Nghiên cứu và thiết kế anten cho hệ thống truyền phát thông tin đo nhịp tim (ECG)

NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ ANTEN CHO HỆ THỐNG TRUYỀN PHÁT THÔNG TIN ĐO NHỊP TIM (ECG) LỜI NÓI ĐẦU Nhu cầu chăm sóc theo dõi sức khỏe cho người từ lâu nhiều nhà khoa học kỹ sư đặc biệt ý Đặc biệt theo dõi ghi lại thông tin sức khỏe có vai trò vô quan trọng việc phát bệnh sớm Trong lĩnh vực này, việc đo đạc theo dõi truyền phát tín hiệu ECG đóng vai trò vô quan trọng toán với kỹ sư thiết kế thiết bị theo dõi sức khỏe Việc theo dõi tín hiệu ECG có vai trò quan trọng việc phát bệnh tim Do việc phát bệnh sớm có vai trò quan trọng, giúp cứu sống nhiều người bệnh, phát bệnh sớm có tỷ lệ chữa trị thành công cao Anten thiết bị để truyền đạt thu nhận tín hiệu, thành phần quan trọng mà thiết bị, truyền phát không dây di động phải có Để tích hợp thiết bị ngày nhỏ, gọn, yêu cầu đặt phải thu nhỏ kích thước anten mà đảm bảo tiêu kỹ thuật hiệu suất xạ Từ đầu năm 1970, đời vào ứng dụng anten vi dải giải phần vấn đề Đặc điểm bật kích thước nhỏ gọn, dễ chế tạo đặc biệt đễ dàng tích hợp với hệ thống xử lý tín hiệu Ngày Anten vi dải sử dụng rộng rãi công nghệ di động, mang WLAN, Bluetooth, anten thông minh hệ thống tích hợp siêu cao tần Với thiết bị không dây ngày phổ biến ứng dụng rộng dãi nhiều lĩnh vực nói trung y tế nói riêng yêu cầu anten cho thiết bị ngày quan trọng đặc biết thiết bị truyền phát không dây nhỏ gọn nhu cầu xin chọn đề tài nghiên cứu thiết kế anten cho hệ thống truyền phát thông tin đo nhịp tim (ECG) Mục đích đề tài nghiên cứu, thiết kế anten cho hệ thống truyền phát thông tin đo nhịp tim (ECG), Anten cho hiệu suất xạ cao phù hợp với ứng dụng Bluetooth, Wifi, WLAN, WMAX Trên sở đó, chế tạo thử nghiệm anten để chứng minh với kích thước nhỏ gọn, tiêu kỹ thuật đảm bảo, anten chế tạo hoàn toàn tích hợp vào thiết bị cầm tay NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ ANTEN CHO HỆ THỐNG TRUYỀN PHÁT THÔNG TIN ĐO NHỊP TIM (ECG) Tôi xin gửi lời cám ơn chân thành tới Tiến Sĩ Phạm Nguyễn Thanh Loan, Tiến Sĩ Nguyễn Đức Minh, trường đại học Bách Khoa Hà Nội nói chung toàn thành viên phòng nghiên cứu BKIC – phòng 611 thư viện Tạ Quang Bửu nói riêng, nhiệt tình dẫn tạo điều kiện tốt cho trình thực nghiên cứu phòng Lab thực Luận Văn Hà Nội, ngày 28 tháng 09 năm 2016 Học viên Nguyễn Văn Dương NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ ANTEN CHO HỆ THỐNG TRUYỀN PHÁT THÔNG TIN ĐO NHỊP TIM (ECG) TÓM TẮT ĐỒ ÁN Ngày nay, với phát triển thiết bị không dây, thiết bị ngày nhỏ gọn đa dạng, việc nghiên cứu thiết bị để phục vụ nhu cầu chăm sóc sức khỏe đề tài nhiều nhà khoa học kỹ sư đặc biệt lưu tâm Trong chủ đề đó, việc nghiên cứu thiết bị với ứng dụng theo dõi tình trạng sức khỏe người thu hút nhiều ý Trong việc theo dõi tình trạng sức khỏe theo dõi hoạt động tim vấn đề quan trọng Vì vậy, việc theo dõi đo tín hiệu điện tim - ECG vấn đề cần thực cách xác