Đang tải... (xem toàn văn)
Nội dung của luận án được trình bày trong 4 chương như sau: Chương 1 trình bày tổng quan về anten mảng tuyến tính, thuật toán đàn Dơi và phương pháp tổng hợp hệ số mảng; Tổng quan về mạng tiếp điện vi dải và đề xuất giải pháp thiết kế mạng tiếp điện vi dải; Giải pháp ứng dụng thuật toán đàn Dơi phát triển anten mảng Vivaldi có mức búp sóng phụ thấp, tăng ích cao; Giải pháp ứng dụng thuật toán đàn Dơi phát triển một anten mảng dipole mạch in hai mặt (DSPD) có tăng ích cao và nén riêng búp sóng phụ thứ nhất.
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Lương Xuân Trường NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ TỐI ƯU ANTEN CĨ KÍCH THƯỚC NHỎ KẾT HỢP CẤU TRÚC EBG SỬ DỤNG VẬT LIỆU MỚI ỨNG DỤNG TRONG THÔNG TIN VÔ TUYẾN BĂNG RỘNG Chuyên ngành: Kỹ thuật Viễn thơng Mã số: 62520208 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ, TRUYỀN THÔNG Hà Nội – 2020 Cơng trình hồn thành tại: Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Trần Minh Tuấn PGS.TS Trương Vũ Bằng Giang Luận án bảo vệ trước Hội đồng cấp Đại học Quốc gia chấm luận án tiến sĩ họp vào hồi giờ ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Quốc gia Việt Nam - Trung tâm Thông tin - Thư viện, Đại học Quốc gia Hà Nội MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Ngày nay, giải pháp sử dụng chia sẻ phổ tần số hệ thống vô tuyến điện một chủ đề đề cập nhiều bối cảnh ngày có nhiều hệ thống vô tuyến phát triển phổ tần số lại tài nguyên có hạn Giải pháp sử dụng anten mảng tuyến tính có hướng tính cao, tối ưu mức búp sóng phụ hướng nghiên cứu quan tâm nhằm đáp ứng yêu cầu thực tiễn chống nhiễu đường vô tuyến hệ thống dùng chung phổ tần Giải pháp thiết kế mảng anten tuyến tính có mức búp phụ thấp phổ biến hiện sử dụng phân bố biên độ theo chuỗi toán học Chebyshev Taylor Giải pháp có yếu điểm giảm mức búp sóng phụ nói chung mà khơng giải tốn đặt hướng (điểm) khơng búp sóng phụ để chống nhiễu hướng búp sóng phụ Phương pháp tổng quát nghiên sử dụng thuật toán để tối ưu hệ số mảng GA, PSO, đàn Ong, đàn Dơi Trong số đó, đàn Dơi mợt thuật tốn phát triển cho kỹ thuật điều khiển búp sóng từ năm 2017 Hiện nay, phạm vi công bố, nghiên cứu dừng lại đề xuất mặt lý thuyết sử dụng thuật tốn đàn Dơi cho bợ điều khiển búp sóng số Xuất phát từ thực tiễn đó, luận án lựa chọn nghiên cứu giải pháp thiết kế anten mảng tuyến tính có đợ lợi cao, đáp ứng yêu cầu giảm mức búp sóng phụ sở ứng dụng thuật toán đàn Dơi Mục tiêu nghiên cứu: Nghiên cứu đề xuất giải pháp sử dụng thuật toán đàn Dơi để thiết kế mạng tiếp điện vi dải anten mảng tuyến tính có đợ lợi cao, đáp ứng u cầu nén mức búp sóng phụ Phạm vi đối tượng nghiên cứu: Lý thuyết thuật toán tối ưu đàn Dơi, anten mảng tuyến tính vi dải Các bợ chia công suất vi dải để ứng dụng thiết kế anten mảng tuyến tính có điều khiển mức búp sóng phụ Các giải pháp thiết kế anten mảng tuyến tính có tăng ích cao, nén mức búp sóng phụ thấp Ý