THIẾT kế CHỂ tạo ANTEN VI dải làm VIỆC ở tần sô 1 5 GHz

THIẾT kế CHỂ tạo ANTEN VI dải làm VIỆC ở tần sô 1 5 GHz, đồ án THIẾT kế CHỂ tạo ANTEN VI dải làm VIỆC ở tần sô 1 5 GHz , đồ án viễn thông THIẾT kế CHỂ tạo ANTEN VI dải làm VIỆC ở tần sô 1 5 GHz , tải về đồ án viễn thông THIẾT kế CHỂ tạo ANTEN VI dải làm VIỆC ở tần sô 1 5 GHz

MỤC LỤC MỞ ĐẦU .2 CHƯƠNG 1:CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ANTEN VI DẢI 1.1 Cấu tạo 1.2 Ưu điểm hạn chế anten vi dải 1.3 Các loại anten vi dải 1.4 Các kỹ thuật cấp nguồn cho anten vi dải 1.4.1 Tiếp điện đường truyền vi dải 1.4.2 Tiếp điện cáp đồng trục 1.5 Các thông số kỹ thuật anten 1.6 Phương pháp cải thiện thông số anten vi dải 1.6.1 Phương pháp tạo dị tật mặt đất DGS .8 1.6.2 Ứng dụng DGS thiết kế mạch vi dải 10 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CHỂ TẠO ANTEN VI DẢI LÀM VIỆC Ở TẦN SÔ 1.5GHz .11 2.1 Yêu cầu kỹ thuật .11 2.2 Thiết kế anten 11 2.3 Kết mô 12 2.3.1 Hình ảnh anten mô 13 2.3.2 Kết khảo sát thông số anten .13 2.4 Cải thiện thông số anten 16 2.4.1 Anten với cấu trúc DGS 16 2.4.2 Kết khảo sát thông số anten cấu trúc DGS 16 2.5 So sánh kết anten vi dải cấu trúc DGS với anten vi dải có cấu trúc DGS 19 KẾT LUẬN .21 Tài liệu tham khảo .21 MỞ ĐẦU Truyền thông không dây phát triển nhanh chóng, thiết bị di động trở nên ngày nhỏ Để thỏa mãn nhu cầu thiết bị di động, anten gắn thiết bị đầu cuối phải thu nhỏ kích thước Các anten phẳng, chẳng hạn anten vi dải (Microstrip Antenna), có ưu điểm kích thước nhỏ dễ gắn lên thiết bị đầu cuối,… lựa chọn yêu cầu thiết kế Cho đến nhiều phương pháp cải tiến thông số anten vi dải nghiên cứu, phương pháp thay đổi cấu trúc mặt phẳng đất Defected Ground Structure (DGS) Kỹ thuật đơn giản tạo dị tật mặt phẳng đất anten vi dải Sau học kiến thức tích lũy trình học tập sau thời gian tìm hiểu, nhóm chúng em lựa chọn đề tài “Thiết kế chế tạo anten vi dải cấu trúc DGS hoạt động dải tần 1.5 GHz” Đồ án thực phương pháp mô để đưa kết tính toán kích thước hình dạng cấu trúc khắc đất nhằm đạt yêu cầu kỹ thuật anten vi dải Nội dung đồ án bao gồm: Chương 1: Trình bày anten vi dải anten vi dải cấu trúc DGS Chương 2: Thực tính toán kích thước anten vi dải anten vi dải có cấu trúc DGS Tiến hành mô phân tích thông số anten dùng phần mềm HFSS CHƯƠNG I CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ANTEN VI DẢI 1.1 Cấu tạo Hình 1.1 Cấu trúc đơn giản anten vi dải Cấu trúc đơn giản anten vi dải bao gồm ba lớp: lớp đất, lớp điện môi, lớp xạ Hằng số điện môi lớp điện môi đóng vai trò quan trọng anten vi dải Nó ảnh hưởng đến đặc tính trở kháng, tần số cộng hưởng, băng thông, hiệu suất… anten 1.2 Ưu điểm hạn chế anten vi dải Anten vi dải có nhiều ưu điểm so sánh với anten thông thường khác ứng dụng trải khắp dải tần số băng rộng 10 MHz – 100 GHz Một số ưu điểm bật anten vi dải là: - Trọng lượng nhẹ, thể tích nhỏ, cấu trúc phẳng mỏng nên dễ chế tạo - Giá