Trang chủ Bằng phát minh, sáng chế • Liên hệ     • Giới thiệu     • Tài liệu hướng dẫn

Anten yagi

Cập nhật Thứ sáu - 09/06/2017 14:26 In bài viết

1. Tên sáng chế, phát minh, giải pháp:
Anten yagi
2. Số bằng,ký hiệu: 1-0016563
3. Thuộc lĩnh vực KH&CN Công nghệ sinh học (Sáng chế)
4. Ngày công bố 27/03/2017
5. Ngày cấp 27/03/2017
6. Chủ sở hữu chính CÔNG TY CỔ PHẦN NGHE NHÌN TOÀN CẦU
7. Tác giả Hoàng Thanh Tùng (VN), Bùi Văn Nhẫn (VN)
8. Điểm nổi bật
Sáng chế đề xuất anten Yagi bao gồm chấn tử phản xạ (6), chấn tử bức xạ dạng vòng (3) và chấn tử dẫn xạ (5) nằm song song với nhau, dải nối đất (7) kéo dài qua và nối điện với phần giữa của các chấn tử này ở một mặt của tấm mạch in, dải phối hợp trở kháng dạng chữ U (balun) (1) nằm ở mặt kia của tấm mạch in (8) và nằm chồng lên dải nối đất (7) và kéo dài qua phần giữa của các chấn tử khi nhìn từ trên xuống, và tấm mạch in (8) bao phủ dải nối đất (7) và balun đồng thời cách điện cho hai bộ phận này. Ngoài ra, anten còn bao gồm dải chắn (2) được đặt giữa hai nhánh của chữ U của balun (1). Hơn nữa, anten còn bao gồm chấn tử trung tâm (4) dùng làm chấn tử bức xạ nằm bên trong chân tử vòng. Nhờ anten có cấu trúc như vậy, nên sự tương tác điện giữa hai nhánh chữ U của balun được ngăn chặn, nhờ đó đảm bảo trở kháng của balun ổn định hơn. Nhờ bố trí thêm chấn tử trung tâm (4) dùng làm chấn tử bức xạ bổ sung, nên có thể mở rộng dải tần của anten, nhưng kích thước aten vẫn được giữ nhỏ gọn.
9. Mô tả về sáng chế, phát minh, giải pháp

Lĩnn vực kỹ thuật được đề cập

Sáng chế đề cập tới anten Yagi có các chấn tử và balun phối hợp trở kháng tích hợp trên tấm mạch in sử dụng ương ứng dụng thu, phát tín hiệu trong lĩnh vực viễn thông, truyền hình.

Tình trạng kỹ thuật của sáng chế

Ngày nay, có rất nhiều mô hình anten Yagi dạng chấn tử thường hoặc chấn tử tích hợp trong mạch in đã được phát triển. Anten Yagi có các chấn tử tích hợp trong tấm mạch in ngày càng được phát triển do tính nhỏ gọn, bền và hiệu năng cao của chúng, và thường có Balun (bộ phối hợp trở kháng giữa chấn tử chính và dây cáp, ví dụ, dây song hành hoặc cáp cấp điện đồng trục).

Patent Mỹ số US 6,307,524 B1 bộc lộ một cấu trúc của anten Yagi có các chấn tử được tích hợp trong tấm mạch in gồm chấn tử phản xạ, chân tử chính và chấn tử dẫn xạ. Bộ phối hợp trở kháng dạng dải phối hợp trở kháng nằm giữa tâm mạch in và được nối điện trực tiếp vói cáp cấp điện đổng trục và chân tử chính dạng chữ J. Chân tử chính dạng chữ J này được nối đất ở phần giữa của nó.

