Thiết kế và mô phỏng khảo sát các thông số kỹ thuật của anten vi dải

Tr-ờng đại học vinh khoa điện tử viễn thông === === đồ án tốt nghiệp đại học Đề tài: thiết kế mô khảo sát thông số kü tht cđa anten vi d¶i Ngườ ng n : ThS lê thị kiều nga n nt n : lê văn vĩnh p : 49K - ĐTVT Mó s sinh viên : 0851080337 nghÖ an - 01/2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH - BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Lê Văn Vĩnh Mã số sinh viên: 0851080337 Ngành: Điện tử - Viễn thơng Khố: 49 Giảng viên hướng dẫn: ThS Lê Thị Kiều Nga Cán phản biện: ThS Cao Thành Nghĩa Nội dung thiết kế tốt nghiệp: Nhận xét cán phản biện: Ngày tháng năm Cán phản biện (Ký, ghi rõ họ tên) MỤC LỤC Trang LỜI NÓI ĐẦU i TÓM TẮT ĐỒ ÁN iii DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ iv DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT vi CHƢƠNG I LÍ THUYẾT ANTEN 1.1 Giới thiệu 1.2 Các loại Anten 1.3 Các tham số anten 1.3.1 Sự xạ sóng điện từ anten 1.3.2 Giản đồ xạ 1.3.3 Mật độ công suất xạ 1.3.4 Cường độ công suất xạ 1.3.5 Hệ số định hướng .8 1.3.6 Hệ số tăng ích 1.3.7 Băng thông 11 1.3.8 Trở kháng vào .12 1.4 Kết luận chương 12 CHƢƠNG II ANTEN VI DẢI VÀ GIẢM NHỎ KÍCH THƢỚC ANTEN VI DẢI 13 2.1 Anten vi dải 13 2.1.1 Giới thiệu chung anten vi dải 13 2.1.2 Các hình dạng anten vi dải 15 2.1.3 Đặc tính Microstrip Antennas (MSA) .16 2.1.4 Các kỹ thuật cấp nguồn cho anten vi dải (feed method) 17 2.1.5 Băng thông MSA .20 2.1.6 Nguyên lý xạ anten vi dải 21 2.1.7 Trường xạ anten vi dải 23 2.1.8 Sự phân cực sóng 27 2.1.9 Mô hình hốc cộng hưởng .28 2.1.10 Các cơng thức tính tốn kích thước anten vi dải hình chữ nhật thơng thường 35 2.2 Thu nhỏ kích thước anten vi dải 36 2.2.1 Phương pháp Shorting-wall 37 2.2.2 Phương pháp Shorting-pin .38 2.3 Thiết kế kết mô 39 2.3.1 Thiết kế mô anten vi dải hình chữ nhật thơng thường 40 2.3.3 Thiết kế kết mô anten vi dải giảm nhỏ kích thước dùng shorting-pin 46 2.4 Kết luận chương 50 CHƢƠNG III ANTEN VI DẢI HOẠT ĐỘNG Ở CÁC DẢI TẦN KHÁC NHAU 51 3.1 Giới thiệu chung 51 3.2 Anten hoạt động nhiều dải tần sử dụng mặt xạ có tần số cộng hưởng khác 51 3.3 Anten vi dải hoạt động nhiều dải tần sử dụng mặt xạ với khe nhúng hình chữ U 53 3.4 Thiết kế kết mô 54 3.4.1 Thiết kế mô anten hoạt động nhiều dải tần sử dụng mặt xạ có tần số cộng hưởng khác 54 3.4.2 Thiết kế mô anten hoạt động nhiều dải tần sử dụng khe nhúng hình chữ U 57 3.5 Kết luận chương 59 KẾT LUẬN 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 LỜI NĨI ĐẦU Thơng tin xuất từ lâu từ người biết dùng lửa, tiếng động âm thanh, kí hiệu tượng hình để liên lạc trao đổi Trải qua trình phát triển, nhu cầu thông tin liên lạc người địi hỏi phù hợp với thực tế nhanh, xác xa giữ cách thức liên lạc từ xa xưa khơng thể đáp ứng khả hạn chế rủi ro Chính từ nhu cầu thơi thúc người phải tìm cách thức liên lạc đến năm 1837 Samuel Morse phát minh ám hiệu truyền tin dựa cách thức đóng mở dịng điện gây nên tiếng Với phát