Thesis summary v2 TuanDA BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN NGHIÊN CỨU ĐIỆN TỬ, TIN HỌC, TỰ ĐỘNG HÓA ĐẶNG ANH TUẤN NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN HỆ ANTEN BĂNG THÔNG SIÊU RỘNG ỨNG DỤNG TRONG ĐIỀU KIỆN[.]
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN NGHIÊN CỨU ĐIỆN TỬ, TIN HỌC, TỰ ĐỘNG HÓA ĐẶNG ANH TUẤN NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN HỆ ANTEN BĂNG THÔNG SIÊU RỘNG ỨNG DỤNG TRONG ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC ĐẶC BIỆT TÓM LUẬN ÁN TIẾN SĨ CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ MÃ SỐ: 952 02 03 HÀ NỘI, NĂM 2023 Cơng trình hồn thành Viện NC Điện tử, Tin học, Tự động hóa Người hướng dẫn PGS.TSKH Nguyễn Hồng Vũ Người hướng dẫn 2: TS Lâm Hồng Thạch Phản biện 1: PGS.TS Nguyễn Quốc Định Phản biện 2: PGS.TS Trương Vũ Bằng Giang Phản biện 3: PGS.TS Lê Nhật Thăng Có thể tìm hiểu luận án thư viện: - Thư viện Viện NC Điện tử, Tin học, Tự động hóa - Thư viện Bộ Giáo dục Đào tạo Mở đầu MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài UWB công nghệ có tiềm lĩnh vực truyền thơng khơng dây tầm ngắn, cung cấp khả truyền thông liệu tốc độ cao Năm 2002, Ủy ban truyền thông liên bang Hoa Kỳ (FFC - Federal Communication Commission) quy định việc sử dụng công nghệ UWB cho ứng dụng thương mại Hoa Kỳ nằm dải tần số từ 3,1–10,6 GHz [1] Công nghệ UWB sử dụng tín hiệu xung có độ rộng xung nhỏ để truyển bit liệu qua môi trường khơng dây mà khơng cần thơng qua q trình điều chế cao tần hệ thống công nghệ RF thơng thường UWB có ưu điểm truyền liệu tốc độ cao, giao tiếp với độ trễ thấp có khả định vị xác nên có nhiều ứng dụng lĩnh vực truyền tin không dây như: WBAN, WPAN, RFID, mạng cảm biến không dây, radar, vv Anten thành phần quan trọng hệ thống truyền tin không dây Việc thiết kế Anten phải đối mặt với nhiều thử thách trình nghiên cứu thực Trong anten UWB, ngồi u cầu thơng số anten cần phải hoạt động dải tần rộng có mức đáp ứng xung tốt Mặt khác anten MIMO, yêu cầu tần số cộng hưởng, dạng đồ thị xạ…các phần tử anten thiết kế phải đảm bảo tính tương hỗ chúng nhỏ −15 dB [2] Năm 2014 Viện nghiên cứu Điện tử, Tin học, Tự động hóa (VIELINA) Trường Đại học Bách khoa Saint Peterburg (SPbPU) có hợp tác để thực đề tài nghiên cứu khoa học phát triển công nghệ, có đề tài nghiên cứu làm chủ công nghệ UWB ứng dụng thiết kế, chế tạo hệ thống chẩn đốn tình trạng kỹ thuật động Bên phía SPbPU có kinh nghiệm xây dựng hệ thống chẩn đốn tình trạng kỹ thuật động máy bay ứng dụng cơng nghệ UWB họ nói hệ thống họ có nhiều ưu điểm phân tích Hai bên thống chọn động tàu hỏa đối tượng để ứng dụng kiểm chứng cho đề tài Như vậy, triển khai thực tế hệ thống chẩn đốn tình trạng kỹ thuật động phải làm việc mơi trường có: nhiệt độ cao, khơng gian nhỏ hẹp, nhiều vật chắn kim loại, rung lắc mạnh, ảnh hưởng nhiễu (nhiễu phading nhiễu từ hệ thống khác) không gây can nhiễu tới hệ thống khác (sau gọi tắt điều kiện đặc biệt) Nghiên cứu sinh người giao trực tiếp tham gia vào nhóm nghiên cứu VIELINA để thực đề tài với nhiệm vụ cụ thể tính tốn, thiết kế anten dùng cho hệ thống Chính vậy, nghiên cứu sinh chọn đề tài: “Nghiên cứu phát triển hệ thống anten băng thông siêu rộng ứng dụng điều kiện làm việc đặc biệt” để làm luận án tiến sỹ Mục tiêu luận án xây dựng luận khoa học để phát triển hệ anten UWB làm việc điều kiện đặc biệt có khả chống nhiễu (nhiễu pha đinh) tốt không gây can nhiễu trước tiên ứng dụng vào hệ thống chẩn đốn tình trạng kỹ thuật động Mục tiêu, đối tượng, phạm vi phương pháp nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu luận án bao gồm: Làm chủ công nghệ UWB, anten hệ thống UWB, thiết kế chế tạo anten UWB hoạt động điều kiện đặc biệt Nghiên cứu, phát triển ứng dụng anten UWB hệ thống MIMO, đề xuất giải pháp để giảm tương hỗ tăng cường cách ly cổng thiết kế anten UWB MIMO Mở đầu Xây dựng mơ hình thử nghiệm, đánh giá hoạt động hệ anten UWB Đối tượng nghiên cứu luận án xác định bao gồm: Các anten thu phát UWB dựa cơng nghệ mới, kích thước nhỏ gọn, dễ chế tạo, giá thành rẻ Phạm vi nghiên cứu luận án giới hạn vấn đề sau: Nghiên cứu đặc tính anten UWB hệ thống truyền tin không dây hệ điều kiện đặc biệt thông qua việc đánh giá thông số kỹ thuật anten UWB Nghiên cứu đặc tính anten UWB hệ thống MIMO thơng qua hệ số tương quan tín hiệu kênh truyền (tương quan đồ thị xạ), xác định tham số tán xạ Chỉ nghiên cứu đánh giá đặc tính anten UWB theo mục tiêu chống nhiễu hệ thống truyền tin UWB khả không gây can nhiễu sang hệ thống khác mà chưa quan tâm đánh giá ưu điểm khác hệ thống truyền tin UWB như: tốc độ truyền tin cao, khả đâm xuyên tín hiệu Phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu lý thuyết kỹ thuật thiết kế anten UWB, anten UWB hệ thống MIMO Sau tiến hành phân tích, tính tốn để đề xuất mơ hình giải pháp tối ưu phù hợp với yêu cầu luận án Nghiên cứu mô phỏng: Trên sở kết nghiên cứu sử dụng phương pháp mơ mơ hình, tính tốn tối ưu tham số ảnh hưởng đến chất lượng anten thông qua phần mềm mô