Thiết kế mô phỏng anten mimo băng thông siêu rộng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: THIẾT KẾ MÔ PHỎNG ANTEN MIMO BĂNG THÔNG SIÊU RỘNG Sinh viên thực : ĐẶNG TRỌNG VIỆT Lớp : 52K - ĐTTT Giảng viên hướng dẫn : PGS.TS NGUYỄN THỊ QUỲNH HOA NGHỆ AN 5/2016 Nghệ An, 11-2012 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU iii TÓM TẮT iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ vi CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ ANTEN .1 1.1 Tổng quan 1.2 Lý thuyết chung anten 1.2.1 Giới thiệu 1.2.2 Các thông số anten 1.2.2.1 Sự xạ sóng điện từ anten .5 1.2.2.2 Giản đồ xạ 1.2.2.3 Giản đồ đẳng hướng hướng tính 1.2.2.4 Các búp sóng giản đồ xạ hướng tính 1.2.2.5 Mật độ công suất xạ 1.2.2.6 Cường độ xạ .10 1.2.2.7 Hệ số định hướng 11 1.2.2.8 Hệ số tăng ích 12 1.2.2.9 Băng thông 14 1.2.2.10 Phân cực 14 1.2.2.11 Trở kháng vào .16 1.3 Anten vi dải .17 1.3.1 Các hình dạng anten vi dải 18 1.3.2 Đặc tính anten vi dải 19 1.3.3 Các kỹ thuật cấp nguồn cho anten vi dải 20 1.3.4 Nguyên lý xạ anten vi dải 23 CHƢƠNG CÔNG NGHỆ BĂNG THÔNG SIÊU RỘNG VÀ ANTEN MIMO 25 2.1 Công nghệ UWB 25 2.1.1 Lịch sử phát triển .25 i 2.1.2 Các ưu điểm UWB 26 2.2 Anten MIMO 28 2.2.1 Đặc điểm anten MIMO 28 2.2.2 Lợi ích kỹ thuật đa anten 28 2.2.3 Mơ hình tổng qt anten MIMO .28 2.3 Các kỹ thuật tăng băng thông 30 2.3.1 Lựa chọn hình dạng thành phần xạ 30 2.3.2 Lựa chọn kỹ thuật tiếp điện 30 2.3.3 Kỹ thuật kích thích đa mode 31 2.3.4 Kỹ thuật giảm nhỏ mặt đất 31 CHƢƠNG THIẾT KẾ MÔ PHỎNG ANTEN MIMO BĂNG THÔNG SIÊU RỘNG .32 3.1 Mục đích .32 3.2 Quy trình thiết kế 32 3.3 Thiết kế mô 34 3.3.1 Thiết kế anten có tần số 7,25 GHz 34 3.3.2 Tiến hành thu hẹp đất để tăng băng thông .35 3.3.3 Thêm Stub mặt đất 36 3.4 Anten MIMO 2x2 39 KẾT LUẬN 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO 45 ii LỜI MỞ ĐẦU Xã hội phát triển nhu cầu sử dụng dịch vụ tiện ích đáp ứng nhu cầu sống cao Một ứng dụng truyền tải khơng dây tốc độ cao khoảng cách gần Để tải, di chuyển, chia sẻ tập tin có dung lượng lớn cho thiết bị khoảng gần phương thức không dây đặt yêu cầu cho nhà thiết kế thiết bị Một giải pháp sử dụng dải tần số cao có băng thơng rộng để truyền tải liệu Công nghệ UWB giải pháp hữu hiệu cho yêu cầu đặt Trong hệ thống UWB anten băng thơng siêu rộng thành phần quan trọng Chính đề tài tập trung thiết kế khảo sát anten MIMO mạch in có cấu trúc phẳng hoạt động dải tần từ 3.1-10.6 GHz Đồng thời sử dụng phần mềm CST để thiết kế mô Nội dung báo cáo gồm bốn chương Chương giới thiệu tổng quan anten Trong chúng tơi tập trung trình bày lý thuyết anten, nêu loại anten thông số anten Chương trình bày cơng nghệ băng thơng siêu rộng UWB anten MIMO bao gồm lịch sử phát triển, ưu nhược điểm công nghệ UWB lý thuyết anten MIMO ứng dụng Chương thực thiết kế mô anten MIMO băng thông siêu rộng UWB phần mềm CST, kết đạt thảo luận Cuối đề tài trình bày kết thu định hướng phát triển đề tài iii TÓM TẮT Đề tài tập trung