NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ ĂNG-TEN PHÂN CỰC KÉP BĂNG RỘNG VỚI BA CHẾ ĐỘ CỘNG HƯỞNG

Trong vài thập kỷ gần đây, hệ thống thông tin di động ngày càng phổ biến và trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống vì những ứng dụng mà nó đem lại. Kể từ khi hệ thống 1G được Nordic Mobile Telephone giới thiệu lần đầu tiên vào năm 1981, cứ khoảng 10 năm lại xuất hiện một thế hệ điện thoại di động mới. Các hệ thống 2G đầu tiên bắt đầu tung ra vào năm 1991, các hệ thống 3G đầu tiên xuất hiện lần đầu vào năm 2001 và hệ thống 4G hoàn toàn tuân thủ các tiêu chuẩn của Viện Phát triển Quản trị và Công nghệ IMT IMT nâng cao đã được chuẩn hóa vào năm 2012. Sự phát triển các hệ thống tiêu chuẩn của các mạng 2G (GSM) và 3G (IMT2000 và UMTS) mất khoảng 10 năm kể từ khi các dự án nghiên cứu và phát triển chính thức bắt đầu, và quá trình phát triển hệ thống 4G đã được bắt đầu từ năm 2001 hoặc 2002. Các công nghệ làm tiền đề cho một thế hệ mới thường được giới thiệu trên thị trường từ một vài năm trước đó, ví dụ như hệ thống CDMAOneIS95 tại Mỹ vào năm 1995 được xem là tiền đề cho 3G, hệ thống Mobile WiMAX ở Hàn Quốc năm 2006 được xem là tiền đề cho 4G, và hệ thống thử nghiệm đầu tiên cho LTE là ở Scandinavia năm 2009. Từ tháng 4 năm 2008, MachinetoMachine Intelligence (M2Mi) Corp một tổ hợp trong NASA Research Park dưới sự lãnh đạo của Geoff Brown bắt đầu phát triển công nghệ thông tin liên lạc 5G. Chương này chúng ta sẽ tìm hiểu về các thế hệ mạng thông tin di động.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

ĐÁNH GIÁ QUYỂN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

(Dùng cho giảng viên hướng dẫn)

Giảng viên hướng dẫn:

Họ và tên sinh viên: MSSV:

Tên đồ án: Nghiên cứu và thiết kế ăng-ten phân cực kép băng rộng với ba chế độ cộnghưởng

Chọn các mức điểm phù hợp cho sinh viên trình bày theo các tiêu chí dưới đây:

Rất kém (1); Kém (2); Đạt (3); Giỏi (4); Xuất sắc (5)

Có sự kết hợp giữa lý thuyết và thực hành (20)

1 Nêu rõ tính cấp thiết và quan trọng của đề tài, các vấn đề và các giả

thuyết (bao gồm mục đích và tính phù hợp) cũng như phạm vi ứng dụng

của đồ án

1 2 3 4 5

2 Cập nhật kết quả nghiên cứu gần đây nhất (trong nước/quốc tế) 1 2 3 4 5

3 Nêu rõ và chi tiết phương pháp nghiên cứu/giải quyết vấn đề 1 2 3 4 5

4 Có kết quả mô phỏng/thực nghiệm và trình bày rõ ràng kết quả đạt được 1 2 3 4 5

Có khả năng phân tích và đánh giá kết quả (15)

5 Kế hoạch làm việc rõ ràng bao gồm mục tiêu và phương pháp thực hiện

dựa trên kết quả nghiên cứu lý thuyết một cách có hệ thống

1 2 3 4 5

6 Kết quả được trình bày một cách logic và dễ hiểu, tất cả kết quả đều

được phân tích và đánh giá thỏa đáng

1 2 3 4 5

7 Trong phần kết luận, tác giả chỉ rõ sự khác biệt (nếu có) giữa kết quả đạt

được và mục tiêu ban đầu đề ra đồng thời cung cấp lập luận để đề xuất

hướng giải quyết có thể thực hiện trong tương lai

1 2 3 4 5

Kỹ năng viết quyển đồ án (10)

8 Đồ án trình bày đúng mẫu quy định với cấu trúc các chương logic và đẹp

mắt (bảng biểu, hình ảnh rõ ràng, có tiêu đề, được đánh số thứ tự và

được giải thích hay đề cập đến; căn lề thống nhất, có dấu cách sau dấu

chấm, dấu phảy v.v.), có mở đầu chương và kết luận chương, có liệt kê

tài liệu tham khảo và có trích dẫn đúng quy định

1 2 3 4 5

9 Kỹ năng viết xuất sắc (cấu trúc câu chuẩn, văn phong khoa học, lập luận

logic và có cơ sở, từ vựng sử dụng phù hợp v.v.)

1 2 3 4 5

Thành tựu nghiên cứu khoa học (5) (chọn 1 trong 3 trường hợp)

10a Có bài báo khoa học được đăng hoặc chấp nhận đăng/Đạt giải SVNCKH

giải 3 cấp Viện trở lên/Có giải thưởng khoa học (quốc tế hoặc trong

nước) từ giải 3 trở lên/Có đăng ký bằng phát minh, sáng chế

5

10b Được báo cáo tại hội đồng cấp Viện trong hội nghị SVNCKH nhưng

không đạt giải từ giải 3 trở lên/Đạt giải khuyến khích trong các kỳ thi

quốc gia và quốc tế khác về chuyên ngành (VD: TI contest)

2

10c Không có thành tích về nghiên cứu khoa học 0

Điểm tổng quy đổi về thang 10

Nhận xét khác (về thái độ và tinh thần làm việc của sinh viên)

Ngày: … / … / 20…

Người nhận xét

(Ký và ghi rõ họ tên)

ĐÁNH GIÁ QUYỂN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

(Dùng cho cán bộ phản biện)

Giảng viên đánh giá:

Họ và tên sinh viên: MSSV:

Tên đồ án: Nghiên cứu và thiết kế ăng-ten phân cực kép băng rộng với ba chế độ cộnghưởng

Chọn các mức điểm phù hợp cho sinh viên trình bày theo các tiêu chí dưới đây:

Rất kém (1); Kém (2); Đạt (3); Giỏi (4); Xuất sắc (5)

Có sự kết hợp giữa lý thuyết và thực hành (20)

