0779 nghiên cứu thiết kế anten mimo có hệ số cách ly cao ứng dụng cho hệ thống thông tin 5g luận văn tốt nghiệp

Giớithiệuchương

Chươngnàytậptrungkháiquátcáckháiniệmvềanten,đặctínhcủa nóĐong thời, giới thiệu về anten vi dải, là một trong những loại anten phổbiếntronghệthốngthôngtin.

Tổngquanvềanten

Kháiniệm

Anten là thiết bị d ng để bức xạ sóng điện từ hoặc thu nhận sóng từkhông gian bên ngoài Trong trường hợp tổng quát, anten cần được hiểu làmột tổ hợp bao gom nhiều hệ thống, trong đó chủ yếu nhất là hệ thống cungcấp tín hiệu đảm bảo việc phân phối năng lƣợng cho các phần tử bức xạ vớicác yêu cầu khác nhau (trường hợp anten phát), hoặc hệ thống xử lý tín hiệu(trườnghợpantenthu).

Khi năng lượng từ nguon được truyền tới anten, có 2 trường sẽ đượctạo ra Một là trường cảm ứng (trường khu gần), trường này ràng buộc vớianten; trường còn lại là trường bức xạ (trường khu xa) Ngay tại anten(trongtrườngkhugần),cườngđộtrườngtạiđâyrấtlớnvàtỉlệtuyếntínhvớinăng lƣợng đƣợc cấp vào anten Tại khu xa anten, chỉ có năng lƣợng của trườngbức xạ là được duy trì Trường khu xa bao gom 2 thành phần đó là điệntrườngvàtừtrường (hình 1.2).

Hai thành phần điện trường và từ trường bức xạ từ anten sẽ tạo thànhtrườngđiệntừ.Vềcơbản,sóngvôtuyếnlàmộttrườngđiệntừdichuyển.Khisóng truyền đi, năng lƣợng mà sóng mang theo sẽ đƣợc trải ra trên một diệntíchngàycànglớn.Điềunàylàmchonănglượngtrênmộtdiệntíchchotrướcgiảmđik hikhoảngcáchtừđiểmkhảosátđếnnguontăng.

(1.6) εhệsốđiệnthẩmtuyệtđốicủamôitrường:(F/ m)μhệsốtừthẩmcủamôi trường:(H/m) σđiệndẫnxuấtcủamôitrường:(Si/m)

J e l à bin độphức củavectomật độdòng điện: ( A ) m 2

Biết rằng nguon tạo ra trường điện từ là dòng điện và điện tích. Nhưngtrong một số trường hợp, để dễ dàng giải một số bài toán của điện động lựchọc,ngườitađưathmvàohệphươngtrìnhMaxwellcácđạilượngdòngtừ vàtừtích.Kháiniệmdòngtừvàtừtíchchỉlàtƣợngtrƣngchứchúngkhôngcótron gtựnhiên.

Kết hợp với nguy n lý đổi lẫn, hệ phương trình Maxwell tổng quát đƣợcviếtnhƣsau: rotH i  p EJ e rotE  i  H  J m

(1.10) Giải hệ phương trình Maxwell ta được nghiệm là E và H Trong phươngtrình nghiệm đó cho chúng ta biết nguon gốc sinh ra E, H và cách thức lantruyền.

Trở kháng vào của anten ngoài ra còn phụ thuộc vào kích thước hình họccủaantenvàtrongmộtsốtrườnghợpcònphụthuộcvàovậtđặtgầnanten.

Thành phần thực của trở kháng vào RAđƣợc xác định bởi công suất đặtvào antenPAvà dòngđiệnhiệu dụngtạiđầu vàoanten IAe:

Thành phần kháng của trở kháng vào của anten đƣợc xác định bởi đặctính phân bố dòng điện và điện áp dọc theo anten (đối với anten dây) và trongmột số trường hợp cụ thể có thể tính toán theo các biểu thức của đường dâytruyền sóng.

Hầu hết các anten chỉ hoạt động trong một dải tần nhất định vì vậy để cóthể truyền năng lƣợng với hiệu suất cao từ máy phát đến anten cần phối hợptrởkhánggiữa đầuramáyphátvà đầuvàocủaanten.

Antenđƣợcxemnhƣlàthiếtbịchuyểnđổinănglƣợng,dođómộtthôngsố quantrọngđặctrƣngcủanólàhiệusuất.Hiệusuấtcủaanten A c h í n h làtỷsố giữacôngsuấtbứcxạPbxvàcôngsuấtmáyphátđƣavàoantenPvàohayPA:

Hiệusuấtcủaantenđặctrƣngchomứctổnhaocôngsuấttronganten.Đốivớianten cótổn haothì Pbx 0 (hình 2.6) và d=0, s =h-l >0 (hình 2.7) sử dụngphương pháp cảm ứng điện từ và phương pháp Mômen (MoM).Trong cả haitrường hợp, khi khoảng cách tăng, trở kháng tương hỗ giảm xuống Do đó,khi các anten thành phần hệ đa anten đặt cách xa nhau, tính năng của antenvẫn duy trì do tác động của tương hỗ nhỏ Trong trường hợp các anten thànhphần đặt gần nhau (ví dụ khi d/λ 0

T rở kh án gt ư ơn gh ỗZ 21 m (Ω) )

Hình 2 7:Quan hệ giữa trởháng tương hỗ theo khoảng cách chuẩn hóa trongtrườnghợpd=0,s=h-l>0

Anten mạch dải đƣợc sử dụng rộng rãi trong hệ thống thông tin liên lạckhông dây do có kích thước nhỏ gọn, dễ chế tạo và dễ dàng tích hợp với cácthiết bị siêu cao tần khác Anten mạch dải có độ tăng ích nhỏ và trong thực tếmột hệ thống gom nhiều thành phần anten thường được sử dụng cho các ứngdụng đòi hỏi độ tăng ích lớn hoặc cho các ứng dụng MIMO Tuy nhiên, tínhnăng của anten có xu hướng xấu đi do sự tương tác lẫn nhau giữa các thànhphần anten Hình 2.8 mô tả các nguon gây ra tương hỗ thường gặp phải trongcáchệđaantenmạchdải.Tươnghỗnàyđượcxácđịnhbởitrườngtontạitrênmặt phẳng tiếp giáp điện môi - không khí ở khoảng giữa hai tấm bức xạ đƣợcchia thành hai loại chính là sóng không gian (thay đổi theo khoảng cách với tỷlệ1/) v à s ó n g m ặ t(thayđổitheo khoảngcáchvới tỷlệ1/√)[11].

T rở k há ng tư ơn gh ỗZ 21 m (Ω) )

Mặt phẳng đất Sóng mặt d Ɛ r

Hình 2 8: Các nguồn gra tương hỗ giữa các thành phần trong hệ đa anten mạchdải

Sóng mặt đƣợc dẫn bởi lớp điện môi và mặt phẳng đế và lan truyền dọctheomặttiếpgiápđiệnmôi- khôngkhívớimứcđộsuygiảmtheohàmmũkhi đi ra khỏi mặt tiếp giáp này Sóng mặt đƣợc kích thích mạnh khi anten intrên đế có hệ điện môi lớn hoặc điện môi có độ dày lớn Trong trường hợpnày, do sóng mặt suy hao chậm theo đường đi (có thể di chuyển ở khoảngcách vài bước sóng), nên nó chiến ưu thế và gây ra tương hỗ mạnh giữa cácthành phần anten Nói cách khác, sóng mặt có thể bỏ qua khi anten được intrên đế điện môi mỏng [8] và trong trường hợp tổng quát, sóng mặt có tácđộngítđếntươnghỗgiữacácantenthànhphầnkhithỏamãnđiềukiệnsau[8,12]: h 0.3

√𝜀 r (2.9) trong đóhlà độ dầy của đế,𝜆là bước sóng hoạt động của anten,𝜀rlà hằng sốđiện môi tươngđối của lớpđế.

