Khảo sát sự ảnh hưởng của cấu trúc dgs lên các thông số của anten vi dải

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: KHẢO SÁT SỰ ẢNH HƢỞNG CỦA CẤU TRÚC DGS LÊN CÁC THÔNG SỐ CỦA ANTEN VI DẢI Sinh viên thực Lớp: Giảng viên hướng dẫn Cán phản biện NGHỆ AN - 2016 : Phạm Hoàng Nam : 51K1 - ĐTVT : ThS Nguyễn Thị Minh : ThS.Nguyễn Phúc Ngọc MỤC LỤC KHẢO SÁT SỰ ẢNH HƢỞNG CỦA CẤU TRÚC DGS LÊN CÁC THÔNG SỐ CỦA ANTEN VI DẢI LỜI MỞ ĐẦU CHƢƠNG : GIỚI THIỆU VỀ ANTEN 1.1 Khái niệm anten 1.2 Những thuộc tính anten Hình 1.1 Độ lợi Hình 1.3 Tỷ số front-to-back 10 1.3 Các kiểu anten 12 Hình minh họa nhiều loại anten khác 12 Hình 1.4 Các loại anten 12 1.4 Mẫu xạ 13 1.5 Búp nút 14 1.6 Phân cực ăngten 14 1.7 Trở kháng đầu cuối ăngten 15 Chƣơng ANTEN VI DẢI 19 2.1 Giới thiệu chung anten vi dải 19 2.1.1 Các hình dạng anten vi dải 20 2.1.2 Đặc tính Microstrip Antennas (MSA) 21 2.1.3 Các kỹ thuật cấp nguồn cho anten vi dải (feed method) 22 2.1.4 Cấp nguồn đường truyền vi dải 23 2.1.5 Cấp nguồn cáp đồng trục 23 2.1.6 Cấp nguồn dùng phương pháp ghép khe – Aperture coupled 24 2.1.7 Cấp nguồn dùng phương pháp ghép gần – Proximity Coupled 24 2.1.8 Băng thông MSA 25 2.1.9 Nguyên lý xạ anten vi dải 26 2.1.10 Trường xạ anten vi dải 28 2.1.11 Thế vectơ số cơng thức tính trường xạ 29 2.1.12 Sự phân cực sóng 32 2.2 Các mơ hình phân tích anten vi dải 33 2.2.1 Mơ hình đường truyền (Transmission line) 34 2.2.2 Hiệu ứng viền (Fringing Effects) 34 2.2.3 Chiều dài hiệu dụng, tần số cộng hưởng chiều rộng hiệu dụng 35 2.2.4 Bài toán thiết kế 37 2.2.5 Điện dẫn 37 2.2.6 Trở kháng vào tần số cộng hưởng 39 2.2.7 Mô hình hốc cộng hƣởng 41 2.2.8 Các mode trường – TMx 43 2.2.9 Trường xạ - Mode TMx010 47 2.2.10 Độ định hướng 49 2.3 Ảnh hƣởng ghép tƣơng hỗ hai anten vi dải 51 CHƢƠNG 3: KHẢO SÁT SỰ ẢNH HƢỞNG CỦA CẤU TRÚC DGS 53 LÊN CÁC THÔNG SỐ CỦA ANTEN VI DẢI 53 3.1 Mục đích 53 3.2 Thiết kế anten vi dải tần số 2.4 GHz 53 3.3 Anten vi dải có kết hợp cấu trúc DGS1 57 KẾT LUẬN 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Độ lợi .9 Hình 1.2 Half - power beam witdth Hình 1.3 Tỷ số front-to-back 10 Hình 1.4 Các loại anten 12 Hình 2.1 Anten vi dải 19 Hình 2.2 Các dạng anten vi dải thơng dụng 20 Hình 2.3 Cấp nguồn dùng đường truyền vi dải 23 Hình 2.4 Cấp nguồn dùng cáp đồng trục 24 Hình 2.5 Cấp nguồn dùng phương pháp ghép khe – Aperture coupled .24 Hình 2.6 Cấp nguồn dùng phương pháp ghép gần – Proximity Coupled 25 Hình 2.7 Phân bố điện tích dịng điện anten vi dải hình chữ nhật 27 Hình 2.8 Hằng số điện mơi hiệu dụng 35 Hình 2.9 Chiều dài vật lý chiều dài hiệu dụng miếng patch 36 Hình 2.10 Patch chữ nhật mạch tương đương mơ hình đường truyền 38 Hình 2.11 Thay đổi vị trí điểm feed để có trở kháng vào phù hợp 41 Hình 2.12 Phân