Thiết kế và mô phỏng anten fractal sierpinski carpet cho truyền thông không dây

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH 621.382 KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG ANTEN FRACTAL SIERPINSKI CARPET CHO TRUYỀN THÔNG KHÔNG DÂY Giảng viên hướng dẫn : ThS LÊ THỊ KIỀU NGA Sinh viên thực : HỒ XUÂN SƠN Lớp : 51K1 - ĐTVT Khóa học : 2010 - 2015 NGHỆ AN - 2015 i MỤC LỤC MỤC LỤC i LỜI MỞ ĐẦU iv TÓM TẮT v DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ vii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ix CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ANTEN 1.1 Tổng quan 1.2 Lý thuyết chung anten 1.2.1 Giới thiệu 1.2.2 Các thông số anten 1.3 Anten vi dải đường truyền vi dải 19 1.3.1 Cấu trúc đường truyền vi dải 19 1.3.2 Cấu trúc trường đường truyền vi dải 20 1.3.3 Anten vi dải 21 CHƯƠNG LÝ THUYẾT VỀ ANTEN FRACTAL 25 2.1 Hình học Fractal 25 2.1.1 Định nghĩa Fractal 25 2.1.2 Bối cảnh 25 2.1.3 Tại Fractal Anten phần tử ? 26 2.1.4 Hình học Fractal 28 2.2 Quy trình chế tạo ứng dụng Fractal 34 2.2.1 Quy trình chế tạo: Hệ thống hàm lặp (IFS) 34 2.2.2 Fractals ứng dụng 38 2.2.3 Các lợi ích đề cập Anten Fractal 38 2.2.4 Nhược điểm Fractal Antenna 40 CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 41 3.1 Giới thiệu 41 ii 3.2 Fractal Anten 41 3.3 Nguyên tắc Rumsey điều kiện HCR 42 3.5 Thiết kế anten 43 3.6 Kết mô 46 KẾT LUẬN 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 iii LỜI MỞ ĐẦU Trong năm gần đây, nhiều anten phẳng thiết kế thỏa mãn yêu cầu băng thông hệ thống truyền thông di động tế bào nay, bao gồm GSM (Global System for Mobile communication, 890 – 960 MHz), DCS (Digital Communication System, 1710 – 1880 MHz), PCS (Personal Communication System, 1850 – 1990 MHz) UMTS (Universal Mobile Telecommunication System, 1920 – 2170 MHz), phát triển xuất nhiều tài liệu liên quan Anten phẳng thích hợp ứng dụng thiết bị truyền thông cho hệ thống mạng cục không dây (Wireless Local Area Network, WLAN) dải tần 2.4 GHz (2400 – 2484 MHz) 5.2 GHz (5150 – 5350 MHz) Đề tài tập trung thiết kế khảo sát anten mạch in có cấu trúc anten fractal Sierpinski Carpet hoạt động đa dải tần từ 2-14GHz Đồng thời sử dụng phần mềm Ansoft HFSS để thiết kế mô Nôi dung báo cáo gồm chương: Chương 1: Tổng quan anten: Trình bày lý thuyết anten, nêu loại anten thông số anten Chương 2: Lý thuyết anten fractal: Trình bày chi tiết anten fractal: Nguồn gốc cấu tạo, trình tạo fractal, dạng anten factal ứng dụng truyền thông không dây Chương 3: Thiết kế kết mơ phỏng: Trình bày thiết kế mô anten fractal Sierpinski Carpet phần mềm Ansoft HFSS Kết luận: Kết qua thu hướng phát triển đề tài iv TÓM TẮT Anten đa tần, độ lợi lớn kích thước nhỏ cần thiết hỗ trợ nhiều ứng dụng không dây, dẫn đến thiết kế Anten Fractal Anten Fractal thiết kế theo nguyên tắc tương tự, chúng chiếm diện tích có kích thước nhỏ Hơn nữa, chúng có giản đồ xạ trở kháng đầu vào tương tự anten đa tần lớn Đồ án trình bày thiết kế anten fractal Sierpinski Carpet với ba lần lặp Đề