Nghiên cứu thiết kế ăng ten băng rộng sử dụng tụ biến thiên cho hệ thống vô tuyến khả tri TT

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG NGUYỄN PHÚ AN NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ ANTEN CHO HỆ THỐNG VÔ TUYẾN KHẢ TRI Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông Mã số: 8.52.02.08 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ ( Theo định hướng ứng dụng) Hà Nội - 2022 Luận văn hồn thành tại: HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Việt Hưng Phản biện 1: PGS.TS Hoàng Mạnh Thắng Phản biện 2: TS Nguyễn Ngọc Minh Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng Vào lúc: 9h30 ngày tháng năm 2022 Có thể tìm hiểu luận văn tại: Thư viện Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng MỞ ĐẦU Với thời đại công nghệ ngày phát triển, đặc biệt lĩnh vực truyền thông không dây, số lượng sản phẩm dịch vụ công nghệ tăng lên cách nhanh chóng mặt lĩnh vực xã hội, điều tất yếu, hệ phát triển cạn kiệt tài nguyên phổ tần Tài nguyên phổ tần hữu hạn, với mức sử dụng hiệu từ 510% phổ tần ở nước ta hay dẫn đến lãng phí tài nguyên lớn Hơn nữa, dịch vụ cấp phép lại thường sử dụng không hiệu nguồn tài nguyên này, dẫn đến nhiều dịch vụ phải “chen lấn” dải tần lại gây trở ngại lớn cho phát triển hệ thống truyền thơng nói chung hệ thống truyền thơng khơng dây nói riêng tương lai Nhận thấy tồn trên, hệ thống vô tuyến khả tri (CR) đời đóng vai trị giải pháp hữu hiệu để khắc phục tình trạng sử dụng tần số cách lãng phí hiệu Hiện nay, hệ thống vô tuyến khả tri cộng đồng nhà nghiên cứu, nhà công nghiệp viễn thông, viện trường giới quan tâm nghiên cứu, thực nghiệm triển khai, đồng thời công nghệ chủ đạo tiềm cho mạng vô tuyến hệ sau thông tin di động 5G… Trong hệ thống vô tuyến khả tri, hiệu phụ thuộc lớn vào việc cảm nhận xác tài nguyên phổ tần Hay nói cách khác vấn đề cảm nhận phổ tần đóng vai trị định việc chiếm dụng tài nguyên cách tối ưu Để dạt điều này, hệ thống ăng ten cần thiết kế địi hỏi vơ cao nhằm mục đích cảm nhận tái cấu hình tần số cách linh hoạt hiệu Trước đây, số mẫu ăng ten trình bày với mục đích sử dụng cho vơ tuyến khả tri với phương pháp tái cấu hình khác Trong nội dung Luận văn, mẫu ăng ten sử dụng tụ điện khả dung cho hệ thống CR thiết kế, mô đánh giá kết Trong khuôn khổ Luận văn, đời hệ thống vô tuyến khả tri, lý thuyết tóm lược mơ hình kiến trúc việc đánh giá hiệu việc cảm nhận phổ tần trình bày Và quan trọng thiết kế mẫu ăng ten sử dụng tụ điện cho hệ thống vô tuyến khả tri trình bày Luận văn với đề tài: “Nghiên cứu, Thiết kế ăng ten cho hệ thống vô tuyến khả tri” phần mở đầu kết luận, kết cấu gồm có chương: Chương I: Tổng quan vô tuyến khả tri Chương II: Ăng-ten sử dụng vô tuyến khả tri Chương III: Thiết kế mô