Trong hệ thống thông tin không dây, chất lượng tín hiệu phụ thuộc nhiều vào hệ thống anten thu phát Đặc biệt, loại anten vi dải (microstrip antennas) với đặc điểm nhỏ gọn, chi phí chế tạo thấp, độ lợi cao, sử dụng phổ biến hệ thống thông tin vô tuyến đại Đề tài tập trung nghiên cứu, thiết kế chế tạo anten cho hệ thống ECG đảm bảo yêu cầu trên, bao gồm chương: Chương 1: Tổng quan hệ thống ECG lý thuyết chung anten; Chương 2: Phân tích, thiết kế, mô anten cho hệ thống truyền phát thông tin đo nhịp tim ECG; Chương 3: Xây dựng hệ thống đo kiểm ABSTRACT In recent days, the development of wireless devices leads to more compact size and diverse devices, and so the research for the application of wireless devices in health care system is the special subject of a lot of scientists and engineers In those systems, the cardiac monitoring system is a very important system Therefore, the monitoring and measurement of ECG is a basic problem and need to be the most accurate way In wireless communication systems, signal quality greatly depends on antenna systems In particular, microstrip patch antenna (microstrip antenna) is lightweight, compact size, low cost of production, which is widely used in modern radio communication systems In this topic, I focused on the research and design antennas for ECG systems which full NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ ANTEN CHO HỆ THỐNG TRUYỀN PHÁT THÔNG TIN ĐO NHỊP TIM (ECG) fill all these requirements This topic include chapters: Chapter 1: Overview of the ECG system and the general theory of antennas; Chapter 2: Analysis, design, simulation antennas for the ECG transmission systems; Chapter 3: Design the inspection and measurement systems NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ ANTEN CHO HỆ THỐNG TRUYỀN PHÁT THÔNG TIN ĐO NHỊP TIM (ECG) MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU TÓM TẮT ĐỒ ÁN MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG 10 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 11 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ECG VÀ LÝ THUYẾT CHUNG VỀ ANTEN 12 1.1 Mô hình hệ thống ECG 12 1.2 Tín hiệu ECG 13 1.2.1 Khái niệm tín hiệu ECG 13 1.2.2 Đồ thị tín hiệu ECG 13 1.2.3 Vị trí tên điện cực đo tín hiệu ECG 15 1.2.4 Nhiễu đo tín hiệu ECG 15 1.2.5 Đo tín hiệu ECG tiết kiệm lượng 16 1.3 Lý thuyết chung anten 18 1.3.1 Giới thiệu 18 1.3.2 Các thông số anten 20 1.3.2.1 Đồ thị xạ 20 1.3.2.2 Thùy xạ mẫu 22 1.3.2.3 Đẳng hướng, định hướng 23 1.3.2.4 Mật độ công suất xạ 23 1.3.2.5 Cường độ xạ 26 1.3.2.6 Độ rộng búp sóng 27 1.3.2.7 Độ định hướng anten 27 1.3.2.8 Phân cực anten 29 1.3.2.9 Hiệu suất anten 29 NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ ANTEN CHO HỆ THỐNG TRUYỀN PHÁT THÔNG TIN ĐO NHỊP TIM (ECG) 1.3.2.10 Hệ số tăng ích 31 1.3.2.11 Trở kháng đầu cuối anten 32 1.3.2.12 Điện áp tỉ số sóng đứng 33 1.3.2.14 Độ dài hiệu dụng, diện tích hiệu dụng 34 Anten