Hệ thống cấp nguồn coplanar cho mảng bức xạ phẳng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHẠM LÊ NHÂN HOÀNG HỆ THỐNG CẤP NGUỒN COPLANAR CHO MẢNG BỨC XẠ PHẲNG Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Tử Mã số: 605270 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2014 i CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM Cán hướng dẫn khoa học : (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày tháng năm Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) ……………………………………… Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) TRƯỞNG KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG ii ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: PHẠM LÊ NHÂN HOÀNG MSHV: 12140018 Ngày, tháng, năm sinh: 09/03/1986 Nơi sinh: Phú Yên Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Tử Mã số : I TÊN ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG CẤP NGUỒN COPALANAR CHO MẢNG BỨC XẠ PHẲNG II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : (Ghi theo QĐ giao đề tài) IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: (Ghi theo QĐ giao đề tài) V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi rõ học hàm, học vị, họ, tên): Tp HCM, ngày tháng năm 2014 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên chữ ký) CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) TRƯỞNG KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ (Họ tên chữ ký) iii LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến cô Phan Hồng Phương, tận tình hướng dẫn hỗ trợ em nhiều học tập từ Đại học lên tới Cao học, với định hướng luận văn cách làm việc khoa học để em hồn thành luận văn chương trình học cao học Em xin c ảm ơn thầy cô trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM ãđ tr uyền đạt cho chúng em kiến thức tảng để làm việc thực đề tài Cuối xin gửi tới cha mẹ lịng kính trọng biết ơn sâu sắc, ủng hộ động viên sống Tôi xin cảm ơn người bạn học tập trao đổi kinh nghiệm sống học tập để góp phần hồn thành tốt luận văn Tp Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2014 Học viên Phạm Lê Nhân Hoàng iv TÓM TẮT LUẬN VĂN Luận văn tập trung thiết kế mô phương pháp cấp nguồn cho hệ thống array anten ằngb phương pháp Conductor – backed Coplanar Waveguide (CBCPW) Array anten thiết kế mô dựa anten hình chữ nhật cấp nguồn mơ hình cấp nguồn Corporate – feed network kết hợp với kỹ thuật Coplanar Waveguide, sử dụng sub strateRogers RT5880 có số điện môi = 2.2 độ dàyℎ = 1.6 Quá trình thiết kế tiến hành bước một: thiết kế anten hình chữ nhật đơn giản, thiết kế hệ thống hai anten hình chữ nhật cuối hệ thống bốn anten hình chữ nhật Các anten thiết kế với tần số cộng hưởng xung quang tần số = ÷ 10 , độ lới anten đạt từ – 13.5dB Và thiết kế cho ứng dụng hoạt động vùng tần số X – band thông tin ệv tinh, radar, ứng dụng băng hẹp y học hệ thống wireless Việc thiết kế mô thực phần mềm CST 2011và kết đo đạc thực nghiệm tiến hành máy đo cao tần Network Analyzer v MỤC LỤC TRANG BÌA……………………………………………………………………….i TRANGPHỤ…………………………………………………………………… ii NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ iii TĨM TẮT LUẬN VĂN………………………………………………………… v DANH SÁCH HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU…………………………………… ix DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT…………………………………………….xv CHƯƠNG ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 Động lực thực đề tài: 1.2 Mục tiêu đề tài 1.3 Một số cơng trình nghiên cứu cấp nguồn cho hệ thống anten 1.4 Đối tượng nghiên cứu: 1.5 Bố cục luận văn CHƯƠNG LÝ TUYẾT CƠ BẢN VỀ ANTEN VÀ ARRAY ANTEN 10 2.1 Lý thuyết chung anten 10 2.1.1 Giới thiệu 10 2.1.2 Các tham số anten 13 2.2 Anten vi dải 33 2.2.1 Giới thiệu chung 33 2.2.2 Một số loại anten vi dải 34 2.3 Array anten 39 vi 2.3.1 2.3.2 Giới thiệu 39 Hệ thống xạ gồm phần tử 39 2.3.3 Hệ thống xạ gồm N phần tử 41 2.3.4 Hệ thống Broadside 45 2.3.5 Hệ thống Endfine 49 2.3.6 Hệ thống Hansen – Woodyyard 51 2.3.7 Độ rộng điểm null đầu tiên, độ rộng công suất, độ định hướng… 