tài tập trung thiết kế khảo sát anten mạch in có cấu trúc anten fractal Sierpinski Carpet hoạt động nhiều dải tần từ 2-14GHz Đồng thời sử dụng phần mềm Ansoft HFSS để thiết kế mô Anten đưa thiết kế chất FR4 với số điện môi 4.4 cấp nguồn đường truyền vi dải 50 ohm, cách thay đổi chu vi mặt xạ sau lần lặp ABSTRACT The multi-frequency antenna, the gain larger and smaller sizes are needed in support multiple wireless applications led to the design of Fractal Antenna Fractal antenna is designed according to the same principle, they take up less space and therefore small size Furthermore, they can get radiation patterns and input impedance similar to a multiband antenna larger This thesis presents Sierpinski fractal antenna design Carpet with three iterations The thesis focus on designing and surveying a printed circuit antenna have structure Sierpinski Carpet fractal antenna multiband operate from 2-14GHz And using Ansoft HFSS software for design and simulation The antenna has been designed made on FR4 substrate with a dielectric constant of 4.4 and fed with 50 ohms microstrip line, by changing the perimeter of the surface radiation after each iteration v DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng Trang Bảng 2.1 Các tính lợi ích cơng nghệ hệ thống anten fractal 39 Bảng 3.1 Kích thước thiết kế ban đầu anten 44 Bảng 3.2 S11, VSWR tần số cộng hưởng lần lặp thứ 50 Bảng 3.3 S11, VSWR tần số cộng hưởng thiết kế lần lặp thứ hai 51 Bảng 3.4 S11, VSWR tần số cộng hưởng thiết kế lần lặp thứ ba 53 vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình Trang Hình 1.1 Ví dụ Fractals tìm thấy tự nhiên Hình 1.2 Anten thiết bị truyền sóng Hình 1.3 Phương trình tương đương Thevenin cho hệ thống anten hình 1.2 Hình 1.4 Hệ thống tọa độ để phân tích anten Hình 1.5 Giản đồ xạ vơ hướng anten Hình 1.6 Các búp sóng anten xạ hướng tính 10 Hình 1.7 Cấu trúc đường truyền vi dải 20 Hình 1.8 Giản đồ trường đường vi dải 20 Hình 1.9 Cấu trúc anten vi dải đơn giản 21 Hình 1.10 Một vài dipole mạch in vi dải 22 Hình 1.11 Vài cấu hình anten sóng chạy vi dải mạch in 23 Hình 1.12 Anten patch hình chữ nhật 24 Hình 2.1 Thế hệ bốn lần lặp cuves Hilbert 27 Hình 2.2 Ví dụ anten fractal khác 28 Hình 2.3 Bốn lớp cấu trúc Sierpinski carpet 29 Hình 2.4 Bước xây dựng đường cong hình học koch 30 Hình 2.5 Bốn giai đoạn xây dựng đường cong Hilbert 31 Hình 2.6 Anten microstrip patch 32 Hình 2.7 Initiator cách tạo Peano giusepe fractal 32 Hình 2.8 Giusepe Peano fractal áp dụng cho cạnh vá lỗi kim loại 33 Hình 2.9 Hình học đề xuất 33 Hình 2.10 Minh họa năm lần lặp cho fractal Pythagore 35 Hình 2.11 Các phép biến đổi affine 36 Hình 2.12 Đường cong koch chuẩn hệ thống chức lặp 36 Hình 2.13 Bốn giai đoạn việc xây dựng đường vii cong koch chuẩn thông qua cách tiếp cận hệ thống chức lặp 37 Hình 2.14 Các hệ thống mã chức lặp cho gasket Sierpinski 42 Hình 3.1 Điều kiện Hohlfield-Cohen-và-Rumsey 45 Hình 3.2 Sơ đồ anten seirpinski carpet đề xuất 47 Hình3.3(a) Thiết kế RMSA đơn giản