Thiết kế anten mảng phẳng cho các ứng dụng ở dải sóng milimet

Bài viết Thiết kế anten mảng phẳng cho các ứng dụng ở dải sóng milimet đề xuất thiết kế mảng anten lưỡng cực điện từ (ME) cho các ứng dụng ở dải sóng Milimet. Anten đơn cộng hưởng ở dải tần rộng với băng thông -10 dB từ 32,2 GHz đến 42,8 GHz tại tần số trung tâm 38GHz với độ lợi đỉnh là 6,09 dBi.

ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ - ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, VOL 20, NO 7, 2022 47 THIẾT KẾ ANTEN MẢNG PHẲNG CHO CÁC ỨNG DỤNG Ở DẢI SÓNG MILIMET DESIGN ANTENNA ARRAY FOR MM WAVE APPLICATIONS Đặng Thị Từ Mỹ1*, Huỳnh Nguyễn Bảo Phương1, Bùi Thị Minh Tú2, Trần Thị Hương2 Trường Đại học Quy Nhơn Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng *Tác giả liên hệ: dangthitumy@qnu.edu.vn (Nhận bài: 26/5/2022; Chấp nhận đăng: 27/6/2022) Tóm tắt - Trong báo đề xuất thiết kế anten mảng lưỡng cực điện từ (ME) phẳng cấu hình thấp cho ứng dụng dải sóng Milimet Anten đơn làm việc tần số 38 GHz tiếp điện đường vi dải phương pháp ghép khe, đảm bảo kích thích lưỡng cực điện từ có cấu hình thấp, anten ME cộng hưởng dải tần rộng với băng thông -10 dB từ 32,2 GHz đến 42,8 GHz với độ lợi đỉnh 6,09 dBi Dựa cấu trúc anten ME tối ưu, báo đề xuất hai mảng anten chiều gồm phần tử phần tử ME Kết qủa mô chứng minh khả hoạt động hai anten mảng đề xuất trì cộng hưởng dải tần rộng tương tự phần tử ME đơn đạt độ lợi đỉnh 12,5 dBi anten mảng phần tử 15,6 dBi trường hợp mảng phần tử Abstract - In this paper, a low-profile magneto-electric dipole (ME) antenna array design is proposed for millimeter-wave applications The single antenna operates at 38 GHz and is fed by a microstrip through the aperture fed, which ensures ME dipole excitation and is low profile, the ME antenna resonates in a wide frequency range with -10 dB bandwidth from 32.2 GHz to 42.8 GHz with a peak gain of 6.09 dBi Based on the optimal ME antenna, this paper proposes two planar antenna arrays consisting anten ME of 4-element and 8-element Simulation results demonstrate the performance of the two proposed array antennas while maintaining resonance at a broad bandwidth similar to that of a single ME antenna and achieving a peak gain of 12.5 dBi for the 4-element array antenna and 15.6 dBi in the case of an 8-element antenna array Từ khóa - Anten lưỡng cực điện từ; Khe độ; Dải sóng Milimet; Mảng anten; Anten băng thơng rộng Key words - Magneto-electric dipole antenna; Aperture fed; Millimeter-wave; Antenna array; Wideband antenna Đặt vấn đề Ngày nay, hệ thông tin di động thứ tư 4G-LTE triển khai thành công mặt thương mại nhiều quốc gia khu vực giới Với phổ tần số sóng mang từ 700 MHz đến 2,6 GHz, nhà cung cấp dịch vụ di động ngày cố gắng cung cấp ứng dụng đa phương tiện video chất lượng cao, độ trễ thấp cho thiết bị không dây Tuy nhiên, gia tăng nhanh