Một hệ thống anten Yagi khác dùng để thu sóng rađio từ mạng truyền thông vệ tinh cũng được đề xuất trong Patent Mỹ số US 6326922 B1, bao gồm chấn tử phản xạ, chấn tử bức xạ (chân tử chính) và chấn tử dẫn xạ cùng được bố trí trên một tấm mạch in. Theo một phương án thực hiện của giải pháp này, toàn bộ hệ thống anten nằm trên một tấm mạch in bằng sợi thủy tinh epoxy. Theo phương án thực hiện này, do chân tử phản xạ kết hợp với bộ khuếch đại nhiễu thấp (LNA) được nối điện trực tiếp vào chấn tử chính, nên loại trừ được việc sử dụng cáp nối và các đầu nối vốn gây ra tổn thất tín hiệu ở trước LNA làm giảm độ nhạy của anten. Theo một phương án thực hiện khác của giải pháp đã biết này, bộ phận lắp ráp bề mặt được sử dụng để tạo thuận lợi cho việc nối giữ các điểm cấp lưỡng cực đối xứng của chấn tử bức xạ và LNA, nhờ đó có thể bố trí toàn bộ anten trong một tấm mạch in, đổng thời không cần sử dụng cáp balun. 16563

Tài liệu sáng chế số JP2010166227(A) đề xuất một hệ thống anten Yagi nhằm nâng cao dải tần và tính định hướng của anten. Hệ thống anten này bao gồm chấn tử phản xạ, chấn tử chính (chân tử bức xạ) và chấn tử dẫn hướng và hai balun cùng được bố trí trên tâm mạch in. Balun thứ nhất dạng vòng tròn được nối trực tiếp với chấn tử chính nằm ở một mặt của tấm mạch in, và balun thứ hai có dạng vòng tròn nằm ở mặt kia của tấm mạch in, đối xứng cực với balun thứ nhất theo trục thẳng đứng. Balun thứ hai có một cực nối với điểm cấp điện, và cực còn lại nối đất. Nhờ bố trí hai balun như vậy, nên anten Yagi này có thể thu được dải tần ở phạm vi rộng đồng thời cũng có tính định hướng cao.

Tuy nhiên, balun của các giải pháp nêu trên đều được nối trực tiếp với chấn tử chính. Hơn nữa, các chấn tử chính nêu trong các giải pháp đã biết này được nối điện với đất qua một đường dẫn khác, hoặc qua vỏ nối đất của cáp cấp điện đồng trục. Vì vậy, các giải pháp đã biết nêu trên có cấu tạo phức tạp dẫn tới tăng phản xạ. Hơn nữa, cấu trúc của anten phức tạp, nên làm chi phí sản xuất và lắp đặt tăng.

Bản chất kỹ thuật của sáng chế

Mục đích của sáng chế là tạo ra được anten Yagi có Balun và các chấn tử tích hợp mạch in khắc phục các nhược điểm nêu trên.

Mục đích tiếp theo của sáng chế là tạo ra được anten Yagi có cấu tạo gọn nhẹ, đơn giản và dễ chế tạo, dễ căn chỉnh và có tính ổn định cao. Anten Yagi này vẫn có thể mở rộng dải tần nhưng vẫn không làm tăng kích thước anten.

Mục đích tiếp theo của sáng chế là tạo ra được anten Yagi duy trì được trở kháng của dải phối hợp trở kháng (balun) ổn định

Nhằm đạt được các mục đích nêu ữên, sáng chế đề xuất anten Yagi bao gồm ít nhất một chấn tử phản xạ; ít nhất một chấn tử dẫn xạ nằm song song với chấn tử phản xạ; ít nhất một chấn tử vòng làm chấn tử bức xạ nằm xen giữa, song song với chân tử phản xạ và chấn tử dẫn xạ; chấn tử vòng có dạng hình vòng, hở tại hai đầu của nó; dải nối đất này kéo dài qua các phần giữa của các chấn tử phản xạ, chấn tử dẫn xạ và chấn tử vòng; dải nối đất được nối điện và cố định các chân tử phản xạ, chân tử dẫn xạ và chấn tử vòng; dải nối đất này cũng được nối điện với vỏ nối đất của cáp đồng trục; dải 16563 phối hợp trở kháng (còn gọi là balun) nhằm phối hợp trở kháng giữa cáp cấp điện đồng trục và chấn tử vòng, nằm chồng lên dải nối đất nhưng không nối điện với dải nối đất; dải này có phần thứ nhất dạng chữ U kéo dài qua phần giữa của chấn tử vòng, phần thứ hai có hình dạng thanh nối với một nhánh của chữ U và kéo dài theo hướng qua phần giữa của chấn tử dẫn xạ; phần thứ hai này được nối điện với lõi cấp điện của cáp đồng trục; hai đầu của chấn tử vòng được nối điện với hai nhánh chữ U của phần thứ nhất của dải phối hợp trở kháng; dải chắn được đặt giữa hai nhánh của chữ U của phần thứ nhất của dải phối hợp trở kháng nhằm ngăn chặn sự tương tác của hai nhánh chữ U của balun để đảm bảo trở kháng của dải phối hợp trở kháng ổn định; dải chắn này được nối đất; tấm cách điện có dạng dải kéo dài phủ kín dọc theo dải nối đất, dải phối hợp trở kháng và các phần giữa của các chấn tử, vật liệu cách điện của tấm cách điện cũng được điền đầy giữa dải nối đất và dải phối hợp trở kháng nhằm cách điện giữa hai bộ phận này.