1 Nêu rõ tính cấp thiết và quan trọng của đề tài, các vấn đề và các giả

thuyết (bao gồm mục đích và tính phù hợp) cũng như phạm vi ứng dụng

của đồ án

1 2 3 4 5

2 Cập nhật kết quả nghiên cứu gần đây nhất (trong nước/quốc tế) 1 2 3 4 5

3 Nêu rõ và chi tiết phương pháp nghiên cứu/giải quyết vấn đề 1 2 3 4 5

4 Có kết quả mô phỏng/thực nghiệm và trình bày rõ ràng kết quả đạt được 1 2 3 4 5

Có khả năng phân tích và đánh giá kết quả (15)

5 Kế hoạch làm việc rõ ràng bao gồm mục tiêu và phương pháp thực hiện

dựa trên kết quả nghiên cứu lý thuyết một cách có hệ thống

1 2 3 4 5

6 Kết quả được trình bày một cách logic và dễ hiểu, tất cả kết quả đều

được phân tích và đánh giá thỏa đáng

1 2 3 4 5

7 Trong phần kết luận, tác giả chỉ rõ sự khác biệt (nếu có) giữa kết quả đạt

được và mục tiêu ban đầu đề ra đồng thời cung cấp lập luận để đề xuất

hướng giải quyết có thể thực hiện trong tương lai

1 2 3 4 5

Kỹ năng viết quyển đồ án (10)

8 Đồ án trình bày đúng mẫu quy định với cấu trúc các chương logic và đẹp

mắt (bảng biểu, hình ảnh rõ ràng, có tiêu đề, được đánh số thứ tự và

được giải thích hay đề cập đến; căn lề thống nhất, có dấu cách sau dấu

chấm, dấu phảy v.v.), có mở đầu chương và kết luận chương, có liệt kê

tài liệu tham khảo và có trích dẫn đúng quy định

1 2 3 4 5

9 Kỹ năng viết xuất sắc (cấu trúc câu chuẩn, văn phong khoa học, lập luận

logic và có cơ sở, từ vựng sử dụng phù hợp v.v.)

1 2 3 4 5

Thành tựu nghiên cứu khoa học (5) (chọn 1 trong 3 trường hợp)

10a Có bài báo khoa học được đăng hoặc chấp nhận đăng/Đạt giải SVNCKH

giải 3 cấp Viện trở lên/Có giải thưởng khoa học (quốc tế hoặc trong

nước) từ giải 3 trở lên/Có đăng ký bằng phát minh, sáng chế

5

10b Được báo cáo tại hội đồng cấp Viện trong hội nghị SVNCKH nhưng

không đạt giải từ giải 3 trở lên/Đạt giải khuyến khích trong các kỳ thi

quốc gia và quốc tế khác về chuyên ngành (VD: TI contest)

Ngày: … / … / 20…

Người nhận xét

(Ký và ghi rõ họ tên)

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây, các hệ thống thông tin di động ngày càng phát triểnmạnh mẽ dần trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống Ngày nay, mạng diđộng không đơn thuần chỉ sử dụng cho việc liên lạc mà còn được ứng dụng trong giaothông, y tế, giải trí,…Đặc biệt khi hệ thống mạng 5G sắp được đưa vào sử dụng rộngrãi đòi hỏi phải có những hệ thống ăng-ten đảm bảo phục vụ tốt nhất cho truyền tảithông tin Ăng-ten phân cực kép là một trong những loại ăng-ten được nghiên cứu bởi

sự nhỏ gọn, dễ dàng chế tạo, khả năng hoạt động trong dải tần số rộng và đã có nhiềuứng dụng trong thông tin di động Với mục tiêu thiết kế ăng-ten cho trạm thu phátsóng di động, em đã chọn đề tài: “Nghiên cứu thiết kế ăng-ten phân cực kép băng rộngvới ba chế độ cộng hưởng”

Trong quá trình thực hiện đề tài này, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS TạSơn Xuất, viện Điện tử-Viễn thông, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã hướng dẫntận tình và chỉ dẫn các bước, cung cấp các tài liệu và hướng nghiên cứu giúp em hoànthành đồ án tốt nghiệp

Trong quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài, dựa vào kết quả đạt được bước đầu,

dù đã cố gắng tuy nhiên không thể tránh khỏi những hạn chế và thiếu xót Vì vậy, emrất mong nhận được sự góp ý, bổ sung của các thầy, cô để đề tài của em được tối ưu vàhoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, tháng 1 năm 2020

LỜI CAM ĐOAN

Tôi là , mã số sinh viên , sinh viên lớp viện Điện Tử ViễnThông trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Người hướng dẫn là Tôi xin

cam đoan toàn bộ nội dung được trình bày trong đồ án “Nghiên cứu thiết kế ăng-ten phân cực kép băng rộng với ba chế độ cộng hưởng” là kết quả quá trình tìm hiểu và

nghiên cứu của tôi Các dữ liệu được nêu trong đồ án hoàn toàn trung thực, phản ánhđúng kết quả thực tế Mọi thông tin trích dẫn đều tuân thủ các quy định về sở hữu trítuệ, các tài liệu tham khảo được liệt kê rõ ràng Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm vớinhững nội dung được viết trong đồ án này

Hà Nội, ngày 02 tháng 1 năm 2020

Người cam đoan

MỤC LỤC

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mãBTS Base Tranceiver Station Trạm thu phát gốc

FDMA Frequency Division Multiple

Access

Đa truy nhập phân chia theo tần số

FDD Frequency Division Duplex Phân chia theo tần số

GSM Global System for Mobile

Communications

Hệ thống thông tin di động toàncầu

GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp

IMT-2000 International Mobile

Telecommunications for the year 2000

Hệ thống thông tin di động toàncầu cho năm 2000

MIMO Multiple In, Multiple Out Sử dụng nhiều ăng-ten để thu phát

sóng

LTE Long Term Evolution Công nghệ di động thế hệ thứ 4

TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời

gianTDD Time Division Duplex Phân chia theo thời gian

SMS Short Message Services Dịch vụ tin nhắn ngắn

DANH MỤC HÌNH VẼ

DANH MỤC BẢNG BIỂU

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Đồ án tập trung nghiên cứu vào ba vấn đề chính và đặc biệt cần quan tâm nhất đó

là cách tạo ra anten phân cực kép bằng cách sử dụng các lưỡng cực hai vòng DL Thứnhất là các thế hệ mạng thông tin di động từ 1G đến 5G và công nghệ MIMO Thứ hai,tổng quan về những kiến thức cơ bản của lý thuyết ăng-ten và ăng-ten phân cực kép

Và cuối cùng, là phần đưa ra phương pháp thiết kế anten kèm theo các kết quả môphỏng

