Thiết kế chấn tử anten mạch dải hình chữ nhật băng X

Bài báo đề cập đến việc thiết kế chấn tử anten mạch dải hình chữ nhật trong dải tần số băng X. Việc thiết kế và tính toán được áp dụng cho tần số 9.7 GHz. Sau đó tính toán các tham số của chấn tử anten như là độ rộng, hằng số điện hiệu dụng, độ dài điện và độ dài thực tế, trở kháng đầu vào anten và phối hợp với cáp 50 Ohm. Sau khi tính toán, sử dụng phần mềm CST để mô phỏng các kết quả của việc thiết kế. Mời các bạn tham khảo!

Kỹ thuật điện tử THIẾT KẾ CHẤN TỬ ANTEN MẠCH DẢI HÌNH CHỮ NHẬT BĂNG X Lê Ngọc Uyên1*, Phạm Khắc Lanh1, Trần Thị Trâm1, Cao Văn Vũ1 Tóm tắt: Bài báo đề cập đến việc thiết kế chấn tử anten mạch dải hình chữ nhật dải tần số băng X Việc thiết kế tính tốn áp dụng cho tần số 9.7 GHz Sau tính tốn tham số chấn tử anten độ rộng, số điện hiệu dụng, độ dài điện độ dài thực tế, trở kháng đầu vào anten phối hợp với cáp 50 Ohm Sau tính tốn, sử dụng phần mềm CST để mô kết việc thiết kế Từ khóa: Anten mạch dải chữ nhật, Trở kháng, Tổn hao phản hồi, Hệ số sóng đứng MỞ ĐẦU Trong năm gần việc phát triển chế tạo anten mạch dải ứng dụng nhiều công nghệ thông tin truyền thơng Việc thiết kế dựa việc phân tích tính anten dạng hình chữ nhật, hình tròn, hình tam giác, hình elip số dạng phổ biến khác Trong việc thiết kế theo dạng hình chữ nhật sử dụng rộng dãi Bài báo tập trung phân tích tính tốn thiết kế tham số anten mạch dải hình chữ nhật [1,2,3,4,5] CƠ SỞ LÝ THUYẾT Về chấn tử anten mạch dải ta xem xét kết hợp mắc song song điện trở R, điện cảm L, điện dung C hình Các giá trị R, L, C tính theo cơng thức mở rộng trình bày phần Rp Xp R L C Hình Sơ đồ mạch điện tương đương chấn tử anten Ở giá trị Rp Xp thêm vào để tính phối hợp trở kháng với đầu vào cấp điện cho chấn tử Các giá trị R, L, C tính theo cơng thức sau: C  0 250  elW 2h cos 1 ( y0 ) l (1) L  2C (2) R Qr C (3) L.N.Uyên, P.K.Lanh, Tr.T.Trâm, C.V.Vũ, “Thiết kế chấn tử anten … chữ nhật băng X.” Nghiên cứu khoa học công nghệ Qr  r c (4) fh Ở : c : Vận tốc ánh sáng ω=2πf f: Tần số cần xạ anten cần thiết kế l Độ dài điện chấn tử anten W Độ rộng chấn tử anten εo Hằng số điện mơi khơng khí h Độ dày điện mơi 2.1 Tính tốn tham số chấn tử anten Các tham số anten độ rộng, số điện môi hiệu dụng, độ dài điện, độ dài mở rộng, độ dài thực tế tính cơng thức sau: Độ rộng chấn tử anten tính theo cơng thức (5): c W 2f e  r 1 12h  12 (1  ) W  r   r 1  leff  (5) c f e W  0.264) h  l  0.412 h W ( e  0.258).(  0.8) h ( e  0.3).( l  leff  2.l (6) (7) (8) (9) Trong đó: leff : Độ dài hiệu dụng chấn tử anten; l : Độ dài thực tế chấn tử anten 2.2 Phối hợp trở kháng anten Trở kháng vào anten thu theo hình là: Zin  R L2  jR ( L   L2C ) X (10) Với giá trị: X  R (1   LC )2   L2 (11) 2.3 Tính tốn vị trí cấp điện cho chấn tử Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Điện tử, 10 - 2015 251 Kỹ thuật điện tử Vị trí cấp điện phải phối hợp tốt với chấn tử anten để đảm bảo tổn hao phản hồi Thơng thường để đưa vị trí cấp điện chấn tử anten ta dùng cấp điện dạng khe: Ở đây, giá trị W0 phụ thuộc vào giá trị trở kháng nguồn cấp điện cho chấn tử anten Để xác định giá trị y0 cho Z in = Z0 (Trở kháng cáp cấp điện Thông thường chọn cáp 50 Ohm) Từ tính C tính giá trị y0 2.4 Trường xạ Bức xạ chấn tử anten tính theo cơng thức sau:   k 0W     sin  sin   -jk r  We    E   jVk (cos( kh cos  )).sin  r  k 0W    sin  sin      k l   cos   sin  sin    cos      0  (12)  E   jVk We -jk r r   k 0W   (cos( kh cos  )).sin   k 0W      sin  sin       sin  sin     k l   cos   sin  sin    cos  cos      Trong đó, V biên độ điện áp; k = ko.r; r khoảng cách tới điểm xạ; k0 số mơi trường khơng khí; W độ rộng chấn tử anten; l độ dài thực tế chấn tử anten 252 L.N.Uyên, P.K.Lanh, Tr.T.Trâm, C.V.Vũ, “Thiết kế chấn tử anten … chữ nhật băng X.” Nghiên cứu khoa học công nghệ THIẾT KẾ CHẤN TỬ Tiến