Nhờ dải chắn nằm trong phần khe hở chữ U của được nối đất nhờ nối điện với dải nối đất 7 và vỏ nối đất của cáp đổng trục, nên dải chắn 2 này có tác dụng cách ly tương tác điện từ giữa hai nhánh của balun chữ U. Nhờ đó đảm bảo trở kháng của balun chữ U không thay đổi.

Theo một phương án ưu tiên khác của sáng chế, anten Yagi, còn bao gồm chấn tử trung tâm dùng làm chấn tử bức xạ bổ sung được bố trí bên trong chấn tử vòng. Đối với một anten Yagi thông thường, thì càng nhiều chấn tử dẫn xạ, càng mở rộng được dải tần, tuy nhiên điều này cũng làm tăng kích thước của anten. Song theo sáng chế, chấn tử trung tâm có tác dụng như một chấn tử dẫn xạ được bố trí bên trong chấn tử vòng nên kích thước của anten không đổi, nhưng vẫn có thể mở rộng dải tần, tức là anten tương đương với anten có hai chấn tử dẫn xạ nhưng kích thuốc nhỏ gọn hơn.

Theo các phương án ưu tiên khác nữa của sáng chế, anten Yagi có nhiều hơn một chấn tử phản xạ hoặc có nhiều hơn một chấn tử dẫn xạ, hoặc dải phối hợp trở kháng và các chấn tử được làm cùng một loại vật liệu. Nhờ vậy việc chế tạo anten này được đơn giản hóa. 16563

Mô tả vắn tắt các hình vẽ

Dưới đây, các ưu điểm và dấu hiệu nêu trên và khác nữa của sáng chế sẽ được minh họa qua một phương án ưu tiên của sáng chế có dựa vào các hình vẽ kèm theo, trong đó:

Fig.1 là hình vẽ dạng sơ đồ giản lược nhìn từ trên xuống của anten Yagi được tích hợp trong tấm mạch in theo phương án thực hiện của sáng chế;

Fig.2 là hình vẽ cắt trích riêng phần dải phối hợp trỏ kháng dạng chữ U có dải chắn nằm trên tấm mạch in.

Fig.3 là hình vẽ dạng sơ đổ giản lược nhìn từ dưới lên thể hiện các chấn tử của anten Yagi trên Fig.1 thể hiện các cặp chấn tử trong tâm mạch in;

Pig.4 là hình vẽ cắt trích riêng phần dải phối hợp trở kháng dạng chữ U trên tấm mạch in, thể hiện các vị trí của điểm nối điện dải phối hợp trở kháng với dải nối đất và các chấn tử;

Fig.5 là hình vẽ của tấm mạch in nhìn từ dưới lên thể hiện các vị trí nối điện nằm trên tấm mạch in khi nhìn từ dưới lên; và

Fig.6 là đồ thị so sánh kết quả đo dải tần của anten yagi khi không có chân tử bức xạ trung tâm (đường nét đứt), và dải tần của anten yagi khi có chấn tử bức xạ trung tâm (đường nét liền).

