Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên về thiết kế anten vi dải,Giúp các bạn hệ thống hóa các kiến thức về anten và anten vi dải,biết về phần mềm thiết kế anten thông minh,phục vu cho học tập,luận văn,nghiên cứu
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ ѼѼѼ - BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN NĂM 2018 NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ ANTEN VI DẢI HÌNH LOGO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI Giáo Viên Hướng Dẫn: ThS Nguyễn Văn Khởi Nhóm sinh viên thực hiện: Đỗ Ngọc Thiện Điện - Điện tử Lưu Tiến Lực Điện - Điện tử Dương Khánh Linh Điện - Điện tử Nguyễn Tuấn Minh Điện - Điện tử Nguyễn Thị Tâm Điện - Điện tử Hà Nội,năm 2018 TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ ѼѼѼ - BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN NĂM 2018 NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ ANTEN VI DẢI HÌNH LOGO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI Giáo Viên Hướng Dẫn: ThS Nguyễn Văn Khởi Nhóm SV Sinh viên Mã SV Đỗ Ngọc Thiện 151413115 Nguyễn Thị Tâm 151411738 Nguyễn Tuấn Minh 151401120 Dương Khánh Linh 151402296 Lưu Tiến Lực 151400233 Lớp Kỹ thuật viễn thông K56 Kỹ thuật viễn thông K56 Kỹ thuật viễn thông K56 Kỹ thuật viễn thông K56 Kỹ thuật viễn thông K56 Khoa Điện- Điện Tử Điện- Điện Tử Điện- Điện Tử Điện- Điện Tử Điện- Điện Tử MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU 10 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ANTEN VÀ ANTEN VI DẢI .12 1.1 Lý thuyết chung Anten 12 1.1.1 Giới thiệu 12 1.1.2 Hệ phương trình Maxwell .14 1.1.3 Đặc tính xạ điện từ anten 15 1.1.4 Đặc tính đường dây truyền sóng .16 1.1.4.1 Bước sóng (Wavelenght) 16 1.1.4.2 Trở kháng đặc tính (Characteristic impedance) 16 1.1.4.3 Phối hợp trở kháng .17 1.1.4.4 Hệ số phản xạ (Γ)) 17 1.1.4.5 Hiện tượng sóng đứng tỷ số sóng đứng 18 1.1.4.6 Tổn hao phản xạ (Return loss) .18 1.1.5 Các thông số đặc trưng anten 18 1.1.5.1 Trở kháng vào anten 18 1.1.5.2 Hệ số định hướng độ tăng ích 19 1.1.5.3 Giản đồ xạ (Radiation pattern) 20 1.1.5.4 Mật độ công suất xạ cường độ xạ 24 1.1.5.5 Công suất xạ đẳng hướng tương đương 26 1.1.5.6 Hiệu suất anten (et) 26 1.1.5.7 Tính phân cực anten .27 1.1.6 Dải tần anten .28 1.1.7 Các hệ thống anten 29 1.2 Giới thiệu anten vi dải 30 1.2.1 Các đặc tính anten vi dải 31 1.2.2 Các loại anten vi dải thông dụng .32 1.2.2.1 Anten patch vi dải (Microstrip Patch Antenna) 32 1.2.2.2 Anten vi dải lưỡng cực (Microstrip Dipole Antenna) 33 1.2.2.3 Anten vi dải khe mạch in (Printed Slot Antenna) 34 1.2.2.4 Anten sóng chạy vi dải (Microstrip Traveling – Wave Antenna) 35 1.2.3 Cơ chế xạ anten vi dải 35 1.2.4 Các kỹ thuật cấp nguồn cho anten vi dải 38 1.2.4.1 Tiếp điện trực tiếp 38 a Tiếp điện đường truyền vi dải .38 b Cấp nguồn cáp đồng trục 40 1.2.4.2 Tiếp điện gián tiếp 40 a Cấp nguồn dùng phương pháp ghép gần .40 b Cấp nguồn phương pháp ghép khe .41 1.2.5 Băng thông anten vi dải 42 1.2.6 Anten độc lập tần số 44 1.2.6.1 Anten xoắn ốc đẳng góc phẳng (Planar equiangular spiral antenna) 45 1.2.6.2 Anten xoắn ốc phẳng kiểu Archimedean 48 CHƯƠNG 2: CÁC MƠ HÌNH PHÂN TÍCH ANTEN VI DẢI .50 2.1 Mơ hình đường truyền sóng .50 2.1.1 Hiệu ứng đường biên số điện môi hiệu dung .51 2.1.2 Đường truyền vi dải 54 2.1.3 Kích thước Anten vi dải hình chữ nhật .58 2.1.4 Tổng trở ngõ vào Anten vi dải 60 2.2 Mơ hình hốc cộng hưởng 65 2.2.1 Đặc tính trường mật độ dịng tương đương 65 2.2.2 Trường xạ Anten vi dải 70 2.3 Các thông