chóng tốc độ tăng trưởng liệu di động việc sử dụng điện thoại thông minh đặt thách thức chưa có nhà cung cấp dịch vụ không dây để vượt qua tình trạng thiếu băng thơng tồn cầu Để giải thách thức này, ngày có nhiều quan tâm đến hệ thống di động băng tần sóng Milimet (mmW), từ 30 đến 300 GHz, với băng thông khả dụng rộng nhiều so với di động ngày [1] Thế hệ mạng di động không dây, gọi hệ thứ năm (5G), tận dụng tốt băng tần mmW [2] [3] Mặc dù khơng có tiêu chuẩn thức cho 5G, thiết kế anten cho mạng không dây di động 5G nhận nhiều quan tâm từ cộng đồng nghiên cứu Tuy nhiên, suy hao đường truyền dải mmW đáng kể so với dải vi ba (microwave) tần số truyền mmW cao hấp thụ khí dải tần mmW Để giảm thiểu suy hao đường truyền dải tần mmW, kỹ thuật định dạng búp sóng (beamforming) đề xuất công nghệ hỗ trợ cho mạng khơng dây di động 5G [4, 5] Nhìn chung, anten ứng dụng kỹ thuật tạo búp sóng (beamforming) phải nhỏ, hiệu suất xạ cao, nhẹ, tổn hao thấp, ảnh hưởng ghép nối tương hỗ thấp môi trường mảng dễ chế tạo Trong nghiên cứu công bố [6], [7], anten lưỡng cực điện từ (ME), thể băng thông trở kháng rộng độ lợi ổn định, thiết kế ứng dụng cho trạm gốc thông tin di động Thiết kế lưỡng cực ME bao gồm lưỡng cực từ lưỡng cực điện, kích thích đồng thời để đạt xạ có dạng mặt phẳng E (mặt phẳng chứa anten) mặt phẳng H (mặt phẳng vuông góc với anten) xạ ngược thấp Gần đây, anten lưỡng cực ME thiết kế cho ứng dụng truyền thơng sóng mm tần số 60 GHz [8] - [11] Anten lưỡng cực ME cho ứng dụng dải sóng mm dễ dàng thiết kế cách sử dụng công nghệ bảng mạch in (PCB) Tuy nhiên, anten không phân tích đặc tính mơi trường mảng Ngồi ra, lưỡng cực từ chúng thực hai anten vi dải ngắn mạch ¼ bước sóng thẳng đứng, dẫn đến chiều cao anten lớn Trong báo đề xuất thiết kế mảng anten lưỡng cực điện từ (ME) cho ứng dụng dải sóng Milimet Anten đơn cộng hưởng dải tần rộng với băng thông -10 dB từ 32,2 GHz đến 42,8 GHz tần số trung tâm 38GHz với độ lợi đỉnh 6,09 dBi 2 Thiết kế anten lưỡng cực điện từ 2.1 Yêu cầu thiết kế Thiết kế anten lưỡng cực điện từ cộng hưởng dải rộng, tần số trung tâm 38 GHz Anten tiếp điện Quy Nhon University (Dang Thi Tu My, Huynh Nguyen Bao Phuong) The University of Danang - University of Science and Technology (Bui Thi Minh Tu, Tran Thi Huong) Đặng Thị Từ Mỹ, Huỳnh Nguyễn Bảo Phương, Bùi Thị Minh Tú, Trần Thị Hương 48 đường vi dải qua khe độ Kỹ thuật tiếp điện lựa chọn có khả tạo cộng hưởng băng thông rộng nhiều so với tiếp điện trực tiếp đường vi dải hay cáp đồng trục Anten gồm lớp điện mơi loại RT/Duroid 5880 có hệ số điện môi 2,2 với chiều dày 0,7874 mm 0,254 mm Bảng Thông số thiết kế anten Tần số hoạt động Hằng số điện môi Độ dày đế điện mơi Bán kính cột kim loại 38 GHz 2,2 (suy hao 0,0009) 0,7874 mm 0,254 mm 0,1 mm 2.2 Mơ hình đề xuất Mơ hình anten lưỡng cực điện từ đề xuất Hình Anten ME thiết kế lớp điện môi