ABSTRACT

The thesis focuses on three main issues and especially how to create dual-polarizedantenna using double-loop (DL) dipoles Firstly, the generation of mobilecommunication networks from 1G to 5G and MIMO technology Second, an overview

of the basic knowledge of antenna theory and dual- polarization antenna And finally,the section that introduces the antenna design method with simulation results

CHƯƠNG 1 CÁC THẾ HỆ MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG

Trong vài thập kỷ gần đây, hệ thống thông tin di động ngày càng phổ biến và trởthành một phần không thể thiếu trong cuộc sống vì những ứng dụng mà nó đem lại Kể

từ khi hệ thống 1G được Nordic Mobile Telephone giới thiệu lần đầu tiên vào năm

1981, cứ khoảng 10 năm lại xuất hiện một thế hệ điện thoại di động mới Các hệ thống2G đầu tiên bắt đầu tung ra vào năm 1991, các hệ thống 3G đầu tiên xuất hiện lần đầuvào năm 2001 và hệ thống 4G hoàn toàn tuân thủ các tiêu chuẩn của Viện Phát triểnQuản trị và Công nghệ IMT "IMT nâng cao" đã được chuẩn hóa vào năm 2012 Sựphát triển các hệ thống tiêu chuẩn của các mạng 2G (GSM) và 3G (IMT-2000 vàUMTS) mất khoảng 10 năm kể từ khi các dự án nghiên cứu và phát triển chính thứcbắt đầu, và quá trình phát triển hệ thống 4G đã được bắt đầu từ năm 2001 hoặc 2002.Các công nghệ làm tiền đề cho một thế hệ mới thường được giới thiệu trên thị trường

từ một vài năm trước đó, ví dụ như hệ thống CDMA-One/IS95 tại Mỹ vào năm 1995được xem là tiền đề cho 3G, hệ thống Mobile WiMAX ở Hàn Quốc năm 2006 đượcxem là tiền đề cho 4G, và hệ thống thử nghiệm đầu tiên cho LTE là ở Scandinavia năm

2009 Từ tháng 4 năm 2008, Machine-to-Machine Intelligence (M2Mi) Corp - một tổhợp trong NASA Research Park - dưới sự lãnh đạo của Geoff Brown - bắt đầu pháttriển công nghệ thông tin liên lạc 5G Chương này chúng ta sẽ tìm hiểu về các thế hệmạng thông tin di động

Hình 1.1: Lịch sử phát triển của mạng thông tin di động

1.1 Mạng di động thế hệ thứ nhất (1G)

Đặc điểm:

- Xuất hiện đầu thập niên 80

- Truyền tín hiệu tương tự

- Mỗi thuê bao được cấp phát kênh liên lạc suốt thời gian thông tuyến Khi người

sử dụng gửi yêu cầu tới BTS, BTS sẽ cấp phát một kênh trong tập hợp có trật tựcác kênh trong băng tần và dành riêng trong suốt quá trình thực hiện cuộc gọi.Khi cuộc gọi kết thúc, kênh được cấp phát cho người khác sử dụng Nếu sốngười sử dụng yêu cầu lớn hơn kênh tần số có thể phục vụ, một số người dùng

sẽ bị chặn không truy cập được

- Nhiễu giao thoa do tần số các kênh lân cận nhau là đáng kể

- Phương pháp FDMA ít nhạy cảm với phân tán thời gian do lan truyền sóng,không cần đồng bộ, không xảy ra trễ do không cần xử lý tín hiệu nhiều nhưngchịu ảnh hưởng của nhiễu cân lân cận, khi máy di chuyển trong môi trườngfading đa đường

- BTS phải có bộ thu phát riêng làm việc với mỗi MS

- Dịch vụ đơn thuần là thoại với chất lượng thấp và bảo mật kém, thiết bị cồngkềnh Không tương thích với các hệ thống khác nên thuê bao không thể sử dụngmáy di động của mình ở các nước khác

- Ghép kênh phân chia theo tần số (FDMA/FDD): chia làm một cặp tần số phát hay cặp tần số song công Một tần số sử dụng cho đường lên, một tần số sửdụng cho đường xuống.

thu Ghép kênh phân chia theo thời gian (FDMA/TDD): cả máy thu và máy phát sửdụng chung một tần số nhưng phân chia theo thời gian (TDD) Mỗi kênh có thểchọn một tần số bất kỳ trong băng tần dành cho cả phía phát và phía thu

- Xuất hiện dịch vụ tin nhắn thoại SMS

- Chất lượng thoại cao, dung lương hệ thống tăng đáng kể, tính bảo mật thông tincao hơn do sử dụng dãy mã ngẫu nhiên để trải phổ, chống nhiễu tốt, thu đađường tốt hơn, chuyển vùng linh hoạt, không có hiện tượng nhiễu đồng kênh do

hệ số tái sử dụng là 1

- Hệ thống thông tin di động sử dụng công nghệ CDMA là hệ thống băng hẹp vớitốc độ bit thông tin người sử dụng là 8-13kbps Có 2 nhánh chính TDMA(GSM) và CDMA

o Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA): phổ tần quy định cho cả

hệ thống được chia thành các dải tần liên lạc, mỗi dải tần dùng chung

cho N kênh liên lạc, mỗi kênh liên lạc được cấp một khe thời gian trongmột chu kỳ khung

o Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA): tất cả người dùng sẽ sử dụngcùng một băng tần, tín hiệu truyền đi sẽ chiếm toàn bộ băng tần của hệthống, các tín hiệu của mỗi người dùng phân biệt với nhau bởi các chuỗi

mã Tín hiệu băng hẹp được nhân với tín hiệu băng thông rất rộng, gọi làtín hiệu phân tán, nhiều người sử dụng có thể chiếm cùng kênh vô tuyếnđồng thời tiến hành các cuộc gọi mà không sợ can nhiễu lẫn nhau Kênh

vô tuyến CDMA được dùng lại mỗi cell trong toàn mạng, và những kênhnày cũng được phân biệt nhau nhờ mã giả ngẫu nhiên (Pseudo Noise –PN)

- Cung cấp cả hai hệ thống là chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh

- Mạng 3G đặc trưng bởi tốc độ dữ liệu cao, dung lượng của hệ thống lớn, tănghiệu quả sử dụng phổ tần và nhiều cải tiến khác

- Có 4 chuẩn: W-CDMA, CDMA 2000, TD-CDMA, TD-SCDMA Cải thiệnđược chất lượng cuộc gọi, tín hiệu và tốc độ, truy cập Internet tốc độ cao, truy

cập vào thế giới nội dung đa phương tiện phong phú Kết hợp với các ứng dụngnhắn tin OTT như Viber, Skype, Zalo, Line…

