TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BÁO CÁO Bài tập lớn Anten và truyền sóng Đề tài High Gain Yagi Uda Antennas Sinh viên thực hiện Với những kiến thức học được từ mô phỏng Anten em đã hoàn thành báo cáo bài tập lớn này. Quá trình làm bài tập lớn đã giúp em biết thêm kiến thức về anten Yagi và rèn luyện các bước cơ bản nhất để mô phỏng một anten bằng phần mềm HFSS. Tuy kết quả có được sau khi chạy mô phỏng không giống hoàn toàn so với bài báo nhưng vẫn ở mức chấp nhận được. Sự khác biệt này có thể do kinh nghiệm trong việc tinh chỉnh các thông số anten còn kém hoặc do mô phỏng trên các phiên bản phần mềm khác nhau. Báo cáo vẫn còn những thiếu sót em mong được thầy và các bạn góp ý để hoàn thiện thêm. Em xin cảm ơn
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG BÁO CÁO Bài tập lớn Anten truyền sóng Đề tài: High-Gain Yagi-Uda Antennas Sinh viên thực hiện: Nguyễn Viết Lâm MSSV: 20192955 Lớp: CTTN-ĐTTT K64 Mã lớp: 128203 Giảng viên hướng dẫn: Phan Anh Vũ Hà Nội, 12-2021 LỜI NÓI ĐẦU Anten Yagi-Uda anten định hướng phổ biến thiết kế anten Yagi tương đối đơn giản Anten Yagi-Uda hấp dẫn có nhiều ứng dụng vi sóng sóng milimet độ lợi cao, giá thành thấp, hiệu xạ cao, mức tăng ích trung bình độ phân cực chéo tương đối thấp Với lợi ích nêu em định chọn đề tài mô High-Gain Yagi-Uda Antennas để làm tập lớn MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU DANH MỤC HÌNH ẢNH i CHƯƠNG CHỈ TIÊU KỸ THUẬT .1 CHƯƠNG MÔ TẢ CHI TIẾT THIẾT KẾ CHƯƠNG MÔ PHỎNG .4 CHƯƠNG NHẬN XÉT VÀ SO SÁNH KẾT QUẢ .7 CHƯƠNG CHẠY TỐI ƯU MỘT SỐ THAM SỐ CỦA ANTEN KẾT LUẬN .10 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình Hình ảnh thực tế Anten Hình Thông số chi tiết anten Hình Mô mạch HFSS Hình Đồ thị S11 .4 Hình Đồ thị 3D Directivity Hình Đồ thị 3D Gain Hình Đồ thị E-plane tần số 24 GHz Hình Đồ thị H-plane tần số 24 GHz .6 Hình Các thông số thay đổi để tối ưu Anten Hình 10 Đồ thị S11 chạy tối ưu Hình 11 Đồ Gain 3D thông số chạy tối ưu i CHƯƠNG CHỈ TIÊU KỸ THUẬT Anten Yagi-Uda thiết kế mạch gồm phàn tử với mức Gain cao (> 10dB), băng thông rộng (22 – 26 GHz) mức phân cực chéo thấp (-18dB) Anten sử dụng chấn từ dẫn xạ mặt phẳng cắt ngắn (truncated ground plane) hoạt động chấn từ phản xạ để tối đa hóa mức Gain Anten Tần số hoạt động trung tâm Anten 24 GHz Hình Hình ảnh thực tế Anten CHƯƠNG MÔ TẢ CHI TIẾT THIẾT KẾ Hình Thông số chi tiết anten Anten chế tạo chất Roger RT / Duroid 5880 ( εr = 2.2) với độ dày 15 mils (0.381 mm), rộng 29 mm dài ~ 40 mm sử dụng chấn từ dẫn xạ Các chấn từ dẫn xạ vẽ mặt anten Các chấn từ dẫn xạ cách khoảng d = 2.4 mm Mặt phẳng cắt ngắn đặt cách driving dipole dr = 2.7mm, hoạt động chấn từ phản xạ Anten thiết kế để có trở kháng đầu vào 50 Ω , kết nối với đường microstrip có độ rộng W s = 1.2 mm, độ dài L s = 20 mm Driving dipole vẽ song song mặt mặt chất có độ rộng W f = 0.4 mm với trở kháng Zf = 130 Ω driving dipole có chiều dài L = 5.4 mm Driving dipole cho phép nguồn cấp liệu balun băng rộng từ dịng microstrip đến dipole khác Tuy nhiên, dẫn đến gia tăng mức phân cực chéo Nó trở thành đường nạp microtrip có độ dài L1 = 1.5 mm, độ rộng W1 = 0.4 mm trở kháng Z1= 93Ω Tiếp theo phần microtrip khác có độ dài L = 2.6 mm, độ rộng W2 = 1.0 mm trở kháng Z2 = 56 Ω để đến microtrip