Trong khi sóng bề mặt bị kích thích yếu với đế điện môi mỏng, một cơchế gây tương hỗ khác chiếm ưu thế trong trường hợp này là tương tác sóngkhông gian [8] Sóng không gian có thành phần điện trường vuông góc với đếđiện môi và đóng góp vào năng lƣợng bức xạ ra không gian Tuy nhiên,mộtphầncủanănglượngsóngkhônggiannàybịsuygiảmdohiệntượngtương

(b) hỗ giữa các thành phần bức xạ trong trường hợp khảo sát với một anten mảngin trên đế điện môi mỏng [67] Tương tác sóng không gian cũng tăng lên khianten nằm trong vùng trường gần của nhau, ở đó các thành phần điện trườngvuông góc của các anten tương tác với nhau do trường rìa từ các tấm bức xạcủacácantenthànhphần. Đối với hệ đa anten gom 2 anten mạch dải hình chữ nhật, tương hỗ sẽbiến đổi theo cách sắp xếp của các anten thành phần Xét hai trường hợp: khicác anten đơn được đặt sao cho cùng nằm trên một đường thẳng dọc theo mặtphẳng E (gọi là sắp xếp trên mặt phẳng E - hình 2.9(a)) và khi các anten đơnđƣợc đặt sao cho cùng nằm trên một đường thẳng dọc theo mặt phẳng H (gọilàsắpxếptrênmặtphẳngH- hình2.9(b)).

Hình 2.9: Sắp xếp các anten mạch dải chữ nhật (a) trên mặt phẳng E và (b) trên mặtphẳng H

Vớis là khoảng cáchcạnh-cạnhgiữa haiantenđ ơ n , h ì n h 2 1 0 c h o t a thấy khi s>0,1λ, tương hỗ giữa các phần tử khi sắp xếp trong mặt phẳng E lớnhơn khi sắp xếp trong mặt phẳng H Trong thực tế, khoảng cách gây tương hỗtrong mặt phẳng này lớn hơn trong mặt phẳng khác còn phụ thuộc vào tínhchấtđiện vàkíchthướchình họccủacácphần tửanten.

Sắp xếp trên mặt phẳng E Sắ g H

Kết quả đo Kết quả mô phỏng p xếp trên mặt phẳn

Phânt í c h k ỹ h ơ n v ề t á c đ ộ n g c ủ a s ó n g m ặ t đ ố i v ớ i v i ệ c s ắ p x ế p c á c anten mạch dải chữ nhật theo cách thức khác nhau Mode sóng mặt bậc thấpnhất (mode cơ bản) là TM0. Trường bức xạ của các anten đơn sẽ là TM theohướng truyền lan dọc mặt phẳng E và là TE theo hướng truyền lan dọc mặtphẳng H Do vậy nếu sắp xếp các anten như hình 2.9(a), trường trong khônggian giữa hai anten đơn là

Ảnhhưởngtươnghỗgiữacácphầntửtronghệthốngđaanten

hệ đa anten ở các phần saucủaluậnvăn.

Cácthamsố củaanten MIMO

Dunglƣợnghệthống

(2.18) ĐâylàdunglượngkênhlýtưởngcủamộthệthốngMIMO.Giớihạnnàykhông bao giờ đạt được vì luôn luôn ton tại tương hỗ giữa các kênh và hệ sốtương quan giữa các anten thành phần luôn khác không Tương hỗ càng caogiữa các anten thành phần và tương quan càng lớn giữa các kênh dẫn đến kếtquả là làm giảm hiệu quả của hệ thống MIMO Trong môi trường tầm nhìnthẳng (LOS), giả sử khi tất cả các kênh đều hoàn toàn tương quan, hiệu quảcủa anten MIMO sẽ không còn nữa.

Hiệu quả thực sự của anten MIMO chỉpháthuytrongmôitrườngđađườngchẳnghạnnhưtrongcácứngdụngthôngtin di động. Trong môi trường như vậy, các ma trận H chứa các thông tin củamối tương quan giữa các kênh khác nhau do anten cũng như do môi trườngtruyền dẫn Vì vậy, việc xác định ma trận kênh H của một hệ thống MIMOhoạt động trong một môi trường cụ thể sẽ rất quan trọng vì nó liên quan đếndung lƣợng kênh của anten trong môi trường đó Nhiều nghiên cứu đã đưa racác phương pháp mô hình hóa kênh truyền khác nhau để xác định ma trận Htrongmôitrườngđađường,chẳnghạnnhưtrong[18].

Mộtsốk ỹ thuậtcảithiệnhệsốảnhhưởngtươnghỗchoantenMIMO411.Hướng đặtanten

Mạng cách ly

Mạng cách ly là một giải pháp nhằm tăng cường cách ly giữa các cổngcủa anten MIMO mà không can thiệp vào cấu trúc bức xạ của nó Mạng cáchlysẽbổsungthànhphầnđiệnkhángtạimạngtiếpđiệncủaantenMIMOd ođó triệt tiêu được điện kháng tương hỗ giữa các phần tử anten đơn, kết quả làlàm tăng hiệu suất bức xạ và giảm tương quan về đo thị bức xạ của antenMIMO Sử dụng mạng cách ly thường kèm theo với một mạng phối hợp trởkhángđểtăngcườngsựphốihợptrởkhángởđầuvàocáccổnganten.

Hình2.13 môtả sơ đok h ố i m ô h ì n h s ử d ụ n g m ạ n g c á c h l y đ ể t ă n g cường hệ số cách ly giữa các cổng của hệ anten hai cổng

[16] Ảnh hưởngtương hỗ giữa các phần tử liền kề trong anten MIMO hay mảng anten đƣợcmôtảbởihệsốSijtrongmatrậntánxạS A củahệanten.Mạngcáchly sẽgiúp giảm hay loại bỏ các giá trị khác 0 của các hệ sốSijnh ng sẽ làm thay ổiương ứng là công suất phát và công suất độ tăng ích của anten phát và thu, d là khoảng cách giátrịSiitại cổng vào của nó (S B ) Các hệ số phản xạ sau khi thêm mạng cách lycó thể giảm về 0 bằng cách sử dụng mạng phối hợp trở kháng cho mỗi cổng(matrậnS) của hệanten.

Trongvídụở hình2.13, mạngcách lybao gomhaiđườngtruyềnvàmột thànhphầnđiệnkháng,trongkhiđó,mạngphốihợptrởkhángtạimỗicổngcó thể đƣợc thực hiện dễ dàng bằng cách sử dụng các phần tử tập trung Giảsử hai anten là giống nhau và đƣợc phối hợp trở kháng tốt ở cổng vào tiếpđiện,matrận tán xạtạiđiểmthamkhảo t1đƣợcchobởi:

Với𝘢vàфlà biên độ và pha của hệ số tương hỗ Mạng cách ly trong vídụ này gom hai đường truyền với mục đích để chuyển đổi giá trị của hệ sốtương hỗ thành một giá trị thuần ảo Giá trị này có thể bị triệt tiêu bởi mộtđiện kháng mắc song song Vì vậy, sau khi thêm hai đường truyền với trởkháng đặc tính Z0và độ dài điện𝜃, ma trận tán xạ tại điểm tham khảo t2trởthành:

Từ hình 2.13, tathấy mạng hai cổng nhìn tại t2nối song song về mặt điệnvới phần tử tập trung có điện nạp Kết quả sẽ tạo ra một mạng hai cổng mớivàma trậndẫnnạptạiđiểmt3trởthành: i

[Y2+2YBY0+(YB) 2 −(YB) 2 Y2+2YBY0+(YB) 2 −(YB) 2 ]

Hình 2.14: Anten MIMO hai phần tử đơn c c với mạng cách ly (LE; W= 22;

S=8,5;L a = 22,5;đơn vị mm)[16] Đểtriệt tiêu tương hỗ,phần tửY B phải bịtriệttiêu,haycógiátrịbằngkhông,

T ổn h ao n gƣ ợ c( d B ) C ác h ly (d B )

Từcác giátrị của𝜃vàB,ta xácđịnhđƣợc giátrịcủaSii.

Hình 2.15: Kết quả mô phỏng và th c nghiệm tổn hao ngƣợc và cách ly của antenMIMOkhông có mạngcách ly[16]

Kỹthuậtmạngcáchlysửdụngnguyêntắcphântíchởtrênđƣợcápdụngtrong thiết kế anten MIMO đƣợc trình bày ở hình 2.14 [16] Anten gom haiphần tử bức xạ hoạt động ở tần số 2,45 GHz với khoảng cách giữa hai phần tửbức xạ là 0,0690 Hình 2.15 và 2.16 biểu diễn kết quả mô phỏng và đo thamsố tán xạ của anten khi không có và khi có mạng cách ly Trường hợp antenMIMO không có mạng cách ly, hệ số cách ly giữa hai cổng tiếp điện dướimức chấp nhận được, khoảng 3dB (hình 2.15) Khi sử dụng mạng cách ly, hệsố cách ly đã đƣợc cải thiện hơn 30 dB ở tần số trung tâm nhƣ biểu diễn ởhình2.16.

Hình 2.16: Kết quả mô phỏng và th c nghiệm tổn hao ngƣợc và cách ly của antenMIMOkhi có mạng cách ly[16]

T ổn ha on gƣ ợc (d B ) C ác h ly (d B )

Cổng A Cổng B50 Ohm Cổng B I coupled-cancel

Cấu trúckýsinh

Một phương pháp khác để giảm thiểu ảnh hưởng tương hỗ là sử dụngphần tử ký sinh giữa các phần tử anten để loại bỏ một phần (hoặc hầu hết)trường cảm ứng khu gần giữa chúng Phần tử ký sinh sẽ tạo ra trường tươnghỗ ngược nhau và làm giảm thành phần trường tương hỗ gốc ban đầu, vì vậysẽ làm giảm tương hỗ tổng thể trên anten bị ảnh hưởng Thông thường, cácphần tử ký sinh không kết nối vật lý với các anten [17, 18] hoặc được nối vớimặt phẳng đế để tạo thành dạng cộng hưởng[19] Các phần tử ký sinh nàyđượcthiếtkếđểđiềukhiểndảitầncáchly,băngthôngvàmứcđộgiảmtươnghỗ.

Hình 2.17: Tương hỗ giữa hai anten ưỡng c c đặt gần nhau và tương hỗ giữa haiantenƣ ỡ n g cckhicóthêmphầntửkýsinh[17] tưởngsửdụngmộtphầntửkýsinhđểgiảmảnhhưởngtươnghỗlàtạora trườngngượcvớitrườngbứcxạbanđầucủanhưmôtảởhình2.17.Trongmôhìnhnày,h ai antenlƣỡngcựcđƣợcđặtrấtgầnnhau.KhiantenlƣỡngcựcAđƣợctiếpđiệnvàantenlƣ ỡngcựcBnốitải,mộtvectormậtđộdòngJđƣợctạo ra trên nhánh của lƣỡng cực A và cảm ứng một dòng tương hỗ mạnh tỷ lệvới dòng kích thíchIexcitedtrên anten A thông qua hệ số t ơngương ứng là công suất phát và công suất hỗ𝘢và ngƣợcpha180 0 vớidòng kíchthíchnhƣmô tảởhình2.17.Vìvậy:

Giả sử trong trường hợp này không áp dụng được phương pháp đặt haianten vuông góc nhau hoặc tăng khoảng cách để giảm ảnh hưởng tương hỗ, ởđây một phần tử ký sinh đƣợc sử dụng để cải thiện cách ly Đặt một phần tửkýsinh(C)giữahaiantenđểtạothànhmộtnguyênlý(cơchế)tươnghỗkhác.Trongkhia ntenAtươnghỗvớiantenBtheohệsốtươnghỗ𝘢(vốnphụthuộcvào khoảng cách giữa hai anten cũng như loại anten và cơ chế tương hỗ),anten A sẽ tương hỗ với phần tử ký sinh C theo hệ số tương hỗ𝛽 Vì vậy,dòngđ i ệ n c ả m ứ n g t r ê n p h ầ n t ử t ƣ ơ n g h ỗ q u a n h ệ v ớ i d ò n g k í c h t h í c h t ừ antenAnhƣsau:

Dòng điện cảm ứng trên phần tử ký sinhC(giả sử đặtở đ i ể m g i ữ a anten A và B) sẽ tương hỗ với phần tử anten B, vì vậy sẽ tạo ra dòng điệnngƣợcpha180 0 trênphầntửBtheobiểuthức:

Icoupled−cancel=−𝛽Icoupled−parasitic=𝛽 2 I excited (2.30) Điều này có nghĩa tổng dòng điện tương hỗ trên phần tử B phụ thuộcvào hai cơ chế tương hỗ, (1) tương hỗ trực tiếp từ phần tử A và (2) tương hỗtừphầntửký sinh C.Tổng dòngđiệntươnghỗtrênphầntửB:

I coupled−B = Icuopled−direct+Icoupled−cancel

Giá trị của𝛽là một đặc tính của phần tử ký sinh và có thể điều chỉnh đểtriệt tiêu ảnh hưởng tương hỗ trực tiếp giữa hai anten Cần lưu ý khi sử dụngphương pháp này vì phần tử ký sinh cũng sẽ tương hỗ với anten được kíchthích (tiếp điện), do vậy nó sẽ ảnh hưởng đến phân bố dòng điện và trở khángcủaanten.

Mộtsốcôngtrìnhnghiêncứusửdụngphầntửkýsinhđểcảithiệnhệsố cách ly cho anten MIMO [18, 19] Ở nghiên cứu [18], anten MIMO haiphầntửgomhaiantenkheđặtđốixứngnhau,tiếpđiệnđộclậpbằngđườngvidải50. Haiphầntửkýsinhđượcthêmvàonhằmgiảmảnhhưởngtươnghỗ(hình2.18).Tácdụngc ủacácphầntửkýsinhtớiphốihợptrởkhángvàtươnghỗ được trình bày qua kết quả mô phỏng ở hình 2.20 Phần tử ký sinh đã cảithiện được gần 15 dB hệ số cách ly so với trường hợp không sử dụng phần tửký sinh Kết quả mô phỏng phân bố dòng ở hình 2.19 cho thấy, khi phần tử 1đƣợc kích thích, dòng cảm ứng ở phần tử 2 rất mạnh khi không có phần tử kýsinh Tuy nhiên, dòng cảm ứng này giảm đi đáng kể trên phần tử 2 khi antenMIMOsửdụngphầntửkýsinh.

Hình 2.18: Mô hình anten MIMO haikhebức xạvớiphần tửđơncục kýsinh[18]

Hình 2.19: Phân bố dng điện ở trênantenMIMOkhôngcóvàcóphầntử đơncục kýsinh[18]

Hình 2.20:K ế t q u ả m ô phỏng thamsố tán xạ khi không có và có phầntửđơn cụcký sinh [18]

Một nghiên cứu khác về sử dụng phần tử ký sinh đặt đong phẳng vớiphần tử bức xạ [19] Trong nghiên cứu này, một cấu trúc cộng hưởng dạngkhe gấp khúc (SMLR) có vai trò nhƣ một bộ lọc loại bỏ băng tần đƣợc đặtgiữa hai phần tử bức xạ (hình 2.21) Hình 2.22 mô tả phân bố dòng điện củamảng anten khi chƣa có và khi có cấu trúc SMLR Ta thấy rằng khi một phầntửbứcxạ,dòngcảmứngsẽbịcấutrúcSMLRgiamgiữvàdođókhôngtươnghỗsan gphầntửlâncận.

