Nghiên cứu giải pháp cải thiện một số tham số của anten mảng trong hệ thống thông tin vô tuyến (tt)

MỞ ĐẦU Anten mảng ứng dụng hệ thống thông tin Ngày nay, thông tin vô tuyến phát triển nhanh chóng với nhiều loại hình dịch vụ khác thông tin di động, thông tin vệ tinh, radar, Trong hệ thống này, anten thành phần thiếu chất lượng ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng dịch vụ Bên cạnh đó, hệ thống ln u cầu anten phải có kích thước nhỏ trọng lượng nhẹ tham số phải cải thiện Vì vậy, cơng nghệ vi dải lựa chọn tốt để đáp ứng cho yêu cầu Tuy nhiên, bên cạnh ưu điểm trên, anten vi dải tồn số nhược điểm như: băng thơng hẹp, hiệu suất hệ số tăng ích thấp, cơng suất thấp Bên cạnh đó, số ứng dụng, việc sử dụng anten đơn không đảm bảo yêu cầu chất lượng hệ thống độ định hướng, hệ số tăng ích hay băng thông Hơn nữa, anten định hướng cao cần thiết để bù lại suy giảm tín hiệu việc truyền sóng tầng khí gây Thêm vào đó, băng thơng anten hệ thống ln u cầu từ vài trăm MHz trở lên Vì vậy, anten mảng đời để đáp ứng yêu cầu Anten mảng tập hợp gồm từ hai phần tử trở lên Với ưu điểm băng thơng rộng, hệ số tăng ích độ định hướng cao, anten mảng ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực khác như: thông tin vệ tinh, thông tin di động, radar, … Từ lý trên, việc cải thiện tham số cho anten mảng cần thiết Hiện nay, có nhiều phương pháp đề xuất để cải thiện tham số cho anten như: siêu vật liệu, Electromagnetic Band Gap (EBG), nhiều tầng điện môi, Defected Ground Structure (DGS), bề mặt phản xạ Mỗi phương pháp có đặc tính riêng Vì vậy, cần lựa chọn áp dụng đắn phương pháp vào trường hợp cụ thể Nếu việc mở rộng băng thông cho anten cách sử dụng nhiều tầng điện môi dựa nguyên lý tăng chiều dày tầng điện mơi, việc cải thiện hệ số tăng ích cho anten việc sử dụng bề mặt phản xạ dựa đặc tính phản xạ để giảm thiểu búp sóng phụ búp sóng sau Trong đó, phương pháp DGS cải thiện tăng ích cho anten cách phân bố lại dòng cho anten Chúng ta biết việc xạ anten vi dải xác định từ phân bố trường phần tử xạ mặt phẳng đất hay dạng phân bố dòng điện bề mặt phần tử xạ Do đó, việc thay đổi hình dạng, kích thước chiều dày mặt phẳng đất hay phần tử xạ dẫn đến việc thay đổi phân bố dòng anten Điều mở hướng cho việc cải thiện số tham số anten Những vấn đề tồn Đã có nhiều đề xuất việc cải thiện tham số cho anten mảng thời gian qua Tuy nhiên, nhiều hạn chế cơng trình Một số mơ hình anten mảng gồm nhiều phần tử hiệu suất anten 60% Hiệu suất không đáp ứng cho ứng dụng Thêm vào đó, số anten sử dụng công nghệ đắt tiền hốc cộng hưởng điều dẫn đến việc tăng chi phí độ phức tạp hệ thống Trong đó, nghiên cứu khác tỉ lệ phần trăm băng thơng anten thấp, 10% anten tích hợp hàng trăm phần tử Khi nhu cầu truyền thông băng rộng ngày cao với tỉ lệ phần trăm băng thơng anten không đủ đáp ứng cho ứng dụng Thêm vào đó, việc tích hợp q nhiều phần tử dẫn đến việc tăng kích thước cho anten Ngồi ra, việc cải thiện hệ số tăng ích cho anten vấn đề tồn cơng trình cơng bố gần Với mục tiêu giảm số lượng phần tử kích thước anten việc cải thiện tham số băng thơng, hệ số tăng ích hiệu suất phải trì Qua số tồn cơng trình cơng bố trên, rõ ràng việc cải thiện tham số cho anten nhiều vấn đề Để nâng cao chất lượng hệ thống thông tin vô tuyến, khơng cách khác phải cải thiện tham số cho thành phần chúng Và anten khơng có ngoại lệ Nhìn chung, việc thiết kế tối ưu đồng thời nhiều tham số anten băng thông, hiệu suất, độ định hướng, hệ số tăng ích để đảm chất lượng dịch vụ với chi phí thấp, dễ dàng chế tạo thách thức lớn nhà nghiên cứu Trong đó, điểm qua số luận án công bố thời gian gần đây, thấy sau: - Năm 2014, trường Đại học Bách khoa Hà Nội, tác giả Huỳnh Nguyễn Bảo Phương bảo vệ luận án với đề tài “Nghiên cứu phát triển cấu trúc EBG ứng dụng cho hệ thống thông tin vô tuyến hệ mới” Đối tượng nghiên cứu luận án lọc đa băng, anten đa băng anten đơn MIMO - Năm 2016 có số luận án nghiên cứu anten MIMO cho thiết bị đầu cuối di động tác giả Nguyễn Khắc Kiểm (Đại học Bách khoa Hà Nội) luận án nghiên cứu anten UWB tác giả Lệ Trọng Trung (Học viện Kỹ thuật Quân sự) Đối tượng nghiên cứu luận án anten đơn, anten UWB mục tiêu nghiên cứu luận án giảm ảnh hưởng tương hỗ phần tử anten - Năm 2017, trường Đại học Bách khoa Hà Nội, tác giả Đặng Như Định bảo vệ luận án với đề tài “Nghiên cứu, phát triển lọc thông dải, chia cơng suất, anten sử dụng đường truyền phức hợp, vòng cộng hưởng hiệu ứng viền siêu vật liệu” Đúng tên đề tài, luận án tập trung nghiên cứu số cấu trúc CRLH, SRR để thiết kế lọc thông dải, chia công suất anten đơn Do đó, chưa có việc nghiên cứu việc sử dụng phương pháp để cải thiện tham số cho anten mảng - Hiện nay, Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội có hai luận án tiến sĩ tác giả Tống Văn Luyên Tăng Thế Toan nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu phương pháp định dạng điều khiển búp sóng mảng anten tích hợp mặt trụ” “Nghiên cứu phát triển anten mảng có độ lợi cao mức búp sóng phụ thấp” Trong đề tài tập trung nghiên cứu thuật toán cho việc định dạng điều khiển búp sóng đề tài thứ hai nghiên cứu giải pháp giảm thiểu mức búp sóng phụ (SLL) anten cách áp dụng phân bố Chebyshev Tất nghiên cứu cho thấy chưa có cơng trình nghiên cứu nghiên cứu cải thiện đồng thời tham số băng thơng, hệ số tăng ích, độ định hướng cho anten mảng Điều cho thấy việc nghiên cứu cải thiện tham số cho anten mảng cấp thiết Mục tiêu, đối tượng phạm vi nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu: • Nghiên cứu, đề xuất phương pháp để cải thiện số tham số cho anten mảng băng thông, hệ số tăng ích, độ định hướng • Nghiên cứu, đề xuất cấu trúc siêu vật liệu để cải thiện tham số cho anten mảng • Nghiên cứu, đề xuất cấu trúc EBG để cải thiện tham số cho anten mảng Đối tượng nghiên cứu: • Các anten mảng vi dải với giá thành rẻ, chi phí thấp dễ dàng chế tạo • Các anten mảng lưỡng cực (dipole) sử dụng công nghệ vi dải Phạm vi nghiên cứu: • Nghiên cứu cải thiện số tham số cho anten mảng hoạt động băng C băng X (từ 11 GHz trở xuống) băng thông, độ định hướng, hệ số tăng