số khác Anten vi dải 75 2.3.1 Độ định hướng 75 2.3.2 Độ rộng búp sóng 76 2.3.3 Suy hao hệ số phẩm chất Q 77 2.3.4 Hiệu suất xạ 78 2.3.5 Băng thông độ lợi .79 CHƯƠNG PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ ANTEN HÌNH LOGO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI 80 3.1 Giới thiệu phần mềm HFSS 15.0 80 3.2.Nhận dạng tự động 81 3.2.1.Các hệ thống mã vạch 83 3.2.2.Nhận dạng chữ viết 83 3.2.3 Các hệ thống sinh trắc học .84 3.2.4 Smart cards 85 3.3 RFID 85 3.3.1.Kiến trúc hệ thống 85 3.3.2 Hoạt động 86 3.4 Ăng ten logo dùng nhận dạng sóng vơ tuyến 86 3.4.1.Các thông số khác………………………………………………………………… 88 3.4.2.Đồ thị xạ……………………………………………………………………….90 3.5.Các phương pháp tiếp điện cho anten vi dải………………………………………93 3.5.1.Tiếp điện cáp đồng trục…………………………………………………….95 3.5.2.Tiếp điện đường truyền vi dải…………………………………………… 96 3.6.Hướng dẫn sử dụng phần mềm mô HFSS…………………………………103 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 106 TÀI LIỆU THAM KHẢO .107 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Anten thiết bị truyền sóng Hình 1.2: Mơ hình đường truyền sóng Hình 1.3: Phương trình tương đương Thevenin cho hệ thống anten Hình 1.4: Hệ thống tọa độ để phân tích anten Hình 1.5: Giản đồ xạ vơ hướng anten Hình 1.6: Giản đồ xạ mặt phẳng E mặt phẳng H cho anten loa Hình 1.7: Các búp sóng anten xạ hướng tính (a) Thùy xạ độ rộng chùm anten (b) Giản đồ công suất, thùy độ rộng chùm kết hợp với Hình 1.8: Sự quay vector điện trường Hình 1.9: Các loại phân cực Hình 1.10: Độ rộng băng thơng Hình 1.11: Cấu trúc anten vi dải kiểu phiến Hình 1.12: Các dạng anten patch vi dải thường dùng Hình 1.13: Một số dạng khác anten patch vi dải Hình 1.14: Anten vi dải lưỡng cực Hình 1.15: Anten vi dải khen mạch in Hình 1.16: Anten sóng chạy vi dải Hình 1.17: Phân bố điện tích dịng điện anten vi dải hình chữ nhật Hình 1.18: Cấu trúc điện từ trường gần phiến patch (E: nét liền; H: nét đứt) Hình 1.19: Phân bố điện trường patch Mode TM 100 Hình 1.20: Phân bố từ trường patch mode TM 100 (a) Phân bố từ khe phát xạ; (b) Phân bố từ khe khơng phát xạ Hình 1.21: Anten vi dải với khe xạ tương đương Hình 1.22: Cấu trúc đường truyền vi dải Hình 1.23: Cấp nguồn dùng trường truyền vi dải Hình 1.24: Tiếp diện cáp đồng trục Hình 1.25: Cấp nguồn dùng phương pháp ghép gần Hình 1.26: Tiếp điện phương pháp ghép khe Hình 1.27: Các mạng biến đổi trở kháng thực tế Hình 1.28: Minh họa lý thuyết vịng xạ Hình 1.29: Anten xoắn ốc mặt theo nguyên lý tự bù Hình 1.30: Minh họa anten Archimedean cánh tự bù Hình 2.1: Mơ hình đường truyền sóng Hình 2.2: Hiệu ứng đường biên xung quanh anten vi dải Hình 2.3: Đường truyền vi dải Hình 2.4: Hiệu ứng đường biên anten vi dải Hình 2.5: Hằng số điện môi hiệu dung anten vi dải Hình 2.6: Đường truyền vi dải Hình 2.7: Cấu trúc mơ hình truyền sóng (TEM) đường truyền vi dải [6] Hình 2.8: Phân bố điện trường Hình 2.9: Mạch tương đương mơ hình đường truyền sóng Hình 2.10: Anten vi dải với đường cấp nguồn inset – feed Hình 2.11: Phân bố điện tích mật độ dịng anten vi dải Hình 2.12: Mơ hình hộp cộng hưởng anten vi dải Hình 2.13: Mơ hình hốc cộng hưởng cho anten vi dải Hình 2.14: Dịng tương đương hai khe xạ Hình 2.15: Bức xạ từ khe Hình 2.16: Mẫu xạ anten vi dải mặt phẳng E H Hình 3.17: Cấu trúc mã EAN Hình 3.18: Mã vạch Hình 3.1: Kiến trúc chung thẻ memory card Hình 3.2: Kiến trúc chung thẻ microprocessor card Hình 3.3: Hệ thống RFID Hình 3.4: Bộ đọc RFID thẻ smard card Hình 3.5: Kiến trúc chung transponder Hình 