nghĩa khoa học thực tiễn: Đề xuất giải pháp thiết kế mạng tiếp điện vi dải, anten mảng tuyến tính vi dải có đợ lợi cao, búp sóng phụ thấp sở sử dụng thuật toán tối ưu đàn Dơi Các sản phẩm thiết kế, chế tạo ứng dụng thực tiễn hệ thống viễn thông hoạt động dải tần 3,5 GHz nhằm giải vấn đề giảm nhiễu có hại kịch dùng chung tần số để nâng cao hiệu sử dụng phổ tần Cấu trúc nội dung luận án: Nội dung luận án trình bày chương sau: Chương trình bày tổng quan anten mảng tuyến tính, thuật tốn đàn Dơi phương pháp tổng hợp hệ số mảng Chương trình bày tổng quan mạng tiếp điện vi dải đề xuất giải pháp thiết kế mạng tiếp điện vi dải Chương trình bày giải pháp ứng dụng thuật tốn đàn Dơi phát triển anten mảng Vivaldi có mức búp sóng phụ thấp, tăng ích cao Chương trình bày giải pháp ứng dụng thuật tốn đàn Dơi phát triển mợt anten mảng dipole mạch in hai mặt (DSPD) có tăng ích cao nén riêng búp sóng phụ thứ Chương 1: Ứng dụng thuật toán đàn dơi kỹ thuật điều kiển búp sóng anten mảng tuyến tính Chương trình bày tổng quan anten mảng tuyến tính, thuật tốn đàn Dơi phương pháp tổng hợp hệ số mảng đáp ứng yêu cầu nén búp sóng phụ đặt điểm khơng đồ thị xạ 1.1 Tổng quan anten mảng tuyến tính Anten mảng tuyến tính xếp phần tử anten đơn theo trật tự thẳng hàng Khi khoảng cách phần tử lựa chọn anten mảng tuyến tính thường gọi anten mảng tuyến tính phân bố Trường xạ tổng hợp mợt anten mảng tuyến tính tích số trường xạ một phần tử anten đơn đặt vị trí trung tâm hệ số mảng Hệ số mảng AF anten mảng tính công thức sau [89]: 𝑁 𝐴𝐹(𝜃, 𝜑) = ∑𝑛=1 𝑎𝑛 𝑒 𝑗(𝑛−1).(𝑘.𝑑.cos 𝜃+ 𝛿𝑛 ) (1 2) 1.2 Phương pháp tổng hợp hệ số mảng Có phương pháp để tổng hợp hệ số mảng đáp ứng yêu cầu cho trước mức búp sóng phụ đặt điểm không là: Điều khiển biên độ, điều khiển pha điều khiển khoảng cách Để thuận tiện cho việc nghiên cứu mảng anten tuyến tính cố định, luận án sử dụng hai kỹ thuật điều khiển biên độ điều khiển khoảng cách 1.3 Ứng dụng thuật tốn đàn Dơi kỹ thuật nén búp sóng phụ anten mảng tuyến tính 1.3.1 Tổng quan thuật tốn đàn Dơi Giải thiết đàn Dơi có Q phần tử Mỗi phần tử Dơi đặc trưng vị trí xi có vận tốc di chuyển vi, tần số phát xung fi, tỉ lệ xung ri (với ri ϵ [0,1]), Ai biên độ xung Ở bước tìm kiếm thứ t, thực hiện khởi tạo tần số fi cập nhật vận tốc vi cho phần tử Dơi vị trí xi theo quy tắc: 𝑓𝑖 = 𝑓𝑚𝑖𝑛 + (𝑓𝑚𝑖𝑛 − 𝑓𝑚𝑎𝑥 )𝛽 (1 29) 𝑣𝑖𝑡+1 𝑥𝑖𝑡+1 (1 30) = = 𝑣𝑖𝑡 𝑥𝑖𝑡 + + (𝑥𝑖𝑡 𝑣𝑖𝑡 − 𝑥∗ )𝑓𝑖 (1 31) Với β lấy ngẫu nhiên đoạn [0,1] x* giải pháp toàn cục tốt tạm thời tìm Nếu vị trí giải pháp toàn cục tốt số giải pháp có khởi phát q trình tìm kiếm khu vực bước ngẫu nhiên theo quy tắc: 𝑥𝑛𝑒𝑤 = 𝑥𝑜𝑙𝑑 + 𝜀𝐴𝑡 (1 32) t Với A biên đợ trung bình tất phần tử bước lặp thứ t ε giá trị ngẫu nhiêu khoảng [-1,1] Biên độ tỉ lệ phát xung cập nhật theo quy tắc sau: 𝐴𝑡+1 = 𝛼𝐴𝑡𝑖 𝑖 𝑟𝑖𝑡+1 = 𝑟𝑖0 (1 − (1.33) exp(−𝛾𝑡)) (1 34) Với α γ số thỏa mãn điều kiện < α < < γ 1.3.2 Xây dựng hàm mục tiêu Giả thiết yêu cầu toán triệt búp sóng phụ hướng góc θnull mức búp sóng