Tính toán, thiết kế, mô phỏng và chế tạo thử anten đa băng dùng công nghệ mạch vi dải

M C L C:ỤC LỤC:ỤC LỤC:

1.1 Mục đích, chức năng, nhiệm vụ của anten 2

1.2 Cấu trúc chung của hệ anten 3

1.3 Các thông số đặc trưng của anten 4

1.3.1 Trường bức xạ 4

1.3.2 Đặc tính định hướng của trường bức xạ 5

1.3.3 Đặc tính phân cực của trường bức xạ 10

1.3.4 Hệ số định hướng và hệ số tăng ích 11

1.4 Phối hợp trở kháng cho anten 13

1.4.1 Khái niệm chung 13

1.4.2 Ý nghĩa của việc phối hợp trở kháng 14

2.1 Giới thiệu chung về anten vi dải 15

2.1.1 Định nghĩa về một Anten vi dải 15

2.1.2 Ưu điểm và nhược điểm của anten vi dải: 16

2.1.3 Các ứng dụng cơ bản của anten vi dải 17

2.1.4 Trường bức xạ của một anten vi dải 17

2.2 Một số cấu hình anten vi dải cơ bản 29

2.2.1 Anten vi dải dạng mảnh (microstrip patch antena) 29

2.2.2 Anten vi dải sóng chạy 30

2.2.3 Anten vi dải dạng khe 31

2.3 Kỹ thuật tiếp điện cho anten vi dải 32

2.3.1 Kỹ thuật tiếp điện cho anten vi dải sử dụng đường truyền vi dải 32

2.3.2 Kỹ thuật tiếp điện cho anten vi dải sử dụng cáp đồng trục 33

2.3.3 Kỹ thuật tiếp điện cho anten vi dải sử dụng dạng ống dẫn sóng đồng phẳng 34

1 Một số kiến thức cơ bản về anten

1.1 Mục đích, chức năng, nhiệm vụ của anten

Việc truyền năng lượng điện từ trong không gian có thể được thực hiện theo hai cách:

- Dùng các hệ truyền dẫn: Nghĩa là các hệ dẫn sóng điện từ như đường dây song hành, đường truyền đồng trục, ống dẫn sóng kim loại hoặc điện môi v.v…Sóng điện từ truyền lan trong các hệ thống này thuộc loại sóng điện từ ràng buộc.

- Bức xạ sóng ra không gian: Sóng sẽ được truyền đi dưới dạng sóng điện từ tự do Thiết bị dùng để bức xạ sóng điện từ hoặc thu nhận sóng từ không gian bên ngoài được gọi là anten.

Anten là bộ phận quan trọng không thể thiếu được của bất kỳ hệ thống vô tuyến điện nào Trong thông tin không dây anten làm nhiệm vụ bức xạ và hấp thụ sóng điện từ Nó được sử dụng như một bộ chuyển đổi sóng điện từ từ các hệ truyền dẫn định hướng sang môi trường không gian tự do.

Anten sử dụng trong các hệ mục đích khác nhau thì có những yêu cầu khác nhau Với phát thanh - truyền hình làm nhiệm vụ quảng bá thông tin thì anten phát thực hiện bức xạ đồng đều trong mặt phẳng ngang của mặt đất để cho các đài thu ở các hướng bất kỳ đều có thể thu được tín hiệu của đài phát Trong thông tin mặt đất hoặc vũ trụ, thông tin chuyển tiếp vô tuyến điều khiển thì yêu cầu anten phát bức xạ với hướng tính cao

1.2 Cấu trúc chung của hệ anten

Một hệ truyền thông tin không dây đơn giản thường bao gồm các khối cơ bản: máy phát – anten phát – anten thu – máy thu Đường truyền dẫn sóng điện từ giữa máy phát và anten phát cũng như giữa máy thu và anten thu được gọi là Fide (Feeder).

Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ trong các lĩnh vực thông tin, nhận dạng, rađa điều khiển v.v…cũng đòi hỏi anten không chỉ đơn thuần làm nhiệm vụ bức xạ hay thu sóng điện từ mà còn tham gia vào quá trình gia công tín hiệu Trong trường hợp tổng quát, anten cần được hiểu là một tổ hợp bao gồm nhiều hệ thống; trong đó chủ yếu nhất là hệ thống bức xạ hoặc cảm thụ sóng, bao gồm các phần tử anten (dùng để thu hoặc phát), hệ thống cung cấp tín hiệu đảm bảo việc phân phối năng lượng cho các phần tử bức xạ với các yêu cầu khác nhau (trường hợp anten phát), hoặc hệ thống gia công tín hiệu (trường hợp anten thu) Sơ đồ chung của hệ thống vô tuyến điện cùng với thiết bị anten như sau:

Hình 1 Cấu trúc chung của hệ thống anten

1.3 Các thông số đặc trưng của anten

1.3.1 Trường bức xạ

Để khảo sát đặc tính trường của dòng, ta thường chia không gian khảo sát làm hai khu vực

chính: trường gần và trường xa.