1.3.1 Mạng 3G sử dụng chuẩn WCDMA

UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) được chuẩn hoá bởi 3GPP(dự án đối tác thế hệ thứ 3) UMTS là công nghệ 3G sử dụng kỹ thuật đa truy cậpWCDMA được lựa chọn bởi hầu hết các nhà cung cấp dịch vụ GSM/GPRS để đi lên3G Các mạng WCDMA được xây dựng dựa trên cơ sở mạng GSM, tận dụng cơ sở hạtầng sẵn có của các nhà khai thác mạng GSM

• GPRS (General packet radio service): cung cấp các kết nối số liệu chuyển mạchgói với tốc độ truyền lên tới 171,2Kbps (tốc độ số liệu đỉnh) và hỗ trợ chứcnăng giao thức Internet TCP/IP và X25, nhờ vậy tăng cường đáng kể các dịch

vụ số liệu của GSM

• EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution): hệ thống 2,5G tiếp theo đốivới GSM EDGE áp dụng phương pháp điều chế 8PSK làm tăng tốc độ củaGSM lên 3 lần, tốc độ tối ta đối với GPRS khi sử dụng cả 8 khe thời gian là384kbps

• WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) là một công nghệ truynhập vô tuyến được phát triển mạnh ở Châu Âu Hệ thống này hoạt động ở chế

độ FDD và TDD dựa trên kĩ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS-DirectSequence Spectrum) sử dụng tốc độ chip 3,84Mcps, băng tần 5MHz

• CDMA 2000 3x (MC-CDMA): Multi carrier sử dụng 3 sóng mang 1x để tăngtốc độ số liệu đường xuống và được thiết kế cho dải tần 5MHz (gồm 3 kênh1,25 MHz) Đường lên trải phổ trực tiếp, giống như WCDMA với tốc độ chip3,6864Mcps.

1.3.3 Mạng 3G sử dụng chuẩn TD- CDMA

Là một chuẩn dựa trên kỹ thuật song công phân chia theo thời gian Đây là mộtchuẩn thương mại áp dụng hỗn hợp của TDMA và CDMA nhằm cung cấp chất lượngdịch vụ tốt hơn cho truyền thông đa phương tiện trong cả truyền dữ liệu lẫn âm thanh,hình ảnh Chuẩn TD-CDMA và W-CMDA đều là những nền tảng của UMTS, tiêuchuẩn hóa bởi 3GPP, vì vậy chúng có thể cung cấp cùng loại của các kênh khi có thể.Các giao thức của UMTS là HSDPA/HSUPA cải tiến cũng được thực hiện theo chuẩnTD-CDMA

1.4 Mạng di động thế hệ thứ tư (4G)

Kỹ thuật đa truy cập phân chia theo tần số trực giao OFDM (OrthogonalFrequency-Division Multiplexing) nhiều tín hiệu được gởi đi cùng một lúc nhưng trênnhững tần số khác nhau Thiết bị 4G sử dụng máy thu vô tuyến xác nhận bởi phầnmềm SDR (Software Defined Radio) cho phép sử dụng băng thông hiệu quả hơn bằngcách dùng đa kênh đồng thời

Các chuẩn 4G:

- LTE ( Long Term Evolution) của 3GPP

- UMB (Ultra Mobile Broadband)

- WiMax (Worldwide Interoperability for Microwave Access)

1.4.1 UMB

Công nghệ UMB (Ultra Mobile Broadband) là thế hệ mạng thông tin di động tiếpnối của CDMA2000 được phát triển bởi 3GPP2 mà chủ lực là Qualcomm UMB cũngđược được sánh ngang với công nghệ LTE của 3GPP với kỳ vọng trở thành lựa chọncho thế hệ di động 4G

Đặc điểm:

- UMB sử dụng OFDMA, MIMO, đa truy cập phân chia theo không gian cũngnhư các kỹ thuật ăng-ten hiện đại để tăng khả năng của mạng, tăng vùng phủ vàtăng chất lượng dịch vụ

- UMB có thể cho tốc độ dữ liệu đường xuống tới 280Mb/s và dữ liệu đường lêntới 75Mb/s

- Hiện tại có rất ít hãng sản xuất thiết bị viễn thông lớn ủng hộ, do Qualcommchiếm giữ địa vị độc quyền về bằng sáng chế và về con chip chi phí thiết bị vàmáy đầu cuối tăng cao Qualcomn đã chính thức “khai tử” công nghệ UMB, 2ứng viên cho mạng 4G là LTE và Wimax cùng sử dụng kỹ thuật OFDMA

1.4.2 WIMAX

Tiêu chuẩn: IEEE 802.16, 10/2004, IEEE 802.16 2004 Phiên bản di động IEEE802.16e, Mobile WiMAX Mobile WiMAX đã được khuyến cáo như là OFDMA TDDWMAN Thông số kỹ thuật của WiMAX được tiêu chuẩn hóa trong IEEE 802.16e/d Đặc điểm:

- Vùng phủ rộng và tốc độ cao, vùng phủ của WiMAX có đường kính trung bình

từ 30 đến 50 km, tốc độ truyền dữ liệu tốc độ cao 100 Mbps với độ rộng băngtần là 20 MHz, hỗ trợ tính di động đầu cuối lên đến 120 km/giờ

- Công nghệ truy nhập: Tùy thuộc vào tần số sóng mang khác nhau mà có 3 kiểucông nghệ ở lớp vật lý được định nghĩa cho chuẩn 802.16d: Đơn sóng mang(Single Carrier - SC): Truy nhập không dây cố định FWA (Fixed WirelessAccess) ở tần số từ 10GHz đến 66GHz Ghép kênh phân chia theo tần số trựcgiao (OFDM 256 điểm) Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao (OFDMA

2048 điểm): OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) được

sử dụng cho hệ thống FWA ở tần số 2GHz đến 11GHz

1.4.3 LTE

Tiêu chuẩn: các công nghệ chính OFDMA, SC-FDMA, MIMO

Đặc điểm:

- Hỗ trợ di động: hoạt động tối ưu với tốc độ di chuyển của thuê bao là 0-15km/h Vẫn chạy tốt với tốc độ từ 15-120 km/h và duy trì được hoạt động khithuê bao di chuyển với tốc độ từ 120-350 km/h (thậm chí 500 km/h tùy băngtần được phát)

- Tốc độ truyền dữ liệu: trong điều kiện lý tưởng với băng thông 20MHz (5bit/Hz/s)

- Tải xuống: 100-826.4Mbit/s (~100MB/s), tải lên: 50-86.4Mbit/s (cả 2 hướngđều tùy thuộc ăng-ten và kiểu điều chế)