ăng ten vô tuyến khả tri CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VÔ TUYẾN KHẢ TRI Tần số nguồn tài nguyên vô quý giá thông tin vô tuyến Hiện nay, tần số nguồn tài nguyên hạn chế Sự gia tăng nhu cầu thông tin không dây kéo theo nhu cầu cải thiện chất lượng lưu lượng, tính tin cậy, dịch vụ Có nhiều ứng dụng vô tuyến sử dụng nguồn tài nguyên hạn chế 1.1 Khái niệm vô tuyến khả tri Định nghĩa “Vơ tuyến khả tri” nhìn nhận theo nhiều cách khác nhau, định nghĩa phát triển Viện nghiên cứu tổ chức chuẩn, IEEE-1900 diễn đàn SDR Vô tuyến khả tri hồn tồn định nghĩa “…một vơ tuyến nhận biết mơi trường xung quanh thích ứng cách khả tri”, nghĩa vô tuyến khả tri thiết bị Vơ tuyến linh hoạt khả tri, thích ứng với thay đổi mơi trường, với yêu cầu người dùng yêu cầu người dùng vô tuyến khác chia sẻ môi trường phổ 1.2 Kiến trúc mạng vô tuyến khả tri Mạng vô tuyến khả tri phát triển để giải vấn đề mạng không dây nay, liên quan tới hạn hẹp phổ tần thiếu hiệu sử dụng phổ tần CRN đem lại khả nhận biết phổ tần môi trường vô tuyến Các kiến trúc mạng không dây tồn sử dụng hỗn hợp nhiều sách phổ cơng nghệ truyền thơng khác 5 Hình 1.1: Kiến trúc mạng vô tuyến khả tri 1.3 Chu trình hoạt động vơ tuyến khả tri Khả nhận thức cho phép vơ tuyến khả tri tương thích với thay đổi môi trường để xác định thơng số truyền thích hợp thích ứng với mơi trường vơ tuyến động Hình 1.2 Chu trình nhận thức vô tuyến khả tri 1.1 Kiến trúc vật lý hệ thống vô tuyến khả tri Kiến trúc chung hệ thống thu phát vô tuyến khả tri minh họa hình Trong phận hệ thống phần đầu cuối -RF (FrontEnd) phần xử lý băng gốc Mỗi phận tái cấu hình thơng qua đường điều khiển nhằm thích ứng với điều kiện thay đổi liên tục mơi trường Hình 1.3: Kiến trúc chung hệ thống thu phát Nếu phần xử lý băng gốc tương tự hệ thống thu phát bình thường phần đầu cuối RF (Front – End) tạo nên khác biệt tiến CR Kiến trúc phần đầu cuối RF (Front – End) mơ tả hình 1.4 Ưu điểm phần RF hệ thống CR khả cảm nhận băng rộng, điều chỉnh đến phần dải tần số rộng lớn Hơn đo lường thông tin phổ từ môi trường để phục vụ cho chức cảm nhận phổ Các phận khối đầu cuối RF gồm có: Hình 1.4 Kiến trúc phần đầu cuối RF (Front-End) 1.2 Chức hoạt động hệ thống vô tuyến khả tri 1.2.1 Chức Hình 1.5: Các chức truyền thơng mạng vô tuyến khả tri 1.2.2 Hoạt động mạng vô tuyến khả tri Các mạng vô tuyến khả tri sử dụng để khai thác hố phổ thông qua công nghệ khả tri 7 1.3 Vô tuyến định nghĩa phần mềm 1.3.1 Giới thiệu Vô tuyến định nghĩa phần mềm – Software Defined Radio (SDR) kỹ thuật quan trọng để thực vô tuyến khả tri Trước vô tuyến khả tri đời, SDR chủ yếu phục vụ cho chế độ đa nhiệm thiết bị không dây đa chuẩn Tuy nhiên, vai trị SDR vơ tuyến khả tri vơ quan trọng, thực chức (nhận thức, cảm