Trong bài báo này, đề xuất cấu trúc anten MIMO băng thông siêu rộng với hai anten hoạt động trong dải tần số từ 3,1 đến 10,6 GHz. Anten MIMO là sự kết hợp giữa một chấn tử từ và một chấn tử điện để giảm nhỏ kích thước của anten MIMO cũng như ảnh hưởng tương hỗ giữa các anten trong anten MIMO. Anten MIMO đề xuất có hệ số sóng đứng nhỏ hơn 2 trong cả dải tần hoạt động, đồng thời có cấu trúc đơn giản, nhỏ, gọn, đồng phẳng.
Hội thảo quốc gia 2014 Điện tử, Truyền thông Công nghệ thông tin (ECIT2014) Đề xuất anten UWB - MIMO có cấu trúc tiểu hình Lê Trọng Trung1,2, Nguyễn Quốc Định1, Hồng Đình Thun1, Nguyễn Huy Hồng1 ho uy n n , Đ học ỹ thuậ ê u Đ n, Hà , Đ i Học Thông Tin Liên L c, Nha Trang, Khánh Hòa, Vi t Nam Email: trungmach6@gmail.com, dinhnq@mta.edu.vn, thuyenhd@mta.edu.vn, hoangnh@mta.edu.vn Tóm tắt -Trong báo này, tác giả đề xuất cấu trúc anten MIMO băng thông siêu rộng với hai anten hoạt động dải tần số từ 3,1 đến 10,6 GHz Anten MIMO kết hợp chấn tử từ chấn tử điện để giảm nhỏ kích thước anten MIMO ảnh hưởng tương hỗ anten anten MIMO Anten MIMO đề xuất có hệ số sóng đứng nhỏ dải tần hoạt động, đồng thời có cấu trúc đơn giản, nhỏ, gọn, đồng phẳng anten phẳng m ch in [6], anten phẳng có xẻ khe [7], anten khe [8], nhóm nghiên cứu ã h t k anten dải siêu r ng có mặt x hình chữ nhậ ược cắt khoé ể hu ược cấu trúc tiểu hình [9]; Trên sở thi t k anten dải tần siêu r ng ể thi t k anten MIMO dải siêu r ng Về thi t k anten MIMO dải siêu r ng dùng hai anten ã có nh ều thi t k ược ề xuất với cấu trúc vật li u khác Trong thi t k nhóm A.I.Najam [10], có ề xuất anten MIMO với hai anten trịn, bán kính R = 12 , kích hước anten MIMO 80 × 34 × 0,8 mm3 chấ n mơi FR4 Thi t k nhóm X.S.Li [11] có kích hước 62 × 40 × mm3 với cấu rúc ương ối ơn g ản; hay thi t k anten MIMO tác giả dùng hai chất t n vớ kích hước nhỏ 70 × 32 × 1,6 mm3[12] Tuy nhiên anten cịn lớn, cần phải giảm thiểu kích hước ể phù hợp với thi t bị UWB, mục tiêu nhóm nghiên cứu thi t k anten MIMO dải siêu r ng có cấu trúc tiểu hình Từ khóa- anten mạch dải; anten dải siêu rộng; anten MIMO dải siêu rộng I GIỚI THIỆU H thống MIMO (Multi-Input Multi-Output) h thống s dụng n en i máy phát máy thu H thống phân tập phát, phân tập thu nhờ vào anten nhằ ăng chấ lượng h thống thực hi n Beamforming t nơ phá nơ hu ể ăng h u suất s dụng công suất, tri t can nhiễu gồ r , dung lượng h lợi ghép thống ược cải thi n kể nhờ vào kênh cung cấp kỹ thuật mã hóa khơng gian - thời gian Trong h thống MIMO hường lựa chọn số anten thu số