Đang tải... (xem toàn văn)
Anten vi dải có nhiều ưu điểm và được ứng dụng rộng rãi trong hệ thống thông tin liên lạc. Tuy nhiên, anten vi dải có dải tần hẹp dẫn đến việc mở rộng dải tần là cần thiết tùy theo các yêu cầu ứng dụng thực tế. Để tăng dải tần của anten, chúng ta có thể giảm hằng số điện môi, tuy nhiên điều này dẫn sẽ tới tăng kích thước. Bài toán đặt ra là: Giữ nguyên kích thước của anten mà có thể tăng được dải tần của anten cũng như nâng cao đến hiệu suất hoạt động của Anten
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN ANTEN-TRUYỀN SĨNG ĐỀ TÀI: MƠ PHỎNG VÀ TỐI ƯU CÁC THƠNG SỐ CỦA ANTEN VI DẢI VỚI PHƯƠNG PHÁP TẠO DỊ TẬT TRÊN MẶT PHẲNG ĐẤT GVHD: TS Phan Xuân Vũ Mã lớp: 112087 NHÓM THỰC HIỆN Họ tên Nguyễn Công Phúc (NT) Lưu Văn Đức Lê Văn Tiến Dũng Hoàng Nhật Quang MSSV 20172749 20172482 20172492 20172772 Hà Nội, tháng 12 năm 2019 MỤC LỤC ĐẶT VẤN ĐỀ ANTEN VI DẢI VỚI MẶT PHẲNG ĐẤT KHƠNG CĨ DỊ TẬT Theo báo Mô ANTEN VI DẢI VỚI MẶT PHẲNG ĐẤT CÓ DỊ TẬT 11 Theo báo 11 Mô 14 KẾT LUẬN 16 BTL ANTEN - TRUYỀN SĨNG Anten vi dải có nhiều ưu điểm ứng dụng rộng rãi hệ thống thông tin liên lạc Tuy nhiên, anten vi dải có dải tần hẹp dẫn đến việc mở rộng dải tần cần thiết tùy theo yêu cầu ứng dụng thực tế Để tăng dải tần anten, giảm số điện mơi, nhiên điều dẫn tới tăng kích thước Bài tốn đặt là: Giữ ngun kích thước anten mà tăng dải tần anten nâng cao đến hiệu suất hoạt động Anten Do để tăng dải tần mà khơng thay đổi kích thước, người ta sử dụng kỹ thuật Defected Ground Structure (DGS) kỹ thuật dùng để sửa đổi lại mặt phẳng đất anten để nâng cao hiệu suất hoạt động anten Kỹ thuật hiểu đơn giản đặt “dị tật” lên mặt phẳng đất anten vi dải Trong báo cáo này, chúng em dựa báo “Design and Improvement of Microstrip Patch Antenna Parameters Using Defected Ground Structure” tiến hành mô anten vi dải không sử dụng kỹ thuật DGS so sánh với anten vi dải có mặt phẳng đất bị khuyết dạng hình chữ H kép Nhóm chúng em sử dụng phần mềm mô anten Ansys HFSS để mô lại so sánh anten so sánh với báo BTL ANTEN - TRUYỀN SÓNG Theo báo Anten báo thiết kế để hoạt động tần số 2,4 GHz Phần đế(substrate) sử dụng vật liệu điện môi môi FR4-epoxy với số điện môi ε=4.4, phối hợp trở kháng cách cắt sâu vào khoảng yo Các thông số thiết kế khác tác giả trình bày hình bảng sau: Hình 1: Thơng số thiết kế BTL ANTEN - TRUYỀN SĨNG Với thơng số thiết kế trên, kết mô thu sau: Mô tần số 2.4 Ghz, anten vi dải có hệ số phản xạ -15.5 dB, nhiên dải tần tính điểm đồ thị giao với đường -10 dB hẹp Hình 2: Đồ thị S(1,1) theo kết mơ báo Hệ số sóng đứng điện áp tần số mô đạt 1.435 tốt, khoảng 4% lượng truyền tới anten bị phản xạ lại Hình 3: Đồ thị hệ số sóng đứng điện áp theo kết mơ báo BTL ANTEN - TRUYỀN SÓNG Trên hình, tăng ích tối đa thu 4.2 dB với băng thơng (beamwidth) 93.6130 Hình 4: Đồ thị phương hướng xạ theo kết mô báo Từ đồ thị Smith, ta thấy anten có trở kháng vào 54.587 Ohm tần số 2.4 Ghz, chưa phối hợp trở kháng 50 Ohm Hình 5: Đồ thị Smith anten theo kết mô báo BTL ANTEN - TRUYỀN SÓNG Kết mơ Nhóm chúng em thực mơ với thông số bảng sau: Wg Lg wp lp wc 47.6363mm 37.9012mm 38.03mm 28.3mm 5mm Thơng số tính tốn Thơng số 47.6363mm 37.9012mm 38.03mm 29mm tối ưu 5.3mm lc wo 8.1016mm 3mm 8.1016mm 3mm Hình 6: Kích thước mặt anten vi dải • Kết mơ theo thơng số báo tính tốn cung cấp: Đồ thị S(1,1) không xuống tần số 2,4Ghz mà bị lệch sang khoảng 