nhận, … ), tự động thích ứng nhanh với thay đổi mơi trường vô tuyến Để triển khai vô tuyến khả tri từ SDR, cần thêm vào SDR khối xử lí thơng minh chia sẻ phổ tần động (DFS), điều khiển công suất (TPC), khối cảm biến môi trường (IPD) Hình 1.9 mơ tả khác hệ thống vô tuyến thông thường, vô tuyến định nghĩa phần mềm vô tuyến khả tri Hình 1.9 So sánh vơ tuyến khả tri với vô tuyến thông thường, vô tuyến định nghĩa phần mềm SDR 1.3.2 Mơ hình vơ tuyến khả tri dựa SDR Mơ hình hệ thống vơ tuyến khả tri dựa SDR mô tả hình 1.10 8 Hình 1.10 Mơ hình vơ tuyến khả tri dựa SDR 1.4 Ứng dụng vô tuyến khả tri Vô tuyến khả tri ứng dụng rộng rãi việc cải thiện nâng cao chất lượng hoạt động hệ thống thông tin không dây, thiết lập hệ thống thông tin không dây Hình 1.11 Minh họa thay đổi hệ thống vô tuyến trước sau triển khai cơng nghệ vơ tuyến khả tri Hình 1.11 Sự thay đổi hệ thống thông tin không dây sử dụng vô tuyến khả tri 1.5 Tổng kết chương I Chương I cung cấp thông tin khái quát hệ thống vô tuyến khả tri (CR) Hệ thống vô tuyến khả tri công nghệ nhằm giải vấn đề sử dụng phổ tần không hiệu có kiến trúc dựa SDR Hệ thống gồm chức cảm nhận phổ, quản lý phổ, dịch chuyển phổ chia sẻ phổ Trong khả khả tri tự cấu hình đóng vai trị hoạt động hệ thống vơ tuyến khả tri Để thực chức đặc biệt trên, hệ thống vô tuyến khả tri có thay đổi nâng cao kiến trúc so với hệ thống thông tin vô tuyến trước Cụ thể phận đầu cuối RF, tạo nên từ phần tử đặc trưng ăng ten băng rộng, khuếch đại cơng suất, lọc thích ứng, cho phép CR điều chỉnh băng dải phổ rộng đáp ứng yêu cầu hoạt động hệ thống Với khả cảm nhận môi trường tự thích nghi, vơ tuyến khả tri mang lại nhiều hội sử dụng phổ tần cho dịch vụ người dùng chưa cấp phép, đóng vai trị quan trọng hệ thống thơng tin ngày đại 9 CHƯƠNG II: ĂNG-TEN CHO VÔ TUYẾN KHẢ TRI 2.1 Một số tham số ăng ten 2.1.1 Hàm tính hướng Là thơng số đặc tả hướng tính ăng ten, cho biết ăng ten có xạ vơ hướng hay có hướng hướng xạ cực đại, hướng không xạ, từ xác định vị trí cần đặt ăng ten Hàm tính hướng hàm số biểu thị phụ thuộc cường độ trường xạ ăng ten theo hướng khác không gian với khoảng cách không đổi, ký hiệu f(θ,φ): (2.1) Trong đó, θ φ góc xạ ăng ten (góc ngẩng góc phương vị) Hàm tính hướng biên độ hàm số biểu thị quan hệ tương đối biên độ, cường độ trường xạ theo hướng khảo sát với cự ly khảo sát không đổi: (2.2) Hàm biên độ tương đối hay hàm biên độ chuẩn hóa hàm số biểu thị biên độ, cường độ trường hướng khảo sát biên độ trường hướng cực đại Hàm có giá trị cực đại 1: (2.3) 2.1.2 Đồ thị xạ độ rộng búp sóng Đồ thị xạ hay đồ thị phương hướng cho nhìn trực quan tính hướng ăng ten Đồ thị vẽ từ hàm tính hướng, mơ tả quan hệ cường độ trường xạ công suất xạ ăng ten hướng khác với khoảng cách