S21 không có SMLR S21 có SMLR S11 không có SMLR S11 có SMLR

Hình 2.22: Phân bố dng điện của anten (a) khi không có cấu trúc SMLR và (b) khicócấu trúcSMLR [19]

Kết quả mô phỏng ở hình 2.23 cho thấy, anten MIMO khi có cấu trúcSMLR có hệ số cách ly cải thiện đƣợc 16 dB so với khi không có cấu trúcSMLR, với khoảng cách từ cạnh tới cạnh phần tử bức xạ là 7 mm (0,110).Các kết quả đo thực nghiệm đã chứng minh đƣợc tính khả thi của thiết kế khikhátươngđong với các kết quảmô phỏng.

Hình 2.23: Kết quả mô phỏng tham số tán xạ của anten khi không có và có cấu trúcSMLR[19]

Cấu trúcmặt phẳngđếkhônghoànhảo

Mặt phẳng đế ảnh hưởng trực tiếp đến đặc tính của anten mạch in khi nócó vai trò như đường dẫn của dòng điện phản hoi và đôi khi trở thành mộtphần của cấu trúc bức xạ khi anten hoạt động ở tần số thấp Do các antenMIMO dạngm ạ c h i n c ó c h u n g m ặ t p h ẳ n g đ ế , d ò n g c ả m ứ n g t r ê n m ặ t p h ẳ n g đếc ó t h ể d ễ d à n g t ƣ ơ n g h ỗ v ớ i p h ầ n t ử a nt en l â n c ậ n g â y nênả n h h ƣ ở n g

T ha m số tá n xạ S (d B ) tươngh ỗ c a o , t ừ đ ó l à m g i ả m đ ặ c t í n h c á c h l y v à t ư ơ n g q u a n c ủ a a n t e n MIMO.

Hình 2.24: Mô hình anten MIMO với bốn phần tử bức xạ sử dụng cấu trúc DGS (L 1 7,7;W 1 %;L2= 22; W2= 7;L s = 18,75;L c = 30;W c = 1; đơn vị mm)[20] Ảnh hưởng tương hỗ giữa các phần tử anten có thể giảm thiểu bằng cáchtạo ra các cấu trúc không hoàn hảo trong mặt phẳng đế Các vị trí khuyết (bịkhoét) sẽ hoạt động nhƣ bộ lọc chắn dải và sẽ ngăn cản trường tương hỗ khugần giữa các phần tử gần nhau khi cấu trúc anten đƣợc thiết kế một cách hợplý Nguyên lý giảm thiểu ảnh hưởng tương hỗ này được gọi là cấu trúc mặtphẳng đếkhônghoànhảo(DGS).

Hình 2.25: Phân bố dng điện trên mặt đế của anten khi không có và khi có dãy cáckheDGS[53]

Một nghiên cứu về anten MIMO sử dụng mặt đế không hoàn hảo đƣợctrình bày trong[ 2 0 ] A n t e n g o m 4 p h ầ n t ử b ứ c x ạ k i ể u a n t e n k h e , t i ế p đ i ệ n độc lập bằng các đường vi dải Cấu trúc DGS đƣợc thực hiện bằng hai dãykhe khoét đặt giữa hai anten khe 2 và anten khe 3 ở mặt phẳng đế (hình 2.24).Từ kết quả mô phỏng phân bố dòng điện đƣợc biểu diễn ở hình 2.25, khikhông có dãy các khe, dòng cảm ứng mạnh từ anten khe đƣợc truyền xuốngmặt phẳng đế và anten khe khác Khi có dãy các khe, dòng cảm ứng tập trungquanh dãy các khe và không ảnh hưởng đến các phần tử bức xạ lân cận Dovậy, ảnh hưởng tương hỗ giữa các phần tử bức xạ của anten đã giảm đáng kể.Cấu trúc cải thiện cách ly này rất hiệu dụng trong trường hợp ảnh hưởngtương hỗ gây nên bởi dòng cảm ứng mạnh ở mặt phẳng đế Kết quả đo thựcnghiệm ở hình 2.26 đã chứng minh đƣợc tác dụng của cấu trúc DGS khi cảithiện đƣợc 10 dB hệ số cách ly và đạt trên 25 dB giữa các cổng bất kỳ màkhông cầntăngkhoảngcáchgiữa các phầntửbứcxạ.

Hình2.26:Kết quảđo thamsố tánxạ củaantenMIMOvới bốnphầntửbứcxạ[20]

Đườngtrungtính

Khi một trong hai phần tử của anten MIMO đƣợc kích thích, nó cảm ứngdòngđiệnsangphầntửlâncậnvàlàmtăngtươnghỗvàtươngquangiữahai

T ổn ha on gƣ ợc (d B ) Đường trung tính

Anten đơn cực 2 ng đế

Mặt phẳ phần tử Đường trung tính là một kỹ thuật để cải thiện cách ly trong đó dòngđiệntạiphầntửkíchthíchđƣợctríchratạimộtvịtrícụthể,sauđóphacủanóbịđảobằ ngcáchchọnchiềudàiđườngtrungtínhthíchhợp.Khiđódòngđiệnđảo pha sẽ đưa đến phần tử anten lân cận để triệt tiêu với dòng cảm ứng trựctiếp do phần tử đƣợc kích thích gây ra cho phần tử lân cận Nhờ đó dòng điệntương hỗ tổng thể trên phần tử lân cận sẽ bị giảm đi đáng kể Phương phápnàyhoạtđộngtrênnguyêntắctươngtựphươngphápphầntửkýsinh.

Việc lựa chọn điểm đặt đường trung tính là quan trọng nhất ở phươngpháp này Thông thường, vị trí đặt đường trung tính trên phần tử bức xạ phảicót r ở k h á n g c ự c t i ể u v à d ò n g đ i ệ n c ự c đ ạ i B ă n g t h ô n g h i ệ u d ụ n g c ủ a k ỹ thuật đường trung tínhphụ thuộc vào sự thay đổi của trở kháng tại điểm lựachọn Do đó, một điểm có trở kháng thấp trên phần tử bức xạ với trở kháng ổnđịnhsuốtdảitầnhoạtđộngđượcchọnlàđiểmbắtđầucủađườngtrungtính.

Hình2.27:MôhìnhantenMIMOsửdụngđườngtrungtính[21] Điểmlựachọntrênantenbịcảmứngphảicódòngcảmứnglớn.Chiềudàic ủađườngtrungtínhđượcchọnsaochođảophađượcdòngđiệnđểkhử thành phần dòng cảm ứng Phương pháp cải thiện ảnh hưởng tương hỗ sửdụng đường trung tính là một phương pháp đơn giản nhưng nó có một số hạnchế.Đầu tiên, việc lựa chọn điểm bắt đầu tại anten bức xạ là quá trình phứctạp Cần phải phân tích chi tiết phân bố dòng trên anten bức xạ để tìm đƣợc vịtrí này Thứ hai, cơ chế bức xạ của anten có thể hạn chế hiệu quả của kỹ thuậtnâng cao hệ số cách ly này Trong một số trường hợp, mặt phẳng đế đóng vaitrò chính trong cơ chế bức xạ (đặc biệt ở dải tần số thấp), vì vậy loại bỏ dòngcảm ứng là chƣa đủ và có thể chưa nâng cao được cách ly trong trường hợpnày Thứ ba, mỗi đường trung tính chỉ tác động cho một băng tần vì vậy kỹthuậtnàysẽkhóứngdụngđƣợctrong cácthiếtkếanten đabăngtần.