bố điện tích dòng điện 42 Hình 2.13 Phân tích mơ hình anten vi dải trục tọa độ 44 Hình 2.14 Các mode trường xạ anten vi dải 46 Hình 2.15 Sắp xếp anten vi dải mặt phẳng E H 51 Hình 3.1 Anten vi dải hoạt động tần số 2.4GHz 55 Hình 3.2 S11 anten vi dải .55 Hình 3.3 Tỉ số sóng đứng SWR 56 Hình 3.4 Đồ thị Smith Chart anten vi dải 56 Hình 3.5 Độ lợi anten vi dải 57 Hình 3.6 Anten mô DGS1 57 Hình 3.7 Đồ thị Smith Chart anten vi dải cấu trúc DGS1 58 Hình3.8 .Hệ số SWR cấu trúc DGS1 58 Hình 3.9 Đồ thị S11của anten cấu trúc DGS1 58 Hình 3.10 Anten mô cấu trúc DGS 59 Hình 3.11 S11 anten cấu trúc DGS 59 Hình 3.12 Đồ thị Smith Chart anten cấu trúc DGS2 59 Hình 3.13 Độ lợi anten cấu trúc DGS2 60 Hình 3.14 So sánh độ lợi anten vi dải anten vi dải cấu trúc DGS 60 TÓM TẮT ĐỒ ÁN Hiện nay, tiến lĩnh vực vi mạch siêu cao tần truyền thơng khơng dây địi hỏi anten vi dải có kích thước nhỏ gọn hiệu suất cao Chính nhiều phương pháp cải tiến anten vi dải đời, phương pháp thay đổi cấu trúc mặt phẳng nối đất (DGS.) Kỹ thuật đơn giản tạo dị tật ăngten vi dải Đồ án nghiên cứu ảnh hưởng dị tật anten vi dải hình chữ nhật lên số thông số anten: hệ số suy hao phản xạ, trở kháng, độ lợi,v.v.v Kết mô phần mềm HFSS cho thấy với cấu trúc DGS hợp lý cải thiện thông số anten vi dải ABSTRACT Today, with the advancement of microwave intergrated circuits and wireless telecommunicative technologies, the study and design of a new range of microstrip antennas (MAs) which requires compact size, high performance is increasingly being emphasized In recent years, there have been several new methods to improve microstrip circuits; one of which is used to modify the antenna ground plane in enhancing the performance of antenna This technique is simply to put a defect on the ground plane of Mas This thesis is study of the defects affecting the background on a micro strip antennas on a rectangular antenna parameters : attenuation coefficient due to reflections , impedance , gain ,v.v.v The simulation results using HFSS software show that DGS logical structure will improve the parameters of the micro strip antenna LỜI MỞ ĐẦU Truyền thông không dây phát triển nhanh năm gần đây, theo thiết bị di động trở nên ngày nhỏ Để thỏa mãn nhu cầu thu nhỏ thiết bị di động, anten gắn thiết bị đầu cuối phải thu nhỏ kích thước Các anten phẳng, chẳng hạn anten vi dải (microstrip antenna) anten mạch in (printed antenna), có ưu điểm hấp dẫn kích thước nhỏ dễ gắn lên thiết bị đầu cuối, lựa chọn thỏa mãn yêu cầu thiết kế Với tiến lĩnh vực vi mạch siêu cao tần truyền thông khơng dây địi hỏi anten vi dải có kích thước nhỏ gọn hiệu suất cao Do đó, đời nhiều phương pháp cải tiến anten vi dải, phương pháp thay đổi cấu trúc mặt phẳng đất Kỹ thuật đơn giản tạo dị tật