khảo sát cố định (tính từ ăng ten) Để đơn giản đồ thị phương hướng thường vẽ từ hàm tính hướng biên độ chuẩn hóa gọi đồ thị phương hướng chuẩn hóa ăng ten, cho phép so sánh đồ thị ăng ten khác 2.1.3 Công suất xạ, điện trở xạ hiệu suất ăng ten Công suất đặt vào ăng ten máy phát đưa trực tiếp đến ăng ten thông qua phi Trong trình chuyển đổi lương cao tần thành xạ sóng điện từ khơng tránh khỏi tổn hao (2.4) 2.1.4 Hệ số tính hướng hệ số khuếch đại ăng ten 10 Hệ số tính hướng tỉ số mật độ công suất xạ ăng ten hướng xác định mật độ công suất xạ ăng ten chuẩn (thường gọi ăng ten vô hướng) hai ăng ten vị trí cơng suất xạ (2.7) (2.8) E(θ,φ) giá trị biên độ cường độ điện trường ăng ten khảo sát hướng (θ,φ) khoảng cách r giá trị biên độ cường độ điện trường ăng ten vô hướng điểm xét Hệ số khuếch đại khái niệm đầy đủ hơn, đặc trưng cho ăng ten đặc tính xạ khả làm việc ăng ten: (2.9) 2.1.5 Trở kháng vào ăng ten Ăng ten tải máy phát, trị số tải đặc trưng trở kháng vào ăng ten Điện trở R đặc trưng cho thành phần lượng xạ thành sóng điện từ, phần tổn hao nhiệt Điện kháng X phần trường gần, bị ràng buộc với ăng ten (vơ cơng) (2.10) Trở kháng vào ăng ten ngồi cịn phụ thuộc vào kích thước ăng ten, điểm phương tiếp điện ăng ten Trở kháng vào ảnh hưởng đến chế độ làm việc thành phần nối với ăng ten hệ thống 2.1.6 Chỉ số sóng dừng (VSWR) Chỉ số sóng dừng (VSWR): Là tỉ số biên độ sóng dừng (hay tỉ số sóng đứng) điểm bụng điểm nút đường truyền sóng (2.11) Trong đó, Γ (hoặc ) hệ số phản xạ, định nghĩa tỉ số sóng phản xạ sóng tới Tỉ số cơng suất sóng phản xạ sóng tới: (2.12) 11 2.1.7 Băng thông (dải tần hoạt động) 2.2 Hệ thống anten cho CR 2.2.1 Đặc điểm Hiện nay, có nhiều cách thiết kế anten có khả tự cấu hình, nhiên việc tích hợp mạch anten băng siêu rộng băng hẹp có khả tự cấu hình thiết kế anten vơ phức tạp Vì việc tích hợp mạch anten có khả biến thiên gây ảnh hưởng đến tham số anten băng rộng ngược lại Tawk Christodoulou sử dụng chế quay đặc biệt cho mẫu anten để biến đổi tần số hoạt động anten từ 3,5 GHz sang 5,5 GHz, 7.5 GHz 10,5GHz Tuy nhiên, tốc độ chuyển đổi anten chậm (do chất hệ thống học) phức tạp hệ thống khiến cho mẫu anten trở nên phi thực tế Kênh không dây Ăng ten cảm biến Ăng ten có khả tái cấu hình Điều chế 1: Cảm biến phổ tần (phân tích liệu) Điều chế 2: Quyết định phổ tần (khoảng trống phổ tần) Điều chế : Điều khiển chuyển mạch (kích hoạt mạch chuyển đổi) Hình 2.1 Sơ đồ khối anten CR 2.2.2 Yêu cầu ăng ten băng siêu rộng Ăng ten băng siêu rộng theo định nghĩa ăng ten có độ rộng băng tần lớn 20% so với tần số trung tâm độ rộng băng tần lớn 500 MHz Trong phạm vi Luận văn, băng thông nghiên cứu theo tiêu chuẩn FCC với dải tần từ GHz đến 10 GHz nên ăng ten thiết kế phải có băng thơng bao