Thiết kế và mô phỏng anten pifa

Thiết kế và mô phỏng anten pifa Thiết kế và mô phỏng anten pifa Thiết kế và mô phỏng anten pifa Thiết kế và mô phỏng anten pifa Thiết kế và mô phỏng anten pifa Thiết kế và mô phỏng anten pifa Thiết kế và mô phỏng anten pifa Thiết kế và mô phỏng anten pifa

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MƠN: ANTEN VÀ TRUYỀN SĨNG Giảng viên hướng dẫn: Ts Tạ Sơn Xuất Nhóm sinh viên thực hiện:Nhóm Phạm Thị Hương20192899 Nguyễn Thị Ngọc Linh20192968 Bùi Ngọc Tâm20193090 Lê Văn Kiều Quý20193070 Chu Văn Huy20192904 Hà Nội, tháng - 2022 MỤC LỤ I GIỚI THIỆU II LỊCH SỬ ANTEN PIFA III LÝ THUYẾT VỀ ANTEN PIFA Cấu trúc anten PIFA Đặc tính Nguyên lý hoạt động .7 Nguyên lý xạ Ưu điểm nhược điểm Ứng dụng IV THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG ANTEN PIFA 10 Tính tốn thơng số 10 Mô anten PIFA phần mềm ANSYS Electronics Desktop 13 V TÀI LIỆU THAM KHẢO 16 Hình 1: Lịch sử hình thành anten PIFA từ anten đơn cực (Monopole) Hình 2: Hình ảnh thiết kế 3D anten PIFA Hình 3: Hình ảnh thiết kế anten PIFA nhìn từ xuống Hình 4: Hình ảnh thiết kế anten PIFA nhìn chiếu cạnh Hình 5: Mơ hình điện .6 Hình 6: Anten PIFA Hình 7: Cấu trúc anten PIFA Hình 8: Antenna PIFA băng tần kép cho hệ thống wifi MIMO .9 Hình 9: Anten PIFA điện thoại di động 10 Hình 10: Thiết kế cấu trúc anten PIFA đa băng .11 Hình 11: Anten PIFA thiết kế phần mềm ANSYS Electronics Desktop .13 Hình 12: Đồ thị S(1,1) anten PIFA 14 Hình 13: Đồ thị xạ 3D anten 1.8 GHz 14 Hình 14: Đồ thị xạ 3D anten 3.7 GHz 15 Hình 15: Đồ thị xạ tần số 1.8 GHz 3.7 GHz ( phi = độ) 15 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1: Bảng thông số cấu trúc anten PIFA 12 I GIỚI THIỆU Với phát triển nhanh chóng khoa học cơng nghệ kéo theo việc phát triển thiết bị đầu cuối truyền thông không dây trở thành tất yếu Một thành phần quan trọng thiết bị đầu cuối anten Với cấu trúc đơn giản, kích thước, trọng lượng gọn nhẹ, chi phí chế tạo rẻ làm cho anten PIFA (Planar Inverted-F Antenna) trở thành loại anten sử dụng sử dụng nhiều hệ thống di động vừa nhỏ II LỊCH SỬ ANTEN PIFA Anten PIFA loại anten cải tiến dựa anten IFA (Inverted – F Antenna) Nó phát triển vào năm 1980 Hình bên thể trình hình thành lên anten PIFA:  Anten ngược L (Inverted L) tạo cách gấp anten đơn cực (monopole) ,để giảm chiều cao anten  Khi nguồn cấp liệu áp dụng cho anten ngược L, ta loại anten anten ngược F (inverted F)  Dây mỏng anten Inverted F thay phần tử mặt phẳng (planar) để có anten PIFA (Planar Inverted-F Antenna) Hình 1: Lịch sử hình thành anten PIFA từ anten đơn cực (Monopole) III LÝ THUYẾT VỀ ANTEN PIFA Cấu trúc anten PIFA Anten PIFA anten phẳng hình F đảo ngược có cấu trúc hình 2, 3, bên Hình 2: Hình ảnh thiết kế 3D anten PIFA Anten thiết kế có phần xạ patch mỏng, phẳng, có dạng hình chữ nhật đặt chất điện mơi khơng dẫn điện có số điện mơi chiều cao Miếng patch ghim xuống mặt phẳng nối đất (Ground Plane) phiến mỏng có độ rộng Ws gọi Shorting sheet/pin (Short plate) Anten tiếp điện cáp đồng trục tiếp điện vi dải Điểm khác biệt lớn anten