mặt phẳng đất Đồ án chúng em trình bày ảnh hưởng dị tật lên thông số anten vi dải Cùng với hướng dẫn Th.S Nguyễn Thị Minh em thực thành công đồ án “Khảo sát ảnh hƣởng cấu trúc DGS lên thông số anten vi dải” Do thời gian ngắn nên tránh sai sót q trình thực hiện, mong đóng góp q thầy bạn để đồ án hồn thiện Sinh viên thực Phạm Hoàng Nam CHƢƠNG : GIỚI THIỆU VỀ ANTEN 1.1 Khái niệm anten Anten phần hệ thống truyền hay nhận thiết kế để xạ hay nhận sóng điện từ Nói cách khác, anten lấy tín hiệu RF (được sinh radio) xạ vào khơng khí hay anten nhận sóng điện từ cho radio Một khái niệm quan trọng cần phải biết anten đẳng hướng (hay xạ đẳng hướng - isotropic) Theo phương diện toán học, trường hợp lý tưởng anten không bị suy hao (lossless anten) phát tín hiệu theo hướng cách Xét hình cầu xạ đẳng hướng nằm trung tâm hình cầu, lúc trường điện từ tất điểm bề mặt hình cầu Anten đẳng hướng điểm tham chiếu hữu ích xem xét loại anten khác 1.2 Những thuộc tính anten Để chọn lựa anten đắn điều quan trọng bạn phải hiểu số thuộc tính mơ tả anten Chúng bao gồm dạng xạ anten, hướng tính anten, độ lợi, trở kháng đầu vào, phân cực, bandwidth Hƣớng tính anten (directivity of anten) Hướng tính anten mô tả cường độ xạ theo hướng xác định tương ứng với cường độ xạ trung bình hay nói cách khác, cho biết mật độ công suất xạ tương ứng với công suất xạ phân tán cách đồng dạng Độ lợi (gain) Gain diễn tả khái niệm directivity cịn bao gồm mát (về cơng suất) thân anten Bạn định nghĩa độ xạ hiệu dụng sử dụng để mở rộng directivity giúp xác định độ lợi, xạ hồn hảo có độ xạ hiệu dụng Đơn vị dùng để biểu diễn độ lợi dBi, độ lợi tính theo dB anten đẳng hướng hay dBd, độ lợi dB anten half-wave dipole Để chuyển đổi dBd dBi ta cần cộng thêm 2.2 vào độ lợi dBd để có độ lợi dBi Việc ghi nhớ quy ước quan trọng hầu hết nhà sản xuất biểu diễn độ lợi theo dBi số khác lại biểu diễn theo dBd Hình minh họa dạng xạ anten định hướng Lưu ý xạ tồn không gian chiều Hình 1.1 Độ lợi Dạng xạ Dạng xạ anten mô tả khác góc xạ khoảng cách cố định từ anten Nó thường diễn tả thuật ngữ hướng hay độ lợi anten Anten thường có main lobe hay vùng xạ, hướng có độ lợi lớn nhất, minor lobe mà cụ thể side lobe hay back lobe tùy thuộc vào hướng minor lobe so với main lobe Các nhà sản xuất thường mô tả anten độ lợi hay main lobe, họ thường xác định thêm độ rộng vùng xạ anten Nguyên lý half-power beamwidth định nghĩa IEEE sau: “trong radiation pattern ta cắt phần có chứa main lobe, góc hướng cắt cường độ xạ nửa giá trị tối đa” Ví dụ, ta lấy dạng xạ anten hình đến điểm phía main lobe nơi mà độ lợi thấp dB so với điểm lớn lobe, điểm half-power point Khi đó, góc chúng half-power beamwidth Hình minh họa điều Hình 1.2 Half - power beam witdth Trong khái niệm radiation pattern