feed 50 Ω Hình Mô mạch HFSS CHƯƠNG MƠ PHỎNG Ta có bước sóng anten: λ = 3∗10 = 12.5 (mm) 24∗10 Chạy mô anten ta thu kết sau: - Đồ thị S11: Hình Đồ thị S11 - Đồ thị 3D Directivity: Hình Đồ thị 3D Directivity - Đồ thị 3D Gain: Hình Đồ thị 3D Gain - Đồ thị E-plane tần số 24 GHz: Hình Đồ thị E-plane tần số 24 GHz - Đồ thị H-plane tần số 24 GHz: Hình Đồ thị H-plane tần số 24 GHz CHƯƠNG NHẬN XÉT VÀ SO SÁNH KẾT QUẢ Kết đo: Từ đồ thị S11 ta thấy hệ số phản xạ lớn anten ~ 21.6 dB đạt tần số 25.6 GHz Theo báo dải tần hoạt động anten 22.1 – 25.5 GHz theo kết mơ đạt dải tần hoạt động từ 22.4 – 25.8 GHz Ở hướng xạ cực đại ( hướng y), anten xạ tốt đạt Gain mức 10.7 dB, đạt tiêu chuẩn > 10 dB mà báo đặt Đo lường mẫu phù hợp tốt với mô HFSS hiển thị từ trước sau tỷ lệ ~20 dB mức phân cực chéo ~20 dB 24 GHz Các mẫu đối xứng 24 GHz với chữ E Độ rộng chùm tia dB mặt phẳng H tương ứng 54° 51° Từ đồ thị E-plane H-plane ta tính độ rộng búp sóng anten: Beamwidth ~ 700 Nhận xét: So với kết báo, phần mô anten em kết tương đồng, dải tần số bị lệch 300 MHz so với kết báo giữ độ rộng băng thơng 3.4 GHz Q trình chuyển đổi microstrip sang đồng trục không bao gồm mô HFSS Sự khác biệt nhỏ kết báo kết có sau chạy mơ ảnh hưởng trình chuyển đổi CHƯƠNG CHẠY TỐI ƯU MỘT SỐ THAM SỐ CỦA ANTEN Từ đồ thị kết S11 ban đầu ta thấy anten đạt hệ số phản xạ tối đạt tần số 25.6 GHz khơng phải tần số trung tâm 24 GHz Vì em muốn điều chỉnh vài thông số anten để đưa hệ số phản xạ gần tần số trung tâm Từ thiết kế anten, em đốn thay đổi thơng số: L (chiều dài driving-dipole), Ld (chiều dài chấn từ dẫn xạ) d (khoảng cách chấn từ dẫn xạ) đạt kết mong muốn Hình Các thông số thay đổi để tối ưu Anten Và kết đồ thi S11 sau chạy tối ưu: Hình 10 Đồ thị S11 chạy tối ưu Từ Hình 10, ta thấy với d = 2.7 mm, L = 5.4 mm Ld =4.3 mm anten hoạt động tốt tần số 24.02 GHz (~ 24 GHz) Với thơng số thay đổi ta có đồ Gain 3D sau Hình 11 Đồ Gain 3D thơng số chạy tối ưu Từ Hình 10 Hình 11, em rút số nhận xét sau: Tuy điều chỉnh anten có đỉnh tần số trung tâm 24 GHz với thông số sau thay đổi bang thông 930 MHz ( dải tần từ 23.45 – 24.38 GHz) tần số trung tâm hệ số phản xạ 16.24 dB ( < 21.6 dB) Từ đồ thị Gain 3D ta thấy với thơng số thay đổi độ lợi anten 9.82 dB nhỏ mức 10.7 dB thu bạn đầu 10 KẾT LUẬN Với kiến thức học từ mơ Anten em hồn thành báo cáo tập lớn Quá trình làm tập lớn giúp em biết thêm kiến thức anten Yagi rèn luyện bước để mô anten phần mềm HFSS Tuy kết có sau chạy mơ khơng giống hoàn toàn so với báo mức chấp nhận Sự khác biệt kinh nghiệm việc tinh chỉnh thông số anten cịn mơ phiên phần mềm khác Báo cáo thiếu sót em mong thầy bạn góp ý để hoàn thiện thêm Em xin cảm ơn! 11 ... thay đổi độ lợi anten 9.82 dB nhỏ mức 10.7 dB thu bạn đầu 10 KẾT LUẬN Với kiến thức học từ mơ Anten em hồn thành báo cáo tập lớn Quá trình làm tập lớn giúp em biết thêm kiến thức anten Yagi rèn... tần số 24 GHz CHƯƠNG NHẬN XÉT VÀ SO SÁNH KẾT QUẢ Kết đo: Từ đồ thị S11 ta thấy hệ số phản xạ lớn anten ~ 21.6 dB đạt tần số 25.6 GHz Theo báo dải tần hoạt động anten 22.1 – 25.5 GHz theo kết... bước để mô anten phần mềm HFSS Tuy kết có sau chạy mơ khơng giống hồn tồn so với báo mức chấp nhận Sự khác biệt kinh nghiệm việc tinh chỉnh thông số anten cịn mơ phiên phần mềm khác Báo cáo thiếu