Mô tả chi tiết sáng chế

Fig. 1 và Fig.3 thể hiện anten Yagi theo sáng chế gồm chân tử phản xạ 6, chấn tử bức xạ chính dạng vòng 3 và chấn tử dẫn xạ 5 được bố trí theo trật tự này ở mặt dưới của tấm mạch in 8. Các chấn tử nằm song song với nhau. Theo một phương án thực hiện, chấn tử trung tâm 4 được bố trí bên trong chấn tử vòng 3. Tấm mạch in 8 này có dạng dải chạy ngang qua và bao bọc phẩn giữa của các chấn tử. Dải nối đất 7 chìm trong tấm mạch in 8, có kích thước gần bằng tâm mạch in 8, và cũng chạy ngang qua phần giữa của các chấn tử. Dải nối đất này bằng vật liệu dẫn điện nối điện và giữ chặt vào các phần giữa của chấn tử dẫn xạ 5, chấn tử bức xạ trung tâm 4, phần nhánh bên phải (được thể hiện trên Fig.3) của chấn tử vòng 3 và chấn tử phản xạ 6. Hai đầu 3.1 và 3.2 của chấn tử vòng 3 không được nối điện với dải nối đất 7, được cố định vào trong vật liệu của tấm cách điện. Khi anten hoạt động ở trạng thái bình thường, nhờ bố trí chấn tử trung tâm 4 bên trong chấn tử bức xạ dạng vòng 3, nên chấn tử trung tâm 4 có 16563 tác dụng như một chấn tử dẫn xạ bổ sung thêm vào cho anten, nhờ đó dải tần của anten được mở rộng hơn so với khi không có chấn tử trung tâm 4 này.

Dải phối hợp trở kháng (còn gọi là balun) dùng để phối hợp trỏ kháng giữa cáp cấp điện đồng trục (không được thể hiện trên hình vẽ) và chấn tử vòng 3. Như được thể hiện trên Fig. 1 và Fig.2, dải phối hợp trở kháng (balun) 1 theo sáng chế có dạng chữ U được bố trí ở mặt trên của tấm mạch in. Dải này nằm chồng lên dải nối đất 7, cũng chạy cắt ngang qua phần giữa của các chấn tử khi nhìn từ trên xuống (Fig.1). Tấm mạch in 8 là một dải chữ nhật phủ qua balun, qua dải nối đất 7 và các phần giữa của các chấn tử, hai phần đầu của các chấn tử nhô ra phía ngoài, nằm ngoài tấm mạch in. Balun 1 được cách điện với dải nối đất 7 bởi lớp điện môi của tấm mạch in nằm xen giữa.

Balun có phần thứ nhất 1.1 dạng chữ U kéo dài qua phần giữa của chấn tử vòng 3 vái hai đầu 1.4 và 1 .5 của hai nhánh chữ U, phần thứ hai 1.2 có hình dạng thanh nối với một nhánh của chữ U và kéo dài theo hướng qua phần giữa của chấn tử dẫn xạ. Hai đầu 1.4 và 1.5 có vị trí trùng với vị trí và được nối điện với hai đầu 3.1 và 3.2 của chấn tử vòng 3. Phần thứ hai 1.2 dạng thanh kéo dài theo huống qua phần giữa của chấn tử phản xạ 6, và kết thúc tại điểm 1.3 gần vói phần giữa của chấn tử phản xạ 6. Điểm 1.3 của phần thứ hai 1.2 được nối điện với lõi cấp điện của cáp đồng trục (không được thể hiện trên hình vẽ).

Dải chắn 2 dạng chữ nhật nằm giữa hai nhánh của balun chữ U. Dải chắn này được nối đất. Theo một phương án ưu tiên của sáng chế, dải chắn 2 được nối đất nhờ nối điện với dải nối đất 7 qua bốn lỗ nối 9. Khi anten hoạt động, các chấn tử của anten và balun tương tác điện từ với nhau nhằm thu/phát tín hiệu như anten thông thường, nhưng nhờ có dải chắn 2 được nối đất nằm bên trong hai nhánh chữ U của balun, nên tương tác điện từ giữa hai nhánh chữ u này được ngăn chặn. Vì vậy, trở kháng của balun được duy trì ổn định.

