Nghiên cứu thiết kế anten vi dải sử dụng trong hệ thống thông tin vô tuyến

Anten này có thể được tiếp điện bằng sóng dẫn phẳng hayđường truyền vi dải, bức xạ theo hai hướng hay trên cả hai mặt của khe [3]... Hình 1.7 Anten vi dải sóng chạy Hiện nay, các phương

MỤC LỤC DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT I DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH II DANH MỤC BẢNG BIỂU IV

LỜI MỞ ĐẦU 1

LỜI CẢM ƠN 3

CHƯƠNG 1: SƠ LƯỢC VỀ ANTEN VI DẢI 4

1.1 Giới thiệu anten vi dải (Microstrip Antenna) 4

1.2 Ưu điểm và hạn chế của anten vi dải 5

1.3 Một số loại anten vi dải thông dụng 6

1.3.1 Anten patch vi dải 6

1.3.2 Anten khe mạch in 7

1.3.3 Anten vi dải lưỡng cực 8

1.3.4 Anten vi dải sóng chạy 8

1.4 Các kỹ thuật tiếp điện cho anten vi dải 9

1.4.1 Tiếp điện sử dụng đường truyền vi dải 9

1.4.2 Tiếp điện bằng probe đồng trục 10

1.4.3 Tiếp điện bằng phương pháp ghép khe (Aperture Coupling) 11

1.4.4 Tiếp điện bằng phương pháp ghép gần (Proximity Coupling) 11

1.5 Anten patch hình chữ nhật 12

1.6 Nguyên lý bức xạ anten vi dải 14

1.7 Các mô hình phân tích anten vi dải 16

1.7.1 Mô hình đường truyền (Transmission line) 16

1.7.2 Mô hình hốc cộng hưởng 20

1.8 Các thông số khác của anten vi dải 23

1.8.1 Băng thông của anten vi dải 23

1.8.2 Phân cực của anten vi dải 24

1.8.3 Độ định hướng của anten vi dải 24

1.9 Kết luận chương 24

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ ANTEN VI DẢI BĂNG RỘNG 26

2.1 Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến thiết kế anten 26

2.1.1 Ảnh hưởng của các thông số chất nền 26

2.1.2 Hình dạng thành phần bức xạ thích hợp 27

2.1.3 Lựa chọn kỹ thuật tiếp điện thích hợp 27

2.2 Kỹ thuật mở rộng băng thông 28

2.2.1 Kỹ thuật kích thích đa mode 28

2.2.2 Tăng độ dày chất nền 30

2.2.3 Kỹ thuật DGS 30

2.3 Phương pháp thiết kế anten vi dải cơ bản 31

2.3.1 Thiết kế thành phần bức xạ 31

Tính toán kích thước patch, chiều rộng của patch vi dải được tính theo công thức sau: 31

2.3.2 Thiết kế đường truyền vi dải 32

2.3.3 Thiết kế thành phần phối hợp trở kháng dải rộng 34

2.4 Kết luận chương 35

CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG ANTEN VI DẢI BĂNG RỘNG 36

3.1 Giới thiệu phần mềm mô phỏng CST 36

3.2 Mục tiêu thiết kế 37

3.3 Cấu trúc thiết kế 37

3.4 Tính toán thiết kế 37

3.5 Kết quả mô phỏng 40

3.6 Đánh giá 44

3.7 Kết luận chương 45

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 45

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 47

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

nghệ trên máy tínhGSM Global system for mobile communication Hệ thống thông tin di động