thành sản xuất, thích hợp với xác suất số lượng lớn - Dễ có phân cực tuyến tính phân cực tròn với kỹ thuật tiếp điện đơn giản - Mạch phối hợp trở kháng đường tiếp điện thực đồng thời cấu trúc anten Tuy nhiên anten vi dải có hạn chế định so sánh với anten thông thường: - Khó kết hợp có băng thông hẹp (chỉ 0.5-10%) - Độ lợi thấp (≈ 6) - Suy hao lớn cấu trúc đường tiếp điện mảng anten - Đa số anten vi dải xạ nửa không gian Muốn có anten có hiệu suất cao phải sử dụng cấu trúc tiếp điện phức tạp - Xuất xạ nhiễu từ đường tiếp điện mối nối - Xuất sóng mặt - Khả điều khiển công suất thấp 1.3 Các loại anten vi dải Anten vi dải đặc trưng nhiều tham số vật lý Chúng thiết kế với nhiều hình dạng kích thước khác Một cách tổng quát ta chia anten vi dải bốn loại bản: anten patch vi dải, anten vi dải lưỡng cực, anten vi dải khe mạch in anten vi dải sóng chạy - Anten patch vi dải (Microstrip patch antenna) Một anten patch vi dải, có dạng hình học phẳng không phẳng nằm mặt chất nền, mặt phẳng đất nằm mặt lại chất Anten patch có nhiều dạng khác đặc tính xạ chúng giống chúng hoạt dộng giống dipole Trong số loại anten patch vi dải, anten có dạng hình vuông hình tròn hai dạng thông dụng sử dụng rộng rãi - Dipole vi dải Dipole vi dải có hình dạng giống anten vi dải patch hình vuông khác tỷ số L/W Bề rộng dipole thông thường bé 0.05 lần bước sóng không gian tự Đồ thị xạ dipole vi dải anten patch vi dải giống nhau, nhiên đặc tính khác như: điện trở xạ, băng thông xạ phân cực chéo chúng khác Anten dipole vi dải thích hợp với ứng dụng tần số cao chúng sử dụng miếng đế điện môi có bề dày tương đối dày chúng đạt băng thông đáng kể Việc lựa chọn mô hình cấp nguồn quan trọng phải tính đến phân tích anten dipole vi dải - Printed Slot antenna Printed Slot antenna có cấu tạo bao gồm khe mặt phẳng đất đế nối đất Khe có nhiều hình dạng khác là: hình chữ nhật, hình tròn, hình nến… Anten loại xạ theo hai hướng, nghĩa chúng xạ hai mặt khe, tạo xạ đơn hướng cách sử dụng mặt phản xạ phía khe - Microptrip traveling-wave Antennas (MTA) MTA cấu thành loại vật dẫn xích lại với hay đoạn đường truyền vi dải đủ dài đủ rộng để hổ trợ chế độ truyền TE Trong đầu anten nối đất đầu lại phối hợp trở kháng để tránh tượng sóng đứng anten Anten MTA thiết kế để hướng búp sóng phương 1.4 Các kỹ thuật cấp nguồn cho anten vi dải Có nhiều kỹ thuật phát triển để tiếp điện cho anten vi dải, bật kỹ thuật dùng đường vi dải (microstrip line), cáp đồng trục (coaxial feed), ghép gần (promixity coupled) ghép khe hở (aperture coupled) Việc lựa chọn kỹ thuật tiếp điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố Vấn đề quan tâm nhiều tiếp điện hiệu suất chuyển đồi công suất cấu trúc phát xạ đường truyền, phối hợp trở kháng chúng, trở kháng thành phần gây tượng sóng mặt xạ nhiễu mối nối, chốt chuyển tiếp… Các xạ không mong muốn làm tăng mức thùy phụ biên độ phân cực chéo thành phần xạ Vì vậy, cần tính