W=37.26mm, L=28mm, Ls=10mm,Ws=3mm Hình 3.3(b) Đồ thị S11 cho thiết kế RMSA 47 47 Hình 3.3(c) Đồ thị Smith 48 Hình 3.3(d) Đồ thị VSWR cho thiết kế RMSA 48 Hình 3.3(e) Đồ thị xạ 3D 49 Hình 3.4(a) Thiết kế lần lặp SCFA,Ws=3mm, Ls=10mm, Wc=12.4mm, Lc=9.4mm 50 Hình 3.4(b) Đồ S11 cho thiết kế lần lặp 50 Hình 3.4(c) Đồ thị VSWR cho lần lặp 51 Hình 3.5(a) Thiết kế lần lặp thứ 51 Hình 3.5(b) Đồ S11 cho thiết kế lần lặp thứ hai 52 Hình 3.5(c) Đồ thị VSWR cho lần lặp thứ hai 52 Hình 3.6(a) Thiết kế lần lặp thứ ba 53 Hình 3.6(b) Đồ S11 cho thiết kế lần lặp thứ ba 53 Hình 3.6(c) Đồ thị VSWR cho lần lặp thứ ba 53 Hình 3.7 Đồ thị so sánh S11 ba lần lặp 54 Hình 3.8 Đồ thị so sánh VSWR ba lần lặp 54 viii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Nghĩa tiếng anh Nghĩa tiếng việt VSWR Voltage standing wave ratio Tỉ số sóng đứng điện áp D Directivity Định hướng BW Bandwidth Băng thông IFS Iterated function system Hệ thống hàm lặp FEA Fractal element antenna Anten phần tử fractal SCFA Sierpinski Carpet Fractal antenna Anten fractal Seirpinski carpet CW Clockwise Chiều kim đồng hồ CCW Counterclockwise Ngược chiều kim đồng hồ AR Axial ratio Tỉ lệ trục ix CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ANTEN Trong chương tìm hiểu hình học Fractal 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 băng thông rộng hơn, đa tần, anten kích thước nhỏ có nhu cầu lớn cho ứng dụng thương mại quân Điều bắt đầu nghiên cứu anten theo hướng khác nhau; số sử dụng yếu tố anten hình fractal Theo truyền thống, anten hoạt động băng tần đơn kép, nơi anten khác cần thiết cho ứng dụng khác Antenna thành phần quan trọng hệ thống thông tin liên lạc không dây sử dụng tần số vơ tuyến điện sóng vi ba Theo định nghĩa, anten thiết bị sử dụng để chuyển đổi tín hiệu vô tuyến, di chuyển dây dẫn, trở thành sóng điện từ khơng gian tự Các tiêu chuẩn IEEE định nghĩa thuật ngữ cho Antennas (IEEE Std 145-1983) định nghĩa anten không "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 xạ 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 trình diễn 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 yêu cầu thay đổi hệ thống Hơn nữa, tính thẩm mỹ việc thiết kế hệ thống ln quan trọng số ứng dụng địi hỏi phải có anten thu nhỏ tốt Fractal hình dạng hình học có tính chất tương tự, là, phần hình dạng phiên nhỏ tồn hình dạng Thuật ngữ fractal ban đầu đặt Mandelbrot để mơ tả họ hình dạng phức tạp mà có Điều kiện HCR: Vào năm 1999, Hohlfeld Cohen nhận thấy tất antenbất biến tần số phải tương tự (fractal) điểm, nguồn gốc đối xứng điểm Kết tìm kiếm nguyên tắc Rumsey đặc biệt, chứng minh hữu ích trường hợp phát nhiều chung toàn diện ngày gọi điều kiện "Hohlfeld - Cohen-và-Rumsey" (HCR) 3.5 Thiết kế anten Tiêu chuẩn kỹ thuật anten vi dải: - Hệ số phản xạ: S11 < -9.5dB - Hệ số sóng đứng:  SWR  - Phối hợp trở kháng: 50  Để sử dụng anten cho ứng dụng khác yêu cầu anten anten đa băng thông thu nhỏ để phù hợp với ứng dụng không dây khác Hình học Antenna Sierpinski Carpet lên đến lần lặp lại trình bày Hình 5.2 