minh làm giảm nhiều độ rủi ro thông tin nhiên bị hạn chế khoảng cách xa năm 1894 Maxwell đưa lý thuyết dạng vật chất lan truyền xa chân khơng sóng điện từ thơng tin khắc phục hạn chế khoảng cách địa lý Điều thực tế hoá Maconi, ơng thành cơng việc truyền tín hiệu Morse sóng vơ tuyến qua Đại Tây Dương vào năm 1902 Sự kiện mở kỷ nguyên vể thông tin liên lạc, tạo tiền đề cho nhiều ứng dụng viễn thơng sau Đóng góp vào thơng tin liên lạc khơng thể khơng kể tới vai trò anten thiết bị dùng để truyền đạt thu nhận tín hiệu Anten xuất từ lâu nói có niên đại với thơng tin liên lạc Anten dần trở nên phổ biến từ xuất radio hay ti vi đèn hình tất sử dụng đến Lúc anten có cấu tạo đơn giản anten đơn cực sau dần hệ thống anten ứng dụng nhiều phổ biến Đặc biệt với phát triển mạnh mẽ công nghệ đầu cuối di động anten vi dải ngày sử dụng rộng rãi không ngừng cải tiến để đáp ứng nhu cầu người sử dụng Điểm mạnh anten vi dải so với loại anten thơng thường khác kích thước nhỏ gọn, linh hoạt tần số cộng hưởng, cấu trúc ổn định đặc biệt phù hợp với công nghệ vi dải sử dụng rộng rãi việc chế tạo mạch in IC chun dụng Chính em chọn đề tài: “Thiết kế mô khảo sát thông số kĩ thuật anten vi dải” để làm đồ án tốt nghiệp i C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Do nhiều mặt hạn chế đồng thời trình tìm hiểu mang nhiều tính chủ quan nhìn nhận nên nội dung đề tài khơng tránh khỏi sai sót Em mong nhận ý kiến đóng góp thầy cô bạn đọc để đồ án hồn thiện Em xin gửi đến Lê Thị Kiều Nga lời cảm ơn chân thành lòng biết ơn sâu sắc hướng dẫn nhiệt tình suốt q trình em làm đồ án tốt nghiệp Cơ rèn luyện cho em tính tự lập nghiên cứu, niềm đam mê vào khoa học kĩ thuật Tất điều hành trang quan trọng cho em tiếp tục đường khoa học kĩ thuật sau Em xin chân thành cảm ơn thầy cô khoa Điện Tử Viễn Thông, đặc biệt thầy cô môn Viễn Thông hết lòng dạy dỗ truyền đạt kiến thức quý báu trình học để trang bị tảng kiến thức vững để hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp sẵn sàng cho công việc tương lai Và cuối em xin cảm ơn người bạn nhóm có giúp đỡ, chia sẻ, thảo luận, động viên q trình hồn thành đồ án tốt nghiệp Nghệ An, tháng 01 năm 2013 Sinh viên Văn Vĩn ii Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an TÓM TẮT ĐỒ ÁN Đồ án tập trung nghiên cứu, thiết kế, mô anten vi dải, rút gọn kích thước anten vi dải anten vi dải hoạt động nhiều dải tần khác Anten chế tạo chất có số điện môi εr = 4.5, độ dày 1,66 mm thiết kế tần số 900 MHz 1800 MHz Đồ án bao gồm chương với nội dung sau: Chương giới thiệu định nghĩa anten, nêu số tham số để đánh giá hiệu suất anten như: giản đồ xạ, công suất xạ, hệ số định hướng, hệ số tăng ích, phân cực, trở kháng vào, … Chương giới thiệu anten vi dải thiết kế, mơ anten vi dải, thu nhỏ kích thước anten vi dải dùng shorting-wall shorting-pin Chương giới thiệu hai phương pháp thiết kế anten vi dải hoạt động nhiều dải tần cách dùng nhiều mặt xạ có tần số cộng hưởng khác dùng