CST, ADS, Matlab Sau mô tốt, tiến hành chế tạo đo kiểm anten Nghiên cứu thực nghiệm: Khi có mạch in anten, tiến hành đo kiểm thực nghiệm đánh giá tham số anten So sánh với kết mơ tìm hiểu ngun nhân (nếu có) Sau đưa anten thử nghiệm điều kiện thực tế Ý nghĩa khoa học đóng góp luận án Ý nghĩa khoa học: Các kết nghiên cứu luận án góp phần phát triển giải pháp thiết kế chế tạo hệ anten thu phát UWB, có tính đến yếu tố điều kiện hoạt động anten điều kiện đặc biệt Các kết nghiên cứu luận án tảng cho nghiên cứu phân tích thiết kế chế tạo anten UWB dùng cho hệ thống MIMO nhỏ gọn có hệ số cách ly lớn Ý nghĩa thực tiễn: Các thiết kế giải pháp luận án áp dụng vào kết đề tài nghiên cứu hợp tác VIELINA SPbPU Kết đề tài hệ thống giám sát hỗ trợ chẩn đốn tình trạng kỹ thuật động chế tạo chạy thử nghiệm thực tế Đóng góp luận án Mở đầu Tính tốn, thiết kế, mô đánh giá thông số chế tạo hệ anten thu phát UWB làm việc điều kiện đặc biệt Trong thiết kế anten thu hoàn toàn Hệ anten bước đầu thử nghiệm hoạt động tốt hệ thống thực tế Đề xuất cấu trúc DGS mới, nhỏ gọn sử dụng kỹ thuật đối xứng hai mặt chất nối với via tạo đường vi dải có độ dài thay đổi theo nguyên tắc gradient Cấu trúc DGS đề xuất giúp cho anten UWB MIMO có hệ số cách ly lớn làm giảm tương hỗ phần tử anten tăng hiệu hoạt động hệ, đồng thời tạo chắn cho hệ anten để làm việc điều kiện đặc biệt (rung sóc mạnh) Cấu trúc nội dung luận án Nội dung luận án bao gồm ba chương Chương trình bày giới thiệu tổng quan anten hệ thống UWB; bao gồm tổng quan công nghệ UWB, thông số kỹ thuật anten UWB giải pháp, kĩ thuật thiết kế, cải thiện hiệu cho anten UWB MIMO UWB thơng qua khảo sát cơng trình nghiên cứu ngồi nước Chương trình bày phương pháp thiết kế chế tạo hệ anten thu phát UWB hệ thống truyền tin không dây hệ mới, hệ anten thu phát ứng dụng vào hệ thống giám sát hỗ trợ chẩn đoán kĩ thuật động Kết mơ hình anten thu anten phát thiết kế thỏa mãn yêu cầu xạ băng thông hoạt động Mơ hình anten chế tạo thành phẩm thử nghiệm hoạt động ổn định thực tế Cuối cùng, chương trình bày nghiên cứu ứng dụng anten băng siêu rộng dùng cho hệ thống MIMO, đề xuất giải pháp giảm thiểu ảnh hưởng tương hỗ tăng cường cách ly thiết kế anten MIMO sử dụng phương pháp mặt đế không hoàn hảo DGS Cụ thể đề xuất thiết kế DGS ứng dụng việc giảm thiểu ảnh hưởng tương hỗ cho anten MIMO nói chung anten UWB MIMO nói riêng Chương I CHƯƠNG ANTEN TRONG HỆ THỐNG UWB Chương trình bày tổng quan lý thuyết công nghệ băng thông siêu rộng UWB thông số kỹ thuật anten UWB Đồng thời, nghiên cứu sinh trình bày số kỹ thuật thiết kế cải thiện hiệu cho anten UWB thơng qua tìm hiểu cơng trình nghiên cứu nước giới 1.1 Công nghệ UWB Khi đời, công nghệ UWB áp dụng lĩnh vực radar, cảm biến truyền thông quân Tuy nhiên, FCC cấp phép cho công nghệ UWB sử dụng cho ứng dụng truyền thơng [1] cơng nghệ UWB nhanh chóng phát triển cơng nghệ truyền thơng khơng dây tốc độ cao đầy tiềm cho ứng dụng đa dạng 1.1.1 Tổng quan công nghệ UWB Một thay đổi đáng kể lịch sử UWB diễn vào tháng năm 2002, FCC ban hành quy định UWB cung cấp giới hạn xạ cho truyền UWB cho phép hoạt động thiết bị UWB sở không cần cấp phép Theo quy định FCC, UWB định nghĩa sơ đồ không dây chiếm băng thông phân đoạn lớn 20% lớn 500 MHz băng thông tuyệt đối Băng thông phân đoạn định nghĩa BW / fc, BW = fH – fL thể băng thơng -10 dB biểu thị tần số trung tâm Ở fH fL cho biết tần số cao tần số thấp, tương ứng, đo -10 dB điểm phát xạ đỉnh FCC cho phép truyền sóng vơ tuyến UWB băng tần khơng cấp phép từ 3,1 GHz đến 10,6 GHz với công suất phát hạn chế -41,3 dBm / MHz [1] 1.1.2 Mơ hình truyền dẫn UWB Mơ hình truyền dẫn UWB phân loại thành hai loại chính: băng tần nhiều băng tần Công nghệ UWB truyền thống dựa mơ hình băng tần cịn gọi truyền thơng khơng sóng mang truyền thông xung I-UWB [3] Công nghệ truyền thông UWB đa băng đề xuất [4] [5] Thay sử dụng toàn băng tần UWB để truyền tải thông tin, kỹ thuật đa băng tần chia dải tần UWB từ 3,1 đến 10,6 GHz thành nhiều băng nhỏ hơn, gọi băng Mỗi băng có băng thông tối thiểu 500 MHz để tuân thủ định nghĩa FCC tín hiệu UWB Có thể nhận thấy kỹ thuật I-UWB kỹ thuật đa băng tần ta có nhận xét sau: Thứ mặt lượng I-UWB có ưu kỹ thuật sử dụng xung cực ngắn để truyền thông tin Thứ hai mặt cơng nghệ I-UWB đơn giản việc thiết kế phần cứng xây dựng phần mềm Thứ ba, kỹ thuật đa băng tần ứng dụng truyền thông tốc độ thấp (từ 53Mbps đến 480Mbps) so với kỹ thuật I-UWB (lên tới hàng Gbps) 1.1.3 Ưu điểm công nghệ UWB Do tính chất băng thơng siêu rộng, hệ thống truyền thơng UWB mang đến lợi ích lớn cho ứng dụng truyền thông không dây radar Những lợi UWB tóm tắt sau [6]: Chương I (1) Truyền thông liệu tốc độ cao (2) Khả chống nhiễu đa đường (3) Có khả ứng dụng vào thiết bị kích thước nhỏ chi phí thấp (4) Độ xác định vị cao cấp độ cm 1.1.4 Ứng dụng công nghệ UWB Như nêu phần trước luận án, UWB cho thấy số tính đặc biệt áp dụng cho nhiều ứng dụng khác 1.2 Truyền thông đa phương tiện Hệ thống radar UWB Mạng cảm biến không dây Wireless Body Area