trùm dải tần 12 2.2.3 Mạch ăng ten băng siêu rộng Đối với mạch ăng ten băng siêu rộng việc đạt băng thơng vơ rộng phải đảm bảo yêu cầu cơng suất xạ, tính tương hỗ kích thước ăng ten cách tối ưu Một ăng ten băng siêu rộng có dải tần bao phủ từ 3-10 GHz, mở rộng lên tới GHz 2.2.4 Mạch ăng ten khe băng hẹp tự cấu hình ứng dụng CR Đối với hệ thống CR, khả linh hoạt ăng ten đặt lên hàng đầu Để đạt điều đó, mẫu ăng ten thu phát băng hẹp phải có khả tái cấu hình để hoạt động dải tần số khác thời điểm Các dải tần số có ăng ten bang siêu rộng cảm nhận phổ hệ thống sử lý tín hiệu phát dải phổ trống Có nhiều kỹ thuật sử dụng để thiết kế ăng ten băng hẹp có khả tái cấu sử dụng tụ điện biến thiên, cấu trúc MEMS sử dụng vật liệu có khả thay đổi tính chất điện từ 2.2.5 Khả tích hợp ăng ten Về mặt cấu trúc, hai ăng ten đặt mạch, chất hai ăng ten riêng biệt lợi dụng số thành phần ăng ten lại để hoạt động ăng ten đầy đủ thành phần 2.3 Một số kiến trúc anten UWB ứng dụng CR Hình 2.6 Anten UWB anten UWB filtering (a) Anten UWB (b) Anten UWB filtering 13 Hình 2.7 Đồ thị đặc tính: (a) Đặc tính anten UWB; (b) Đặc tính lọc anten UWB Bằng việc tích hợp DMS khe sinh băng UWB, khe loại bỏ nhiễu từ WIMAX 3.5GHz Đồng thời, chiều dài băng thơng khe điều chỉnh cách thay đổi kích thước đường gấp khúc DMS Do tích hợp nên giảm kích thước anten Tiếp đến, DMS thứ tích hợp tạo khe thứ loại bỏ nhiễu dải hẹp Hình 2.8 cho ta thấy độc lập cấu hình khe Các khe tích hợp theo sau đường tín hiệu nguồn ni điều khiển DMS Ta biết anten UWB loại bỏ nhiễu dải hẹp khơng mong muốn Tuy nhiên, anten UWB nên thiết kế truyền thông băng hẹp cần thiết Do vậy, anten khả tái cấu hình hữu ích để chuyển đổi hệ thống truyền thông UWB hệ thống truyền thơng UWB band-notched (a) (b) Hình 2.8 Anten UWB hai băng (a) đồ thị băng thơng (b)  Ăng ten tái cấu hình Reconfigurable UWB antenna 14 Vì anten CR-UWB thay đổi mode hệ thống UWB hệ thống UWB band-notched, anten có khả tái cấu hình với băng thông 2.38 – GHz sử dụng để đáp ứng đặc tính mong muốn Ba chuyển mạch SW1, SW2, SW3 tích hợp anten band-notched để tạo thành anten khả tái cấu hình Hình 2.9 Anten tái cấu hình UWB Bằng việc tích hợp chuyển mạch vào DMS mà ta điều khiển cộng hưởng chúng Ở mơ có mặt cầu kim loại đặc trưng cho trạng thái ON ngược lại Anten anten band-notched tất trạng thái ON Ngoài ra, anten anten lưỡng băng (dual-band) Khi tất trạng thái OFF, anten chuyển đổi thành anten UWB  Anten CR-UWB Bao gồm nhiều mode hoạt động nhất, DMS sử dụng, chúng in đường tín hiệu truyền dẫn microstrip Tiếp đó, chuyển mạch tích hợp đường gấp khúc DMS để điều khiển cộng hưởng chúng Để tạo anten đa mode CR-UWB, lọc dải chặn DMS thiết kế, chúng in ô DMS đường đường dẫn microstrip 50 Ohm có kích thước