ích, hiệu suất Các cơng việc bao gồm: phân tích, tính tốn, thiết kế áp dụng vào anten Ý nghĩa khoa học đóng góp luận án Việc nghiên cứu giải pháp để cải thiện số tham số cho anten luận án có ý nghĩa mặt khoa học thực tiễn: • Ý nghĩa khoa học: - Các kết nghiên cứu luận án góp phần phát triển giải pháp để cải thiện số tham số cho anten mảng với cấu trúc đơn giản, dễ dàng chế tạo với chi phí thấp - Các kết nghiên cứu luận án đóng góp vào hiểu biết chung cho nghiên cứu việc phân tích thiết kế anten mảng sử dụng cơng nghệ vi dải • Ý nghĩa thực tiễn: - Các giải pháp cải thiện số tham số cho anten nhằm nâng cao chất lượng anten sở để nhà sản xuất chế tạo sản phẩm có chất lượng tốt tương lai - Các kết nghiên cứu luận án góp phần phát triển giải pháp thiết kế anten mảng nói riêng anten nói chung Từ nhằm cải thiện tham số anten để đáp ứng yêu cầu chất lượng dịch vụ Những đóng góp khoa học luận án gồm: Dựa nguyên lý mở rộng băng thông hệ số tăng ích cho anten tổng hợp luận án, phương pháp DSS (Defected Substrate Structure) để cải thiện đồng thời số tham số cho anten dựa sở phân bố lại dòng bề mặt hốc cộng hưởng đề xuất Đồng thời, phương pháp mơ hình hóa tính tốn theo sơ đồ mạch tương đương LC Đề xuất cấu trúc siêu vật liệu để cải thiện số tham số cho anten phân tích, tính tốn theo sơ đồ tương đương LC cấu trúc Đề xuất cấu trúc EBG để cải thiện tham số cho anten phân tích, tính tốn theo sơ đồ tương đương LC Cấu trúc nội dung luận án Nội dung luận án bao gồm ba chương Chương phần giới thiệu tổng quan anten mảng nguyên lý hoạt động anten vi dải; ưu nhược điểm anten vi dải giải pháp để cải thiện tham số cho anten giới thiệu chương Cụ thể là, nguyên lý mở rộng băng thông hệ số tăng ích cho anten dựa số phương pháp sử dụng cấu trúc siêu vật liệu, bề mặt phản xạ phân bố lại dòng trình bày chương Đây nguyên lý quan trọng sở để phát triển phương pháp việc phân tích, thiết kế anten trình bày chương Những giải pháp cải thiện băng thông cho anten cách áp dụng nguyên lý chương đề xuất thực chương Cấu trúc siêu vật liệu đề xuất áp dụng để cải thiện băng thông cho anten mảng 𝑥 Cấu trúc đề xuất có ưu điểm nhỏ gọn đồng phẳng Vì vậy, dễ dàng cho việc chế tạo sản xuất với chi phí thấp Hơn nữa, để kiểm chứng ảnh hưởng cấu trúc đề xuất tới tham số anten, luận án mô anten trường hợp có khơng có cấu trúc đề xuất Chương đề xuất thực giải pháp cải thiện hệ số tăng ích cho anten Dựa nguyên lý phân bố lại dòng, luận án đề xuất phương pháp DSS để cải thiện hệ số tăng ích cho anten Thêm vào đó, việc cải thiện hệ số tăng ích cho anten thông qua việc sử dụng bề mặt phản xạ trình bày chương Các phương pháp phân tích, tính tốn lý thuyết, mô tối ưu kết hợp với chế tạo đo kiểm thực nghiệm để kiểm chứng tính khả thi giải pháp đề xuất CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ANTEN MẢNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP CẢI THIỆN THAM SỐ CHO ANTEN MẢNG 1.1 Giới thiệu chương Chương trình bày tổng quan lý thuyết anten mảng, nguyên lý hoạt động anten vi dải Việc anten vi dải có số hạn chế băng thơng hẹp, tăng ích hiệu suất thấp ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng dịch vụ hệ thống vô tuyến Vì vậy, phương pháp cải thiện tham số cho anten trình bày phần Ở đây, tập trung vào phương pháp cải thiện băng thơng tăng ích cho anten 1.2 Giới thiệu anten vi dải a) b) Hình 1.1: Mơ hình anten vi dải (a); phân bố điện tích dòng điện anten vi dải (b) Khái niệm anten vi dải lần đưa Deschamps vào năm 1953 Tuy nhiên, phải 20 năm sau, anten vi dải chế tạo Cấu trúc anten vi dải gồm ba lớp: phát xạ, điện môi lớp đất hiển thị Hình 1.1 Khi cấp nguồn, việc phát xạ anten vi dải xác định phân bố trường phát xạ mặt phẳng đất Khi đó, lực đẩy điện tích dấu phát xạ làm chuyển dịch số điện tích từ mặt lên mặt xạ Sự dịch chuyển tạo vector mật độ dòng mặt vector mật độ dòng mặt Lực hút điện tích chiếm ưu hầu hết tập trung điện tích, dòng tồn bên tỉ số chiều dày h lớp điện môi chiều rộng 𝑊 phát xạ nhỏ Như vậy, có lượng nhỏ dòng dịch chuyển từ vùng biên xạ lên mặt xạ làm hình thành trường từ nhỏ có chiều tiếp tuyến với vùng biên xạ 1.3 Các tham số anten 1.3.1 Băng thông Theo định nghĩa IEEE, băng thông anten định nghĩa dải tần mà hiệu suất anten với số đặc tính phù hợp với tiêu chuẩn quy định Vì vậy, băng thơng thường tính nơi mà tỉ số sóng đứng – 𝑉𝑆𝑊𝑅 nhỏ Với anten băng thơng rộng, băng thơng miêu tả tỉ số tần số cực đại tần số cực tiểu, chất lượng anten chấp nhận được: 𝑓 𝐵𝑊 = 𝑚𝑎𝑥 (1.1) 𝑓𝑚𝑖𝑛 Trong đó, với anten băng hẹp băng thơng miêu tả tỉ lệ phần trăm sai khác tần số (nơi mà 𝑉𝑆𝑊𝑅 nhỏ 2) so với tần số trung tâm: 𝑓 −𝑓 𝐵𝑊 = 𝑚𝑎𝑥 𝑚𝑖𝑛 × 100% (1.2) 𝑓0 1.3.2 Hiệu suất Hiệu suất định nghĩa tỉ số cơng suất xạ từ anten chia cho công suất mà anten nhận được: 𝑃 𝜂= 𝑟 (1.3) 𝑃𝑖𝑛 Bên cạnh đó, hiệu suất tổng anten định nghĩa tích hiệu suất phản xạ, hiệu suất dẫn (conduction efficiency) hiệu suất điện môi: 𝑒0 = 𝑒𝑟 𝑒𝑐 𝑒𝑑 (1.4) Trong đó: 𝑒0 : hiệu suất tổng, 𝑒𝑟 : hiệu suất phản xạ = − |𝛤 | với 𝛤 hệ số phản xạ, 𝑒𝑐 : hiệu suất dẫn, 𝑒𝑑 : hiệu suất điện môi 1.3.3 Hệ số định hướng Hệ số định hướng anten định nghĩa tỉ số cường độ xạ hướng khảo sát với cường độ xạ trung bình theo tất hướng Trong đó, cường độ xạ trung bình anten tính cơng suất phát xạ tổng anten chia cho 4𝜋 Do đó, hệ số định hướng cho bởi: 𝑈 4𝜋𝑈 𝐷= = (1.5) 𝑈0 𝑃𝑟𝑎𝑑 Nếu hướng khơng quy định trước hướng mà cường độ xạ đạt giá trị lớn (hướng cực đại): 𝑈| 𝑈 4𝜋𝑈𝑚𝑎𝑥 𝐷𝑚𝑎𝑥 = 𝐷0 𝑚𝑎𝑥 = 𝑚𝑎𝑥 = (1.6) 𝑈0 𝑈0 𝑃𝑟𝑎𝑑 1.3.4 Hệ số tăng ích Hệ số tăng ích anten tỉ số cường độ xạ hướng khảo sát với cường độ xạ anten chuẩn thường đẳng hướng công suất hai anten hiệu suất anten chuẩn Do đó, hệ số tăng ích anten cho biểu thức: 𝑈(𝜃,𝜙) 𝐺 = 4𝜋 (1.7) 𝑃𝑖𝑛 Tuy nhiên, với hầu hết trường hợp, anten tham chiếu nguồn đẳng hướng không suy hao Khi đó: 4𝜋𝑈(𝜃,𝜙) 𝐺= (1.8) 𝑃𝑖𝑛 (𝑛𝑔𝑢ồ𝑛 đẳ𝑛𝑔 ℎướ𝑛𝑔 𝑘ℎơ𝑛𝑔 𝑠𝑢𝑦 ℎ𝑎𝑜) Trong mối quan hệ hệ số tăng ích hệ số định hướng anten: 𝐺 (𝜃, 𝜙) = 𝑒𝑐𝑑 𝐷(𝜃, 𝜙) (1.9) 1.4 Lý thuyết anten mảng Giả sử ta có mảng 𝑁 phần tử cho Hình 1.2 Khi đó, hệ số mảng đồ thị cho bởi: 𝑗(𝑛−1)(𝑘𝑑𝑐𝑜𝑠𝜃+𝛽) 𝑗(𝑛−1)𝜓 𝐴𝐹 = ∑𝑁 = ∑𝑁 (1.10) 𝑖=1 𝑒 