toàn cầu

MTA Microstrip traveling – wave antenna Anten vi dải sóng chạy

DGS Defected ground structure Cấu trúc mặt đấu khuyết

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢN

Hình 1.1 Anten vi dải và hệ trục tọa độ 4

Hình 1.2 Các dạng anten vi dải thông dụng 5

Hình 1.3 Anten patch vi dải 7

Hình 1.4 Một số hình dạng thông dụng của anten patch vi dải 7

Hình 1.5 Các hình dạng anten khe mạch in 8

Hình 1.6 Anten vi dải lưỡng cực 8

Hình 1.7 Anten vi dải sóng chạy 9

Hình 1.8 Tiếp điện dùng đường truyền vi dải 10

Hình 1.9 Tiếp điện dùng cáp đồng trục 11

Hình 1.10 Tiếp điện dùng phương pháp ghép khe 11

Hình 1.11 Tiếp điện bằng phương pháp ghép gần 12

Hình 1.12 Anten patch hình chữ nhật 13

Hình 1.13 Chiều dài tấm patch được mở rộng về hai phía 17

Hình 1.14 Thay đổi vị trí điểm feed để có trở kháng vào phù hợp 19

Hình 1.15 Phân bố điện tích và dòng điện trong anten vi dải hình chữ nhật 20

Hình 1.16 Mô hình hốc cộng hưởng 21

Hình 1.17 Các mode của anten vi dải patch hình chữ nhật 23

Hình 2 1 Ảnh hưởng của hằng số điện môi và độ dày chất nền tới băng thông trở

kháng 26

Hình 2 2 Anten vi dải xếp chồng tiếp điện bằng ghép khe 29

Hình 2 3 Một số khuôn mẫu DGS 31

Hình 2 4 Tính toán trở kháng đặc trưng của đường truyền vi dải 34

Hình 3 1 Giao diện phần mềm CST 36

Hình 3 2 Hình dạng anten vi dải hình chữ nhật tiếp điện bằng đường vi dải cắt sâu 38

Hình 3 3 Cấu trúc 3D anten vi dải ban đầu 39

Hình 3 4 Anten vi dải sau khi kết hợp cấu trúc DGS dạng 3D và mặt sau anten 39

Hình 3 5 Tần số cộng hưởng tính theo lý thuyết bị lệch 40

Hình 3 6 Thông số S11 của anten vi dải với f= 5,25 GHz 40

Hình 3 7 Bức xạ 3D và 2D của anten ban đầu 41

Hình 3 8 Tham số VSWR của anten vi dải 41

Hình 3 9 Anten với độ dày chất nền thay đổi h=2,2 mm và h=2,6mm 42

Hình 3 10 Anten với DGS ở dưới giữ nguyên độ dày h 42

Hình 3 11 Anten với DGS ở bên trái patch và giữ nguyên độ dày h 43

Hình 3 12 Tham số S11 của anten vi dải sau cải thiện băng thông 43

Hình 3 13 Đồ thị bức xạ và hiệu suất của anten vi dải dạng 3D và trong mặt phẳng E sau khi cải thiện băng thông 44

Hình 3 14 Tham số VSWR của anten vi dải sau khi cải thiện băng thông 44

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1 Bảng so sánh băng thông của các hình dạng patch tại VSWR=2 27

Bảng 2 Các thông số đầu vào của anten vi dải 37

Bảng 3 Các thông số thiết kế anten vi dải 37

Bảng 4: Thông số kích thước của cấu trúc DGS 39

Bảng 5 So sánh các thông số của anten vi dải ban đầu và anten cải thiện băng thông 44

Cho đến thời điểm hiện tại không thể phủ nhận vai trò quan trọng của truyềnthông vô tuyến và các thiết bị liên quan, nó gắn liền với cuộc sống hàng ngày và phủsóng khắp toàn cầu, những năm gần đây sự bùng nổ của nhu cầu thông tin vô tuyến

đã thúc đẩy sử phát triển của công nghệ truyền thông vô tuyến, cùng với sự pháttriển đó thì anten - thành phần không thể thiếu trong bất kì hệ thống viễn thông nàocũng không ngừng được quan tâm nghiên cứu phát triển để phù hợp với các thiết bịthông tin vô tuyến hiện đại