toán kỹ thuật tiếp điện cho tối thiểu hóa xạ nhiễu ảnh hưởng 1.4.1 Đường truyền vi dải (Microstrip Feed) - Cấu trúc trường đường truyền vi dải Sóng truyền đường vi dải sóng có gần với dạng sóng TEM (quasiTEM) Điều có nghĩa đường truyền vi dải có vài vùng có thành phần điện trường từ trường theo hướng truyền sóng Trên cấu trúc đường truyền vi dải, giản đồ quasi-TEM xuất Bởi bề mặt tiếp giáp chất điện môi không gian xung quanh không khí nên đường sức điện từ không liên tục mặt tiếp giáp Một phần lượng điện trường lưu trữ không khí phần lưu trữ chất điện môi Hằng số điện môi hiệu dụng đường truyền có giá trị nằm khoảng số điện môi không khí số điện môi chất - Hinh1.2 Cấu trúc đường truyền vi dải Tiếp điện đường truyền vi dải Kích thích anten vi dải đường truyền vi dải lựa chọn tự nhiên xem patch phần mở rộng đường truyền vi dải ta chế tạo hai đồng thời Việc ghép nối đường truyền vi dải với patch thực hình 1.3 (a) 1.3 (b) (a) (b) Hình 1.3 Tiếp điện đường truyền vi dải Phương pháp ghép cạnh hình 1.3 (a) có nhược điểm trở kháng vào patch cạnh xạ lớn nhiều lần so với trở kháng đường truyền vi dải (50 Ω) Để khắc phục hạn chế ta ghép thêm mạch phối hợp trở kháng patch đường truyền Tuy nhiên làm tăng xạ nhiễu, đồng thời phương pháp không thích hợp ứng dụng mảng anten (không có đủ không gian vật lý) Hình 1.3 (b) biểu diễn phương pháp ghép nối tiến hơn, truyền vi dải đặt vào patch đoạn l Tham số l lựa chọn cho trở kháng vào anten 50 Ω Tiếp điện đường nối vi dải dễ thiết kế chế tạo lại gây xạ nhiễu lớn nguyên nhân tạo phân cực chéo Vì vậy, kỹ thuật thường sử dụng ứng dụng không yêu cầu hiệu suất cao cần có đường tiếp điện phẳng Băng thông đạt khoảng 3-5 % 1.4.2 Tiếp điện cáp đồng trục (Coaxial Feed) Kích thích anten thông qua cáp đồng trục phương pháp để truyền công suất anten Cáp đồng trục với lõi đồng bên tiếp nối với anten vi dải qua khe hở mặt phẳng đất Một anten thường sử dụng cáp đồng trục loại N Cáp đồng trục ghép vào mặt sau mạch in, sau lõi qua chất tiếp nối với xạ Vị trí tiếp nối tính toán, lựa chọn để có phối hợp trở kháng tốt Hình 1.4 Tiếp điện cáp đồng trục Cũng giống tiếp điện đường truyền vi dải, tiếp điện cáp đồng trục có ưu điểm dễ thiết kế chế tạo Hơn nữa, thông qua việc xác định tiếp điểm ta kiểm soát mức trở kháng vào, tạo thuận lợi cho việc phối hợp trở kháng 1.4.3 Kỹ thuật ghép khe hở Kỹ thuật ghép khe hở gồm hai lớp chất chia tách mặt phẳng đất, patch đặt lớp ghép nối điện từ đường truyền đặt lớp qua khe hở mật phẳng đất Khe hở có nhiều hình dạng, kích thước thiết kế cho cải thiện độ rộng băng thông xạ anten - Chiều dài khe (La) : thông số chọn cho xạ từ khe với xạ từ patch ngược trở xuống đồng thời phải phù hợp với trở kháng - Chiều rộng khe (Wa) : thông số ảnh hưởng đến mức độ ghép nối,tuy nhiên ảnh hưởng không đáng kể.Thông thường độ rộng khe thường 1/10 chiều dài patch Hai lớp chất lựa chọn cho tối ưu hóa đường truyền hàm xạ độc lập với nhau.Ví dụ: chất đường truyền phải mỏng có số điện môi cao chất patch phải dày có số điện môi thấp Hơn nữa, nhờ có hiệu ứng che mặt phẳng đất, xạ từ đường truyền gây can nhiễu xạ patch, giúp ta dễ có phân cực Hình 1.5 Kỹ thuật ghép khe hở Hạn chế kỹ thuật ghép gần khó chế tạo liên kết rãnh lớp chất có yêu cầu định tuyến phải xác 1.4.4 Kỹ thuật ghép gần Kỹ thuật sử dụng lớp chất nền, patch đặt lớp đường truyền đặt lớp dưới, lớp mặt phẳng đất Patch đường truyền nối với nhờ tụ tự nhiên Ưu điểm phương pháp hạn chế nhiễu từ đường truyền cung cấp băng thông rộng (khoảng 13%) cách tăng độ dày chất patch giảm độ dày chất đường truyền.Ngoài ra, việc patch đặt hai chất nguyên nhân làm tăng độ rộng băng thông Ta có phối hợp trở kháng kiểm soát chiều dài đường truyền tỉ lệ chiều rộng/chiều dài (W/L) patch Hình 1.6 Kỹ thuật ghép gần Hạn chế lớn kỹ thuật ghép gần khó chế tạo hai lớp chất đòi hỏi phải có độ định tuyến xác Mặc khác, đường truyền không nằm mặt hở nên người thiết kế gặp nhiều khó khăn 1.5 Các thông số kỹ thuật anten - Tần số công tác anten tần số cộng hưởng anten Anten làm việc chế độ cộng hưởng công suất xạ anten lớn - Hệ số định hướng anten tỷ số mật độ công suất từ anten định hướng mật độ công suất anten đẳng hướng với công suất xạ từ hai anten (1.1) - Hệ số tăng ích anten xác định cách so sánh mật độ công suất xạ anten thực hướng khảo sát mật độ công suất anten chuẩn (thường anten vô hướng) hướng khoảng cách với công suất vào hai anten giống Trong anten chuẩn có hiệu suất (1.2) - Trở kháng vào anten: ZA = RA + jXA (1.3) Khi kết nối anten với feeder cần ý tới điều kiện phối hợp trở kháng Thông thường trở kháng đặc tính feeder R 0, để phối hợp trở kháng ZA=R0 - Hệ số tổn hao RL (dB), đánh giá mức độ phản xạ sóng điểm kết nối anten với feeder - Hệ số sóng đứng SWR, đánh giá mức độ không phối hợp trở kháng anten feeder Cấu tạo anten vi dải hình chữ nhật bao gồm:      W chiều rộng mặt xạ L chiều dài mặt xạ h bề dày lớp điện môi Wg chiều rộng mặt phẳng đất Lg chiều dài mặt phẳng đất 1.6 Phương pháp tạo cải thiện thông số anten vi dải 1.6.1 Phương pháp tạo dị tật mặt đất - Defected Ground Structure Như biết, dải tần anten vi dải thường dải tần hẹp mở rộng tùy theo yêu cầu ứng dụng thực tế Anten vi dải có nhiều ưu điểm ứng dụng rộng rãi hệ thống thông tin liên lạc, việc cải tiến chất lượng anten mở rộng băng thông, giảm thiểu kích thước, tăng độ lợi, giảm suy hao phản xạ, đặt lên hàng đầu Trong vài năm trở lại đây, có vài phương pháp để cải tiến mạch vi dải Một số kĩ thuật Defected Ground Structure (DGS), DGS mội kỹ thuật dùng để sửa lỗi lại mặt phẳng đất anten để nâng cao hiệu suất hoạt động anten Kỹ thuật hiểu đơn giản đặt “dị tật” lên mặt phẳng đất anten vi dải, mở cánh cửa cho hàng loạt ứng dụng sau Rất nhiều nghiên cứu DGS đề xuất DGS trở thành mảng thú vị cho việc nghiên cứu ứng dụng mạch vi dải Các mẫu DGS có khác hình