anten tỷ số front-to-back anten so sánh độ lợi lớn anten main lobe với độ lợi lớn back lobe Trong ví dụ tỷ số front-to-back 20 dB main lobe 15 dBi, back lobe -5 dBi; Sự khác 15 dBi …… (-5 dBi) = 20 dBi tỷ số front-to-back Hình 1.3 Tỷ số front-to-back Công suất xạ Bây kiểm tra công suất thật phát radio nối với anten Công suất xạ hiệu dụng tính cách lấy độ lợi anten tính theo dBd nhân với cơng suất mà transmitter cung cấp cho anten Tuy nhiên, bạn phải thường xun thực tính tốn hàm log, dB, điều có nghĩa bạn cộng thêm độ lợi anten vào công suất từ transmitter Thường độ lợi anten biểu diễn theo đơn vị dBi, thuật ngữ khác thường sử dụng cho công suất xạ Công suất xạ đẳng hướng hiệu dụng, hồn tồn tương tự với ERP độ lợi anten biểu diễn tương ứng với xạ đẳng hướng Sự phân cực Sóng điện từ phát anten tạo dạng khác ảnh hưởng đến quảng bá Các hình dạng tùy thuộc vào phân cực anten, phân cực tuyến tính hay phân cực vịng Hầu hết anten thị trường WLAN sử dụng phân cực tuyến tính, theo chiều ngang theo chiều dọc Nếu theo chiều ngang vector trường điện nằm mặt phẳng thẳng đứng, theo chiều dọc vector trường điện nằm mặt phẳng nằm ngang Phân cực dọc phổ biến phân cực ngang lại hoạt động tốt Mặc dù không phù hợp bạn sử dụng anten phân cực vòng cho kết nối nhà, bạn sử dụng wireless bridge bạn dùng anten phân cực vịng Cũng giống anten phân cực tuyến tính, anten phân cực vịng có trường hợp: Phân cực tay trái phân cực tay phải Nếu 10 Y k0 Le s i n s i n Khi hai khe khơng xạ hình thành mảng hai phần tử biên độ ngược pha, cách dọc theo trục z khoảng W hệ số mảng là: kW ( AF )z  2j s i n0    c o s Khi tổng trường xạ vùng xa xác định (2-73) (2-68) với hệ số ghép mảng Trong mặt phẳng E (   900 ,00    900 , 2700    3600 ),(2-69) khơng trường xạ phần tư chu kỳ khe bị triệt tiêu trường xạ khe khác Cũng tương tự mặt phẳng H (   900 , 00    1800 ) tổng trường không AF bị triệt tiêu Điều có nghĩa trường xạ khe bị triệt tiêu trường xạ khe Thực hai khe xạ trường xa mặt phẳng chính, mật độ trường chúng mặt phẳng khác nhỏ so với xạ hai khe xạ thường bỏ qua Do chúng xem khe không xạ 2.2.10 Độ định hướng Như anten khác, độ định hướng thơng số quan trọng, định nghĩa sau : D0  Đối với khe đơn ( k0 h U m a x 4 U m a x  U0 Pr a d (2-74) ) sử dụng trường điện (2-30), cường độ xạ cực đại cơng suất xạ viết sau : U max V  W   2  20  0  (2-75)   k0W  s i n c o s  V   s i n3  d    20  c os     Prad Vì độ định hướng khe đơn :  2 W  D0     0  I1 49 (2-76) Trong :   k0W  c o s  s i n    s i n3  d    2 I1      c o s     s i nX  cX o s ( XS)i X  ( )  X  (2-77) với X  k0W Giá trị tiệm cận độ định hướng thay đổi sau 3.3  5.2dB  D0    W  4      0 0 0 W W (2-78) Đối với hai khe, độ định hướng cho :  2 W D2    0     I 15Grad w     0 (2-79) Trong