khác với lớp RT/Duroid 5880, hệ số suy hao 0,0009, Anten gồm kim loại in lớp điện môi #1 chiều dày 0,7874 mm, cột kim loại cột có đường kính 0,1mm thực công nghệ xuyên lỗ nối kim loại mặt phẳng đất Trên mặt phẳng đất có kht khe độ hình chữ nhật (aperture slot) Đường vi dải 50 cấp nguồn cho anten qua khe độ in mặt lớp điện môi 2 chiều dày 0,254 mm (cũng RT/Duroid 5880) Lớp điện môi #1 Tấm kim loại Cột kim loại Khe tiếp điện Lớp điện môi #2 Để tạo anten lưỡng cực điện từ ME, lưỡng cực điện lưỡng cực từ phải kích thích đồng thời [4] Các kim loại hoạt động anten lưỡng cực điện nửa bước sóng (Ld ~ λ/2) Thơng thường lưỡng cực từ tạo hai anten vi dải (patch antenna) thẳng đứng ngắn mạch chiều dài ¼ bước sóng [5] - [7] Trong thiết kế chương này, có mặt khe tiếp điện aperture, lưỡng cực từ chủ yếu hình thành cạnh khe anten vi dải ngắn mạch Do đó, ta thực kích thích anten lưỡng cực ME với chiều cao anten thấp so với thông thường Điều chứng minh anten đề xuất, có khoảng cách từ kim loại đến mặt phẳng mặt đất 0,7874 mm (~ 0,15λeff 38 GHz) 2.3 Mô tối ưu Nguyên lý hoạt động anten ME đề xuất mô tả theo phân bố dòng điện anten đề xuất tần số 38GHz cho góc pha khác thể Hình 2: - Tại  = 00: Dòng điện các cạnh khe miếng vá ngắn mạch đạt cường độ cực đại, nghĩa lưỡng cực từ kích thích - Tại  = 900: Dòng điện cạnh lưỡng cực điện phẳng đạt cường độ cực đại xung quanh cạnh, nghĩa lưỡng cực điện kích thích - Tại  = 1800: Các lưỡng cực từ kích thích trở lại ngược chiều với dịng điện  = 00 - Tại  = 2700: Các lưỡng cực điện kích thích trở lại ngược chiều với dòng điện  = 900 Các lưỡng cực điện từ kích thích lệch pha 900 Do đó, anten đề xuất đạt đồ thị xạ dạng broadside (hướng búp sóng vng góc với mặt phẳng anten) xạ ngược thấp [12] Đường vi dải 50 Mặt phẳng đất (a) z Tấm kim loại Metallic plate y x Metallic Cột kimpost loại h1 Mặt phẳng đất GND Aperture Khe tiếp điện h2 Đường vi dải 50 50 MS-line (b) z x y Wd Wa Sp La Wms Ld g1 LGND Lms g2 Hình Phân bố dòng điện anten lưỡng cực điện từ tần số 38GHz góc pha khác WGND (c) Hình Mơ hình anten lưỡng cực điện từ đề xuất: (a) toàn cảnh, (b) mặt cắt ngang, (c) mặt Tần số cộng hưởng anten ME đề xuất tối ưu cách thay đổi số kích thước anten Trong trường hợp này, khoảng trống kim loại (g1 g2) cố định 0,3 mm thay đổi chiều dài Ld lưỡng cực ME Kết mô hệ số phản xạ S11 ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, VOL 20, NO 7, 2022 -10 -20 S11 (dB) với giá trị khác Ld trình bày Hình 3(a) Như quan sát từ hình này, tần số cộng hưởng anten ME giảm chiều dài Ld tăng lên Anten đạt cộng hưởng tần số mong muốn 38 GHz chiều dài anten (Ld) 3,46 mm 49 -30 -40 -50 -60 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 Tần số (GHz) Hình Kết mơ hệ số phản xạ S11 anten ME đề xuất 38 GHz Bảng Kích thước tối ưu anten lưỡng cực điện từ hoạt động tần số 38 GHz (đơn vị mm) (a) Tham số WGND