Trường gần là miền không gian bao quanh hệ thống dòng, có bán kính r khá nhỏ so với bước

sóng (r << λ) Thừa số pha của trường trong khu vực này là:) Thừa số pha của trường trong khu vực này là:

e−ikr

=e−i2 πrr

λ ≈1 (1.1)

Khi đó có thể bỏ qua sự chậm pha của trường ở điểm khảo sát so với nguồn, tương tự như trường hợp trường chuẩn tĩnh

Năng lượng của trường gần có tính dao động Năng lượng này trong một phần tư chu kỳ đầu thì dịch chuyển từ nguồn trường ra không gian xung quanh và trong phần tư chu kỳ tiếp theo

lại dịch chuyển ngược trở lại, giống như sự trao đổi năng lượng trong một mạch dao động Vì

vậy trường ở khu gần còn được gọi là trường cảm ứng, và khu gần được gọi là khu cảm ứng.

Trường xa là miền không gian bao quanh hệ thống dòng, có bán kính r khá lớn so với bước

sóng (r >> λ) Thừa số pha của trường trong khu vực này là:) Khi ấy ta không thể bỏ qua sự chậm pha của trường ở điểm khảo sát Điện trường và từ trường của khu xa luôn đồng pha nhau, do đó năng lượng bức xạ được dịch chuyển từ nguồn vào không gian xung quanh Trường ở khu vực này có đặc tính sóng lan

truyền nên trường xa còn được gọi là khu sóng, hay khu bức xạ Khi khảo sát các bài toán bức

xạ thì chúng ta thường chỉ quan tâm đến trường xa

Ta có thể rút ra một số tính chất tổng quát của trường ở xa trong không gian tự do của một hệ thống nguồn hỗn hợp như sau:

- Trường bức xạ có dạng sóng chạy, lan truyền từ nguồn ra xa vô tận Biên độ trường suy giảm tỷ lệ nghịch với khoảng cách.

- Vectơ điện tích và từ trường có hướng vuông góc với nhau và vuông góc với hướng truyền lan Sóng bức xạ thuộc loại sóng điện-từ ngang.

- Sự biến đổi của cường độ điện tích và từ trường trong không gian (khi R không đổi)

được xác định bởi tổ hợp các hàm bức xạ Ge(θ ,ϕ) và Gm(θ,ϕ) Các hàm số này

phụ thuộc vào phân bố dòng điện và dòng từ trong không gian của hệ thống bức xạ Trong trường hợp tổng quát chúng là các hàm phức số.

1.3.2 Đặc tính định hướng của trường bức xạ

a) Đồ thị phương hướng biên độ và pha

Gọi hàm số đặc trưng cho sự phụ thuộc của cường độ trường bức xạ theo hướng khảo sát, ứng với khoảng cách R không đổi, là hàm phương hướng của hệ thống bức xạ và kí hiệu là

¯f (θ,ϕ) .

Trong trường hợp tổng quát, hàm phương hướng là hàm vectơ phức, bao gồm các thành phần theo θ và ϕ :

¯f (θ,ϕ)=fθ(θ,ϕ)¯iθ+fϕ(θ,ϕ)¯iϕ =¯iθfθmeiarg fθ

+¯iϕfϕmei argfϕ

(1.2) Biên độ của các hàm phương hướng có quan hệ với phân bố biên độ của các thành phần trường, còn argument có quan hệ với phân bố pha của trường trên một mặt cầu có bán kính R, tâm đặt tại gốc tọa độ.

b) Hàm phương hướng biên độ

Nếu định nghĩa hàm phương hướng biên độ là hàm số biểu thị quan hệ tương đối của biên độ cường độ trường bức xạ theo các hướng khảo sát khi R không đổi, thì nó chính là biên độ của hàm phương hướng phức Trong trường hợp tổng quát, biên độ của hàm phương hướng có thể là các hàm có dấu biến đổi khi θ,ϕ thay đổi Do đó hàm phương hướng biên độ được định nghĩa cụ thể hơn là môđun của hàm phương hướng phức Như vậy, hàm phương hướng biên độ của trường tổng sẽ là:

|f (θ,ϕ)|≡|fm(θ, ϕ)| (chỉ số m là kí hiệu biên độ của hàm bức xạ) (1.3)

Giản đồ phương hướng của anten được định nghĩa là một đồ thị không gian biểu thị sự biến đổi tương đối của biên độ cường độ trường Giản đồ phương hướng xét theo phương diện hình học, là một mặt được vẽ bởi đầu mút của vectơ có độ dài bằng giá trị của hàm phương hướng |f (θ,ϕ)| ứng với các góc (θ,φ) khác nhau.) khác nhau.