Hình 2.27 biểu diễn mô hình anten MIMO sử dụng đường trung tính đểgiảm thiểu tương hỗ [21] Anteng o m h a i p h ầ n t ử b ứ c x ạ đ ơ n c ự c đ ặ t đ ố i xứng nhau và nằm về hai phía cạnh của anten Một đường trung tính đƣợcthêmv à o c ấ u t r ú c v à n ố i h a i p h ầ n t ử b ứ c x ạ v ớ i n h a u K ế t q u ả m ô p h ỏ n g tham số tán xạ S của anten MIMO khi không có và có đường trung tính đượctrình bày ở hình 2.28.

Hệ số cách ly của anten khi có đường trung tính đạt 19dBvàcảithiệnđược9dBsovớitrườnghợpkhôngcóđườngtrungtính.

Hình 2.28: Mô phỏng các tham số tán xạ của (a) cấu trúc đề xuất và (b) cấu trúc thamkhảo(khôngcóđườngtrungtính)[21]

T h am số tá n xạ (d B ) T h am số tá n xạ (d B )

Tổngkếtchương

Chương này đã trình bày tổng quan về mô hình, các thông số và đặc tínhcủaantenMIMO.Xuhướngtíchhợpđaphươngtiện,yêucầutốcđộcao,kíchthước nhỏ gọn của các hệ thống thông tin vô tuyến thế hệ mới đã đặt ra nhiềuthách thức cho các nhà nghiên cứu khi thiết kế các anten MIMO Về cơ bản,đặc tính cách ly của anten MIMO đạt yêu cầu khi khoảng cách giữa các phầntử bức xạ ít nhất là/2 Điều này dẫn đến kích thước của hệ thống tăng lên.Các phân tích trong chương này đã chỉ rõ những nguyên nhân cơ bản dẫn đếnảnh hưởng tương hỗ của anten MIMO như tương hỗ do dòng mặt, tương hỗtrường khu gần, và các giải pháp giảm thiểu tương hỗ khác nhau nhƣ sửdụngc ấ u t r ú c m ặ t p h ẳ n g đ ế k h ô n g h o à n h ả o , s ử d ụ n g p h ầ n t ử k ý s i n h , s ử dụng đường trung tính, Việc đề xuất hợp lý các giải pháp nâng cao cách lysẽ quyết định đến thành công của các mô hình anten MIMO đƣợc thiết kếtrongluậnvănnày.

Giớithiệuchương

Hệ thống nhiều đầu vào-nhiều đầu ra (MIMO) với các đơn vị nhiềuantenởcảphíamáyphátvàmáythucóthểtậndụngcácthànhphầnđađườngmột cách đầy đủ để nâng cao hiệu suất của hệ thống không dây [22–25] Cácmảng anten MIMO đƣợc sử dụng rộng rãi trong thế hệ tiếp theo của hệ thốngtruyền thông không dây Vì công nghệ MIMO có thể nâng cao đáng kể nănglực của hệ thống và chống lại pha- đinh đa đường, nó đã trở thành chủ đề nhậnđƣợcnhiềusựquantâmtronglĩnhvựctruyềnthôngkhôngdây[26–29].

Trong các hệ thống không dây, để duy trì tính độc lập của từng phần tửanten trong hệ thống MIMO trong một không gian hạn chế, đó là một trongnhữngkhókhăncấpbáchđểkhắcphụcảnhhưởngghépnốitươnghỗtừantenliền kề, đặc biệt là đối với các mảng băng tần kép [29–31] Ghép nối tương hỗlà một hiện tượng phụ thuộc vào các phần tử mảng liền kề và ảnh hưởng lớnđến các đặc tính của hệ thống không dây phụthuộc vàoantenm ả n g v à g ầ n đây là hệ thống truyền thông không dây MIMO. Để đạt đƣợc khả năng ghépnốitươnghỗthấpvàcáchlycaogiữacácphầntửantenliềnkềvàcũngcóthểtriệt tiêu sóng bề mặt, một số phương pháp đã được nghiên cứu và đề xuất[32–37] Kỹ thuật phổ biến nhất là sử dụng kỹ thuật phân tập không gian bằngcách táchcác phần tử anten Tuy nhiên, kỹ thuậtnày cót h ể k h ô n g p h ù h ợ p với hầu hết các hệ thống không dây, vì nó đòi hỏi một không gian tương đốilớn để đặt hệ thống anten.

Vì vậy, một số kỹ thuật tích hợp hiệu quả cho antenvi dải đang đƣợc sử dụng nhiều trong thời gian gần đây, nhƣ phần tử ký sinh[38,39],mạngcáchly,đườngtrungtính, thểhiệnhiệuquảtrongcảithiệnhệsốcáchl ýcổnggiữa các phầntửantentronghệMIMO.

Luận văn đề xuất thiết kế một anten MIMO 2x2 nhỏ gọn sử dụng cấutrúc ký sinh hình chữ C chèn giữa hai phần tử anten đơn để giảm sự ghép nốitương hỗ của các anten vi dải Cấu hình của thiết kế bao gom hai phần tửanten được tiếp điện bằng đường truyền vi dải trở kháng 50 Ω Kết quả môphỏng cho thấy rằng khoảng xấp xỉ 14 dB tần số cộng hưởng 3,6 GHz,màkhông có bất kỳ tác động nào đến băng thông tần số và hiệu suất bức xạ.Anten MIMO đƣợc thiết kế hoạt động ở tần số 3,6 GHz ứng dụng cho hệthốngthôngtin5Gởtầnsốdưới 6 GHz.

Thiếtkếantenđơn

Tínhtoánlýthuyết

Phần tử anten đơn được thiết kế để cộng hưởng ở tần số 3,6 GHz là dảitần thuộc hệ thống thông tin 5G dưới 6 GHz Để thiết kế anten vi dải chữ nhậtnhư mô tả ở hình 3.1, ta dựa vào các thông số: tần số cộng hưởngf0và hệ sốđiện môi𝜀rcủa lớp nền Khi có các giá trị này, các thông số kích th ớc củaương ứng là công suất phát và công suất antenvidảichữnhậtsẽđượctính toánnhưsau.

𝜀rlàhằng sốđiện môitươngđối,𝜀r=4,4 f0làtầnsốcộnghưởng,f0=3,6GHz

Hằng số điện môi hiệu dụng là một thông số quan trọng trong việc tính toánthiết kế anten vi dải Sóng bức xạ sẽ đi từ mặt phẳng bức xạ xuống mặt phẳngđất một phần qua lớp điện môi, một phần sẽ qua không khí Lớp điện môi vàkhông khí có hệ số điện môi khác nhau, vì vậy, để giải quyết vấn đề này, tacần phải tính đƣợc hằng số điện môi hiệu dụng Giá trị của hằng số điện môihiệudụng đƣợcxácđịnh theo công thức[7]:

Hiệu ứng viền sẽ khiến cho chiều dài bức xạ điện của anten sẽ tăng lên mộtđoạnL,đƣợcxácđịnhbằng côngthức[7]:

 Độdàiđoạnlấnsâu(khoảngchèn)củađườngtiếpđiệnLinsetĐâylàkh oảnglấncủađườngtiếpđiệnvidảivàomặtphẳngbứcxạđểthựchiệnphốihợptrởkhán g.Độlấnsâunàyđƣợcxácđịnhbằngcôngthức[7]:

Trong đó,Zinlà trở kháng vào nếu anten độ tăng ích của anten phát và thu, d là khoảng cáchương ứng là công suất phát và công suấtợc tiếp iện ở rìa mặt phẳng độ tăng ích của anten phát và thu, d là khoảng cách bứcxạ,đƣợcxácđịnhbằng côngthức [7]:

VớiG1,G12lần l ợt là iện dẫn của một khe và iện dẫn t ơng hỗ ƣơng ứng là công suất phát và công suất độ tăng ích của anten phát và thu, d là khoảng cách độ tăng ích của anten phát và thu, d là khoảng cách ƣơng ứng là công suất phát và công suất giữa 2khe. k 0 W p 2

TrongđóJ0làhàmBessel loại1bậc0,k0= 2𝜋 ⁄𝜆làsốsóng.