Networks (WBAN Các thông số kỹ thuật Anten UWB Trong hệ thống UWB, tham số cổ điển Anten truyền thống xem xét nghiên cứu Bên cạnh Anten UWB cịn có số thông số bổ sung 1.3 Băng thông Đồ thị xạ Kích thước giá thành Tuân thủ giới hạn phát xạ Đáp ứng xung Độ trễ nhóm Hệ thống MIMO Hệ thống MIMO hệ thống đa anten (MAS) xem giải pháp hữu hiệu để chống lại tác động truyền tín hiệu đa đường nhằm tăng độ tin cậy thông tin liên lạc không dây Quan trọng hơn, hệ thống đa anten tận dụng lợi truyền đa đường giúp tăng tốc độ truyền liệu trì cơng suất phát 1.4 Các thông số kỹ thuật Anten MIMO Để thiết kế chế tạo anten UWB MIMO tham số anten UWB trình bày mục 1.2, ta cần ý tới số tham số đặc biệt Anten MIMO sau: 1.5 1.5.1 Ảnh hưởng tương hỗ độ cách ly phần tử anten Độ tăng ích hiệu trung bình (MEG - Mean Effective Gain) Độ tăng ích phân tập (Diversity Gain – DG) Hệ số tương quan tín hiệu Các nghiên cứu khoa học liên quan Các kết nghiên cứu giới Thời kì trước năm 90 kỉ 20, thiết kế anten UWB đề xuất hầu hết dựa cấu trúc hình khối khối cầu, loa chóp hay chấn tử lưỡng cực dạng biconical [7] Hiện nay, nghiên cứu anten Chương I UWB hầu hết tập trung vào giải pháp sử dụng thiết kế vi dải, anten khe hay anten chấn tử đơn vi dải với kĩ thuật phối hợp trở kháng khác để cải thiện băng thông mà không làm giảm hiệu thông số xạ [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] Bên cạnh việc nghiên cứu cấu trúc anten UWB, kĩ thuật bổ sung nhằm cải thiện hiệu thiết kế anten UWB nghiên cứu Trong tham số ưu tiên cải thiện độ rộng băng thông độ lợi khuếch đại [19] [20] [21] [22] Anten đa hướng khơng thích hợp ứng dụng truyền thông không dây điểm – điểm yêu cầu anten có độ lợi cao Đặc biệt hệ thống phân tập không gian nhằm giảm hiệu ứng phading đa đường ứng dụng radar UWB phân giải cao để phát định vị đối tượng địi hỏi anten UWB có tính hướng cao Gần đây, mơt số thiết kế tăng tính hướng cho anten UWB sử dụng cấu trúc phản xạ tích hợp đề xuất [23] [24] [25] [26] Ngoài ra, nhà nghiên cứu kết hợp tính công nghệ UWB MIMO để chế tao anten UWB-MIMO để cải thiện hiệu suất hệ thống thông tin khơng dây Do hạn chế kích thước, anten MIMO thiết kế diện tích nhỏ, điều dẫn đến vấn đề tương hỗ cần cải thiện cách ly để khắc phục tượng pha đinh đa đường [27] [28] [29] [30] Các cấu trúc siêu vật liệu cách tiếp cận đáng ý việc cải thiện hiệu hệ thống UWB/MIMO [31] [32] Các kết nghiên cứu nước 1.5.2 Hiện nước, giải pháp thiết kế anten UWB kỹ thuật giảm nhỏ kích thước anten cho đầu cuối di động để sử dụng thiết kế anten nhỏ gọn thành cấu trúc anten MIMO với độ cách ly cao phần tử xạ số nhóm nghiên cứu đơn vị quan tâm nghiên cứu Viện Điện tử Viễn thông Trường Đại học Bách khoa Hà Nội có số nghiên cứu anten băng thông siêu rộng anten MIMO sử dụng vật liệu có cấu trúc đặc biệt như: Đề tài “Phân tích, thiết kế chế tạo anten kích thước nhỏ sử dụng vật liệu có cấu trúc đặc biệt cho hệ thống thông tin vô tuyến băng rộng” chủ trì GS Vũ Văn Yêm [81] Đề tài “Nghiên cứu, thiết kế chế tạo thử nghiệm anten MIMO băng thông siêu rộng tránh giao thoa” chủ trì PGS TS Đào Ngọc Chiến [82] thành viên nhóm nghiên cứu Luận án tiến sĩ “Anten kích thước nhỏ sử dụng vật liệu có cấu trúc đặc biệt DGS kép, DS-EBG CRLH-CPW ứng dụng thiết bị đầu cuối di động” nghiên cứu sinh Dương Thị Thanh Tú [84] Luận án tiến sĩ nghiên cứu sinh Huỳnh Nguyễn Bảo Phương [85] Ngồi cịn kể đến cơng trình nghiên cứu sinh Nguyễn Ngọc Lan [86], nghiên cứu sinh Đặng Như Định [88] Các kết nghiên cứu cơng trình nêu thực băng hẹp, chưa có kết nghiên cứu ứng dụng băng siêu rộng Tại học viện Kỹ thuật Quân sự, nhóm nghiên cứu anten có số cơng trình nghiên cứu anten băng thơng siêu rộng anten MIMO [89] [42] [91] [92] [93] [94], cụ thể: Đề tài Nafosted “Nghiên cứu phương pháp thiết kế anten MIMO dải siêu rộng cho truyền thông không dây” PGS.TS Nguyễn Quốc Định [89] Chương I Bên cạnh đó, cịn có nhóm nghiên cứu khác, liên quan gần đến chủ đề nghiên cứu như: Khoa Điện tử - Viễn thông, Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội [95] [96]; Viện nghiên cứu quốc tế MICA, Viện Điện, Đại học Bách Khoa Hà Nội [97] [98] cơng trình nhóm nghiên cứu thuộc học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng [99] [100] [101] Có thể nhận thấy hầu hết cơng trình nêu tập trung nghiên cứu giải pháp thiết kế anten UWB anten MIMO tách rời, có ý nghĩa mặt khoa học làm tài liệu để tham chiếu chưa gắn liền với ứng dụng hệ thống truyền tin không dây đầy đủ, hoàn chỉnh cụ thể 1.6 Hướng nghiên cứu luận án Trên sở khảo sát cơng trình ngồi nước, thấy nghiên cứu cho thiết kế anten UWB mang tính đặc thù cho hệ thu phát mạng cảm biến không dây điều kiện đặc biệt chưa ý Do đó, ngồi hiệu suất cao hệ thống UWB u cầu anten thu phải có tính hướng hay độ lợi tốt để thu tín hiệu gửi từ cảm biến Trên sở tổng hợp giải pháp cải thiện hiệu thiết kế anten UWB mục tiêu nghiên cứu hướng đến giải pháp thiết kế mơ hình anten ứng dụng thực tế hệ thống truyền tin không dây hệ mới, hướng nghiên cứu đề xuất luận án là: Đề