khe nhúng hình chữ U ABSTRACT This thesis focused on studied, design, simulation an microstrip antenna, compact microstrip antenna and multiband antenna Antenna was fabricated on a substrate with dielectric constant εr = 4.5, thickness of 1.66 mm and was designed at the frequency of 900 MHz and 1800 MHz Thesis include chap with the following contents: Chapter introduces and defines the antenna, yets some basic parameters to evaluate the performance of the antenna such as: radiation diagram, radiation power, the orientation coefficient, coefficient of gain, polarization, or resistant, Chapter introduces the microstrip antenna and the design, simulation microstrip antenna, miniaturization of microstrip antenna using shorting-wall and shorting-pin Chapter introduces the two methods of micro-strip antenna design operates in several frequency bands by using the radiation many different resonant frequency and use the U-shaped slot embedded iii Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1 Anten thiết bị truyền sóng Hình 1.2 Các trường xạ khu xa Hình 1.3 Hệ tọa độ phân tích anten Hình 1.4 Bức xạ đẳng hướng Hình 1.5 Bức xạ hướng tính Hình 1.6 Các búp sóng khơng gian chiều Hình 1.7 Các búp sóng mặt phẳng chiều Hình 2.1 Anten vi dải 13 Hình 2.2 Các dạng anten vi dải thông dụng 15 Hình 2.3 Cấp nguồn dùng đường truyền vi dải 18 Hình 2.4 Cấp nguồn dùng cáp đồng trục 19 Hình 2.5 Cấp nguồn dùng phương pháp ghép khe - Aperture coupled 19 Hình 2.6 Cấp nguồn dùng phương pháp ghép gần - Proximity Coupled 20 Hình 2.7 Phân bố điện tích dịng điện anten vi dải hình chữ nhật 22 Hình 2.8 Phân bố điện tích dịng điện 29 Hình 2.9 Phân tích mơ hình anten vi dải trục tọa độ 30 Hình 2.10 Các mode trường xạ anten vi dải 32 Hình 2.11 Các thơng số anten vi dải 36 Hình 2.12 Cấu trúc anten vi dải thơng thường 37 Hình 2.13 Anten vi dải hình chữ nhật với kĩ thuật shorting-wall 38 Hình 2.14 Cấu trúc phần tư bước sóng 38 Hình 2.15 Cấu trúc anten vi dải hình chữ nhật dùng kĩ thuật shorting-pin 39 Hình 2.16 Anten vi dải hình chữ nhật với kĩ thuật shorting-pin 39 Hình 2.17 Cấu trúc nhỏ phần tư bước sóng 39 Hình 2.18 Mơ HFSS anten vi dải tiếp điện cáp đồng trục 41 Hình 2.19 Hệ số tổn hao ứng với vị trí tiếp điện khác 42 Hình 2.20 Tần số cộng hưởng anten vi dải 42 Hình 2.21 Hệ số sóng đứng anten 43 Hình 2.22 Trở kháng vào anten 43 iv Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Hình 2.23 Độ lợi anten 44 Hình 2.24 Anten vi dải thu gọn sử dụng shorting-wall 44 Hình 2.25 Tần số cộng hưởng anten vi dải thu gọn sử dụng shorting-wall 45 Hình 2.26 Hệ số sóng đứng anten vi dải rút gọn dùng shorting-wall 45 Hình 2.27 Trở kháng vào anten sử dụng shorting-wall 46 Hình 2.28 Anten vi dải giảm nhỏ kích thước sử dụng shorting-pin 47 Hình 2.29 Tần số cộng hưởng anten có vị trí pin khác 47 Hình 2.30 Tần số cộng hưởng anten sử dụng shorting-pin 48 Hình 2.31 Hệ số sóng đứng anten sử dụng shorting-pin 48 Hình 2.32 Trở kháng