Thiết kế anten mảng băng rộng hình chữ e hoạt động tại tần số 2 4 ghz

621.382 TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: THIẾT KẾ ANTEN MẢNG BĂNG RỘNG HÌNH CHỮ E HOẠT ĐỘNG TẠI TẦN SỐ 2.4 GHZ Sinh viên thực hiện: Lớp: NGUYỄN SỸ TUẤN ANH 51K2 - ĐTVT Niên khóa: 2010 - 2015 Giảng viên hướng dẫn: ThS LÊ THỊ KIỀU NGA NGHỆ AN , 01 - 2015 LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình học tập năm ( 2010-2015) chuyên ngành Điện tử Viễn thông trường Đại Học Vinh, lời em xin chân gửi lời cảm ơn đến ban giám hiệu nhà trường tạo điều kiện cho chúng em có mơi trường học tập tốt Em xin chân thành cảm ơn quý thầy, cô khoa Điện tử Viễn thơng tận tình giúp đỡ em suốt thời gian học vừa qua Với vốn kiến thức tiếp thu trình học tập, buổi thảo luận, thực hành không nên tảng cho q trình nghiên cứu đồ án mà cịn hành trang quí báu để em bước vào đời cách vững tự tin Và qua em xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến ThS Lê Thị Kiều Nga, theo sát, bảo tận tình hướng dẫn em suốt trình làm đồ án tốt nghiệp với đề tài “Thiết kế anten mảng băng rộng hình chữ E hoạt động tần số 2.4 GHz” Trong trình làm đồ án chắn có thiếu sót kiến thức hạn chế Do vậy, em mong nhận ý kiến đóng góp quý báu quý thầy cô bạn học lớp để kiến thức hồn chỉnh Cuối cùng, em xin kính chúc quý thầy cô sức khỏe, khoa nhà trường thành công nhiều nghiệp giáo dục Em xin chân thành cảm ơn Nghệ An, tháng 01 năm 2015 Sinh viên thực Nguyễn Sỹ Tuấn Anh LỜI MỞ ĐẦU Ngày nhu cầu thông tin vô tuyến phát triển mạnh mẽ hầu hết lĩnh vực từ thông tin di động, đến truy cập Internet không dây, y tế môi trường, v.v Mỗi thiết bị vơ tuyến cần phải có anten để thu phát tín hiệu Vì Anten phận thiếu thiết bị thu phát, truyền tin Nhất với công nghệ kết nối không dây phát triển mạnh mẽ nay, anten có thay đổi linh hoạt cấu trúc, kích thước nhằm thỏa mãn tối đa nhu cầu người sử dụng Gần đây, đặc biệt sau năm 2000, nhiều loại anten thiết kế thỏa mãn yêu cầu băng thông hệ thống truyền thông Anten Fractal E Shape thích hợp ứng dụng thiết bị truyền thông cho hệ thống mạng cục không dây (Wireless Local Area Network, WLAN) Trong khuôn khổ đề tài này, với việc tìm hiểu lý thuyết kỹ thuật anten, em sâu vào tìm hiểu anten E – Shape thiết kế, mô anten E shaped hoạt động tần số 2.4Ghz, với thông số kỹ thuật phù hợp để có độ lợi cao băng thơng rộng phần mềm mô HFSS Nội dung đề tài gồm ba chương: Chương 1: Tổng quan: trình bày lý thuyết anten, nêu loại anten số thông số anten Chương 2: Giới thiệu anten băng rộng, anten mạch dải nhiều băng tần anten chữ E Chương 3: Thiết kế, mô anten E - Shape hoạt động tần số 2.4Ghz, trình bày kết thu việc mô anten E-shape HFSS TÓM TẮT ĐỒ ÁN Trong đồ án này, thiết kế ăng-ten băng thông rộng, anten mảng cấp nguồn cáp đồng trục có khả hoạt động nhiều dải tần