anten phát nh u × 2, × Vi c ăng ốc truyền dẫn li u yêu cầu ặt với h thống h ng n Trong ó, h thống h ng n băng s r ng UWB (Ultra-W de B nd) khơng nằm ngồi mục ích ó ì kỹ thuật MIMO ược áp dụng vào UWB nhằ nâng c o ốc truyền li u Trong anten MIMO dải siêu r ng có nhiều phần t x , ảnh hưởng ương hỗ chúng kể, hi n tượng cần phả ược giảm thiểu ể nâng c o ổn ịnh hi u suất x h thống Vì vậy, nhi m vụ ặt phải thi t k anten UWB không n en ơn lẻ mà phải thi t k anten MIMO băng h ng s r ng vớ ương hỗ nhỏ Để thi t k anten MIMO dải siêu r ng, rước tiên cần phải thi t k anten dải siêu r ng Đã có nh ều thi t k anten dải siêu r ng với cấu trúc vật li u khác như: khoé ặt phẳng x thành d ng n a hình trịn [1], cắ góc khác nh u ối với x [2], khoét mặt phẳng ất [3], t o từ anten chấn t [4], [5], ISBN: 978-604-67-0349-5 402 Trong báo này, nhóm nghiên cứu ề xuất m t anten MIMO dải siêu r ng có d ng phẳng, cấu trúc nhỏ, gọn, mỏng phù hợp với cấu trúc chung thi t bị UWB Anten mặt phẳng ất s dụng vật li u ồng, chấ n môi FR4 với số n ε = 4,4 h số tổn h o nδ = 0,02 Để giảm nhỏ kích hước ương hỗ anten MIMO, nhóm nghiên cứu ã k t hợp m t anten chấn t từ với m t anten chấn t n Vì có ảnh hưởng ương hỗ anten anten MIMO nên cần phải tính tốn tham số kích hước anten thành phần, lựa chọn khoảng cách n en kích hước tấ n môi phù hợp ể ảm bảo anten MIMO dải siêu r ng có h số sóng ứng nhỏ 2, x ẳng hướng, h số ăng ích lớn ồng thời phải ảm bảo ảnh hưởng ương hỗ anten anten MIMO nhỏ Mặt khác, nhằm giảm ảnh hưởng ương hỗ anten, nhóm nghiên cứu ã thêm Stub vào hai anten anten MIMO Hội thảo quốc gia 2014 Điện tử, Truyền thông Công nghệ thông tin (ECIT2014) II THIẾT KẾ ANTEN MIMO DẢI SIÊU RỘNG A Cấu trúc anten đề xuất S dụng phương pháp b n ổi từ từ ể h y ổi tham số kích hước anten, nhóm nghiên cứu ã lựa chọn ược anten MIMO dải siêu r ng có cấu rúc ược biểu diễn rên Hình Trong Hình , n en anten ho ng t chấn t n (anten chấn t ), anten anten ho ng t chấn t từ (anten khe) Phía mặt phẳng ất củ h n en ặt thêm Stub hai anten nhằm giả ảnh hưởng ương hỗ chúng Các tham số kích hước anten MIMO ược r rong Bảng w2 B Kết mơ Trong q trình mơ phỏng, khảo sá kh ồng thời hai anten anten MIMO ho ng K t h số sóng ứng anten MIMO khơng có Stub biểu diễn Hình N u n en ược gắn thêm Stub h số sóng ứng ược biểu diễn rên Hình h kh ng có S ub hì kh ng ảm bảo VSWR < toàn b dải tần c ng ác Trường hợp có Stub h số sóng ứng nhỏ so vớ rường hợp kh ng có S ub ảm bảo VSWR < dải tần từ 3,1 GHz n 10,6 GHz ối với hai anten 2.4 w3 Antenna