(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu ăng ten tái cấu hình ứng dụng trong hệ thống giao thông thông minh

iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU viii DANH MỤC HÌNH VẼ ix DANH MỤC BẢNG BIỂU xi LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĂNG-TEN ỨNG DỤNG TRONG HỆ THỐNG GIAO THÔNG THÔNG MINH 1.1 Giới thiệu công nghệ V2X hệ thống giao thông thông minh 1.1.1 Ý tưởng đời công nghệ V2X 1.1.2 Khái niệm V2X 1.1.3 Phân loại loại hình truyền thơng khơng dây V2X 1.1.4 Mơ hình hệ thống truyền thơng V2X Công nghệ Ăng-ten hệ thống giao thông thông minh 1.2 1.2.1 Ăng-ten phẳng 1.2.2 Ăng-ten không phẳng 13 1.2.3 Vị trí đặt Ăng-ten 15 Thách thức giải pháp thiết kế Ăng-ten 17 1.3 1.3.1 Thách thức ảnh hưởng môi trường đến vùng phủ Ăng-ten 17 1.3.2 Thách thức thiết kế Ăng-ten tái cấu hình theo đồ thị xạ 19 Kết luận chương 24 1.4 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ ĂNG-TEN 25 Đặt vấn đề 25 2.1 2.1.1 Bài toán thiết kế 25 2.1.2 Lựa chọn kỹ thuật công cụ thiết kế 26 Thiết kế Ăng-ten tái cấu hình theo đồ thị xạ 29 2.2 2.2.1 Tiến trình thiết kế Ăng-ten tái cấu hình theo đồ thị xạ 30 2.2.2 Thiết kế Ăng-ten phẳng tái cấu hình sử dụng tiếp điện cáp đồng trục 31 2.3 Kết mơ phân tích 40 iv 2.3.1 Hệ số phản xạ 40 2.3.2 Phân bố dòng điện bề mặt Ăng-ten 41 2.3.3 Đồ thị xạ 2D 3D 41 Kết luận chương 45 2.4 CHƯƠNG 3: ĐO KIỂM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ DỰA TRÊN THỰC NGHIỆM 46 Đo Ăng-ten thụ động 46 3.1 3.1.1 Các tham số đo thụ động 46 3.1.2 Phòng câm phép đo thụ động 50 3.1.3 Kết đo thụ động 53 Đo Ăng-ten chủ động 55 3.2 3.2.1 Các tham số đo chủ động 55 3.2.2 Thiết bị sử dụng thiết lập đo chủ động 58 3.2.3 Thiết lập mơ hình đo 60 3.2.4 Kết đo chủ động 62 3.3 Kết luận chương 63 KẾT LUẬN LUẬN VĂN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 64 PHỤ LỤC: TỔNG HỢP MẠCH ĐIỆN TỬ & THIẾT BỊ SỬ DỤNG 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 v DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Mô tả tiếng Anh 3GPP 3rd Generation Partnership Mô tả tiếng Việt Dự án đối tác hệ thứ 4G Fourth-Generation Thế hệ thứ 5G Fifth-Generation Thế hệ thứ ADAS Advanced Driver Assistance Systems Hệ thống hỗ trợ lái xe nâng cao BSM Blind Spot Monitoring Hệ thống giám sát cảnh báo điểm mù xe ô tô CAN Controller Area Network Bộ điều khiển mạng khu vực CPW CoPlanar Waveguide Ống dẫn sóng đồng phẳng CST Computer Simulation Technology Phần mềm mơ Ăng-ten DGS Defected Ground Structure Cấu trúc mặt phẳng đất khuyết DSRC Dedicated Short Range Communication Truyền thông phạm vi ngắn chuyên dụng DUT Device Under Test Thiết bị dùng thử nghiệm ECC Enveloped Correlation Coefficient Hệ số tương quan EIRP Effective Isotropic Radiated Power Công suất xạ đẳng hướng ERP Effective Radiated Power Công suất xạ ESPAR Electronically steerable parasitic array radiator Bức xạ mảng ký sinh điều khiển chuyển mạch điện tử FET Field Effect Transistor Transistor hiệu ứng trường GND Ground Plane Mặt phẳng đất GNSS Global navigation satellite system Hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu GPS Global Positioning System Hệ thống Định