THIẾT kế ANTEN SHORT BACKFIRE sử DỤNG CHO tần số 2 44 GHz

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC THIẾT KẾ ANTEN SHORT BACKFIRE SỬ DỤNG CHO TẦN SỐ 2.44 GHz Sinh viên thực hiện: Giáo viên hướng dẫn: Phạm Hữu Nhân Ts. Lương Vinh Quốc Danh MSSV: 1071115 Lớp: Điện tử viễn thông 2 K33 Cần Thơ, Tháng 12/2010 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC THIẾT KẾ ANTEN SHORT BACKFIRE SỬ DỤNG CHO TẦN SỐ 2.44 GHz Sinh viên thực hiện: Giáo viên hướng dẫn: Phạm Hữu Nhân Ts. Lương Vinh Quốc Danh MSSV: 1071115 Lớp: Điện tử viễn thông 2 K33 Cán bộ phản biện Ths. Trần Hữu Danh Ths. Nhan Văn Khoa Luận văn được bảo vệ tại: Hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp Bộ môn Điện tử Viễn thông, Khoa Công Nghệ, Trường Đại học Cần Thơ vào ngày 07 tháng 12 năm 2010 Có thể tìm hiểu luận văn tại: Thư viện Khoa Công Nghệ, Trường Đại học Cần Thơ LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình học tập và sinh hoạt tại trường Đại học Cần Thơ, đặc biệt trong khoảng thời gian em thực hiện luận văn tốt nghiệp, em đã nhận được sự giúp đỡ tận tình về mọi mặt của quý thầy cô giáo trong trường. Nay em xin chân thành gửi lời cám ơn đến: Trường Đại học Cần Thơ và Ban Giám Hiệu trường. Nhờ trường Đại học Cần Thơ đã đào tạo cũng như cung cấp những điều kiện học tập tốt nhất cho em trong suốt thời gian qua để em có thể hoàn thành tốt khóa học. Em xin chân thành cảm ơn đến toàn thể quý thầy cô Bộ môn Điện Tử Viễn Thông – khoa Công Nghệ, những người đã trực tiếp truyền đạt kiến thức về chuyên môn cũng như kiến thức về xã hội với sự tâm quyết và tận tụy nhất để em có thể an tâm bước ra trường phục vụ cho xã hội. Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Lương Vinh Quốc Danh, nhờ Thầy đã hướng dẫn và cung cấp kiến thức chuyên môn và thực tế cho em để em có thể hoàn thành luận văn tốt nghiệp một cách tốt nhất. Sau cùng cho tôi gửi lời cảm ơn đến toàn thể các bạn sinh viên ngành Điện tử, đặc biệt là các bạn lớp Điện tử Viễn thông 2 – K33 đã có những đóng góp quý báo để tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp này. Cần Thơ, ngày 22 tháng 12 năm 2010 Sinh viên thực hiện Phạm Hữu Nhân NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN    Cần Thơ, ngày….tháng….năm 2010 Giáo viên hướng dẫn NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN    Cần Thơ, ngày….tháng….năm 2010 Giáo viên phản biện MỤC LỤC TÓM TẮT 1 ABSTRACT 2 TỪ KHÓA 3 LỜI MỞ ĐẦU 4 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 5 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 5 1.2 LỊCH SỬ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 5 1.3 PHẠM VI CỦA ĐỀ TÀI 6 1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ HƯỚNG GIẢI QUYẾT 6 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 7 2.1 SƠ LƯỢC VỀ ANTEN 7 2.1.1 Khái niệm về anten 7 2.1.2 Đặc tính bức xạ điện từ của anten 7 2.1.3 Một số cấu trúc anten thông dụng 8 2.2 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA ANTEN 12 2.2.1 Đồ thị bức xạ (Radiation pattern) 12 2.2.2 Vùng bức xạ của anten (field zones) 12 2.2.3 Búp sóng (lobe) 14 2.2.4 Khổ trường (Beamwidth) 15 2.2.5 Cường độ bức xạ (Radiation Intensity) 15 2.2.6 Độ định hướng (Directivity) 16 2.2.7 Độ lợi (Gain) 17 2.2.8 