vi dải 35 1.3.3 1.3.3.1 Cấu tạo, phân loại nguyên lí hoạt động anten mạch dải 35 1.3.3.2 Phương pháp phân tích anten mạch dải 41 1.3.3.3 Các tính chất anten mạch dải 44 1.3.3.4 Ưu nhược điểm anten mạch dải 47 Kết luận 48 1.4 CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH, THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG ANTEN CHO HỆ THỐNG TRUYỀN PHÁT THÔNG TIN ĐO NHỊP TIM (ECG) 49 2.1 Yêu cầu thiết kế 49 2.2 Mô hình anten siêu vật liệu, mặt trở kháng cao 50 2.3 Đưa cấu trúc anten sau tính toán lý thuyết mô 53 Phân tích cấu trúc anten tần số cộng hưởng 2.45GHz 56 2.4 Hiệu ứng viền 56 2.4.1 2.4.2 2.5 Phân tích cấu trúc anten băng tần 2.45 Ghz 57 Kết mô 59 Mô hình anten vẽ phần mềm mô HFSS 59 2.5.1 2.5.2 Thiết lập thông số đầu vào cho anten để mô 60 2.5.3 Hệ số phản xạ S11 60 2.5.4 Hệ số sóng đứng VSWR 61 2.5.5 Đồ thị xạ 61 2.5.6 Hiệu suất anten 62 2.5.7 Đồ thị Smith 63 2.6 Kết luận 63 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG VÀ ĐO KIỂM 65 3.1 Giới thiệu hệ thống đo nhịp tim ECG sử dụng cấu trúc anten sau thiết kế 65 3.2 Module Bluetooth Low Energy 66 NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ ANTEN CHO HỆ THỐNG TRUYỀN PHÁT THÔNG TIN ĐO NHỊP TIM (ECG) 3.3 Kiểm thử thiết bị 68 3.3.1 3.3.1.1 Anten sau chế tạo 68 3.3.1.2 Đo kiểm hệ số phản xạ S11 68 3.3.1.3 Hệ số sóng đứng SWR 70 3.3.1.4 Đồ thị Smith 71 3.3.1.5 Đo tăng ích ước lượng 72 3.3.2 3.4 Kiểm thử chức anten hệ thống 68 Kiểm thử chức hệ thống 73 Kết luận 75 KẾT LUẬN 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO 78 NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ ANTEN CHO HỆ THỐNG TRUYỀN PHÁT THÔNG TIN ĐO NHỊP TIM (ECG) DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Mô hình hệ thống ECG 12 Hình 1.2: Đồ thị tín hiệu ECG[1] 13 Hình 1.3: Sơ đồ khối bước ECG Front End Design[2] 17 Hình 1.4: Sơ đồ khối bước ECG ADC Front End Design[2] 17 Hình 1.5: Anten thiết bị truyền sóng[3] 18 Hình 1.6: Phương trình tương đương Thevenin cho hệ thống anten hình 1.5.[3] 19 Hình 1.7: Phối hợp hệ thống để phân tích anten.[4] 21 Hình 1.8: Mô hinh thùy xạ anten định hướng[4] 22 Hình 1.9: Mẫu xạ E H anten loa.[4] 23 Hình 1.10: Mô hình xạ 3D 2D anten[4] 27 Hình 1.11: Tham chiếu đầu cuối suy hao anten.[4] 30 Hình 1.12: Cấu trúc anten mạch dải[3] 36 Hình 1.13: Anten mạch dải dạng tấm[3] 36 Hình 1.14: Anten mạch dải lưỡng cực[3] 37 Hình 1.15: Anten khe mạch dải[3] 37 Hình 1.16: Anten mạch dải sóng chạy[3] 37 Hình 1.17: Anten mảng[3] 38 Hình 1.18: Tiếp điện đường mạch dải[3] 38 Hình 1.19: Tiếp điện cáp đồng trục[3] 39 Hình 1.20: Tiếp điện cách ghép khe[3] 39 Hình 1.21: Tiếp điện cách ghép đôi lân cận[3] 40 Hình 1.22: Trường xạ E H anten mạch dải[3] 40 Hình 1.23: Sóng cấu trúc mạch dải phẳng[3] 41 Hình 1.24: Mô hình xạ anten mạch dải[3] 42 Hình 1.25: Sơ đồ tương đương anten nửa bước sóng[3] 44 Hình 1.26: Sơ đồ tương đương anten phần tư bước sóng[3] 45 Hình 1.27: Đồ thị khoảng