Wd Wms Wa g1 Sp Giá trị 10 3,46 0,733 0,4 0,3 0,6 Tham số LGND Ld Lms La g1 Giá trị 10 3,46 5,9 2,05 0.3 10 330 30 mp xz mp xy 300 60 -10 -20 270 90 -20 -10 (b) Hình Kết mơ S11 anten ME với giá trị khác nhau: (a) chiều dài anten Ld, (b) chiều dài khe độ La Tiếp theo, trở kháng đầu vào anten khảo sát để thực phối hợp trở kháng nguồn tiếp điện anten Do thực tiếp điện từ đường vi dải qua khe độ nên trở kháng anten lưỡng cực ME chủ yếu thuộc chiều dài khe độ, chiều rộng khe không ảnh hưởng đến trở kháng đầu vào anten đề xuất Do đó, ta điều chỉnh chiều dài La khe độ để thực phối hợp trở kháng Cụ thể, chiều dài khe độ La khảo sát chiều rộng khe (Wa) đặt giá trị cố định 0,4 mm Kết mơ Hình 3(b) cho thấy, độ sâu cộng hưởng anten thay đổi độ dài La thay đổi tần số cộng hưởng anten không thay đổi Khi độ sâu cộng hưởng lớn tương ứng với hệ số phản xạ S11 nhỏ anten đạt phối hợp trở kháng tốt Như vậy, trở kháng đầu vào anten ME dễ dàng điều chỉnh để phù hợp với trở kháng đường tiếp điện đầu vào Anten đề xuất đạt phối hợp trở kháng tốt chiều dài khe độ 2,05 mm Hình biểu diễn kết mơ tối ưu tần số cộng hưởng anten ME Quan sát từ hình trên, anten đề xuất cộng hưởng với băng thông rộng từ 32,2 GHz đến 42,8 GHz với tần số trung tâm 38 GHz theo tiêu thiết kế Kích thước tối ưu anten ME hoạt động tần số trung tâm 38 GHz trình bày Bảng 240 120 10 210 150 180 Hình Kết mơ đồ thị xạ anten ME đề xuất 38 GHz Hình Kết mơ độ lợi thực tế anten ME đơn Kết mô đồ thị xạ anten ME đề xuất 38 GHz biểu diễn Hình Từ hình này, anten xạ định hướng mặt phẳng xz (mặt phẳng vng góc với anten) với độ lợi đỉnh 6,09 dBi, xạ vô hướng mặt phẳng xy (mặt phẳng chứa anten) Mô độ lợi thực tế (Realized gain) tồn dải tần cơng hưởng anten đề xuất thực Kết mơ Hình cho thấy tăng ích thực tế anten anten ME có độ lợi thực lên đến 7,5 dBi toàn dải tần Đặng Thị Từ Mỹ, Huỳnh Nguyễn Bảo Phương, Bùi Thị Minh Tú, Trần Thị Hương 50 Thiết kế anten mảng lưỡng cực điện từ Trong phần này, hai anten mảng lưỡng cực điện từ chiều phần tử phần tử thiết kế mô Trước tiên, chia công suất đầu vào đầu (1:4) đầu vào đầu (1:8) thiết kế để tiếp điện cho mảng anten ME phần tử phần tử Mơ hình anten mảng với mạng tiếp điện thiết kế mô tối ưu 3.1 Thiết kế mạng tiếp điện phẳng 3.1.1 Mơ hình đề xuất Vì anten ME đề xuất hoạt động băng thơng rộng nên mạng tiếp điện cho anten mảng cần thiết kế để hoạt động băng thơng rộng Ngồi để đạt xạ broadside cho anten mảng, phần tử ME mảng phải tiếp điện (cùng biên độ đồng pha) Khi đó, mạng tiếp điện chia công suất đều, với công suất ngõ chia Để thực kích thích băng tần rộng, mạng tiếp điện bao gồm chia công suất chữ T lựa chọn, thể Hình Mạng tiếp điện, thiết kế theo công nghệ mạch dải, in điện môi RT/Duroid 5880 với độ dày 0,254 mm nhằm phù hợp cho kết nối trực tiếp đầu mạng tiếp điện đầu vào anten ME đơn 0.733 5.17 50Ω 450 50Ω 25Ω 1.89 50Ω 