số Anten sử dụng cho thiết bị di động hoạt động băng tần GSM, UMTS, WLAN Các ăng-ten chế tạo chất với số điện môi εr = 4.4, dày 1.6 mm thiết kế tần số 2,4 GHz Nội dung bao gồm chương đánh giá kết đồ án , phát triển Chương đồ án đề cập đến lý thuyết ăng-ten, ăng-ten dải vi dòng vi dải Chương cung cấp cách tiếp cận để thiết kế ăng-ten băng rộng anten vi dải hoạt động nhiều băng tần Chương thiết kế, mô đo lường thông số ăng-ten ABSTRACT In this thesis, a design broadband antenna, array antenna be powered by a cable coaxial capable operating in frequency bands This antenna is used for mobile devices operating in the frequency band GSM, UMTS, WLAN The antenna is fabricated on a substrate with a dielectric constant εr = 4.4, 1.6 mm thick and is designed at 2.4 GHz frequency Content includes chapters and the assessment of thesis results, the next development Chapter of the scheme refers to the basic theory of antennas, micro strip antennas and micro-strip line Chapter offers an approach to the design of wide band antennas and micro strip antennas can operate in multiple frequency bands Chapter design, simulation and measurement of antenna parameters MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .ii LỜI MỞ ĐẦU iii TÓM TẮT ĐỒ ÁN iv CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ANTEN 10 1.1 Giới thiệu chung anten 10 1.1.1 Khái niệm 10 1.1.2 Vị trí anten kỹ thuật vơ tuyến 10 1.1.3 Các loại anten 11 1.1.4 Các thông số kỹ thuật 12 1.1.4.1 Hướng tính anten (Directivity of anten) 12 1.1.4.2 Độ lợi (Gain) 13 1.1.4.3 Sự phân cực (polarization) 14 1.1.4.4 Độ rộng băng tần (băng thông) 14 1.1.4.5 Trở kháng (Impedance) 15 1.1.4.6 Tỷ số sóng đứng điện áp (VSWR) 15 1.1.4.7 Búp sóng (beamwidt) 16 CHƯƠNG ANTEN MẠCH DẢI BĂNG RỘNG, ANTEN MẠCH DẢI NHIỀU BĂNG TẦN VÀ ANTEN CHỮ E 17 2.1 Giới thiệu chung 17 2.1.1 Dải thông tần 17 2.1.2 Dải tần công tác 18 2.2 Mở rộng băng thông anten vi dải 19 2.2.1 Giới thiệu 19 2.2.2 Ảnh hưởng tham số chất tới băng thông 20 2.2.3 Lựa chọn hình dạng thành phần xạ thích hợp 22 2.2.4 Lựa chọn kỹ thuật tiếp điện thích hợp 23 2.2.5 Kỹ thuật kích thích đa mode 24 2.2.5.1 Mở rộng băng thông sử dụng nhiều thành phần xạ xếp chồng 25 2.2.5.2 Mở rộng băng thông sử dụng thành phần kí sinh đồng phẳng 26 2.2.5.3 Các kỹ thuật kích thích đa mode khác 30 2.2.6 Các kỹ thuật mở rộng băng thông khác 31 2.2.6.1 Phối hợp trở kháng 31 2.2.6.2 Mắc tải điện trở 32 2.3 Anten vi dải nhiều băng tần 33 2.3.1 Anten vi dải tần số cộng hưởng 33 2.3.2 Anten vi dải nhiều tần số cộng hưởng 34 2.4 Phối hợp trở kháng dải rộng 35 2.4.1 Ý nghĩa việc phối hợp trở kháng 35 2.4.2 Phối hợp trở kháng dải rộng 35 2.4.3 Một số phối hợp trở kháng dải rộng 37 2.4.3.1 Bộ phối hợp trở kháng liên tục dạng hàm mũ 37 2.5 Anten mảng nhiều phần tử hình chữ E 38 2.5.1 Các hình dạng anten vi dải 40 2.5.2 Đặc tính anten vi dải 40 2.5.2.1 Ưu điểm 40 2.5.2.2 Khuyết điểm 40 2.5.3 Các kỹ thuật cấp nguồn cho an ten vi dải ( feed mothod ) 41 2.5.4 Cấp nguồn đường truyền vi dải 41 2.5.5 Cấp nguồn probe đồng trục 42 2.6 Mảng hai phần tử 44 2.6.1 Ưu điểm nhược điểm anten mảng 45 2.7 Mảng tuyến tính n phần tử - đồng biên độ đồng khoảng cách 48 CHƯƠNG THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG ANTEN E- SHAPE HOẠT ĐỘNG Ở TẦN SỐ 2.4 GHZ 51 3.1 Giới thiệu 51 3.2 Thiết kế 51 3.2.1 Tính tốn kích thước anten vi dải làm việc tần số f0 = 2.4Ghz 52 3.3 Mô anten phần tử hoạt động tần số 2.4Ghz phần mềm HFSS53 3.3.1 Tiếp điện bằnge cáp đồng trục 53 3.3.2 Tóm tắt bước thiết kế: 53 3.3.3 Kết mô 54 3.4 Mô anten mảng phần tử hoạt động tần số 2.4Ghz phần mềm HFSS 11.0 56 3.4.1 Tóm tắt bước thiết kế: 56 3.4.2 Kết mô 57 KẾT LUẬN 60 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1 Các loại Anten 11 Hình 1.2 Hệ thống xạ 12 Hình 2.1 Băng thơng ăng ten 17 Hình 2.2 Ảnh hưởng số điện mơi độ dày chất tới băng thơng trở 21 Hình 2.3 Sự biến đổi hệ số Q anten vi dải có patch hình chữ nhật theo số điện mơi chất Trong h=1.59 mm, W=0.9L, f=3 GHz 21 Hình 2.4 Sự biến đổi hệ số Q anten vi dải có patch hình chữ nhật theo độ dày chất Trong ωr = 2.2, W= 0.9L, f = GHz 22 Hình 2.5 Anten vi dải tiếp điện ghép khe 24 Hình 2.6 Anten vi dải với patch xếp chồng tiếp điện ghép khe 26 Hình 2.7 Một vài anten vi dải băng rộng sử dụng patch ghép khe đồng phẳng 27 Hình 2.8 Anten vi dải băng rộng sử dụng patch ghép khe đồng phẳng 30 Hình 2.9 Anten vi dải băng rộng sử dụng mode phân cực trực giao 30 Hình 2.10 Một anten dipole cuộn trịn kép với băng thơng rộng 31 Hình 2.11 Anten với patch đơn băng rộng sử dụng thành phần chuyển tiếp 3D 32 Hình 2.12 Anten vi dải băng rộng mắc thêm tải điện trở l = 0.79L 33 Hình 2.13 Hình dạng anten mạch dải băng tần 34 Hình 2.14 Mạch phối hợp trở kháng khơng tổn hao trở kháng tải đường truyền dẫn sóng có trở kháng đặc trưng Z0 35 Hình 2.15 Bộ biến đổi nhiều phân đoạn 36 Hình 2.16 Phối hợp trở kháng dải liên tục mơ hình để tăng số lượng phân đoạn N lên tiến tới vô 37 Hình 2.17 Bộ phối hợp trở kháng dạng hàm mũ 38 Hình 2.18 Anten vi dải 39 Hình 2.19 Cấp nguồn đường truyền vi dải 42 Hình 2.20 Cấp nguồn dùng cáp đồng trục 42 Hình 2.21 Bốn dạng hình học anten mảng 43 Hình 2.22 Dạng hình học mảng hai phần tử đặt dọc theo trục z 44 Hình 2.23 Trường vùng xạ sơ đồ pha mảng N phần tử istropic 48 Hình 3.1 Anten hình chữ E 52 Hình 3.2 Anten phần tử hình chữ E 54 Hình 3.3 Tần số cộng hưởng anten mô 2.4 Ghz 54 Hình 3.4 Đồ thị smith anten mơ 54 Hình 3.5 Hệ số sóng đứng 55 Hình 3.6 Búp sóng xạ 56 Hình 3.7 Hình ảnh anten phần tử 57 Hình 3.8 Tần số cộng hưởng anten mô 2.4 Ghz 57 Hình 3.9 Đồ thị smith anten mơ 57 Hình 3.10 Hệ số sóng đứng anten mơ 58 Hình 3.11 Búp sóng xạ 58 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ANTEN 1.1 Giới thiệu chung anten 1.1.1 Khái niệm Anten thiết bị quan trọng thiếu hệ thống truyền thơng khơng dây Nó thiết bị chuyển đổi sóng điện từ ràng buộc hệ định hướng thành sóng điện từ lan truyền không gian tự ngược lại Anten đường dây dẫn (feeder) đóng vai trị thiết bị ghép mạch điện tử không gian tự do, feeder phận giao tiếp anten mạch điện tử Ngõ vào feeder phải phối hợp trở kháng với máy phát, anten phát nhận lượng từ máy phát qua feeder xa không gian Tùy vào mục đích sử dụng hệ thống truyền thông vô tuyến người ta sử dụng nhiều loại anten khác nhau, anten parabol với độ lợi tính định hướng cao thường sử dụng truyền hình, thơng tin viba, thơng tin vệ tinh,… cịn đầu cuối sử dụng loại anten nhỏ anten yagi, anten dây, đặc biệt với phát triền mạnh mẽ công nghệ đầu cuối di động anten E-Shape ngày sử dụng rộng rãi không ngừng cải tiến để đáp ứng nhu cầu người dùng Anten E - Shape có kích thước nhỏ có cấu tạo gồm lớp kim loại mặt xạ, lớp kim loại khác gọi mặt đất, lớp điện môi nằm lớp kim loại phận tiếp điện Anten E - Shape có hình dạng hình chữ E Sóng điện từ, tảng lý thuyết anten, xây dựng sở phương trình điện học từ học Maxwell hệ thống cách khái quát toàn lý thuyết thành hệ phương trình tiếng quan trọng hệ phương trình Maxwell 1.1.2 Vị trí anten kỹ thuật vơ tuyến Việc truyên lượng điện từ không gian thực hai đường Một hai đường dùng hệ thống truyền dẫn dây song hành, cáp đồng trục, ống dẫn sóng, v.v “chuyên chở” sóng điện từ trực tiếp đường truyền dạng dịng điện Sóng điện từ lan truyền hệ thống thuộc hệ thống điện từ ràng buộc (hữu tuyến) Cách lan truyền có độ xác cao - Anten mảng kết hợp nhiều phần tử nên khó khăn việc xác định điểm cấp nguồn để anten đạt hiệu suất cao - Anten mảng cần đảm bảo nhiều tính chất như: Các anten thành phần phải mặt: tính chất vật lý, kích thước, khoảng cách phần tử…và biểu đồ hướng sóng anten nên việc thiết kế anten không đơn giản 2.7 Mảng tuyến tính n phần tử - đồng biên độ đồng khoảng cách Xét mảng gồm N phần tử giống đặt dọc theo trục z hình 2.23(a), giả sử N phần tử có biên độ tín hiệu có độ lệch pha liên tiếp hai phần tử β Khi mảng gọi mảng đồng Hệ số mảng có ta xem phần tử anten nguồn điểm Cịn phần tử khơng phải nguồn điểm tổng trường xạ có cách nhân trường xạ có cách nhân trường xạ phần tử anten lấy làm chuẩn (thường gốc tọa độ) với hệ số mảng nguồn điểm Đây quy tắc nhân trường xạ áp dụng cho mảng gồm phẩn tử giống Hệ số mảng tính sau: AF = 1+ e+j(kdcosθ+β) + e+j2(kdcosθ+β) + e+j(N−1)(kdcosθ+β) +J(n−1)(kdcosθ+β) AF = ∑N n=1 e (a) Cấu trúc hình học (b) Sơ đồ pha Hình 2.23 Trường vùng xạ sơ đồ pha mảng N phần tử istropic Viết lại hệ số mảng: +j(n−1)ψ AF = ∑N n=1 e (2.14) Với ψ = kdcosθ + β Vì hệ số mảng tổng hàm mũ phức nên ta biểu diễn vecto tổng vector có biên độ đơn vị pha tương đối ψ so với vector trước ψ thích hợp Cịn mảng khơng đồng biên độ pha dùng để điều khiển AF Hệ số mảng AF biểu diễn lại dạng rút gọn sau: nhân hai vế (2.14) với ejψ =ejψ + ej2ψ + ej3ψ + ⋯ + ej(N−1)ψ + ejNψ (2.15) Lấy (2.15) trừ (2.14) ta được: AF(ejψ -1) = ejNψ -1 Hay ejNψ −1 AF= [ ejψ −1 ]=e j[ N N j( )ψ −j( )ψ N−1 ]ψ e −e 2 1 j( )ψ j( )ψ e −e [ ]=e N−1 ]ψ j[ N sin( ψ) sin( ψ} [ ] (2.16) Nếu lấy điểm chuẩn tâm vật lý mảng hệ số mảng từ (2.16) trở thành AF = [ N sin( ψ) sin( ψ) ] (2.17) Để chuẩn hóa hệ số mảng cho giá trị cực đại đơn vị (2.17) viết lại sau: N AF = sin( ψ) [ ] N sin(1ψ) (2.18) Đối với giá trị nhỏ ψ, biểu thức xấp xỉ với (AF)n ≈ [ N sin( ψ) N ψ ] (2.19) Để tìm điểm null mảng, ta gán (2.19) zero Đó là: N N 2 Sin( ψ)=0⟹ ψ| θ=θn = +nπ ⟹ θn = cos −1 [ λ 2πd (−β + 2n N π)] (2.20) n= 1,2,3 …… n ≠ N, 2N, 3N,… gía trị N xác định bậc null (bậc 1, bậc 2) Để tồn giá trị zero argument biểu thức arccosine không lớn Do số lượng giá trị null có hàm số theo khoảng cách d độ lệch pha β Các giá trị cực đại (2.14) xảy khi: ψ = (kdcosθ + β)| m = 0,1,2… θ=θn = +mπ ⟹ θm = cos −1 [ λ 2πd (−β+ mπ )] (2.21) Hệ số mảng (2.14) có giá trị cực đại xảy m =0 (2.21), nghĩa ψ = 0, tất vetor nằm đường thẳng Lúc vector AF có module tổng module vector thành phần Ta có: ψ= (kdcosθ + β)| θ=θm = ⟹ θm = cos −1 ( λd 2πd ) (2.22) Như muốn mảng có hướng xạ cực đại θm độ lệch pha β hai phần tử anten liên tiếp là: β = −kdcosθm (2.23) Điểm 3dB hệ số mảng (2.14) xảy N sin( ψ) (AF)n ≈ [ θh =cos −1 [ N ψ λ 2πd ] = 0.707 ⟹ (−β+ 2.782 N N ψ= N (kdcosθ + β)| θ=θh = + 1.391 )] (2.24) Một tính góc cực đại ( θm ) góc nửa cơng suất 3dB (θh ) độ rộng búp sóng nửa cơng suất: Θh = 2|θm − θh | Đối với hệ số mảng (2.14), tồn giá trị cực đại thứ hai (cực đại búp sóng phụ) xảy tử số (2.14) đạt giá trị cực đại, là: N N sin ( ψ) = sin [ (kdcosθ + β)]| ≈ +1 2 θ=θs ⟹ N 2s + (kdcosθ + β)| )π ≈( 2 θ=θs ⟹ θs = cos −1 [ λ 2πd (−β+ ( 2s+1 N ) π)] (2.25) CHƯƠNG THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG ANTEN E- SHAPE HOẠT ĐỘNG Ở TẦN SỐ 2.4 GHZ 3.1 Giới thiệu Do nhu cầu bùng nổ ứng dụng hệ thống thông tin liên lạc không dây, anten vi dải mặt xạ thu hút nhiều quan tâm cấu hình thấp, trọng lượng nhẹ, dễ sử dụng, chế tạo khả tương thích với mạch in Tuy nhiên, có số nhược điểm, từ băng thông đến độ lợi thấp Trong ứng dụng định mong muốn đặc tính anten đạt với số yếu tố đơn vi dải Tuy nhiên, trường hợp ăng-ten vi ba thông thường, đặc điểm độ lợi cao, chùm quét, khả định hướng tản rời rạc kết hợp mạng với Các yếu tố mảng phân phối không gian để tạo thành đường thẳng, mặt phẳng, mảng âm lượng Cấu hình mảng khác ăng ten vi dải tăng độ lợi, băng thông rộng cải thiện hiệu Sự phân bố điện áp các yếu tố mảng phụ thuộc vào mạng lưới nguồn cung cấp Nguồn cung cấp phù hợp tích lũy tất điện áp cảm ứng để đưa vào điểm Các trở kháng thích hợp phù hợp với tồn cấu hình mảng cho cung cấp hiệu cao cho ăng-ten vi dải Phân phối lượng thành phần ăng-ten thay đổi nguồn tiếp điện 3.2 Thiết kế Thiết kế Ăng ten E-Shaped hình 3.1 (a) coi ăng-ten sở có kích thước (28x38) mm in bề mặt chất điện mơi có độ dày 1.6mm vật liệu sử dụng epoxy với hệ số điện môi εr = 4,4 Chúng gắn lớp điện mơi có kích thước (50x90) mm2 toàn cấu trúc hoạt động tần số 2.4 GHz Anten hình E biểu diễn hình 3.1 (b), anten E - shape với hai mảng phần tử sử dụng phần mềm mô HFSS Tương tự thiết kế mô bốn mảng phần tử hình 3.1 (c) thể Tối ưu hóa thiết kế ăng-ten hình E với anten sở, hai bốn mảng nguyên tố với thông số sau W=38, L=28, L1=11.85, L2=8, L3=15.45, L4=15.45, La=3, Lf=15.45, Lt=15.43, Wf=1.88, Wt=3.08, W1=8, W2=6, W3=2.08, W4=0.70, W5=0.70 ( a) (b) (c) Hình 3.1 Anten hình chữ E (a) anten phẩn tử mảng chữ E (b) anten phần tử mảng chữ E (c) anten phần tử mảng chữ E 3.2.1 Tính tốn kích thước anten vi dải làm việc tần số f0 = 2.4Ghz Anten vi dải hình E có cấu tạo gồm mặt xạ, mặt đất lớp điện môi hai măt kim loại Kích thước mặt xạ, chiều cao hệ số điện môi thông số định tần số cộng hưởng anten Chọn vật liệu chế tạo anten mạch in hai mặt có hệ số điện môi độ dày  r  4.4; h  1.66mm Chiều rộng mặt xạ tính theo cơng thức: W c  f0 r 1  * 2.4 * 10 Trong đó: * 10 4.4   0,038m  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 công thức:  reff   r 1  r 1   h 1  12 w    1 4.4  4.4   1.66 * 10 3    1  12  2  0.038  Độ dài hiệu dụng anten xác định theo công thức: 1  4.077 Leff  c f  reff  *108 * 2.4 *10 4.077  0.031(m) Độ tăng độ dài tính theo cơng thức: L  0.412h  reff  reff w  4.077  0.3 0.038 3  0.264   0.3  0.264  h   0.412 * 1.66 * 10 3  1.66 * 10   7.63 * 10  m w  4.077  0.258 0.038 3  0.8   0.258  0.8  h    1.66 * 10  Độ dài thực mặt xạ tính công thức: L  Leff  2l  0.031  * 7.63 *10 4  0.029m Chiều dài mặt đất (Wg) chiều rộng mặt đất (Lg) anten sở phần tử E xác định theo công thức : Wg  6h  W  *1.66 *10 3  0.038  0.048m Lg  6h  L  *1.66 *10 3  0.029  0.039m 3.3 Mô anten phần tử hoạt động tần số 2.4Ghz phần mềm HFSS 3.3.1 Tiếp điện bằnge cáp đồng trục Trong phương pháp tiếp điện cho anten vi dải cáp đồng trục lõi cáp hàn tiếp xúc với mặt xạ, vỏ cáp tiếp xúc với mặt phẳng đất Phương pháp tiếp điện có ưu điểm dễ thực khơng có xạ phụ 3.3.2 Tóm tắt bước thiết kế: - Các bước vẽ anten lần lượt: vẽ mặt phẳng đất, điện môi, mặt xạ - Thiết kế đường tiếp điện đặt vị trí có tọa độ: 22.45 ,6.8 ,0 với bán kính: 0.7 mm, cao 1.17 mm - Cắt lớp đất điện môi tạo lỗ để đưa cáp vào - Vẽ lõi tiếp điện có tọa độ: 22.45 ,6.8 ,-1 với bán kính: 0.5 mm, chiều cao 2.17 mm - Vẽ hình