Những nghiên cứu về anten mang ý nghĩa hiệu quả truyền thông vô tuyếnđược quan tâm nhất đầu tiên phải kể đến là anten vi dải Nhờ các ưu điểm nối bậtnhư: có kích thước mỏng, nhỏ gọn, trọng lượng nhẹ, dễ dàng sản xuất, dễ phối hợptrở kháng và dễ tích hợp các cấu trúc trên bề mặt, mà anten vi dải đã được lựa chọnlàm anten trong các hệ thống thông tin vô tuyến như: Điện thoại di động cầm tay,các kỹ thuật lường từ xa, các mạng wifi Tuy nhiên anten vi dải lại có hạn chế lớn vềmặt băng thông, băng thông rất hẹp trong khi rất nhiều ứng dụng hiện nay đòi hỏianten phải có kích thước nhỏ, băng thông rộng và đồng thời lại có khả năng hoạt

động tại nhiều dải tần khác nhau.

Với những yêu cầu thực tế trên, em lựa chọn đề tài ‘’Nghiên cứu thiết kế anten vi dải sử dụng trong hệ thống thông tin vô tuyến’’ làm đồ án tốt nghiệp mình,

đồ án sử dụng phần mềm CST để thiết kế và mô phỏng anten Nội dung của báo cáo

đồ án được chia làm ba chương:

Chương 1: Sơ lược về anten vi dải

Chương 2: Phân tích phương pháp tính tính toán, thiết kế anten vi dải băngrộng

Chương 3: Thiết kế, mô phỏng anten vi dải băng rộng bằng phần mềm CST

Do một vài yếu tố khách quan và chủ quan nên bản báo cáo vẫn còn tồn tạinhiều hạn chế Em rất mong được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô cũng như các

bạn để bài báo cáo của em được hoàn thiện hơn nữa.

Hà nội, ngày 20 tháng 12 năm 2018

Sinh viên thực hiên

Lê Thị Hoài

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, em muốn được bày tỏ sự biết ơn sâu sắc tới giáo viên hướngdẫn của em là cô Hoàng Thị Phương Thảo – giảng viên Trường Đại học Điện Lực đãtận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp này

Em xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành và sâu sắc tới các thầy cô giáo trong vàngoài trường Đại học Điện Lực đã giảng dạy em trong 4,5 năm qua, những kiếnthức và kinh nghiệm quý báu mà thầy cô đã truyền đạt cho em trên giảng đườngđại học là nền tảng giúp em hoàn thành bài báo cáo này và là hành trang vững chắccho em trong bước đường tương lai

Em xin trân trọng cảm ơn các thầy, cô giáo trong khoa Điện tử viễn thông đãtận tình giúp đỡ và tạo điều kiện giúp em hoàn thành đồ án của mình

Trong quá trình thực tập khó có thể tránh khỏi những sai sót, em rất mongnhận được sự góp ý của thầy cô cũng như của các bạn

Em xin chân thành cảm ơn

CHƯƠNG 1: SƠ LƯỢC VỀ ANTEN VI DẢI

Các khái niệm đầu tiên về anten vi dải được khởi xướng bởi Deschamps vàonăm 1953 và Gutton và Baisinot vào năm 1955 Nhưng phải 20 năm sau, một antenứng dụng kỹ thuật vi dải mới được chế tạo

Anten vi dải đơn giản cấu tạo gồm: một Radiating Patch (mặt bức xạ) rấtmỏng với bề dày t<< λ: bước sóng không gian tự do nằm trên Dielectirc Substrate

(lớp chất nền điện môi) có ε <=10 , phía đối diện với patch là Ground Plane (mặt

phẳng đất) Patch là vật dẫn điện, thường là đồng hay vàng, có thể có hình dạngbất kỳ

Hình 1.1 Anten vi dải và hệ trục tọa độ

Anten vi dải được đặc tả bởi nhiều thông số hơn các anten truyền thốngkhác Chúng được thiết kế dưới nhiều dạng hình học khác nhau như: hình vuông,hình chữ nhật, hình tròn, tam giác, bán cầu, hình quạt, hình vành khuyên

Hình 1.2 Các dạng anten vi dải thông dụng

 Một số ứng dụng của anten vi dải:

- Các anten dùng trong thông tin vô tuyến

- Các radar đo phản xạ thường dùng các dãy anten vi dải phát xạ

- Hệ thống thông tin hàng không và vệ tinh dùng anten vi dải để định vị

- Vũ khí thông minh

- Sử dụng cho GSM hay GPS

Anten vi dải có nhiều ưu điểm so với các anten vi sóng thông thường và cácứng dụng của nó trải khắp dải tần số 100MHz-100GHz

 Anten vi dải có các ưu điểm [3]:

- Trọng lượng nhẹ, kích thước nhỏ, bề dày mỏng

- Chí phí chế tạo thấp, dễ dàng để sản xuất hàng loạt

- Phân cực tuyến tính và phân cực tròn với phương pháp tiếp điện đơngiản

- Anten hoạt động ở nhiều tần số kép và anten phân cực kép có thể thựchiện dễ dàng.

- Có thể dễ dàng được tích hợp với các mạch tích hợp vi sóng

- Các đường tiếp điện và các linh kiện phối hợp trở kháng có thể đượccùng thiết kế trên một cấu trúc anten

- Linh động giữa phân cực tròn và phân cực thẳng

- Tương thích với các thiết bị di động

 Nhược điểm của anten vi dải [3]

- Có băng thông hẹp

- Độ lợi thấp (thường nhỏ hơn 10 dB)

- Suy hao lớn trong cấu trúc tiếp điện của các anten mảng

- Đa số các anten vi dải chỉ bức xạ trong nửa không gian phía trên mặtphẳng đất

- Khả năng tản nhiệt của anten vi dải kém

- Các bức xạ không mong muốn ở đường cấp nguồn và các mối nối cònkhá nhiều

- Khả năng điều khiển điện áp thấp

- Độ lợi và hiệu suất giảm, mức độ phân cực chéo cao với anten mảng ởtần số cao

- Xuất hiện sóng bề mặt

1.3.1 Anten patch vi dải

Anten patch vi dải (Microtrip patch antenna: MPA) bao gồm một patch dẫnđiện dưới dạng hình học phẳng hay không phẳng trên một mặt của đế điện môi vàmặt phẳng đất nằm trên mặt phẳng còn lại của đế

Hình 1.3 Anten patch vi dải

Các thiết kế anten patch chủ yếu tập trung vào đặc tính bức xạ của nó,anten patch vi dải có nhiều dạng khác nhau (vuông, chữ nhật, tròn, ) nhưng đặctính bức xạ của chúng hầu như giống nhau Trong số các loại anten patch vi dải,anten có dạng hình chữ nhật và hình tròn là hai dạng thông dụng và được sử dụngrộng rãi [3]

Hình 1.4 Một số hình dạng thông dụng của anten patch vi dải 1.3.2 Anten khe mạch in

Anten khe mạch in (Printed slot antenna) có cấu tạo gồm một khe trong mặtphẳng đất của một đế được nối đất, khe này có nhiều hình dạng khác nhau: hìnhchữ nhật, hình tròn, Anten này có thể được tiếp điện bằng sóng dẫn phẳng hayđường truyền vi dải, bức xạ theo hai hướng hay trên cả hai mặt của khe [3]

Hình 1.5 Các hình dạng anten khe mạch in 1.3.3 Anten vi dải lưỡng cực

Anten vi dải lưỡng cực có hình dạng giống với anten patch hình chữ nhậtnhững khác nhau ở tỉ số L/W Chiều rộng của anten lưỡng cực so với anten patchthường bé hơn 0.05 lần bước sóng trong không gian tự do

Đồ thị bức xạ của anten vi dải lưỡng cực và anten patch vi dải giống nhaunhưng có các đặc tính khác nhau như: điện trở bức xạ, băng thông và bức xạ phâncực chéo

Anten vi dải lưỡng cực thích hợp với các ứng dụng tần số cao do chúng sửdụng miếng đế điện môi có bề dày tương đối nên đạt được băng thông đáng kể[3]