vào anten sử dụng shorting pin 49 Hình 2.33 Độ lợi anten vi dải sử dụng shorting-pin 49 Hình 3.1 Mặt xạ anten inverted-F phẳng hoạt động hai tần số 900MHz 1800MHz 52 Hình 3.2 Anten vi dải hoạt động ba tần số 900MHz, 1800MHz, 2450 MHz 52 Hình 3.3 Mặt xạ anten hoạt động hai băng tần với khe nhúng hình chữ U 53 Hình 3.4 Anten vi dải hoạt động hai dải tần 900 MHz 1800 Mhz 54 Hình 3.5 Tần số cộng hưởng anten hoạt động hai băng tần 900Mhz 1800 Mhz 55 Hình 3.6 Hệ số sóng đứng anten hoạt động hai dải tần 900MHz 1800MHz 55 Hình 3.7 Trở kháng vào anten 56 Hình 3.8 Độ lợi anten sử dụng mặt xạ có tần số cộng hưởng khác 56 Hình 3.9 Mơ HFSS anten vi dải sử dụng khe nhúng hình chữ U 57 Hình 3.10 Tần số cộng hưởng anten sử dụng khe nhúng hình chữ U 57 Hình 3.11 Hệ số sóng đứng anten sử dụng khe nhúng hình chữ U 58 Hình 3.12 Trở kháng vào anten sử dụng khe nhúng hình chữ U 58 v Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT DBS Direct Broadcast Satellites Phát sóng vệ tinh trực tiếp DCS Digital Communication System Hệ thống thông tin kỹ thuật số GPS Global Positioning System Satellite Hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu GSM Global System for Mobile Hệ thống thông tin di động toàn Communication cầu ISM Industrial Scientific and Medical Công nghiệp khoa học y tế LMR Land Mobile Radio Vô tuyến lưu động mặt đất MSA Microstrip Antenna Anten vi dải MTA Microstrip Traveling-Wave Antenna Anten sóng chạy vi dải PCS Personal Communication System Hệ thống thông tin liên lạc cá nhân RF Radio Frequency Tần số vô tuyến UMTS Universal Mobile Hệ thống viễn thông di động toàn Telecommunications Systems cầu Wireless Local Area Network Mạng cục không dây WLAN vi Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Hình 2.28 Anten vi dải giảm nhỏ kích thƣớc sử dụng shorting-pin Hình 2.29 biểu diễn tần số cộng hưởng hệ số tổn hao anten có vị trí shorting pin khác nhau, vị trí pin lựa chọn vị trí có tần số cộng hưởng đạt yêu cầu hệ số tổn hao bé Từ kết mơ phỏng, lựa chọn vị trí shorting pin có tọa độ x=21,45; y=6 Hình 2.29 Tần số cộng hƣởng anten có vị trí pin khác 47 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Hình 2.30 Tần số cộng hƣởng anten sử dụng shorting-pin Theo kết mơ thu được, tần số cộng hưởng anten vi dải thu nhỏ sử dụng shorting-pin thiết kế 905MHz với sai số 5Mhz < 2% thỏa mãn yêu cầu thiết kế Hình 2.31, hình 2.32 hình 2.33 kết mơ khảo sát hệ số sóng đứng, trở kháng vào độ lợi anten vi dải giảm nhỏ kích thước sử dụng shorting pin Tại tần số cộng hưởng hệ số sóng đứng VSWR = 1,03 thuộc giới hạn tiêu kỹ thuật anten (1÷2) Trở kháng vào chuẩn hóa anten vi dải giảm nhỏ kích thước sử dụng shorting pin ZA= 1,0057 + 0,0287i, gần 50 nên điều kiện phối hợp trở kháng đảm bảo Độ lợi anten G = 8,5875e-002 lớn dB, đạt yêu cầu kĩ thuật thiết kế Hình 2.31 Hệ số sóng đứng anten sử dụng shorting-pin 48 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Hình 2.32 Trở kháng vào