Có nhiều cách khác nhau để biểu thị đặc tính phương hướng không gian của trường bức xạ, cụ thể là:

* Biểu diễn 3-D: Giản đồ phương hướng được thiết lập bằng cách lấy một mặt cầu bao bọc

nguồn bức xạ Tâm của mặt cầu được chọn trùng với gốc của hệ tọa độ cầu Khi ấy, mỗi điểm

Hình 2 Bản đồ hướng tính không gian trong mặt phẳng theo tọa độ θ,ϕ

* Biểu diễn 2-D trong mặt phẳng E và H: Ngoài cách biểu diễn 3-D như trên, giản đồ

phương hướng còn được biểu diễn bởi 2 đồ thị 2-D trong mặt phẳng E và mặt phẳng H Giản đồ phương hướng 3-D có thể được xây dựng từ hai giản đồ 2-D này Để có được giản đồ bức

xạ 2-D, hệ anten được đo giản đồ phương hướng trong hai mặt phẳng E và H của anten (mặt phẳng cắt) Mặt phẳng cắt thu được bằng cách giữ nguyên một đại lượng θ hoặc ф và thay đổi

đại lượng còn lại

* Biểu diễn dưới dạng các đường đẳng mức: Giản đồ phương hướng còn có thể biểu diễn

bởi các đường cong đẳng mức của cường độ trường Các đường cong này là các đường khép kín Cực đại của giản đồ phương hướng và của các múi phụ được biểu thị bởi các dấu chấm trên mặt cầu Khi đem chiếu phần mặt cầu có các đường đẳng trị nói trên lên mặt phẳng ta sẽ nhận được giản đồ phương hướng của trường bức xạ

Tuy nhiên, khi biểu diễn giản đồ phương hướng, cần phải chọn các mặt phẳng cắt sao cho nó phản ánh được đầy đủ nhất đặc tính phương hướng của hệ thống bức xạ:

- Khi giản đồ phương hướng có dạng tròn xoay thì có thể chọn mặt cắt là mặt phẳng đi qua trục đối xứng của đồ thị

- Khi giản đồ phương hướng có dạng phức tạp hơn thì mặt cắt thường được chọn là hai mặt phẳng vuông góc với nhau và đi qua hướng cực đại của giản đồ phương hướng Hướng trục của hệ tọa độ có thể chọn tùy ý nhưng thường được chọn sao cho thích hợp với dạng của giản đồ phương hướng Nếu giản đồ phương hướng có trục đối xứng thì tốt nhất nên chọn trục đó làm trục tọa độ, còn không thì chọn hướng cực đại của giản đồ phương hướng

Giản đồ phương hướng 2-D có thể biểu diễn trong hệ toạ độ cực hoặc hệ toạ độ vuông góc:

- Hệ toạ độ cực thường được sử dụng để vẽ giản đồ anten có độ định hướng không cao

Định dạng này đặc biệt hữu dụng để quan sát phân bố công suất trong không gian.

- Hệ tọa độ vuông góc được sử dụng để biểu thị giản đồ phương hướng hẹp một cách chi

tiết Trường hợp này biên độ tín hiệu nằm trên trục y và góc nghiêng nằm trên trục x Khi đó các giá trị của |fθ| hoặc |fφ) khác nhau.| có thể được biểu thị theo thang tỉ lệ thông thường hay theo thang logarit

Để thuận tiện cho việc thiết lập và phân tích các giản đồ phương hướng, ta thường dùng giản đồ phương hướng chuẩn hóa Về mặt toán học, hàm phương hướng chuẩn hóa là hàm hướng chia cho giá trị cực đại của môđun (lấy giá trị tuyệt đối).