Nhà tốn học Ba Lan Wacław Sierpinski (1882-1969) trình bày Sierpinski Carpet vào năm 1916 [10] Các thiết kế bắt đầu với Sierpinski Carpet Planar Monopole Antenna Các miếng xạ hình chữ nhật thiết kế Trong lần lặp miếng xạ vuông phân đoạn cách loại bỏ hình vng nó, cách lấy hệ số tỉ lệ 1/3 Đối với phân đoạn lặp thứ hai thực tám vng cịn lại theo hệ số tỉ lệ 1/3 Phương pháp tương tự sử dụng cho lần lặp lại với hệ số tỉ lệ giống Bằng cách sử dụng phương pháp này, thiết kế ba lần lặp lại thể hình 3.2 Miếng xạ hình chữ nhật thiết kế chất FR4 có độ dày 1,6 mm số điện môi 4,4 tần số làm việc ban đầu f0= 2.45GHz Kích thước miếng xạ tính tốn cách sử dụng công thức đưa sách Balani [19] thực : - Chiều rộng mặt xạ tính theo cơng thức: c W  f0  r 1  *108 4.4  * 2.45 *10 *  37.26m  (3.1) 43 Trong đó: c vận tốc ánh sáng f0 tần số cộng hưởng anten  r hệ số điện môi lớp điện môi Hệ số điện môi hiệu dụng  reff phụ thuộc vào kích thước (w, h) xác định theo cơng thức:  reff   r   r 1   h  12    w 1 4.4  4.4   1.66 *10 3    1  12  2  0.03726  1  4.08 (3.2) Độ dài hiệu dụng anten xác định theo công thức: Leff  c f  reff  * 108 * 2.45 * 109 4.08  0.02964m (3.3) Độ tăng độ dài tính theo cơng thức: L  0.412h  reff  reff w  4.08  0.3 0.037263  0.264   0.3  0.264  h   0.412 * 1.66 * 10 3  1.66 * 10   7.32 * 10  m w  4.08  0.258 0.037263  0.8   0.258  0.8  h   1.66 * 10  (3.4) Độ dài thực mặt xạ tính cơng thức: L  Leff  2l  0.02964  * 7.32 *10 4  0.02799m (3.5) Kích thước mặt đất (Wg Lg) xác định theo công thức : W g  6h  W  * 1.66 * 10 3  0.03726  0.04686m (3.6) L g  6h  L  * 1.66 * 10 3  0.02799  0.03759m Bảng 3.1 Kích thước thiết kế ban đầu anten  r = 4.4 Lớp điện môi (FR4) tan   0.09 Độ cao lớp điện môi c W  f0  reff  1.66 mm r 1 37.26 mm r 1 r 1   h 1  12 w    1 4.08 44  L  0.412h Leff   reff reff w   0.3  0.264  h  w   0.258  0.8  h   7.32*10-4 m c 29.64 mm f  reff L  Leff  2l 27.99 mm Hình 3.2 Sơ đồ anten seirpinski carpet đề xuất Anten sử dụng kỹ thuật tiếp điện vi dải, kỹ thuật dải dẫn kết nối trực tiếp đến cạnh mặt xạ anten Dải dẫn thiết kế bề mặt với mặt xạ Kích thước dải dẫn (Ws, Ls) xác định sau: Trở kháng đặc tính đường truyền là: Z0 = 50  Chiều rộng dải dẫn tính theo cơng thức sau: Ws  2h   R 1  0.61  B   ln 2 B  1  ln( B  1)  0.39     2 R   r  Trong đó: B 377  5.58 2Z  r Mối quan hệ chiều dài chiều rộng: Ls  3.96 Ws 45 Seirpinski Carpet xây dựng việc sử dụng hình vng anten vi dải Đối với thiết kế fractal phương pháp phải tuân theo công thức cho [20]: N n  8n 1 Ln     3 (3.7) n 8 An    9 (3.8) n  ln N n    1.89 d n   lim    ln Ln  (3.9) (3.10) Trong đó: N n : Số lượng hộp đen Ln : Tỉ lệ độ dài An : Tỉ lệ vùng fractal sau n lần lặp d n : Kích thước công suất n: Là số lần lặp Trong cách làm việc này, kỹ thuật tiếp điện vi dải sử dụng Các vị trí tiếp điện vi dải đến mặt xạ điều chỉnh để phù hợp với trở kháng đầu vào (thường 50 ohm) Một công cụ mô tiêu chuẩn công nghiệp cho lĩnh vực mơ 3D sóng điện từ, phần mềm HFSS sử dụng để mơ hình hóa mô anten đề xuất 3.6 Kết mô