BÀI BÁO CÁO THIẾT KẾ ANTEN VI DẢI VỚI TẦN SỐ F=2.4

I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Anten là thiết bị quan trọng không thể thiếu trong mọi hệ thống truyền thông không dây.Nó là thiết bị chuyển đổi sóng điện từ ràng buộc trong các hệ định hướng thành sóng điện từ lan truyền trong không gian tự do và ngược lại. Anten và đường dây dẫn (feeder) đóng vai trò là thiết bị ghép giữa các mạch điện tử và không gian tự do, feeder là bộ phận giao tiếp giữa anten và mạch điện tử. Ngõ vaf của feeder phải phối hợp trở kháng với máy phát, còn anten phát nhận năng lượng từ máy phát qua feeder và bức xa ra không gian.Tùy vào mục đích sử dụng của các hệ thống truyền thông vô tuyến người ta sử dụng rất nhiều loại anten khác nhau, như anten parabol với độ lợi và tính định hướng cao thường sử dụng trong truyền hình, thông tin viba, thông tin vệ tinh,… còn ở đầu cuối sử dụng các loại anten nhỏ như anten yagi, anten dây,.. và đặc biệt cùng với sự phát triền mạnh mẽ về công nghệ của các đầu cuối di động thì anten vi dải ngày càng được sử dụng rộng rãi và không ngừng được cải tiến để đáp ứng nhu cầu của người dùng.Anten vi dải có kích thước rất nhỏ có cấu tạo gồm một lớp kim loại là mặt bức xạ, một lớp kim loại khác gọi là mặt đất, một lớp điện môi nằm giữa 2 lớp kim loại trên và bộ phận tiếp điện. Anten vi dải có nhiều hình dạng như hình tròn, hình tam giác, hình vuông, hình chữ nhật, … trong đó loại phổ biến nhất có kết cấu hình chữ nhật vì có hướng tính, độ lợi cao đồng thời dễ kết hợp các mạch điện tử trên cùng một mạch in.

BÀI BÁO CÁO THIẾT KẾ ANTEN VI DẢI VỚI TẦN SỐ F=2.4 Họ tên: Vũ Tiến Cường MSV:0741050358 Họ tên: Bùi Thị Yến MSV: 0741050265 Lớp: Điện Tử 4K7 Môn: Kỹ thuật siêu cao tần anten I CƠ SỞ LÝ THUYẾT Anten thiết bị quan trọng thiếu hệ thống truyền thông không dây.Nó thiết bị chuyển đổi sóng điện từ ràng buộc hệ định hướng thành sóng điện từ lan truyền không gian tự ngược lại Anten đường dây dẫn (feeder) đóng vai trò thiết bị ghép mạch điện tử không gian tự do, feeder phận giao tiếp anten mạch điện tử Ngõ vaf feeder phải phối hợp trở kháng với máy phát, anten phát nhận lượng từ máy phát qua feeder xa không gian Tùy vào mục đích sử dụng hệ thống truyền thông vô tuyến người ta sử dụng nhiều loại anten khác nhau, anten parabol với độ lợi tính định hướng cao thường sử dụng truyền hình, thông tin viba, thông tin vệ tinh,… đầu cuối sử dụng loại anten nhỏ anten yagi, anten dây, đặc biệt với phát triền 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 dùng Anten vi dải có kích thước nhỏ có cấu tạo gồm lớp kim loại mặt xạ, lớp kim loại khác