cách tiếp điểm cạnh[3] 45 Hình 1.28: Tiếp điện đường mạch dải[3] 46 Hình 1.29: Tiếp điện hai đường mạch dải vào hai cạnh anten[3] 47 Hình 2.1: Đường truyền CRLH 51 Hình 2.2: Mô hình anten siêu vật liệu đề xuất 52 Hình 2.3: Sơ đồ mạch tương đương cấu trúc anten đề xuất 52 Hình 2.4: Lưu đồ thể quy trình thiết kế anten phần mềm HFSS 54 NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ ANTEN CHO HỆ THỐNG TRUYỀN PHÁT THÔNG TIN ĐO NHỊP TIM (ECG) Hình 2.5: Cấu trúc anten sau thiết kế 55 Hình 2.6: Hiệu ứng viền siêu vật liệu 56 Hình 2.7: Mô hình tính toán giá trị cuộn cảm: (a) Cuộn cảm L1, (b) Cuộn cảm L2 58 Hình 2.8: Cấu trúc anten mô vẽ phần mềm HFSS 59 Hình 2.9: Thiết lập thông số đầu vào cho trình mô 60 Hình 2.10: Kết mô hệ số phản xạ S11 60 Hình 2.11: Kết mô hệ số sóng đứng 61 Hình 2.12: Đồ thị xạ anten đề xuất tần số 2,45 GHz 61 Hình 2.13: Đồ thị xạ 3D 62 Hình 2.14: Hiệu suất anten 62 Hình 2.15: Đồ thị Smith 63 Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống 65 Hình 3.2: Mạch schematic Module Bluetooth 66 Hình 3.3: Mạch lay out Module bluetooth 66 Hình 3.4: Module Bluetooth Low Energy gắn anten sau chế tạo 67 Hình 3.5: N51822 67 Hình 3.6: Anten CPW 67 Hình 3.7: Anten sau chế tạo 68 Hình 3.8: Kết đo kiểm S11 69 Hình 3.9: So sánh kết S11 69 Hình 3.10: Hệ số sóng đứng SWR 70 Hình 3.11: Đồ thị Smith đo kiểm 71 Hình 3.12: Đồ thị smith mô 71 Hình 3.13: Đo kiểm công suất thu phát anten 72 Hình 3.14: Phổ công suất đầu anten phát 72 Hình 3.15: Phổ công suất đầu vào anten thu 73 Hình 3.16: Mạch sau chế tạo 73 Hình 3.17: Kết nối mạch với Smart phone 74 Hình 3.18: Dòng mã Hex hiển thị Smart phone chưa có tín biệu ECG 74 Hình 3.19: Dòng mã Hex hiển thị Smart có tín hiệu ECG 74 NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ ANTEN CHO HỆ THỐNG TRUYỀN PHÁT THÔNG TIN ĐO NHỊP TIM (ECG) DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Các cực điện thể 15 Bảng 1.2: Các khối thiết kế ECG Front End[2] 16 Bảng 2.1: Yêu cầu thiết kế anten 49 Bảng 2.2: Tham số kích thước tối ưu cấu trúc anten đề xuất 56 Bảng 2.3: So sánh kết mô với yêu cầu thiết kế 64 Bảng 3.1: Bảng so sánh kết yêu cầu thiết kế, mô đo kiểm 75 10 NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ ANTEN CHO HỆ THỐNG TRUYỀN PHÁT THÔNG TIN ĐO NHỊP TIM (ECG) CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG VÀ ĐO KIỂM Chế tạo đo kiểm anten CPW cho hệ thống đo nhịp tim ECG sản phẩm cuối có từ chương Ngoài chương giới thiệu chung hệ thống ECG khối hệ thống hệ thống hoàn chỉnh, trình bày Module Bluetooth Low Energy thiết kế layout anten bảng mạch in Các thông số đo kiểm gồm hệ số phản xạ S11 hệ số sóng đứng, phối hợp trở kháng, đo gain ước lượng Việc kiểm chứng anten hoạt động hệ thống bước cuối đề cập đến chương, sản phẩm Demo hình ảnh video 3.1 Giới thiệu hệ thống đo nhịp tim ECG sử dụng cấu trúc anten sau thiết kế Sơ đồ khối thiết bị đo tín hiệu ECG thiết kế