Để thiết kế anten Sierpinski Carpet, mô cách thay đổi hai thông số: 1) vị trí đường tiếp điện từ cạnh bề mặt 2) Chiều rộng tiếp điện vi dải Bằng cách lựa chọn thông số, anten đề xuất điều chỉnh lại hoạt động dải tần số 2GHz -14 GHz Thiết kế RMSA đơn giản dựa công thức cho Balani (3.1), (3.2), (3.3), (3.4), (3.5), (3.6) với tần số ban đầu f  2.45GHz Hình 3.3(a) cho thấy: 46 Hình 3.3(a) Thiết kế RMSA đơn giản W=37.26mm, L=28mm, Ls=10mm,Ws=3mm Hình 3.3(b) biểu diễn đồ thị S11 cho thiết kế RMSA đơn giản, kết mô thu sau: Suy hao ngược: RL = -26.13dB , f = 2.44GHz Kết cho thấy RMSA thiết kế có tần số gần với tần số f0 cho trước Hình 3.3(b) Đồ thị S11 cho thiết kế RMSA Hình 3.3(c) Đồ thị Smith 47 Hình 3.3(d) Đồ thị VSWR cho thiết kế RMSA Hình 3.3(e) Đồ thị xạ 3D Đánh giá kết mô cho RMSA: Kết đạt được: - S11(RL) = -26.13dB - RX = 0.9082 - 0.0215i - SWR = 1.1039 Từ kết mô Anten tiếp điện đường truyền vi dải ta thấy: - Kết mô từ đồ thị hệ số tổn hao nhận thấy tần số gần với tần số cộng hưởng cho trước khảo sát anten f = 2.44GHz Sai số: 0.4% - Hệ số tổn hao anten khơng lớn = -26.13 dB (< -9.5dB) ta sử dụng anten hoạt động tần số 2.44GHz hay sử dụng tần số để khảo sát anten 48 - Việc tính tốn chỉnh mặt xạ anten có vai trị quan trọng việc tạo tần số cộng hưởng mong muốn - Trở kháng vào xấp xỉ trở kháng đặc tính Z0 = 50Ω, điều kiện phối hợp trở kháng đảm bảo - Hệ số sóng đứng VSWR = 1.1039 thuộc giới hạn tiêu kỹ thuật anten (1  SWR  2) Hình 3.4(a) biểu diễn việc thiết kế lần lặp thứ anten vi dải Sierpinski Carpet (SCFA) Với kích thước lần lặp thứ xác định công thức cho trên, ta có: 1 Lc  L   37.26  12.4mm 3 1 Wc  W   28  9.4mm 3 N  81  Như phần cắt trung tâm có kích thước 12.4mm  9.4mm Hình 3.4(a) Thiết kế lần lặp SCFA,Ws=3mm, Ls=10mm,Wc=12.4mm, Lc=9.4mm Cùng phân tích thực cách thay đổi vị trí tiếp điện chiều rộng tiếp điện vi dải cho lần lặp SCFA Hình 3.4(b) cho thấy hệ số phản xạ cho kết tốt thay đổi vị trí tiếp điện chiều rộng WS Đồ thị S11 sau thiết kế anten tính tốn dải tần số – 14 GHz biểu diễn hình 3.4(b) cho thấy tám tần số cộng hưởng anten Các tần số cộng hưởng cho bảng 3.2 với hệ số sóng đứng VSWR tương đương 49 Hình 3.4(b) Đồ S11 cho thiết kế lần lặp Hình 3.4(c) Đồ thị VSWR cho lần lặp Bảng 3.2 S11, VSWR tần số cộng hưởng lần lặp thứ Tần số(GHz) 3.77 4.26 6.77 7.22 8.75 9.42 10.58 11.65 S11(dB) -30.6 -17.5 -26.5 -21.2 -34.5 -20.7 -34.7 -21.6 VSWR 1.23 1.48 1.18 1.29 1.04 1.23 1.04 1.27 Từ kết ta nhận thấy, sau thiết kế lần lặp thứ số lượng tần số cộng hưởng tăng lên dải tần số 2-14 GHz Với hệ số suy hao S11 hệ số sóng đứng VSWR nằm tiêu kỹ thuật anten Hình 3.5(a) trình bày thiết kế lần lặp thứ SCFA thu cách chèn thêm khe 1/3 lần so với khe trung tâm lần lặp thứ Kích thước lần lặp thứ hai xác định: 1 1 Lc1    L  L   37.26mm  4.2mm 9  3 50 1 1 Wc1    W  W   28mm  3.1mm 9  3 N   64 Như phần cắt lần lặp thứ hai có kích thước 4.2mm  3.1mm Anten thiết kế mô phần mềm đề cập Sau mô đồ thị kết suy hao ngược biểu diễn hình 3.5(b) Đồ thị biểu diễn tám tần số