Việc lấn sâu một đoạnLinscũng tạo nên 1 khe vật lý hình thành 1 mối nốiđiệndung,điềunàyảnhhưởngnhỏđếntầnsốcộnghưởng.

 Chiềudài đường tiếp điện(Lf)

TừkíchthướctínhtoántheolýthuyếttổnghợpởBảng3.1,antenđượcmô phỏng sử dụng phần mềm mô phỏng số Ansys Electronics Desktop đểkiểm chứng kết quả tính toán lý thuyết. Kết quả mô phỏng tần số cộng hưởngcủa phần tử anten đơn theo kích thước đã tính toán lý thuyết được trình bày ởhình 3.1 Quan sát từ hình 3.2 ta thấy anten đơn cộng hưởng ở tần số 3,64GHz, như vậy theo tính toán lý thuyết, anten đạt cộng hưởng gần với tần sốthiết kế3,6 GHz.

Bảng3.1:Cácthamsốtínhtoánlýthuyếtcủaanten đơn(đơnvị:mm)

Hình3.2:MôphỏnghệsốphảnxạS11củaantenđơntheocáckíchthướcđãt í n h toánlý thuyết

Tiếp theo, các kích thước của anten sẽ được tối ưu để xác định giá trịmàtạiđóantenhoạtđộngởtầnsốthiếtkế.Antenđượcmôphỏngtốiưubằngcách thayđổi giá trị chiều dài tấm bức xạ Lptrong khi các tham số kích thướckhác đƣợc giữ cố định Kết quả mô phỏng hệ số phản xạ của anten đơn vớicác giá trị Lpkhác nhau đƣợc biểu diễn trong hình 3.3 Từ hình 3.3 ta thấyrằng tần số cộng hưởng của anten đơn có thể dễ dàng điều chỉnh đạt tần sốcộnghưởng thiếtkếkhithayđổi giátrị Lp.

Hình3.3:Mô phỏnghệsố phảnxạS11 vớicácgiá trịL p khácnhaukhi L inset =8mm:

(a) L p thay đổi từ 19 mm đến 21 mm với bước nhảy 0,5mm, (b) L p thay đổi từ 19 mmđến19,5mmvớibước nhảy 20mm

Tuy nhiên, để đạt phối hợp trở kháng tốt, cần tối ƣu vị trí tiếp điện,cụthể là xác định độ sâu khoảng chèn Linset Theo lý thuyết anten, khi trở khángđườngtiếpđiệnvàtrởkhángvàocủaantenbằngnhauthìsẽđạtcộnghưởng lý tưởng Vì vậy, với trở kháng đường tiếp điện vi dải là 50Ω, ta cần xác địnhvị trí tiếp điện trên tấm bức xạ mà tại đó trở kháng bằng 50Ω Với đặc điểmtrở kháng lớn nhắt ở các cạnh rìa, giảm dần khi hướng về tâm và bằng khôngtạitâmcủatấmbứcxạ,độsâukhoảngchènsẽđượckhảosátvàtốiưu.

Hình 3.4 trình bày kết quả mô phỏng hệ số phản xạ của anten đơn vớicác độ sâu chèn Linsetkhác nhau Từ hình 3.4 cho thấy độ sâu cộnghưởng củaanten thay đổi khi giá trị Linsetthay đổi Điều này hoàn toàn phù hợp với lýthuyết vì khichiều dài Linsetthay đổi, làm cho trở kháng vào anten thay đổi, từđó làm cho phối hợp trở kháng giữa đường tiếp điện và anten (tấm bức xạ)thay đổi theo Từ kết quả mô phỏng cho thấy anten đạt phối hợp trở kháng tốtnhấtkhiLinset=8mm.

Hình3.4:Mô phỏng hệsố phản xạS11 vớicácgiá trịL inset khácnhau

Sau khi tối ƣu phối hợp trở kháng, ta xác định đƣợc giá trị kích thướctối ưu để anten cộng hưởng ở tần số thiết kế 3,6 GHz Từ kết quả mô phỏng ởhình3.5,antenđạtcộnghưởngởtầnsốtrungtâmlà3,6GHzvớibăngthông-10dBlà100MHzvàđộsâucộnghưởngđạt-31,76dB.

AntenđơncóđothịbứcxạdạngđịnhhướngtrongmặtphẳngTheta với hệ số tăng ích đỉnh đạt 3,2 dBi Kết quả mô phỏng đo thị bức xạ của antenđơn biểu diễn ở hình 3.5 Các tham số kích thước tối ƣu của anten đơn đƣợcbiểudiễn ởBảng3.2.

Hình 3.6: Mô phỏng đồ thị bức xạ của anten đơn tại tần số 3,6 GHz: (a) Đồ thị bức xạ2D,(b) Đồ thị bứcxạ 3D

Môphỏngtốiưu

Thiếtkếanten MIMO2x2

Mô hình antenMIMObanđầu

3.2.3.Hai anten đƣợc đặt song song trên cùng đế điện môi FR4_epoxy, đƣợctiếp điện ở 2 cổng độc lập Mô phỏng tham số tán xạ khi khoảng cách giữa haiphần tử anten đƣợc cố định một khoảng cách D cố định, bao gom hệ số phảnxạtạicổng1và2làS11vàS22vàhệsốtruyềnđạtgiữa2cổnglàS12vàS2

1 sẽ đƣợc thực hiện để khảo sát đặc tính bức xạ của anten MIMO Cụ thể,từhệsốtruyềnđạtcóthểđánhgiáảnhhưởngtươnghỗghépnốihoặcđộcáchlycổngb ứcxạ.Đểđảmbảotươnghỗghépnối,theolýthuyếthệsốtruyềnđạtphải-

Trướctiên,haiphầntửantenđượcđặtgầnnhauvớikhoảngcáchD=5mm Do haianten có cùng chung đế điện môi, hai tấm bức xạđặt gần nhaunên bức xạ dòng bề mặt từ anten thứ nhất ảnh hưởng trục tiếp đến bức xạ củaanten thứ hai đặt kề bên Khi đó, ảnh hưởng tương hỗ do ghép nối giữa haiphần tử anten này là -12,56 dB, và lớn hơn -15 dB so với mức cho phép Bêncạnh đó,ảnh hưởng của bức xạ dòng mặt cũng làm thay đổi tần số cộnghưởng củaantenMIMOsovớianten đơnban đầu.

