Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo anten mạch dải mảng 2x4 hoạt động ở băng tần ISM

Bài viết Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo anten mạch dải mảng 2x4 hoạt động ở băng tần ISM rình bày việc thiết kế chế tạo anten mảng mạch dải 2x4 dùng trong hệ thống siêu cao tần hoạt động ở dải tần ISM với tần số hoạt động trung tâm 2,45 GHz.

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020 ISBN: 978-604-82-3869-8 NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ANTEN MẠCH DẢI MẢNG 24 HOẠT ĐỘNG Ở BĂNG TẦN ISM Đồn Hữu Chức Trường Đại học Quản lý Cơng nghệ Hải Phòng, email: chucdh@hpu.edu.vn GIỚI THIỆU CHUNG Anten thành phần thu nhận lượng hệ thống siêu cao tần Anten thành phần thiếu hệ thống thu phát sóng điện từ Có nhiều loại anten sử dụng anten mạch dải, anten loa, anten parabol,v.v Việc dùng anten mạch dải có nhiều ưu điểm dễ dàng chế tạo, tích hợp bo mạch in, anten mạch dải thường có tính chọn lọc tần số, nghĩa hoạt động dải định [1,3] Bài báo trình bày việc thiết kế chế tạo anten mảng mạch dải 24 dùng hệ thống siêu cao tần hoạt động dải tần ISM với tần số hoạt động trung tâm 2,45 GHz Anten chế tạo có hệ số phản xạ nhỏ -19 dB đạt độ lợi 10dB Anten ứng dụng cho hệ thống truyền thông không dây hệ thống truyền lượng không dây PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Để đạt mục tiêu nghiên cứu, tác giả sử dụng phương pháp phân tích tốn học, giải tích để tính tốn thơng số thiết kế, phương pháp mơ hình hóa để mô phần mềm ADS phương pháp thực nghiệm để kiểm chứng kết THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM CỦA ANTEN Sau tác giả trình bày việc thiết kế chế tạo anten mảng mạch dải 24 hoạt động tần số 2,45 GHz (thuộc băng tần ISM) sử dụng phíp đồng loại FR4 Trong miếng patch tiếp điện đoạn dây chêm qua rãnh khoét sâu vào anten [2] Chiều dài đoạn ăn sâu vào miếng patch anten y tính bởi: L 50 (1) y  cos 1  Z0 Trong đó: Z0 - trở kháng đặc tính lối vào đường truyền; L - độ cao miếng patch Chiều rộng phần mảng bị cắt xấp xỉ theo công thức: v 4,65.1012 g (2) f 2ε eff Trong đó: eff - giá trị số điện mơi hiệu dụng; f - tần số hoạt động trung tâm anten Với  vận tốc sóng điện từ Việc phối hợp trở kháng phân chia công suất cho hệ anten mảng phần tử thực theo nguyên tắc chia đôi Giá trị đường tính theo cơng thức: Z   Z0 n (3) Ở đây, đường Z0 có giá trị 50Ω chia đơi thành hai đường nhánh Vì giá trị đường nhánh 50  70.71  Các đoạn 50 Ω có độ dài tùy ý thực tế, giá trị độ dài nên ngắn tốt giảm suy hao trình phân phối lượng đến phần tử phát xạ Các đường 70.71 Ω đóng vai trị đoạn phối hợp trở kháng theo phương thức đoạn /4, độ dài đoạn tính theo cơng thức: 212 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020 ISBN: 978-604-82-3869-8   0  eff  eff  r 1 (4)   r 1 (5)  12h / W Trong đó: r - số điện mơi vật liệu sử dụng, 0 - bước sóng hoạt động trung tâm, h - chiều cao miếng phíp đồng chế tạo anten Và W xác định theo công thức: 60  8h W  Z0  ln   (6)   r  W 4h  Hướng tính (Directivity) > 13 dBi Độ lợi (Gain) > 10 dB < 30o Băng thơng 3-dB Hệ số sóng đứngVSWR 50 MHz Suy hao phản hồi (RL) 2.45 GHz < -10 dB b) Hệ số khuếch đại 2D 213 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020 ISBN: 978-604-82-3869-8 phần mềm Giá trị thỏa mãn yêu cầu thiết kế đặt KẾT LUẬN c) Hệ số khuếch đại 3D Hình Kết mơ anten Kết mô cho thấy hệ số S11 tốt Dải thông cho S11< 10 dB 70 MHz, giá trị lớn so với yêu cầu thiết kế S11đạt giá trị nhỏ 20,16 dB, nghĩa hệ số sóng đứng VSWR anten thiết kế nhỏ 1,5 Hệ số khuếch đại anten đạt 10,4 dB theo hướng búp sóng Hình Tham số S11 anten 2x4 Kết đo thực nghiệm tham số S11 anten đưa hình Theo hệ số phản xạ có giá trị nhỏ 19.6 dB tần số hoạt động 2,45 GHz, kết thực nghiệm phù hợp với thiết kế mô Một anten mạch dải mảng 24 thiết kế chế tạo hoạt động băng tần ISM Hệ số phản xạ anten nhỏ 19 dB nghĩa hệ số sóng đứng VSWR đạt yêu cầu nhỏ 1,5 Do ứng dụng anten cho hệ thống thu phát siêu cao tần thực tiễn TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] A.B Mutiara,R.Refianti and Rachmansyah (2011), “Design Of Microstrip Antenna For Wireless Communication At 2.4 GHz”, Journal of Theoretical and Applied Information Technology, Vol 33(2), pp 184-192 [2] M Biswas, Umama Zobayer, J Hossain, Ashiquzzaman, and Saleh(2012), “Design a Prototype of Wireless Power Transmission System Using RF/Microwave and Performance Analysis of Implementation”, IACSIT International Journal of Engineering and Technology,Vol.4(1),pp.61-66 [3] T Durga Prasad, K V Satya Kumar, MD Khwaja Muinuddin, ChistiB.Kanthamma, V.Santosh Kumar (2011), “Comparisons of Circular and Rectangular Microstrip Patch Antennas”, International Journal of Communication Engineering ApplicationsIJCEA, Vol.02, Issue 04, pp.187-197 214 ... giá trị nhỏ 19.6 dB tần số hoạt động 2,45 GHz, kết thực nghiệm phù hợp với thiết kế mô Một anten mạch dải mảng 24 thiết kế chế tạo hoạt động băng tần ISM Hệ số phản xạ anten nhỏ 19 dB nghĩa... yêu cầu thiết kế cho anten mảng 2x4 rõ bảng Sử dụng công cụ LineCalc ADS2016 với thông số đầu vào vật liệu FR4 đạt thông số đoạn phối hợp trở kháng bảng sau a) Bảng Thông số thiết kế anten mảng. .. dB < 30o Băng thơng 3-dB Hệ số sóng đứngVSWR