Hiệu suất phổ tần cao với băng thông linh hoạt: 1.4MHz, 3MHz, 5MHz, 10 MHz,

15 MHz và 20 MHz

1.5 Mạng di động thế hệ thứ năm (5G)

Theo dự kiến, công nghệ mạng 5G có thể sẽ ra mắt vào năm 2020, hiện nay đang

có rất nhiều dự án để phát triển mạng 5G trên thế giới nhưng vẫn chưa có một côngnghệ 5G nào được coi là hoàn toàn thống nhất 5G (The Fifth Generation) hứa hẹn một

hệ sinh thái thân thiện hơn với IoT (Internet of Things) với những cải tiến vượt bậc sovới 4G Không chỉ truyền dữ liệu với tốc độ cực cao, mà còn giảm độ trễ của mạngxuống chỉ còn 1 ms Điều này đồng nghĩa với việc 1 bộ phim HD có thể tải xuốngtrong vài giây So với 4G LTE, số lượng thiết bị được kết nối sẽ nhiều hơn tới 100 lầntrên mỗi đơn vị diện tích Các quốc gia trải nghiệm 5G sớm nhất là Quatar, Hàn Quốc,Nhật Bản…Tại Việc Nam, ngày 19/9/2019, Viettel công bố đã hoàn thành việc phủsóng 5G tại phường 12, quận 10, thành phố Hồ Chí Minh và cho phép người dùng trảinghiệm miễn phí một số ứng dụng trên nền tảng công nghệ 5G lần đầu tiên

Mạng intertnet di động thế hệ thứ năm được mong đợi sẽ là một nền tảng khônggian thông tin hoàn hảo để kết nối mọi nơi trên trái đất Một thế giới kết nối không dâythực sự, nơi chúng ta có thể truy cập internet xuyên suốt mà không gặp phải các ràocản, giới hạn nào về mặt không gian và thời gian Về bản chất, mạng 5G vẫn phát triểndựa trên nền tảng của 4G nhưng ở mức độ cao hơn Mạng 5G sẽ hỗ trợ đa truy nhậpphân chia theo mã được đồng bộ hóa diện rộng LAS-CDMA (Large AreaSynchronized Code Division Multiple Access), băng thông siêu rộng UWB (UltraWideband), dịch vụ phân phối mạng đa điểm theo vùng Network-LMDS (Local

Multipoint Distribution Service),địa chỉ internet Ipv6 và đa truy nhập phân chia theochùm tín hiệu BDMA (Beam Division Multiple Access).

Tiêu chuẩn:

Các hệ thống 5G phù hợp với thông số kỹ thuật IMT-2020 tức hệ thống di độngtoàn cầu phục vụ cho năm 2020 dự kiến sẽ giúp tăng cường khả năng cho các thiết bị

và mạng, kết hợp chặt chẽ với các ứng dụng được dự định ra mắt trong thời gian tới

Về phía mạng truy nhập vô tuyến (RAN), những phát triển phổ biến nhất được tậptrung xung quanh các công nghệ tập hợp sóng mang, anten tiên tiến như tạo búp-3D,

hệ thống anten tích cực, MIMO số lượng lớn và MIMO mạng hứa hẹn cho phép sửdụng hiệu quả phổ tần tốt hơn Ngoài ra còn có rất nhiều hoạt động để phát triển cácdạng sóng, điều chế và mã hóa, cùng với các công nghệ đa truy nhập tiên tiến nhằmnâng cao hiệu quả sử dụng phổ tần, như OFDM lọc (FOFDM), điều chế lọc đa sóngmang (FBMC), đa truy nhập phân chia theo mẫu (PDMA), đa truy nhập theo mã(SCMA), đa truy nhập xen kẽ (IDMA) và trải phổ mật độ thấp (LDS)

Về phía mạng, mạng xác định bằng phần mềm SDN và ảo hóa chức năng mạng đãđược triển khai, và dự kiến sẽ đóng một vai trò quan trọng trong việc giúp khai tháchiệu quả mạng lưới và tạo cho các mạng di động sự linh hoạt và khả năng cần thiết để

hỗ trợ rất nhiều các ứng dụng, dịch vụ và kết nối

Ứng dụng:

Truyền thông 5G với độ trễ thấp với độ tin cậy cực cao, cho phép hiện thực hóa cácứng dụng trong lĩnh vực y tế từ xa (chẩn đoán, điều trị và phẫu thuật), lĩnh vực giaothông vận tải (ô tô tự hành, giao thông thông minh), quản lý năng lượng, điều khiển tựđộng quá trình sản xuất trong công nghiệp, Công nghệ hiện có chưa thể đáp ứngnhững yêu cầu khắt khe về độ trễ xử lý của các ứng dụng này

Bảng 1.1: Yêu cầu độ trễ tối thiểu trong một số ứng dụng

Ứng dụng Yêu cầu độ trễ tối thiểu

Truyền thông độ trễ thấp và độ tin cậy cực cao cũng là tiền đề cho phép xây dựng

mô hình các nhà máy sản xuất thông minh, góp phần vào sự thành công của cuộc cáchmạng công nghiệp lần thứ 4 (Industry 4.0/4IR) của nhân loại Thông qua những thiết

bị, máy móc, thậm chí là các chi tiết máy có khả năng kết nối vô tuyến và được lậptrình, một mạng vô tuyến trong nhà máy được hình thành và cho phép theo dõi, giámsát, điều khiển tự động toàn bộ công đoạn và chu trình sản xuất Trong những nhà máynày, không chỉ có con người mà cả các thiết bị, máy móc cũng được kết nối với nhauqua mạng

ITU-Radiocommunication, một trong số 3 đơn vị của Liên minh viễn thông quốc tế(ITU) đã tổng kết ra 3 hướng phát triển, chỉ rõ sự khác nhau trong tính chất của cáckhía cạnh phát triển trong 5G trong Hình 1.2

Hình 1.2: Ba hướng phát triển của hệ thống di động 5G [1]

Có thể thấy thông tin di động 5G có rất nhiều khía cạnh để phát triển, các khía cạnhnày đều liên quan đến nhau và là các ứng dụng cần thiết cho cuộc sống

- Băng thông di động nâng cao (eMBB): tăng tốc độ Gbps và khả năng thoại…

- Truyền thông độ trễ thấp và đáng tin cậy (URLLC): tự động hóa, y học, xe tựhành…