khác Ngồi ra, DMS bao gồm khe cắm, khe hình T, kết hợp chúng 15 Hình 2.10 Hình dạng lọc ba băng (a) (b) Hình 2.11 Anten ba băng UWB (a) đồ thị đặc tính (b) Hình 2.12 Cấu hình anten CR-UWB Hình 2.13 Các chế độ (mode) hoạt động anten CR-UWB 16 Các mode hoạt động thể bảng 2.2 Bảng 2.2 Các chế độ anten CR-UWB Với mode anten sử dụng mode underlay với công suất thấp, cơng nghệ IR-UWB dùng để truyền thu tín hiệu mong muốn Ngồi dùng anten cảm biến cho hệ thống CR Với mode từ đến 8, anten trở thành anten band-notch với notch khác nhau, trường hợp này, kỹ thuật OFDM-UWB dùng để thực chuyển mạch ON/OFF để tạo anten loại bỏ tín hiệu dải hẹp Do anten thiết kế dùng cho nhiều hệ thống để cảm biến hay chặn nhiễu Ngồi ra, anten CR-UWB dùng cho chế độ UWB, chế độ band-notched hệ thống đa băng 2.4 Kết luận chương Chương II cung cấp kiến thức tụ điện dựa lớp điện môi biến thiên tham số ăng ten Ngoài ra, hai mạch ăng ten băng hẹp băng rộng phân tích trình bày chương Nội dung chương trình bày kích thước ăng ten sử dụng q trình mơ Khả tích hợp làm việc ăng ten mạch ăng ten bàn luận Quan trọng mạch ăng ten băng hẹp tích hợp tụ điện khả dung BST nhằm tái cấu hình tần số ứng dụng cho hệ thống CR trình bày 17 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ MƠ PHỎNG ANTEN CHO VÔ TUYẾN KHẢ TRI 3.1 Cơ sở thiết kế anten 3.2 Thiết kế anten 3.2.1 Đề xuất anten thiết kế Thiết kế sử dụng để mô anten tích hợp UWB/Reconfigurable Anten sử dụng để xác định phổ trắng đồng thời dùng cho giao tiếp hệ thống CR Kiến trúc anten gồm thành phần: Một xạ UWB cảm biến phổ cộng hưởng dải hẹp khả tái cấu hình để kết nối trao đổi thông tin Chúng kết hợp chất Do đó, monopole đĩa hình elip lựa chọn xạ UWB vô hướng, bao phủ toàn dải tần 3.1 – 10.6 GHz, khe cộng hưởng dải hẹp dùng để tái cấu hình tần số giao tiếp dải mong muốn Bằng kiểm định xác, trung tâm đĩa có độ nhạy dịng diện thấp Bởi vậy, anten dải hẹp kết hợp đĩa cộng hưởng mà không làm giảm khả cảm biến anten Hình 3.1 Kiến trúc anten tích hợp UWB/Reconfigurable 3.2.2 Thực thiết kế mô phần mềm HFSS Sử dụng chất RO4350 (ε = 3.48) với độ dày 0.662 mm Tạo hình elipse xạ UWB chất liệu đồng (cupper) với elipse mặt phẳng đáy có kích thước bán trục 17 mm, bán trục nhỏ 9.5 mm Hình elipse mặt có bán trục lớn 20 mm, bán trục nhỏ 22.95 mm, cấp nguồn qua port thông qua hai đoạn vi dải, đoạn dài 5.5 mm rộng mm, đoạn lại rộng 1.214 mm Khoảng cách elipse 0.5 mm Khe cộng hưởng với diode biến dung có điện dung thay đổi từ giá trị 0.5 pF đến pF, điện trở có giá trị 6.7 kOhm Cấp nguồn cho anten đường vi dải có chiều dài 18.5 mm, rộng 1.514 mm thơng qua port Một số hình ảnh anten vẽ từ phần mềm mô thiết đặt tham số: 18 Hình 3.2 Anten nhìn từ xuống theo trục z Hình 3.3 Cấu trúc phần anten đóng