nghiên cứu thiết kế mô anten vi dải MIMO cổng băng thông siêu rộng (UWB) hoạt động dải tần từ 3.1-10.6 GHz sử dụng phần mềm CST Anten thiết kế chất RO-4350B có số điện mơi 3.66 có bề dày 0.8 mm cấp nguồn đường truyền vi dải Các kết mơ đạt cho thấy anten có hệ số tăng tích từ đến 6.8 dBi, hiệu suất xạ 80%, hệ số tương quan nhỏ 0.02 toàn dải tần làm việc Anten đề xuất có tham số kỹ thuật ứng dụng công nghệ không dây UWB ABSTRACT The thesis focuses on study of designing and simulating port UWB MIMO microstrip antenna which operate in range of 3.1-10.6 GHz by CST software This antenna is designed on RO-4350B substrate with permitty of 3.66 and height of 8mm and fed by microstrip line The obtained simulation results show that the antenna has gain from to 6.8 dBi, radiation effiency above 80%, correlatior coefficient 0.02 in whole the operation frequency The antenna has technique parameters that can be applied for wireless UWB applications iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng anh Tiếng việt CST Computer Simulation Technology Cơng nghệ mơ máy tính EIRP Egquivalent Isotropically Công suất xạ đẳng hướng Radiated Power tương đương Federal Communications Ủy ban truyền thông Hoa Kỳ FCC Commission HD High Definition Video độ phân giải cao IEEE Institute of Electrical and Viện kỹ sư điện tử Electronics Electronics Engineers IC integrated circuit Mạch tích hợp IR - UWB Impulse radio UWB Hệ thống truyền thông vô tuyến UWB Ultra Wide Band Băng thông siêu rộng VSWR Voltage Standing Wave Ratio Tỉ số sóng đứng điện áp v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình Trang Hình 1.1 Anten thiết bị truyền sóng Hình 1.2 Mạch điện tương đương Hình 1.3 Hệ thống tọa độ để phân tích anten Hình 1.4 Giản đồ xạ vơ hướng anten Hình 1.5 Các búp sóng anten xạ hướng tính Hình 1.6 Anten vi dải 17 Hình 1.7 Các dạng anten vi dải thông dụng 18 Hình 1.8 Cấp nguồn dùng đường truyền vi dải 21 Hình 1.9 Cấp nguồn dùng cáp đồng trục 21 Hình 1.10 Cấp nguồn dùng phương pháp ghép khe Aperture coupled 22 Hình 1.11 Cấp nguồn dùng phương pháp ghép gần Proximity Coupled 22 Hình 1.12 Phân bố điện tích dịng điện anten vi dải 23 Hình 2.1 Mơ hình kênh MIMO với Nt anten phát Nr anten thu 29 Hình 3.1 Hình dạng đơn anten 34 Hình 3.2 Đồ thị hệ số suy hao S11 đơn anten 35 Hình 3.3 Giảm mặt đất 35 Hình 3.4 Đồ thị hệ số suy hao S11 36 Hình 3.5 Hình dạng anten có đường stub 36 Hình 3.6 Kết qua mô thêm đường stub S11 37 Hình 3.7 Đồ thị VSWR đơn anten 37 Hình 3.8 Độ lợi anten theo tần số đơn anten 38 Hình 3.9 Đồ thị lượng xạ anten đơn anten 38 Hình 3.10 Hiệu suất xạ đơn anten 39 Hình 3.11 Hình dạng anten MIMO 2x2 40 Hình 3.12 Đồ thi S anten MIMO 2x2 40 Hình 3.13 Hệ số tương qua hai anten MIMO 2x2 41 Hình 3.14 Đồ thị độ lợi theo tần số anten MIMO 2x2 41 Hình 3.15 Độ lợi anten MIMO 2x2 3D 42 vi Hình 3.16 Đồ thị VSWR anten MIMO 2x2 42 Hình 3.17 Cơng suất xạ anten MIMO 2x2 43 Hình 3.18 Hiệu suất xạ anten MIMO 2x2 43 vii CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ ANTEN Trong chương tìm hiểu rõ khái niệm, thông số anten Cũng đường truyền vi dải sử dụng để kích thích xạ anten 1.1 Tổng quan Trong hệ thống truyền thông không dây đại đặt yêu cầu băng thông rộng hơn, đa tần anten kích thước nhỏ có nhu cầu lớn cho ứng dụng thương mại quân Điều thúc đẩy trình nghiên cứu anten theo hướng khác Một số sử dụng anten có cấu trúc vi dải Theo truyền thống, anten hoạt động băng tần đơn kép, anten khác cần thiết cho ứng dụng khác Anten thành phần quan trọng hệ thống thông tin liên lạc không dây sử dụng tần số vô tuyến điện sóng vi ba Theo định nghĩa, anten thiết bị sử dụng để chuyển đổi tín hiệu vơ tuyến thành tín hiệu điện chuyển đổi tín hiệu điện thành tín hiệu vơ tuyến khơng gian tự Các tiêu chuẩn IEEE định nghĩa thuật ngữ cho Antennas (IEEE Std 1451983) "một phương tiện để phát xạ nhận sóng vơ tuyến" Nói cách khác, cấu trúc chuyển tiếp không gian tự thiết bị định hướng thực để phát nhận sóng điện từ cách hiệu Anten thường sử dụng phát thanh, truyền hình, điện thoại di động, radar hệ thống khác liên quan đến việc sử dụng sóng điện từ Anten hoạt động thuộc tính biết đến tác động qua lại, có nghĩa anten trì đặc điểm giống khơng phân biệt truyền nhận Các nhà khai thác tìm kiếm loại anten hoạt động nhiều dải tần cấu hình lại theo yêu cầu thay đổi hệ thống Hơn số ứng dụng địi hỏi phải có tính thẩm mỹ việc thiết kế anten Đặt yêu cầu thu nhỏ anten tốt Hiện nhiều thiết bị di động sử dụng anten có kích thước phần tư bước sóng mà chủ yếu phần dây xạ cắt theo chiều dài xác định Mặc dù đơn giản chúng có tính chất xạ tuyệt vời Tuy nhiên hệ thống hoạt động 900 MHz GSM, chiều dài anten phần tư bước sóng dài so với kích thước thiết bị, đặt mối phiền tối cho người sử dụng Anten vi dải có lợi cao để thiết kế anten với đặc tính xạ tương tự anten phần tư bước sóng giữ đặc tính xạ Những xu hướng khoa học cơng nghệ truyền thơng khơng dây hưởng lợi Ngày có nhiều hệ thống giới thiệu tích hợp nhiều cơng nghệ Chúng thường yêu cầu để vận hành nhiều dải tần số, chúng cần hệ thống anten đáp ứng yêu cầu Giờ có nhiều quan tâm đến anten xạ vi dải Bởi tính đơn giản khả tương thích với cơng nghệ in mạch, anten vi dải sử dụng rộng rãi loại anten Đơn giản cần anten vi dải hình chữ nhật hình dạng khác, với bề mặt xạ kim loại bề mặt điện môi Anten xạ vi dải hấp dẫn ứng dụng anten với nhiều lý Chúng chế tạo dễ dàng rẻ tiền để sản xuất, trọng lượng nhẹ, phẳng dễ thích hợp vào thiết bị Ngồi chúng sản xuất phần tử độc lập phần mảng Tuy nhiên ưu điểm bù lại hiệu thấp băng thông hạn chế 1.2 Lý thuyết chung anten 1.2.1 Giới thiệu Một anten định nghĩa từ điển Webster "một thiết bị thường kim loại (như que dây) để xạ nhận sóng vơ tuyến" Các tiêu chuẩn IEEE Standard Definitions of Terms for Antennas (IEEE Std 145 1983) định nghĩa anten "một phương tiện để xạ nhận sóng radio" Nhiều cấu trúc khác hoạt động anten Nói chung anten xây dựng vật liệu điện