50Ω 8𝑒 𝐴 𝑊 với 2 {𝜋 2𝜀𝑟 𝜀𝑟 ℎ Trong đó: 𝑍0 𝐴= 60 Ω 𝜀𝑟 = + 𝜀𝑟 −1 𝜀𝑟 +1 (0.23 + 0.11 𝜀𝑟 (2) ) (3) 𝜀𝑟 +1 + 𝜀𝑟 −1 √1+12 ℎ (4) 𝑊 Như vậy, với trở kháng 𝑍0 cho trước ta dễ dàng xác định bề rộng 𝑊 đoạn vi dải mạng tiếp điện anten cần thiết kế 3.1.2 Mô tối ưu Từ lý thuyết chia công suất 1:4 1:8, công suất ngõ tương ứng 1/4 1/8 công suất ngõ vào chia Dựa vào mô tham số tán xạ chia, ta kiểm chứng khả chia theo tỷ lệ quy định chia Cụ thể, giá trị hệ số truyền đạt ngõ vào ngõ (Sji, với i ngõ vào j ngõ ra) lý tưởng -6 dB tương ứng với chia công suất 1:4 -12 dB tương ứng với chia 1:8 Tham số tán xạ (dB) Ω -10 -20 -30 -50 10 Ω 450 Ω S11 S21 S31 S41 S51 -40 0,733 5,18 𝜀𝑟 +1 2𝑍0 √𝜀𝑟 20 1,9 Ω Ω Ω 30 40 50 Tần số (GHz) Ω (a) Ω Ω Ω Ω 0,733 0,733 Ω (b) Hình Mơ hình mạng tiếp điện sử dụng chia công suất chữ T: (a) 1:4, (b) 1:8 Để tránh ảnh hưởng suy hao chiều rộng đường vi dải chia nhỏ trở kháng đặc tính cao, chia cơng suất chữ T sử dụng chuyển đổi trở kháng từ 50  sang 25  Bộ chuyển đổi chèn vào đoạn vi dải 50  25  để tăng khả phối hợp trở kháng băng rộng giảm tổn hao góc nối đoạn vi dải 50  25  Tất góc nối chia cắt vác góc 450 để giảm phản xạ vị trí Hơn nữa, vết cắt hình chữ V khoét đoạn chia chữ T để giảm phản xạ mở rộng băng thông Tham số tán xạ (dB) √ 377𝜋 𝐵= (a) Ω (1) 0.733 0.733 𝑊 ℎ 25Ω 0.733 Với trở kháng đặc tính 𝑍0 số điện mơi cho trước, kích thước chi tiết chia công suất 1:4 1:8 đề xuất tính dựa vào biểu thức sau [13]: -10 -20 S11 S21 S31 S41 S51 S61 S71 S81 S91 -30 -40 -50 10 20 30 40 S11 S21 S31 S41 S51 50 Tần số (GHz) (b) Hình Kết mô tham số tán xạ S chia công suất chữ T băng thông rộng: (a) 1:4, (b) 1:8 Hình biểu diễn kết mơ tham số tán xạ chia công suất đề xuất Hình Quan sát Hình 8(a) thấy chia 1:4 cộng hưởng băng thơng rộng trải rộng từ 17 GHz đến 44 GHz tương ứng với tất hệ số truyền đạt từ công từ ngõ vào đến ngõ (S21, S31, S41 S51) thay đổi từ 6,1 đến 6,8 dB Các giá trị truyền đạt cho thấy công suất ngõ chia tương đối ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ - ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, VOL 20, NO 7, 2022 10(a) cho thấy anten mảng phần tử cộng hưởng dải tần -10 dB trải rộng từ 31,4 GHz đến 42,1 GHz với tần số trung tâm 38 GHz Trong đó, anten mảng phần tử hoạt động từ 32 GHz đến 42,6 GHz Như vậy, dải cộng hưởng hai anten mảng trải rộng với băng thông tương tự phần tử đơn Điều chứng minh hiệu mạng tiếp điện băng rộng thiết kế (a) -10 S11 (dB) dải tần rộng từ 17 - 44 GHz Do đó, chia công suất đề xuất phù hợp với thiết kế anten mảng băng thông rộng anten ME đề xuất mục Tương tự, mạng tiếp điện cho anten mảng phần tử khảo sát tối ưu Kết mô tham số tán xạ Hình 8(b) cho thấy chia cộng hưởng dải rộng từ 27 GHz đến 45 GHz với hệ số truyền đạt từ cổng vào đến cổng (S21 -S91) thay đổi từ 12,2 đến 13,1 dB Điều chứng tỏ chia công suất 1:8 chia tương đối công suất công