sau: Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống Nguyên lý hoạt động: Thu nhận tín hiệu ECG từ điện cực áp hai ngón tay người sử dụng, tín hiệu khuếch đại vi sai để hạn chế nhiểu, sau qua khối viđiều khiển khuếch đại tiếp chuyển đổi ADC, truyền tín hiệu lấy mẫu qua module Bluetooth Low Energy (Bluetooth 4.0) có anten để truyền liệu lên điện thoại 65 NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ ANTEN CHO HỆ THỐNG TRUYỀN PHÁT THÔNG TIN ĐO NHỊP TIM (ECG) 3.2 Module Bluetooth Low Energy Nội dung thiết kế hệ thống đo nhịp tim ECG chia làm nhóm thực với phần nội dung khác nhau, tác giả thực việc thiết kế, chế tạo anten hoàn thiện module Bluetooth Low Energy Mạch schematic layout Module thể hình sau Hình 3.2: Mạch schematic Module Bluetooth Hình 3.3: Mạch lay out Module bluetooth 66 NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ ANTEN CHO HỆ THỐNG TRUYỀN PHÁT THÔNG TIN ĐO NHỊP TIM (ECG) Hình 3.4: Module Bluetooth Low Energy gắn anten sau chế tạo Module có chức sau: Thu nhận tín hiệu từ khối vi điều khiển truyền lên Android Application smart Module sử dụng Bluetooth Low Energy nrf51822 tiêu thụ lượng thấp, kích thước nhỏ gọn anten sau thiết kế Hình 3.5: N51822 Hình 3.6: Anten CPW 67 NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ ANTEN CHO HỆ THỐNG TRUYỀN PHÁT THÔNG TIN ĐO NHỊP TIM (ECG) 3.3 Kiểm thử thiết bị 3.3.1 Kiểm thử chức anten hệ thống 3.3.1.1 Anten sau chế tạo Anten sau chế tạo hàn với đế SMA để kết nối với đầu cáp máy phân tích mạng Hình 3.7: Anten sau chế tạo 3.3.1.2 Đo kiểm hệ số phản xạ S11 Để đánh giá tính khả thi thiết kế đề xuất, mô hình anten chế tạo đo thực nghiệm Đường tiếp điện CPW mẫu anten hàn với đầu nối SMA 50 để đo hệ số phản xạ S11 Phép đo thực nghiệm thực máy phân tích mạng PNA-X Keysight Network Analyzer với dải tần đo từ 1GHz đến 10GHz Mẫu anten chế tạo thực nghiệm trình bày hình 3.7, kết đo hệ số phản xạ S11 mẫu anten biểu diễn đồ thị hình 3.8 3.9 Dải tần số cộng hưởng anten xác định dải tần số ứng với giá trị S11 nhỏ -10 dB 68 NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ ANTEN CHO HỆ THỐNG TRUYỀN PHÁT THÔNG TIN ĐO NHỊP TIM (ECG) Hình 3.8: Kết đo kiểm S11 Hệ số phản xạ S11 đo kiểm so sánh với hệ số S11 mô đồ thị thể hình 3.9 antenna1_meansurement antenna2_meansurement simulation S11(dB) -10 -20 -30 -40 Freq(GHz) Hình 3.9: So sánh kết S11 69 10 NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ ANTEN CHO HỆ THỐNG TRUYỀN PHÁT THÔNG TIN ĐO NHỊP TIM (ECG) Nhìn vào hai đồ thị ta thấy kết trình mô đo kiểm thực tế kết đo S11 cho kết tốt Nhưng kết đo kiểm thực tế tần số cộng hưởng lại cho kết tốt hơn, điều lý dải đường tếp điện an ten đo kiểm tốt 3.3.1.3 Hệ số sóng đứng SWR Hình 3.10: Hệ số sóng đứng SWR Qua hình 3.10 đồ thị lấy điểm tần số cộng hưởng 2.45GHz cho hệ số sóng đứng 1.36, kết so với kết mô yêu cầu thiết kế tốt 70 NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ ANTEN CHO HỆ THỐNG TRUYỀN PHÁT THÔNG TIN ĐO