dẫn xây dựng nhiều hình dạng kích cỡ Kích thước có liên quan đến bước sóng hoạt động anten Một anten thiết kế để hoạt động 10 kHz luôn lớn nhiều so với anten thiết kế để hoạt động 10 GHz Thiết bị dùng để xạ sóng điện từ (anten phát) thu nhận sóng (anten thu) từ khơng gian bên ngồi gọi anten Nói cách khác, anten cấu trúc chuyển tiếp khơng gian tự thiết bị dẫn sóng, thể hình 1.1 Các ưu điểm bảo vệ anten khỏi xạ “giả” từ phần tiếp điện, sử dụng chất cho cấu trúc tiếp điện anten, sử dụng chất dày để tăng băng thông anten 2.3.3 Kỹ thuật kích thích đa mode Kỹ thuật kích thích đa mode Sử dụng nhiều mode cộng hưởng phương pháp hiệu thiết kế anen vi dải băng rộng Ý tưởng phương pháp xuất phát từ cộng hưởng ghép, hai cộng hưởng nhiều ghép với để bao phủ toàn dải tần mong muốn Phương pháp áp dụng cho nhiều hình dạng mặt xạ khác Có nhiều phương pháp để thiết kế theo khái niệm với mục tiêu tăng băng thông trở kháng Ta khảo sát phương pháp, dùng hai thành phần cộng hưởng nhiều (tần số cộng hưởng thành phần khác đôi chút), thành phần cộng hưởng ghép “sát” với thành phần cộng hưởng khác Việc ghép “sát” điều khiển để tăng băng thông 2.3.4 Kỹ thuật giảm nhỏ mặt đất Kỹ thuật giảm nhỏ mặt đất kỹ thuật thường sử dụng để tạo tần số cộng hưởng có băng thơng siêu rộng Với kỹ thuật người ta sử dụng cách thu nhỏ mặt đất phía đường cấp nguồn để tạo cộng hưởng tần số xung quang tần số cộng hưởng trung tâm [4],[5] 31 CHƢƠNG THIẾT KẾ MÔ PHỎNG ANTEN MIMO BĂNG THÔNG SIÊU RỘNG 3.1 Mục đích Trong đồ án tập trung thiết kế anten hoạt động dải tần anten siêu rộng UWB Cấu trúc anten đề xuất tác nhóm tác giả “Li Liu, S W Cheung” công bố tài liệu [6] Anten thiết kế chất RO4350B với số điện môi 3.66 tiếp diện đường vi dải 50 Ω Anten có kích thước phải nhỏ gọn phải đạt yêu cầu kỹ thuật anten vi dải 3.2 Quy trình thiết kế Anten MIMO băng thơng siêu rộng thiết kế qua bước sau: - 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 có dải thông từ 3.1 Ghz đến 10.6 GHz đặt lớp điện môi chất RO-4350B với số điện mơi 3,66 có độ dày h = 0.8 mm - Thực trình giảm đất để mở rộng băng thông tần số cộng hưởng; - Thêm đường sau mặt đất để tăng thông số S11 ; - Tiến hành phối hợp trở kháng cho anten tăng cường khản hoạt động anten; - Ghép hai anten lại để tạo anten MIMO Để tiến hành tính tốn thơng số ban đầu anten ta sử dụng công thức sau: Chiều rộng mặt xạ tính theo cơng thức: c W (3.1) r 1 f0 Hệ số điện môi hiệu dụng:  reff   r 1  r 1   h  12  w  32 1 (3.2) Độ dài hiệu anten xác định theo công thức: Leff  c (3.3) f  reff Độ tăng độ dài tính: L  0, 412   reff reff w   0,3   0, 264  h  w   0, 258    0,8  h  (3.4) Độ dài thực mặt xạ: L  Lreff  2L (3.5) Kích thước mặt đất là: Wg  6h  W (3.6) Lg  6h  L (3.7) Để trở kháng ngõ vào anten 50Ω, điểm cấp tín hiệu cho anten lấn sâu vào anten khoảng y0 với: y0  L 50 cos 1 180 Rin (3.8) Chiều rộng đường line: Wf    2h   r 1  0.61    B   ln  B  1  ln  B  1  0,39     2 r   r   (3.9) Trong đó: B 