Antenna 2.2 2.0 l1 Antenna Antenna l2 l3 w4 w6 w5 VSWR s t l4 1.2 h w20 1.0 d (a) 10 11 Frequency [GHz] (b) Hình W l6 1.6 1.4 l5 w1 1.8 w7 h số sóng ứng củ khơng có Stub n en MIMO 2.4 w19 w8 l12 l w9 Stub w10w11 w14 l15 w12 l13 l8 l10 l11 w13 w15 l9 w16 l14 l16 l17 w17 Antenna Antenna 2.2 L 2.0 VSWR w18 1.8 1.6 1.4 (c) 1.2 Hình Cấu trúc anten MIMO (a) Mặt trên; (b) Mặt bên; (c) Mặ 1.0 BẢNG 1: THAM SỐ ÍCH THƯỚC CỦA ANTEN MIMO (MM) Tham số Giá trị Tham số Giá trị Tham số Giá trị Hình L 30 l11 w9 4,5 -10 W s t h l1 65 0,035 1,6 14,5 l12 l13 l14 l15 l16 13 24 5,5 w10 w11 w12 w13 w14 3,5 -15 l2 l3 l4 L5 l6 l7 l8 l9 l10 11 17,4 9 l17 w1 w2 w3 w4 w5 w6 w7 w8 10 7,5 15 2 15 10,6 w15 w16 w17 w18 w19 W20 d 14,75 14,25 20 32 0,5 37,5 ISBN: 978-604-67-0349-5 10 11 Frequency [GHz] h số sóng ứng củ có Stub n en MIMO S12 and S21 without Stub S12 and S21 with Stub -20 S12 and S21 -25 -30 -35 -40 -45 -50 10 11 Frequency [GHz] Hình 4.Tham số S12 S21 anten MIMO 403 Hội thảo quốc gia 2014 Điện tử, Truyền thông Công nghệ thông tin (ECIT2014) Để giảm ảnh hưởng ương hỗ anten, nhóm nghiên cứu ề xuất ặt thêm m t Stub ồng mặt phẳng ất củ n en MIMO ngăn cách ảnh hưởng hai anten Hình k t mô S12 S21 n en MIMO rong h rường hợp có Stub khơng có Stub, yêu cầu ặt S12 S21 phải nhỏ -15dB [13] Khi anten MIMO có Stub S12 S21 nhỏ -15 dB dải tần, rường hợp anten khơng có Stub ầu băng ần có S12 S21 > -15 dB 330 30 xz plane yz plane 60 -6 300 -12 -18 -24 270 Để xét ảnh hưởng ương hỗ hai anten anten MIMO ta khảo sát ảnh hưởng phân bố dòng n en rong rường hợp anten phát, anten khơng phát Ta có k t phân bố dịng Hình 5, kh kh ng có S ub hì dịng n n en ã cảm ứng sang anten Tuy nhiên với cấu trúc có Stub anten dòng n cảm ứng hai anten giả nhiều, thay vào ó, dịng n cảm ứng ược phân bố tập trung Stub 90 -18 -12 240 120 -6 210 180 150 (a) 330 30 xz plane yz plane 60 -6 300 -12 -18 (a) -24 -24 270 90 -18 -12 240 120 -6 210 150 180 (b) Hình Phân bố dòng (b) n t i tần số 8.0 GHz: 330 (a) khơng Stub; (b) có Stub hư vây, kh có s dụng S ub hì ảnh hưởng ương hỗ hai anten anten MIMO giả Do anten MIMO ta s dụng thêm Stub ti n hành khảo sát tham số anten Trước h ối với thị x , dải tần r ng nên ti n hành khảo sá thị x anten t i tần số khác nh u Đồ thị x anten MIMO hai anten ho ng ược biểu diễn Hình (a), (b), (c), (d), (e) ứng với t i tần số 3,1 GHz; 5,0 GHz; 7,0 GHz; 9,0 GHz 10,6 GHz Trong ó, né l ền mặt phẳng xoz, né ứt mặt phẳng yoz Từ k t Hình 6, thị x anten MIMO x ẳng hướng, nhiên có thay ổi theo tần số