𝑖=1 𝑒 𝜓 = 𝑘𝑑𝑐𝑜𝑠𝜃 + 𝛽, 𝑁 số lượng phần tử mảng Khi đó, 𝐴𝐹 = 1−𝑒 𝑗𝑁𝜓 1−𝑒 𝑗𝜓 =𝑒 𝑁 𝑠𝑖𝑛( 𝜓) 𝑗(𝑁−1)𝜓/2 𝑠𝑖𝑛( 𝜓) (1.11) Hình 1.2: Mơ hình anten mảng gồm N phần tử đẳng hướng theo trục z Nếu điểm tham chiếu tâm mảng, 𝐴𝐹 phương trình (1.11) viết lại thành: 𝐴𝐹 = 𝑁 𝑠𝑖𝑛( 𝜓) 𝑠𝑖𝑛( 𝜓) (1.12) Khi giá trị 𝜓 nhỏ, biểu thức (1.12) tính xấp xỉ là: 𝐴𝐹 ≈ 𝑁 𝜓 𝑠𝑖𝑛( 𝜓) (1.13) Để thuận tiện so sánh, hệ số mảng chuẩn hóa (AFn) là: (𝐴𝐹 )𝑛 = (𝐴𝐹 ) 𝑁 (1.14) Từ biểu thức trên, thấy (𝐴𝐹)𝑛 có số tính chất sau: - (𝐴𝐹)𝑛 hàm tuần hoàn ψ với chu kỳ 2𝜋 |𝐴𝐹𝑛 (𝜓 + 2𝜋)| = |𝐴𝐹𝑛 (𝜓)| - Vì 𝑐𝑜𝑠(𝜃) = 𝑐𝑜𝑠(−𝜃), nên |𝐴𝐹𝑛 | hàm đối xứng Vì vậy, ta cần khảo sát nửa mặt phẳng, nghĩa 𝜃 khoảng từ đến 180𝑜 Khi 𝜃 khoảng từ đến 180𝑜 −1 ≤ 𝑐𝑜𝑠𝜃 ≤ Do đó, 𝜓 nằm khoảng: − 𝑘𝑑 + 𝛽 ≤ 𝜓 ≤ 𝑘𝑑 + 𝛽 Khi đó, đồ thị nhận cách lấy đối xứng qua trục - Từ phương trình (1.14), thấy 𝛽 = 0, hướng xạ cực đại mảng vng góc với trục mảng (𝜃 = ±90𝑜 ) Và mảng gọi mảng “broadside” Trong đó, xạ cực đại theo hướng 𝜃 = 0𝑜 , có: 𝜓 = 𝑘𝑑𝑐𝑜𝑠0𝑜 + 𝛽 = → 𝛽 = −𝑘𝑑 (1.15) - Khi 𝛽 thỏa mãn phương trình (1.15), mảng gọi mảng “end-fire” Nếu xạ cực đại theo hướng 𝜃 = 180𝑜 , đó: 𝜓 = 𝑘𝑑𝑐𝑜𝑠180𝑜 + 𝛽 = → 𝛽 = 𝑘𝑑 (1.16) 1.6 Một số phương pháp cải thiện tham số cho anten mảng 1.6.1 Một số phương pháp cải thiện băng thông cho anten mảng a) Mở rộng băng thông cho anten sử dụng cấu trúc siêu vật liệu Định nghĩa: Siêu vật liệu loại vật liệu nhân tạo với đặc tính khơng sẵn có tự nhiên Siêu vật liệu có độ từ thẩm số điện mơi âm Một số tính chất bật siêu vật liệu kể đến như: truyền sóng ngược, khúc Hình 1.3: Mơ hình sơ đồ tương xạ âm, LHM phân tán đương tế bào đường truyền Bây ta xét đường truyền có sơ đồ tương đương Hình 1.3 Khi đó, tần số cộng hưởng băng thơng đường truyền cho bởi: 𝜔𝑍𝑂𝑅 = 𝜔𝐸 = √𝐿𝐿 𝐶𝑅 𝐵𝑊𝑍𝑂𝑅 = 𝐺 √ 𝐿𝐿 𝐶𝑅 (1.17) Từ phương trình (1.17) để tăng băng thơng cho anten, tăng LL Tuy nhiên điều bị giới hạn tần số cộng hưởng tiêu chuẩn Chu Do đó, khơng phải phương án tốt Thay vào đó, ghép nhiều mode Hình 1.4: Mơ hình hộp cộng hưởng chữ nhật cộng hưởng lại với việc thực cách sử dụng cấu trúc siêu vật liệu Việc sử dụng siêu vật liệu giúp tạo hốc cộng hưởng liên tiếp Điều không mở rộng băng thông cho anten, mà giúp anten giữ hiệu suất cao Xét hộp cộng hưởng Hình 1.4 Khi đó, tần số cộng hưởng tính sau: (𝑓𝑟 )𝑚𝑛𝑝 = 2𝜋 √𝜇𝜀 2 √(𝑚𝜋) + (𝑛𝜋) + (𝑝𝜋) ℎ 𝐿 (1.18) 𝑊 𝑥 𝑥 𝑥 Với mode 𝑇𝑀010 , 𝑇𝑀001 𝑇𝑀020 , tần số cộng hưởng cho bởi: 𝑣0 𝑣 𝑣 (𝑓𝑟 )010 = = ; (𝑓𝑟 )001 = = ; (𝑓𝑟 )020 = = (1.19) 2𝐿√𝜇𝜀 2𝐿 √𝜀 2𝑊√𝜇𝜀 2𝑊√𝜀𝑟 2𝐿√𝜇𝜀 2𝐿 √𝜀𝑟 b) Mở rộng băng thông cho anten sử dụng nhiều tầng điện môi Chúng ta biết rằng, tỉ lệ phần trăm băng thông anten cho bởi: %𝐵𝑊 = 𝐴 = 180 ℎ 𝜆0 √𝜀𝑟 𝐴×ℎ 𝜆0 √𝜀𝑟 √ 𝑊 (1.20) 𝐿 ≤ 0.045; 𝐴 = 200 0.045 ≤ ℎ 𝜆0 √𝜀𝑟 ≤ 0.075, 𝐴 = 220 ℎ 𝜆 √ 𝜀𝑟 ≥ 0.075 Ở đây: ℎ chiều dày tầng điện môi, 𝜀𝑟 số điện mơi, 𝜆 bước sóng, 𝑊 chiều rộng anten, 𝐿 chiều dài anten Để mở rộng băng thơng cho anten, ta có thể: tăng chiều dày ℎ, tăng chiều rộng 𝑊, giảm chiều dài 𝐿, sử dụng vật liệu có số điện mơi thấp Vì vậy, việc sử dụng nhiều tầng điện mơi phương pháp để mở rộng băng thông cho anten 1.6.2 Một số phương pháp cải thiện hệ số tăng ích cho anten a) Cải thiện hệ số tăng ích cho anten mảng dựa phân bố lại dòng Chúng ta biết việc xáo trộn phân bố dòng gây giao thoa sóng Ở đây, giao thoa định nghĩa chồng lấn lên sóng - Giao thoa sóng phẳng Xét hai sóng phẳng với tần số, cường độ phân cực khác pha Khi đó, trường 𝐸, trường 𝐵 vector Poynting chúng cho bởi: 𝐸𝑡 = 𝐸1 + 𝐸2 = 𝐸0 𝑒 𝑖(𝑘𝑥−𝜔𝑡−𝜑1) 𝑍̂ + 𝐸0 𝑒 𝑖(𝑘𝑥−𝜔𝑡−𝜑2) 𝑍̂ 𝜑1 − 𝜑2 𝑖(𝑘𝑥−𝜔𝑡−𝜑1+𝜑2) )𝑒 = 2𝐸0 𝑐𝑜𝑠 ( 𝑍̂ (𝜑1 +𝜑2 ) 𝜑1 +𝜑2 𝜑 −𝜑 𝜑 −𝜑 𝐵𝑡 = 2𝐸0 𝑐𝑜𝑠 ( 2) 𝑒 𝑖(𝑘𝑥−𝜔𝑡− ) 𝑦̂; 𝑆 = 4𝐸02 𝑐𝑜𝑠 ( 2) 𝑒 2𝑖(𝑘𝑥−𝜔𝑡− ) 𝑥̂ 𝜇 (1.21) Từ phương trình trên, thấy luồng lượng hướng truyền sóng có liên quan đến khác pha sóng Vector Poynting đạt cực đại khơng có dịch pha Ngược lại, dịch pha bội số lẻ 𝜋 vector Poynting Điều có nghĩa luồng lượng khơng thể truyền theo hướng truyền sóng - Giao thoa sóng Gauss Xét trường điện hai sóng có dạng: 𝐸1 = 𝐸0 𝑥̂ 𝑊0 𝑊(𝑧) 𝑒 − 𝑟2 𝑊(𝑧)2 𝑒 −𝑖(𝑘𝑧+𝑘 𝑟2 −𝜓(𝑧)+𝜑1 ) 2𝑅(𝑧) ; 𝐸2 = 𝐸0 𝑥̂ 𝑊0 𝑊(𝑧) 𝑒 − 𝑟2 𝑊(𝑧)2 𝑒 −𝑖(𝑘𝑧+𝑘 𝑟2 −𝜓(𝑧)+𝜑2 ) 2𝑅(𝑧) (1.22) 𝜑1 𝜑2 pha sóng Gauss thứ sóng thứ hai Khi đó, trường 𝐸 tổng, 𝐻 tổng vector Poynting cho bởi: 𝐸 = 4𝐸0 𝑥̂ 𝑊0 𝑊(𝑧) 𝑊0 𝜇 𝑊(𝑧) 𝐻𝑡 = 4𝐸0 𝑦̂ 𝑆= 𝑒 (− 𝑟2 ) 𝑊(𝑧)2 𝑒 (− 𝑐𝑜𝑠 ( 𝑟2 ) 𝑊(𝑧)2 𝑟2 𝑐𝑜𝑠 ( 2 (− ) 𝑊 𝐸02 𝑧̂ ( ) 𝑒 𝑊(𝑧)2 𝜇 𝑊(𝑧) 16 𝜑1 −𝜑2 )𝑒 𝜑1 −𝜑2 −𝑖(𝑘𝑧+𝑘 )𝑒 𝑟2 𝜑 +𝜑 −𝜓(𝑧)+( )) 2𝑅(𝑧) −𝑖(𝑘𝑧+𝑘 𝑟2 𝜑 +𝜑 −𝜓(𝑧)+( )) 2𝑅(𝑧) (1.23) (1.24) 𝑟 𝜑 +𝜑 −2𝑖(𝑘𝑧+𝑘 −𝜓(𝑧)+ 2) 𝜑 −𝜑 2𝑅(𝑧) 𝑐𝑜𝑠 ( 2) 𝑒 (1.25) Từ phương trình (1.25), thấy vector Poynting sóng Gauss phụ thuộc vào pha sóng Điều cho thấy khác pha sóng ảnh hưởng trực tiếp đến luồng lượng Rõ ràng luồng lượng đạt cực đại khơng có lệch pha Ngược lại, luồng lượng bị triệt tiêu lệch pha bội số lẻ 𝜋 b) Cải thiện hệ số tăng ích cho anten bề mặt phản xạ Định nghĩa: Bề mặt phản xạ bao gồm bề mặt lựa chọn tần số số (Frequency Selecting Surface-FSS) đặt điện mơi mặt phẳng đất Vì vậy, có đầy đủ tính chất FSS Ở đây, bề mặt lựa chọn tần số (Frequency Selecting Surface-FSS) cấu trúc tuần hồn phẳng mà hoạt động lọc sóng điện từ Các yếu tố ảnh hưởng đến đáp ứng tần số liệt kê như: cấu trúc hình học phần tử FSS, độ dẫn vật liệu FSS, vật liệu điện mơi mà FSS đặt lên, góc đến tín hiệu Nguyên lý hoạt động bề mặt phản xạ đơn giản, sóng điện từ anten xạ ngồi khơng gian, búp sóng phụ búp sóng sau bên lớp đất phản xạ lên thông qua bề mặt phản xạ Hay nói cách cụ thể hơn, sóng điện từ đến FSS, dòng điện hình thành phần tử dẫn điện Những dòng điện xạ lại sóng điện từ từ vật dẫn điện Việc giúp lượng tập trung cho búp sóng Kết là, hệ số định hướng tăng ích anten cải thiện mức búp sóng phụ búp sóng sau giảm thiểu 1.7 Tổng kết chương Trong chương này, luận án trình bày tổng quan lý thuyết anten mảng, nguyên lý hoạt động anten vi dải tham số anten Đồng thời, luận án phân tích, tổng hợp ngun lý cải thiện băng thơng cho anten cách sử dụng cấu trúc siêu vật liệu sử dụng nhiều tầng điện môi Trong việc mở rộng băng thông cho anten cách sử dụng nhiều tầng điện môi dựa việc tăng chiều dày lớp điện mơi việc cải thiện băng thông cho anten thông qua sử dụng cấu trúc siêu vật liệu dựa việc ghép