NHỊP TIM (ECG) 3.3.1.4 Đồ thị Smith Hình 3.11: Đồ thị Smith đo kiểm Name Freq m1 2.4500 Ang Mag Smith Chart RX HFSSDesign1 9.4608 76.5710 -1.0261 + 0.0044i ANSOFT Curve Info 110 100 120 90 0.02 80 Zt(antenna_T1,antenna_T1) Setup1 : Sw eep 70 60 130 50 140 150 40 0.01 30 160 20 0.03 0.01 170 10 m1 0.07 -0.90 -0.80 -0.70 -0.50 0.00 -1.05 -1.10 -1.15 -1.20 -1.30 -1.50 -2.00 180 0.00 -0.07 -170 -0.01 -10 -0.03 -160 -20 -150 -0.01 -140 -30 -40 -130 -50 -120 -110 -60 -0.02 -100 -90 -80 -70 Hình 3.12: Đồ thị smith mô Nhìn vào đồ thị Smith đo kiểm mô ta thấy giá trị phối hợp trở kháng mô đo kiểm thực tế tương đối gần Trong dải tần từ 2.408GHz 71 NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ ANTEN CHO HỆ THỐNG TRUYỀN PHÁT THÔNG TIN ĐO NHỊP TIM (ECG) đến 2.478GHz kết đo kiểm phối hợp trở kháng từ 55.77Ω xuống 46.61Ω Kết mô cho giá trị gần tương đương sấp xỉ 50Ω 3.3.1.5 Đo tăng ích ước lượng Sử dụng máy phát tín hiệu máy phân tích phổ để đo gain ước lượng cho antenna Hai antena đặt cách khoáng d (2m), anten TX nối với máy phát (f=2.4GHz, Ptx =0dBm) Anten RX nối với máy phân tích phổ Quan sát ghi lại mức công suất tần số 2.4GHz Hình 3.13: Đo kiểm công suất thu phát anten Hình 3.14: Phổ công suất 72 NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ ANTEN CHO HỆ THỐNG TRUYỀN PHÁT THÔNG TIN ĐO NHỊP TIM (ECG) Nhìn vào hình 3.14 ta thấy công suất tần số 2.407GHz -57.30dBm Hình 3.15: Phổ công suất đầu vào anten thu Công suất thu máy phân tích phổ anten thu tần số 2.407GHz 59.93dBm Tín hiệu đo điều kiện không lý tưởng, vậy, phổ tín hiệu bị can nhiễu Trong điều kiện lý tường, suy hao tự Ploss ~-43.76dBm  tăng ích ước lượng anten ~1.76dBi 3.3.2 Kiểm thử chức hệ thống Module sau chế tạo gắn mạch ECG Hình 3.16: Mạch sau chế tạo Kết hiển thị Smart phone cấu hình Bluetooth 4.0 trở lên 73 NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ ANTEN CHO HỆ THỐNG TRUYỀN PHÁT THÔNG TIN ĐO NHỊP TIM (ECG) Hình 3.17: Kết nối mạch với Smart phone Hình 3.18: Dòng mã Hex hiển thị Smart phone chưa có tín biệu ECG Mạch kết nối tốt với Smart phone Hình 3.19: Dòng mã Hex hiển thị Smart có tín hiệu ECG Mạch kết nối tốt với Smart phone hiển thị mã Hex Smart phone 74 NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ ANTEN CHO HỆ THỐNG TRUYỀN PHÁT THÔNG TIN ĐO NHỊP TIM (ECG) 3.4 Kết luận Sau đo kiểm kết so sánh đối chiếu bảng sau Bảng 3.1: Bảng so sánh kết yêu cầu thiết kế, mô đo kiểm STT Thông số Tần số cộng Yêu cầu Mô Đo kiểm 2.45 GHZ 2.45GHz 2.45GHz < -10 dB -12.925dB tần số -15.45dB hưởng Hệ số phản xạ S11 Hệ số sóng 2.45GHz 60% 88.55% Chưa đo Kích thước Thiết kế anten có 1.6x1.8cm2 1.6x1.8cm2 kích thước < 2x2 cm2 Hoạt động Gắn vào bo mạch Gắn vào bo với kích thước nhỏ mạch hiển thị gọn mạch hoat dòng mã động tốt, thu nhận HEX, chứng tỏ tín hiệu ECG anten hoạt qua động anten phát hiển thị kết Smart Phone 75 NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ ANTEN CHO HỆ THỐNG