- Truyền thông hệ máy số lượng lớn (mMTC): nhà thông minh, nhà máy thôngminh…

Bảng 1.2 nêu lên 8 tham số đánh giá về khả năng chính và so sánh của 2020(5G) với IMT-Advanced(4G) gồm có: tốc độ dữ liệu đỉnh, tốc độ dữ liệu ngườidùng, độ trễ, tính di động, mật độ kết nối, hiệu quả năng lượng, hiệu suất phổ tần đỉnh,tổng lưu lượng truy cập Đây là 8 tham số chính để đánh giá chất lượng và tạo nên bốicảnh sử dụng cho những dịch vụ của thông tin di động 5G Ta có thể thấy hệ thống 5Ggần như vượt trội hơn về mọi mặt so với 4G như: độ trễ thấp, tốc độ dữ liệu cao, tăngmật độ kết nối, tăng lưu lượng giúp nó có nhiều ứng dụng thiết thực và gần gũi với con

IMT-người hơn, đặc biệt sẽ có nhiều ứng dụng liên quan đến IOT và những ứng dụng cần

Downlink: 20Uplink: 10

eMBB

Tốc độ dữ liệu

người dùng (Mbps)

Downlink: 10Uplink: 5

Downlink: 100Uplink: 50

eMBB

Tính di động (km/h) 350 500 eMBB/ URLLCMật độ kết nối 105/km2 106/km2 MMTC

Hiệu quả năng

Downlink: 30Uplink: 15

- Tốc độ dữ liệu người dùng: Tốc độ dữ liệu đạt được (Mbit/s hoặc Gbit/s) có sẵn

ở khắp nơi trong vùng phủ sóng của người sử dụng/thiết bị di động

- Tính di động: tốc độ tối đa (km/h) mà tại đó một QoS (Chất lượng Dịch vụ) xácđịnh và chuyển xuyên suốt giữa các nút vô tuyến thuộc các lớp khác nhau và-hoặc các công nghệ truy cập vô tuyến khác nhau

- Mật độ kết nối: tổng số kết nối và-hoặc số thiết bị truy cập trên đơn vị diện tích

- Độ trễ: thời gian thực thi của các mạng vô tuyến từ khi các nguồn gửi một góitin đến khi đích nhận nó

- Hiệu quả năng lượng: về phía mạng, hiệu quả năng lượng dùng để chỉ số lượngcác bit thông tin được truyền/ nhận được từ người sử dụng, trên đơn vị tiêu thụnăng lượng của mạng truy nhập vô tuyến RAN (tính bằng bit/J) Về mặt thiết

bị, hiệu quả năng lượng đề cập đến số lượng các bit thông tin trên một đơn vịtiêu thụ năng lượng của các khối thông tin liên lạc (bit/J)

- Hiệu suất phổ tần: thông lượng dữ liệu trung bình trên một đơn vị tài nguyênphổ tần và trên mỗi cell (tính bằng bit/s/Hz)

- Tổng dung lượng truy cập: tổng lưu lượng phục vụ cho mỗi khu vực địa lý (tínhbằng Mbit/s/m2)

Các ăng-ten 5G sử dụng sóng có tần số 3,4-3,6 GHz đối với dải tần dưới 6 GHz vàsóng milimet sẽ hoạt động trong dải tần số 24-300 GHz, bước sóng ngắn khoảng từ 1-12mm Các smartphone và các thiết bị điện tử khác đều đang được chế tạo để hoạtđộng ở dải tần dưới 6 GHz Sự phổ biến của các thiết bị thông minh cũng như các thiết

bị viễn thông hoạt động ở tần số dưới 6 GHz đã khiến cho dải tần này dần bị quá tải

Do vậy, sử dụng sóng milimet với dải tần 24-300GHz mang lại băng thông rộng rãihơn rất nhiều và rất phù hợp với các quốc gia phát triển Tuy nhiên với tình trạng cơ sở

hạ tầng viễn thông của Việt Nam cũng như mục tiêu của đề tài để ăng-ten có thể phục

vụ tốt cho cả các hệ thống thông tin di động 2G, 3G, 4G, 5G thì dải tần dưới 6 GHz làdải tần phù hợp và dễ cho quá trình nghiên cứu, thiết kế hơn Vì vậy, trong phạm vi đềtài này chúng ta sẽ tập trung nghiên cứu và thiết kế ăng-ten hoạt động trong dải tần1.6-3.8 GHz

1.6 Công nghệ MIMO

1.6.1 Anten SISO

Hệ thống anten SISO (Single Input Single Output) là hệ thống thông tin không dâytruyền thống chỉ sử dụng một anten phát và một anten thu Máy phát và máy thu chỉ cómột bộ cao tần và một bộ điều chế-giải điều chế Hệ thống SISO thường được dùngtrong phát thanh và phát hình, các kỹ thuật truyền dẫn vô tuyến cá nhân như Wifi hayBluetooth Dung lượng hệ thống phụ thuộc vào tỷ số tín hiệu trên nhiễu được xác địnhbởi công thức Shanon:

số anten thu, có thể tính xấp xỉ theo công thức sau:

tin kênh truyền, dung lượng hệ thống tăng theo hàm Logarit của số anten phát và cóthể được xác định gần đúng theo biểu thức (1.2) như với SIMO.

2 1 T .R / /

Hình 1.3: Mô hình kênh MIMO với N ăng-ten phát và N ăng-ten thu

MIMO có 2 loại: SU-MIMO và MU-MIMO MU-MIMO, hay viết đầy đủ ra làMultiple User Multiple Input Multiple Output (đa người dùng), còn SU là Single User(chỉ một người dùng)

Ưu điểm:

Với tất cả đặc tính kể trên ta có thể kết luận vắn tắt về các ưu điểm của công nghệMIMO như sau:

• Tăng dung lượng kênh truyền do đó có thể tăng tốc độ dữ liệu

• Tăng cường khả năng chống pading thậm chí phần nào khai thác được nó

• Loại bỏ nhiễu (chẳng hạn tạo búp sóng và điều khiển hướng phát xạ khôngtại cả máy phát và máy thu)

• Giảm mức công suất trên đường truyền từ ăng-ten phát nhờ vậy sẽ giảmđiện năng tiêu thụ và đơn giản hóa các vấn đề thiết kế bộ khuếch đại côngsuất

Nhược điểm:

• Khoảng cách anten vật lý được chọn là lớn, nhiều bước sóng tại trạm gốc.Việc tách anten tại máy thu bị giới hạn không gian nhiều trong các thiết bịcầm tay, mặc dù các kỹ thuật thuật toán và thiết kế anten tiên tiến đang đượcthảo luận