anten sử dụng shorting pin Hình 2.33 Độ lợi anten vi dải sử dụng shorting-pin Từ kết mơ phía cho thấy, anten vi dải giảm nhỏ kích thước sử dụng shorting pin giảm gần 89% diện tích mặt xạ, tiêu kỹ thuật đảm bảo yêu cầu 49 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an 2.4 Kết luận chƣơng Trong chương 2, đồ án trình bày tổng quan anten vi dải: cấu tạo, hình dạng, đặc tính anten vi dải, kĩ thuật cấp nguồn cho anten vi dải….; thiết kế mô khảo sát thông số anten vi dải hình chữ nhật số kĩ thuật thu gọn kích thước anten vi dải Trong hai kĩ thuật thu nhỏ kích thước anten sử dụng shorting-wall shorting-pin giới thiệu chi tiết chứng minh qua kết mô Hai kĩ thuật thu gọn kích thước mặt xạ kích thước anten cách đáng kể đáp ứng yêu cầu thiết kế thu gọn kích thước thiết bị thông tin di động 50 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an CHƢƠNG III ANTEN VI DẢI HOẠT ĐỘNG Ở CÁC DẢI TẦN KHÁC NHAU 3.1 Giới thiệu chung Các hệ thống thông tin liên lạc không dây sử dụng tiêu chuẩn vô tuyến khác hoạt động khoảng tần khác Trong môi trường dịch vụ nay, thiết bị đầu cuối hoạt động nhiều hệ thống khác hoạt động nhiều băng tần cung cấp dịch vụ tốt thiết bị đầu cuối hoạt động băng tần hệ thống Anten hoạt động nhiều dải tần khác thành phần quan trọng thiết bị đầu cuối đa băng tần Nói chung, dường xu hướng gia tăng số lượng phần vô tuyến thiết bị đầu cuối di động gia tăng số lượng anten gia tăng chức anten Anten hoạt động nhiều băng tần trở nên phổ biến lợi mà chúng mang lại cho thiết kế tính thẩm mỹ điện thoại di động Ngày đa băng tần gần chuẩn chung cho thiết bị đầu cuối Giải pháp dùng nhiều sử dụng mặt xạ hoạt động băng tần khác nhau, phương pháp có ưu điểm điều chỉnh dễ dàng cho phù hợp với hình dạng thiết bị cầm tay tích hợp mặt sau vỏ nên thiết kế vỏ bên thiết bị đầu cuối khơng cần để ý đến anten tiết kiệm chi phí sản xuất anten Các anten hoạt động nhiều dải tần khác thiết kế để sử dụng thiết bị đầu cuối hệ thống thơng tin di động tồn cầu GSM (890-960Mhz), hệ thống thông tin kỹ thuật số DCS (1710-1880MHz), dịch vụ thông tin cá nhân PCS (1850-1990MHz), hệ thống viễn thơng di động tồn cầu UMTS (1920-2170 MHz) Nhiều thiết kế anten cho thiết bị thông tin di động công bố gần viết lại thành sách Dưới em trình bày tổng quan số kĩ thuật thiết kế anten đa băng tần để minh họa cho tiến gần lĩnh vực 3.2 Anten hoạt động nhiều dải tần sử dụng mặt xạ có tần số cộng hƣởng khác Một anten vi dải hoạt động nhiều băng tần tạo cách ghép hai hay nhiều anten hoạt động băng tần khác mà không phân biệt 51 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an loại anten Nếu anten thành phần cách điện với chúng hồn tồn hoạt động độc lập việc thiết kế đơn giản Ví dụ, hình 3.1 cho thấy mặt xạ anten inverted-F phẳng gồm hai mặt xạ riêng biệt có kích cỡ khác để đạt tần số hoạt động 900 MHz 1800 MHz Nhưng hai mặt xạ anten sử dụng hai shorting-pin riêng biệt hoạt động tương ứng hai cấu trúc phần tư bước sóng