TRUYỀN PHÁT THÔNG TIN ĐO NHỊP TIM (ECG) Dựa vào kết kiểm thử cho thấy, anten đạt số yêu cầu đề so với yêu cầu thiết kế, nhiên giá trị độ tăng ích chưa đáp ứng yêu cầu, nguyên nhân tập trung nhiều vào việc thu nhỏ kích thước anten làm cho độ tăng ích không đạt yêu cầu, việc lựa chọn vật liệu với mục đích có sẵn thị trường, chi phí thấp làm cho kết mô đo kiểm độ tang ích anten chưa đạt yêu cầu 76 NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ ANTEN CHO HỆ THỐNG TRUYỀN PHÁT THÔNG TIN ĐO NHỊP TIM (ECG) KẾT LUẬN Luận văn nghiên cứu, thiết kế, mô phỏng, chế tạo đo thực nghiệm mô hình anten siêu vật liệu hai băng tần rộng tần số 2,4 GHz 5,5 GHz Mô hình anten đề xuất sử dụng đường truyền siêu vật liệu, mặt trở kháng cao CRLH để giảm nhỏ kích thước, kết hợp với hiệu ứng viền siêu vật liệu để thiết kế cộng hưởng hai dải tần Băng thông dải tần cộng hưởng mở rộng sử dụng nguyên lý biến đổi từ từ Kết đo thực nghiệm mẫu anten đề xuất cho thấy anten cộng hưởng dải tần rộng bao phủ dải tần WLAN (2,40-2,485) Với kích thước nhỏ, không sử dụng cột nối kim loại, dễ chế tạo chi phí thấp, anten đề xuất sử dụng cho ứng dụng hệ thống Bluetooth, WLAN Hệ thống hoạt động tốt, kết nối bluetooth với smart phone thành công, cho kết liệu dạng mã Hex Tuy nhiên thời gian có hạn, với khả nghiên cứu hạn chế nên luận văn số tồn sau  Hệ số tăng ích chưa đạt so với yêu cầu thiết kế, chưa đo hiệu suất anten Thiết bị kết nối chưa ổn định, xuất số trường hợp bị kết nối  Thời gian hoạt động liên tục chưa dài module Bluetooth tiêu thụ nhiều lượng  Kích thước Module Bluetooth lớn, mạch cồng kềnh, thiếu tính thẩm mỹ Hướng phát triển  Tối ưu anten hơn, với độ tăng ích tăng, đo kiểm hiệu suất anten, hiệu suất xạ cao  Thiết kế mạch truyền phát Wifi, ZL70250 Ultra-Low-Power Sub-GHz RF Transceiver  Hoàn thiện vỏ thiết bị 77 NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ ANTEN CHO HỆ THỐNG TRUYỀN PHÁT THÔNG TIN ĐO NHỊP TIM (ECG) TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Dương Trọng Lượng*, Nguyễn Đức Thuận, Nguyễn Thái Hà, Trịnh Quang Đức, Phí Ngọc Tú, Nguyễn Phan Kiên Thiết kế hệ thống thu nhận tín hiệu điện tâm đồ thời gian thực dựa giao tiếp âm - soundcard tích hợp máy tính Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên Công nghệ, Tập 30, Số (2014) 40‐46 [2] Texas Instrument, “Ultra Low Power, 18 bit Precision ECG Data Acquisition System” [3] Balanis, C (1997), “Antenna theory-analyse and design”, John Wiley & Sons, New York, pp 811-843 [4] Phan Anh (2007), “Lí thuyết Kĩ Thuật Anten”, NXB Khoa học Kĩ thuật, Hà Nội, tr 5-41,459-469 [5] Sievenpiper D., Broas, R., Yahlonovitch, E (1999), “Antennas on High Impedance Ground Planes”, Microwave Symposium IEEE, pp 404-408 [6] Pendry J B, Schurig D, and Smith D R, “Controlling electromagnetic fields”, Science 312, 1780 (2006) [7] Garg R., Bhartia P., Bahl I J.,and Ittipiboon A (2001), “Microstrip Antenna Design Handbook”, Editors, Artech