gọi mặt đất, lớp điện môi nằm lớp kim loại phận tiếp điện Anten vi dải có nhiều hình dạng hình tròn, hình tam giác, hình vuông, hình chữ nhật, … loại phổ biến có kết cấu hình chữ nhật có hướng tính, độ lợi cao đồng thời dễ kết hợp mạch điện tử mạch in I.1 Các thông số anten Tần số công tác anten tần số cộng hưởng anten Anten làm việc chế độ cộng hưởng công suất xạ anten lớn nhất; Hệ số định hướng anten theo hướng cực đại định nghĩa tỉ số cường độ trường xạ vị trí hướng cường độ trường xạ anten chuẩn vị trí tương ứng (D) Hệ số tăng ích ( độ lợi) anten (G=e.D), elaf hiệu suất xạ anten; Trở kháng vào anten : ZA = RA + jXA - Khi kết nối anten với feeder cần ý tới điều kiện phối hợp trở kháng, thông thường trở kháng đặc tính feeder R0, để phối hợp trở kháng ZA = R0; Hệ số tổn hao RL(dB), đánh giá mức dộ phản xạ sóng điểm kết nối với feeder; Hệ số sóng đứng SWR, đánh giá mức độ không phối hợp trở kháng anten feeder - II TÍNH TOÁN, MÔ PHỎNG ANTEN VI DẢI SỬ DỤNG PHẦN MỀM HFSS II.1 Tính toán kích thước anten vi dải làm việc tần số f0 = 2400 Mhz Anten vi dải hình chữ nhật có cấu tạo gồm mặt xạ, mặt đất lớp điện môi hai măt kim loại Kích thước mặt xạ, chiều cao hệ số điện môi thông số định tần số cộng hưởng anten Chọn vật liệu chế tạo anten mạch in hai mặt có hệ số điện môi độ dày ε r = 4.5; h = 1.66mm Chiều rộng mặt xạ tính theo công thức: - W c = f0 Trong đó: εr +1 = * 10 * 2.4 * 10 4.5 + = 37.68( mm ) c vận tốc ánh sáng f0 tần số cộng hưởng anten ε r hệ số điện môi lớp điện môi Hệ số điện môi hiệu dụng ε reff phụ thuộc vào kích thước (w, h) xác định theo công thức: ε reff ε +1 ε r −1  h = r + + 12   2  w −1 4.5 + 4.5 −  1.66 *10 −3  = + + 12   2  0.04307  −1 = 4.18 Độ dài hiệu dụng anten xác định theo công thức: Leff ≈ c f ε reff ≈ * 10 * 2.4 * 10 4.18 ≈ 30.57 mm Độ tăng độ dài tính theo công thức: ∆L = 0.412h (ε reff (ε reff w  + 0.3) + 0.264  h  = 27 mm Độ dài thực mặt xạ tính w  − 0.258) + 0.8  h  công thức: L = Leff − 2∆l = 25.54mm Kích thước mặt đất (Wg Lg) xác định theo công thức : W g ≈ 6h + W ≈ *1.6 + 37.68 ≈ 47.16 mm Lg ≈ 6h + L ≈ *1.6+ = 25.54 ≈ 35.14mm II.2 Tiếp điện cho anten II.2.1.Tiếp điện cáp đồng trục Trong phương pháp tiếp điện cho anten vi dải cáp đồng trục lõi cáp hàn tiếp xúc với mặt xạ, vỏ cáp tiếp xúc với mặt phẳng đất Vị trí tiếp điện tốt tính toán xác định có tọa độ (L4, W/5) Phương pháp tiếp điện có ưu điểm dễ thực xạ phụ 2.2.2 Tiếp điện đường truyền vi dải Trong kỹ thuật tiếp điện này, dải dẫn kết nối trực tiếp đến cạnh mặt xạ Chiều rộng dải dẫn nhỏ nhiều so với kích thước mặt xạ Vị trí tiếp điện có tọa độ: (L/2, 0) Kích thước dải