nhiều mode cộng hưởng liên tiếp lại với Điều không cải thiện băng thơng cho anten mà giúp anten trì hiệu suất cao Đây nguyên lý quan trọng việc mở rộng băng thông cho anten Do đó, phương pháp phát triển để mở rộng băng thông cho anten dựa nguyên lý Bên cạnh đó, việc cải thiện hệ số tăng ích cho anten dựa nguyên lý phân bố lại dòng sử dụng bề mặt phản xạ đề cập chương Mấu chốt việc phân bố lại dòng cho anten phải phân bố để tập trung nhiều dòng nơi đồng pha tốt, chỗ khác cần hạn chế Khi đó, hệ số tăng ích hệ số định hướng anten cải thiện Trong đó, sóng điện từ xạ ngồi khơng gian, búp sóng phụ búp sóng sau gặp bề mặt phản xạ phản xạ trở lại để tập trung cho búp sóng Điều dẫn tới việc hệ số tăng ích hệ số định hướng anten cải thiện Thêm vào đó, búp sóng phụ búp sóng sau giảm thiểu Đây nguyên lý để cải thiện hệ số tăng ích cho anten bề mặt phản xạ Đây nguyên lý quan trọng việc cải thiện tham số cho anten Vì vậy, nội dung chương tiền đề để phát triển chương sau luận án CHƯƠNG GIẢI PHÁP CẢI THIỆN BĂNG THÔNG CHO ANTEN MẢNG 2.1 Giới thiệu chương Trong chương này, cấu trúc siêu vật liệu EBG đề xuất để cải thiện băng thông cho anten mảng 𝑥 Việc sử dụng cấu trúc siêu vật liệu EBG không cải thiện băng thơng cho anten mà giảm nhỏ kích thước anten thơng qua tụ điện cuộn cảm kí sinh hình thành Ngồi ra, giúp anten trì hiệu suất cao băng thơng mở rộng Thêm vào đó, luận án thực việc so sánh tham số anten trường hợp khác để thấy ảnh hưởng phương pháp đề xuất Tất phương pháp mơ hình hóa sơ đồ mạch tương đương 𝐿𝐶 kiểm chứng thông qua thiết kế áp dụng cho mẫu anten mảng 2.2 Cải thiện băng thông cho anten mảng x sử dụng cấu trúc siêu vật liệu 2.2.1 Cấu trúc đề xuất Mơ hình sơ đồ tương đương cấu trúc đề xuất minh họa Hình 2.1 Kích thước cấu trúc đề xuất 24 𝑥 24 𝑚𝑚 Để tạo điện cảm 𝐿 tụ điện 𝐶, thực cách lồng hình vng lại với kht hình dạng phù hợp Những hình vng nối với bốn đường vi dải bốn cạnh Thêm vào đó, bên hình vng cấu trúc đề xuất, đường vi dải nối bốn góc sử dụng Trên đường này, khe hình chữ nhật tạo Mục đích việc nhằm tạo giá trị điện cảm 𝐿 tụ điện 𝐶 đủ lớn để giảm kích thước cho anten Thêm vào tạo nhiều hốc cộng hưởng để mở rộng băng thơng cho anten Ngồi ra, mơ hình bù cấu trúc đề xuất sử dụng điều minh họa Hình 2.1(b) b) a) Hình 2.1: Mơ hình cấu trúc siêu vật liệu đề xuất sơ đồ tương đương (mầu tối lớp đồng, màu sáng vật liệu điện mơi) 2.2.2 Phân tích thiết kế anten Việc việc thiết kế anten xác định dải tần làm việc Ở đây, anten thiết kế cho dải tần từ 7.9 – 8.4 𝐺𝐻𝑧 Vật liệu điện môi lựa chọn trường hợp 𝑅𝑜𝑔𝑒𝑟4350𝐵 với tham số ℎ = 1.524 𝑚𝑚, 𝜀𝑟 = 3.66, 𝑡𝑎𝑛𝛿 = 0.0037 Khi đó, từ ba tham số 𝑓0 , 𝜀𝑟 , ℎ, tính chiều dài chiều rộng anten vi dải: 𝑐 𝑊= ; 𝐿 = 𝐿𝑒𝑓𝑓 − 2∆𝐿 (2.1) 2𝑓0 √𝜀𝑟+1 với : ∆𝐿 = 0.412ℎ 𝑊 ℎ (𝜀𝑒𝑓𝑓 +0.3)( +0.264) 𝑊 ℎ (𝜀𝑒𝑓𝑓 −0.258)( +0.8) ; 𝐿𝑒𝑓𝑓 = 𝑐 2𝑓0 √𝜀𝑒𝑓𝑓 ; 𝜀𝑒𝑓𝑓 = 𝜀𝑟 +1 + 𝜀𝑟 −1 [1 + 10ℎ −1/2 𝑊 ] ; Để anten hoạt động tốt, cần lựa chọn phương pháp tiếp điện phù hợp phối hợp trở kháng cho anten Hiện nay, có nhiều phương pháp để tiếp điện cho anten vi dải như: tiếp điện cáp đồng trục (xuyên từ lớp đất lên trên), tiếp điện dạng khe, hay tiếp điện đường vi dải Trong trường hợp này, luận án lựa chọn phương pháp tiếp điện đường vi dải dễ dàng việc điều chỉnh, thiết kế chế tạo Để tiếp điện đường vi dải, thực theo hai cách Một sử dụng biến đổi 𝜆/4, hai tìm vị trí phần tử xạ (patch) nơi mà có trở kháng 50 𝑂ℎ𝑚 để cấp nguồn Khi đó, ta cần tìm quan hệ 𝑅𝑖𝑛 dẫn nạp 𝑦0 sau: Nếu 𝑊 < 𝜆0 , ta có : 𝐺1 = 𝑊 ( ) Nếu 𝑊 > 𝜆0 , ta có :𝐺1 = 90 𝜆0 𝑅𝑖𝑛 = 𝐺1 𝜆 𝑊 ( ) Khi đó: 120 𝜆0 𝑐𝑜𝑠 ( 𝑦0 ) 𝐿 (2.2) 2.2.3 Các kết mô đo lường Mơ hình anten mảng đề xuất hiển thị Hình 2.2 Để chứng minh ảnh hưởng cấu trúc siêu vật liệu việc cải thiện băng thông cho anten, luận án mô anten có khơng có việc sử dụng cấu trúc siêu vật liệu Hình 2.3 minh họa khác hệ số phản xạ anten trường hợp có không sử dụng cấu trúc siêu vật liệu Rõ ràng băng thông anten với cấu trúc siêu vật liệu gồm mode cộng hưởng liên tiếp với trường hợp khơng có siêu vật liệu, băng thông gồm mode cộng hưởng Vì vậy, băng thơng anten trường hợp khơng có siêu vật liệu nhỏ Cụ thể, băng thông anten tăng từ 100 𝑀𝐻𝑧 lên 1100 𝑀𝐻𝑧 a) b) Hình 2.2: Mơ hình anten mảng: mặt (a), mặt (b) Hình 2.3: Hệ số phản xạ anten có khơng có cấu trúc siêu vật liệu b) a) Hình 2.4: Sự khác đồ thị xạ: Khơng (a) có (b) cấu trúc siêu vật liệu a) b) Hình 2.5: Hệ số tăng ích hiệu suất (a); mặt phẳng xz yz (b) anten đề xuất 10 Hình 2.4 minh họa khác đồ thị xạ có khơng có cấu trúc siêu vật liệu Việc sử dụng cấu trúc siêu vật liệu không mở rộng băng thơng cho anten mà cải thiện hệ số tăng ích cho anten Cụ thể là, độ lớn búp sóng tăng từ 4.11 lên 13.3 mức búp sóng phụ giảm từ −1.2 dB xuống −6 dB Và hệ số tăng ích anten tăng từ 6.1 dB lên 11.3 dB Hình 2.5 hiển thị hiệu suất, hệ số tăng ích đồ thị cực anten đề xuất Ở đây, hệ số tăng ích anten đạt 11.3 dBi hiệu suất anten đạt 87% a) b) Hình 2.6: Mơ hình anten chế tạo (a) kết đo hệ số phản xạ Hình 2.6 minh họa anten chế tạo với vật liệu điện môi Roger4350B với tham số ℎ = 1.524 𝑚𝑚, 𝜀𝑟 = 3.66, 𝑡𝑎𝑛𝛿 = 0.0037 kết đo hệ số phản xạ anten đề xuất Ở đây, kích thước antena 115 𝑥 118 𝑚𝑚 Anten gồm 16 phần tử (4 𝑥 4) 15 chia công suất Đã có sai số kết mơ đo lường anten Về nguyên nhân việc sai số nói trên, liệt kê số nguyên nhân việc sai số trình hàn nối trình chế tạo Đặc biệt việc sử dụng cơng nghệ ăn mòn việc chế tạo gây sai số đáng kể Tuy nhiên, dải tần hoạt động anten đảm bảo Thêm vào đó, kết mơ đo lường anten tương đồng Vì vậy, kết chấp nhận 2.3 Mở rộng băng thông cho anten mảng 𝟒 𝒙 𝟒 sử dụng EBG nhiều tầng điện môi 2.3.1 Cấu trúc EBG đề xuất Mơ hình cấu trúc EBG đề xuất sơ đồ tương đương minh họa Hình 2.7 Luận án sử dụng cấu trúc EBG đồng phẳng số lý kích thước nhỏ gọn đặc biệt khơng sử dụng cột nối kim loại Điều có nghĩa việc chế tạo trở nên dễ dàng Cấu trúc đề xuất cải tiến dựa cấu trúc UP-EBG truyền thống Cấu trúc gồm bốn hình vng xếp bốn góc Trong hình vng này, đường gấp khúc để tăng giá trị điện cảm 𝐿 tụ điện 𝐶 Khi đó, tần số cộng hưởng giảm Thêm vào đó, đường vi dải hình chữ “𝐽” chèn vào