vị Toàn cầu HMI Human-Machine Interface Giao diện Người - Máy IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers Hội Kỹ sư Điện Điện tử vi Chữ viết tắt ITS Mô tả tiếng Anh Intelligent transportation system Mô tả tiếng Việt Hệ thống Giao thông thông minh LAN Local Area Network Mạng cục LTE Long Term Evolution Tiến hóa dài hạn MIMO Multiple Input Multiple Output Nhiều đầu vào nhiều đầu OBU On-Board Unit Thiết bị xe OFDMA Orthogonal frequency-division multiple access Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao PA Power Amplifier Khuếch đại công suất PIFA Planar Inverted-F Ăng-ten Ăng-ten hình chữ F ngược mặt phẳng PIN Positive-Intrinsic-Negative Tiếp giáp P – I - N RAM Radiation – absorbing material Vật liệu hấp thụ xạ RF Radio Frequency Tần số vô tuyến RL Return Loss Tổn hao ngược RSU Roadside Unit Phần tử bên đường SDAR Satellite Digital Audio Radio Truyền thông âm kỹ thuật số vệ tinh SP Shorting Pin Chân ngắn mạch TE Transverse Electric Điện trường ngang TM Transverse Magnetic Từ trường ngang TRP Total Radiated Power Tổng công suất xạ UE User Equipment Thiết bị đầu cuối người dùng UHF Ultra-High Frequency Dải tần số cực cao nằm khoảng 300MHz - 3GHz UWB Ultra-Wideband Công nghệ băng thông siêu rộng V2I Vehicle-to-infrastructure Giao tiếp không dây phương tiện với sở hạ tầng V2N Vehicle-to-network Giao tiếp không dây phương tiện với mạng lưới vii Chữ viết tắt Mô tả tiếng Anh Mô tả tiếng Việt Giao tiếp không dây phương tiện với người V2P Vehicle-to-pedestrian V2V Vehicle-to-vehicle Giao tiếp không dây phương tiện với phương tiện V2X Vehicle to Everything Giao tiếp không dây phương tiện với thứ VHF Very High Frequency Dải tần số vô tuyến cao nằm khoảng 30 - 300 MHz VNA Vecto Network Analyzer Máy phân tích mạng véc-tơ VSWR Voltage Standing Wave Radio Hệ số sóng đứng điện áp WiMAX Worldwide Interoperability for Microwave Access Một công nghệ truy nhập băng rộng không dây diện rộng WLAN Wireless Local Area Network Mạng LAN khơng dây viii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU TT Kí hiệu Đơn vị Mô tả C (F) E (V/m) Điện trường H (H/m) Từ trường h (mm) Chiều cao chất điện môi k (l/m) Hệ số sóng khơng gian tự (k=2/) L (mm) Chiều dài L (H) Điện dung R () Trở kháng W (mm) Chiều rộng 10 Z () Trở kháng 11  - 12  (m) Bước sóng 13  (l/m) Hằng số truyền sóng Điện dung Hằng số điện môi 65 PHỤ LỤC: TỔNG HỢP MẠCH ĐIỆN TỬ & THIẾT BỊ SỬ DỤNG STT Tên mạch & Ứng dụng thiết bị Mạch điều khiển Chức Thay đổi điện điện áp năng: áp chiều để điều khiển chuyển mạch điốt PIN Đầu Nhận điện áp vào: đầu vào từ có giá trị +5VDC Đầu ra: Điện áp chiều đầu thay đổi từ +0,9 VDC cho trạng thái ON VDC cho trạng thái OFF điốt PIN Máy phân tích Chức Đo kiểm hai mạng vector tham số: Hệ Rohde & Schwarz số phản xạ ZVA40 sử (S11) độ dụng: cách ly (S21) hai cổng Ăng-ten Máy phát tín hiệu Chức R&S®SMB100A sử dụng: Sử dụng để cung cấp tín hiệu sóng sin với công suất phát ổn định tần số 5,9 GHz 66 Xác định xác độ rộng băng thơng bị chiếm dụng, độ méo, biến dạng tín hiệu theo dõi nguồn nhiễu Chức Kết nối hai năng: phần tử xạ làm thay đổi chiều dài điện ăngten trạng thái Bật Tắt