phụ cịn lại nén khơng vượt mức thiết lập trước pre_sll Hàm mục tiêu thiết kế sau: 𝐹 = 𝑐1 ∑𝜃𝑖=𝑛𝑢𝑙𝑙 |𝐴𝐹0 (𝜃𝑖 )|2 + 𝑐2 ∑𝜃𝑗≠𝑛𝑢𝑙𝑙 |𝐴𝐹0 (𝜃𝑗 ) − 𝐴𝐹𝑑 (𝜃𝑗 )| (1.36) AF0 hệ số mảng mong muốn đáp ứng yêu cầu đặt điểm không góc θnull AFd hàm tham chiếu để tối ưu mức búp phụ giá trị pre_sll mong muốn Các tham số c1, c2 số Để giữ búp sóng trung tâm mảng đồ thị xạ đối xứng giá trị δn an thiết lập cần thoả mãn: 𝛿𝑛 = 0𝑜 𝑎𝑛 = 𝑎𝑁−𝑛+1 , với n = 1… N-1 1.3.3 Giải thuật chi tiết Bước 1: Trên sở yêu cầu đầu vào nén búp sóng phụ, xây dựng hàm mục tiêu F (x) theo công thức (1.36) Bước 2: Xác định trọng số sử dụng để tối ưu (có thể biên đợ, pha hay khoảng cách) Bước 3: Khởi tạo thuật toán + Khởi tạo tập đàn Dơi gồm Q phần tử xi tham số đặc trưng phần tử Dơi vi , fi, ri, Ai, fmin fmax Mỗi xi một biến gồm N chiều (với N số phần tử mảng anten thiết kế) + Định nghĩa giới hạn trình tìm kiếm: ngưỡng giá trị chấp nhận hàm F: threshold; số vịng lặp tối đa: t_max + Tìm x* giá trị toàn cục tốt lúc ban đầu số xi.Thiết lập Fmin = F(x*) Bước 4: Thực hiện q trình tìm kiếm tồn cục: Ở bước tìm kiếm bất kỳ, vị trí tần số phát xung phần tử Dơi xi cập nhật theo cơng thức (1.29), (1.30) (1.31) Tìm số xi hiện giá trị xs cho hàm F nhỏ Bước 5: Thực hiện q trình kiếm cục bợ + Khởi tạo xj lân cận giá trị xs Nếu Fmin > F(xj) đặt x* = xj + Thay đổi tỉ lệ phát xung biên độ phần tử Dơi theo (1.32) + Kiểm tra điều kiện giới hạn việc tìm kiếm (thời gian t_max và/hoặc sai số chấp nhận threshold) Quay lại Bước chưa vi phạm giới hạn tìm kiếm Chương 2: Giải pháp thiết kế mạng tiếp điện cho anten mảng tuyến tính sử dụng thuật tốn đàn Dơi Chương trình bày nghiên cứu tổng quan mạng tiếp điện vi dải Trên sở đó, đề xuất giải pháp thiết kế một mạng tiếp điện vi dải nối tiếp sử dụng cho anten mảng tuyến tính đáp ứng yêu cầu nén búp sóng phụ sử dụng thuật tốn đàn Dơi 2.1 Tổng quan mạng tiếp điện Cac mạng tiếp điện có vai trị quan trọng mảng anten Với anten phát, mạng tiếp điện đóng vai trị phân phối tín hiệu mợt nguồn đầu vào đến phần tử anten mảng Với anten thu, mạng tiếp điện thành phần tổng hợp tín hiệu thu từ mảng Mạng tiếp điện có hai cấu trúc nối tiếp song song Thành phần mạng tiếp điện vi dải đường truyền vi dải, bộ phối hợp trở kháng bộ chia công suất 2.2 Đề xuất giải pháp thiết kế mạng tiếp điện Để thực thi bộ trọng số hệ số mảng tính tốn từ thuật tốn đàn Dơi, luận án đề xuất giải pháp phát triển cấu trúc mạng tiếp điện nối tiếp sau: Hình 10: Cấu trúc mạng tiếp điện nối tiếp 2N lối đề xuất Mạng tiếp điện gồm một chia công suất cân trung tâm hai nhánh đối xứng Mạng tiếp điện có 2N lối đối xưng nhau, có trở kháng Z0, đáp ứng yêu cầu phân bố công suất tương ứng với phân bố biên độ hệ số mạng, pha lối cân khoảng cách điều chỉnh Công suất lối thứ i P(ui) định trở kháng có đợ dài mợt phần tư bước sóng tính cơng thức (2.33) (2.34) sau: 𝑃(𝑢 ) 𝛼𝑖 = 𝑃(𝑣 𝑖) (2.28) 𝑖 ) 𝛼𝑖 (2 33) 𝑍𝑣𝑖 = 𝑍0 √(1 + 𝛼𝑖 ) (2 34) 𝑍𝑢𝑖 = 𝑍0 √(1 + với p(vi) tổng cơng suất lối phía sau i Hình 11: Tính tốn phân bố cơng suất nút thứ i mạng tiếp điện Để cân pha hai lối liền kề với khoảng cách di bất kỳ, nút thứ i, bổ sung hình bán ngụt bán kính ri cho độ dài điện kết nối hai cổng 360o mơ tả Hình 2.12 𝑑𝑖 = 𝑑𝑟𝑖 + 2𝑟𝑖 (2.37) 3𝜆𝑔 (2.42) 4√𝜀𝑒 = 𝑑𝑟𝑖 + 𝜋𝑟𝑖 Ở đây, εe hàng số điện môi hiệu dụng phụ thuộc vào đợ rợng đường vi dải tính chất vật liệu điện mơi Hình 12: Giải pháp cân pha lối 2.3 Đề xuất quy trình thiết kế Luận án đề xuất quy trình thiết kế mạng tiếp điện sử dụng thuật toán đàn Dơi sau: Hình 2.13 Quy trình thiết kế mạng tiếp điện 3.3.2 Thiết kế mạng tiếp điện Mạng tiếp điện sử dụng mạng tiếp điện đề xuất Chương có cấu trúc Hình 3.2 Hình 2: Mạng tiếp điện đề xuất cho anten mảng Vivaldi 3.3.3 Thiết kế mảng anten Anten Vivaldi đơn lựa chọn có cấu trúc Hình 3.4 gồm: - Mặt dưới, gồm khe hình chữ nhật kết nối với khe hình trịn bán kính rv một khe phân bổ theo hàm mũ: 𝑦 = 𝛼𝑒 −𝑝𝑥 , (3 2) 𝑠 = 2𝛼 (3 3) 𝑥=0 ÷ 𝑡 Hình 1: Thiết kế phần tử anten Vivaldi đơn - Mặt trên, có mợt đường truyền vi dải hở mạch đợ rợng wf có vai trị thành phần tiếp điện cho anten Vivaldi thông qua khe hình chữ nhật mặt Trong thiết kế này, đợ rợng khe hình chữ nhật s bán kính khe hình trịn rv tham số lựa chọn để điều chỉnh tối ưu cấu trúc Anten Vivaldi phần tử đơn thiết kế có băng thông hoạt động 450 MHz dải tần 3,5 GHz, tăng ích cực đại 3,8 dBi 11 Mảng anten Vivaldi thiết kế cách ghép nối phần tử anten đơn vào mạng tiếp điện Khoảng cách phần tử mợt nửa bước sóng Để cải thiện tăng ích mảng anten định hướng Anten mảng Vivaldi búp sóng chính, mợt mặt df phản xạ kim loại đề Khơng khí Mặt phản xạ xuất đặt thêm mặt Hình 10: Cấu trúc anten mảng anten mảng mô tả Vivaldi mặt phản xạ Hình 3.10 3.4 Các kết mơ đo đạc Anten mảng Vivaldi tuyến tính 10 phần tử thiết kế, mô chế tạo để đo đạc sử dụng vật liệu Rogers RO4003C y z x Hình 2: Thiết kế Hình 3.18: Chế tạo Giá trị df lựa chọn tối ưu df = 0,48λ0, mảng anten Vivaldi ln có mức búp sóng phụ nhỏ -26 dB dải tần 3,43,6 GHz, mức búp phụ nén tốt -29 dB, tăng ích mảng anten đạt 16,5 dBi, hiệu suất xạ đạt 90% Trong đó, băng thông hoạt động 140 MHz (|S11| = -10 dB) Kết đo thực nghiệm S11 phù hợp với kết mô Kết đo đồ thị xạ mặt phẳng xOz tần số 3,46 GHz, 3,5 GHz, 3,52 GHz 3,56 GHz cho thấy mức búp sóng phụ nén 25 dB 12 Hình 21: Kết đo đạc đồ thị xạ mặt phẳng xOz Hình 20: So sánh kết mô đo đạc hệ số S11 Bảng 7: Giá trị SLL đo đạc tần số lấy mẫu Tần số (MHz) 3460 3500 3520 3560 SLL lớn mặt phẳng xOz (dB) -25,1 -27,6 -27,5 -25,7 (a) mặt phẳng xOz Góc có giá trị SLL lớn đồ thị xạ (o) 69o 66o 67o 73o (b) mặt phẳng yOz Hình 22: So sánh kết mô đo đạc thực nghiệm đồ thị xạ anten mảng Vivaldi tần số 3,5 GHz Mức nén búp sóng phụ tốt từ đo đạc thực nghiệm -27,6 dB so với giá trị mô -29,2 dB Kết cho thấy tồn sai số 1,6 dB mức búp sóng phụ mơ đo đạc Một số nguyên 13 nhân là: (1) búp sóng phụ thường nhỏ nhạy cảm với nhiễu, dễ bị tác đợng q trình đo đạc; (2) việc chế tạo mẫu gia công mặt phản xạ khơng hồn hảo Kết đạt anten mảng Vivaldi nghiên cứu so sánh với kết công bố một số nghiên cứu tương tự Các liệu so sánh trình bày Bảng 3.8 Bảng 8: So sánh giá trị SLL anten mảng Vivaldi với nghiên cứu tương tự [32] [11] [10] mảng Vivaldi đề xuất Số phần tử anten mảng 10 10 10 Tần số trung tâm (GHz) 9,0 5,5 7,3 3,5 Kích thước anten (theo λ0) 7,84 x 0,54 x 0,015 7,7 x 1,83 x 0,19 6,25 x 1,04 x 0,25 5,86 x 2,24 x 0,48 Sử dụng mặt phản xạ có có Tài liệu tham khảo Kỹ thuật nén búp sóng phụ Mức búp phụ lớn (dB) Góc cơng suất búp sóng (mặt phẳng yOz) Mức lớn phân cực chéo (dB) Tăng ích (dBi) DEA Chebyshev đàn Dơi -25,3 -26,0 -23,0 -27,6 8,3o 10,4o - 14,7o -25 -20 -30 -20 14,5 17,5 15,7 16,5 14 Chương Giải pháp phát triển anten mảng tuyến tính có mức búp sóng phụ thấp tăng ích cao Chương trình bày giải pháp thiết kế anten mảng DSPD 10 phần tử đáp ứng yêu cầu tăng ích cao nén búp sóng phụ thứ kỹ thuật đặt điểm không đồ thị xạ Thuật toán đàn Dơi vận dụng để tính tốn theo hai kỹ thuật điều khiển biên độ điều khiển khoảng cách Trong Chương này, 02 anten mảng thiết kế mảng DSPD-1 (điều khiển biên độ) mảng DSPD-2 (điều khiển khoảng cách) 4.1 Đặt vấn đề Các nghiên cứu hiện chủ yếu tập trung vào giải pháp làm giảm mức búp sóng phụ nói chung, khơng có u cầu đặc biệt mức búp phụ hướng định Trên thực tế, điều kiện dùng chung phổ tần, có nhiều kịch hệ thống yêu cầu tập trung nén sâu mợt vài búp sóng phụ để hạn chế nhiễu đường vô tuyến hướng không mong muốn từ hệ thống khác Để giải yêu cầu này, Chương đề xuất giải pháp thiết kế anten mảng tuyến tính gồm 10 phần tử sử dụng thuật tốn đàn Dơi để nén riêng mợt búp sóng định, cụ thể búp sóng phụ thứ Chương sử dụng đối tượng nghiên cứu anten mảng tuyến tính DSPD 4.2 Đề xuất giải pháp nén búp sóng phụ thứ mảng anten tuyến tính Với anten mảng tuyến tính 10 phần tử dãn cách mợt nửa bước sóng, khai triển cơng thức (1.2) cho vị trí đỉnh búp sóng 90o, đỉnh búp sóng phụ thứ 73o 107o Nếu lấy đỉnh búp sóng làm gốc 0o để chuẩn hóa vị trí đỉnh búp sóng phụ thứ ±17o Để nén búp sóng phụ thứ nhất, luận án đề xuất giải pháp đặt một điểm khơng góc 73o Hai kỹ thuật khác áp dụng 15 điều khiển biên độ (áp dụng cho mảng DSPD-1) điều khiển khoảng cách (áp dụng cho mảng DSPD-2) 4.3 Thiết kế anten mảng tuyến tính DSPD có tăng ích cao, nén riêng búp sóng phụ thứ sử dụng kỹ thuật điều khiển biên độ (mảng DSPD-1) 4.3.1 Tính tốn trọng số biên độ Hàm mục tiêu viết lại từ hàm tổng quan (1.16) sau: 𝐹= { |𝐴𝐹0 (𝜃𝑖 )|2 , ∑180 𝜃=0 |𝐴𝐹(θ) − 𝐴𝐹0 (θ)| , 𝜃 = 73𝑜 𝜃 ≠ 73𝑜 (4 1) Phân bố biên độ nhận thực thi thuật toán đàn Dơi sau: Bảng 3: Phân bố biên độ đáp ứng triệt búp sóng phụ thứ an 10 Giá trị chuẩn hoá 0.3560 0.4366 và 0.6536 0.8665 1.000 4.3.2 Thiết kế mạng tiếp điện cho anten mảng DSPD-1 Với kỹ thuật điều khiển biên độ, mạng tiếp điện mảng DSPD-1 hoàn toàn tương tự mạng tiếp điện sử dụng cho mảng Vivaldi Chương 3, khác giá trị trở kháng 4.3.3 Thiết