Các bộ phận của anten theo sáng chế được liên kết điện như sau. Như được thể hiện trên Fig.4, lõi cáp đổng trục được nối điện tại điểm 11 của đầu 1 .3 của dải nối 16563 diện 1. Hai lỗ nối điện lo trên balun chữ U được nối điện vào hai đẩu 12 của chấn tử vòng 3. Hai đầu 12 của chấn tử vòng 3 được cố định trên dải nối đất 7, nhưng không nối điện với dải nối đất 7.

Như được thể hiện trên Fig.5, dải nối đất 7 nằm ở mặt còn lại (mặt dưới) của tấm mạch in. Chấn tử dẫn xạ 5, chấn từ vòng 3 có chấn tử bức xạ 4 bên trong nó, chấn tử bức xạ 4 và chấn tử phản xạ 6 nằm song song với nhau và được nối dẫn điện vào dải nối đất 7 ở điểm giữa. Chấn tử vòng 3 được nối dẫn điện vào dải nối đất 7 ở nhánh ngoài qua hai điểm nối 15 (hình 4), chắn tử dẫn xạ 5 được hàn vào dải nối đất 7 qua hai điểm 13, chấn tử bức xạ trung tâm 4 được hàn vào dải nối đất 7 qua hai điểm nối điện 14, chấn tử phản xạ 6 được hàn vào dải nối đất 7 qua hai điểm nối điện 16. Dải nối đất 7 này được nối điện với vỏ nối đất của cáp đồng trục (không thể hiện trên hình vẽ.)

Hiệu quả của sáng chế

Nhờ bố trí dải chắn 2 nằm giữa hai nhánh của chữ U của balun, và dải chắn này cũng được nối đất, nên tương tác điện từ giữa hai nhánh này có thể được ngăn chặn nhờ dải chắn này. Vì vậy, trở kháng của balun sẽ được giữ ổn định, không bị thay đổi do tương tác điện từ của các nhánh của balun.

Nhờ bố trí thanh chấn tử trung tâm 4 làm chấn tử bức xạ bổ sung nằm giữa hai nhánh chấn tử vòng 3, nên đặc tính dải tần của anten được mở rộng, tức là anten có thể thu/phát với dải tần rộng hơn so với dải tần khi không có chấn tử trung tâm 4.

Tác giả sáng chế đã tiến hành đo đạc thực nghiệm, Fig.6 thể hiện kết quả đo hệ số phản xạ S11 của anten sử dụng máy phân tích mạng ZVL3 của hãng Rohde & Schwarz của Đức trong 2 trường hợp. Trường hợp không sử dụng chấn tử bức xạ trung tâm, độ rộng dải tần hoạt động (dải tần có hệ số phản xạ S11<10dB) của anten là B1, còn trong trường hợp có sử dụng chấn tử bức xạ trung tâm, độ rộng dải tần hoạt động của anten là B2. Như được thể hiện trên Fig.6, độ rộng dải tần B2 rộng hơn gần gấp 1,5 lần độ rộng dải tần B1. 16563

Qua đó, có thể thấy rằng, mặc dù kích thước của anten không thay đổi, nhưng nhờ anten theo sáng chế có chấn tử bức xạ trung tâm, nên có thể mở rộng dải tần hoạt động của anten. Như vậy, có thể thu gọn kích thước của anten cho cùng dải tần hoạt động.

Mặc dù sáng chế đã được mô tả cho một cấu trúc anten Yagi cụ thể dựa vào một phương án ưu tiên, song nguyên tắc của sáng chế cũng có thể được áp dụng cho các cấu trúc anten Yagi khác áp dụng các dấu hiệu mới của sáng chế. Vì vậy, chuyên gia trong lĩnh vực này cần hiểu rằng các cấu trúc anten Yagi tương đương khác đều nằm trong phạm vi bảo hộ của sáng chế như được xác định bải các điểm yêu cầu bảo hộ dưới đây.

10. Nội dung có thể chuyển giao

Liên hệ trực tiếp

11. Thị trường ứng dụng
12. Hình ảnh minh họa
In bài viết
Các phát minh, sáng chế khác
 
Banner
Banner home right