dạng, mạch tương đương L-C, hệ số ghép nối, đáp ứng tần số thông số khác Mặc dù “dị tật” đặt thêm làm tính thống mặt phẳng đất, nhiên chúng không làm mặt phẳng đất bị lỗi Người sử dụng phải chọn cho cấu trúc hiệu cho mạch vi dải Hình 1.5 cho thấy số cấu trúc DGS sử dụng phổ biến Các mấu DGS có khác hình dạng, mạch tương đương L-C, hệ số ghép nối, đáp ứng tần số thông số khác Mặc dù “dị tật” đặt thêm làm tính thống mặt phẳng đất, nhiên, chúng không làm mặt phẳng đất bị lỗi Người sử dụng phải chọn cho cấu trúc hiệu cho mạch vi dải Hình 1.5 Một số khuôn mẫu DGS Một mẫu DGS rãnh cộng hưởng mặt phẳng đất, đặt trực tiếp đường truyền vi dải ghép nối cách hiệu cho đường truyền vi dải Khuôn mẫu DGS kết hợp mặt phẳng đất làm thay đổi phân bố dòng lớp cách điện, thay đổi phụ thuộc vào hình dạng kích thước DGS Sự thay đổi ảnh hưởng đến trở kháng đầu vào dòng 10 điện chảy anten Nó điều khiển kích thích sóng điện từ truyền qua lớp Khi sử dụng anten vi dải, suy hao luôn xảy trình truyền tín hiệu Suy hao kích thích sóng bề mặt làm giảm hiệu suất sử dụng, độ lợi, băng thông có sóng bề mặt xảy ra, sử dụng phần lượng dự trữ để truyền sóng không gian Với anten cấu trúc DGS có băng thông hẹp, suy hao phản xạ cao, độ lợi thấp, mặt khác anten kết hợp cấu trúc DGS hiệu cho tăng băng thông cao hơn, giảm suy hao phải xạ, 1.6.2 Ứng dụng DGS thiết kế mạch vi dải DGS ứng dụng rộng rãi thiết bị thụ động tích cực, đặc biệt hữu ích cho thiết kế nhỏ gọn (anten vi dải ví dụ điển hình điều này) Nó dùng cho việc lọc tín hiệu không mong muốn, nâng cao chất lượng hệ thống (ví dụ anten vi dải có tác dụng cải thiện suy hao phản xạ tần số cộng hưởng, tăng băng thông đường truyền ) Mỗi DGS có đặc tính riêng mình, tùy thuộc vào kích thước, hình dạng vị trí nó, dễ dàng thực cách đặt mẫu “dị tật” DGS mặt phẳng đất để làm tăng hiệu hoạt động mạch thiết kế mà không làm mạch phức tạp thêm Đã có nhiều công trình nghiên cứu DGS tích hợp anten vi dải Khi chúc ta sử dụng anten vi dải để truyền tín hiệu, sóng cần truyền di chuyển vào anten qua đường cấp nguồn lan rộng xuống phía Sau tiến đến sát cạnh anten, phần lượng phản xạ trở lại phần lại xạ không gian tự Năng lượng phản xạ trở lại lớn, tức suy hao phản xạ cao ngược lại anten vi dải có kết hợp DGS có băng thông rộng hơn, suy hao phản xạ thấp Một khuôn mẫu DGS tích hợp mặt phẳng đất gây ảnh hưởng có lợi đến hiệu suất hoạt động anten giảm kích thước anten, giảm phân cực chéo, giảm suy hao khớp nối mảng anten, giúp cho việc ngăn chặn tín hiệu không mong muốn (như filter), cải thiện suy hao phản xạ, tăng băng thông truyền dẫn, 11 CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ANTEN VI DẢI LÀM VIỆC TẠI TẦN SỐ 1.5 GHz 2.1 Yêu cầu kỹ thuật Thiết kế anten vi dải hình chữ nhật đồng, cấp nguồn đường truyền vi dải phối hợp trở kháng dùng phương pháp inset feed line Anten hoạt động tần số 1.5 GHz Anten đặt lớp điện môi chất Neltec NY9220 với số