G rad điện dẫn xạ   k0W  cos       sin    sin  cos  k0 Le sin  sin   d d I2        cos     0    (2-80) Tổng độ định hướng broadside D2 cho hai khe xạ, tách biệt trường mode ưu TMx010 (phân bố điện áp không đối xứng), viết sau : D2  D 0DAF  D DAF   g12 (2-81) 2  g12 ( g12 Với D0 = độ định hướng khe đơn DAF = độ định hướng hệ số AF   k0 Le   AF  cos  sin  sin       g12 = điện dẫn tương đối chuẩn hóa = G12/G1 Ta có giá trị tiệm cận D2 thay đổi sau 50 1) (2-82) 6 6 d B  D2    W  8      0 W W 0 0 (2-83) 2.3 Ảnh hƣởng ghép tƣơng hỗ hai anten vi dải Ảnh hưởng ghép hai anten vi dải chữ nhật đặt kề (side-by-side) hàm theo vị trí tương đối Hình 1.15 minh họa hai cách xếp phần tử anten dọc theo hai mặt phẳng E H: s E s W E E E L Hình 2.15 - Sắp xếp anten vi dải mặt phẳng E H Nói chung, ảnh hưởng ghép chủ yếu trường tồn dọc theo phần tử tiếp xúc điện môi khơng khí Các trường phân tích thành sóng khơng gian (space waves, có bán kính xạ 1/  ), sóng bậc cao (bán kính 1/  ), sóng bề mặt (surface waves, bán kính 1/  ), cá sóng rị (leaky waves, bán kính e  / p ) Trong sóng khơng gian (1/  ) sóng bậc cao (1/  ) trội khoảng cách nhỏ, cịn sóng bề mặt (1/  ) lại trội khoảng cách lớn Các sóng bề mặt tồn lan truyền lớp điện mơi, kích thích hàm theo độ dày lớp điện môi Đối với anten vi dải patch chữ nhật, trường TM có hướng lan truyền dọc theo trục mặt phẳng E TE có hướng lan truyền dọc theo mặt phẳng H Với cách xếp anten phần tử dọc theo mặt phẳng E, trường khoảng cách phần tử chủ yếu TM, có kích thích sóng bề mặt phần tử mạnh hơn, làm cho ảnh hưởng ghép lớn Tuy nhiên với cách xếp anten phần tử dọc theo mặt phẳng H, trường 51 khoảng cách phần tử chủ yếu TE, khơng có kích thích mạnh sóng bề mặt, có ảnh hưởng ghép phần tử Các ảnh hưởng ghép thay đổi độ dày lớp điện môi tăng lên làm xuất kích thích sóng bề mặt TE bậc cao Đối với trường hợp xếp phần tử dọc theo mặt phẳng E phân bố trường mode lẻ bên patch (mode ưu thế), điện dẫn ghép hai anten vi dải chữ nhật là:  k0W   s i n c o s  E G     J (k0 ( L  Y ) s i n )  J (k0 ( L  Y ) s i n s i nd  0  c o s     (2-84) Với Y khoảng cách từ tâm-tới-tâm khe J0 hàm Bessel loại 1, bậc Thành phần công thức thể cho điện dẫn ghép hai khe dọc theo mặt phẳng E cách khoảng Y, thành phần thứ hai thứ ba thể cho điện dẫn ghép hai khe dọc theo mặt phẳng E cách khoảng (Y+L) (Y-L) Đối với cách xếp phần tử dọc theo mặt phẳng H phân bố trường mode lẻ patch ( mode ưu thế), điện dẫn ghép tính :  k0W   sin cos    GH    1  J (k0 L sin  cos(k0 Z cos  ) sin d  120  cos     (2-85) Với Z khoảng cách từ tâm-tới-tâm khe Thành phần công thức thể cho hai lần điện dẫn ghép hai khe dọc theo mặt phẳng H cách khoảng Z, thành phần thứ hai thể cho hai lần điện dẫn ghép hai khe dọc theo mặt phẳng E