Cấu trúckýsinh

Để đảm bảo tính cấu hình thấp (kích thước nhỏ gọn) của anten MIMO,cácphầntửantenđơntronghệMIMOcầnđƣợcđặtgầnnhaunhằmgiảmkíchthƣ ớcchungcủa antenMIMO.T u y n h i ê n , k h o ả n g c á c h g i ữ a h a i p h ầ n t ử anten đơn trong hệ MIMO ít nhất bằng λ/4 tại tần số cộng hưởng trung tâm đểđảm bảo ảnh hưởng tương hỗ ghép nối ở mức cho phép (− 1 5 d B ) Vì vậy,để giảm kích thước anten MIMO đong thời đạt độ cách ly cổng cao, luận vănđề xuất sử dụng cấu trúc ký sinh vi dải hình chữ C chèn giữa hai tấm bức xạcủa2antenđơn.Vềnguyênlý,cấutrúckýsinhchữCsẽhoạtđộngnhƣmột bộ lọc chắn dải, cộng hưởng ở cùng tần số hoạt động của anten đơn Khi đó,dòng điện mặt tương hỗ từ phần tử anten này sang phần tử kia sẽ bị giữ lạiphầnlớntạicấutrúckýsinh.Từđó,ảnhhưởngdòngmặttừphầntửanten nàysang phầntửantenkia sẽgiảmđángkể. Để khảo sát đặc tính chắn dải ở cấu trúc ký sinh chữ C Mô phỏng dạngbộ lọc với hai cổng 1 và 2 Các hệ số phản xạ tại cổng và hệ số truyền đạt từcổng1sangcổng2sẽđƣợckhảosátđểxácđịnhtầnsốmàcấutrúcnàysẽgiữlại Kết quả mô phỏng tham số tán xạ của cấu trúc ký sinh chữ C ở hình 3.8cho thấy, cấu trúc chữ C hoạt động nhƣ một bộ lọc chắn dải với hệ số truyềnđạt S21 đạt cộnghưởngtại tần số3.6 GHz.

Hình3.9:Mô phỏng thamsốtán xạ củacấu trúckýsinh chữC

Môhình antenMIMO2x2với cấu trúckýsinh chữC

Mô hình anten MIMO 2x2 sử dụng cấu trúc ký sinh chữ C đƣợc trìnhbày ở hình 3.9 Cấu trúc ký sinh là đường vi dải hình chữ C được đặt đongphẳng và chèn giữa hai tấm bức xạ của anten MIMO Vị trí đặt của cấu trúcchữ C sẽ được tối ưu bằng mô phỏng Kích thước cấu trúc chữ C được biểudiễn chitiếttrênhình3.9.

Hình 3.10:Mô hình anten MIMO 2x2 với cấu trúc ký sinh chữ C (kích thước ở đơnvị:mm)

Hình 3.10 biểu diễn kết quả mô phỏng các tham số tán xạ của antenMIMO 2x2 sử dụng cấu trúc ký sinh chữ C Quan sát từ kết quả trên ta thấy,anten MIMO đề xuất đạt cộng hưởng ở tần số trung tâm là 3,6 GHz với hệ sốcách ly cổng S21 thấp hơn nhiều so với anten MIMO khi chƣa sử dụng cấutrúc ký sinh chữ C Điều này chứng tỏ cấu trúc ký sinh chữ C đã thực hiện lọcvàgiamgiữthànhphầnbứcxạdòngmặtgâytươnghỗ ghépnốigiữahaiphầntửantenđơnđặtkềnhautronghệMIMO.

Hình3.11:Môphỏngthamsốtán xạcủa anten MIMO 2x2sửdụngcấu trúcký sinh chữC

Hình 3.12: Mô phỏng hệ số truyền đạt S21 của anten MIMO 2x2 khi không có và cócấutrúcký sinh chữC

So sánh kết quả mô phỏng hệ số truyền đạt S21 của anten MIMO khikhông có và có cấu trúc ký sinh chữ C đƣợc trình bày ở hình 3.12 Quan sátkết quả trên ta thấy, anten MIMO khi có cấu trúc ký sinh chữ C giảm đượcảnh hưởng tương hỗ ghép nối xấp xỉ 14 dB so với anten MIMO khi không cócấutrúc này.

Hình 3.13 biểu diễn mô phỏng phân bố dòng điện trên antenMIMOkhông có và có cấu trúc ký sinh Đối với phần diện tích có mật độ dòng điệnphân bố lớn thì sẽ có màu đỏ, cam, còn phần diện tích gần nhƣ không có phânbốdòngđiệnlà màuxanhđậm.

Hình 3.13: Phân bố dng điện trên anten MIMO: (a) Không có cấu trúc ký sinh,

Quan sát hình 3.13 ta thấy, ở trường hợp anten MIMO khi không sửdụng cấu trúc ký sinh (hình 3.13 a), khi anten thứ nhất bức xạ (anten bên trái)thì dòng bức xạ bề mặt ảnh hưởng lớn đến anten thứ 2, biểu hiện mật độ dòngđiện tương hỗ tập trung lớn (phần diện tích màu đỏ, cam) Tuy nhiên, ởtrường hợp anten MIMO sử dụng cấu trúc chữ C, ta thấy rằng phần lớn dòngbức xạ mặt từ phần tử thứ nhất sang phần tử thứ hai đã được chặn và lưu giữlại cấu trúc chữ C Khi đó, mật độ dòng diện tập trung lớn ở phần cấu trúc chữCvàphầnlớndiệntíchchữCchuyểnmàuđỏnhƣmôtảởhình3.13b. Vìvậy, phần tử anten thứ hai gần như không bị ảnh hưởng, biểu hiện là phầndiệnt í c h m à u x a n h đ ậ m ở h ì n h 3 1 3 b K ế t q u ả m ô p h ỏ n g p h â n b ố m ậ t đ ộ dòng điện tại tần số 3,6 GHz làm rõ được hiệu quả của cấu trúc chữ C tronggiảmảnhhưởngbứcxạdòng mặtlantruyềngiữacácphầntửantenđơn.

Tổngkếtchương

Qua chương nay, luận văn cơ bản đã xây dựng được mô hình antenMIMO2x2,cóhệsốcáchly(hệsốtruyềnđạt)c a o VớicấutrúckýsinhchữCcơ bản đã cải thiện hệ số truyền đạt trong hệ anten Phần mêm mô phỏng cũngđãđưarađượccácthamsốtốiưuphùhợpvớicácchỉtiêuthiếtkếbanđầu.

Lý thuyết tổng quan về anten vi dải và anten MIMO đƣợc trình bày ởchương 1 và chương 2 của luận văn Trong đó, các tham số cơ bản của anten,các phương pháp tiếp điện cho anten vi dải được tập trung giới thiệu ởchương 1, trong khi đó các nghiên cứu về phương pháp cải thiện độ cách lycổng giữa các phần tử bức xạ trong hệ MIMO đã được trình bày chi tiết trongchương2.

Nội dung thiết kế của luận văn được trình bày ở chương 3 Cụ thể, mộtanten vi dải tiếp điện bằng đường truyền vi dải đã được thiết kế thành côngvới kích thước nhỏ gọn, hoạt động ở tần số 3,6 GHz Đây là tần số cho hệthốngthôngtin5Gởdảitầnsốdưới6GHz.MôhìnhantenMIMO2x2vớihệsố cách ly cổng cao đƣợc thiết kế sử dụng cấu trúc ký sinh vi dải hình chữ Cđã cho thấy khả năng cải thiện đáng kể hệ số cách ly so với anten MIMOkhông có cấu trúcchữC cócùng kíchthước.

Mặcd ù đ ã t h i ế t k ế t h à n h c ô n g a n t e n M I M O 2 x 2 c ó k í c h t h ƣ ớ c n h ỏ gọn, hệ số cách ly công cao ở tần số 3,6 GHz, tuy nhiên, một số nội dung cầnthựchiệntrong thờigiantới đểhoànthiệnkếtquảnghiên cứucủaluận văn:

-Tối ƣu cấu trúc ký sinh để tiếp tục cải thiện độ cách ly cổng khi khoảngcáchđặtgiữa cácphầntửantenđơngiảmnhỏhơn.

Chết ạ o v à đ o t h ự c n g h i ệ m c á c t h a m s ố S 1 1 v à S 2 1 , h ệ s ố t ă n g í c h c ủ a a ntenMIMO2x2khicó vàkhôngcó cấutrúckýsinhchữC.