hành tính tốn tham số chấn tử anten với vật liệu Roger 5880 với tần số xạ trung tâm 9.4 GHz Ta có tham số chấn tử anten để mô thiết kế Tham số Chất Hằng số điện chất Độ dày chất Tần số thiết kế Hằng số điện môi hiệu dụng Độ dài thực tế chấn tử anten Độ rộng chấn tử anten Giá trị Roger 5880 2.2 1.57 mm 9.4 GHz 9.61 mm 12.6 mm KẾT QUẢ Sử dụng phần mềm CST tiến hành thiết kế mô chấn tử anten mạch dải hình chữ nhật Tiến hành điều chỉnh phối hợp trở kháng ta thu kết mơ phỏng: Hình Mơ chấn tử anten Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Điện tử, 10 - 2015 253 Kỹ thuật điện tử Hình Tổn hao phẩn hồi chấn tử anten Hình Hệ số sóng đứng chấn tử anten Hình Giản đồ hướng/ hệ số khuếch đại chấn tử anten 254 L.N.Uyên, P.K.Lanh, Tr.T.Trâm, C.V.Vũ, “Thiết kế chấn tử anten … chữ nhật băng X.” Nghiên cứu khoa học công nghệ Hình Giản đồ hướng chấn tử anten khơng gian chiều Từ kết ta có số nhận xét: Hệ số sóng đứng tổn hao phản hồi chấn tử anten tần số 9.41 GHz 1.038 -34 dB; dải thơng 500 MHz KẾT LUẬN Từ tính tốn đến mô phần mềm ta thu thiết kế chấn tử anten mạch dải băng X tần số 9.41 GHz với dải thông 5% Thêm vào từ kết mô cho chấn tử áp dụng để tạo nên cấu trúc mảng anten MxN phần tử với khoảng cách phần tử thích hợp để tạo anten mảng có giản đồ hướng phù hợp với yêu cầu hệ thống anten mạng thực tế TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Adil Hameed Ahmad and Basim Khalaf Jar‟alla, “Design and Simulation of Broadband Rectangular Microstrip Antenna‟, Eng Tech Vol 26, No 2008 [2] J Bahl and P Bhartia, “Microstrip Antennas” Dedham, MA: Artech House, 1980 [3] Dr Anubhuti Khare, Rajesh Nema and Puran Gour (2010),‟ New Multiband E-Shape Microstrip Patch Antenna on RT DUROID 5880 Substrate and RO4003 Substrate for Pervasive Wireless Communication”, International Journal of Computer Applications (0975–8887), Vol 9, No 8, 2010 Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Điện tử, 10 - 2015 255 Kỹ thuật điện tử [4] D Mandal, R Kar, and A K Bhattacharjee, “Input impedance of rectangular microstrip antennas on non-radiating edges for different feed sizes”, Progress In Electromagnetics Research C., Vol 1, 191–198, 2008 [5] M.D Deshpande, “Input Impedance of Microstrip Antenna” IEEE Trans , Antennas and propagation‟, Vol AP 30, No 4, pp 645 - 650, July 1982 [10] J Bahl & P Bhartia, „Microstrip Antennas‟ Artech House, 1980 ABSTRACT DESIGN SEISMIC ATENNA CIRCUIT ELEMENT RECTANGULAR STRIP TAPE X In the paper we have designed a rectangular microstrip antenna in X band The desired frequency is chosen to be 9.4 GHz which the patch antenna is designed After calculating the various parameters such as with, affective dielectric constant, effective length and actual length, the antenna impedance is matched to 50 ohm of cable After calculating, these results are simulated by software CST (Computer simulation technology) Keywords: Ractangular Microstrip Antenna, Impedance, Return loss, VSWR Nhận ngày 21 tháng 07 năm 2015 Hoàn thiện ngày 10 tháng 08 năm 2015 Chấp nhận đăng ngày 07 tháng 09 năm 2015 Địa chỉ: * 256 Viện Ra đa, Viện KH – CN Quân sự, BQP Email: Uyenvrd2006@gmail.com L.N.Uyên, P.K.Lanh, Tr.T.Trâm, C.V.Vũ, “Thiết kế chấn tử anten … chữ nhật băng X.” ... điện tử Hình Tổn hao phẩn hồi chấn tử anten Hình Hệ số sóng đứng chấn tử anten Hình Giản đồ hướng/ hệ số khuếch đại chấn tử anten 254 L.N.Uyên, P.K.Lanh, Tr.T.Trâm, C.V.Vũ, Thiết kế chấn tử anten. .. cách tới điểm x ; k0 số mơi trường khơng khí; W độ rộng chấn tử anten; l độ dài thực tế chấn tử anten 252 L.N.Uyên, P.K.Lanh, Tr.T.Trâm, C.V.Vũ, Thiết kế chấn tử anten … chữ nhật băng X. ” Nghiên... 1.038 -34 dB; dải thông 500 MHz KẾT LUẬN Từ tính tốn đến mơ phần mềm ta thu thiết kế chấn tử anten mạch dải băng X tần số 9.41 GHz với dải thông 5% Thêm vào từ kết mơ cho chấn tử áp dụng để tạo