377 2Z  r (3.10)  3,96 (3.11) Chiều dài đường line: Lf Wf 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 33 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 3.3 Thiết kế mơ Trong phần thiết kế tiến hành bước đề cập mục 3.2 3.3.1 Thiết kế anten có tần số 7,25 GHz Áp dụng cơng thức tính tốn mục 3.2 có thơng số anten sau Sử dụng chất RO-4350B với số điện môi 3.66, độ cao điện môi h = 0.8mm bề rộng mặt xạ W1  10mm , chiều dài mặt điện môi mặt đất L = 26mm, độ rộng điện môi mặt đất W = 29mm, chiều dài đường line L f  9mm , độ rộng đường line W f  1.8mm , D1  6.1mm W W1 L Lf D1 wf Hình 3.1 Hình dạng đơn anten 34 Kết mơ anten vi dải ban đầu cho ta tần số cộng hưởng F0 hình 3.2 ta nhận thấy S11  3dB Anten chưa đạt điều kiện S11  9.5dB để anten hoạt động S11 (dB) -1 -2 -3 -4 -5 Frequency (GHz) 10 Hình 3.2 Đồ thị hệ số suy hao S11 đơn anten 3.3.2 Tiến hành thu hẹp đất để tăng băng thơng Nhằm mở rộng băng thơng qua kỹ thuật mở rộng băng thơng trình bày mục 2.3 q trình khảo sát thực nghiệm mơ chọn phương pháp thu nhỏ mặt đất [4], [5] Hình 3.3 mơ tả hình dạng anten tiến hành khảo sát thu nhỏ kích thước mặt đất Kết khảo sát thể hình 3.4 Ta nhận thấy với chiều rộng L1  8mm cho kết băng thông rộng đáp ứng yêu cầu băng thông L1 Hinh 3.3 Giảm mặt đất 35 -5 S11 (dB) -10 -15 -20 -25 7mm 8mm 9mm -30 Frequency (GHz) 10 Hình 3.4 Đồ thị hệ số suy hao S11 3.3.3 Thêm Stub mặt đất Đã khảo sát tài liệu [7]-[11] tiến hành thêm stub hình chữ L mặt đất làm giảm hệ số suy hao S11 Hình 3.5 thể hình dạng anten thêm đường stub W3 L1 W2 Hình 3.5 Hình dạng anten có đường stub Hình 3.6 thể kết đồ thị suy hao S11 thêm đường stub hình chữ L với thơng số W3  3mm , W2  14mm Kết mô cho ta thấy hệ số suy hao S11 anten đáp ứng yêu cầu anten vi dải 36 -5 -10 S11 (dB) -15 -20 -25 -30 -35 S11 -40 Frequency (GHz) 10 Hình 3.6 Kết qua mô thêm đường stub S11 Hệ số VSWR 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 Hình 3.7 thể kết mô hệ số VSWR dải tần hoạt động Từ đồ thị mô ta nhận thấy VSWR  dải tần số hoạt động đáp Voltage Standing Wave Ration(VSWR) ứng yêu cầu đặt 4 10 Frequency (GHz) Hình 3.7 Đồ thị VSWR đơn anten Hệ số tăng ích anten xác định cách so sánh mật 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 Hình 3.8 kết mơ 37 độ tăng ích anten theo tần số Ta nhận thấy Gain dải tần số hoạt động anten lớn dBi 6,0 5,5 Realized gain (dBi) 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 10 Frequency (GHz) Hình 3.8 Độ lợi anten theo tần số đơn anten Radiated Power (dBm) 27 26 25 24 23 22 21 20 10 Frequency (GHz) Hình 3.9 Đồ thị lượng xạ đơn anten Theo tiêu chuẩn tổ chức viễn thông quốc tế anten microstrip muốn hoạt động lượng xạ tần số phải lớn 20 dBm [3] Trên hình 3.9 đồ thị khảo sát tổng lượng xạ theo tần số anten Năng 38 lượng xạ anten lớn 26dBm tồn dải hoạt động Vậy hình 3.9 anten đạt yêu cầu thiết kế lượng xạ 1,0 Total Efficiency 0,8 0,6 0,4 0,2 10 Frequency (GHz) Hình 3.10 Hiệu suất xạ đơn anten