• Chi phí giá thành cho thiết bị cao hơn (do sử dụng nhiều ăng-ten thu phát và

CHƯƠNG 2 LÝ THUYẾT ĂNG-TEN VÀ ĂNG-TEN PHÂN

CỰC KÉP

2.1 Lý thuyết về ăng-ten

2.1.1 Khái niệm

Hình 2.4: Hệ thống thu-phát của ăng-ten

Ăng-ten là thiết bị dùng để chuyển đổi sóng điện từ ràng buộc thành sóng điện từ

tự do Ăng-ten là bộ phận không thể thiếu của bất kì hệ thống vô tuyến nào Trong hệthống thu-phát thông tin vô tuyến như trong hình 2.1 thì ăng-ten phát có nhiệm vụbiến đổi sóng điện từ ở máy phát để bức xạ sóng điện từ ra không gian, ăng-ten thu cónhiệm vụ ngược lại với ăng-ten phát, đó là tiếp nhận sóng điện từ từ ngoài không gian

để biến đổi thành sóng điện từ truyền về máy thu Ăng-ten sử dụng với mục đích khácnhau thì sẽ có yêu cầu thiết kế khác nhau

2.1.2 Đồ thị bức xạ

Đồ thị bức xạ của ten là đồ thị biểu diễn đồ họa của đặc tính bức xạ của ten trong không gian Trong hầu hết các trường hợp thì dạng bức xạ được xác định ởvùng trường xa của ăng-ten và được biểu diễn dưới dạng hàm của các tọa độ có

ăng-hướng Đặc tính bức xạ bao gồm mật độ năng lượng điện trường, cường độ bức xạ,cường độ trường, độ định hướng, pha và phân cực Tính chất bức xạ quan trọng nhất

là sự phân bố của năng lượng trong không gian hai hay ba chiều

Ta có hàm phương hướng bức xạ của ăng-ten f():

(2.1)Khi đó :

Thông thường các đồ thị trường và năng lượng được chuẩn hóa để đạt được giá trịtối đa của chúng Ngoài ra, mô hình công suất thường được vẽ trên thang logarit hoặcphổ biến hơn là decibel (dB)

• Đồ thị trường (đơn vị tuyến tính) thường đặc trưng cho đồ thị biên độ của điệntrường và từ trường theo hàm phụ thuộc vào góc khối

• Đồ thị công suất (đơn vị tuyến tính) đặc trưng cho đồ thị bình phương biên độcủa điện trường hoặc từ trường phụ thuộc vào góc khối

• Đồ thị công suất (đơn vị dB) đặc trưng cho biên độ của điện trường hoặc từtrường theo đơn vị dB, phụ thuộc vào góc khối

2.1.3 Độ rộng búp sóng (Beamdwidth)

Độ rộng búp sóng trên đồ thị bức xạ được định nghĩa là góc giữa hai điểm phânbiệt trên hai phía đối diện của búp sóng cực đại Trên đồ thị bức xạ của ăng-ten, ta sửdụng một số các thông số về độ rộng búp sóng Thông số được sử dụng khá nhiều đó

là “Độ rộng nửa búp sóng” (Half Power Beamwidth-HPBW), được định nghĩa theotiêu chuẩn IEEE đó là góc tạo bởi hai hướng khác nhau mà cường độ bức xạ bằng mộtnửa giá trị lớn nhất Một thông số khác nữa là góc bức xạ cả công suất (First-NullBeamwidth-FNBW), định nghĩa là góc chứa cả búp sóng chính của đồ thị bức xạ

Hình 2.5: Đồ thị bức xạ công suất [2]

Cả độ rộng búp sóng cả công suất và nửa công suất của ăng-ten được mô tả trênHình 2.2 Các định nghĩa khác về độ rộng búp sóng được sử dụng còn có góc mà côngsuất bức xạ nhỏ hơn -10 dB so với bức xạ cực đại Tuy nhiên, trong thực tế ta thườngdùng góc bức xạ nửa công suất khi nhắc đến độ rộng búp sóng Nếu tính theo đơn vịdecibel (dB), khi công suất giảm đi một nửa tương ứng với công suất sẽ giảm đi 3dB

Vì thế độ rộng búp sóng nửa công suất còn được gọi là độ rộng búp sóng 3dB, ký hiệu

là θ3dB Như vậy, độ rộng búp sóng thể hiện tính tập trung của năng lượng bức xạ theomột hướng nào đó, nếu góc θ3dB càng bé thì ăng-ten đó có tính tập trung công suất bức

xạ càng mạnh

Độ rộng búp sóng của ăng-ten là khái niệm khá quan trọng, thường được sử dụng

để khảo sát bức xạ tạo bởi các búp sóng phụ, bức xạ tạo bởi búp sóng phụ thường tănglên khi độ rộng búp sóng giảm đi và ngược lại Thêm vào đó, độ rộng búp sóng củaăngten cũng được sử dụng để mô tả khả năng bức xạ của ăng-ten trong vùng giữa hainguồn bức xạ phân biệt trong hệ thống radar

Trong ăng-ten, thùy chính hay búp sóng chính được định nghĩa là thùy bức xạ cóchứa hướng bức xạ cực đại của ăng-ten Trong hình 2.3 thùy chính đang chỉ theohướng θ = 0o

Hình 2.6: Búp sóng của ăng-ten [2]

Trong một số ăng-ten, chẳng hạn như ăng-ten tách búp sóng, có thể tồn tại nhiềuhơn một thùy chính Thùy nhỏ (minor lobes) là bất kỳ một thùy nào ngoài trừ thùychính Thùy bên (side lobe) là một thùy bức xạ theo một hướng khác với thùy chính.Thông thường, thùy bên là thùy nhỏ nằm cạnh bên thùy chính Thùy nhỏ thường đạidiện cho bức xạ theo hướng không mong muốn và chúng nên được giảm thiểu Thùybên thường là lớn nhất của thùy nhỏ Mức độ của các thùy nhỏ thường được biểu thịbằng tỉ lệ của mật độ năng lượng thùy bên so với thùy chính Thông thường, tỉ lệ giữa

thùy bên so với thùy chính nhỏ hơn -20 dB thường được kì vọng Để đạt được mứcthùy bên nhỏ hơn -30 dB thường đòi hỏi thiết kế và xây dựng cẩn thận.