bên cạnh hình vng Trong đó, hình tứ giác cắt hai góc đặt vị trí trung tâm Ở đây, để tạo nhiều 𝐿 𝐶, luận án sử dụng cấu trúc bù Kích thước cấu trúc EBG đề xuất 42 𝑥 42 𝑚𝑚 b) a) Hình 2.7: Mơ hình cấu trúc EBG: (a) Mơ hình đề xuất sơ đồ tương đương; (b) Cấu trúc bù EBG sơ đồ tương đương 11 Ở đây, giá trị điện cảm 𝐿, tụ điện 𝐶 cho bởi: 𝑊𝜀 (1+𝜀𝑟 ) 𝑊+𝑔 ) 𝐶= 𝑐𝑜𝑠ℎ−1 ( 𝐿 = 𝜇ℎ (2.3) Khi đó, tần số cộng hưởng cho bởi: 𝑓𝑟𝑒 = (2.4) 𝜋 𝑔 2𝜋√𝐿𝐶 2.3.2 Phân tích thiết kế Mơ hình anten đề xuất cho Hình 2.8 Mơ hình anten đề xuất gồm tầng xạ cùng, tiếp đến hai tầng điện môi, cấu trúc EBG tích hợp lớp đất tầng cuối Trong đó, hai tầng điện mơi FR4 với có số điện mơi 4.4, độ dày 1.6 𝑚𝑚 hệ số suy hao Hình 2.8: Mơ hình anten 0.02 sử dụng nhiều tầng điện mơi Hình 2.9 minh họa mơ hình anten mảng đề xuất Anten gồm 16 phần tử 15 chia cơng suất chữ T Kích thước phần tử 15 𝑥 12 𝑚𝑚 khoảng cách phần tử khoảng 𝜆 với 𝜆 bước sóng khơng gian tự Tất phần tử anten sử dụng phương pháp tiếp điện đường vi dải với vị trí tiếp điện khoét vào phần tử xạ (patch) 3.5 𝑚𝑚 Việc tiếp điện phương pháp hình thành hai khe xạ hai bên đường vi dải tiếp dải chúng đóng vai trò hai tụ điện Vì vậy, để phối hợp trở kháng cho anten, cần tính đến giá trị hai khe (chính hai tụ điện) Trong trường hợp này, độ rộng khe thiết lập 𝑚𝑚 Anten thiết kế tần số trung tâm 11 𝐺𝐻𝑧 có kích thước tổng anten 151 𝑥 152 𝑚𝑚 Hình 2.9: Mơ hình anten đề xuất Hình 2.10: Mơ hình lớp đất anten với cấu trúc UP-EBG 2.3.3 Các kết mô đo lường Để minh họa việc ảnh hưởng cấu trúc EBG đề xuất, luận án so sánh anten hai trường hợp sử dụng cấu trúc đồng phẳng truyền thống (Hình 2.10) cấu trúc EBG đề xuất Hình 2.11 minh họa khác tham số anten sử dụng cấu trúc EBG truyền thống cấu trúc EBG đề xuất b) c) a) Hình 2.11: So sánh tham số anten sử dụng cấu trúc EBG đề xuất UP-EBG 12 Từ Hình 2.11 thấy băng thông anten sử dụng cấu trúc UP-EBG rộng (gần GHz) giá trị nhỏ nhiều so với băng thông anten sử dụng cấu trúc EBG đề xuất (1.4 GHz) Hơn nữa, hệ số tăng ích anten sử dụng UP-EBG thấp, dBi anten với cấu trúc 𝐸𝐵𝐺 đề xuất số 11.5 dBi Trong đó, hiệu suất anten sử dụng UP-EBG 87%, số sử dụng cấu trúc EBG đề xuất 88% c) b) a) Hình 2.12: So sánh tham số anten: (a) S11, (b) hệ số tăng ích, (c) hiệu suất Để chứng minh ảnh hưởng việc sử dụng nhiều tầng điện môi cấu trúc EBG việc mở rộng băng thông cho anten, luận án mô anten ba trường hợp: tầng điện môi, hai tầng điện môi hai tầng điện môi với cấu trúc EBG Và điều minh họa Hình 2.12 Quan sát Hình 2.12, thấy băng thơng anten trường hợp tầng điện môi hai tầng điện môi 900 MHz gần GHz Rõ ràng là, với trường hợp hai tầng điện môi, chiều dày lớp điện môi tăng cường Do đó, băng thơng anten mở rộng Tuy nhiên, giá trị nhỏ nhiều so với trường hợp sử dụng EBG Điều thể Hình 2.12 băng thơng anten với hai tầng điện môi EBG tạo ba mode cộng hưởng liên tiếp Trong Hình 2.12(b), hệ số tăng ích anten hai trường hợp hai tầng điện môi 10 𝑑𝐵𝑖 10.46 𝑑𝐵𝑖 Riêng với trường hợp EBG, hệ số tăng ích cải thiện hẳn với 11.5 𝑑𝐵𝑖 Điều đạt có phân bố lại dòng sử dụng cấu trúc EBG Do đó, hệ số tăng ích cải thiện a) b) Hình 2.13: Các tham số anten đề xuất: (a) hệ số phản xạ, (b) hệ số tăng ích hiệu suất a) b) Hình 2.14: Đồ thị xạ anten: (a) 3D, (b) mặt phẳng xz yz Hình 2.13 Hình 2.14 minh họa kết mô anten đề xuất Từ hình này, thấy băng thông anten 1.4 GHz tương ứng với tỉ lệ phần trăm băng thơng 12.7% Bên cạnh đó, anten có hệ số tăng ích hiệu suất cao với 11.5 dBi 88% Để kiểm chứng kết mô phỏng, anten mảng 𝑥 chế tạo dựa 𝐹𝑅4 với số điện môi 4.4, chiều dày 1.6 𝑚𝑚 tanδ 0.02 Hình 2.15 hiển thị mơ hình anten chế tạo Ở đây, kích thước anten 151 𝑥 152 𝑚𝑚 Anten gồm 16 phần tử (4 𝑥 4) 15 chia công suất chữ T Anten thiết kế tần số 11 𝐺𝐻𝑧 Hình 2.16 hiển 13 thị kết đo kiểm anten đề xuất Từ kết mô đo lường hệ số phản xạ ở, thấy có sai khác kết mô đo lường, nhiên kết đo lường anten đảm bảo băng tần hoạt động Vì vậy, kết chấp nhận Hình 2.15: Mơ hình anten chế tạo Hình 2.16: Kết mơ đo lường hệ số phản xạ anten 2.4 Kết luận chương hai Trong chương này, luận án đề xuất cấu trúc siêu vật liệu áp dụng thành công để mở rộng băng thông cho anten mảng 𝑥 Bằng cách sử dụng cấu trúc siêu vật liệu đề xuất, băng thông anten mở rộng từ 100 𝑀𝐻𝑧 lên 1100 𝑀𝐻𝑧 Ngoài ra, tham số khác anten độ định hướng, hệ số tăng ích cải thiện sử dụng cấu trúc đề xuất điều thể qua tham số anten trường hợp có khơng có cấu trúc đề xuất Thêm vào đó, giải pháp mở rộng băng thơng cho anten thông qua việc sử dụng nhiều tầng điện môi cấu trúc EBG trình bày chương Cấu trúc đề xuất đồng phẳng, không sử dụng cột nối kim loại, nhỏ gọn nên dễ dàng chế tạo với chi phí thấp áp dụng thành công để cải thiện băng thông cho anten hoạt động băng tần 𝑋 CHƯƠNG GIẢI PHÁP CẢI THIỆN HỆ SỐ TĂNG ÍCH CHO ANTEN MẢNG 3.1 Giới thiệu chương Hiện nay, có nhiều phương pháp khác đề xuất để cải thiện hệ số tăng ích cho anten DGS, siêu vật liệu, EBG phương pháp cải thiện hệ số tăng ích cho anten dựa việc phân bố lại dòng Trong chương này, giải pháp DSS dựa việc phân bố lại dòng đề xuất áp dụng để cải thiện hệ số tăng ích cho anten mảng 𝑥 Bằng cách sử dụng DSS, nhiều tham số anten cải thiện hệ số tăng ích, băng thơng, độ định hướng Bên cạnh đó, việc sử dụng DSS góp phần vào việc tăng cường hệ số sóng chậm cho anten Kết là, kích thước anten giảm nhỏ Ngoài ra, phương pháp cải thiện hệ số tăng ích cho anten sử dụng siêu vật liệu bề mặt phản xạ giới thiệu chương Trong phương pháp bề mặt phản xạ áp dụng cho anten mảng 𝑥 việc sử dụng siêu vật liệu áp dụng cho anten mảng 𝑥 Tất phương pháp mơ hình hóa sơ đồ tương đương 𝐿𝐶 3.2 Cải thiện hệ số tăng ích cho anten mảng dựa việc phân bố lại dòng 3.2.1 Cấu trúc DSS đề xuất Như trình bày chương một, việc cải thiện hệ số tăng ích cho anten thơng qua phân bố lại dòng dựa nguyên lý giao thoa sóng Trong đó, dịch pha sóng vấn đề mấu chốt để cải thiện hệ số tăng ích cho anten Theo ngun lý này, hồn tồn điều khiển phân bố dòng bề mặt theo ý muốn cách điều chỉnh 14 kích thước hình dạng khoét lớp đất lớp điện môi Và phương pháp DSS đời dựa nguyên lý Ở đây, DSS cấu trúc