THIẾT KẾ ANTEN VI MẠCH DẢI DÙNG SCT STUDIO

ĐỀ BÀI THIẾT KẾ ANTEN MẠCH DẢI SỬ DỤNG PHẦN MỀM CST STUDIO 2011 Thiết kế anten mạch dải với yêu cầu sau đây: -Tần số cộng hưởng 1.1Ghz -Sử dụng vật liệu điện môi FR-4 với số điện môi ε r = 4.3; h = 1.5mm -Mặt đất mặt xạ anten sử dụng vật liệu Copper -Hệ số sóng đứng VSWR ≤ -Hiệu suất anten ɳ ≥40% I.CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Khái niệm Anten thiết bị xạ sóng điện từ thu sóng điện từ từ khơng gian bên tự Anten mắc trực tiếp gián tiếp với phiđe mạch máy phát mạch vào máy thu Được sử dụng vào mục đích khác thơng tin, radar, vơ tuyến điều khiển Trong radar u cầu anten có tính định hướng cao, nghĩa sóng xạ tập trung vào góc hẹp khơng gian Tùy vào mục đích sử dụng hệ thống truyền thơng vô tuyến người ta sử dụng nhiều loại anten khác nhau, anten parabol với độ lợi tính định hướng cao thường sử dụng radar ,truyền hình, thơng tin viba, thơng tin vệ tinh,… cịn đầu cuối sử dụng loại anten nhỏ anten yagi, anten dây, đặc biệt với phát triền mạnh mẽ cơng nghệ anten mạch dải ngày sử dụng rộng rãi không ngừng cải tiến để đáp ứng nhu cầu người dùng 1.2 Các thông số anten -Tần số công tác anten tần số cộng hưởng anten Anten làm việc chế độ cộng hưởng cơng suất xạ anten lớn -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 khuếch đại ( độ lợi) anten (G=e.D), e hiệu suất anten; -Trở kháng vào anten : ZA = RA + jXA Khi kết nối anten với phide cần ý tới điều kiện phối hợp trở kháng, thơng thường trở kháng đặc tính phide R 0, để phối hợp trở kháng Z A = R0; -Hệ số phản xạ S11(dB): đánh giá mức độ phản xạ sóng điểm kết nối với phide; -Hệ số sóng đứng VSWR:đánh giá phản xạ song truyền đường truyền II TỔNG QUAN VỀ ANTEN MẠCH DẢI 1.1 Giới thiệu anten mạch dải Anten mạch dải (microstrip antenna) ý nghiên cứu phát triển từ năm 1970, thiết kế mơ hình lý thuyết xuất từ năm 1950 Ngày nay, anten mạch dải xuất hầu hết lĩnh vực, đặc biệt lĩnh vực hàng không vũ trụ, thông tin vệ tinh, radar , thiết bị thông tin truyền thông Đây loại anten có khối lượng kích thước nhỏ gọn, bề dày mỏng, cấu trúc đơn giản, rẻ tiền, dễ sản xuất hàng loạt nhờ cơng nghệ mạch in Ngồi ra, anten loại cịn có linh hoạt tần số cộng hưởng, khả phân cực tuyến tính với kỹ thuật cấp nguồn đơn giản, đường cấp nguồn mạch phối hợp trở kháng thực đồng thời với việc chế tạo anten Tuy nhiên, anten dạng có số nhược điểm như: hiệu xuất thấp (do suy hao điện mơi điện dẫn), khả tích trữ cơng suất thấp, ảnh hưởng xạ nguồn ni (do sóng bề mặt, đường truyền vi dải…), băng thông hẹp (khoảng vài phần trăm), hầu hết xạ nửa khơng gian phía mặt phẳng đất, số loại có hệ số khuếch đại thấp… Anten mạch dải ứng dụng dải tần GHz (f > 0.5 GHz) Đối với tần số thấp kích thước anten trở nên lớn 1.2 Đặc tính anten mạch dải Anten vi dải hay gọi anten mạch vi dải có kích thước nhỏ chế tạo mạch in Thực chất anten vi dải dạng anten có kết cấu xạ kiểu khe Mỗi phần tử anten vi dải bao gồm phần mặt kim loại (patch) đặt lớp điện môi (dielectric substrate) phận tiếp điện Cấu trúc điển hình phần tử anten vi dải có dạng hình chữ nhật cho hình đây: Các thơng số cấu trúc phần tử anten vi dải chiều dài L, chiều rộng W, bề dày kim loại Mt, độ dẫn điện kim loại σ, chiều dày lớp điện môi h, số điện môi ε, suy hao tiếp tuyến (loss tangent) lớp điện môi tan(δ) Bản kim loại mỏng, nhỏ nhiều so với bước sóng truyền khơng gian tự (Mt