2.1.4 Hệ số định hướng và tăng ích của ăng-ten

Tăng ích (gain) của ăng-ten là một thuật ngữ mô tả sự tăng biên độ của tín hiệu vôtuyến, đơn vị đo là decibel (dB) hay dBi để chỉ tăng ích của ăng-ten đẳng hướng(isotropic) và dBd để chỉ tăng ích của ăng-ten dipole nửa bước sóng (half-wavedipole)

Ăng-ten có tăng ích càng cao thì khoảng cách sóng trong không gian được truyền

đi càng xa Việc tập trung công suất phát của chúng chặt chẽ hơn làm cho nhiều năng

lượng được truyền đến đích hơn, ở khoảng cách xa hơn Biểu thức G(θ,φ) dùng để

biểu thị cho hệ số tăng ích của ăng-ten Hệ số định hướng của ăng-ten ở một hướng đãcho là tỷ số của mật độ công suất bức xạ bởi ăng-ten chuẩn tại hướng và khoảng cách

đó, khi công suất bức xạ của hai ăng-ten giống nhau và ăng-ten chuẩn có thể là mộtnguồn bức xạ vô hướng

(2.4)Trong đó :

- : mật độ công suất bức xạ của ăng-ten ở hướng đã cho tại khoảng cách R.

- : mật độ công suất cũng tại hướng và khoảng cách như trên của ăng-ten chuẩn

Các loại ăng-ten vô hướng như rubber hay omni có tăng ích từ 2-12 dBi do chúngphải phát 360 độ theo chiều ngang (ăng-ten đẳng hướng tăng ích càng cao thì kíchthước càng lớn và phân cực dọc càng nhỏ) Các loại ăng-ten định hướng như Flat,Sector thông thường có tăng ích từ 8-12 dBi, góc phát theo chiều ngang khoảng 10-

120 độ (ăng-ten định hướng có tăng ích càng cao, kích thước càng lớn và búp sóngcàng nhỏ) Lớn hơn nữa là các loại ăng-ten chảo (Grid anten) có tăng ích lớn có khiđến 30 dBi hoặc cao hơn

Do đó, tính định hướng của ăng-ten và độ tăng ích có mối liên quan mật thiết vớinhau Chúng được biểu thị như biểu thức dưới đây :

(2.5)

Trong đó là hiệu suất bức xạ của ăng-ten, nó là một trong các thông số đặc trưngcho mức độ tổn hảo công suất của ăng-ten Hiệu suất bức xạ được xác định theo côngthức :

(2.6)Trong đó :

- là tổng công suất bức xạ

- là công suất đặt vào ăng-ten

2.1.5 Trở kháng của ăng-ten (Input Impedance)

Có 3 loại trở kháng có liên quan tới ăng-ten Một là trở kháng đầu cuối của ăng-ten,hai là trở kháng đặc trưng của một đường truyền dẫn, ba là trở kháng sóng Trở khángvào của ăng-ten (hay còn gọi là trở kháng đầu cuối) được định nghĩa là tỉ số giữa điện

áp và dòng điện tại đầu kết nối của ăng-ten (điểm mà đường truyền dẫn được nối tới).Trở kháng đầu cuối được biểu diễn dưới dạng :

(2.7)Trong đó :

- Z là trở kháng đơn vị là ohm (Ω)

- U là điện áp đơn vị là vôn (V)

- I là dòng điện đơn vị ampe (A)

Công thức trên biểu thị tại đầu cuối của ăng-ten với một tần số cho trước Mỗi biếnnày có thể được biểu diễn dưới dạng số phức, với phần thực và phần ảo Các số phứcnày cũng có thể biểu diễn bằng cường độ và góc pha - được gọi là ký hiệu phasor.Phần thực của trở kháng được gọi là thành phần trở thuần, và thành phần ảo đượcgọi là thành phần kháng, chúng thường biểu diễn dưới dạng :

(2.8)

Để phối hợp trở kháng, các ăng-ten thường được thiết kế sao cho trở kháng đầucuối của chúng là 50 ohm hoặc 75 ohm để có thể phối hợp trở kháng với các cáp đồngtrục phổ biến Với các ăng-ten khó có thể loại bỏ (giảm tới không) thành phần kháng.Trong trường hợp này, một mạng phối hợp trở kháng thường được chế tạo như mộtphần của ăng-ten để thay đổi thành phần trở kháng của nó do đó có thể phối hợp trởkháng với đường truyền dẫn tốt hơn Thành phần trở thuần R của trở kháng đầu cuối làtổng của hai thành và được biểu diễn bằng ohm

Nếu trở kháng của ăng-ten không có thành phần kháng (ảo) và thành phần trởthuần (trở thực) bằng với trở kháng đặc trưng của đường truyền dẫn, thì chúng đượcphối hợp trở kháng Nếu điều đó xảy ra, thì sẽ không có tín hiệu RF nào gửi tới ăng-ten bị phản xạ lại tại đầu cuối của nó Trên đường truyền dẫn sẽ không có sóng đứng

và VSWR có giá trị là 1 Tuy nhiên, nếu ăng-ten và đường truyền dẫn không được phốihợp, thì một vài thành phần của tính hiệu RF gửi tới ăng-ten bị phản xạ lại dọc theođường truyền dẫn Điều đó gây nên sóng đứng, và được đặc trưng bởi các điểm cực đại

và điểm cực tiểu tồn tại trên đường dây Trong trường hợp này VSWR có giá trị lớnhơn 1

VSWR có thể đo được dễ dàng với thiết bị được gọi là SWR meter Nó được càivào đường truyền dẫn và cho ta giá trị của VSWR Tại giá trị VSWR bằng 1.5, khoảng4% công suất tới đầu cuối ăng-ten bị phản xạ lại Tại giá trị 2.0, khoảng 11% công suấttới bị phản xạ lại VSWR có giá trị từ 1.1 tới 1.5 được coi là tuyệt vời, giá trị từ 1.5 tới2.0 được coi là tốt, và các giá trị cao hơn 2.0 có thể không chấp nhận được

Như đã nói ở trên, việc phối hợp trở kháng giữa ăng-ten và đường truyền dẫn chỉ

có thể đặt được tại một tần số đơn Trong thực tế, một ăng-ten có thể được dùng vớimột dải tần số vào, và trở kháng đầu cuối của nó sẽ thay đổi theo dải tần số đó Trongthông số kỹ thuật của ăng-ten, trở kháng của các tần số trong băng sẽ được chỉ ra hoặc

là VSWR theo tần số sẽ được chỉ ra

2.1.7 Băng thông của ăng-ten (BW - Bandwidth)

Băng thông của ăng-ten như Hình 2.4 là dải tần hoạt động của ăng-ten mà tại đó

nó thỏa mãn những tính chất đã xác định trước của ăng-ten như đồ thị bức xạ, hệ sốtăng ích, hệ số định hướng,