tuần hoàn khơng tuần hồn kht lớp điện mơi Mơ hình cấu trúc DSS đề xuất với kích thước 120𝑥125 𝑚𝑚 sơ đồ tương đương minh họa Hình 3.1 Vật liệu điện mơi lựa chọn trường hợp 𝑅𝑜𝑔𝑒𝑟4350𝐵 với tham số: 𝜀𝑟 = 3.66, ℎ = 1.524 𝑚𝑚, 𝑡𝑎𝑛𝛿 = 0.0037 Cấu trúc DSS đề xuất bao gồm cấu trúc hình chữ “I” sáu cấu trúc hình hình dấu “+” hai bên Khoảng cách khối “+” khoảng 43 𝑚𝑚 khoảng cách từ khối “+” đến khối “I” 32.4 𝑚𝑚 Ở đây, chiều dài chiều rộng hình dấu “+” 16 𝑚𝑚 𝑚𝑚 a) b) Hình 3.1: Mơ hình DSS đề xuất: (a) mơ hình; (b) sơ đồ tương đương 3.2.2 Một số tính chất quan trọng DSS Cải thiện hệ số sóng chậm Xét hai đường vi dải cho Hình 3.2, gồm đường vi dải thông thường với đường vi dải sử dụng DSS có chiều dài vật lý Ở đây, 𝐿 chiều dài vật lý 𝜑 𝜑΄ chiều dài điện đường vi dải thông thường đường vi dải với DSS Chúng ta biết việc sử dụng DSS sinh tụ kí sinh Trong đó, chiều dài điện đường vi dải thay đổi mà khơng thay đổi chiều dài vật lý cách thêm tụ cuộn cảm a) b) Hình 3.2: Mơ hình đường truyền vi dải thơng thường (a); mơ hình đường truyền vi dải với DSS (b) Vì vậy, sử dụng DSS, chiều dải điện đường vi dải thay đổi mà khơng thay đổi chiều dải vật lý Khi đó, thu hệ số sóng chậm: 𝑆𝑊𝐹 = 𝜆0 2𝜋𝐿 ∆𝜑∙𝜋 ∙( 180 + 2𝜋𝐿 𝜆𝑔 )= 𝜆0 ∆𝜑 360𝐿 + √𝜀𝑒𝑓𝑓 (3.1) Từ phương trình (3.1), thấy hệ số sóng chậm đường vi dải với DSS phụ thuộc vào pha số điện môi vật liệu sử dụng Việc sử dụng DSS góp phần giảm nhỏ kích thước anten việc tăng cường hệ số sóng chậm phương pháp để giảm nhỏ kích thước anten Tạo hốc cộng hưởng Như định nghĩa phần trên, hộp cộng hưởng vùng không gian hữu hạn mà sau khoảng thời gian lớn nhiều chu kỳ dao động siêu cao tần có 15 tích lũy lượng điện từ Với việc sử dụng DSS, tầng điện mơi hình thành khe Khi anten tiếp tiếp điện, khe tạo nên hốc cộng hưởng Phân bố lại dòng DSS tích hợp tầng điện mơi với đường truyền phẳng đường truyền vi dải, CPW (coplanar waveguide), Việc khoét khe tầng điện môi gây xáo trộn phân bố dòng điều làm thay đổi số đặc tính đường truyền (như chiều dài điện, hệ số sóng chậm, ) cách thêm tụ hay điện cảm Như trình bày phần trên, việc phân bố lại dòng mở hội để cải thiện tham số cho anten 3.2.3 Cải thiện hệ số tăng ích cho anten mảng 𝑥 Defected Substrate Structure (DSS) Phân tích thiết kế Để kiểm chứng cho phương pháp DSS mà luận án đề xuất, áp dụng phướng pháp cho mảng anten lưỡng cực (dipole) thiết kế vật liệu Roger 4350B với tham số: ℎ = 1.524 𝑚𝑚, 𝜀𝑟 = 3.66, 𝑡𝑎𝑛𝛿 = 0.0037 Ở đây, lưỡng cực áp dụng loại lưỡng cực nửa bước sóng Hình 3.3(a) hiển thị mơ hình anten đề xuất mơ hình chi tiết minh họa Hình 3.3(b) Mơ hình anten đề xuất gồm mảng anten mặt trên, lớp điện môi thứ nhất, lớp điện môi thứ với DSS lớp đất Ở đây, hai lớp điện môi 𝑅𝑜𝑔𝑒𝑟 4350𝐵 a) b) Hình 3.3: Mơ hình anten đề xuất (a) mơ hình chi tiết (b) Kích thước anten mảng 120 𝑥 125 𝑚𝑚 Chiều dài phần tử lưỡng cực xấp xỉ 𝜆/2 với 𝜆 bước sóng khơng gian tự do, khoảng cách phần tử khoảng 20 𝑚𝑚 (tính từ tâm anten) Với cấu trúc DSS, khoảng cách khối “+” khoảng 43 𝑚𝑚 khoảng cách từ khối “+” đến khối “I” 32.4 𝑚𝑚 Hình 3.4 hiển thị mơ hình cụ thể phần tử chia công suất chữ T Để phối hợp trở kháng cho chia công suất, chuyển đổi 𝜆/4 sử dụng Khi đó, trở kháng cho bởi: 𝑍𝑇 = √𝑍𝑜𝑢𝑡 𝑍𝑖𝑛 (3.2) Ở đây, 𝑍𝑖𝑛 50 𝑂ℎ𝑚, 𝑍𝑜𝑢𝑡 100 𝑂ℎ𝑚 Do đó, 𝑍𝑇 trường hợp xấp xỉ 70.7 𝑂ℎ𝑚 Khi đó, trở kháng đường truyền cho bởi: b) a) Hình 3.4: (a) Mơ hình phần tử lưỡng cực; (b) Mơ hình chia cơng suất 𝑍0 = 60 𝜀𝑒𝑓𝑓 ∙ 𝑙𝑛 ( 8ℎ 𝑤 + 𝑤 4ℎ 16 ) w/h < (3.3) 𝑍0 = 120𝜋 √𝑒𝑒𝑓𝑓 ∙ 𝑤 𝑤 ( +1.393+0.677∙𝑙𝑛( +1.444)) ℎ ℎ w/h > (3.4) Các kết mô đo kiểm Để chứng minh cho phương án DSS đề xuất, so sánh tham số anten trường hợp: sử dụng hai tầng điện môi, sử dụng hai tầng điện môi với DGS, sử dụng hai tầng điện môi với DSS Ở đây, tầng điện môi sử dụng Roger 4350B với tham số: ℎ = 1.524 𝑚𝑚, 𝜀𝑟 = 3.66, 𝑡𝑎𝑛𝛿 = 0.0037 b) a) Hình 3.5: Hệ số phản xạ (a) hệ số tăng ích (b) anten trường hợp: hai tầng điện môi, hai tầng điện môi với DGS, hai tầng điện mơi với DSS Hình 3.5(a) hiển thị hệ số phản xạ anten ba trường hợp thấy băng thơng với DSS lớn (hơn 𝐺𝐻𝑧) băng thơng anten khơng có DSS hai tầng điện môi 630 330 𝑀𝐻𝑧 Rõ ràng băng thông anten mở rộng đáng kể sử dụng DSS Trong trường hợp hai tầng điện môi, băng thông anten mở rộng dựa việc tăng chiều dày điện mơi Vì vậy, việc cải thiện khơng nhiều Hình 3.5(b) minh họa hệ số tăng ích anten ba trường hợp: hai tầng điện môi, hai tần điện môi với DGS, hai tầng điện môi với DSS Từ kết mơ hệ số tăng ích anten trường hợp trên, thấy hệ số tăng ích anten trường hợp hai tầng điện mơi khơng có DSS 8.6 9.5 dBi, tăng ích anten với DSS 12.35 dBi Rõ ràng có khác biệt lớn hệ số tăng ích anten trường hợp a) b) c) Hình 3.6: khác biệt đồ thị anten ba trường hợp: (a) hai tầng điện môi, (b) hai tầng điện môi với DGS, (c) hai tần điện mơi với DSS Hình 3.6 minh họa khác biệt đồ thị xạ anten ba trường hợp: hai tầng điện môi, hai tầng điện môi với DGS hai tầng điện môi với DSS Rõ ràng có khác biệt khơng nhỏ đồ thị xạ anten trường hợp Trong trường hợp anten với hai tầng điện môi Hình 3.6(a), đồ thị xạ có độ định hướng thấp Bên cạnh đó, mức búp sóng phụ cao Trong trường hợp anten với hai tầng điện mơi DGS 17 (khơng có DSS), độ định hướng mức búp sóng phụ anten cải thiện, nhiên mức búp sóng phụ lớn Vì vậy, độ lớn búp sóng nhỏ Với trường hợp DSS, thấy đồ thị xạ anten có độ định hướng cao điều thể thiện qua góc dB anten 17.2 độ lớn búp sóng 17.5 Trong với trường hợp khác, độ lớn búp sóng 7.56 9.08 Thêm vào đó, mức búp sóng phụ anten với DSS Hình 3.7: Hiệu suất anten −8 dB giá trị thấp nhiều so với hai trường trường hợp mơ hợp lại Hình 3.7 hiển thị hiệu suất anten trường hợp Về hiệu suất anten, khơng có chênh lệch lớn trường hợp Tuy nhiên, anten với DSS đạt hiệu suất lớn với 93.2% Các trường hợp khác thấp chút Bên cạnh đó, để minh họa việc ảnh hưởng vật liệu điện môi tới tham số anten, luận án mô anten vật liệu điện môi FR4 với tham số ℎ = 1.6 𝑚𝑚, 𝜀𝑟 = 4.4, 𝑡𝑎𝑛𝛿 = 0.002 Sự khác biệt hệ số phản xạ hệ số tăng ích anten anten sử dụng FR4 Roger4350B Hình 3.8 Từ Hình 3.8, thấy băng thơng anten với 𝑅𝑜𝑔𝑒𝑟4350𝐵 lớn nhiều so với băng thơng