xuất thiết kế anten thu phát UWB ứng dụng cho hệ thống truyền tin không dây điều kiện đặc biệt Chế tạo chạy thử nghiệm với hệ thống thực tế, đảm bảo đáp ứng yêu cầu kỹ thuật ứng dụng Nghiên cứu thiết kế hệ thống anten UWB MIMO để ứng dụng giảm pha đinh, tăng chất lượng tín hiệu hệ thống Đề xuất thiết kế tích hợp cấu trúc DGS thiết kế anten UWB MIMO để cải thiện hiệu thiết kế 1.7 Kết luận chương Trong chương này, nghiên cứu sinh trình bày tổng quan ứng dụng công nghệ UWB Với công suất phát thấp khả chống nhiễu tốt đồng thời thu phát có kích thước nhỏ gọn, cơng nghệ UWB phù hợp với hệ thống thông tin không dây điều kiện đặc biệt Nghiên cứu sinh trình bày thông số kỹ thuật anten UWB, số kỹ thuật thiết kế cải thiện hiệu cho anten UWB thơng qua tìm hiểu cơng trình nghiên cứu nước giới Trong điều kiện đặc biệt, anten UWB việc phải áp dụng kỹ thuật tăng cường băng thơng độ lợi nhà nghiên cứu cần phải đảm bảo đặc tính phát xạ, khả đáp ứng xung kích thước nhỏ gọn Các phân tích chương rõ giải pháp thiết kế anten UWB để làm việc điều kiện đặc biệt sử dụng cấu trúc siêu vật liệu, dải chắn điện từ EBG hay mặt đế khơng hồn hảo DGS Với việc phân tích yêu cầu hệ thống mục tiêu thiết kế phần tử anten, việc đề xuất hợp lý giải pháp thiết kế định đến thành cơng mơ hình anten UWB thiết kế chương chương luận án Chương II CHƯƠNG THIẾT KẾ ANTEN UWB ỨNG DỤNG TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN TIN KHÔNG DÂY THẾ HỆ MỚI Chương đề xuất thiết kế, chế tạo hệ anten thu phát UWB phục vụ hệ thống truyền tin không dây điều kiện đặc biệt Nghiên cứu sinh trình bày tóm tắt u cầu hệ thống từ đưa yêu cầu kỹ thuật cho việc thiết kế chế tạo anten thu phát phù hợp Kết thử nghiệm phịng thí nghiệm thử nghiệm thực tế trình bày chương 2.1 Cơ sở thiết kế Anten cho hệ thống 2.1.1 Giới thiệu hệ thống Mơ hình hệ thống truyền tin không dây điều kiện đặc biệt thiết kế gồm có ba cấp: Cấp giám sát, gồm thiết bị hình hiển thị Trạm thiết bị thu liệu băng thông siêu rộng Các thiết bị cấp trường thiết bị phát liệu băng thông siêu rộng 2.1.2 Yêu cầu kỹ thuật Anten thu Anten phát 2.1.2.1 Yêu cầu kỹ thuật chung Hệ thống bao gồm nhiều phát (mỗi có 01 anten phát) 01 thu (01 anten thu); Bộ phát đặt trực tiếp lên đối tượng cần kiểm soát khu vực khác vỏ động Kích thước tối đa cho cảm biến (cũng kích thước anten phát) theo chiều khoảng 3,5 cm (được hiểu đường kính tối đa) Bộ thu đặt cách xa động xe lửa (đối tượng gắn phát) khoảng cách từ mét trở lên Vị trí gắn thu hay anten thu gắn cố định tường Kích thước tối đa anten thu theo chiều khoảng 10 đến 15cm Bộ phát sử dụng công nghệ phát xung nhỏ (I-UWB) với độ rộng xung cỡ 10ns Anten phát kết nối trực tiếp với phát (không có cáp kết nối) Bộ phát sử dụng nguồn lượng pin nên công suất phát thiết kế thấp để tối ưu lượng sử dụng Mặt khác hệ thống hoạt động dải tần rộng nên ta cần lưu ý đặc tính tần số anten trình thiết kế Theo [68] [69], tổn hao lượng hệ thống truyền tin không dây chủ yếu hai tượng suy giảm lượng tượng pha đinh tổn thất đường truyền không gian tự (Free Space Path Loss – FSPL) Trong FSPL tính công thức: 4𝜋 (2.1) ) − 𝐺𝑇𝑥 − 𝐺𝑅𝑥 𝑐 Với d khoảng cách anten phát anten thu, f tần số hệ thống, 𝐺𝑅𝑥 𝐺𝑇𝑥 tăng ích 𝐹𝑆𝑃𝐿 = 20𝑙𝑜𝑔10 (𝑑) + 20𝑙𝑜𝑔10 (𝑓) + 20𝑙𝑜𝑔10 ( anten thu anten phát Có thể nhận thấy tổn hao đường truyền tỷ lệ thuận với khoảng cách truyền tần số thu phát hệ thống, đồng thời tỷ lệ nghịch với tăng ích anten thu phát Do hệ thống truyền thông băng siêu Chương II Với L chiều cao anten loa a, b số cần xác định (Mặt xạ thiết kế dạng lưỡi tam giác, kích thước đáy giảm dần lên đỉnh để phù hợp với tần số cao hơn, lên tới GHz) Dải tần (3 – 8) GHz dải tần lựa chọn cho sản phẩm hợp tác VIELINA SPbPU (cơ sở để hình thành Luận án) Đặc biệt, giải pháp nghiên cứu sinh sử dụng nối đất phát xạ, tồn mặt phẳng phía (mặt phẳng đất) xem anten loa, dẫn tới nối dài kích thước phần xạ anten (anten gắn giá đỡ kích thước rộng) Do anten tính tốn giảm nhỏ kích thước mà đảm bảo băng thơng rộng Ngồi ra, thiết kế giúp kết cấu anten vững lưỡi giữ cố định, mặt đáy anten bắt trực tiếp vào giá đỡ Đảm bảo anten hoạt động tốt điều kiện đặc biệt, có rung xóc (a) (b) (c) (d) Hình 2.6 Thơng số kỹ thuật anten thu (a) Bảng kích thước tối ưu tham số đường cong (b) Tấm phản xạ anten thu thiết kế (c) Mặt đế anten thu thiết kế (d) Tấm xạ anten thu thiết kế 2.3.2 Kết Các thiết kế phần kiểm tra thông qua phần mềm mô (phần mềm CST Studio sử dụng để mô tất mơ hình anten thiết kế luận án này) đo thực nghiệm máy phân tích mạng 13 Chương II Hình 2.7 Mơ hình mơ a) hình ảnh chế tạo thực tế b) Kết mơ đo lường trình bày Hình 2.8 (a) Hình 2.8 (b) cho thấy tương ứng tốt mô chế tạo thực Anten có băng tần hoạt động lớn từ 1GHz đến 7.5 GHz (a) (b) Hình 2.8 (a) Kết mô đo lường thực tế tham số S11 (b) Độ lợi anten thu thiết kế Như kết mô phỏng, mặt phẳng đứng, hướng cực đại búp song thay đổi theo tần số Tuy nhiên, khoảng 3-6 GHz thay đổi không đáng kể tối đa không vượt giới hạn khu vực từ 10 đến 15 độ góc φ dải âm (sơ đồ nghiêng xuống dưới) Mô xạ Anten cho thấy hiệu suất tốt 97% đạt độ lợi cao (từ 7-12 dBi tần số 3GHz tần số cao hơn) Như phân tích mục 2.1.4, anten thu có giá trị tăng ích tăng tỉ lệ thuận với tần số hoạt động điều góp phần giảm tổn hao tăng độ tin cậy cho hệ thống Các giá trị thực tế đo kiểm thấp chút so với kết mơ Hình 2.9 Tuy nhiên, đạt yêu cầu thiết kế thực tế 14 Chương II Tần số 3GHz Tần số 4GHz Tần số 5GHz Tần số 6GHz Tần số 7GHz Tần số 8GHz Hình 2.9 Mơ đồ thị xạ anten thu theo tần số mặt phẳng E Các đặc điểm anten: Kích thước (Rộng x Sâu x Cao): 140х80х100 (mm) Hệ số sóng đứng VSWR: phạm vi từ 1,5 GHz - 10 GHz, khơng lớn Phân cực: tuyến tính, dọc Hiệu suất anten: 97% Tăng ích: khoảng 3-6 GHz, dBi: 7-10; khoảng 1,5-10 GHz, dBi: 2-12 Kết đo kiểm ăng ten thu so sánh với kết công bố Bảng 2-1 Bảng 2-1 So sánh kết với nghiên cứu tương đương Tham số Kích thước (mm) (Rộng x Cao x Dài) Băng thông Độ lợi tần số trung tâm (dBi) [118] [119] [64] [120] Đề xuất 30x80x70 74x74x60 240x360x460 120x66x38 80x100x140 – 8GHz - 14 GHz 0,28 - 1,75GHz 3,1– 13GHz – 8GHz 10 15 Chương II Độ lợi toàn băng (dBi) -2 - - 12 - 12 4-12 - 13 Kết thể bảng 2-1 cho thấy, mẫu anten thu đề xuất có kích thước nhỏ gọn thu băng thông tương đối độ lợi tốt, tương đương với nghiên cứu liên quan Với băng thông tương đối ~ 200% độ lợi xung quanh tần số trung tâm ~ 9dBi So sánh với mẫu anten [48], thiết kế gốc mà thiết kế báo đề xuất dựa vào để phát triển Kích thước anten đề xuất nhỏ (0.46𝜆 so với 0.53𝜆 tần số thấp nhất) Bên cạnh đó, độ lợi anten đề xuất báo tăng đáng kể so với thiết kế gốc (9 dBi so với dBi) Hơn nữa, kết hồn tồn có thể cải thiện thơng qua việc thực tối ưu kích thước anten áp dụng kỹ thuật cải thiện hiệu suất 2.4 Kết thử nghiệm hệ thống Mục tiêu thử nghiệm nhằm đánh giá khả truyền tin hệ thống UWB môi trường đặc biệt sử dụng anten thu anten phát thiết kế chế tạo Cụ thể đánh giá tính năng, độ tin cậy, ổn định, khả chống nhiễu tồn hệ thống phịng thí nghiệm VIELINA Hình 2.10 Mơ hình thử nghiệm hệ thống UWB Nghiên cứu sinh thực số thí nghiệm phịng thí nghiệm để kiểm tra vấn đề truyền thơng UWB thu/phát UWB Có 03 trường hợp thử nghiệm đưa để kiểm tra độ tin cậy hệ thống: - Trường hợp - Đánh giá sai số truyền tin: Truyền thơng có dây trực tiếp thu phát không sử dụng anten thiết kế - Trường hợp – Chưa có nhiễu: Truyền thông không dây sử dụng anten thiết kế tầm nhìn thẳng khơng vật cản - Trường hợp – Có nhiễu: Truyền thơng khơng dây sử dụng anten thiết kế có vật chắn kim loại, nguồn nhiệt điện phát WIFI băng tần kép (2.4GHz 5Ghz) tạo nhiễu Bên cạnh đó, hệ thống giám sát triển khai đầu máy D19E- 921 buồng máy diesel Caterpillar 3512B nhà máy xe lửa Gia Lâm Tỷ lệ truyền thành công thể Bảng 2-8 Từ ta thấy việc thu phát tín hiệu từ DAPU-1 DAPU-2 (đặt gần thu hơn) tốt Tuy nhiên tỷ lệ thu xác từ Sensor-1và Sensor-2 chưa cao ngưỡng so sánh mạch xử lý tín hiệu thu chưa điều chỉnh tối ưu, đề không nằm phạm vi nghiên cứu luận án Kết thực nghiệm chứng minh hệ ăng ten thu thiết kế đáp ứng đầy đủ yêu cầu kỹ thuật cho hệ thống truyền tin không dây hệ cảm biến môi trường công nhiệp với kênh truyền có độ 16 Chương II phức tạp cao Hơn nữa, thiết kế coi hoàn toàn độc lập, phù hợp với nhiều ứng dụng UWB khác Bảng 2-2 Kết đánh giá hoạt động hệ thống Tên thành phần DAPU-1 DAPU-2 Sensor-1 Sensor-2 2.5 Phần trăm gói tin phân phối xác Thí nghiệm (1.5m) Thí nghiệm (4.5m) 99.97% 99.99% 65.29% 63.88% 92.60% 96.35% 63.04% 61.36% Kết luận chương Trong chương này, nghiên cứu sinh tính tốn, thiết kế, mô đánh giá thông số chế tạo hệ anten thu phát UWB cho hệ thống truyền tin không dây làm việc điều kiện đặc biệt Các thiết kế đề xuất anten đơn cực dạng tam giác cho anten phát anten loa TEM cho anten thu Đặc biệt, mẫu anten thu luận án đề xuất thiết kế hoàn toàn có ưu điểm kích thước nhỏ, dễ chế tạo đạt băng thông rộng, độ lợi cao, với giá trị từ – 12 dBi dải tần hoạt động Anten thu có độ lợi tăng tỉ lệ thuận với tần số hoạt động điều góp phần giảm tổn hao tăng độ tin cậy cho hệ thống Kết mô đo kiểm mẫu thiết kế cho thấy hệ anten đáp ứng yêu cầu băng thông độ lợi Kết lắp thử vào hệ thống thực truyền tin phịng thí nghiệm truyền tin thực tế cho kết tốt, chứng khả hoạt động hệ anten thu phát UWB luận án đề xuất Các kết nghiên cứu đề xuất chương công bố báo khoa học số 2, số số tác giả Để mở rộng phạm vi ứng dụng anten UWB thực tế, nghiên cứu sinh ứng dụng thiết kế anten UWB vào hệ thống MIMO - tức xây dựng hệ anten UWB-MIMO Tuy nhiên, để đảm bảo hệ thống truyền tin làm việc tin cậy vấn đề đặt với hệ anten UWB MIMO cần có kỹ thuật hiệu để cách ly phần tử anten Vì vậy, Chương luận án trình bày nghiên cứu, đề xuất kĩ thuật cách ly hiệu nhằm nâng cao hiệu hoạt động cho hệ anten UWB-MIMO 17 Kết luận CHƯƠNG PHÁT TRIỂN ANTEN UWB-MIMO SỬ DỤNG CẤU TRÚC DGS Chương trình bày kĩ thuật thiết kế anten MIMO giải pháp làm giảm tương hỗ, tăng cường cách ly cho anten MIMO nói chung anten UWB-MIMO nói riêng đồng thời đề xuất giải pháp sử dụng cấu trúc mặt đế khơng hồn hảo thiết kế anten UWB-MIMO để làm giảm ảnh hưởng tương hỗ tăng cường cách ly dải tần rộng 3.1 Hệ thống truyền tin UWB-MIMO điều kiện đặc biệt Việc nâng cao độ tin cậy cho tín hiệu hệ thống UWB mà khơng làm gia tăng nhu cầu công suất phát đòi hỏi đặt hệ thống Sự kết hợp công nghệ UWB vào hệ thống MIMO khắc phục hạn chế hệ thống thông tin điều kiện đặc biệt công suất phát chúng phải thấp để tránh gây nhiễu cho hệ thống thông tin lân cận [83] [76] Giải pháp gặp phải vấn đề cần có kỹ thuật hiệu để cách ly anten phần tử [107] [84] Việc phần tử xạ có băng siêu rộng, dẫn đến kỹ thuật cách ly cho phần tử đòi hỏi yêu cầu phức tạp Nhằm sâu vào phạm vị ứng dụng công nghệ UWB, chương nghiên cứu sinh sâu vào thiết kế anten UWB MIMO hoạt động hệ thống liên lạc vệ tinh di động cụ thể anten hoạt động băng C (4-8GHz), băng X (8-12GHz) băng Ku (12-18 GHz) 3.2 Một số kỹ thuật giảm ảnh hưởng tương hỗ tăng cường độ cách ly cho Anten UWB-MIMO Sự ảnh hưởng tương hỗ phần tử anten có ảnh hưởng đáng kể đến dung lượng kênh anten MIMO môi trường truyền dẫn Các phương pháp tăng cường cách ly giảm tương hỗ kể đến: Thay đổi vị trí hướng đặt anten Sử dụng mạng cách ly Sử dụng cấu trúc siêu vật liệu Sử dụng phần tử ký sinh Sử dụng phương pháp mặt đế khơng hồn hảo DGS 3.3 Đề xuất thiết kế cấu trúc DGS Cấu trúc DGS đề xuất dựa việc kết hợp unit cell Thiết kế unit cell mạch tương đương mơ tả hình 3.1 (a) (b) (a) (b) Hình 3.1 Cấu trúc DGS giảm tương hỗ a) Thiết kế, b) Mạch tương đương 18 Kết luận Các unit cell tạo nên đường vi dải nhỏ cách với độ rộng d2 cách khoảng d1 Chúng in lên mặt chất nối với qua via hình trịn Đồng thời via có tác dụng làm cho độ dài đường vi dải thay đổi khác theo nguyên tắc gradient Do cấu trúc vậy, nguyên lý hoạt động unit cell giải thích mạch tương đương Hình 3.6 (b) Có thể dễ dàng nhận thấy, cấu trúc có đặc điểm tương tự với cấu trúc siêu vật liệu mang đặc tính chặn dải mô tả [58] với tần số trung tâm f0 tính cơng thức (3.27): 𝑓0 = 1/2𝜋√𝐿𝑣𝑖𝑎 𝐶 3.4 (3.1) Thiết kế anten MIMO sử dụng cấu trúc DGS đề xuất Để đánh giá khả tăng cường cách ly cấu trúc DGS, tần số 9,5GHz tần số sử dụng cho ứng dụng radar chọn để làm ví dụ minh hoạ Một dải dọc unit cell đặt anten hệ thống MIMO 1x2 mơ tả Hình 3.2 để ngăn sóng bề mặt truyền hai phần tử xạ, Số lượng unit cell tính tốn cho đủ dài chiều dọc điện môi Việc đặt cấu trúc DGS vào giữa, cho phép hai anten phần tử bố trí gần với khoảng cách 0,1457𝜆 9,5GHz Thiết kế DGS đề xuất hồn tồn đươc áp dụng mạch anten cho ứng dụng công nghệ khác a) Mặt b) Mặt Hình 3.2 Thiết kế mạch anten MIMO áp dụng cấu trúc DGS để giảm tương hỗ (a) (b) Hình 3.3 (a) Mơ hình anten MIMO kết hợp cấu trúc DGS đề xuất phần mềm mô CST Studio (b) So sánh hiệu thiết kế anten MIMO có khơng có cấu trúc DGS đề xuất Hình 3.3 cho thấy, mạch anten thường khơng có cấu trúc DGS hoạt động dải tần từ 9,25-9,97 GHz không thoả mãn yêu cầu cách ly phần tử hệ số S12 cao -20dB toàn băng [59] Với việc áp dụng cấu trúc DGS, không dải tần hoạt động mở rộng (9,35 – 10,18 GHz) mà hệ số tương hỗ cải thiện đáng kể Cụ thể, tần số trung tâm 9,5 GHz, hệ số tương hỗ giảm từ -15dB 19 Kết luận xuống -27 dB Và tồn băng, hệ số tương hỗ S12 ln nhỏ -20 dB môt dải rộng (> 100%) Điều chứng tỏ, cấu trúc DGS đề xuất hoàn tồn áp dụng mạch anten MIMO UWB để làm tăng đặc tính cách lý dải siêu rộng 3.4.1 Khảo sát đặc tính cấu trúc DGS Độ dài đường vi dải biến đổi theo kích thước via, nên việc thay đổi bán kính via tác động đến chiều dài đường vi dải, từ dẫn đến thay đổi giá trị L C mạch tương đương Hình 3.4 Ảnh hưởng bán kính via đến hệ số tương hỗ anten MIMO Kết mô cho thấy, hệ số tương hỗ 𝑆12 có xu hướng giảm kích thước via tăng lên Điều lý giải kích thước via thay đổi từ làm tần số cộng hưởng unit cell thay đổi gần với tần số hoạt động mạch anten MIMO Và làm cho giá trị tương hỗ tần số hoạt động anten MIMO giảm đáng kể Bên cạnh đó, sai khác độ dài đường vi dải tăng lên làm giá trị tần số cộng hưởng (tần số cắt) đường vi dải thành phần khác nhiều hơn, từ làm cho dải chặn băng mở rộng cải thiện hiệu chung cấu trúc DGS toàn băng 3.4.2 Đường vi dải bổ sung tăng hiệu cấu trúc DGS Để tăng hiệu chặn dải cấu trúc DGS, cấu trúc kết hợp dạng đường vi dải đưa vào hai bên unit cell Hình 3.5 Kết mô cho thấy, việc kết hợp với cấu trúc đường vi dải hai bên làm giảm phối hợp trở kháng mạch anten tần số trung tâm 9.7 GHz (S11 tăng từ -29 dB lên -20 dB) Tuy nhiên, hệ số tương hỗ S12 giảm đáng kể từ -17 dB xuống -20 dB điểm có giá trị cao (9,4 GHz) từ -20 dB xuống -27 dB tần số cộng hưởng (hình 3.5b) a) b) Hình 3.5 Đường vi dải bổ sung để tăng hiệu cấu trúc DGS 20 Kết luận 3.4.3 Kết chế tạo, đo kiểm Mẫu thử nghiệm in FR4 (Hình 3.6) Kết đo hệ số S so sánh với kết từ mơ biểu diễn Hình 3.7 (a) Mặt (b) Mặt Hình 3.6 Mẫu thử nghiệm mạch anten MIMO kết hợp cấu trúc DGS Quan sát Hình 3.7 thấy kết đo kết mơ có tương đồng tương đối cao Trong kết đo thực tế, băng tần hoạt động hệ anten MIMO rộng so với mô khoảng (từ 9,5 GHz – 11 GHz) đặc biệt hệ số tương hỗ đạt giá