52 2.3.8 Hệ thống xạ phân bố mặt phẳng 54 CHƯƠNG CÁC KỸ THUẬT CẤP NGUỒN CHO ANTEN 57 3.1 Giới thiệu 57 3.2 Cấp nguồn đường truyền vi dải 57 3.3 Cấp nguồn Probe đồng trục 58 3.4 Cấp nguồn phương pháp ghép gần – Proximity coupled 59 3.5 Cấp nguồn phương pháp ghép khe – Aperture Couple 59 CHƯƠNG THÀNH PHẦN CẤP NGUỒN COPLANAR WAVEGUIDE 61 4.1 Conventional Coplanar Waveguide 61 4.1.1 Conventional CPW chất điện mơi có độ dày vơ hạn 66 4.1.2 Conventional CPW chất điện mơi có độ dày hữu hạn 67 4.1.3 Conventional CPW nằm lớp chất điện môi 68 4.2 Conductor-Backed Coplanar Waveguide 69 4.2.1 Hằng số điện môi hiệu dụng điện trở đặc tính CBCPW 69 4.2.2 CBCPW có phủ lớp kim loại mặt trên: 70 4.3 Micromachined Coplanar Waveguides 71 4.3.1 Microshield lines 71 vii 4.3.2 Coupled Coplanar Waveguides 77 CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG CẤP NGUỒN CHO HỆ THỐNG ARRAY ENTENNA 78 5.1 Thiết kế phần cấp nguồn cho hệ thống Array Anten 78 5.1.1 Thiết kế anten có tần số cộng hưởng đơn 78 5.1.2 Ảnh hưởng thông số khớp nối 83 5.1.3 Feed Networks 85 5.2 Mô phỏng: 89 5.2.1 Mô anten phần tử 90 5.2.2 Mô anten hai phần tử 93 5.2.3 Mô anten bốn phần tử 96 CHƯƠNG THI CÔNG, ĐO ĐẠC VÀ HIỆU CHỈNH 101 6.1 Các thông số thi công 101 6.2 Kếtquả đo 102 CHƯƠNG 7KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 104 7.1 Kết kết luận 104 7.1.1 Kết đạt 104 7.1.2 Kết luận 104 7.2 Hướng phát triển đề tài 105 TÀI LIỆU THAM KHẢO 106 LÝ LỊCH KHOA HỌC TRÍCH NGANG 108 viii DANH SÁCH HÌNH VẼ & BẢNG BIỂU Hình 1.3.1: Series – feed array (4 phần tử) [2], f = 2.45GHz Hình 1.3.2: (a) Return loss (-19.38 dB) 2.45GHz (b) đồ thị xạ 2.45GHz Hình 1.3.3: Corporate – feed array (4 phần tử) [2], f = 2.45GHz Hình 1.3.4: (a) Return loss (-22 dB) f = 2.45 GHz (b) đồ thị xạ Hình 1.3.5: Corporate parallel – feed network (8 phần tử) [3], f = – GHz Hình 1.3.6: 32-phần tử array anten, kết hợp Corporate Corporate parallel feed [1] Hình 1.3.7: 16-phần tử array anten, kết hợp Series Corporate feed Hình 1.3.8: Kỹ thuật cấp nguồn Coplanar cho 8-phần tử array anten sutrate lớp conductor-backed [4] Hình 1.4.1: Phần tử điện cảm Hình 1.4.2: Phần tử điện dung Hình 1.4.3: Phần tử điện trở Hình 1.4.4: Mạch cộng hưởng Hình 2.1.1: Anten thiết bị truyền sóng [6] Hình 2.1.2: Phương trình tương đương Thevenin cho hệ thống anten [6] Hình 2.1.2.1.1: Các trường xạ khu xa [7] Hình 2.1.2.2.1: Hệ thống tọa độ phân tích anten [6] Hình 2.1.2.2.2: Giản đồ xạ vơ hướng anten [6] Hình 2.1.2.2.3: Giản đồ xạ mặt phẳng E mặt phẳng H cho anten loa [6] ix Hình 2.1.2.2.4: Các búp sóng anten xạ hướng tính [6] Hình 2.1.2.2.5: Các vùng trường anten [6] Hình 2.1.2.2.6: Giản đồ xạ trường xa anten paraboltại khoảng cách R khác [6] Hình 2.1.2.8.1:Sự quay sóng điện từ phẳng phân cực elip hàm theo thời gian [6] Hình 2.2.1.1: Cấu trúc anten vi dải đơn giản Hình 2.2.2.1.1: Các dạng patch anten vi dải Hình 2.2.2.2.1: Một vài dipole mạch in vi dải Hình 2.2.2.3.1: Anten khe mạch in với cấu trúc tiếp điện Hình 2.2.2.4.1: Vài cấu hình anten sóng chạy vi dải mạch in Hình 2.2.2.5.1: Anten patch hình chữ nhật Hình 2.3.2.1: Hệ thống xếp phần tử dọc trục z Hình 2.3.2.2:Hệ thống xếp phần tử dọc trục z xét trường xa Hình 2.3.3.1: Hệ thống xếp N phần tử dọc trục z Hình 2.3.3.2: Hệ số xếp chuẩn hóa cho N khác Hình 2.3.3.3: Xây dựng đồ thị xếp cho N=4, k0= /2 d=0.5 = = Hình 2.3.4.1: Hệ thống Broadside Hình 2.3.4.2: Hệ số xếp cho hệ thống xếp broadside d không đổi tăng N x ... 2.3.4.4: Hệ số xếp cho hệ thống xếp broadside N không đổi tăng d ≥ Hình 2.3.4.5: Hệ thống Endfire Hình 2.3.5.1: Xây dựng hệ số xếp cho hệ thống xạ với N = thay đổi d Hình 2.3.6.1: Đồ thị hệ thống. .. 39 Hệ thống xạ gồm phần tử 39 2.3.3 Hệ thống xạ gồm N phần tử 41 2.3.4 Hệ thống Broadside 45 2.3.5 Hệ thống Endfine 49 2.3.6 Hệ thống Hansen – Woodyyard... 71 vii 4.3.2 Coupled Coplanar Waveguides 77 CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG CẤP NGUỒN CHO HỆ THỐNG ARRAY ENTENNA 78 5.1 Thiết kế phần cấp nguồn cho hệ thống Array Anten