điện môi 2,2 có độ dày h = 1.6 mm 2.2 Thiết kế anten Tính toán thông số anten: - Chiều rộng mặt xạ tính theo công thức: c × 108 W= = = 79(mm) εr +1 2.2 + f0 × 1.5 × 106 2 - Hệ số điện môi hiệu dụng xác định theo công thức: − ε reff ε + εr −1  h = r + + 12 2  W  - Độ dài hiệu anten xác định theo công thức: Leff ≈ - (2.1) c f ε reff 2.2 + 2.2 −  1.6  = + + 12 2  79.05  − × 108 = = 68.39( mm) × 1.5 × 106 2.138 = 2.138 (2.2) (2.3) Độ tăng độ dài tính theo công thức: W  + 0.3)  + 0.264 ÷  h  ∆L = 0.412h ( ε reff − 0.258 )  Wh + 0.8 ÷ 79.05  + 0.264 ÷ ( 2.138 + 0.3)   1.6  = 0.845(mm) ⇒ ∆L = 0.412 × 1.6 79.05  + 0.8 ÷ ( 2.138 − 0.258 )   1.6  (ε - reff (2.4) Độ dài thực mặt xạ tính theo công thức: L = Leff − 2∆L = 68.39 − × 0.845 = 66.61( mm) 12 (2.5) - Kích thước mặt đất tính theo công thức: Wg ≈ 6h + W ≈ × 1.6 + 79 ≈ 88.65( mm) (2.6) Lg ≈ 6h + L ≈ × 1.6 + 66.61 ≈ 77.9( mm) (2.7) - Để trở kháng ngõ vào anten 50 Ω , điểm cấp tín hiệu cho anten lấn sâu vào anten khoảng y0, với Rin= 144 Ω, yo tính theo công thức: y0 = - π L 50 π 65.83 −1 50 cos −1 = cos = 19.7(mm) 180 π Rin 180 π 144 (2.8) Chiều rộng đường line: Wf = 2h  εr −1 0.61   ln( B − 1) + 0.39 −  B − − ln(2 B − 1) +   π  2ε r  ε r   (2.9) Trong đó: B= ⇒ Wf = - 377π 377π = = 7.99 Z ε r × 50 2.2 (2.10) × 1.6  2.2 −  0,61   ln(7.99 − 1) + 0.39 − 7.99 − − ln(2 × 7.99 − 1) +  = 5.1( mm)  π  × 2.2  2.2   (2.11) Chiều dài đường line: Lf = 3.96 ⇒ L f = 3.96 × 5.1 = 20.2( mm) Wf (2.12) Một vấn đề đặt thiết kế anten phối hợp trở kháng Việc phối hợp trở kháng tốt làm cho không xuất hiện tượng sống phản xạ Vì vậy, phối hợp trở kháng cho anten đảm bảo tuyến truyến sóng sóng phản xạ Sóng truyền tuyến truyền siêu cao tần phản ánh đầy đủ qua hệ số phản xạ hay đại lượng đo đạc dễ dàng hệ số sóng đứng Phối hợp trở kháng trình biến đổi trở kháng tùy ý thành trở kháng hệ thống Nếu trở kháng phối hợp công suất truyền đạt cực đại công suất tiêu tán đường nhỏ Trong anten phối hợp trở kháng làm tăng tỉ lệ tín hiệu tạp âm S/N 2.3 Kết mô 2.3.1 Hình ảnh anten mô 13 Hình 2.1 Anten vi dải hoạt động tần số 1.5 GHz 2.3.2 Kết khảo sát thông số anten • Hệ số suy hao -2 Suy hao [dB] -4 -6 -8 -10 -12 -14 -16 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 Frequency [GHz] Hình 2.2 S11 anten vi dải Thiết kế anten vi dải tần số 1.5 GHz, kết mô tần số 1.5 GHz => sai số: % Khi có phối hợp trở kháng công suất truyền đến tải lớn Khi phối hợp trở kháng tải đường truyền có sóng phản xạ trở máy phát Điều gây ra: - Tổn hao công suất - Xuất nhiễu làm giảm hiệu suất làm việc máy phát giao thoa tín hiệu phản xạ với tín hiệu tới Khi tải không phối hợp trở kháng toàn công suất nguồn rơi tải mà có tổn hao ta định nghĩa Return Loss: 14 RL = −20log Γ Với: Γ= Z L − Z0 Z L + Z0 Trong đó: Г hệ số phản xạ Nếu RL = 0, phản xạ toàn phần, RL = ∞, tải phối hợp trở kháng Đối với số hệ thống hệ số suy hao S 11 = -9,5 dB hệ thống đạt yêu cầu