Đầu Điện áp vào: chiều thay đổi từ đến +0.9 VDC Đầu Thơng dịng ra: ngắt dịng tương ứng với điện áp điều khiển Máy phân tích Chức phổ Keysight N9918A sử dụng: Điốt PIN cao tần SMP1345-079LF 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Gajewska, M (2019), “Propagation Loss and Interference Analysis for 5G Systems in the Context of C-ITS System Implementation.” In Development of Transport by Telematics TST 2019; [2] Sander, O.; Glas, B.; Roth, C.; Becker, J.; Müller-Glaser, K (2009), “Testing of an FPGA Based C2X-Communication Prototype with a Model Based Traffic Generation” In Proceedings of the IEEE/IFIP International Symposium on Rapid Systems Prototyping IEEE, Paris, France, 23–26 June 2009 [3] Mangan, S.; Wang, J (2007), “Development of a Novel Sensorless Longitudinal Road Gradient Estimation Method Based on Vehicle CAN Bus Data” IEEE/ASME Trans Mechatronics 2007, 12, 375–386 [4] Alper Cemil and Mehmet Ünlü (2022), “Analysis of ADAS Radars with Electronic Warfare Perspective” Sensors 2022, 22(16), 6142 [5] T Smits, S Suckrow, J Christ, M Geissler (2013), “Active intelligent anten system for car2car” 2013 International Workshop on Antenna Technology (iWAT), 23 May 2013 [6] Kranti Kumar Katare; Irfan Mehmood Yousaf; Buon Kiong Lau (2022), “Challenges and Solutions for Antens in Vehicle-to-Everything Services” IEEE Communications Magazine, vol: 60, Issue: 1, January 2022, pp 52 – 58, 2022 [7] N Adhikari, A Kumar and S Noghanian (2016), "Multiple Anten Channel Measurements for Car-to-Car Communication", IEEE Antenna Wireless Propag Lett., vol 15, pp 674-77, 2016 [8] H Zhao et al (2019), "Fast Simulation of Vehicular Antens for V2X Communication Using the Sparse Equivalent Source Model", IEEE Internet Things J., vol 6, no 4, pp 7038-47, Aug 2019 [9] Han, S.; Zhao, K.; Yang, L.Q.; Cheng, X (2016) “Performance evaluation for multi-anten vehicular communication based on IEEE 802.11 p standard” In Proceedings of the 2016 International Conference on Computing, Networking and Communications (ICNC), Kauai, HI, USA, 15–18 February 2016; pp 1–5 68 [10] Karlsson, K.; Carlsson, J.; Larsson, M.; Bergenhem, C (2016), “Evaluation of the V2V channel and diversity potential for platooning trucks” In Proceedings of the 2016 10th European Conference on Antens and Propagation (EuCAP), Davos, Switzerland, 10–15 April 2016; pp 1–5 [11] Crawford, J.; Chatziantoniou, E.; Ko, Y (2017), “On the SEP Analysis of OFDM Index Modulation With Hybrid Low Complexity Greedy Detection and Diversity Reception” IEEE Trans Veh Technol 2017, 66, 8103–8118 [12] Neira, E.C.; Carlsson, J.; Karlsson, K.; Ström, E.G (2015), “Combined LTE and IEEE 802.11 p Anten for vehicular applications” In Proceedings of the 2015 9th European Conference on Antenna and Propagation (EuCAP), Lisbon, Portugal, 13–17 April 2015; pp 1–5 [13] Bithas, P.S.; Aspreas, A.; Kanatas, A.G (2016), “A new reconfigurable Anten schematic and its application to vehicle-to-vehicle communications” In Proceedings of the 2016 IEEE 12th International Conference on Wireless and Mobile Computing, Networking and Communications (WiMob), New