Hình 1.6 Anten vi dải lưỡng cực

1.3.4 Anten vi dải sóng chạy

Anten vi dải sóng chạy (Microtrip traveling-Wave antenna: MTA) gồm cácdải dẫn điện tuần hoàn hoặc một đường vi dải đủ dài và rộng để có thể hỗ trợ chế

độ truyền TE Trong đó, đầu của anten được nối đất và đầu còn lại được mắc tải cóđiện trở được phối hợp trở kháng để tránh hiện tượng sóng đứng trên anten [3]

Hình 1.7 Anten vi dải sóng chạy

Hiện nay, các phương pháp phổ biến dùng để cấp nguồn cho anten vi dải là:cấp nguồn sử dụng đường truyền vi dải, probe đồng trục, ghép khe (aperture-coupling),ghép gần (proximiti-coupling)

1.4.1 Tiếp điện sử dụng đường truyền vi dải

Phương pháp tiếp điện bằng đường truyền vi dải được sử dụng nhiều nhấttrong môi trường truyền dẫn là các mạch tích hợp siêu cao tần Đường truyền vidải là cấu trúc mạch in cấp cao, bao gồm một dải dẫn điện bằng đồng hoặc kim loạikhác trên một chất nền cách điện, mặt kia của tấm điện môi cũng được phủ đồnggọi là mặt phẳng đất Mặt phẳng đất là mặt phản xạ do đó đường truyền vi dải cóthể được xem là đường truyền gồm hai dây dẫn

Có hai tham số chính là độ rộng dải dẫn điện W và chiều cao tấm điện môi

h Một tham số quan trọng khác là hằng số điện môi tương đối của chất nền Haitham số đôi khi có thể được bỏ qua là độ dày dải dẫn điện t và điện dẫn suấtsigma

Hình 1.8 Tiếp điện dùng đường truyền vi dải 1.4.2 Tiếp điện bằng probe đồng trục

Cấp nguồn qua probe là một trong những phương pháp cơ bản nhất đểtruyền tải công suất cao tần Phương pháp này, phần lõi của đầu feed được nối vớipatch, phần ngoài nối với mặt phẳng đất của anten vi dải

 Ưu điểm:

- Đơn giản trong quá trình thiết kế

- Có khả năng feed tại mọi vị trí trên tấm patch do đó dễ phối hợp trởkháng

Hình 1.9 Tiếp điện dùng cáp đồng trục 1.4.3 Tiếp điện bằng phương pháp ghép khe (Aperture Coupling)

Phương pháp này cũng thường được sử dụng nhằm loại bỏ bức xạ khôngcần thiết của đường vi dải Cấu trúc gồm hai lớp điện môi, patch được đặt trêncùng, mặt phẳng đất ở giữa có một khe hở nhỏ, khe ghép luôn đặt dưới và chínhgiữa bản kim loại nhằm giảm phân cực chéo do tính đối xứng, đường tiếp điện ởlớp điện môi dưới

Đường cấp nguồn vi dải

Hình 1.10 Tiếp điện dùng phương pháp ghép khe

 Ưu điểm: thông thường lớp điện môi trên có hằng số điện môi thấp hơn lớpđiện môi dưới nên hạn chế bức xạ không mong muốn

 Nhược điểm: phương pháp khó thực hiện do phải làm nhiều lớp, làm tăng

độ dày của anten Phương pháp sử dụng cho băng hẹp

1.4.4 Tiếp điện bằng phương pháp ghép gần (Proximity Coupling)

Bản chất của phương pháp là ghép điện dung giữa đường cấp nguồn vàpatch Cấu trúc này gồm hai lớp điện môi, đường patch nằm ở miếng điện môi trênđường tiếp điện ở giữa hai lớp điện môi

є r2

є r1

Patch

Đường cấp nguồn vi dải

Hình 1.11 Tiếp điện bằng phương pháp ghép gần

 Ưu điểm:

- Loại bỏ bức xạ không mong muốn trên đường tiếp điện

- Cho băng thông rộng (khoảng 13%)

Hình 1.12 Anten patch hình chữ nhật

(a) Phân bố trường ở mode cơ bản

(b) Phân bố dòng trên bề mặt patch

(c) Phân bố điện áp (U), dòng (I) và trở kháng (Z) theo chiều dài patchHình 12 a, điện trường bằng không ở tâm patch, đạt cực đại (dương) ở mộtcạnh và đạt cực tiểu (âm) ở cạnh đối diện Tuy nhiên sự biến đổi giữa cực đại vàcực tiểu xảy ra liên tục do pha tức thời của tín hiệu đặt vào anten Điện trường mởrộng ra cả bên ngoài mặt phân giới điện môi- không khí Thành phần điện trường

mở rộng này được gọi là trường viền (fringing field) và nó làm cho patch bức xạ.Một số phương pháp phân tích anten vi dải phổ biến dựa trên khái niệm hốc cộnghưởng rò Do đó, mode cơ bản khi sử dụng lý thuyết hóc cộng hưởng là modeTM10

Kí hiệu này thường gây ra nhầm lẫn TM tượng trung cho phân bố từ trườngngang, có 3 thành phần, đó là: điện trường theo hướng z, từ trường theo hướng x

và y trong hệ tọa độ Đề các, trục x và y song song với mặt phẳng đất, trục z vuônggóc với mặt phẳng đất Giá trị z hầu như bị bỏ qua do sự biến đổi của điện trườngtheo trục z coi như không đáng kể Do đó, kí hiệu TMnm chỉ sự biến đổi của trườngtheo hướng x và y, sự biến đổi của trường theo hướng y không đáng kể nên m=0,trường biến đổi chủ yếu theo hướng x nên ở mode cơ bản n=1.

Hình 12- b,c thể hiện sự biến đổi dòng (từ trường) và điện áp (điện trường)trên patch, dòng đạt cực đại tại tâm patch và cực tiểu gần các cạnh trái và phải,trong khi điện trường bằng 0 tại tâm patch và đạt cực đại gần cạnh trái, cực tiểugần cạnh phải Từ biên độ của dòng áp ta có thể tìm được trở kháng Trở kháng đạtcực tieru ở giữa patch và cực đại ở gần hai cạnh Có một điểm nằm ở vị trí dọctheo trục x tại đó trở kháng là 50 Ohm ta có thể đặt tiếp điện tại đó

Lựa chọn đế điện môi sử dụng có bề mặt mỏng và hệ số điện môi tương đốicao giúp bức xạ anten vi dải tốt hơn với hiệu suất bức xạ cao hơn Vì thế, trongmột anten vi dải, người ta sử dụng các nền điện môi có hệ số từ thẩm thấp Bức xạanten vi dải có thể được xác định từ phân bố trường giữa patch và mặt phẳng đấthay dưới dạng phân bố dòng điện mặt trên bề mặt của patch

Xem anten vi dải như một mảng gồm hai khe bức xạ hẹp, mỗi khe có chiềurộng W, chiều cao h và cách nhau một khoảng L, trường bức xạ anten vi dải chính

là tổng trường bức xạ từ hai phần tử mảng, trong đó mỗi phần tử biểu diễn chomột khe Khi hai khe giống nhau ta có thể tính trường tổng cộng bằng cách dùng

hệ số mảng cho hai khe

Trường điện vùng xa bức xạ bởi mỗi khe được tính theo mật độ dòng tươngđương như sau:

Trong đó V0 = hE0 là điện áp qua khe.