trị thấp tồn băng < -23 dB Từ khẳng định hiệu việc áp dụng cấu trúc DGS việc giảm tương hỗ phần tử hệ anten MIMO, đồng thời cho thấy tính chất chặn dải băng rộng cấu trúc đề xuất Hình 3.7 Kết đo mẫu anten MIMO Sự suy giảm tương hỗ giải thích quan sát kết dòng điện bề mặt từ mơ Hình 3.8 Ta thấy rằng, trường hợp có xuất cấu trúc DGS, dòng điện bề mặt lớn chủ yếu tập trung cấu trúc DGS, dòng điện bề mặt xạ bên phải trở nên nhiều so với khơng có cấu trúc DGS Điều tương đương với việc dòng cảm ứng mặt xạ bên phải mặt xạ bên trái gây nhỏ, hay nói cách khác hiệu ứng tương hỗ bị triệt tiêu nhiều xuất cấu trúc DGS Kết hồn tồn tương tự quan sát mơ kích thích từ cổng 2, tính đối xứng cấu trúc anten 21 Kết luận a) Khơng có cấu trúc DGS b) Có cấu trúc DGS Hình 3.8 Dịng bề mặt mạch anten MIMO Kết tính hệ số tương quan ECC mạch anten MIMO kết hợp với cấu trúc DGS đề xuất thể Hình 3.9 Trong đó, dễ nhận thấy thiết kế MIMO sử dụng cấu trúc DGS có hệ số tương quan ECC nhỏ 0.005 dải tần rộng Trong giá trị chấp nhận hệ số 0.5 Từ lần khẳng định hiệu cấu trúc DGS việc tăng cường cách ly phần tử mạch anten MIMO dải tần siêu rộng Hình 3.9 Hệ số tương quan mạch anten MIMO Kết mô xạ cho thấy việc áp dụng cấu trúc DGS khơng làm thay đổi nhiều hình dáng xạ hệ anten MIMO Tuy nhiên hệ số xạ có giảm từ 3,5 dBi xuống 3,1 dBi hiệu xuất xạ giảm từ 62% xuống 58% a) Có DGS b) Khơng có DGS Hình 3.10 Đồ thị xạ anten MIMO 22 Kết luận 3.5 Thiết kế anten UWB-MIMO sử dụng cấu trúc DGS đề xuất Với mục tiêu cuối cải thiện hiệu cho hệ thống anten phát đề cập Chương 2, cấu trúc DGS đề xuất kết hợp với mẫu anten monopole dạng tam giác tạo thành hệ anten UWB-MIMO thể Hình 3.11 a) Mặt trước b) Mặt sau Hình 3.11 Hệ anten MIMO UWB kết hợp cấu trúc DGS Kích thước cấu trúc DGS giữ nguyên với tần số trung tâm 9.5 GHz mô tả mục 4.6 Hai anten monopole UWB hình tam giác đặt FR-4, cách ly với cấu trúc DGS mạch tiếp điện đường dẫn vi dải kết hợp đoạn chuyển tiếp trở kháng để phục vụ phối hợp trở kháng Hình 3.12 cho thấy, hai hệ anten đạt dải tần hoạt động siêu rộng, từ 6GHz đến 20GHz Tuy nhiên mạch anten khơng có cấu trúc DGS có hiệu cách ly hai phần tử xạ tương đối thấp hệ số S12 cao -15dB dải tương đối rộng, không thoả mãn yêu cấu đề cập [59] Với việc áp dụng cấu trúc DGS, không làm phối hợp trở kháng cải thiện mà hệ số tương hỗ giảm đáng kể Cụ thể, tần số trung tâm 9,5 GHz, hệ số tương hỗ giảm từ -12dB xuống -22 dB Và tồn băng, hệ số tương hỗ S12 ln nhỏ -20 dB dải siêu rộng Trong toàn dải hoạt động, việc tích hợp cấu trúc DGS vào thiết kế giúp giảm hệ số tương hỗ xuống khoảng -10 dB Hình 3.12 So sánh kết mơ hệ anten MIMO UWB có khơng có cấu trúc DGS 23 Kết luận Sự suy giảm tương hỗ giải thích quan sát kết dịng điện bề mặt từ mơ Hình 3.13 Trong trường hợp có xuất cấu trúc DGS, dòng điện bề mặt lớn chủ yếu tập trung cấu trúc DGS, dòng điện bề mặt xạ bên phải nhiều so với khơng có cấu trúc DGS Có cấu trúc DGS Khơng có cấu trúc DGS Hình 3.13 Dịng bề mặt mạch anten MIMO Kết mơ xạ cho thấy việc áp dụng cấu trúc DGS khơng làm thay đổi nhiều hình dáng xạ hệ anten MIMO Đồng thời, hệ số khuếch đại tăng từ 2,9 dBi lên 4,2 dBi hiệu xuất xạ tăng từ 72% lên 82% (Kết mô 9,5 GHz) Có DGS Khơng có DGS Hình 3.14 Đồ thị xạ anten MIMO So sánh với cơng trình tương đương đưa Bảng 3-1 Đề xuất nghiên cứu sinh có kích thước thiết kế nhỏ đạt hiệu cách ly lớn Cơng trình [156] Bảng 3-1 So sánh kết DGS với nghiên cứu tương đương Kích thước (mm2) Băng thông (GHz) Cách ly (dB) 60 x 60 (1,04𝜆𝑔 x 1,04𝜆𝑔 ) 101% (5,20-16,00) > 17,5 [157] 30 x 40 (0,4𝜆𝑔 x 0,56𝜆𝑔 ) 98% (4,10-12,00) > 15 [76] 30 x 30 (0,65𝜆𝑔 x 0,65𝜆𝑔 ) 112% (3,08-10,98) > 20 [121] 60 x 60 (1,69𝜆𝑔 x 1,69𝜆𝑔 ) 109% (3,10-10,60) > 16 24 Kết luận [159] 22 x 31 (0,41𝜆𝑔 x 0,58𝜆𝑔 ) 113% (3,06-11,00) > 15 Đề xuất 28x18 (0,56𝝀𝒈 x 0,36𝝀𝒈 ) 108% (6,00-20,00) > 𝟐𝟓 Với 𝜆𝑔 độ dài (mm) bước sóng tần số nhỏ dải thông hoạt động anten 3.6 Kết luận chương Trong chương này, để mở rộng phạm vi ứng dụng anten UWB thực tế, nghiên cứu sinh ứng dụng thiết kế anten UWB vào hệ thống MIMO - tức xây dựng hệ anten UWB-MIMO, thơng qua việc tìm hiểu giải pháp giảm tương hỗ, tăng cường cách ly cho anten phần tử hệ thống MIMO Cụ thể, luận án đề xuất cấu trúc DGS mới, nhỏ gọn sử dụng kỹ thuật đối xứng hai mặt chất nối với via tạo đường vi dải có độ dài thay đổi theo nguyên tắc gradient Các luận khoa học cấu trúc DGS phân tích cơng bố chương Sau đó, cấu trúc DGS đề xuất áp dụng thiết kế mạch anten MIMO đơn giản để khảo sát tác dụng cấu trúc Kết mô đo mẫu thử nghiệm cho thấy, cấu trúc DGS đề xuất giải tốt toán tăng cường cách ly cho anten phần tử hệ anten MIMO, từ cho phép anten phần tử đặt gần (0,1457λ) mà không ảnh hưởng đến hiệu chung hệ Khảo sát mô đo mẫu thực tế cho thấy, dải tần số cách ly cấu trúc DGS đề xuất đạt giá trị rộng Cấu trúc DGS đề xuất thử nghiệm vào thiết kế tích hợp hệ anten MIMO UWB dạng đơn cực hình tam giác Kết mơ cho thấy việc tích hợp thêm cấu trúc DGS làm giảm tương hỗ, tăng cách ly phần tử xạ hệ UWB MIMO đồng thời làm