Hiệu suất anten vi dải khẳn chuyển đổi lượng nguồn cung cấp vào lượng xạ anten Trên hình 3.10 thể hiệu suất anten theo tần số Nhận thấy với cấu trúc anten cho hiệu suất xạ anten lớn 80% toàn dải tần làm việc 3.4 Anten MIMO 2x2 MIMO (Multiple Input Multiple Output) kỹ thuật dùng nhiều anten đầu phát đầu thu để phát nhiều kênh độc lập không gian tự nên đạt tốc độ bit cao so với sử dụng anten thông thường Mặt khác, việc sử dụng nhiều anten đầu thu thu độ lợi phân tập cao truyền nhiều dòng liệu song song nên tăng dung lượng hệ thống Chính ưu điểm mà hệ thống anten MIMO thu hút nhiều nhóm nghiên cứu tồn giới Để thiết kế anten MIMO cấu trúc anten vi dải sử dụng phổ biến có nhiều ưu điểm nhỏ gọn, dễ chế tạo, dễ dàng lắp đặt, giá thành thấp dễ dàng tích hợp với vi mạch Sau tiến hành ghép nối tạo anten MIMO hai cổng từ anten thiết kế mục 3.3 Để đạt hệ số tương quan nhỏ sử dụng cấu trúc hai mặt xạ đặt vng góc hình 3.11 Cùng với q trình mơ khảo sát lựa chon kích thước với L1  8mm , D2  10mm , D3  9mm , W4  14mm 39 L1 D2 D3 W4 Hinh 3.11 Hình dạng anten MIMO 2x2 Sau ghép hai anten UWB lại với ta có anten MIMO UWB có đồ thị hệ số suy hao S11 ,S22 thể hình 3.12 Từ kết mơ hệ số suy hao hai anten hệ số suy hao hai anten nhỏ -9.5dB dải tần hoạt động -5 S - Parameter (dB) -10 -15 -20 -25 -30 -35 S11 S22 -40 Frequency (GHz) Hình 3.12 Đồ thị S anten MIMO 2x2 40 10 Một thông số quan trọng anten MIMO hệ số tương quan anten với Hệ số tương quan bé ảnh hưởng anten lên anten nhỏ Thông thường hệ số tương quan anten thường nhỏ 0,02 Trong hình 3.13 thể hệ số tương quan hai anten theo tần số Ta nhận thấy hệ số tương quan nhỏ 0,015 dải tần hoạt động hệ số tương quan nhỏ dải tần từ GHz đến 10,6 GHz 0,05 Env_Corr_Coeff from S 0,04 0,03 0,02 0,01 0,00 -0,01 10 Frequency (GHz) Hình 3.13 Hệ số tương qua hai anten MIMO 2x2 Gain theo tần số anten MIMO 2x2 UWB thể hình 3.14 Gain anten MIMO UWB đáp ứng yêu cầu kỹ thuật gain dải tần làm việc Realized gain (dBi) 4 10 Frequency (GHz) Hình 3.14 Đồ thị độ lợi theo tần số anten MIMO 2x2 41 Hinh 3.15 Độ lợi anten MIMO 2x2 3D Qua hình 3.8 hình 3.14 ta nhận thấy so với đơn anten anten MIMO cải thiện đáng kể độ lợi Đặc biệt vùng tần số cao độ lợi anten tăng lên lớn Voltage Standing Wawe Ration (VSWR) C1 C2 10 Frequency (GHz) Hinh 3.16 Đồ thị VSWR anten MIMO 2x2 Hình 3.16 kết mơ hệ số VSWR theo tần số anten MIMO 2x2 Từ hình 3.16 ta nhận thấy hệ số VSWR nhỏ dải tần hoạt động Do anten MIMO đạt yêu cầu hệ số VSWR Thông số kỹ thuật cần quan tâm anten lượng xạ anten Anten muốn hoạt động tốt phải đạt ngưỡng lượng xạ Hình 3.17 thể lượng xạ theo tần số anten MIMO 2x2 Qua đồ 42 thị ta nhận thấy anten MIMO có lượng xạ lớn 26dBm dải tần làm việc đáp ứng yêu cầu lượng xạ anten [3] 28 Radiated Power (dBm) 27 26 25 24 23 22 21 C1 C2 20 10 Frequency (GHz) Hình 3.17 Cơng suất xạ anten MIMO 2x2 1,0 Total Efficiency 0,8 0,6 0,4 C1 C2 0,2 10 Frequency (GHz) Hình 3.18 Hiệu suất xạ anten MIMO 2x2 Hình 