House [8] F Yang and Y Radmat-Samii, Electromagnetic band gap structures in antenna engineering NY: Cambiridge Press, 2009 [9] A Garcia-Aguilar, J Inclan-Alonso, L Vigil- Herrero, J Fernandez-Gonzalez, and M Sierra- Pérez, "Low-profile dual circularly polarized antenna array for satellite communications in the X band," IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol 60, pp 2276-2284, 2012 [10] C A Balanis, Antenna theory: analysis and design: John Wiley & Sons, 2012 [11] D M Pozar, "Microstrip Antennas,"Proceedings of the IEEE, vol 80, pp 7991, 1992 78 NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ ANTEN CHO HỆ THỐNG TRUYỀN PHÁT THÔNG TIN ĐO NHỊP TIM (ECG) [12] Eleftheriades G V., Balmain K G (2005), “Negative-Refraction Metamaterials: Fundamental Principles and Applications”, Wiley-IEEE Press [13] K Hirasawa and M Haneishi, Analysis, design, and measurement of small and low-profile antennas: Artech House on Demand, 1992 [14] Miguel A G Laso, Txema Lopetegi, Maria J Erro, David Benito, Maria J Garde, and Mario Sorolla (2000), “Multiple-Frequency-Tuned Photonic Bandgap Microstrip Structure”, IEEE Microwave and Guided Wave Letters, pp 220-223 [15] S Trinh-Van, H B Kim, G Kwon, and K C Hwang, "Circularly polarized spidron fractal slot antenna arrays for broadband satellite communications in Ku-band," Progress In Electromagnetics Research, vol 137, pp 203- 218, 2013 [16] G V Eleftheriades, A K Iyer, and P C Kremer, "Planar negative refractive index media using periodically LC loaded transmission lines," IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol 50, pp 2702-2712, 2002 [17] M A Atoniades and G V Eleftheriades, “A folded-monopole model for electrically small NRI-TL metamaterial antennas,” IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol 7, pp 425-428, 2008 [18] A Lai, K M Leong, and T Itoh, "Infinite wavelength resonant antennas with monopolar radiation pattern based on periodic structures," IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol 55, pp 868-876, 2007 [19] J Zhu and G V Eleftheriades, "A compact transmission-line metamaterial antenna with extended bandwidth," IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol 8, pp 295-298, 2009 79 ... Dương NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ ANTEN CHO HỆ THỐNG TRUYỀN PHÁT THÔNG TIN ĐO NHỊP TIM (ECG) TÓM TẮT ĐỒ ÁN Ngày nay, với phát triển thiết bị không dây, thiết bị ngày nhỏ gọn đa dạng, việc nghiên cứu thiết. .. 17 NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ ANTEN CHO HỆ THỐNG TRUYỀN PHÁT THÔNG TIN ĐO NHỊP TIM (ECG) 1.3 Lý thuyết chung anten 1.3.1 Giới thiệu Thiết bị dùng để xạ sóng điện từ (anten phát) thu nhận sóng (Anten. .. thiết kế 65 3.2 Module Bluetooth Low Energy 66 NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ ANTEN CHO HỆ THỐNG TRUYỀN PHÁT THÔNG TIN ĐO NHỊP TIM (ECG) 3.3 Kiểm thử thiết bị 68 3.3.1 3.3.1.1 Anten