Hệ số mảng cho hai thành phần cùng biên độ và pha lệch nhau một khoảng

Đối với anten vi dải, mặt phẳng x-y ( θ=90 ° ,0 ° ≤ ϕ≤ 90 °, 270 ≤ ϕ≤ 360 °) là mặtphẳng I chính và trong mặt phẳng này trường bức xạ ở công thức trên trở thành:

Mặt phẳng H chính của anten vi dải là mặt phẳng x-z ( ϕ=¿ 90 ° ,

0 ° ≤θ ≤ 180°) và trong mặt phẳng này trường bức xạ ở (1.35) trở thành :

1.7.1 Mô hình đường truyền (Transmission line)

Anten vi dải hình chữ nhật có hình dạng vật lý bắt nguồn từ đường truyền vidải, những anten loại này có thể được mô hình như một phần của đường truyềnsóng Mô hình đường truyền sóng là một trong những mô hình trực quan nhấttrong phân tích anten vi dải và nó tương đối chính xác với lớp điện môi mỏng Môhình đường truyền sóng rất đơn giản và hữu ích trong việc xem xét hoạt động cơbản của anten vi dải Mô hình này xem anten vi dải như một mảng gồm hai khebức xạ hẹp, mỗi khe có chiều rộng W, chiều cao h và cách nhau một khoảng L [2]

 Hiệu ứng viền

Trường tại gờ của patch bị viền do kích thước của patch bị giới hạn bởichiều dài và chiều rộng, viền là một hàm theo kích thước của patch, chiều cao củalớp điện môi và hằng số điện môi Hiệu ứng viền ảnh hưởng đáng kể đến tần sốcộng hưởng của anten

Hầu hết các đường sức điện trường ở trong lớp nền và phần của một sốđường nằm ở ngoài không khí Khi L/h>>1, ε r>>1, những đường sức điện tập trung

đa phần trong lớp nền điện môi Hằng số điện môi hiệu dụng dược sử dụng đểhiệu chỉnh các ảnh hưởng của hiệu ứng viền đối với sóng trên đường truyền

Giả sử tâm dẫn của đường truyền vi dải với kích thước và chiều cao trênmặt phẳng đất ban đầu của nó được đưa vào một lớp điện môi đồng nhất Hằng sốđiện môi hiệu dụng là hàm của tần số, khi tần số hoạt động tăng, hầu hết cácđường sức điện trường tập trung trong lớp nền điện môi Vì vậy đường truyền vidải gần giống với đường truyền đặt trong điện môi đồng nhất có hằng số điện môihiệu dụng tiến tới giá trị hằng số điện môi nền

Ở tần số thấp, hằng số điện môi hiệu dụng là ε cơ bản, tần số tăng thì hằng

số điện môi hiệu dụng càng tiến tới giá trị hằng số điện môi của chất nền

Hằng số điện môi hiệu dụng được tính theo công thức sau:

 Chiều dài hiệu dụng, tần số cộng hưởng và chiều rộng hiệu dụng

Trong mặt phẳng Oxy do hiệu ứng viền, kích thước patch của anten vi dải vềmặt điện lớn hơn so với kích thước vật lý Do đó chiều dài điện của patch vượt sovới chiều dài vật lý một khoảng ∆L về mỗi phía và được tính theo công thức:

Hình 1.13 Chiều dài tấm patch được mở rộng về hai phía

Giả sử, mode ưu thế là TM010 tần số cộng hưởng của anten vi dải là hàm củachiều dài:

Y2 = Y1; G2 = G1; B2 = B1Điện dẫn của khe đơn có được bằng cách phân tích trường theo mô hìnhhốc cộng hưởng.

 Trở kháng vào tại tần số cộng hưởng

Do hiệu ứng viền khoảng cách hai khe <λ /2, dẫn nạp của khe 2 là:

Hàm J0 là hàm Bessel loại 1 bậc không.

Hình biểu diễn thay đổi vị trí điểm feed và trở kháng chuẩn hóa ngõ vào khiđiểm feed dịch chuyển theo trục y dọc theo đường truyền:

Hình 1.14 Thay đổi vị trí điểm feed để có trở kháng vào phù hợp

Với đường feed vi dải có trở kháng đặc tính Z c

W0 là chiều rộng đường feed, ngõ vào ứng với vị trí chèn tương ứng được

cho bởi công thức: