Thiết kế mô phỏng anten vi dải theo hướng tăng băng thông và giảm nhỏ kích thước

TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH 621.382 KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: THIẾT KẾ MÔ PHỎNG ANTEN VI DẢI THEO HƢỚNG TĂNG BĂNG THÔNG VÀ GIẢM NHỎ KÍCH THƢỚC Giảng viên hướng dẫn : ThS Lê Thị Kiều Nga Sinh viên thực : Lê Văn Hoài Lớp : 50K1 - ĐTVT Mã số sinh viên : 0951083543 Nghệ An - 01/2014 LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình học tập trƣờng Đại học Vinh đƣợc hƣớng dẫn, dạy bảo thầy cô, mà đặc biệt thầy cô khoa Điện tử viễn thông, em dần đƣợc trang bị kỹ mà ngƣời kỹ sƣ điện tử viễn thơng cần có Điều giúp ích nhiều cho kỹ làm việc em tƣơng lai Lời cảm ơn em xin chân thành gửi đến Ban giám hiệu nhà trƣờng tạo hội cho đƣợc thực tập thực tế giúp em có nhìn tổng quan kiến thức đƣợc học nhà trƣờng, gửi đến thầy cô giáo khoa Điện tử viễn thông giảng dạy giúp đỡ em suốt năm học qua Và qua em xin đƣợc tỏ lòng biết ơn chân thành đến cô giáo Th.S Lê Thị Kiều Nga ln theo sát, bảo tận tình suốt trình thực đồ án tốt nghiệp Vì hiểu biết kinh nghiệm thực tế cịn có hạn chế nên đồ án em không tránh khỏi thiếu sót Mong đóng góp thầy, bạn để đề tài em đƣợc hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Nghệ An, ngày tháng năm 2014 sinh viên thực Lê Văn Hồi I TĨM TẮT ĐỒ ÁN Đồ án tập trung nghiên cứu, thiết kế anten vi dải phƣơng pháp tăng băng thơng, giảm nhỏ kích thƣớc anten vi dải Thiết kế sử dụng cho thiết bị di động hoạt động dải tần DCS, PCS, UTMS, WLAN Anten đƣợc thiết kế có kích thƣớc giảm 77% băng thơng tăng gấp hai lần chất có số điện mơi εr = 2.2, ε’r = 1.006, độ dày anten h = 2.44 mm đƣợc thiết kế tần số cộng hƣởng 2.5 GHz Ngoài đồ án cịn khảo sát vị trí tiếp điện cho anten vi dải hình chữ nhật, vị trí pin cho anten thu nhỏ ABSTRACT This thesis focuses on research, design microstrip antennas and increasing bandwitdth, minisize microstrip antenna methods This design can be used for the mobile devices operating in the frequency bands DCS, PCS, UMTS, WLAN The antenna is designed in a 77% smaller size than the original size and the antenna bandwitdth increases twice and it is designed on substrate dielectric constant εr = 2.2 ε’r = 1.006 with the antenna thickness h = 2.44 mm and the antenna is designed to work at 2.5 GHz resonance frequency The thesis also survey the location feeding strip or pin location for miniature II MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN TÓM TẮT ĐỒ ÁN II DANH MỤC HÌNH VẼ V DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT VII MỞ ĐẦU VIII CHƢƠNG LÍ THUYẾT ANTEN 1.1 Giới thiệu 1.2 Các loại Anten 1.3 Các tham số anten 1.3.1 Sự xạ sóng điện từ anten 1.3.2 Giản đồ xạ 1.3.3 Mật độ công suất xạ 1.3.4 Cƣờng độ công suất xạ 1.3.5 Hệ số định hƣớng 1.3.6 Hệ số tăng ích 1.3.7 Băng thông 1.3.8 Trở kháng vào 10 1.3.9 Phân cực Anten 11 CHƢƠNG ANTEN VI DẢI, TÍNH TỐN THIẾT KẾ ANTEN VI DẢI HÌNH CHỮ NHẬT 15 2.1 Anten vi dải 15 2.1.1 Giới thiệu chung anten vi dải 15 2.1.2 Các hình dạng anten vi dải 16 2.1.3 Đặc tính Microstrip Antennas (MSA) 17 2.1.4 Các kỹ thuật cấp nguồn cho anten vi dải (feed method) 18 2.1.4.1 Cấp nguồn đƣờng truyền vi dải 19 2.1.4.2 Cấp nguồn probe đồng trục 19 2.1.4.3 Cấp nguồn dùng phƣơng pháp ghép khe – Aperture coupled 20 2.1.4.4 Cấp nguồn dùng phƣơng pháp ghép gần – Proximity coupled 21 2.1.5 Băng thông MSA 21 2.1.6 Nguyên lý xạ anten vi dải 23 2.1.7 Trƣờng xạ anten vi dải 25 2.1.7.1 Thế vectơ số cơng thức tính trƣờng xạ 25 2.1.7.2 Công suất xạ 27 2.1.7.3 Công suất tiêu tán 27 III 2.1.7.4 Năng lƣợng tích lũy 28 2.1.7.5 Trở kháng vào 28 2.1.8 Sự phân cực sóng 29 2.1.9 Mơ hình hốc cộng hƣởng 30 2.2 Thiết kế kết mô anten vi dải hình chữ nhật 33 2.2.1 Tính tốn thơng số anten vi dải hình chữ nhật thơng thƣờng 33 2.2.2 Mơ anten vi dải hình chữ nhật phần mềm HFSS 34 2.2.2.1 Thiết kế kiến trúc 3D cho anten 34 2.2.2.2 Tiếp điện cho anten 35 2.2.2.4 Kết mô 36 CHƢƠNG NGHIÊN CỨU PHƢƠNG TĂNG BĂNG THÔNG CHO ANTEN VI DẢI 39 3.1 Giới thiệu chung 39 3.1.1 Băng thông anten 39 3.1.2 Dải tần công tác 40 3.2 Mở rộng băng thông anten vi dải 40 3.2.1 Giới thiệu 40 3.2.2 Ảnh hƣởng tham số chất tới băng thông băng thông 42 3.2 Giới thiệu thiết kế mô phƣơng pháp tăng băng thông 44 3.2.1 Giới thiệu thiết kế tăng băng thông 44 3.2.2 Mô kết 44 CHƢƠNG GIẢM NHỎ KÍCH THƢỚC ANTEN VI DẢI BĂNG RỘNG 49 4.1 Các phƣơng pháp giảm nhỏ kích thƣớc anten 49 4.1.1 Giới thiệu 49 4.1.2 Các phƣơng giảm nhỏ kích thƣớc anten 50 4.1.2.1 Phƣơng pháp Shorting-wall 50 4.1.2.2 Phƣơng pháp Shorting-pin 51 4.2 Thiết kế mơ thu nhỏ kích anten băng rộng 52 4.2.1 Thiết kế mô 52 4.2.1.1 Thiết kế kích thƣớc anten thu nhỏ anten 52 4.2.1.2 Khảo sát phụ thuộc hệ số tổn hao ngƣợc vào vị trí pin 53 4.2.1.2 Mô kết 53 4.2.2 So sánh băng thông độ suy hao anten sau thiết kế thu nhỏ 57 KẾT LUẬN 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 IV DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Các trƣờng xạ khu xa Hình 1.2 Hệ tọa độ phân tích anten Hình 1.3 Bức xạ hƣớng tính .4 Hình 1.4 Phân cực elíp thời điểm z = 11 Hình 2.1 Anten vi dải .14 Hình 2.2 Các dạng anten vi dải thơng dụng .15 Hình 2.3 Xấp nguồn dùng đƣờng truyền vi dải .18 Hình 2.4 Cấp nguồn dùng cáp đồng trục 19 Hình 2.5 Cấp nguồn dùng phƣơng pháp ghép khe – aperture coupled 19 Hình 2.6 Cấp nguồn dùng phƣơng pháp ghép gần – proximity coupled 20 Hình 2.7 Phân bố điện tích dịng điện anten vi dải hình chữ nhật .22 Hình 2.8 Phân bố điện tích dịng điện 29 Hình 2.9 Các thông số anten vi dải 31 Hình 2.10 Hình dạng anten hfss 33 Hinh 2.11 Anten tiếp điện cáp đồng trục 33 Hình 2.12 Hệ số tổn hao ứng với vị trí tiếp điện khác 34 Hình 2.13 Hệ số tổn hao, băng thông anten gốc 34 Hình 2.14 Hệ số sóng đứng VSWR 35 Hình 2.15 Đồ thị Smith anten gốc .35 Hình 2.16 Đồ thị phƣơng hƣớng xạ khơng gian ba chiều tần số 2.5GHz 36 Hình 3.1 Băng thơng anten 37 Hình 3.2 Ảnh hƣởng số điện môi độ dày chất tới băng thông trở kháng hiệu suất xạ 40 Hình 3.3 Sự biến đổi hệ số Q anten vi dải có patch hình chữ nhật theo số điện mơi chất 41 Hình 3.4 Sự biến đổi hệ số q anten vi dải có patch hình chữ nhật theo độ dày chất .42 Hình 3.5 Hệ số tổn hao ngƣợc s11 băng thông anten sau thêm lớp điện môi .43 V Hình 3.6 Hệ số sóng đứng VSWR ante sau thêm lớp điện mơi 43 Hình 3.7 Đồ thị Smith anten sau thêm lớp điện môi 44 Hình 3.8 Đồ thị phƣơng hƣớng xạ khơng gian ba chiều 44 Hình 3.9 So sánh băng thông anten sau thêm lớp điện mơi anten gốc 45 Hình 4.1 Cấu trúc anten vi dải thông thƣờng 47 Hình 4.2 Mặt xạ hình chữ nhật với kĩ thuật shorting-wall .47 Hình 4.3 Cấu trúc phần tƣ bƣớc sóng .48 Hình 4.4 Hình biểu diễn dùng kĩ thuật shorting-pin để thu nhỏ anten vi dải hình chữ nhật 48 Hình 4.5 Mặt xạ hình chữ nhật với kĩ thuật shorting-pin 49 Hình 4.6 Cấu trúc nhỏ phần tƣ bƣớc sóng 49 Hình 4.7 Hệ số tổn hao ngƣợc anten vị trí pin khác 50 Hình 4.8 Mơ hình anten sau thu nhỏ 51 Hình 4.9 Hệ số tồn hao s11 băng thông anten sau thu nhỏ 51 Hình 4.10 Hệ số sóng đứng anten sau thu nhỏ 52 Hình 4.11 Đồ thị smith anten sau thu nhỏ 52 Hình 4.12 Đồ thị phƣơng hƣớng xạ anten sau thu nhỏ không gian ba chiều .53 Hình 4.13 So sánh băng thơng sau thu nhỏ 54 VI DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT HPBW Half-Power BeamWidth Một nửa độ rộng búp sóng LMR Land Mobile Radio Hệ thống vô tuyền mặt đất AR Axial Ratio Hệ số trục CW Clockwise Chiều kim đồng hồ CCW Counter Clockwise Ngƣợc kim đồng hồ MTA Microstrip Traveling-Wave Antennas Anten vi dải truyền sóng MSA Microstrip Antennas Anten vi dải Global System for Mobile Hệ thống thơng tin di động tồn communications cầu GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu GND Ground Mặt phẳng đất BW Bandwidth Băng thơng GSM VSWR Voltage Standing Wave Ratio Hệ số sóng đứng AR Axial Ratio Hệ số quanh trục Q Quality Hệ số phẩm chất HFSS High Frequency Structure Simulator Cấu trúc mô tần số cao DBS Direct Broadcast Satellite Vệ tinh phát sóng trực tiếp WLAN Wireless Local Area Network Mạng nội không dây VII 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 đƣợc thu nhỏ kích thƣớc Các anten phẳng, chẳng hạn nhƣ anten vi dải (microstrip antenna) anten mạch in (printed antenna), có ƣu điểm hấp dẫn nhƣ kích thƣớc nhỏ dễ gắn lên thiết bị đầu cuối, …; chúng lựa chọn thỏa mãn yêu cầu thiết kế Cũng lí này, kỹ thuật thiết kế anten phẳng băng rộng thu hút nhiều quan tâm nhà nghiên cứu anten Sau năm 2000, nhiều anten phẳng đƣợc 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), đƣợc 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) Anten vi dải vốn có băng thơng hẹp, mở rộng băng thông thƣờng nhu cầu ứng dụng thực tế Do đó, việc giảm kích thƣớc mở rộng băng thơng xu hƣớng thiết kế cho ứng dụng thực tế anten vi dải Đồ án tập trung thiết kế anten vi dải băng rộng tăng băng thơng cho anten phƣơng pháp thêm lớp điện mơi sau tiến hành thu nhỏ kích thƣớc Đồng thời sử dụng phần mềm Ansoft HFSS để thiết kế mô phần mềm Origin để xử lý kết Trong đồ án gồm chƣơng Chƣơng trình bày lý thuyết anten, giới thiệu định nghĩa anten, nêu số loại anten khái niệm, đặc tính chúng Sau đƣa số tham số để đánh giá hiệu suất thiết kế anten nhƣ: giản đồ xạ, công suất xạ, hệ số định hƣớng, hệ số tăng ích, trở kháng vào,… Chƣơng VIII giới thiệu anten vi dải tính tốn thiết kế anten vi dải hình chữ nhật, đặc tính anten vi dải, hình dạng kỹ thuật tiếp điện đặc điểm cuả chúng Tiếp đến thiết kế mơ anten vi dải hình chữ nhật có khảo sát vị trí tiếp điện cáp đồng trục anten Chƣơng nghiên cứu phƣơng pháp tăng băng thông cho anten vi dải, băng thông anten, dải tần công tác, lý thuyết để mở rộng dải thơng cho anten Sau tiến hành thiết kế mở rộng băng thông anten cách thêm lớp điện môi anten Kết thiết kế thông số kỹ thuật anten thiết kế Chƣơng giới thiệu phƣơng pháp để thu nhỏ kích thƣớc anten vi dải sử dụng phƣơng pháp thu nhỏ shorting pin để thu nhỏ kích thƣớc anten đƣợc thiết kế mở rộng băng thông chƣơng Đánh giá thông số kỹ thuật anten sau thiết kế IX Hình 3.6 Hệ số sóng đứng VSWR anten sau thêm lớp điện mơi Hệ số sóng đứng VSWR = 1.35 tần số cộng hƣởng nằm khoảng - cho thấy anten hoạt động bình thƣờng (hình 3.6) Hình 3.8 đồ thị phƣơng hƣớng xạ anten không gian ba chiều tần số 2.5 GHz đạt đƣợc xạ đẳng hƣớng mặt phẳng vng góc với mặt phẳng anten sau thêm lớp điện môi Đồ thị Smith anten cho thấy trở kháng đầu vào anten, phần thực = 50.28 Ω  50 Ω, phần ảo = 12.4i (hình 3.7) 46 Hình 3.7 Đồ thị Smith anten sau thêm lớp điện môi Hình 3.8 Đồ thị phƣơng hƣớng xạ khơng gian ba chiều Nhƣ anten sau thêm lớp điện môi đảm bảo yêu cầu thiết kế, kỹ thuật 47 Hình 3.9 So sánh băng thơng anten sau thêm lớp điện môi anten gốc Tiến hành so sánh băng thông anten sau thêm lớp anten gốc (mục 2.2) origin ta thu đƣợc kết quả: anten sau thêm lớp có khoảng băng thông Bs = 120 MHz tăng lên lần mà đảm bảo yêu cầu kỹ thuật để anten hoạt động bình thƣờng Kết luận chƣơng Trong chƣơng này, tiến hành lý thuyết chung ảnh hƣởng điện môi đến băng thông anten tiến hành thay đổi điện môi anten, tiến hành mô thu đƣợc kết so sánh băng thông với anten gốc 48 CHƢƠNG GIẢM NHỎ KÍCH THƢỚC ANTEN VI DẢI BĂNG RỘNG 4.1 Các phƣơng pháp giảm nhỏ kích thƣớc anten 4.1.1 Giới thiệu Thu nhỏ kích thƣớc anten vi dải ngày cần thiết nhiều ứng dụng thực tế, chẳng hạn nhƣ thiết bị cầm tay di động, điện thoại không dây, vệ tinh phát sóng trực tiếp (DBS), mạng nội khơng dây (WLAN), vị trí vệ tinh tồn cầu (GPS) thiết bị đầu cuối không dây hệ Ứng dụng hệ thống thông tin di động ngày thƣờng yêu cầu kích thƣớc anten nhỏ để đáp ứng yêu cầu thu nhỏ kích thƣớc điện thoại di động Nhƣ vậy, giảm kích thƣớc ngày trở nên đƣợc trọng nhiều việc thiết kế cho ứng dụng thực tế anten vi dải Vì lý mà nghiên cứu để thu nhỏ kích thƣớc anten tăng lên, có nhiều tiến đáng kể thiết kế đƣợc báo cáo nhiều năm qua Các kích thƣớc anten yếu tố quan trọng trình thiết kế để thu nhỏ kích thƣớc thiết bị đầu cuối di động đại Bất kì kĩ thuật thu nhỏ kích thƣớc anten vi dải nhận đƣợc nhiều ý Yêu cầu cho anten điện thoại di động băng thông đầy đủ, hiệu sử dụng cao, trở kháng phù hợp, mẫu xạ đẳng hƣớng, suy hao tối thiểu diện đối tƣợng gần,…v.v Có nhiều cách thức thu nhỏ kích thƣớc anten, nhƣ là: + Sử dụng lớp điện mơi có hệ số điện mơi cao + Thay đổi hình dạng mặt xạ + Sử dụng mạch ngắn (short circuits), shorting-pins shorting-posts Sử dụng lớp điện mơi có số điện mơi cao giải pháp đơn giản, nhƣng lại có nhƣợc điểm băng thông hẹp, mát hiệu kích thích sóng bề mặt Thay đổi hình dạng mặt xạ cho phép giảm kích thƣớc đáng kể Tuy nhiên, số hình dạng gây việc sử dụng không hiệu vùng có sẵn Ngƣợc lại, shorting-posts, đƣợc coi nhƣ kỹ thuật hiệu 49 hơn, đƣợc sử dụng xếp khác để giảm kích thƣớc tổng thể anten vi dải 4.1.2 Các phƣơng giảm nhỏ kích thƣớc anten 4.1.2.1 Phương pháp Shorting-wall Thơng thƣờng, anten vi dải có cấu trúc nửa bƣớc sóng (λo/2) nhƣ minh họa hình 3.12 đƣợc hoạt động chế độ cộng hƣởng TM01 hay TM10, với tần số cộng hƣởng cho công thức: f= (2.63) √ Trong c = 108 m/s (c tốc độ ánh sáng), L chiều dài mặt xạ anten vi dải hình chữ nhật, εr hệ số điện môi lớp điện mơi Hình 4.1 Cấu trúc anten vi dải thông thƣờng Xem xét điện trƣờng không cạnh mặt xạ mode TM10, ngắn mặt xạ dọc theo cạnh mà tần số cộng hƣởng anten khơng bị thay đổi đáng kể Hình 4.2 Mặt xạ hình chữ nhật với kĩ thuật shorting-wall Khi mà có nhiều shorting-pin cạnh mặt xạ shortingwall đƣợc sử dụng (hình 4.2), tần số cộng hƣởng xảy vào khoảng xấp xỉ 50 0,5f01 Việc sử dụng kĩ thuật ngắn cạnh (edge-shorted) mặt xạ để giảm kích thƣớc đƣợc nhiều ngƣời biết đến làm cho anten vi dải hoạt động nhƣ cấu trúc phần tƣ bƣớc sóng làm giảm độ dài vật lý anten xuống nửa tần số hoạt động định Hình 4.3 Cấu trúc phần tƣ bƣớc sóng 4.1.2.2 Phương pháp Shorting-pin Khi sử dụng kĩ thuật shorting pin thay cho kĩ thuật shorting wall, kích thƣớc anten đƣợc giảm nhỏ mà đạt đƣợc tần số cộng hƣởng nhƣ yêu cầu Trong trƣờng hợp kích thƣớc chiều dài mặt xạ anten vi dải hình chữ nhật dùng kĩ thuật shorting-pin-loaded nhỏ phần ba kích thƣớc chiều dài mặt xạ anten vi dải tƣơng ứng khơng dùng kĩ thuật shorting-pin có tần số hoạt động Điều cho thấy kích thƣớc anten giảm tới khoảng 89% Tại điểm đặt shoting pin có vị trí x = -L/2 y = (chính cạnh mặt xạ) điểm cấp nguồn đƣợc chọn đƣờng trung tâm (trục x), tần số cộng hƣởng xảy vào khoảng 0,38f01 Hình 4.4 Hình biểu diễn dùng kĩ thuật shorting-pin để thu nhỏ anten vi dải hình chữ nhật 51 Với kĩ thuật shorting-pin giảm kích thƣớc anten chủ yếu dịch chuyển điểm có điện áp không trung tâm mặt xạ hình chữ nhật (kích thích mode TM01), tới rìa tƣơng ứng, nơi mà làm cho shorted patches cộng hƣởng tần số thấp nhiều Do đó, tần số hoạt động cho, kích thƣớc mặt xạ cần thiết đƣợc giảm đáng kể giảm kích thƣớc mặt xạ bị giới hạn khoảng cách điểm có điện áp khơng mặt xạ rìa mặt xạ Hình 4.5 Mặt xạ hình chữ nhật với kĩ thuật shorting-pin < λo/4 Khe xạ Hình 4.6 Cấu trúc nhỏ phần tƣ bƣớc sóng 4.2 Thiết kế mơ thu nhỏ kích anten băng rộng 4.2.1 Thiết kế mô 4.2.1.1 Thiết kế kích thước anten thu nhỏ anten Tiến hành thiết kế mô anten thêm lớp thu nhỏ hoạt động tần số cộng hƣởng 2.5 GHz mục 3.2.2 phƣơng pháp shorting-pin Theo công thức mục 4.1 ta ƣớc lƣợng kích thƣớc thu nhỏ khoảng 1/3 kích thƣớc ban đầu nên 52 ta có: Wg = 20 mm Lg = 22.67 mm kích thƣớc W L đƣợc tùy chỉnh để thu đƣợc tần số cộng hƣởng phù hợp 4.2.1.2 Khảo sát phụ thuộc hệ số tổn hao ngược vào vị trí pin Theo thiết kế tăng băng thơng thêm lớp điện môi chƣơng tiến hành giữ nguyên lớp thiết kế tiến hành thu nhỏ kích thƣớc 1/3 theo mục 4.2.1.1 tiến hành thêm pin để kết nối mặt xạ mặt phẳng đất vị trí có tọa độ thay đổi X = – L Y = W/2 ta thu đƣợc kết (hình4.7) Hình 4.7 Hệ số tổn hao ngƣợc anten vị trí pin khác Theo kết đồ thị biểu diễn hệ số tổn hao ngƣợc hình 4.7 nhận thấy vị trí pin tốt để anten hoạt động tốt X = 5.87 mm Y = W/2 theo tọa độ mô Oxy vị trí gần với với lõi tiếp điện cáp đồng trục 4.2.1.2 Mô kết Sau thực thay đổi tọa độ Y kích thƣớc mặt xạ ta thu đƣợc thiết kế hình 4.8 Nhƣ sau khảo sát vị trí pin (hình 4.7) kết tốt điểm có tọa độ X= 5,87 mm Y = W/2 mm hệ số tổn hao ngƣợc bé thu đƣợc hình 4.9 Theo hình 4.9 ta thu đƣợc thiết có tần số cộng hƣởng 2.51 GHz sai số 0.2% < % tần số thiết kế, hệ số tổn hao S11 = -18.6 dB < -9.5 dB, băng thông anten B = 150 MHz 53 Hệ số sóng đứng sau thi nhỏ VSWR = 1.3 có giá trị nằm khoảng tần số cộng hƣởng (hình 4.10) Hình 4.8 Mơ hình anten sau thu nhỏ 54 Hình 4.9 Hệ số tồn hao S11 băng thơng anten sau thu nhỏ Hình 4.10 Hệ số sóng đứng anten sau thu nhỏ 55 Hình 4.11 Đồ thị Smith anten sau thu nhỏ Hình 4.12 Đồ thị phƣơng hƣớng xạ anten sau thu nhỏ không gian ba chiều Đồ thị smith thể cho thấy giá trị trở kháng vào anten, phần thực giá trị trở kháng  50.03 Ω phần ảo giá trị trở kháng 13.49i (hình 4.11) Hình 4.12 đồ thị phƣơng hƣớng xạ anten không gian ba chiều tần số 2.5 GHz đạt đƣợc xạ đẳng hƣớng mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng anten sau thêm lớp điện mơi Kích thƣớc anten sau thu đƣợc có thông số sau: Wg = 20 mm, Lg= 22.67, Ws = 12.86 mm, Ls = 16.37 mm Nhƣ sau thiết kế thu nhỏ kích thƣớc anten đƣợc giảm xuống 100% = 77% đảm bảo thông số kỹ thuất để anten hoạt động bình thƣờng 56 4.2.2 So sánh băng thơng độ suy hao anten sau thiết kế thu nhỏ Sử dụng phần mềm phân tích Origin thể hệ số tổn hao ngƣợc S11 anten gốc, anten tăng băng thông sau thêm lớp điện môi anten tăng băng thơng giảm nhỏ kích thƣớc đồ thị để tiến hành đánh giá Hình 4.13 So sánh băng thông sau thu nhỏ Anten sau tiến hành thu nhỏ kích thƣớc có thơng số kỹ thuật: + Tần số cộng hƣởng f0 = 2.51 GHz sai số 0.04 % < 2% + Hệ số tổn hao ngƣợc S11 = - 18.2 dB < -9.5 dB + Băng thông B = 150 MHz tăng gấp gần lần + Kích thƣớng giảm nhỏ 77% Nhƣ sau thiết kế anten có kích thƣớc giảm 77% băng thông hệ số tổn hao ngƣợc không thay đổi nhiều anten đảm bảo yêu cầu kỹ thuật để hoạt động bình thƣờng Kết luận chƣơng: Trong chƣơng này, trình bày lý thuyết phƣơng pháp để thu nhỏ kích thƣớc anten vi dải tiến hành thu nhỏ kích thƣớc anten thiết kế 57 chƣơng để thu đƣợc anten vừa tăng băng thông giảm nhỏ kích thƣớc so với anten gốc 58 KẾT LUẬN Tuy thời gian nghiên cứu, hiểu biết anten hạn chế nhƣng dƣới hƣớng dẫn nhiệt tình giáo viên hƣớng dẫn em tìm hiểu thiết kế mơ thành cơng anten vi dải có băng thơng tăng kích thƣớc giảm nhỏ nhiều lần Trong trình nghiên cứu, tìm hiểu đồ án thân em rút đƣợc nhiều kinh nghiệm việc thiết kế, mô anten vi dải nhƣ vị trí tiếp điện cho anten, vị trí pin thu nhỏ anten hay việc cấp nguồn… Đồ án hội cho em trải nghiệm kiến thức anten mà em đƣợc học lớp, đƣợc tiếp cận sâu hơn, hiểu rõ đƣợc nguyên lý nhƣ ứng dụng chúng vào thiết bị truyền tin Những kinh nghiệm, kiến thức mà em thu nhận đƣợc qua đồ án tiền đề, sở để em mở rộng nghiên cứu tƣơng lai lên đề tài mang tính ứng dụng thực tiễn, hiệu cho thiết bị truyền tin 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Ahmed H Reja* “Study of Microstrip Feed Line Patch Antenna,” Eng.&Tech Journal, Vol.27, No.2,2009 [2] Zhi Ning Chen, Senior Member, IEEE, Terence S.P.See, Xianming Qing “Small Printed Ultrawideband Antenna With Reduced Ground Plane Effect,” IEEE transaction on Antenna and propagation, vol.55, no.2, february 2007 [3] Ramesh Garg, Prakash Bhartia, Inder Bahl, Apisak Ittipiboon, Microstrip Antenna Design Hanbook, Artech House, may 2000 [4] Jellett, S T , Bialkowski, M E., Dimitrios, A P., "An Experimental Investigation into Microstrip Antenna Elements Suitable for Mobilsat Applications", Microwave and Optical Techn-ology Letters, v.6, n.4, March 1993 [5] http://tienphongonline.vn/luan-van/vien-thong/128226-thiet-ke-anten-vi-daibang-rong-va-da-dai-tan.html truy cập lần cuối ngày 21/12/2013 60 ... tới băng thông băng thông 42 3.2 Giới thiệu thiết kế mô phƣơng pháp tăng băng thông 44 3.2.1 Giới thiệu thiết kế tăng băng thông 44 3.2.2 Mô kết 44 CHƢƠNG GIẢM NHỎ KÍCH... 2014 sinh vi? ?n thực Lê Văn Hồi I TĨM TẮT ĐỒ ÁN Đồ án tập trung nghiên cứu, thiết kế anten vi dải phƣơng pháp tăng băng thông, giảm nhỏ kích thƣớc anten vi dải Thiết kế sử dụng cho thiết bị di... rộng dải thơng cho anten Sau tiến hành thiết kế mở rộng băng thông anten cách thêm lớp điện môi anten Kết thiết kế thông số kỹ thuật anten thiết kế Chƣơng giới thiệu phƣơng pháp để thu nhỏ kích