phối hợp trở kháng Ở đây, tần số f = 1.5 GHz hệ số suy hao S11 đạt suy hao đạt RL = 14.6858dB , anten phối hợp trở kháng tốt • Hệ số sóng đứng SWR 120 100 VSWR 80 60 40 20 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 Frequency (GHz) Hình 2.3 Hệ số sóng đứng SWR SWR tiến phối hợp trở kháng tốt Khi SWR = Γ = 0, sóng phản xạ trở lại đường truyền, tải hoàn toàn phối hợp trở kháng Mô SWR = 1.4521, hệ thống phối hợp trở kháng tốt • Trở kháng vào anten 15 Name Freq m1 1.5000 Ang Mag Smith Chart RX -59.8360 0.1844 1.1382 - 0.3757i 110 100 120 130 90 80 1.00 HFSSDesign1 St(bucxa_T1,bucxa_T1) Setup1 : Sw eep 60 0.50 2.00 50 140 40 150 30 160 0.20 5.00 20 170 10 0.00 0.00 180 0.20 0.50 1.00 2.00 5.00 m1 -170 -10 -160 -0.20 -5.00 -20 -150 -30 -140 -40 -130 -0.50 -120 -2.00 -1.00 -110 -100 -90 -50 -60 -80 -70 Hình 2.4 Đồ thị Smith Chart anten vi dải jφ Giả sử Γ biểu diễn dạng cực (theo biên độ pha) Γ = Γ e , giá trị Γ biểu diễn điểm hệ tọa độ cực Trở kháng đặc trưng đường truyền Z = 50 Ω, mô 1.1382 x 50 = 56.9 Ω • Độ lợi Hình 2.5 Độ lợi anten vi dải Theo mô anten có khả xạ 1.3165 lần so với anten đẳng hướng • Đồ thị phương hướng 16 ANSOFT Curve Info 70 Radiation Pattern 10 HFSSDesign1 -30 dB(GainTheta) Setup1 : Sw eep Freq='1.5GHz' Theta='0deg' 30 0.00 -10.00 -60 60 -20.00 -30.00 -90 90 -120 120 -150 150 -180 Hình 2.6 Đồ thị phương hướng anten vi dải Hệ số định hướng số biểu thị mật độ công suất xạ anten định hướng với khoảng cách cho, lớn lần so với mật độ công suất xạ khoảng cách giả thiết anten xạ vô hướng với công suất xạ giống hai trường hợp 2.4 Cải thiện thông số anten Từ anten vi dải ta thiết kế thêm cấu trúc DGS vào anten nhằm cải thiện thông số anten 2.4.1 Anten với cấu trúc DGS Hình 2.7 Anten vi dải với cấu trúc DGS 2.4.2 Kết khảo sát thông số anten cấu trúc DGS • Hệ số suy hao 17 ANSOFT Curve Info 0 -5 Suy hao [dB] -10 -15 -20 -25 -30 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 Frequency [GHZ] Hình 2.8 S11 anten vi dải cấu trúc DGS Sau khắc cấu trúc DGS vào anten vi dải tần số anten tăng lên f = 1.52 GHz, hệ số suy hao S11 tương đối cao RL = 28.392dB • Hệ số sóng đứng 160 140 120 VSWR 100 80 60 40 20 -20 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 Frequency [GHz] Hình 2.9 Tỉ số sóng đứng SWR anten vi dải cấu trúc DGS Tỉ số sóng đứng anten có cấu trúc DGS SWR = 1,0791 • Trở kháng vào anten 18 Name Freq Ang Mag Smith Chart RX m1 1.5250 -171.3511 0.0381 0.9274 - 0.0106i m2 1.5000 0.3143 1.7754 + 0.4206i 19.8577 110 100 120 130 HFSSDesign1 ANSOFT Curve Info 90 80 1.00 70 St(bucxa_T1,bucxa_T1) Setup1 : Sw eep 60 0.50 2.00 50 140 40 150 30 160 0.20 5.00 20 170 10 m2 180 0.00 0.00 0.20 0.50 m1 1.00 2.00 5.00 -170 -10 -160 -0.20 -5.00 -20 -150 -30 -140 -40 -130 -0.50 -120 -110 -2.00 -50 -60 -1.00 -100 -90 -80 -70 Hình 2.10: Đồ thị Smith Chart anten vi dải cấu trúc DGS Trở kháng anten vi dải có cấu trúc DGS 0.9274 x50 = 