kế anten mảng DSPD-1 Thiết kế anten DSPD đơn: Anten DSPD đơn lựa chọn ý tưởng sử dụng anten DSPD có mặt phát xạ hình chữ nhật bố trí hai mặt điện môi xếp dọc theo trục Oy Để cải thiện tăng ích băng thơng hoạt đợng anten, kỹ thuật cắt vát góc mặt phát xạ áp dụng, đồng thời bố trí phần tử ký sinh mặt mặt phát xạ Anten DSPD đơn có thiết kế có băng thơng hoạt động 640 MHz dải tần 3,5 GHz, tăng ích cực đại 3,83 dBi 16 Hình Cấu trúc anten DSPD đơn lựa chọn Hình 4: Thiết kế anten DSPD đơn tối ưu sử dụng luận án Mảng anten DSPD-1 thiết kế cách ghép nối phần tử anten đơn vào mạng tiếp điện Khoảng cách phần tử mợt nửa bước sóng Mảng DSPD-1 sử dụng mặt phản xạ kim loại để cải thiện tăng ích anten định hướng búp sóng Kết khảo sát cho lựa chọn khoảng cách từ mảng DSPD đến mặt phản xạ df = 0,25λg tối ưu 4.3.4 Các kết mô thực nghiệm Anten mảng DSPD-1 thiết kế, mô chế tạo để đo đạc sử dụng vật liệu Rogers RO4003C y z x Hình 11: Thiết kế Hình 4.15: Chế tạo Hình 1: Thiết kế hoàn chỉnh anten mảng DSPD-1 Kết mơ cho thấy anten tăng tích cực đại 17,7 dBi, hiệu suất xạ xấp xỉ 90% Tăng ích anten mảng DSPD-1 cải thiện dB so với không sử dụng mặt phản xạ Trong mặt 17 phẳng xOz, búp sóng phụ thứ nén tốt -40 dB đoạn băng tần 3,5-3,518 GHz Khi tần số mô xa tần số 3,5 GHz mức nén búp sóng phụ thứ bị suy giảm Hình 13: Kết mơ tăng ích hiệu suất xạ Hình 14: Kết mơ đồ thị xạ (mặt phẳng xOz) Kết đo đạc cho thấy anten mảng DSPD-1 có băng thơng hoạt động khoảng 570 MHz nhỏ so với giá trị 600 MHz mô dải tần 3,5 GHz với |S11| = -10 dB Hình 16: So sánh kết mô đo đạc hệ số S11 Các kết đo đạc mặt phẳng yOz cho thấy đồ thị xạ đo từ thực nghiệm tương đồng với kết mô Trong mặt phẳng xOz, mức búp sóng phụ thứ nén rõ ràng Tuy nhiên, vị trí điểm khơng từ kết đo đạc so với lý thuyết mô có sai khác 18 Bảng Vị trí điểm khơng mức búp sóng phụ Tần số đo đạc (MHz) 3460 3500 3520 Vị trí có điểm không (o) -17o +27o +28o Giá trị NDL thấp (dB) -44.23 -48.69 -43.4 Mức góc -17o (dB) (góc đặt điểm không theo thiết kế) -44.23 -27 -24.08 Giá trị lớn SLL (dB) -21 -20.6 -20.5 4.4 Thiết kế anten mảng tuyến tính DSPD có tăng ích cao, nén riêng búp sóng phụ thứ sử dụng kỹ thuật điều khiển khoảng cách (mảng DSPD-2) 4.4.1 Tính toán phân bố khoảng cách Hàm mục tiêu sử dụng tương tự (4.1) hệ số mảng AF viết lại (4.2) với di khoảng cách phần tử thứ i đến i+1 𝑗(𝑛𝑑𝑛−1 𝑘𝑠𝑖𝑛(𝜃)+𝛿𝑛 ) 𝐴𝐹(𝜃) = ∑𝑁 𝑛=1 𝑎𝑛 𝑒 (4 2) Để kiểm soát mức búp sóng phụ cịn lại, phân bố biên độ sử dụng Chebyshev với mức búp phụ tham chiếu -25 dB Phân bố khoảng cách nhận thực hiện thuật toán đàn Dơi sau: Bảng 11: Phân bố khoảng cách đáp ứng triệt búp sóng phụ thứ dn Giá trị chuẩn hố theo bước sóng và và 0,6498λ 0,6574λ 0,6095λ 0,5650λ 0,5683λ 4.4.2 Thiết kế anten mảng DSPD-2 Mảng anten DSPD-2 biển đổi từ mảng DSPD-1 Cụ thể, thay đổi tham số trở kháng khoảng cách phần tử anten đơn (lối mạng tiếp điện) để phù hợp với phân bố biên độ khoảng cách tính tốn 19 4.4.3 Kết mô mảng DSPD-2 