anten với 𝐹𝑅4 Có ba mode cộng hưởng liên tiếp băng thông anten sử dụng 𝑅𝑜𝑔𝑒𝑟4350𝐵 với 𝐹𝑅4, điều hai Vì vậy, băng thông với 𝑅𝑜𝑔𝑒𝑟4350𝐵 lớn điều dễ hiểu Trong đó, hệ số tăng ích anten sử dụng 𝐹𝑅4 thấp (11.7 dBi) giá trị thấp anten sử dụng 𝑅𝑜𝑔𝑒𝑟4350𝐵 (12.35 dBi) Rõ ràng việc vật liệu điện mơi 𝑅𝑜𝑔𝑒𝑟4350𝐵 có hệ số suy hao thấp giúp anten có tham số tốt Về mặt hiệu suất, hiệu suất anten hai trường hợp sử dụng 𝑅𝑜𝑔𝑒𝑟4350𝐵 𝐹𝑅4 gần tương đương tần số 10 𝐺𝐻𝑧 b) a) Hình 3.8: Sự khác hệ số phản xạ (a) hệ số tăng ích (b) sử dụng FR4 Roger4350B Sự khác đồ thị xạ anten sử dụng 𝑅𝑜𝑔𝑒𝑟4350𝐵 𝐹𝑅4 minh họa Hình 3.9 Rõ ràng mức búp sóng phụ anten với 𝑅𝑜𝑔𝑒𝑟4350𝐵 nhỏ anten sử dụng 𝐹𝑅4 Kết là, độ lớn búp sóng mà cải thiện a) b) Hình 3.9: Sự khác đồ thị xa anten sử dụng (a) FR4 (b) Roger 4350B 18 Hình 3.10: So sánh hiệu suất anten sử dụng Roger4350B FR4 a) b) Hình 3.11: Các mặt phẳng xz, yz anten với: Roger4350B (a); FR4 (b) Hình 3.10 so sánh hiệu suất anten sử dụng 𝑅𝑜𝑔𝑒𝑟4350𝐵 𝐹𝑅4 Ở đây, hiệu suất anten sử dụng 𝑅𝑜𝑔𝑒𝑟4350𝐵 𝐹𝑅4 gần khơng có chênh lệch đáng kể với giá trị 92% 93.2% Hình 3.11 minh họa đồ thị xạ anten với Roger4350B FR4 mặt phẳng xz yz Hình 3.12 Hình 3.13 hiển thị mơ hình anten chế tạo dựa 𝑅𝑜𝑔𝑒𝑟4350𝐵 (ℎ = 1.524 𝑚𝑚, 𝜀𝑟 = 3.66, 𝑡𝑎𝑛𝛿 = 0.0037) 𝐹𝑅4 (ℎ = 1.6 𝑚𝑚, 𝜀𝑟 = 4.4, 𝑡𝑎𝑛𝛿 = 0.02) Kích thước anten với 𝐹𝑅4 118 𝑥 120 𝑚𝑚 kích thước anten 𝑅𝑜𝑔𝑒𝑟4350𝐵 120 𝑥 125 𝑚𝑚 Anten gồm hai tầng điện mơi, lớp xạ tầng cùng, tiếp đến tầng điện môi thứ nhất, tầng điện môi thứ hai với DSS, tầng cuối lớp đất Kết mô đo lường anten với 𝑅𝑜𝑔𝑒𝑟4350𝐵 𝐹𝑅4 minh họa Hình 3.14 a) c) b) Hình 3.12: Mơ hình anten chế tạo với Roger4350B: (a) mặt trên, (b) DSS, (c) mơ hình tổng thể a) b) c) Hình 3.13: Mơ hình anten chế tạo với FR4: (a) mặt trên, (b) DSS, (c) mơ hình tổng thể b) a) Hình 3.14: Kết mơ đo lường hệ số phản xạ anten với Roger4350B (a) FR4 (b) Từ Hình 3.14, thấy băng thông anten với 𝑅𝑜𝑔𝑒𝑟4350𝐵 𝐹𝑅4 𝐺𝐻𝑧 1.8 𝐺𝐻𝑧 Điều tương ứng với tỉ lệ phần trăm băng thông 18% 22% Rõ ràng tỉ lệ lớn, đặc biệt với anten vi dải Tuy nhiên, 19 có sai số lớn, đặc biệt anten với 𝑅𝑜𝑔𝑒𝑟4350𝐵 Điều lý giải phần lỗi mô Tuy nhiên, phần khơng nhỏ dẫn đến việc có lẽ lỗi chế tạo Nhưng nhìn cách tổng quan kết chấp nhận băng tần hoạt động anten đảm bảo phối hợp trở kháng 3.2.4 Cải thiện hệ số tăng ích cho anten mảng MIMO cách sử dụng cấu trúc siêu vật liệu a) Cấu trúc siêu vật liệu đề xuất Mơ hình cấu trúc siêu vật liệu đề xuất sơ đồ tương đương Hình 3.15 Ý tưởng cấu trúc siêu vật liệu đề xuất bắt nguồn từ cấu trúc OE2 Bằng cách phát triển hình dạng cấu trúc, luận án thu cấu trúc cho Hình 3.15 Cấu trúc phát triển theo hình vng hình lục giác Nếu mơ hình cấu trúc OE2 ban đầu đường vi dải thẳng cấu trúc đề xuất đường gấp gúc Việc sử dụng đường gấp khúc dẫn đến tăng giá trị L C Khi đó, tần số cộng hưởng giảm xuống phương pháp để giảm nhỏ kích thước cho anten a) b) Hình 3.15: Mơ hình cấu trúc siêu vật liệu: cấu trúc đề xuất (a) cấu trúc bù nó(b) Đây cấu trúc phẳng, việc thiết kế chế tạo dễ dàng Việc sử dụng cấu trúc đề xuất cấu trúc bù giúp tạo tụ điện điện cảm nhiều Trong cấu trúc bù chủ yếu tạo tụ điện cấu trúc đề xuất tạo điện cảm tụ điện Điều giúp tối ưu đạt cải tham số anten tốt b) Thiết kế anten mảng cho ứng dụng WLAN Mơ hình tổng thể anten mảng đề xuất cho Hình 3.16 mơ hình chi tiết anten hiển thị Hình 3.17 Kích thước anten đề xuất 72 𝑥 70 𝑚𝑚 Để mở rộng băng thông cho anten, luận án sử dụng hai tầng điện môi vật liệu điện môi lựa chọn Roger4350B với tham số ℎ = 1.524 𝑚𝑚, 𝜀𝑟 = 3.66, 𝑡𝑎𝑛𝛿 = 0.0037 Anten gồm phần tử (2𝑥2) ba chia cơng suất Ở đây, kích thước phần tử 𝑥 12 𝑚𝑚, phần tử sử dụng 𝑡ấm xạ Khoảng cách phần tử 27 𝑚𝑚 Hình 3.16: Mơ hình tổng thể anten đề xuất b) a) Hình 3.17: Mơ hình chi tiết anten đề xuất: (a) tầng xạ; (b) lớp đất 20 Các kết mơ đo kiểm Hình 3.18 minh họa hệ số phản xạ, hệ số tăng ích, hiệu suất đồ thị xạ anten đề xuất Từ hình này, thấy băng thông anten khoảng 310 MHz hệ số tăng ích anten đạt 8.24 dB Thêm vào đó, hiệu suất anten 79% Ngồi ra, anten có độ định hướng cao Điều thể qua góc mở dB 36.5 độ Hơn nữa, anten có mức búp sóng phụ thấp, −8 dB Điều cho thấy việc phân bố lại dòng cải thiện đáng kể tham số anten Mơ hình anten chế tạo kết đo kiểm hệ số phản xạ hiển thị Hình 3.19 Anten chế tạo dựa vật liệu điện môi 𝑅𝑜𝑔𝑒𝑟4350𝐵 với tham số: số điện môi 3.66, 𝑡𝑎𝑛𝛿 = 0.0037 chiều dày 1.524 𝑚𝑚 Ở đây, kích thước anten 70 𝑥 72 𝑥 3.048 𝑚𝑚3 Từ Hình 3.19, thấy kết đo mô anten đề xuất tương đồng Ở đây, băng thông anten khoảng 350 MHz anten có tổn hao ngược nhỏ (nhỏ −20 dB) c) b) a) Hình 3.18: Kết mô anten: hệ số phản xạ (a), hệ số tăng ích hiệu suất (b); đồ thị 2D (c) b) a) Hình 3.19: Mơ hình anten chế tạo (a) kết đo hệ số phản xạ (b) 3.3 Cải thiện hệ số tăng ích cho anten mảng 𝟒 𝒙 𝟒 sử dụng bề mặt phản xạ (MRS) 3.3.1 Tính tốn tham số cho FSS Hình 3.20 minh họa bề mặt phản xạ với cấu trúc FSS sơ đồ tương đương Ở đây, bề mặt phản xạ có kích thước 120𝑥130 𝑚𝑚 bao gồm tế bào đặt điện môi FR4 với số điện môi 4.4, chiều dày 1.6 𝑚𝑚 hệ số suy hao 0.02 Cấu trúc đề xuất phát triển dựa cấu trúc UP-EBG truyền thống Kích thước tế bào 30𝑥30 𝑚𝑚 khoảng cách tế bào 37.5 𝑚𝑚 42.5 𝑚𝑚 b) a) Hình 3.20: (a) Mơ hình bề mặt phản xạ với FSS (b) sơ đồ tương đương 3.3.2 Áp dụng cho anten mảng x 21 a) d) b) c) Hình 3.21: Mơ hình anten mảng: mặt (a), mặt (b), bề mặt phản xạ (c), mơ hình tổng thể (d) Hình 3.21 minh họa mơ hình anten gồm 16 phần tử (4 𝑥 4) 15 chia công suất chữ T Anten thiết kế dải tần 7.9 đến 8.4 𝐺𝐻𝑧 dựa vật liệu điện môi 𝐹𝑅4 với chiều dày 1.6 𝑚𝑚, số điện môi 𝜀𝑟 = 4.4 𝑡𝑎𝑛𝛿 = 0.02 Ở đây, khoảng cách phần tử xấp xỉ 25 𝑚𝑚 kích thước anten 120 𝑥 130 𝑚𝑚2 Mặc dù, việc lựa chọn số lượng tế bào không ảnh hưởng đến tần số cộng hưởng anten, nhiên lại ảnh hưởng đến tham số anten Vì vậy, cần lựa chọn số lượng tế bào cho tham số anten tốt Ở đây, số lượng tế bào (cell) sử dụng 3.3.3 Các kết mô đo kiểm Để minh họa ảnh hưởng cấu trúc siêu vật liệu việc cải thiện băng thông cho anten, luận án mô anten có khơng có việc sử dụng cấu trúc siêu vật liệu Hình 3.22 minh họa khác hệ số phản xạ hệ số tăng ích anten có khơng