riêng biệt tần số cộng hưởng (900MHz 1800MHz) Hình 3.1 Mặt xạ anten inverted-F phẳng hoạt động hai tần số 900MHz 1800MHz Anten sử dụng nguồn cấp liệu kép (một nguồn cấp cho mặt xạ lớn nguồn cấp cho mặt xạ nhỏ) Nguồn cấp liệu kép ứng dụng điện thoại di động có thu với giao diện kép Ngồi để đạt kích thước nhỏ gọn phần mặt xạ lớn cắt để chứa mặt xạ nhỏ.Tương tự ta thiết kế anten hoạt động ba dải tần khác nhau, hình 3.2 mơ tả mặt xạ anten vi dải hoạt động ba tần số 900MHz, 1800Mhz 2450MHz Hình 3.2 Anten vi dải hoạt động ba tần số 900MHz, 1800MHz, 2450 MHz 52 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Trên hình 3.2, mặt xạ anten bao gồm ba mặt xạ: mặt xạ thứ cho hệ thống GSM hoạt động tần số 900 MHz, mặt xạ thứ hai cho hệ thống DCS hoạt động tần số 1800 MHz, mặt xạ thứ ba cho hệ thống WLAN hoạt động tần số 2450 MHz chúng sử dụng ba shorting-pin khác Ba mặt xạ hoạt động cấu trúc phần tư bước sóng sử dụng chung nguồn cấp cho ba điểm cấp nguồn Anten thiết kế sử dụng chung nguồn cấp cho ba điểm cấp nguồn ứng dụng điện thoại di động yêu cầu nguồn cấp liệu riêng biệt hoạt động băng tần GSM, DCS WLAN 3.3 Anten vi dải hoạt động nhiều dải tần sử dụng mặt xạ với khe nhúng hình chữ U Gần thay sử dụng cắt mặt xạ theo hình chữ L thiết kế dùng khe hình chữ U nhúng vào mặt xạ sử dụng (hình 3.3) Trong thiết kế mặt xạ hình chữ nhật có kích thước nhỏ L2 x W2 hoạt động tần số 1800 MHz thu trung tâm mặt xạ hình chữ nhật ban đầu có kích thước L1 x W1 hoạt động tần số 900 MHz Hai tần số cộng hưởng: thấp (f01) cao (f02) xác định công thức: f01 (3.1) f02 (3.2) Trong c tốc độ ánh sáng (c = 3.108 m/s) Hình 3.3 Mặt xạ anten hoạt động hai băng tần với khe nhúng hình chữ U 53 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an 3.4 Thiết kế kết mơ Phần trình bày thiết kế mô anten vi dải hoạt động nhiều băng tần sử dụng hai phương pháp giới thiệu 3.4.1 Thiết kế mô anten hoạt động nhiều dải tần sử dụng mặt xạ có tần số cộng ưởng khác Bài tốn đặt thiết kế mơ anten vi dải giảm hoạt động hai dải tần 900MHz dải tần số hệ thống thông tin di động GSM 1800Mhz dải tần số hệ thống DCS, vật liệu FR4 PCB với thông số vật liệu số điện môi: ε = 4.5 , bề dày vật liệu: h = 1.66 mm Sử dụng cơng thức tính tốn lý thuyết cho anten vi dải mục 2.1.10 2.2.2 chương II phương pháp sử dụng mặt xạ có tần số cộng hưởng khác giới thiệu mục 3.2 chương III ta tính chiều dài chiều rộng mặt xạ lớn (W1 = 33,5 mm; L1 = 26mm) mặt xạ nhỏ (W2 = 16,5mm; L2 = 12,75mm) Hình 3.4 hình mơ HFSS anten vi dải hoạt động hai băng tần 900 MHz 1800 MHz Hình 3.4 Anten vi dải hoạt động hai dải tần 900 MHz 1800 Mhz Hình 3.5 biểu diễn tần số cộng hưởng anten vi dải thiết kế sử dụng hai mặt xạ có tần số cộng hưởng khác nhau: 900 MHz 1800Mhz 54 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Hình 3.5 Tần số cộng hƣởng anten hoạt động hai băng tần 900Mhz 1800 Mhz Cả hai tần số cộng hưởng anten: tần số cộng hưởng nhỏ f01 = 905 Mhz với sai số MHz (