suất tới cổng phù hợp với xạ broadside cho anten mảng phần tử 3.2 Thiết kế anten mảng 3.2.1 Mơ hình anten mảng tích hợp mạng tiếp điện Ngun tắc tích hợp mạng tiếp điện vào anten mảng khơng thay đổi cấu hình phần tử anten đơn Mạng tiếp điện đặt đồng phẳng với lớp điện môi #2 anten đơn, đầu mạng tiếp điện đầu vào anten đơn Lần lượt anten đơn anten đơn giống hệt tích hợp với mạng tiếp điện 1:4 1:8 để tạo thành anten mảng phần tử phần tử Các phần tử anten xếp theo mảng chiều mơ tả Hình 51 -20 -30 -40 -50 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 Tần số (GHz) (a) (b) Hình 10 Hệ số phản xạ S11 anten mảng ME: (a) phần tử, (b) phần tử 15 330 30 10 mp xz mp xy 300 60 -5 -10 -15 270 90 -10 (b) Hình Mơ hình anten mảng ME chiều: (a) phần tử, (b) phần tử Để đảm bảo hiệu xạ broadside cho anten mảng, bên cạnh phần tử xếp theo chiều, đặt cách khoảng cách phần tử ME tối ưu để đảm bảo cách ly cổng (ảnh hưởng tương hỗ) anten đơn kề Khoảng cách tối ưu phần tử anten mảng phần tử anten mảng phần tử xác định mm (0,75λo 38 GHz) Bên cạnh đó, chiều dài đoạn biến đổi khảo sát để tối ưu tần số cộng hưởng Tần số cộng hưởng tối ưu anten mảng phần tử phần tử xác định chiều dài đoạn biến đổi 2,8 mm 2,82 mm 3.2.2 Mô tối ưu Hiệu xạ anten mảng phần tử phần tử tiếp điện trình bày qua kết mô hệ số phản xạ, đồ thị xạ độ lợi Hình 10 - 13 Kết mô hệ số phản xạ S11 anten mảng Hình -5 240 120 10 210 15 150 180 (a) 20 330 30 10 300 mp xz mp xy 60 -10 -20 270 90 -20 -10 240 120 10 20 210 150 180 (b) Hình 11 Đồ thị xạ anten mảng ME: (a) phần tử, (b) phần tử Đặng Thị Từ Mỹ, Huỳnh Nguyễn Bảo Phương, Bùi Thị Minh Tú, Trần Thị Hương 52 Hệ số tăng ích chuẩn hóa (dB) Phi = 90 -5 13 dB -10 -15 -20 -25 -30 -60 -40 -20 Theta (0) 20 40 60 (a) Hệ số tăng ích chuẩn hóa (dB) -5 Phi = 90 12,5 dB -10 -15 -20 -25 -30 -35 -40 -60 -40 -20 Theta (0) 20 40 60 (b) Hình 12 Độ lợi chuẩn hoá anten mảng ME: (a) phần tử, (b) phần tử (a) 20 Hệ số tăng ích thực tế (dB) 18 16 phần tử đạt xạ broadside mặt phẳng xz (mặt phẳng vng góc với anten mảng) với độ lợi 12,5 dBi (Hình 11(a)) 15,6 dBi (Hình 11(b)) Bên cạnh đó, anten mảng thể mức lệch búp sóng bên (side-lobe level) so với búp sóng 13 dB anten mảng phần tử 12,5 dB anten mảng phần tử Phi = 900, hiển thị Hình 12 Kết mô độ lợi thực anten mảng tồn dải tần mơ tả Hình 13 Quan sát từ Hình 13(a), anten mảng phần tử thể tăng ích thực tế ổn định từ 10,8 đến 12,5 dBi dải tần hoạt động Trong đó, anten mảng phần tử có độ lợi thực tế từ 12,2 dBi đến 15,3 dBi dải tần cộng hưởng biểu diễn Hình 13(b) Kết mơ Hình 10 cho thấy, anten ngồi cộng hưởng tần số trung tâm 38 GHz có cộng hưởng số tần số khác 22 GHz, 47 GHz Điều không ảnh hưởng đến khả làm việc anten độ lợi anten tần số 38 GHz đảm bảo độ lợi anten mảng phần tử tần số 22 GHz 47 GHz thấp So sánh anten mảng đề xuất với các cơng trình cơng bố Anten mảng phần tử thiết