so sánh với mảng DSPD-1 - Băng thơng hoạt động tăng ích cực đại: Anten mảng DSPD-1 có băng thơng 600 MHz, rợng so anten mảng DSPD-2 410 MHz Anten mảng DSPD-2 cải thiện tăng ích khoảng 0,5 đến dB so với mảng DSPD-1 (a) giá trị |S11| (b) tăng ích Hình 30: Kết mơ tăng ích cực đại hệ số sóng phản xạ S11 mảng DSPD-1 mảng DSPD-2 - Góc nửa cơng suất búp sóng chính: Góc HPBW mảng DSPD-2 lớn từ 3o đến 5o so với HPBW mảng DSPD-1 mặt phẳng yOz - Đồ thị xạ mức nén búp sóng phụ thứ nhất: Tại tần số 3,5 GHz, anten mảng DSPD-2 cho độ sâu điểm khơng búp sóng phụ thứ tốt so với mảng DSPD-1 Tuy nhiên, mảng DSPD-1 nén búp sóng phụ thứ góc rợng hơn, đồng thời, mức búp sóng phụ cịn lại kiểm soát tốt 20 Bảng 16 So sánh đồ thị xạ hai mảng DSPD 3,5 GHz Anten mảng DSPD-1 DSPD-2 Góc có điểm khơng (o) -24 -18 Giá trị NDL điểm không (dB) -49 -44.69 Mức góc -17o (Góc đặt điểm khơng theo thiết kế) -21.1 -39.5 Giá trị SLL lớn (dB) -21.4 -20.99 Tăng ích cực đại (dBi) 17.3 18.0 Góc HPBW (búp sóng chính) 12.7 12.4 (a) mặt phẳng xOz (b) mặt phẳng yOz Hình 32: Kết mơ đồ thị xạ mảng DSPD-1 mảng DSPD-2 tần số 3,5 GHz Đánh giá chung: So với đặc điểm anten mảng DSPD-1, anten mảng DSPD-2 có cải thiện tăng ích, vị trí đạt điểm không độ sâu điểm không đặt búp sóng phụ thứ Tuy nhiên, băng thơng hoạt đợng anten mảng DSPD-2 nhỏ so với anten mảng DSPD-1 21 KẾT LUẬN Trong luận án này, lý thuyết thuật toán tối ưu đàn Dơi nghiên cứu để áp dụng cho cho toán điều khiển búp sóng phụ mảng anten tuyến tính hai kỹ thuật điều khiển biên độ điều khiển khoảng cách Luận án đề xuất một cấu trúc mạng tiếp điện vi dải nối tiếp để thực thi yêu cầu điều khiển búp sóng phụ thuật toán đàn Dơi Luận án đề xuất 02 giải pháp thiết kế anten mảng tuyến tính vi dải đáp ứng yêu cầu khác giảm mức búp sóng phụ có tăng ích cao Những đóng góp khoa học luận án: (1) Đề xuất giải pháp thiết kế, phát triển mạng tiếp điện nối tiếp có lối vào có 2N lối triển khai phân bố cơng suất, khoảng cách theo thuật tốn đàn Dơi (2) Giải pháp thiết kế anten mảng tuyến tính gồm 10 phần tử anten Vivaldi đạt yêu cầu giảm mức búp sóng phụ -29,2 dB tăng ích 16,5 dBi (3) Giải pháp thiết kế phát triển anten mảng tuyến tính gồm 10 phần tử Dipole hai mặt (DSPD) đáp ứng yêu cầu nén búp sóng phụ thứ -40 dB có tăng ích cao 17 dBi Thơng qua thuật tốn đàn Dơi, hai kỹ thuật điều khiển biên độ khoảng cách áp dụng sau: - Anten mảng DSPD-1: Sử dụng mạng tiếp điện với kỹ thuật điều khiển biên độ - Anten mảng DSPD-2: Sử dụng mạng tiếp điện với kỹ thuật điều khiển khoảng cách 22 Hướng phát triển luận án: Phát triển giải pháp áp dụng thuật tốn đàn Dơi theo hướng tích hợp phần mềm mơ để tự đợng hố q trình thiết kế, tối ưu mạng tiếp điện Phát triển anten mảng tuyến tính có tăng ích cao, mức búp sóng phụ thấp dựa kỹ thuật tối ưu kết hợp đồng thời nhiều tham số Phát triển anten mảng tuyến tính có tăng ích cao, mức búp sóng phụ thấp có băng thơng hoạt đợng rợng 23 DANH MỤC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ Các công bố liên quan trực tiếp đến luận án [1] L.X Truong, T.V.B Giang, T.M Tuan (2019), “A New Linear Printed Vivaldi Array Antenna with Low Sidelobe Level and High Gain for Applications in the Band of 3500 MHz”, Accepted to be published on REV-Journal on Electronics and Communications [2] L.X Truong, T.V.B Giang, T.M Tuan (2019), “Design of Vivaldi Antenna Array with a Back Reflector for Low Side Lobe Level and High Gain”, Conference Proceedings of International Conference on Advanced Technologies for Communicationes (ATC), Ha noi, Vietnam, pp 2-6 [3] L.X Truong, T.V.B Giang, T.M Tuan (2019), “Application of Bat Algorithm on the Design of a Linear Microstrip Antenna Array for Pattern Nulling”, Conference Proceedings of International Conference on Advanced Technologies for Communicationes (ATC), Ha noi, Vietnam, pp 198-203 [4] L.X Trường, T.V.B Giang, T.M Tuấn (2019), “Thiết kế mạng tiếp điện song hành cho anten mảng tuyến tính có u cầu đặt dải rợng điểm không giản đồ xạ”, Kỷ yếu Hội thảo quốc gia lần thứ 23 Điện tử, Truyền thông Công nghệ thông tin (REV-ECIT 2019), Hà Nội, Việt Nam, tr 85-89 [5] L.X Trường, T.V.B Giang, T.M Tuấn (2018), “A new Feeding Network Design based on Bat Algorithm for Pattern-Nulling of a Linear Antenna Array”, Kỷ yếu Hội thảo quốc gia lần thứ 22 Điện tử, Truyền thông Công nghệ thông tin (REV-ECIT 2018), Hà Nội, Việt Nam, tr 184-187 Các công bố liên quan trực tiếp đến luận án chờ kết phản biện [1] L.X.Truong, T.V.B.Giang, T.M Tuan (2019), “A New Design of a Linear Double-sided Printed Dipole Array Based on Bat Algorithm for Interference Suppression in the First Sidelobe 24 Direction”, IET Microwaves, Antennas & Propagation, Paper ID MAP-2019-1065 (in review) Các cơng bố khác q trình làm luận án [1] L.X Truong, T.M Tuan, T.V.B Giang, V.Q Tao (2015) “Design A Microstrip Antenna With Defected Ground Structure”, Conference Proceedings of International Conference on Advanced Technologies for Communicationes (ATC), Ho Chi Minh city, Vietnam, pp 160 – 163 [2] L.X Truong, T.M Tuan, T.V.B Giang, N.C Tien (2015), “Design A Log Periodic Fractal Koch Microstrip Antenna For S Band And C Band Applications”, Conference Proceedings of International Conference on Advanced Technologies for Communications (ATC), Ho Chi Minh city, Vietnam, pp 556 – 560 25 ... dải tần, băng thông hoạt đợng Bước 5: Tích hợp mạng tiếp điện anten đơn để hình thành cấu trúc mảng anten Mô cấu trúc anten mảng Bước 6: Tối ưu cấu trúc mảng anten sở đánh giá kết mô so với... đại 3,83 dBi 16 Hình Cấu trúc anten DSPD đơn lựa chọn Hình 4: Thiết kế anten DSPD đơn tối ưu sử dụng luận án Mảng anten DSPD-1 thiết kế cách ghép nối phần tử anten đơn vào mạng tiếp điện Khoảng... phụ thứ Tuy nhiên, băng thơng hoạt động anten mảng DSPD-2 nhỏ so với anten mảng DSPD-1 21 KẾT LUẬN Trong luận án này, lý thuyết thuật toán tối ưu đàn Dơi nghiên cứu để áp dụng cho cho tốn điều