ảm bảo yêu cầu ặ r ối với anten MIMO dải siêu r ng 30 xz plane yz plane 60 -6 300 -12 -18 -24 270 90 -18 -12 240 120 -6 210 180 (c) ISBN: 978-604-67-0349-5 404 150 Hội thảo quốc gia 2014 Điện tử, Truyền thơng Cơng nghệ thơng tin (ECIT2014) Hình biểu diễn h số ăng ích cực i anten dải tần khảo sát H số ăng ích kh ng ồng ều ảm bảo lớn 2,0 dB rong dải tần từ 3,1 GHz n 10,6 GHz, t giá trị cực i 5,1 dBi t i tần số 10,5 GHz 330 30 xz plane yz plane 60 -6 300 hư kh h n en ặt cách m t khoảng d = 37,5 mm = 0,375λmax (với λmax = c/fmin) tính từ tâm h n en s dụng S ub ã g ảm ảnh hưởng x ương hỗ hai anten, giúp cho anten ho ng tốt với ảnh hưởng ương hỗ nhỏ -12 -18 -24 270 90 -18 III KẾT LUÂN Bà báo ã ề xuất mẫu anten MIMO tiểu hình dải siêu ược m t số k t r ng có ương hỗ nhỏ ã sau: -12 240 120 -6 210 150 180 i) Anten UWB-MIMO ề xuất có cấu trúc nhỏ, gọn, ơn g ản, ồng phẳng; s dụng vật li u phổ bi n nên thuận ti n cho ch t o theo công ngh m ch in; (d) ii) Dải tần có h số sóng ứng SWR ≤ 3,0 GHz n 10,7 GHz ương ứng 110% so với tần số trung tâm; 330 30 300 iii) Mặc dù với dải tần siêu r ng thị x trong toàn b dải tần ảm bảo tính x gần ẳng hướng; xz plane yz plane 60 -6 -12 iv) H số ăng ích cực n en ược dải tần UWB khoảng từ 2,0 dB n 5,1 dBi -18 -24 270 90 v) Đ ảnh hưởng ương hỗ anten anten MIMO nhỏ, ảm bảo ể anten MIMO ho ng ổn ịnh -18 -12 240 120 -6 Trong thời gian tới, nhóm nghiên cứu ti p tục nghiên cứu, ch th , o k ểm anten MIMO ề xuất, ồng thời ti p tục nghiên cứu ề xuất cấu trúc anten MIMO dải siêu r ng khác có cấu trúc tiểu hình hơn, ương hỗ nhỏ áp ứng yêu cầu kỹ thuật tố ể s dụng cho thi t bị cầ y băng s r ng ương l 210 150 180 (e) Hình Đặc rưng hướng anten MIMO: (a) t i tần số 3,1 GHz, (b) t i tần số 5,0 GHz, (c) t i tần số 7,0 GHz, (d) t i tần số 9,0 GHz, (e) t i tần số 10,6 GHz TÀI LIỆU THAM KHẢO 6.0 [1] 5.5 Antenna peak gain [dBi] 5.0 4.5 [2] 4.0 3.5 [3] 3.0 2.5 2.0 [4] 1.5 1.0 10 11 Frequency [GHz] Hình H số ăng ích cực [5] i dải tần khảo sát anten MIMO ISBN: 978-604-67-0349-5 405 M re E B lkowsk nd A M.Abbosh, “Des gn of UWB Planar Antenna With Improved Cut-Off at the Out-of-Band Frequenc es,” IEEE An enn s nd W reless Prop g on Lettrers, vol.7, no.4, pp 408-401, April 2008 Raha Eshtiaghi, Java Nourinia and Changiz Ghobadi, “Elec ro n c lly Coupled B nd o ched Ellep c l onopole n enn s for UWB ppl c on,” IEEE Tr ns on An enn s nd Propagation, vol.58, no.4, pp 1397-1402, April 2010 Zhi An Zheng, Q ng X n Chu nd Zh Hong Tu, “Co p c Band-Rejec ed Ul r w deb nd