Hiệu suất anten (Antenna Efficiency) 18 2.2.9 Dải thông của anten (FBW – Frequency BandWidth) 19 2.2.10 Trở kháng vào (Input Impedence) 19 2.2.11 Tỉ số sóng đứng điện áp (VSWR) 20 2.2.12 Tổn hao phản xạ (Return Loss) 21 2.3. SHORT BACKFIRE ANTENNA 22 2.3.1 Giới thiệu chung 22 2.3.2 Cấu tạo của anten short backfire cổ điển 23 2.3.3 Độ lợi của anten short backfire 24 2.3.4 Half Power BeamWidth (HPBW) của anten short backfire 25 2.3.5 Mức búp sóng phụ của anten short backfire 26 2. 4 ANTEN VI DẢI ( MICROSTRIP ANTENNA) 27 2.4.1 Giới thiệu chung 27 2.4.2 Một số loại anten vi dải cơ bản 29 2.4.3 Các phương pháp tiếp điện cho anten vi dải 31 2.4.3.1 Microstrip Line Feed 31 2.4.3.2 Coaxial Feed 32 2.4.3.3 Aperture Coupled Feed 33 2.4.3.4 Proximity Coupled Feed 34 2.4.4 Các phương pháp phân tích anten vi dải 34 2.4.4.1 Transmission Line Model 35 2.4.4.2 Cavity Model 37 2.4.4.3 Full Wave Solution-Method of Moments 39 CHƯƠNG 3: NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ THỰC HIỆN 40 3.1 NỘI DUNG 40 3.1.1 Cơ sở để thiết kế anten 40 3.1.2 Tính toán các thông số kĩ thuật cho anten 42 3.1.3 Phương pháp tiếp điện cho anten 43 3.1.4 Tiêu chuẩn đánh giá anten 43 3.1.5 Tối ưu các thông số kĩ thuật cho anten 44 3.2 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 45 3.3 KẾT QUẢ THỰC TẾ 71 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 73 PHỤ LỤC 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO 90 Phạm Hữu Nhân – ĐTVT K33 Đại học Cần Thơ 1 TÓM TẮT Nói đến một hệ thống vô tuyến là nói tới việc sử dụng sóng điện từ. Và thành phần quan trọng trong việc thu và phát sóng điện từ không có gì khác chính là anten. Anten được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như trong các hệ thống truyền hình, phát thanh, điều khiển, vệ tinh, …Chính vì thế việc nghiên cứu và thiết kế để tạo nên những loại anten có đặc tính tốt, độ bền cao phục vụ cho việc truyền nhận tín hiệu ngày càng được chú trọng hơn. Theo xu hướng đó, đề tài luận văn này tập trung nghiên cứu và thiết kế một anten short backfire độ bền cao. Vật liệu để làm anten là mạch in FR4 có hằng số điện môi 4.6, độ dày 1.6 mm, sử dụng mặt phản xạ bằng nhôm. Anten được dùng cho mục đích giao tiếp điểm nối điểm và cho các thiết bị hoạt động ở tần số 2.44 GHz. Để chế tạo được anten mong muốn, ta tiến hành tìm hiểu lí thuyết, cấu trúc và kích thước anten. Sau đó mô phỏng trên phần mềm Ansoft HFSS và tiến hành thiết kế một anten thật. Cuối cùng ta tiến hành đo đạc các thông số, so sánh kết quả mô phỏng với kết quả thực tế để đi đến thiết kế một anten tối ưu nhất. Phạm Hữu Nhân – ĐTVT K33 Đại học Cần Thơ 2 ABSTRACT Speaking to a radio system refers to the use of electromagnetic waves. And important component in the transmit and receive electromagnetic waves is no different antenna. Antennas are used in many fields like in TV systems, radio controls, satellite, Therefore, the research and design to create the type of antenna has good characteristics, high stability for the transmit and receive of signals increasingly more attention. Under that trend, the topic of this thesis focused on studying and designing a durable short backfire antenna. Material to the antenna is FR4 printed circuit board