trịn tiếp xúc lõi có tọa độ 22.45 ,6.8 ,-1 sau tiếp điện tiếp điện đường truyền vi dải - Thiết lập khơng gian xạ - Kiểm tra lỗi: Khơng có lỗi Hình ảnh anten thiết kế Hình 3.2 Anten phần tử hình chữ E 3.3.3 Kết mơ Tần số cộng hưởng Hình 3.3 Tần số cộng hưởng anten mơ Hình 3.3 kết mơ tần số cộng hưởng anten phần tử Kết mô cho thấy anten phần tử có tần số cộng hưởng là: 2.45 GHz, có hệ số tổn hao ngược RL = - 25.53dB < - 9.5 dB Đồ thị smith Hình 3.4 Đồ thị smith anten mô Nhận xét: Qua đồ thị smith anten phần tử ta có kết giá trị trở kháng RX= 50*(0.8995+ 0.0002j)= 44.975 + 0.01j, phối hợp trở kháng đạt yêu cầu Hệ số sóng đứng (VSWR) Hình 3.5 Hệ số sóng đứng Nhận xét: Hệ số sóng đứng tần số xét bắt điểm thu giá trị 1.1117 thỏa mãn VSWR < 2, nên anten thiết kế đạt yêu cầu VSWR Xem búp sóng xạ: e Hình 3.6 Búp sóng xạ Nhận xét: Dựa vào kết thu nhân thấy anten đạt mức xạ cực đại 8.5564e002 3.4 Mô anten mảng phần tử hoạt động tần số 2.4Ghz phần mềm HFSS 11.0 3.4.1 Tóm tắt bước thiết kế: - Các bước vẽ anten lần lượt: vẽ mặt phẳng đất, điện môi, mặt xạ - Thiết kế đường tiếp điện đặt vị trí có tọa độ: 72.5 ,96.6 ,0 với bán kính: 0.5 mm, cao 1.17 mm - Cắt lớp đất điện môi tạo lỗ để đưa cáp vào - Vẽ lõi tiếp điện có tọa độ: 72.5 ,96.6 ,-1 với bán kính: 0.4 mm, chiều cao 2.17 mm - Vẽ hình trịn tiếp xúc lõi, sau tiếp điện tiếp điện đường truyền vi dải - Thiết lập không gian xạ - Kiểm tra lỗi: Khơng có lỗi Hình ảnh anten thiết kế phần mềm HFSS 11.0 Hình 3.7 Hình ảnh anten phần tử 3.4.2 Kết mô Tần số cộng hưởng: ` Hình 3.8 Tần số cộng hưởng anten mô Nhận xét: Qua đồ thị ta thấy kết mô tần số cộng hưởng anten anten mảng phần tử có tần số cộng hưởng là: 2.4 GHz 4.2 GHz Ở tần số 2.4 GHz có hệ số tổn hao ngược: RL = - 29.52 dB < - 9.5 dB, tần số 4.2 GHz có hệ số tổn hao ngược: RL = - 30.35 dB < - 9.5 dB Đồ thị Smith: Hình 3.9 Đồ thị smith anten mơ Nhận xét: Qua đồ thị smith ta thấy tần số cộng hưởng kết giá trị trở kháng RX= 50*(0.9876+0.0591i)= 49.36 + 2.955i , phối hợp trở kháng đạt yêu cầu - Hệ số sóng đứng (VSWR): Hình 3.10 Hệ số sóng đứng anten mơ Nhận xét: Hệ số sóng đứng VSWR tần số xét thu giá trị 1.0691 thỏa mãn VSWR < Xem búp sóng xạ: Hình 3.11 Búp sóng xạ Nhận xét: Dựa vào kết thu nhận thấy anten đạt mức xạ cực đại 1.5354*e003 Như qua mô so sánh anten phần tử chữ E anten phần tử chữ E ta thấy: - Anten phần tử có băng thơng hẹp - Anten phần tử có băng thơng rộng hơn, tức vùng phủ sóng rộng Ngồi tần số trung tâm 2.4GHz thu tần số trung tâm khác 4.2GHz, tần số sử dụng cho ứng dụng khác, lợi anten băng rộng phần tử chữ E - Các thông số thiết kế anten đạt yêu cầu nhiên phối hợp trở kháng chưa tốt - Hai anten có số điểm chung khối lượng kích thước nhỏ, bề dày mỏng, cấu thành từ ba lớp: đất, điện môi, mặt xạ KẾT LUẬN Trong thời gian nghiên cứu