cộng hưởng anten sau lần lặp thứ hai Kết tính tốn giá trị tần số cộng hưởng, hệ số suy hao S11, VSWR cho bảng 3.2 hệ số sóng đứng tương đương Hình 3.5(a) Thiết kế lần lặp thứ Hình 3.5(b) Đồ S11 cho thiết kế lần lặp thứ hai Bảng 3.3 S11, VSWR tần số cộng hưởng thiết kế lần lặp thứ hai Tần số(GHz) 3.78 4.32 6.00 6.69 7.32 8.98 9.44 11.7 S11(dB) -25.7 -17.8 -17.9 -27.3 -19.9 -37.1 -37 -27 VSWR 1.11 1.30 1.35 1.13 1.23 1.03 1.03 1.09 51 Hình 3.5(c) Đồ thị VSWR cho lần lặp thứ hai Sau thay đổi cấu trúc anten sau lần lặp thứ hai số lượng tần số cộng hưởng thay đổi xấp xỉ lần lặp thứ Nghĩa tối ưu hóa hình dạng anten tần số cộng hưởng khơng thay đổi Hình 3.6(a) biểu diễn thiết kế lần lặp thứ SCFA thu việc chèn thêm vào khe 1/3 lần khe lần lặp thứ hai Với kích thước lần lặp thứ ba xác định: 1 1 Lc    L  L  37.26mm  1.4mm 27 27  3 1 1 Wc    W  W   28mm  1.03mm 27 27  3 N   512 Như phần cắt lần lặp thứ ba có kích thước 1.4mm  1.03mm Hình 3.6(b) đồ thị biểu diễn tần số cộng hưởng hệ số suy hao ngược S11 sau mô anten với thiết kế lần lặp thứ ba Với tám tần số cộng hưởng cho bảng 3.3, ta nhận thấy lần lặp thứ ba tần số cộng hưởng có giá trị tăng nhẹ so với hai lần lặp mơ Hình 3.6(a) Thiết kế lần lặp thứ ba 52 Hình 3.6(b) Đồ S11 cho thiết kế lần lặp thứ ba Hình 3.6(c) Đồ thị VSWR cho lần lặp thứ ba Bảng 3.4 S11, VSWR tần số cộng hưởng thiết kế lần lặp thứ ba Tần số(GHz) 3.80 4.36 6.73 7.38 9.12 9.55 11.65 12.41 S11(dB) -29.7 -19.8 -22.9 -25.9 -27.8 -24.3 -29.1 -26.6 VSWR 1.07 1.23 1.16 1.52 1.34 1.13 1.07 1.30 Hình 3.7 Đồ thị so sánh S11 ba lần lặp 53 Hình 3.8 Đồ thị so sánh VSWR ba lần lặp Từ kết so sánh trên, ta nhận thấy sau lần lặp tần số cộng hưởng tăng nhẹ, có S11 VSWR đáp ứng tiêu chuẩn anten Như vậy, với việc thay đổi chu vi mặt xạ qua lần lặp cách cắt bỏ phần xạ theo cấu trúc Seirpinski Carpet tần số cộng hưởng có tăng dịch chuyển nhẹ, tao nên tính chất đa tần anten fractal 54 KẾT LUẬN Trong đồ án này, anten fractal Seirpinski Carpet thiết kế thực với ba lần lặp Mặt khác, với lần lặp có hệ số 1/3 so với lần lặp trước kích thước mặt xạ giảm 33.9% so với anten vi dải thơng thường Với kết thu anten fractal Seirpinski Carpet đáp ứng tiêu chuẩn để làm việc hệ thơng truyền thơng khơng dây phát triển mạnh mẽ Với anten trên, thiết kế với bốn lần lặp để tăng thêm tần số cộng hưởng để phục vụ cho nhu cầu khai thác nhà phát triển truyền thông, cách sử dụng kỹ thuật cắt tần số để lựa chọn dải tần phù hợp với tiểu chuân truyền thông không dây, chẳng hạn như: Thông tin di động, hệ thống mạng cục không dây 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bamsley, M F., Fractals Everywhere, 2nd ed., New York: Academic Press Professional,1993 [2] Best, S R., and J D., Morrow, “The Effectiveness of Space-Filling Fractal Geometry in Lowering Resonant Frequency,” IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol 1, 2002, pp 112–115 [3] Addison, P S., Fractals and Chaos: An Illustrated Course, Bristol, U.K.: Institute of Physics Publishing, 1997 [4] J W