PIFA với anten vi dải thông thường xuất pin anten PIFA Pin thường làm vật liệu dẫn điện có dạng hình trụ dạng mỏng hình chữ nhật, có nhiệm vụ nối Patch với Ground, giúp làm giảm kích thước anten Vị trí pin, khoảng cách pin feed, hay kích thước, vật liệu phần tử khác ảnh hưởng định tới tần số cộng hưởng anten Hình 3: Hình ảnh thiết kế anten PIFA nhìn từ xuống Hình 4: Hình ảnh thiết kế anten PIFA nhìn chiếu cạnh Đặc tính  Tỉ lệ hấp thụ riêng SAR (Specific absorption rate) thấp  Băng thông hẹp  Phối hợp trở kháng Phối hợp trở kháng anten PIFA thực cách xác định vị trí đặt Feed Plate Short Plate tối ưu hóa khơng gian chúng Điều cốt lõi thiết kế anten PIFA khơng dùng thêm thành phần phụ để ghép nối mạng, tránh tổn thất khơng đáng có  Mơ hình điện Có thể coi phần ngắn mạch giống điện cảm song song với Ground, phần hở mạch bên trái coi điện dung Khoảng cách từ miếng Feed đến Short Pin xác định điện cảm, tương ứng với nó, khoảng cách từ miếng Feed đến cạnh Patch xác định điện dung Hình 5: Mơ hình điện Những “điện cảm” “điện dung” tạo thành mạch dao động LC dao động với tần số f Điều chỉnh vị trí feed, kích thước patch cho ta tần số cộng hưởng mong muốn 3 Nguyên lý hoạt động Anten PIFA thường thiết kế để hoạt động với kích thước miếng Patch ¼ bước sóng cộng hưởng hình bên Có đặc điểm xuất pin nói phần trên, giúp giảm nhỏ kích thước anten ½ lần so với anten vi dải khác (thường cộng hưởng với kích thước patch ½ bước sóng hoạt động) Hình 6: Anten PIFA Trong hình, có PIFA có chiều dài L1, chiều rộng L2, pin có chiều rộng W Feed point cách shorting pin khoảng D Anten PIFA độ cao h so với mặt đất (ground plane) Anten PIFA đặt chất điện mơi có số điện mơi €r Hình 7: Cấu trúc anten PIFA Trở kháng PIFA kiểm sốt thơng qua khoảng cách D Khoảng cách D nhỏ trở kháng giảm; trở kháng tăng lên cách tăng khoảng cách D lên Anten PIFA điều chỉnh trở kháng với thơng số Tần số cộng hưởng PIFA phụ thuộc vào W Nếu W = L2, anten PIFA có hiệu suất xạ tối đa (do cộng hưởng), ta có phương trình (1): Giả sử W = giả sử W Ta thấy anten hoạt động hai băng tần 1.8GHz 3.7GHz, thỏa mãn yêu cầu toán đưa V TÀI LIỆU THAM KHẢO Constantine A Balanis, “Antenna Theory Analysis and Design”, Fourth Edition “PIFA - The Planar Inverted-F Antenna”, https://www.antenna-theory.com/antennas/patches/pifa.php Pimienta-Del Valle Domingo, Lagar-Pérez Raidel “Design of a Dual-Band PIFA for Handset Devices and it SAR Evaluation”, 2015  ... thành anten PIFA từ anten đơn cực (Monopole) Hình 2: Hình ảnh thiết kế 3D anten PIFA Hình 3: Hình ảnh thiết kế anten PIFA nhìn từ xuống Hình 4: Hình ảnh thiết kế anten PIFA. .. tơ Hình 8: Antenna PIFA băng tần kép cho hệ thống wifi MIMO Hình 9: Anten PIFA điện thoại di động IV THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG ANTEN PIFA Tính tốn thơng số a u cầu toán Thiết kế anten PIFA hoạt động... (Monopole) III LÝ THUYẾT VỀ ANTEN PIFA Cấu trúc anten PIFA Anten PIFA anten phẳng hình F đảo ngược có cấu trúc hình 2, 3, bên Hình 2: Hình ảnh thiết kế 3D anten PIFA Anten thiết kế có phần xạ patch mỏng,