vai trị tái cấu hình tần số 19 Hình 3.4 Anten quan sát theo góc nghiêng Hình 3.5 Hình ảnh đầy đủ gồm hộp biên hấp thụ xạ bao quanh anten Hình 3.6 Thiết lập tần số hoạt động 20 Hình 3.7 Thiết lập dải tần mơ Hình 3.8 Thiết lập dải giá trị điện dung cho tụ biến dung để khảo sát 21 3.3 Kết mô đánh giá 3.3.1 Kết mô He so phan xa 0.00 HFSSDesign1 ANSOFT Curve Info dB(S(1,1)) Setup : Sw eep1 dB(S(2,2)) Setup : Sw eep1 -5.00 -10.00 Y1 -15.00 -20.00 -25.00 -30.00 -35.00 2.00 4.00 6.00 Freq [GHz] 8.00 10.00 12.00 Hình 3.9 Đồ thị hệ số phản xạ điện dung 0.5 pF VSWR 25.00 HFSSDesign1 ANSOFT Curve Info abs(VSWR(1)) Setup : Sw eep1 abs(VSWR(2)) Setup : Sw eep1 20.00 Y1 15.00 10.00 5.00 0.00 2.00 4.00 6.00 Freq [GHz] 8.00 10.00 12.00 Hình 3.10 Đồ thị điện dung 0.5 pF Hình 3.10 mơ tả hệ số phản xạ anten tích hợp gồm anten thành phần Dễ thấy hệ số phản xạ anten UWB () < -10 dB hầu hết dải phổ từ GHz đến 12 GHz Còn hệ số phản xạ anten tái cấu hình () < -10 dB dải phổ hẹp khoảng 0.25 GHz từ 7.15 GHz đến 7.4 GHz Hình 3.11 thể tham số VSWR Tương ứng hệ số phản xạ, VSWR (1) < gần bảo phủ dải tần số khảo sát, VSWR (2) < khoảng phổ nhỏ tương ứng với tần số hoạt động anten sử dụng cho vai trị truyền thơng 22 Hình 3.11 Đồ thị xạ anten UWB Độ lợi anten UWB thể qua hình 3.20 Độ lợi tăng tương ứng với màu sắc đậm dần đạt lớn khoảng dBi ứng với màu đỏ Đồ thị trải ba trục để thực nhiệm vụ cảm biến cách hiệu Hình 3.12 Đồ thị xạ anten tái cấu hình tần số điện dung 0.5 pF Khi anten dùng vai trò truyền thơng đồ thị xạ anten có hình dạng bầu dục trải dọc theo trục z, độ lợi anten tăng dần hai đầu tương ứng, đảm bảo cho nhiệm vụ kết nối truyền thông với hệ thống truyền thơng khác 23 Hình 3.13 Kết mô với giá trị tụ thay đổi từ 0.5 pF đến pF 3.3.2 Đánh giá Từ kết mơ có được, ta nhận thấy kiến trúc anten UWB tích hợp tái cấu hình tần số hoạt động vể đáp ứng yêu cầu đặt Kết mô cho thấy anten UWB có kiểu xạ gần đẳng hướng với độ lợi tối đa tối đa 3,12 dB GHz hiệu suất xạ gần 98%, giá trị cao dự đoán mức suy hao thấp chất sapphire Trong đó, anten UWB đóng vai trị cảm biến, băng thơng đạt đủ rộng để bao phủ dải tần GHz – 10 GHz Anten cảm biến có độ lợi thấp, lớn dBi, so với yêu cầu độ lợi dBi anten UWB tạm chấp nhận Phối hợp trở kháng anten nhình chung đạt yêu cầu, nhiên có thêm thời gian nghiên cứu thêm để tối ưu trước đưa vào áp dụng thực tế Đối với anten phần tử thứ hai có nhiệm vụ tái cấu hình tần số hoạt động, từ kết mô cho thấy anten cho hiệu mong đợi, thay đổi giá trị điện dung tăng từ 0.5 pF – pF tần số hoạt động biến thiên giảm dần dải tần 6.5 GHz – 7.5 GHz 3.4 Kết luận chương Chương trình bày kiến trúc ăng ten cụ thể ứng dụng hệ thống CR Ăng ten thiết kế mô phần mềm HFSS cho kết tương đối tốt với băng thông