có cấu trúc siêu vật liệu bề mặt phản xạ Bằng việc tích hợp cấu trúc siêu vật liệu lớp đất, hốc cộng hưởng hình thành Điều giúp tạo nhiều mode cộng hưởng liên tiếp Cụ thể có mode cộng hưởng liên tiếp tạo Trong đó, với trường anten khơng sử dụng siêu vật liệu, có mode cộng hưởng hình thành Vì vậy, băng thơng anten trường hợp khơng có siêu vật liệu nhỏ Cụ thể, băng thông anten tăng từ 140 MHz lên 1200 MHz Trong Hình 3.20(b) cho thấy khác hệ số tăng ích anten Khi không sử dụng bề mặt phản xạ, mức búp sóng phụ sau anten lớn Kết là, độ định hướng hệ số tăng ích anten thấp Ở đây, hệ số tăng ích anten tăng từ lên 11.5 dBi sử dụng bề mặt phản xạ a) b) Hình 3.22: Sự khác tham số anten có khơng có siêu vật liệu: hệ số phản xạ (a); hệ số tăng ích (b) a) b) Hình 3.23: Các tham số anten với tế bào: hệ số phản xạ (a), hiệu suất hệ số tăng ích (b) 22 Chúng ta biết rằng, tần số cộng hưởng anten không phụ thuộc vào số lượng tế bào cấu trúc siêu vật liệu lớp đất (vì khơng phụ thuộc vào giá trị 𝐿 𝐶 cụ thể - theo phương trình (2.4)) Nó phụ thuộc vào tích 𝐿 𝐶 Do đó, tùy chọn với số lượng Để minh họa tính chất này, luận án mô anten với tế bào Từ Hình 3.23 thấy băng thông anten với tế bào khoảng 400 MHz Mặc dù hiệu suất anten cao, khoảng 85% hệ số tăng ích anten 6.5 dBi Rõ ràng số lượng tế bào không ảnh hưởng đến tần số cộng hưởng ảnh hưởng đến tham số anten Vì vậy, cần tính tốn số lượng tế bào cho tham số anten tốt Vì lý đó, luận án chọn số lượng tế bào kết mô tham số anten hiển thị Hình 3.24 b) a) c) Hình 3.24: Kết mơ tham số anten đề xuất: (a) hệ số phản xạ; (b) hệ số tăng ích hiệu suất; (c) đồ thị xạ 3D 2D a) b) c) d) Hình 3.25: Mơ hình anten chế tạo: mặt (a), mặt (b), bề mặt phản xạ (c), mơ hình tổng thể (d) Ở đây, băng thông anten đạt 1.2 GHz hệ số tăng ích anten 11.5 dBi Ngoài ra, hiệu suất anten đạt 85% Hình 3.25 minh họa anten chế tạo Anten chế tạo 𝐹𝑅4 với chiều dày 1.6 𝑚𝑚, số điện mơi 4.4, 𝑡𝑎𝑛𝛿 = 0.02 Kích thước antena 120 𝑥 130 𝑚𝑚 Anten gồm 16 phần tử (4 𝑥 4) 15 chia cơng suất Hình 3.26 hiển thị kết đo kiểm hệ số phản xạ anten đề xuất so sánh với kết mô Mặc dù có khác biệt kết mơ đo kiểm anten băng Hình 3.26: Kết mô đo tần hoạt động anten đảm bảo Vì vậy, kết lường hệ số phản xạ anten đề xuất chấp nhận Chúng ta thấy băng thơng anten 1.55 GHz tương ứng với tỉ lệ phần trăm băng thông 19% Rõ ràng băng thông anten cải thiện đáng kể sử dụng cấu trúc siêu vật liệu Thêm vào đó, anten có suy hao thấp điều cho thấy anten phối hợp trở kháng tốt 3.4 Kết luận chương ba Trong chương này, nghiên cứu luận án cải thiện hệ số tăng ích cho anten 23 mảng dựa việc phân bố lại dòng thơng qua phương pháp DSS Bằng cách sử dụng DSS, không băng thông hiệu suất anten cải thiện, mà hệ số tăng ích độ định hướng cải thiện Bên cạnh đó, luận án tổng hợp số tính chất DSS tăng cường hệ số sóng chậm, tạo hốc cộng hưởng phân bố lại dòng Đây tính chất quan trọng để cải thiện số tham số cho anten Thêm vào đó, cấu trúc siêu vật liệu đề xuất để cải thiện hệ số tăng ích cho anten mảng 2𝑥2 Cấu trúc đề xuất cấu trúc đồng phẳng nhỏ gọn, dễ dàng cho việc chế tạo Thông qua cấu trúc đề xuất, số tham số anten mảng cải thiện băng thơng, hệ số tăng ích độ cách ly Hơn nữa, việc cải thiện hệ số tăng ích cho anten việc sử dụng bề mặt phản xạ đề cập chương Ở đây, bề mặt phản xạ bao gồm bề mặt lựa chọn tần số (Frequency Selecting Surface-FSS) dựa điện môi mặt phẳng đất Bằng cách sử dụng sơ đồ tương đương, tính tần số cộng hưởng FSS Việc cải thiện hệ số tăng ích cho anten trường hợp thực cách sóng xạ ngồi khơng gian, búp sóng phụ búp sóng ngược bên lớp đất phản xạ ngược trở lại thơng qua bề mặt phản xạ Khi đó, hệ số tăng ích độ định hướng anten cải thiện Tất phương pháp mô hình hóa sơ đồ tương đương LC Đóng góp khoa học luận án Luận án có đóng góp khoa học sau: Đề xuất thực thiết kế hai cấu trúc siêu vật liệu để cải thiện tham số cho anten Những cấu trúc đề xuất cấu trúc phẳng dễ dàng cho việc chế tạo Những cấu trúc không áp dụng để cải thiện băng thơng, mà áp dụng để cải thiện hệ số tăng ích ảnh hưởng tương hỗ cho anten Đồng thời, luận án tổng hợp phân tích nguyên lý để cải thiện băng thông cho anten dựa việc tạo hốc cộng hưởng liên tiếp Những anten đề xuất thiết kế cho ứng dụng băng C, X phân tích, thiết kế, chế tạo đo kiểm Các kết mô đo lường cho thấy anten đáp ứng cho hệ thống thông tin vô tuyến Đề xuất phương pháp Defected Substrate Structure để cải thiện đồng thời nhiều tham số cho anten Việc sử dụng DSS không tạo hốc cộng hưởng liên tiếp để mở rộng băng thông cho anten, mà phân bố lại dòng bề mặt cho anten Kết là, băng thơng, hệ số tăng ích, hiệu suất độ định hướng cải thiện Hơn nữa, việc sử dụng DSS tăng cường hệ số sóng chậm cho anten, điều dẫn đến việc giảm nhỏ kích thước anten Phương pháp DSS áp dụng cho anten mảng thiết kế tần số trung tâm 10 GHz Các kết mô đo kiểm kiểm chứng tính khả thi phương pháp đề xuất anten đề xuất Đề xuất thực thiết kế cấu trúc EBG để cải thiện băng thông cho anten Cấu trúc áp dụng cho anten mảng thiết kế cho ứng dụng băng X Việc sử dụng cấu trúc EBG đề xuất cải thiện đáng kể băng thông cho anten hiệu suất anten đạt mức cao Các kết mô đo kiểm cho thấy anten đáp ứng yêu cầu hệ thống thông tin vô tuyến Hướng phát triển luận án - Áp dụng kỹ thuật để cải thiện tham số cho anten đa băng - Nghiên cứu phương pháp để cải thiện mức búp sóng phụ tương hỗ phần tử anten - Nghiên cứu thuật toán để ứng dụng việc thiết kế tối ưu tham số anten 24 ... có cơng trình nghiên cứu nghiên cứu cải thiện đồng thời tham số băng thơng, hệ số tăng ích, độ định hướng cho anten mảng Điều cho thấy việc nghiên cứu cải thiện tham số cho anten mảng cấp thiết... đối tượng phạm vi nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu: • Nghiên cứu, đề xuất phương pháp để cải thiện số tham số cho anten mảng băng thơng, hệ số tăng ích, độ định hướng • Nghiên cứu, đề xuất cấu trúc... cấu trúc siêu vật liệu để cải thiện tham số cho anten mảng • Nghiên cứu, đề xuất cấu trúc EBG để cải thiện tham số cho anten mảng Đối tượng nghiên cứu: • Các anten mảng vi dải với giá thành rẻ,