dẫn xác định sau: Trở kháng đặc tính đường truyền là: Z0 = 50 ohm Chiều rộng dải dẫn tính theo công thức: WF = h * ε r −1  2 0.61   B − − ln(2 B − 1) +  ln( B − 1) + 0.39 − π 2ε r  ε r   = 1.6 * 10 −3 * ε r −1 2 5.58 − − ln(2 * 5.58 − 1) + π 2ε r  0.61   = 2.97mm ln(5.58 − 1) + 0.39 − ε r    377π Trong đó: B = 2Z ε = 5.58 r Mối qua hệ chiều dài vầ chiệu rông: Lf W f = 3.96 TÌM ĐIỆN DẪN G1 VÀ G12 TÍNH G1 I1=1.1354 TRONG ĐÓ X = koW W=37.68mm f0=2.4Ghz k0 = 2π/λo Si = sin integral Với Si tính theo công thức: TÍNH G12 Với J0 hàm bassel loại bậc G12 = 5.8044x10-4 (siemens) tính matlab Trở kháng ngõ vào Rin (tại cạnh y=0) anten vi dải Rin = = 329.5854 ohm Ta tính y0 điểm cấp tín hiệu cho anten Trong Rin(y=0) = 329.5854 ohm Rin(y=y0) = 50 ohm L= 28.8034mm Thay vào công thức ta tính : y0= 10.7336 mm II.3 Mô anten vi dải hoạt động tần số 2400 Mhz bawbgf phần mềm HFSS 11.0 II.3.1.Tiếp điện đường truyền vi dải a Tóm tắt bước thực thiết kế phàn mềm HFSS 13.0 - - - - - - - - Khởi động phần mềm HFSS 13.0 Vẽ mặt đất thiết lập thông số: Tọa độ: 0, 0, Xsize: 43.3 mm, Ysize: 53.03 mm, Zsize: 0.5 mm; loại chất liệu là: copper Vẽ mặt điện môi thiết lập thông số : Tọa độ: 0, 0, Xsize 43.3 mm, Ysize 53.03 mm, Zsize: 1.66 mm, loại chất liệu là: FR4_epoxy.Vẽ mặt xạ thiết lập thông số: Tọa độ: 7.35, 0.1, 2.16 Xsize: 43.1 mm, Ysize: 33.33 mm, Zsize: 0.1 mm, loại chất liệu là: copper chon mặt xạ cho mặt patch Vẽ đường feed line thiết lập thông số: Tọa độ: 20.14, 41.03, 2.16; Xsize: 3.12, Ysize: 12.35, Zsize: 0.1; loại chất liệu là: copper Thiết lập cấp nguồn cho đường truyền vi dải theo thông số: Tọa độ: 20.0, 53.03, 0; Axis: Y, Xsize: 3.12 mm, Zsize: mm Vẽ hộp tạo không gian có kích thước: Tọa độ: 0, 0, size: 50 mm, Ysize: 60 mm, Zsize: 10 mm, loại chất liêu là: air Tạo mặt xạ cho mặt bốn mặt xung quanh Thiết lập thông số xạ, chọn tần số làm việc 2400 Mhz giới hạn tần số quét: từ 1500 Mhz  2500 Mhz, kích thước bước nhảy 10 Mhz Kiểm tra lỗi: Không có lỗi xảy Phân tích thiết kế Hình dạng mô anten vi dải thiết kế phần mềm HFSS 11.0: Hình 2.1 hình dạng anten mô phần mềm HFSS 11.0 b Kết mô - Tần số cộng hưởng: Hình 2.2 Tần số cộng hưởng anten qua mô Nhận xét: - Dựa vào đồ thị thấy độ suy hao anten lớn Anten thiết kết hoạt động chưa xác tần số lựa chon sai số mô lý thuyết 1.4% - Đồ thị Smith: Hình 2.3 Đồ thị smith qua mô Nhận xét: Dựa vào đồ thị cho thấy gần tần số cộng hưởng trở kháng phối hợp có giái trị chưa lý tưởng, nhĩa phối hợp trở kháng không tốt - Xem búp sóng xạ độ lợi: Qua mô phần mền ta thấy thiết kế chưa đạt yêu cầu.Do tính toán sai số ,do vật liệu thiết kế có sai số ,