2,469GHz Cần phải tối ưu lại Hình 7: Đồ thị S(1,1) mơ thơng số báo cung cấp BTL ANTEN - TRUYỀN SÓNG • Kết mô theo thông số tối ưu được: Đồ thị S(1,1) Hình 8: Đồ thị S(1,1) theo thơng số tối ưu Từ đồ thị thấy đồ thị xuống điểm có tần số 2.4 Ghz Bài báo Mô Hệ số phản xạ -15.5dB -14.8490 Dải tần 42MHz 65.5Mhz Đồ thị VSWR Hình : Đồ thị VSWR theo thơng số tối ưu Ở 2.4Ghz, VSWR đạt 1,4420 gần so với 1.435 báo BTL ANTEN - TRUYỀN SĨNG Đồ thị phương hướng xạ Hình 10: Đồ thị phương hướng xạ theo thông số tối ưu Gain lớn đạt 2.157dB báo mô 4.2dB BTL ANTEN - TRUYỀN SĨNG Đồ thị Smith Hình 11: Đồ thị Smith theo thông số tối ưu Kết anten mô phối hợp trở kháng tốt với đường S(1,1) qua (R=1) BTL ANTEN - TRUYỀN SÓNG 10 Theo báo Tác giả giữ nguyên thiết kế phần trên, thay đổi cấu trúc phần mặt phẳng đất Với việc thêm dị tật khuyết chữ H vào phần này, tác giả muốn tìm hiểu ảnh hưởng việc sử dụng DGS thiết kế ăn ten vi dải Theo băng thông anten có dị tật khuyết chữ H kép mặt phẳng đất cải thiện 34,1846 MHz, hệ số phản xạ lên tới 33.73dB so với anten khơng có dị tật Hình 12: Kích thước dị tật khuyết chữ H kép mặt phẳng đất Với thiết kế vậy, tác giả báo thu kết mô sau: BTL ANTEN - TRUYỀN SĨNG 11 Ta thấy băng thơng tăng lên tới 76.8158 Mhz với hệ số phản xạ -33.73 dB so với -15.5 dB trước sử dụng DGS Hình 13: Đồ thị S(1,1) với DGS theo kết báo Tỷ số sóng đứng tần số 2.4GHz đạt 1.06, nghĩa gần tất lượng truyền tới ăn ten không bị phản xạ lại Hình 14: Đồ thị VSWR với DGS theo kết báo BTL ANTEN - TRUYỀN SÓNG 12 Kết thu Gain lớn nhấn 4.3 dB không thay đổi nhiều so với chưa sử dụng DGS Hình 14: Đồ thị phương hướng xạ với DGS theo kết báo BTL ANTEN - TRUYỀN SÓNG 13 Kết mơ Thơng số tính tốn Thơng số tối ưu Thơng số tính tốn HL1 L W 22mm 5mm H1 L W 22mm 2mm HR1 L W 22mm 2mm HL2 L W 20mm 2mm H2 L W 34mm 2mm HR2 L W 20mm 2mm Thông số tối ưu • Theo thơng số báo: Đồ thị S(1,1) Kết mô thất bại, đồ thị S(1,1) không xuống 2.4GHz BTL ANTEN - TRUYỀN SÓNG 14 • Theo thông số tối ưu: Chưa thể tối ưu thông số để kết theo báo BTL ANTEN - TRUYỀN SÓNG 15 Qua q trình tìm hiểu mơ lại ăn ten vi dải trình bày báo, việc thêm dị tật mặt phẳng đất anten giúp làm giảm hệ số phản xạ cải thiện độ rộng dải thông, vốn nhược điểm lớn anten vi dải Dù cố gắng tìm hiểu, chưa đủ kỹ nên nhóm chúng em chưa mô thành công tác dụng việc sử dụng DGS thiết kế ăn ten vi dải Thông tập lớn lần này, chúng em thấy việc thiết kế anten có đặt DGS mặt phẳng đất anten vi dải phải tính tốn thật kĩ (cả kích thước lẫn vị trí mặt phẳng đất anten vi dải) Chúng ta cần phải khảo sát phần mềm mô trước đưa vào mạch thực tế Lời cuối, chúng em xin cảm ơn thầy kiến thức kinh nghiệm quý báu thầy dạy chúng em suốt q trình học Đó hành trang q báu giúp chúng em trình học tập nghiên cứu sau BTL ANTEN - TRUYỀN SÓNG 16 ... kế ăn ten vi dải Thông tập lớn lần này, chúng em thấy vi c thiết kế anten có đặt DGS mặt phẳng đất anten vi dải phải tính tốn thật kĩ (cả kích thước lẫn vị trí mặt phẳng đất anten vi dải) Chúng... 16 BTL ANTEN - TRUYỀN SĨNG Anten vi dải có nhiều ưu điểm ứng dụng rộng rãi hệ thống thông tin liên lạc Tuy nhiên, anten vi dải có dải tần hẹp dẫn đến vi c mở rộng dải tần cần thiết... tăng dải tần anten, giảm số điện môi, nhiên điều dẫn tới tăng kích thước Bài tốn đặt là: Giữ ngun kích thước anten mà tăng dải tần anten nâng cao đến hiệu suất hoạt động Anten Do để tăng dải tần