thực đề tài, em sâu phân tích anten Eshape Qua em hiểu rõ anten E-shape có hướng phát triển mở rộng sau thêm thiết kế NHỮNG KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC Những kết đạt qua đề tài sau: Nêu lên điểm mạnh anten E-shape, nhỏ gọn, dễ chế tạo, chi phí thấp, băng thơng rộng, đạt độ lợi cao dải tần hoạt động Tìm hiểu sâu lý thuyết anten băng rộng hình chữ E Dùng chương trình HFSS để mơ cho anten E-shape từ thiết kế cách xác hiệu Qua kết mô đạt ta thấy rằng: Nếu muốn thu tín hiệu tốt ta phải điểu chỉnh anten thu hướng cách xác hướng anten phát Và cần phải điều chỉnh thơng số cho phù hợp để có xạ tốt nhất, anten thu thu tín hiệu tốt mà khơng gặp phải khó khăn việc điều chỉnh hướng anten thu theo hướng xác phía anten phát độ lợi độ rộng xạ lớn Bên cạnh đó, sử dụng phương pháp tiếp điện để phối hợp trở kháng vấn đề quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng thu anten Ngoài điều thực thời gian hạn chế nên đề tài số điểm yếu cần khắc phục Phối hợp trở kháng thực anten chưa tốt Đề tài nghiên cứu lĩnh vực anten chưa đề cập tới thu phát wifi tần số 2.4 Ghz HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Trong kỷ nguyên thông tin ngày phát triển công nghệ thông tin di động, thông tin vệ tinh địi hỏi phải có hướng nghiên cứu sâu rộng hơn, để tìm loại cấu hình anten phù hợp, đáp ứng nhu cầu truyền tải thông tin đa phương tiện thiết thực Do việc nghiên cứu anten với hỗ trợ ngày mạnh kỹ thuật máy tính tạo bước đột phá ngành thơng tin liên lạc dịch vụ giải trí truyền hình Như hướng phát triển đề tài tập trung vào vấn đề thiết yếu sau đây: - Tiếp tục đưa dạng anten E-shape nhiều tính vượt trội băng thơng, …phù hợp cho hệ thống thơng tin ngày nay, phát triển dải băng tần lớn Ultra Wide Band - Nghiên cứu cách cấp nguồn khác cho anten không ảnh hưởng nhiều tới trường xạ, kiểu mạng khác để xạ đạt cực đại - Tìm hiểu thu phát sóng cơng nghệ ứng dụng anten E-shape wifi hay wimax TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lý thuyết kỹ thuật siêu cao tần – Vũ Đình Thành [2] Phạm Minh Việt, “Kỹ thuật siêu cao tần”, XB KHKT [3] E-Shaped microstrip antenna array with improved gain for wireless applications ( Number Jan-June 2014) ... thuyết anten, nêu loại anten số thông số anten Chương 2: Giới thiệu anten băng rộng, anten mạch dải nhiều băng tần anten chữ E Chương 3: Thiết kế, mô anten E - Shape hoạt động tần số 2. 4Ghz, trình... results, the next development Chapter of the scheme refers to the basic theory of antennas, micro strip antennas and micro-strip line Chapter offers an approach to the design of wide band antennas... Hình 2. 22 Dạng hình học mảng hai phần tử đặt dọc theo trục z 44 Hình 2. 23 Trường vùng xạ sơ đồ pha mảng N phần tử istropic 48 Hình 3.1 Anten hình chữ E 52 Hình 3 .2 Anten phần tử hình