong hình. Các trạm trong toàn bộ hệ thống thông tin liên lạc có vai trò quan trọng, đặc biệt là các trạm phát sóng. Các ăng-ten gốc sợi quang thông thường có khả năng tăng cao, ăng-ten mảng Victoria (mảng tám ăn) và ăng-ten hướng.
Bức xạ: Các ăng-ten bức xạ sóng điện từ qua sự tụ điện Sự tạo ra bức xạ điện từ xảy ra khi có dòng điện xen kẽ trên ăng-ten, và bức xạ điện từ phụ thuộc vào độ dài và hình dạng của dòng điện. Hình a dưới đây mô tả trường điện giữa hai dòng điện gần nhau, khi đó bức xạ rất yếu; hình b và c mô tả trường điện lan tỏa trong không gian xung quanh, bức xạ xảy ra. Cần lưu ý rằng, khi độ dài dòng L nhỏ hơn bước sóng λ, bức xạ yếu; khi độ dài dòng L so sánh với bước sóng, dòng sẽ tạo ra bức xạ mạnh.
1.2 Lưỡng cực: Lưỡng cực là một loại ăng-ten phổ biến và được sử dụng rộng rãi nhất. Ảnh dưới đây hiển thị một mô hình đơn giản của ăng-ten lưỡng cực dọc, gọi là "kiểu bánh ngọt" ba chiều. Mặc dù nó là mô hình ba chiều, việc vẽ mô hình trên mặt phẳng chính hai khá khó, do đó chỉ hiển thị mô hình trong mặt phẳng ngang và mặt phẳng phụ. Mô hình trên mặt phẳng ngang chỉ hiển thị hướng đi của bức xạ, trong khi mô hình trên mặt phẳng phụ hiển thị bức xạ trong tất cả các hướng trong mặt phẳng ngang lớn như bức xạ.
1.3 Ảnh hưởng của định hướng ăng-ten: 1.3.1 Ảnh hưởng định hướng của ăng-ten: Một trong những chức năng chính của ăng-ten phát là nhận năng lượng từ nguồn phát và phát đi vào không gian xung quanh, trong đó một chức năng là tập trung năng lượng phát theo hướng mong muốn. Ví dụ, ăng-ten lưỡng cực dọc có hình dạng giống "chiếc bánh ngọt" ba chiều (hình 1.3.1a). Mặc dù mô hình ba chiều, việc vẽ kiểu trên mặt phẳng chính hai khá khó, do đó chỉ hiển thị mô hình trong mặt phẳng ngang và mặt phẳng phụ. Mô hình trên mặt phẳng ngang chỉ hiển thị hướng đi của bức xạ, trong khi mô hình trên mặt phẳng phụ hiển thị bức xạ trong tất cả các hướng trong mặt phẳng ngang lớn như bức xạ.
1.3.2 Ảnh hưởng của ăng-ten tăng cường định hướng: Việc sử dụng nhiều mảng ăng-ten lưỡng cực cho phép kiểm soát hướng phát sóng, dẫn đến mô hình "bánh rán" đồ tập trung năng lượng theo chiều ngang.
1.3.3 Tăng cường: Tăng cường chỉ nhập đồng bằng năng lượng đầu vào, là hiệu suất thực tế của ăng-ten tương ứng với mật độ năng lượng tín hiệu bức xạ tại cùng một điểm trong không gian. Đây là một cách mô tả định lượng năng lượng đầu vào tập trung của mức độ bức xạ của ăng-ten. Mô hình ăng-ten tăng cường rõ ràng có mối quan hệ gần gũi, hẹp hơn chỉ đạo chính, thùy bên nhỏ hơn, cũng như tăng cao. Có thể hiểu tăng cường là mô tả vật lý của hiệu quả chuyển đổi năng lượng. Cần chú ý rằng, băng thông chỉ đặc tính hiệu suất chính của ăng-ten để đáp ứng yêu cầu hoạt động trong dải tần số đã định trước.
Ở đây, chúng tôi đã tạo ra một cái nhìn tổng quan về cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của ăng-ten. Bài viết này hy vọng đã cung cấp cho bạn hiểu biết cơ bản về ăng-ten và vai trò quan trọng của nó trong việc truyền tải thông tin qua sóng điện từ.