kế tối ưu so sánh với số anten mảng phần tử công bố để kiểm chứng đặc tính xạ thơng qua tham số băng thơng độ lợi, trình bày Bảng Anten lưỡng cực ME đề xuất [11] có băng thơng rộng độ lợi nhận lớn so với anten lưỡng cực ME đề xuất Tuy nhiên, mơ hình [11] có cấu trúc phức tạp sử dụng cặp đầu dị hình chữ L để tiếp điện mảng cấu trúc EBG hình nấm thơng thường có sử dụng cột nối kim loại, hoạt động mặt đế trở kháng cao để tăng băng thông độ lợi anten Bên cạnh đó, mảng 2x2 ME đề xuất [14] có hệ số định hướng cao Nhưng anten có cấu trúc phức tạp cách sử dụng mạng cấp nguồn theo lớp dựa ống dẫn sóng khe hở (RGW-Ridge gap waveguide) Cấu trúc tiếp điện sử dụng nhiều cột kim loại (pin) xếp cách thành hàng song song với dẫn kim loại nhằm hình thành ống dẫn sóng Việc thiết kế để RGW truyền sóng dải tần số định phụ thuộc lớn vào việc thiết kế pin kim loại 14 Bảng So sánh đặc tính xạ anten ME đề xuất số anten ME công bố 12 10 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 Tần số (GHz) (b) Hình 13 Độ lợi thực tế anten mảng: (a) phần tử, (b) phần tử Hình 11 mơ tả kết mô đồ thị xạ hai ante mảng tần số 38 GHz Anten mảng phần tử Nguồn Anten lưỡng Băng thông tham khảo cực điện từ (GHz) [11] Đơn 23,4 – 41,5 [14] Mảng (2x2) 24 - 30 Đơn 32,2 – 42,8 Anten ME đề xuất Mảng (1x4) 31,4 – 41,2 *: Độ lợi (dBi) 8,2 15,4* 7,5 12,5 Cấu trúc Phức tạp Phức tạp Đơn giản Đơn giản Hệ số định hướng anten Kết luận Nhóm tác giả thiết kế thành công anten lưỡng cực điện từ băng thơng rộng, cấu hình thấp sử dụng cơng nghệ mạch dải Cấu trúc anten gồm lớp điện môi, lớp điện ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ - ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, VOL 20, NO 7, 2022 môi #1 anten, lớp điện môi #2 sử dụng cho tiếp điện khe độ Anten đề xuất với kỹ thuật tiếp điện giúp cho lưỡng cực từ xạ chủ yếu cạnh khe độ nằm anten mạch dải ngắn mạch qua cột kim loại Do vậy, anten ME thực kích thích với chiều cao anten thấp so với thông thường, tương ứng với khoảng cách từ kim loại đến mặt phẳng mặt đất 0,7874 mm (~ 0,15λeff 38 GHz) Anten ME cộng hưởng dải tần rộng với băng thông -10 dB từ 32,2 GHz đến 42,8 GHz với độ lợi đỉnh 6,09 dBi Dựa phần tử anten ME đơn tối ưu, hai mảng anten chiều phần tử phần tử thiết kế sử dụng mạng tiếp điện băng thông rộng Kết qủa mô cho thấy hai anten mảng đề xuất cộng hưởng dải tần rộng tương tự phần tử ME đơn đạt độ lợi đỉnh 12,5 dBi 15,6 dBi tương ứng với anten mảng phần tử phần tử TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Tariq, S., et al “A new approach to antenna beamforming for millimeter-wave fifth generation (5G) systems”, Texas Symposium on Wireless and Microwave Circuits and Systems (WMCS), 2018, IEEE [2] Nouri, M., et al., “A wideband millimeter‐wave antenna based on quasi‐Yagi antenna with MIMO circular array antenna beamforming for 5G wireless networks”, Microwave and Optical Technology Letters, 61(7), 2019, p 1810-1814 [3] Zhang, J., et al., “5G millimeter-wave antenna array: Design and challenges”, IEEE Wireless communications, 24(2), 2016, p 106112 [4] Lin, S.