đồ án chuyên ngành thiết kế anten vi dải bằng phần mềm ansolf hfss

Giới thiệu chung Khái niệm anten vi dải lần đầu tiên được đưa ra bởi Deschamps vào năm 1953, Gutton và Bassinot vào năm 1955.. Tuy nhiên mãi tới tận năm 1972 người ta mới đi vào chế tạo

1.2.2 Anten vi dải

1.2.2.1 Giới thiệu chung

Khái niệm anten vi dải lần đầu tiên được đưa ra bởi Deschamps vào năm 1953, Gutton

và Bassinot vào năm 1955 Tuy nhiên mãi tới tận năm 1972 người ta mới đi vào chế tạo các anten vi dải, bởi vì thời điểm này mới xuất hiện chất nền có các đặc tính tốt Như được chỉ ra trong hình 1.13, anten vi dải với cấu hình đơn giản nhất bao gồm một patch phát xạ nằm trên một mặt của chất nền điện môi (εr<=10), mặt kia của chất nền là mặtεr<=10), mặt kia của chất nền là mặtr<=10), mặt kia của chất nền là mặt phẳng đất Patch là vật dẫn điện, thông thường là đồng hay vàng, có thể có hình dạng bất

kỳ, nhưng các hình dạng thông thường nói chung được sử dụng nhiều Hằng số điện môi của chất nền đóng vai trò quan trọng nhất đối với hoạt động của anten Nó ảnh hưởng đến trở kháng đặc tính, tần số cộng hưởng, băng thông và hiệu suất của anten

Ưu điểm của anten vi dải f

Trọng lượng nhẹ, kích thước nhỏ, có cấu trúc phẳng nên dễ dàng chế tạo

 Giá thành sản xuất thấp, phù hợp cho nhiều ứng dụng

 Dễ dàng được gắn lên các đối tượng khác

 Có thể tạo ra các phân cực tròn, tuyến tính chỉ đơn giản bằng cách thay đổi phương pháp tiếp điện

 Dễ dàng chế tạo các anten có thể hoạt động với nhiều dải tần

 Mạng phối hợp trở kháng và đường tiếp điện có thể được in cùng với cấu trúc anten

Nhược điểm của anten vi dải

 Băng thông nhỏ (εr<=10), mặt kia của chất nền là mặtchỉ ~ 0.5 tới 10%)

 Hầu hết anten vi dải bức xạ trong nửa không gian

 Giới hạn độ tăng ích cực đại (εr<=10), mặt kia của chất nền là mặt~ 20 dB)

 Hiệu suất bức xạ kém

 Xuất hiện các sóng mặt

 Công suất cho phép thấp

1.2.2.2 Một số loại anten vi dải cơ bản

Anten patch vi dải Anten có patch vi dải (εr<=10), mặt kia của chất nền là mặtmicrostrip patch antenna, MPA) bao gồm một patch dẫn điện có hình dạng phẳng hay không phẳng trên một mặt của một chất nền điện môi, và mặt phẳng đất trên mặt còn lại của chất nền Các cấu hình cơ bản mà được sử dụng trong thực tế được chỉ ra trong hình 1.14(εr<=10), mặt kia của chất nền là mặta)

Anten khe mạch in

Các anten khe mạch in (εr<=10), mặt kia của chất nền là mặtprinted slot antenna) có một khe được cắt trên mặt kim loại Khe này có thể có bất kỳ hình dạng nào Về lý thuyết, hầu hết các hình dạng của patch

vi dải mà được chỉ ra trong hình 1.7 có thể được thực hiện lại trong dạng của một khe mạch in

Anten sóng chạy vi dải Anten sóng chạy vi dải (εr<=10), mặt kia của chất nền là mặtmicrostrip traveling-wave antenna, MTA) gồm các dải dẫn điện tuần hoàn hoặc một đường vi dải dài đủ rộng để hỗ trợ TE mode Điểm cuối kia của anten sóng chạy được mắc một tải có điện trở được phối hợp trở kháng để tránh các sóng phản xạ trên anten

1.2.2.3 Anten patch hình chữ nhật Đây là một anten phẳng cơ bản nhất, nó bao gồm một phiến dẫn điện phẳng bên trên một mặt phẳng đất Có nhiều phương pháp tiếp điện cho anten, nhưng thông thường tiếp điện bằng cáp đồng trục hoặc đường truyền vi dải Phần tiếp điện đưa năng lượng điện từ vào và/hoặc ra khỏi patch Hình dưới đây thể hiện phân bố điện trường của anten patch hình chữ nhật được kích thích ở mode cơ bản

Trên hình 1.18a, điện trường bằng 0 ở tâm patch, đạt cực đại (εr<=10), mặt kia của chất nền là mặtdương) ở một cạnh và đạt cực tiểu (εr<=10), mặt kia của chất nền là mặtâm) ở cạnh đối diện Tuy nhiên sự biến đổi giữa cực đại và cực tiểu xảy ra liên tục do pha tức thời của tín hiệu đặt vào anten

Điện trường mở rộng ra cả bên ngoài mặt phân giới điện môi – không khí Thành phần điện trưởng mở rộng này được gọi là trường viền (εr<=10), mặt kia của chất nền là mặtfringing field) và nó làm cho patch bức xạ Một số phương pháp phân tích anten vi dải phổ biến dựa trên khái niệm hốc cộng hưởng rò (εr<=10), mặt kia của chất nền là mặtleaky-cavity)

Do đó, mode cơ bản khi sử dụng lý thuyết hốc cộng hưởng là mode TM10 Kí hiệu này thường gây ra nhầm lẫn TM tượng trưng cho phân bố từ trường ngang Điều này có nghĩa rằng chỉ có 3 thành phần, đó là: điện trường theo hướng z, từ trường theo hướng x

và y trong hệ tọa độ Đề các, trong đó trục x và y song song với mặt phẳng đất, và trục z vuông góc với mặt phẳng đất Nói chung, các mode được kí hiệu là TMnmz

Giá trị z hầu như bị bỏ qua do sự biến đổi của điện trường theo trục z coi như không đáng kể Do đó, kí hiệu TMnm chỉ ra sự biến đổi của trường theo hướng x và y Sự biến đổi của trường theo hướng y hầu như không đáng kể, do đó m bằng 0 Trường biến đổi chủ yếu theo hướng x, do đó ở mode cơ bản thì n = 1

Hình 1.18b,c thể hiện sự biến đổi dòng (εr<=10), mặt kia của chất nền là mặttừ trường) và điện áp (εr<=10), mặt kia của chất nền là mặtđiện trường) trên patch, dòng đạt cực đại tại tâm patch và cực tiểu gần các cạnh trái và phải; trong khi điện trường bằng 0 tại tâm patch và đạt cực đại gần cạnh trái, cực tiểu gần cạnh phải Từ biên độ của dòng và áp, ta có thể tìm được trở kháng (εr<=10), mặt kia của chất nền là mặttrong hình 1.18c) Trở kháng đạt cực tiểu ở giữa patch và cực đại ở gần 2 cạnh Có một điểm nằm ở đâu đó dọc theo trục

x, tại đó trở kháng là 50 f, ta có thể đặt điểm tiếp điện tại đó