cách khoảng L dọc theo mặt phẳng H cách khoảng 52 CHƢƠNG 3: KHẢO SÁT SỰ ẢNH HƢỞNG CỦA CẤU TRÚC DGS LÊN CÁC THÔNG SỐ CỦA ANTEN VI DẢI 3.1 Mục đích Mơ đánh giá anten vi dải với cấu trúc DGS tần số 2,4GHz nhằm cải thiện hiệu suất hoạt động anten cải thiện suy hao phản xạ, tăng băng thông truyền, tăng độ lợi,… Dựa cơng thức đơn giản mơ tả, q trình tính tốn thiết kế cho anten vi dải hình chữ nhật đặt Giả sử ta có thông số ban đầu: số điện môi  r =2.2, tần số hoạt động f0=2.4GHz, chiều cao lớp điện mơi h=1.6 Ta tiến hành tính tốn kích thước mặt patch thơng số liên quan Sau khắc mẫu DGS vào anten vi dải để đánh giá chất lượng anten 3.2 Thiết kế anten vi dải tần số 2.4 GHz Trước tiên thiết kế anten vi dải hình chữ nhật đồng, cấp nguồn đường truyền vi dải phối hợp trở kháng dùng phương pháp inset feed line Bản kim loại hình chữ nhật chọn cấu trúc đơn giản dễ thiết kế Anten đặt tần số 2.4 GHz ( tần số kết nối thiết bị Bluetooth lượng thấp ứng dụng rộng rãi theo tiêu chuẩn IEEE 820.11) Anten đặt lớp điện môi chất Neltec NY9220 với số điện mơi 2,2 có độ dày h = 1.6 mm Ta tiến hành tính tốn thơng số anten: Để đạt xạ hiệu quả, chiều rộng mặt xạ tính theo cơng thức: Leff  c f  reff  3.108  43.13(mm) 2.2,4.106 ,1 Hệ số điện môi hiệu dụng:  eff   1 1  r   r 1  h  2,2  2,2   1,6   12    12  2,1  W  2  49,41 Độ dài hiệu anten xác định theo công thức: L eff  c f  reff  3.108  43,13(mm) 2.2,4.10 2,1 53 Độ tăng độ dài tính: L  0.412h  reff  reff W  2.1  0.3 49.41  0.264   0.3  0.264  h   0.412.1,6  1.6   0.8(mm) W  2.1  0.258 49.41  0.8   0.258  0.8  h    Độ dài thực mặt xạ: L  Leff  2L  43.13  2.08  41.53 Kích thước mặt đất là: Wg  6h  W  6.16  49.41  59.01(mm) Lg  6h  L  6.16  41.53  51.13(mm) Sâu vào anten khoảng y0, với Rin= 144Ω: y0   L 50  41.53 50 cos 1  cos 1  12.43( mm) 180  Rin 180  144 Chiều rộng đường line: 2h   r 1  0.61  ln( B  )  39   B   ln( B  1)     2 r     377 377 Trong : B    7.99 2Z  r 2.50 2,2 Wf   W f  2.1,6  2,2   0.61  ln(7,99   0.39  7,99   ln( 2.7,99       2,2.2  2,2   Vấn đề phối hợp trở kháng vấn đề quan tâm kỹ thuật siêu cao tần Vì lắp ráp phần tử khác tuyến siêu cao tần xuất bất đồng xuất sóng phản xạ Nhiệm vụ vấn đề phối hợp trở kháng siêu cao tần đảm bảo tuyến siêu cao tần sóng phản xạ đảm bảo cho tuyến siêu cao tần có hệ số sóng đứng hay hệ số sóng chạy đạt yêu cầu đề dải tần định Chế độ sóng tuyến siêu cao tần phản ánh đầy đủ qua hệ số phản xạ hay đại lượng đo đạc dễ dàng hệ số sóng đứng hay hệ số sóng chạy Phối hợp trở kháng trình biến đổi trở kháng tùy ý thành trở kháng hệ thống Nếu trở kháng phối hợp cơng suất truyền đạt cực đại cơng suất tiêu tán đường nhỏ Trong anten phối hợp trở kháng làm tăng tỉ lệ tín hiệu tạp âm 54 Hình 3.1 Anten vi dải hoạt động tần số 2.4GHz Hệ số