tăng độ lợi hiệu suất hệ anten dải tần siêu rộng bao phủ phần băng C (4-8GHz), toàn băng X (8-12GHz) Các kết nghiên cứu đề xuất chương công bố báo khoa học số số tác giả KẾT LUẬN Luận án tính tốn, thiết kế, mô đánh giá thông số chế tạo hệ anten thu phát UWB cho hệ thống truyền tin không dây làm việc điều kiện đặc biệt Các thiết kế đề xuất anten đơn cực dạng tam giác cho anten phát anten loa TEM cho anten thu Đặc biệt, mẫu anten thu luận án đề xuất thiết kế hoàn toàn có ưu điểm kích thước nhỏ, dễ chế tạo đạt băng thông rộng, độ lợi cao Anten thu có độ lợi tăng tỉ lệ thuận với tần số hoạt động điều góp phần giảm tổn hao tăng độ tin cậy cho hệ thống Kết mô đo kiểm mẫu thiết kế cho thấy hệ anten đáp ứng yêu cầu băng thông độ lợi Kết lắp thử vào hệ thống thực truyền tin phòng thí nghiệm truyền tin thực tế cho kết tốt, chứng khả hoạt động hệ anten thu phát UWB luận án đề xuất Đồng thời, để mở rộng phạm vi ứng dụng anten UWB thực tế, luận án ứng dụng thiết kế anten UWB vào hệ thống MIMO - tức xây dựng hệ anten UWB-MIMO Cụ thể, luận án đề xuất cấu trúc DGS mới, nhỏ gọn sử dụng kỹ thuật đối xứng hai mặt chất nới với via tạo đường vi dải có độ dài thay đổi theo nguyên tắc gradient Các kết mô đo kiểm cho thấy cấu trúc DGS đề xuất giúp cho anten UWB MIMO có hệ số cách ly lớn làm giảm tương hỗ phần tử 25 Kết luận anten tăng hiệu hoạt động hệ, đồng thời tạo chắn cho hệ anten để làm việc điều kiện đặc biệt (rung sóc mạnh) Qua chứng minh tính khả thi ứng dụng vào thực tế cho hệ thống truyền thông không dây môi trường hoạt động đặc biệt Ý nghĩa khoa học luận án Các cơng trình nghiên cứu luận án có ý nghĩa mặt khoa học thực tiễn: Ý nghĩa khoa học: Các kết nghiên cứu luận án góp phần phát triển giải pháp thiết kế chế tạo hệ anten thu phát UWB, có tính đến yếu tố hoạt động anten điều kiện đặc biệt Các kết nghiên cứu luận án tảng cho nghiên cứu phân tích thiết kế chế tạo anten UWB dùng cho hệ thống MIMO nhỏ gọn có hệ số cách ly lớn Ý nghĩa thực tiễn: Các kết nghiên cứu luận án áp dụng vào đề tài hợp tác VIELINA SPbPU Cụ thể, hệ thống giám sát hỗ trợ chẩn đốn tình trạng kỹ thuật động chế tạo chạy thử nghiệm thực tế Đóng góp luận án Tính tốn, thiết kế, mô đánh giá thông số chế tạo hệ anten thu phát UWB làm việc điều kiện đặc biệt Trong thiết kế anten thu hồn toàn Hệ anten bước đầu thử nghiệm hoạt động tốt hệ thống thực tế Đề xuất cấu trúc DGS mới, nhỏ gọn sử dụng kỹ thuật đối xứng hai mặt chất nối với via tạo đường vi dải có độ dài thay đổi theo nguyên tắc gradient Cấu trúc DGS đề xuất giúp cho anten UWB MIMO có hệ số cách ly lớn làm giảm tương hỗ phần tử anten tăng hiệu hoạt động hệ, đồng thời tạo chắn cho hệ anten để làm việc điều kiện đặc biệt (rung sóc mạnh) Các đóng góp khoa học luận án thể qua báo khoa học danh mục cơng trình công bố luận án Hướng phát triển luận án Tiếp tục nghiên cứu phát triển hệ anten thu phát UWB điều kiện đặc biệt, yếu tố nêu luận án, có tính tốn tới yếu tố tốc độ truyền tin khả đâm xuyên tín hiệu Kết mơ đo kiểm cho thấy, dải tần số cách ly cấu trúc DGS đề xuất chương đạt giá trị rộng Nghiên cứu sinh tiếp tục nghiên cứu phát triển anten UWB MIMO sử dụng cấu trúc DGS đề xuất giải tần thấp 26 Danh mục cơng trình cơng bố DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ Đặng Anh Tuấn, Nguyễn Thế Truyện, Lâm Hồng Thạch, (2016), “Thiết kế mô anten băng thông siêu rộng cho ứng dụng đặc biệt,” The 19st National Conference on Electronics, Communications and Information Technology, REV-ECIT, Issue 50 Dang Anh Tuan, Nguyen Viet Hung, Nguyen Hong Vu, Lam Hong Thach, Sergey V Volvenko, (2019), “UWB Antenna for Locomotive Engine Parameters Monitoring System,” The 22st National Conference on Electronics, Communications and Information Technology, REV-ECIT, Issue 62 Dang Anh Tuan, Nguyen Viet Hung, Nguyen Hong Vu, Nguyen The Truyen, Sergey V Volvenko, (2019), “Experimental UWB Wireless Sensor System for Locomotive Engine Parameters Monitoring,” 6th NAFOSTED Conference on Information and Computer Science (NICS) https://ieeexplore.ieee.org/document/9023841 Dang Anh Tuan, Le Quang Tu, Duong T Thanh Tu, Nguyen Viet Hung, Lam Hong Thach, Nguyen Hong Vu, (2020), “A Compact Decoupling Structure Applied in MIMO Antennas for Wideband Radar Applications,” The 8th International Conference on Green and Human Information Technology, ICGHIT https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/9058347 Nguyễn Việt Hưng, Đặng Anh Tuấn, (2021), “Giải pháp giảm ảnh hưởng tương hỗ cho Anten MIMO ứng dụng liên lạc vệ tinh di động,” Journal of Science and Technology on Information and Communications, Số 1, năm 2021 http://jstic.ptit.edu.vn/index.php/jstic/article/view/397 Dang Anh Tuan, Nguyen Viet Hung, Nguyen Hong Vu, Lâm Hồng Thạch, Dương Đức Anh, (2022), “Nghiên cứu chế tạo thử nghiệm hệ ăng ten thu phát băng thông siêu rộng cho hệ thống thu phát làm việc môi trường công nghiệp,” Journal of Measurement, Control, and Automation, Số năm 2022 https://mca-journal.org/index.php/mca/article/view/75 27