[1] W Roh, J Y Seol, J Park et al., “Millimeter-wave beamform- inga s anenablingtechnologyfor5Gcellularc o m m u n i c a t i o n s : theoreticalfeasibilityandprototyperesults,”IEEECommuni- cations Magazine,vol.52,no.2,pp.106–113,2014.

[2] J G Andrews, S Buzzi, W Choi et al., “What will 5G be?,”

IEEEJournal on Selected Areas in Communications, vol 32, no.

[3] P Wang, Y Li, L Song, and B Vucetic, “Multi-gigabit millimeterwavewirelesscommunicationsfor5G:fromfixedaccesstoc ellular networks,” IEEE Communications Magazine, vol 53, no.1,pp.168–178,2015.

[4] T.S.Rappaport,Y.Xing,G.R.MacCartney,A.F.M o l i s c h , E Mellios, andJ.Zhang,“OverviewofMillimeterWaveCom-munications for Fifth-Generation (5G) Wireless Networks- with afocus on Propagation Models,” IEEE Transactions on Antennasand Propagation,vol.65,no.No.12,pp.6213– 6230,2017.

[5] J.R.Costa,E.B.Lima,C.R.Medeiros,andC.A.Fernandes,“Evaluationofan ewwidebandslotarrayforMIMOp e r f o r - mance enhancement in indoor WLANs,” IEEE Transactions onAntennas and Propagation,vol.59,no.4,pp.1200–1206,2011.

[6] A Mchbal, N Amar Touhami, H Elftouh, and A Dkiouak,

“Mutualcoupling reduction using a protruded ground branch structure in acompact UWB owl-shaped MIMO antenna,”International Journalof Antennas and Propagation, vol 2018,Article ID 4598527, 10pages,2018.

[7] C.A.Balanis, Antennatheory:analysisanddesign,JohnWiley& Sons,2016.

8(May2009),"Detailedspecifications oftheradiointerfac esofinternationalmobiletelecommunications-2000(IMT-2000)."

[10] Biglieri,Calderbank,Constantinides,Goldsmith,Paulraj,andPoor(2007),MI

[13] Chen, Xiaoming & Zhang, Shuai & Li, Qinlong (2018), “A Review ofMutualCouplinginMIMOSystems,”IEEEAccess.PP.1-

[15] Pelosi, Knudsen, and Pedersen (2012), "Multiple antenna systems withinherently decoupled radiators," IEEE Transactions on Antennasand Propagation,vol.60,pp.503-515.

[16] Chen,Wang,andChung(2008),"Adecouplingtechniquef o r increasingthepor tisolationbetweentwostronglycoupledantennas," IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol.56,pp.3650-3658.

[17] Mak,Rowell,andMurch(2008),"IsolationEnhancementB e t w e e n Two

Closely Packed Antennas," IEEE Transaction on Antennasand Propagation,vol.56,pp.3411-3419.

[18] Zhengyi,Zhengwei,Takahashi,Saito,andIto(2012)," R e d u c i n g Mutu al Coupling of MIMO Antennas With Parasitic Elements forMobileTerminals,"IEEETransactionsonAntennasandPropagatio nvol.60,pp.473-481.

[19] Alsath, Kanagasabai, and Balasubramanian (2013), "Implementation ofslottedmeander- lineresonatorsforisolationenhancementinmicrostrip patch antenna arrays," IEEE Antennas and WirelessPropagation Letters,vol.12,pp.15-18.

[20] Li, Xiong, and He (2009), "A compact planar MIMO antenna system offour elements with similar radiation characteristics and isolationstructure," IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol.8,pp.1107-1110.

[21] Su,Lee,andChang(2012),"PrintedMIMO- antennasystemusingneutralization-linetechniqueforwirelessUSB- dongleapplications," IEEE Transactions on Antennas and Propagation,vol.60,pp.456-463.

[22] Yang, H H and Y Q S Quel, “Massive MIMO meet small cell,”SpringerBriefsinElectricalandComputerEngineering,2 0 1 7 , DOI10.1007/978-3-319-43715-62.

[23] Parchin, N O., et al., “Microwave/RF components for 5G front- endsystems,”AvidScience,1–200,2019.

[24] Balanis, C A., Antenna Theory, 3rd Edition, Chapters 2, 4, 6, and

[25] Ojaroudi, N and N Ghadimi, “Dual-band CPW-fed slot antenna forLTE and WiBro applications,” Microw Opt Technol Lett., Vol.56,1013–1015,2014.

Sharawi,“Compact4GMIMOantennaintegratedwitha5Garrayforcu rrentandfuturemobilehandsets,”IETMicrow.AntennasPropag.,Vol.11,271–279,2017.

[27] Ojaroudi, Y., et al., “Circularly polarized microstrip slot antenna with apair of spur-shaped slits for WLAN applications,” Microw. Opt.Technol.Lett.,Vol.57,756–759,2015.

[28] Abdulkhaleq,A.M.,etal.,“Mutualcouplingeffectonthree- waydohertyamplifierforgreencompactmobilecommunications,”Eu CAP2020,Copenhagen,Denmark,2020.

[29] Ojaroudi, N and N Ghadimi, “Design of CPW-fed slot antenna forMIMOs y s t e m a p p l i c a t i o n s , ” M i c r o w O p t T e c h n o l L e t t , V o l 56,1278–1281,2014.

[29] Ojaroudiparchin, N., et al., “Multi-layer 5G mobile phone antenna formulti- userMIMOcommunications,”Proc.23rdTelecommun.ForumTelfor (TELFOR),559–562,Nov.2015.

[30] Kim, S and S Nam, “A compact and wideband linear array antennawith low mutual coupling,” IEEE Trans Antennas Propag., Vol.67,5695–5699,2019.

[31] Parchin,N.O.,etal.,“Eight-elementdual-polarizedMIMOs l o t antenna system for 5G smartphone applications,” IEEE Access,Vol.9,15612–15622,2019.

[32] Rajo-Iglesias,E.,O.Quevedo-Teruel,andL.Incla´n-Sa´nchez,“Mutualcoupling reduction in patch antenna arrays by using a planar EBGstructure and a multilayer dielectric substrate,” IEEE TransactionsonAntennasand Propagation,Vol.56,1648–1655,2008.

[33] Malmstrom, J., H Holter, and B L G Jonsson, “On mutual couplingand coupling paths between antennas using the reaction theorem,”IEEETrans.Electromagn.Compat.,Vol.60,2037–

[34] Alzahed, A M., S M Mikki, and Y M M Antar, “Nonlinear mutualcouplingcompensationoperatordesignusinganovelelectroma gneticmachinelearningparadigm,”IEEEAntennasWireless

[35] Nurhayati,G.Hendrantoro,F.Takeshi,andE.Setijadi,“Mutualcouplingred uctionforaUWBcoplanarvivaldiarraybyatruncatedandcorrugatedsl ot,”IEEEAntennasandWirelessPropagation Letter,Vol.17,2018.

[36] Iqbal,A.,O.A.Saraereh,A.W.Ahmad,andS.Bashir,“Mutualcouplingredu ctionusingF-shapedstubsinU W B -

[37] Hameed, K W H., et al., “The performance of SLNR beamformers inmulti-user MIMO systems,” Broad Nets’ 2018, Faro, Portugal,2018.

[38] Kiani-Kharaji,M.,H.R.Hassani,andS.Mohammad-Ali-

Nezhad,“Widescanphasedarraypatchantennawithmutualcouplingre duction,” IET Microw., Antennas Propag., Vol 12, 1932– 1938,2018.

[39] Mazloum, J., etal., “Compact triple-band S-shaped monopole diversityantennaforMIMOapplications”AppliedComputationalEle ctromagneticsSociety(ACES)Journal,Vol.28,9 7 5 – 9 8 0 , 2015.