suy hao: Hình 3.2 S11 anten vi dải Đồ án thiết kế anten vi dải tần số 2.4GHz, nhiên mô tần số 2.38GHz => sai số: 0.84% (trong phạm vi cho phép) Khi có phối hợp trở kháng cơng suất truyền đến tải lớn Khi khơng có phối hợp trở kháng tải đường truyền có sóng phản xạ trở máy phát Điều gây ra:+ Tổn hao cơng suất + Tín hiệu phản xạ giao thoa với tín hiệu tới dẫn đến nhiễu ảnh hưởng đến chế độ làm việc máy phát Khi tải khơng phối hợp khơng phải tồn cơng suất nguồn rơi tải mà có tổn hao ta định nghĩa Return Loss: Trong đó:   hệ số phản xạ Nếu RL=0, phản xạ tồn phần, RL   , tải phối hợp trở kháng Đối với số hệ thống s11= -9,5dB hệ thống đạt yêu cầu phối hợp trở 55 kháng, nhiên, số hệ thống đòi hỏi tính xác s11= -10dB phối hợp trở kháng Ở đây, tần số f= 2.375GHz s11 đạt suy hao cao , anten phối hợp trở kháng tốt  Tỉ số sóng đứng: Hình 3.3.Tỉ số sóng đứng SWR  Hệ số sóng đứng SWR tiến phối hợp trở kháng tốt Khi SWR = Γ = 0, khơng có sóng phản xạ trở lại đường truyền, tải hồn tồn phối hợp trở kháng Mơ SWR = 1.07, hệ thống phối hợp trở kháng tốt  Trở kháng vào anten: Hình 3.4 Đồ thị Smith Chart anten vi dải Đồ thị Smith xây dựng dựa mối quan hệ trở kháng chuẩn hóa hệ số phản xạ vị trí đường truyền Thực chất đồ thị cực hệ số phản xạ điện áp Γ Nó biểu diễn tham số đường truyền như: hệ số phản xạ, hệ số sóng đứng, hệ số sóng chạy, trở kháng chuẩn hóa dẫn nạp chuẩn 56 hóa tiết diện Giả sử Γ biểu diễn dạng cực (theo biên độ pha) , giá trị Γ biểu diễn điểm hệ tọa độ cực Trong tọa độ Smith người ta dùng trở kháng chuẩn hóa thay Z Trở kháng đặc trưng đường truyền Z0=50Ω, mô 1.0672x50 = 53.36Ω Độ lợi: Hình 3.5 Độ lợi anten vi dải Hệ số tăng ích anten xác định cách so sánh mật độ công suất xạ anten thực hướng khảo sát mật độ công suất anten chuẩn (thường anten vô hướng) hướng khoảng cách với công suất vào hai anten giống Trong anten chuẩn có hiệu suất 3.3 Anten vi dải có kết hợp cấu trúc DGS1 Từ anten vi dải ta thiết kế thêm cấu trúc DGS1 vào anten Các thông số anten giữ nguyên  Anten mơ phỏng: Hình 3.6 Anten mơ DGS1 57  Đồ thị Smith Hình 3.7 Đồ thị Smith Chart anten vi dải cấu trúc DGS1 Để phối hợp trở kháng tốt trở kháng vào anten phải 50Ω Ở trở kháng vào an ten là: R = 0,967.50 = 48,35Ω  Hệ số SWR: Hình3.8 Hệ số SWR cấu trúc DGS1  Đồ thị hệ số suy hao S11 anten cấu trúc DGS 1: Hình 3.9 Đồ thị S11của anten cấu trúc DGS1 58 3.4 Anten vi dải có kết hợp cấu trúc DGS2  Anten mơ phỏng: Hình 3.10 Anten mơ cấu trúc DGS  Hệ số suy hao: Hình 3.11 S11 anten cấu trúc DGS Với anten có cấu trúc DGS2 tần số f = 2.35, hệ số suy hao tần số cộng hưởng -27,94 Đồ thị Smith Chart: Hình 3.12 Đồ thị Smith Chart anten cấu trúc DGS2 Từ đồ thị cho thấy trở kháng vào anten với cấu trúc DGS2 1,229.50 = 59 61,45Ω (tính phối hợp trở