3.6: Logo Trường Đại học Giao Thơng Vận Tải Hà Nội Hình 3.7: Ăng ten vi dải hình chữ nhật Hình 3.8: Giao diện thiết kế Hình 3.9: Hệ số tổn hao ngược Hình 3.10: Đồ thị xạ (3D) ăng ten Hình 3.11: Tấm xạ sử dụng slot PIN diode Hình 2.12: Hệ số tổn hao ngược ăng ten Hình 3.13: Hình ảnh ăng ten chế tạo Hình 3.14: Tần số hệ số tổn hao ăng ten DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Quy ước dải tần số Bảng 1.2: So sánh đặc trưng loại anten Bảng 1.3: So sánh kỹ thuật tiếp điện cho anten vi dải DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT VIẾT TẮT TÊN THUẬT NGỮ ĐẦY ĐỦ TẠM DỊCH WLAN Wireless Local Area Network Mạng cục không dây VSWR Voltage Standing Wave Ratio Tỉ số sóng đứng điện áp SWR Standing Wave Ratio Tỉ số sóng đứng EIRP Equivalent Isotropically Radiated Power Cơng suất xạ đẳng hướng tương đương CW Clockwise Chiều kim đồng hồ Counterclockwise Ngược kim đồng hồ BW Bandwidth Băng thông UHF Ultra High Frequency Tần số cực cao High Frequency Tần số cao Microstrip Antenna Anten vi dải LF Low Frequency Tần số thấp ES Electronic Cash Thẻ điện tử ROM Read Only Memory Bộ nhớ đọc RAM Random Access Memory Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên RFID Radio Frequency Identification Nhận dạng qua sóng vơ tuyến MSA Microstrip Antenna Anten microstrip CCW HF MSA TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Thông tin chung: - Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế Anten Vi dải hình logo trường Đại Học Giao Thơng Vận Tải - Sinh viên thực hiện: c hiện: n: Sinh viên Lớp Khoa Năm thứ Số năm đào tạo Đỗ Ngọc Thiện Kỹ thuật viễn thông Điện - Điện tử 4,5 Lưu Tiến Lực Kỹ thuật viễn thông Điện - Điện tử 4,5 Dương Khánh Linh Kỹ thuật viễn thông Điện - Điện tử 4,5 Nguyễn Tuấn Minh Kỹ thuật viễn thông Điện - Điện tử 4,5 Nguyễn Thị Tâm Kỹ thuật viễn thông Điện - Điện tử 4,5 - Người hướng dẫn: ThS Nguyễn Văn Khởi Mục tiêu đề tài: Tìm hiểu cách thiết kế Anten vi dải logo trường Đại Học Giao Thơng Vận Tải Tính sáng tạo: Đề tài sâu nghiên cứu đặc tính Anten Anten vi dải Đề tài có tính tính sáng tạo kết hợp nghiên cứu lý thuyết với việc mô phần mềm để thiết kế anten cho ứng dụng thực tế Kết nghiên cứu: Chương trình mơ Anten vi dải hình logo trường Đại Học Giao Thông Vận Tải Như đề cập nhiều báo cáo, thành phần chủ yếu hệ thống RFID bao gồm: thẻ RFID, đầu đọc (sensor) ăng ten Trong phạm vi đề tài, thiết kế chế tạo ăng ten Logo (trên phù hiệu, đồng phục,…) nhằm tích hợp vào hệ thống nhận dạng RFID Đóng góp mặt kinh tế - xã hội, giáo dục đào tạo, an ninh, quốc phòng khả áp dụng đề tài: Hệ thống nhận dạng tương lai sử dụng ứng dụng phổ biến nhiều hệ thống :hệ thống công nghiệp,hế thống bán hàng,các hệ thống,công ty sản xuất đặc biệt giáo dục việc nghiên cứu lý thuyết tính tốn mơ mẫu Anten hình logo cho trường đại học giúp cho việc học tập sinh viên tốt tiền đề để hoạt động sinh viên trọn vẹn,đảm bảo Việc ... “Nghiên cứu thiết kế Anten vi dải hình logo trường Đại học Giao thông Vận tải” làm đề tài nghiên cứu khoa học Mục tiêu đề tài -Tìm hiểu cách thiết kế Anten vi dải hình logo trường Đại học Giao thông... này, kỹ thuật thiết kế anten vi dải hình logo trường đại học thu hút nhiều quan tâm nhà nghiên cứu anten nói chung sinh vi? ?n học tập học phần Anten truyền sóng giảng đường đại học chúng em nói... Anten vi dải lưỡng cực Hình 1.15: Anten vi dải khen mạch in Hình 1.16: Anten sóng chạy vi dải Hình 1.17: Phân bố điện tích dịng điện anten vi dải hình chữ nhật Hình 1.18: Cấu trúc điện từ trường