with dielectric constant 4.6, thickness 1.6 mm, using an Aluminum reflector. Antenna used for communication purposes point to point and for devices operating at 2.44 GHz frequency. To produce the desired antenna, we proceed to inquire into the theory, structure and size of antenna. Then, simulation in software Ansoft HFSS and proceed to design a real antenna. Finally, we conducted measurements of parameters, compare simulation results with actual results to go to design an optimal antenna. Phạm Hữu Nhân – ĐTVT K33 Đại học Cần Thơ 3 TỪ KHÓA Ansoft HFSS Directivity Gain Radiation Pattern Short Backfire Antenna S11 VSWR [...]... thì việc sử dụng anten short backfire để kết nối mạng là rất hiệu quả Tuy nhiên loại anten này có búp sóng rất hẹp nên khi kết nối phải hướng trực tiếp vào nhau thì mới kết nối được Hình 2. 13 Hình ảnh thực tế của một loại anten short backfire - 22 -Phạm Hữu Nhân – ĐTVT K33 Đại học Cần Thơ 2. 3 .2 Cấu tạo của anten short backfire cổ điển Anten short backfire. .. đề tài này tập trung nghiên cứu và thiết kế nên một anten short backfire thật tối ưu với phần tử feed dipole là dạng anten dipole vi dải đã được cải tiến trên nền mạch in FR4 có hằng số điện môi 4.6 và độ dày 1.6 mm, cùng với mặt phản xạ bằng nhôm có kích thước thích hợp sử dụng cho dải tần 2. 44 GHz Short backfire antenna có thể được coi là một dạng anten lí tưởng cho việc truyền nhận không dây ở cự... chính 2. 3.3 Độ lợi của anten short backfire Anten short backfire là loại anten được tác giả phát minh ra từ quá trình nghiên cứu thực nghiệm nên độ lợi cũng như các thông số cơ bản khác của anten được tác giả rút ra từ thực nghiệm Độ lợi của anten short backfire dao động trong khoảng từ 12 dB đến 15 dB Hình 2. 16 cho ta thấy độ lợi của anten theo các giá trị khác nhau của Dl và Ds Độ lợi cực đại của anten. .. khoảng 2. 24  - 24 -Phạm Hữu Nhân – ĐTVT K33 Đại học Cần Thơ Hình 2. 16 Đồ thị biểu diễn độ lợi của anten short backfire Các thông số Dl, Ds và Hr là các thông số có ảnh hưởng rất lớn đến độ lợi của anten Vì vậy khi thiết kế loại anten này ta cần tối ưu các thông số trên để đạt được độ lợi tốt nhất 2. 3.4 Half Power BeamWidth (HPBW) của anten short backfire. .. của anten short backfire - 26 -Phạm Hữu Nhân – ĐTVT K33 Đại học Cần Thơ Hình 2. 18 Mức búp sóng cạnh của anten  Trong đề tài này thiết kế nên loại anten short backfire có một cải tiến quan trọng đó là lưỡng cực đồng của anten sẽ được thay thế bằng loại anten dipole mạch dải - một loại anten vi dải (Microstrip antenna) Để hiểu rõ về loại anten short backfire. .. . 2. 2.11 Tỉ số sóng đứng điện áp (VSWR) 20 2. 2. 12 Tổn hao phản xạ (Return Loss) 21 2. 3. SHORT BACKFIRE ANTENNA 22 2. 3.1 Giới thiệu chung 22 2. 3 .2 Cấu tạo của anten short backfire cổ điển 23 . 2. 3.3 Độ lợi của anten short backfire 24 2. 3.4 Half Power BeamWidth (HPBW) của anten short backfire 25 2. 3.5 Mức búp sóng phụ của anten short backfire 26 2. 4 ANTEN VI DẢI ( MICROSTRIP ANTENNA). CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 7 2. 1 SƠ LƯỢC VỀ ANTEN 7 2. 1.1 Khái niệm về anten 7 2. 1 .2 Đặc tính bức xạ điện từ của anten 7 2. 1.3 Một số cấu trúc anten thông dụng 8 2. 2 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA ANTEN