slo n enn s nser ng w h λ/2 nd λ/4 reson on,” IEEE Tr ns on An enn s nd prop g on, vol.52, no.2 pp 390- 397, Feb 2011 .D.Th nh, D nh nd Y r s w , “A ew Sche e o Enhance Bandwidth of Printed Dipole for Wideband Appl c ons,” IEICE Tr ns on Co un c ons, vol E97-B, no 4, pp.773-782, April 2014 X ow, Z Chen, nd S.P.See Terence, “A UWB D pole An enn W h Enh nced I ped nce nd G n Perfor nce,” Hội thảo quốc gia 2014 Điện tử, Truyền thông Công nghệ thông tin (ECIT2014) [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] IEEE Trans on Antenna and Propagation, vol.57, no.10, pp 2959-2966, Oct 2009 Z Chen, S.P.See Terence, nd X ng “S ll Pr n ed Ul r w deb nd An enn W h Reduced Ground Pl ne Effec ,” IEEE Trans on Antenna and Propagation, vol.55, no.2, pp 383388, Feb 2007 .X , S.S Zhong, nd M.H Chen, “Co p c B nd-notched Ultra-W deb nd An enn Us ng Defec ed Ground S ruc ure,” Microwave and Optical Tech Letters, vol 52, no 5, pp 286289, Feb 2010 M Gopikrishna, D.D Krishna, C.K Aanandan, P Mohanan, and sudev n, “Co p c ne r T pered slo n enn for UWB ppl c ons,” Elec ron cs le ers, 25 h, vol.44, no.20, pp 1-2, Sept 2008 .T.Trung, D nh nd H.D.Thuyen, “A Des gn of Ul r W de B nd An enn ,” ATC’13, pp 700 - 703, Oct 2013 Ali Imran j , Yv n Duroc nd S l Tedj n , “Des gn of MIMO n en s for ul r w deb nd co un c ons,” Av gnon, pp 1-7, 2009 X ngsong , Wen X ng , Chengyu n u, T o J n, “Two UWB - MIMO Antennas with Hing Isolation Using sleeve Coupled Stepped Impedance Reson ors,” IEEE As -Pacific Conference Antennas and Propagation, August 27-29, Singapore, 2012 .T.Trung nd D nh, “Proposed MIMO ul r – wide band n enn w h co p c s ruc ure nd low u u l coupl ng,” ICS 2014, pp 104 - 113, March 2014 S C o nd R.D Murch, “Co p c n egr ed d vers y n enn for W reless co un c on,” IEEE Tr ns on An enn s Propagation, vol.49, no.6, pp 954-960, 2001 ISBN: 978-604-67-0349-5 406 ... nhỏ -1 2 -1 8 -2 4 270 90 -1 8 III KẾT LUÂN Bà báo ã ề xuất mẫu anten MIMO tiểu hình dải siêu ược m t số k t r ng có ương hỗ nhỏ ã sau: -1 2 240 120 -6 210 150 180 i) Anten UWB- MIMO ề xuất có cấu trúc. .. ISBN: 97 8-6 0 4-6 7-0 34 9-5 10 11 Frequency [GHz] h số sóng ứng củ có Stub n en MIMO S12 and S21 without Stub S12 and S21 with Stub -2 0 S12 and S21 -2 5 -3 0 -3 5 -4 0 -4 5 -5 0 10 11 Frequency [GHz] Hình. .. k t Hình 6, thị x anten MIMO x ẳng hướng, nhiên có thay ổi theo tần số ảm bảo yêu cầu ặ r ối với anten MIMO dải siêu r ng 30 xz plane yz plane 60 -6 300 -1 2 -1 8 -2 4 270 90 -1 8 -1 2 240 120 -6 210