3.18 thể kết mô hiệu suất anten MIMO 2x2 Từ kết mô nhận thấy anten thiết kế đáp ứng yêu cầu kỹ thuật đặt ban đầu 43 KẾT LUẬN Trong đồ án chúng tơi thiết kế mơ thành công anten MIMO hai cổng tiếp điện đường truyền vi dải sử dụng phần mềm CST Anten MIMO giúp cải thiện độ lợi anten so với anten riêng lẻ Gain anten MIMO lớn 2dBi toàn dải tần làm việc Thiết kế anten nhỏ gọn với kích thước 26 x 40mm có băng thơng rộng tích hợp vào thiết bị sử dụng truyền thông không dây UWB Anten thiết kế cho hiệu suất xạ lớn 80% trong toàn dải tần làm việc Với anten thiết tục phát triển theo hướng giảm nhỏ kích thước để tích hợp nhiều anten băng thơng siêu rộng diện tích nhỏ Tạo mảng anten hay anten MIMO nhiều cổng nhằm cải thiện thông số kỹ thuật anten nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Constantine A Balanis, Antena Theory-Analysis and Design, John Willey & Son, INC, Second Editon [2] Chin Liong Yeo, Active Microstrip Array Antennas, Submitted for the degree of Bachelor of Engineering, University of Queensland [3] http://www.antenna-theory.com/design/cellantenna.php, truy nhập cuối ngày 20/5/2016 [4] N Prombutr et al ”Bandwidth increasing technique using modified ground plane with diagonal edges” IETE Res, vol 55, pp 196 − 200,2009 [5] J.D.Kraus, R J Marhefka, Antennas for all applications, 2nd ed, McGraw Hill, New York, 2002 [6] Li Liu, S W Cheung ”Compact MIMO Antenna for Portable Devices in UWB Applications ” , IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 2013, v 61 n.8, p 4257-4264 [7] L Zheng and C Tse, “Diversity and multiplexing: A fundamental tradeoff in multiple-antenna channels ” IEEE Trans Inf Theory, vol.49, pp 1073– 1096, May 2003 [8] K L Wong, S W Su, and Y L Kuo, “A printed Ultra-wideband diversity monopole antenna ” Microw Opt Technol Lett., vol 38, no 4, pp 257–259, 2003 [9] L Liu, H Zhao, T S P SEE, and Z N Chen, “A printed ultra-wideband diversity antenna” in Proc Int Conf on Ultrawideband (ICUWB’2006), Waltham, MA, USA, Sep 2006, pp 351–356 [10] S Hong, K Chung, J Lee, S Jung, S S Lee, and J Choi, “Design of a diversity antenna with stubs for UWB applications” Microw Opt Technol Lett., vol 50, no 5, pp 1352–1356, 2008 [11] S Zhang, Z Ying, J Xiong, and S He, “Ultrawideband MIMO/diversity antennas with a tree-like structure to enhance wideband isolation ” IEEE Antennas Wireless Propag Lett., vol 8, pp 1279–1282, 2009 45 ... CHƢƠNG THIẾT KẾ MÔ PHỎNG ANTEN MIMO BĂNG THÔNG SIÊU RỘNG .32 3.1 Mục đích .32 3.2 Quy trình thiết kế 32 3.3 Thiết kế mô 34 3.3.1 Thiết kế anten. .. thơng siêu rộng UWB anten MIMO bao gồm lịch sử phát triển, ưu nhược điểm công nghệ UWB lý thuyết anten MIMO ứng dụng Chương thực thiết kế mô anten MIMO băng thông siêu rộng UWB phần mềm CST, kết... tâm [4],[5] 31 CHƢƠNG THIẾT KẾ MÔ PHỎNG ANTEN MIMO BĂNG THƠNG SIÊU RỘNG 3.1 Mục đích Trong đồ án tập trung thiết kế anten hoạt động dải tần anten siêu rộng UWB Cấu trúc anten đề xuất tác nhóm