rộng bao phủ dải tần GHz – 10 GHz, tần số hoạt động thay đổi từ 6.5 GHz – 7.5 GHz điều chỉnh giá trị tụ điện biến dung từ giá trị 0.5 pF – pF Như vậy, hai ăng ten băng siêu rộng Reconfigurable tích hợp kiến trúc vừa đóng vai trị cảm biến, vừa dùng để truyền thơng hệ thống CR giúp giảm thiểu kích thước, tận dụng không gian cho thành phần khác hệ thống, góp phần xây dựng nên hệ thống truyền thông ngày tiên tiến đại 24 KẾT LUẬN Thông qua Luận văn, học viên thực nghiên cứu, tổng hợp vấn đề lý thuyết bản, từ hiểu nguyên lý hoạt động hệ thống vô tuyến khả tri Sau đó, luận văn sâu vào tìm hiểu phân hệ ăng ten cho hệ thống vô tuyến khả tri Điểm mấu chốt rút phân hệ ăng ten cho hệ thống vô tuyến khả tri cần phối hợp phần tử ăng ten: phần tử ăng ten băng siêu rộng làm nhiệm vụ cảm nhận phổ phần tử ăng ten có khả tài cấu hình tần số hoạt động để thực thu phát vùng phổ trống Thiết kế đề xuất kiểm chứng qua phần mềm mô điện từ HFSS Dựa theo kết mô phỏng, ăng ten hoạt động tốt dải tần từ 6.5-7.5 GHz Ưu điểm đạt - Mẫu ăng ten ứng dụng hệ thống vô tuyến khả tri sử dụng tụ khả dung đáp ứng cầu sử dụng phổ tần với yêu cầu hiệu cao thông qua khả tự cấu hình - Nâng cao khả linh hoạt việc sử dụng tần số tối ưu - Tiết kiệm diện tiết thay phải sử dụng nhiều ăng ten hoạt động cho dải tần số khác cần ăng ten tự cấu hình lại đạt tần số hoạt động mong muốn Hạn chế - Trong Luận văn này, việc nghiên cứu dừng lại trình mô ăng ten ứng dụng cho hệ thống vô tuyến khả tri sử dụng tụ khả dung cho ứng dụng truyền dẫn khơng dây - Ngồi ra, mẫu ăng ten chưa thể tiến tới trình chế tạo đo đạc thực nghiệm hạn chế mặt công nghệ hệ thống vô tuyến khả tri trình nghiên cứu bước khởi đầu cho hệ thống vô tuyến tương lai sau Hướng nghiên cứu: - Luận văn nghiên cứu bước đệm nhỏ nhằm đóng góp mục đích phát triển hệ thống khả tri tương lai sau - Luận văn hướng tới việc sử dụng vật liệu đặc biệt nhằm thay đổi tham số ăng ten thay sử dụng phương pháp khác - Nghiên cứu tính tốn thiết kế mô ăng ten vi dải băng siêu rộng có băng thơng bao phủ hết dải tần từ – 10 GHz để đáp ứng yêu cầu ăng ten cho thiết bị di động sử dụng công nghệ băng thông siêu rộng  ... hệ thống vô tuyến khả tri Sau đó, luận văn sâu vào tìm hiểu phân hệ ăng ten cho hệ thống vô tuyến khả tri Điểm mấu chốt rút phân hệ ăng ten cho hệ thống vô tuyến khả tri cần phối hợp phần tử ăng. .. vơ tuyến khả tri dựa SDR Mơ hình hệ thống vô tuyến khả tri dựa SDR mô tả hình 1.10 8 Hình 1.10 Mơ hình vơ tuyến khả tri dựa SDR 1.4 Ứng dụng vô tuyến khả tri Vô tuyến khả tri ứng dụng rộng rãi... không dây sử dụng vô tuyến khả tri 1.5 Tổng kết chương I Chương I cung cấp thông tin khái quát hệ thống vô tuyến khả tri (CR) Hệ thống vô tuyến khả tri công nghệ nhằm giải vấn đề sử dụng phổ tần