Howell, “Microstrip Antennas,” IEEE Trans Antennas Propagat., vol AP-23, no 1, pp 90–93, January 1975 [5] C.A Balanis, Antenna Theory: Analysis and Design, 3rd ed., Wiley, 2005 [6] Constantine A Balanis, Antenna Theory – Analysis and Design, John Willey & Son, INC, Second Editon [7] J T Aberle and F Zavosh, “Analysis of Probe-Fed Circular Microstrip Patches Backed by Circular Cavities,” Electromagnetics, vol no.14, pp 239–258, 1994 [8] F Zavosh and J T Aberle, “Infinite Phased Arrays of Cavity-Backed Patches,” vol AP-42, no 3, pp 390–398, March 1994 [9] J T Aberle and D M Pozar, “Analysis of Infinite Arrays of One- and TwoProbe-Fed Circular Patches,” IEEE Trans Antennas Propagat., vol AP-38, no 4, pp 421–432, April 1990 [10] I J Bahl and P Bhartia, Microstrip Antennas, Artech House, Dedham, MA, 1980 [11] K R Carver and J W Mink, “Microstrip Antenna Technology,” IEEE Trans.Antennas Propagat., vol AP-29, no 1, pp –24, January 1981 [12] X Liang , W Zhensen, and W Wenbing, “Synthesis of fractal patterns from concentric-ring arrays”, Electronics Letters, vol 32, no 21, pp 1940-1941, October 1996 [13] D.H Werner, K.C Anushko, and P.L Werner, “The generation of sum and difference patterns using fractal subarrays”, Microwave and Optical Technology Letters, vol 22, no.1, pp 14-17, July 1999 56   (  2n)    y   x    (  2n)  [14] W Kuhirun, “A Simple Procedure for Evaluating the Impedance Matrix of the Peano-Gosper Fractal Array”, Asia-Pacific Microwave Conference, pp 1-4, 2008 [15] D.H Werner and S Ganguly, “An Overview of Fractal Antenna Engineering Research”, IEEE Antennas and Propagation Magazine, vol 45, no.1, pp 38-57, 2003 [16] Thakare, Rajkumar, “Design of fractal patch antenna for size and radar crosssection reduction”, IET Microw Antennas Propag., 2010, vol 4, Iss 2, pp 175– 181 [17] Homayoon Oraizi and Shahram Hedayati, “Miniaturized UWB Monopole Microstrip Antenna Design by the Combination of Giusepe Peano and Sierpinski Carpet Fractals”, IEEE Antennas and Wireless Propagation letters, vol 10, 2011 [18] H.O Peitger , H Jungeus and D Sourpe , Chaos and Fractals: New frontier of Science, Second Edition, New york, springer-Verlag, Inc., 1992 [19] Basile Panoutsopoulos, "Printed Circuit fractal Antenna", International conference on consumer electronic vol 2, pp 1907 - 1910, April 2003 [20] C.A.Ba1anis, "Antenna Theory - Analysis and Design", 2nd edition, John Wiley & Sons Inc., 1997 57 ... dụng truyền thông không dây Chương 3: Thiết kế kết mô phỏng: Trình bày thiết kế mơ anten fractal Sierpinski Carpet phần mềm Ansoft HFSS Kết luận: Kết qua thu hướng phát triển đề tài iv TÓM TẮT Anten. .. đầu vào tương tự anten đa tần lớn Đồ án trình bày thiết kế anten fractal Sierpinski Carpet với ba lần lặp Đề tài tập trung thiết kế khảo sát anten mạch in có cấu trúc anten fractal Sierpinski Carpet. .. CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 41 3.1 Giới thiệu 41 ii 3.2 Fractal Anten 41 3.3 Nguyên tắc Rumsey điều kiện HCR 42 3.5 Thiết kế anten 43 3.6 Kết mô