-D., et al., “Compact Design of Annular-Microstrip-Fed mmW Antenna Arrays”, Sensors, 21(11), 2021, p 3695 53 [5] Nouri, M., et al., “An optimized small compact rectangular antenna with meta-material based on fast multi-objective optimization for 5G mobile communication”, Journal of Computational Electronics, 20(4), 2021, p 1532-1540 [6] Wang, J., et al., “A Low-Profile Vertically Polarized MagnetoElectric Monopole Antenna With a 60% Bandwidth for MillimeterWave Applications”, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 69(1), 2020, p 3-13 [7] Zhang, H., R.W Ziolkowski, and H Xin “A compact metamaterialinspired mmW CPW-fed antenna”, IEEE International Workshop on Antenna Technology, 2009, IEEE, DOI:10.1109/IWAT.2009.4906890 [8] Garg, R., et al., Microstrip antenna design handbook, Artech house, 2001 [9] Wang, Z., T Liang, and Y Dong, “Metamaterial‐based, compact, wide beam‐width circularly polarized antenna for 5G indoor application”, Microwave and Optical Technology Letters, 63(8), 2021, p 2171-2178 [10] Ahmad, I., et al “Low Profile, Compact Size Frequency Reconfigurable Antenna for 5G mm-Wave Wireless Communication”, 5th International Conference on Computer and Communication Systems (ICCCS), 2020, IEEE, DOI:10.1109/ICCCS49078.2020.9118458 [11] J Sun and K.-M Luk, “Wideband Magneto-Electric Dipole Antennas for Millimeter-Wave Applications with Microstrip Line Feed”, in 2018 International Symposium on Antennas and Propagation (ISAP), Busan, South Korea, Oct 2018 [12] Pedram, K., et al., “Compact and miniaturized metamaterial-based microstrip fractal antenna with reconfigurable qualification”, AEUInternational Journal of Electronics and Communications, 114, 2020, p 152959 [13] David M Pozar, “Microwave engineering”, John Wiley & Sons, 2009 [14] W Y Yong, T Emanuelsson, and A A Glazunov, “5G Wideband Magneto-Electric Dipole Antenna Fed by a Single-Layer CorporateFeed Network based on Ridge Gap Waveguide”, presented at the 14th European Conference on Antennnas and Propagation, EuCAP 2020, Mar 2020  ... hợp với thiết kế anten mảng băng thông rộng anten ME đề xuất mục Tương tự, mạng tiếp điện cho anten mảng phần tử khảo sát tối ưu Kết mô tham số tán xạ Hình 8(b) cho thấy chia cộng hưởng dải rộng... đó, anten mảng thể mức lệch búp sóng bên (side-lobe level) so với búp sóng 13 dB anten mảng phần tử 12,5 dB anten mảng phần tử Phi = 900, hiển thị Hình 12 Kết mô độ lợi thực anten mảng tồn dải. .. dBi Dựa phần tử anten ME đơn tối ưu, hai mảng anten chiều phần tử phần tử thiết kế sử dụng mạng tiếp điện băng thông rộng Kết qủa mô cho thấy hai anten mảng đề xuất cộng hưởng dải tần rộng tương