kháng khơng tốt)  Độ lợi: Hình 3.13 Độ lợi anten cấu trúc DGS2 3.5 So sánh kết anten vi dải khơng có cấu trúc DGS với anten vi dải có cấu trúc DGS Từ đồ thị hình 3.2, 3.9 3.12 cho thấy hệ số suy hao anten vi dải với cấu trúc thông thường tần số cộng hưởng -39,41dB; anten vi dải với cấu trúc DGS -50,51dB cịn với an ten có cấu trúc DGS -29,94 dB Điều chứng tỏ anten sau khắc cấu trúc DGS1 cải thiện hệ số suy hao anten, anten khắc cấu trúc DGS2 không cải thiện hệ số suy hao  Độ lợi: (a) độ lợi Anten vi dải (b) độ lợiAnten cấu trúc DGS1 (c) độ lợiAnten cấu trúc DGS2 Hình 3.14.So sánh độ lợi anten vi dải anten vi dải cấu trúc DGS * Phân tích kết sau mơ Sau khắc cấu trúc DGS1 vào anten cải thiện thơng số Return Loss, hệ số sóng đứng độ lợi anten Anten phối hợp trở kháng tốt nên cho suy hao phản xạ thấp, độ lợi tăng lên Tuy nhiên, việc khắc cấu trúc DGS cho kết bất lợi, gây ảnh hưởng đến trở kháng tương đương đường truyền vi dải, xác nâng cao trở kháng tương đương đường truyền, việc thay đổi trở kháng tương đương ảnh hưởng đến phối hợp trở kháng đường truyền vi dải 60 với kim loại anten Như trường hợp khắc mẫu DGS2 trở kháng vào anten không đạt yêu cầu phối hợp trở kháng (61.45Ω) Do vậy, việc khắc cấu trúc DGS vào anten phải tính tốn khảo sát kĩ lưỡng phần mềm HFSS trước tiến hành chế tạo anten 61 KẾT LUẬN Trong thời gian thực đồ em sâu nghiên cứu anten vi dải, phương pháp cải thiện thông số anten Qua hiểu rõ anten vi dải để đến hướng phát triển Thông qua mô phần mềm HFSS cho thấy anten vi dải với phương pháp tạo dị tật mặt phẳng đất (còn gọi cấu trúc khắc đất - DGS) hợp lý cải thiện thông số kỹ thuật anten Tuy nhiên, thời gian thực đồ án khơng nhiều nên kết cịn có số nhược điểm chưa khắc phục băng thông cịn hẹp, tính phối hợp trở kháng anten chưa thật tốt 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO Phạm Minh Việt , Kỹ thuật siêu cao tần, NXB khoa học kĩ thuật, 1998 Bạch Gia Dương, Trương Vũ Bằng Giang, Kỹ thuật siêu cao tần, NXB đại học Quốc Gia Hà Nội, 2001 Phan Anh , Lý thuyết kỹ thuật anten, NXB khoa học kĩ thuật, 1999 Mô đánh giá anten vi dải với cấu trúc DGS cho thiết bị bluetooth lượng thấp - Tạp chí khoa học Đại học Trà Vinh 63 ... 2.2 Các dạng anten vi dải thông dụng Tất anten vi dải chia làm loại bản: anten patch vi dải, dipole vi dải, anten khe dùng kỹ thuật in, anten traveling-wave vi dải  Anten patch vi dải Một anten. .. Chart anten vi dải cấu trúc DGS1 58 Hình3.8 .Hệ số SWR cấu trúc DGS1 58 Hình 3.9 Đồ thị S1 1của anten cấu trúc DGS1 58 Hình 3.10 Anten mô cấu trúc DGS 59 Hình 3.11 S11 anten. .. anten cấu trúc DGS 59 Hình 3.12 Đồ thị Smith Chart anten cấu trúc DGS2 59 Hình 3.13 Độ lợi anten cấu trúc DGS2 60 Hình 3.14 So sánh độ lợi anten vi dải anten vi dải cấu trúc DGS