York, NY, USA, 17–19 October 2016; pp 1–6 [14] Phan-Huy, D.T.; Sternad, M.; Svensson, T (2015) “Making 5G adaptive Anten work for very fast moving vehicles” IEEE Intell Transp Syst Mag 2015, 7, 71– 84 [15] Ahmed, S.H.; Mu, D.; Kim, D (2018) “Improving Bivious Relay Selection in Vehicular Delay Tolerant Networks” IEEE Trans Intell Transp Syst 2018, 19, 987–995 [16] Y I Al-Yasir, A S Abdullah, N O Parchin, R A Abd-Alhameed and J M Noras (2018), "A new polarization-reconfigurable Anten for 5G applications", Electronics, vol 7, no 11, pp 1-9, 2018 [17] George and F Lili (2020), "A simple frequency and polarization reconfigurable Anten", Electromagnetics, vol 40, no 6, pp 435-444, Aug 2020 [18] Jiu-Kun Che; Chi-Chih Chen; John F Locke (2021), “A Compact Four-Channel MIMO 5G Sub-6 GHz/LTE/WLAN/V2X Anten Design for Modern Vehicles,” 69 IEEE Transactions on Antenna and Propagation, vol 69, no 11, pp 7290-7297, 2021 [19] Muhammad Ikram; Kamel S Sultan; Amin M Abbosh; Nghia Nguyen-Trong (2022), “Sub-6 GHz and mm-Wave 5G Vehicle-to-Everything (5G-V2X) MIMO Anten Array,” IEEE Access, vol 10, pp 49688-49695, 2022 [20] Muhammad Kamran Ishfaq; Suleiman Aliyu Babale; Hassan Tariq Chattha; Mohamed Himdi; Ali Raza; Muhammad Younas; Tharek ABD Rahman; Sharul Kamal Abdul Rahim; Bilal A Khawaja (2021), “ Compact Wide-Angle Scanning Multibeam Anten Array for V2X Communications,” IEEE Antens and Wireless Propagation Letters, vol 20, no 11, pp 2141 – 2145, 2021 [21] Rahmani Faouzi, Amar Touhami Naima, BelbachirKchairi Abdelmounaim, Aknin Noura, and Taher Nihade (2021), “Pattern Reconfigurable Anten for VANET, Wi-Fi, and WiMAX Wireless Communication Systems,” International Journal of Antens and Propagation, Volume 2021, Article ID 9973839, 12 pages [22] Gerald Artner, Jerzy Kowalewski, Christoph F Mecklenbrauker and Thomas Zwick (2017), “Pattern Reconfigurable Anten With Four Directions Hidden in the Vehicle Roof,” International Workshop on Antenna Technology, 2017 [23] Kim, S., D Kang, and J Choi (2017), “Beam reconfigurable Anten using switchable parasitic elements for V2V applications,” 2017 International Symposium on Antens and Propagation (ISAP), 1–2, IEEE, 2017 [24] Harrington, R (1978), “Reactively controlled directive arrays” IEEE Trans Antens Propag 1978, 26, 390–395 [25] Marantis, L., K Maliatsos, C Oikonomopoulos-Zachos, D K Rongas, A Paraskevopoulos, A Aspreas, and A G Kanatas (2017), “The pattern selection capability of a printed ESPAR Anten,” (2017) 11th European Conference on Antens and Propagation (EUCAP), 922–926 [26] "Cellular V2X as the Essential Enabler of Superior Global Connected Transportation Services" IEEE 5G Tech Focus IEEE (2) June (2017) 70 [27] "IEEE 1609 - Family of Standards for Wireless Access in Vehicular Environments (WAVE)" U.S Department of Transportation April 13, (2013) Retrieved 201411-14 [28] Molex, Product: 0732510420, [Online], Available: https://tools.molex.com/pdm_docs/ps/PS-89675-346.pdf [29] CST MICROWAVE STUDIO® 2016 – Workflow and Solver Overview [30] C A Balanis (2015), Antenna Theory-Analysis and Design, 3rd ed Hoboken, NJ, USA: Wiley