46.37 Ω • Độ lợi Hình 2.11 Độ lợi anten vi dải cấu trúc DGS Độ lợi anten có cấu trúc DGS tăng lên 1.8436 • Đồ thị phương hướng Radiation Pattern HFSSDesign1 -30 ANSOFT Curve Info dB(GainTheta) Setup1 : Sw eep Freq='1.5GHz' Theta='0deg' 30 -4.00 -18.00 -60 60 -32.00 -46.00 -90 90 -120 120 -150 150 -180 Hình 2.12 Đồ thị phương hướng anten cấu trúc DGS 2.5 So sánh kết anten vi dải cấu trúc DGS với anten vi dải có cấu trúc DGS 19 Hệ số suy hao Suy hao [dB] • -2 -4 -6 -8 -10 -12 -14 -16 -18 -20 -22 -24 -26 -28 -30 Anten vi dai Anten cau truc DGS 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 Frequency [GHz] Hình 2.19 So sánh S11 anten vi dải anten vi dải cấu trúc DGS Từ đồ thị hình 2.19 cho thấy hệ số suy hao anten vi dải RL = 14.6858dB tần số f = 1.5 GHz, anten sau khắc cấu trúc DGS có hệ số suy hao cao RL = 28.392dB tần số 1.52 GHz • Hệ số sóng đứng 160 Anten vidai Anten cau truc DGS 140 120 VSWR 100 80 60 40 20 -20 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 Frequency [GHz] Hình 2.20 So sánh hệ số sóng đứng SWR anten vi dải anten vi dải cấu trúc DGS 20 Hệ số sóng đứng anten vi dải 1.4521, có cấu trúc khắc DGS hệ số sóng đứng giảm xuống 1.0791 • Độ lợi (a) Anten vi dải (b) Anten cấu trúc DGS Hình 2.21 So sánh độ lợi anten vi dải anten vi dải cấu trúc DGS Đối với anten vi dải độ lợi 1.3165, sau khắc cấu trúc DGS độ lợi tăng lên Cấu trúc DGS độ lợi tăng lên 1.8436 •Đồ thị phương hướng (a) Anten vi dải (b) Anten cấu trúc DGS Hình 2.22 So sánh đồ thị phương hướng anten vi dải anten có cấu trúc DGS 21 KẾT LUẬN Trong trình thực đề tài chúng em sâu nghiên cứu anten vi dải, cách khắc phục nhược điểm anten vi dải thông qua phương pháp khắc DGS Sau nghiên cứu, mô tính toán, thiết kế anten đạt số kết : - Thiết kế chế tạo thành công anten vi dải hoạt động tần số cộng hưởng 1.5 GHz - Kết mô phần mềm HFSS cho thấy thông số anten đạt yêu cầu đề - Anten vi dải với cấu trúc DGS hợp lý cải thiện thông số kỹ thuật anten Tuy nhiên, thời gian thực đồ án không nhiều nên kết có số hạn chế cần khắc phục băng thông hẹp, tính phối hợp trở kháng anten chưa thật tốt 22 Tài liệu tham khảo [1] Phạm Minh Việt, Kỹ thuật mạch siêu cao tần, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2002 [2] tailieu.vn 23 ... m1 1. 52 50 -17 1.3 51 1 0.03 81 0.9274 - 0. 010 6i m2 1. 50 00 0. 314 3 1. 7 754 + 0.4206i 19 . 857 7 11 0 10 0 12 0 13 0 HFSSDesign1 ANSOFT Curve Info 90 80 1. 00 70 St(bucxa_T1,bucxa_T1) Setup1 : Sw eep 60 0 .50 ... 0 .50 2.00 50 14 0 40 15 0 30 16 0 0.20 5. 00 20 17 0 10 m2 18 0 0.00 0.00 0.20 0 .50 m1 1. 00 2.00 5. 00 -17 0 -10 -16 0 -0.20 -5. 00 -20 - 15 0 -30 -14 0 -40 -13 0 -0 .50 -12 0 -11 0 -2.00 -50 -60 -1. 00 -10 0 -90... 2.00 50 14 0 40 15 0 30 16 0 0.20 5. 00 20 17 0 10 0.00 0.00 18 0 0.20 0 .50 1. 00 2.00 5. 00 m1 -17 0 -10 -16 0 -0.20 -5. 00 -20 - 15 0 -30 -14 0 -40 -13 0 -0 .50 -12 0 -2.00 -1. 00 -11 0 -10 0 -90 -50 -60 -80 -70