Dưới đây là ví dụ về giản đồ phương hướng chuẩn hoá trong hệ tọa độ cực và hệ tọa độ vuông góc:

Hình 3 Giản đồ phương hướng chuẩn hóa trong hệ tọa độ cực

Hình 4 Giản đồ phương hướng chuẩn hóa trong hệ tọa vuông góc

Để so sánh giản đồ phương hướng của các anten khác nhau, ta đưa ra khái niệm độ rộng của giản đồ phương hướng Độ rộng của giản đồ phương hướng được định nghĩa là góc giữa

hai hướng, mà theo hai hướng đó cường độ trường hoặc công suất bức xạ giảm đến một giá trị nhất định Thường thì độ rộng của giản đồ phương hướng được xác định ở hai mức:

- Độ rộng của giản đồ phương hướng theo mức không là góc giữa hai hướng mà theo đó

cường độ trường bức xạ bắt đầu giảm đến không.

- Độ rộng của giản đồ phương hướng theo mức nửa công suất (-3dB) là góc giữa hai

hướng mà theo đó công suất bức xạ giảm đi một nửa so với hướng cực đại (ứng với cường độ trường giảm đi √2 lần)

c) Hàm phương hướng pha

Đặc tính phương hướng pha của anten biểu thị trong các hàm số arg fθ và arg fϕ của

công thức (1.3) Ở đây, arg fθ và arg fϕ chỉ biểu thị pha của hàm phương hướng, còn

pha của các thành phần vectơ trường tại điểm khảo sát được xác định bởi:

Φθ=arg fθ−kR (1.4a)

Φϕ=arg fϕ−kR (1.4b)

Với k là hệ số truyền sóng và R là khoảng cách từ điển khảo sát tới anten.

1.3.3 Đặc tính phân cực của trường bức xạ

Ta đã biết ba đặc tính cơ bản của trường bức xạ là đặc tính phương hướng biên độ, đặc tính phương hướng pha và đặc tính phân cực Ở phần này ta sẽ xem xét về đặc tính phân cực của trường bức xạ.

Biên độ phức của vectơ điện trường được xác định bằng công thức:

Giả thiết theo một hướng nào đấy hàm số fϕ=0 , nghĩa là theo hướng đó vectơ điện trường chỉ có thành phần duy nhất hướng theo ¯iϕ Ta nói, theo hướng này điện trường phân cực

thẳng Nếu theo một hướng khác có fθ=0 thì điện trường theo hướng đó cũng phân cực thẳng nhưng vectơ điện trường hướng theo ¯iϕ .

Nếu ở hướng nào đó mà cả hai hàm số fθ và fϕ đều khác không, còn argument của

chúng bằng nhau thì vectơ ¯E sẽ có hai thành phần theo hướng ¯iθ và ¯iϕ Nhưng vì hai

thành phần này đồng pha nhau nên hướng của ¯E trong không gian sẽ không đổi, ta cũng nhận được trường phân cực thẳng.

Nếu hiệu argument của hai thành phần bằng πr , nghĩa là có thể coi một trong hai thành phần hướng cùng chiều với vectơ đơn vị, còn thành phần thứ hai hướng ngược chiều với vectơ đơn vị nhưng hai thành phần này đồng pha nhau Ta có hướng của vectơ ¯E trong không gian

cũng không biến đổi và vẫn nhận được trường phân cực thẳng.

Khi ở tất cả các hướng đều nhận được trường phân cực thẳng, ta nói anten bức xạ sóng phân

cực thẳng Nếu ở hướng nào đó có fθ và fϕ khác không, còn arg fθ và arg fϕ có giá

trị khác nhau tùy ý thì trường ở hướng ấy sẽ là trường phân cực elip.

Thực vậy, nếu gọi các vectơ thành phần trên hướng ¯iθ và ¯iϕ là ¯E1 và ¯E2 , còn hiệu

argument của chúng bằng

2 (arg fϕ - arg fθ = πr2 ), ta có thể viết biểu thức giá trị tức

thời phức số các thành phần trường (với giả thiết trường biến thiên điều hòa theo thời gian) như sau:

phân cực elip biến thành phân cực tròn.

Mặt phẳng tạo bởi vectơ điện trường và hướng truyền sóng được gọi là mặt phẳng phân cực.

1.3.4 Hệ số định hướng và hệ số tăng ích

Hệ số định hướng của anten ở một hướng đã cho là tỷ số của mật độ công suất bức xạ bởi

anten ở điểm nào đó nằm trên hướng ấy, trên mật độ công suất bức xạ bởi anten chuẩn cũng tại hướng và khoảng cách như trên, khi công suất bức xạ của hai anten là giống nhau.

Anten chuẩn có thể là một nguồn bức xạ vô hướng giả định, hoặc một nguồn nguyên tố nào đó đã biết Nếu lấy anten chuẩn là nguồn vô hướng thì hệ số định hướng có thể được định nghĩa: hệ số định hướng là một hư số biểu thị mật độ công suất bức xạ của anten ở hướng và khoảng cách đã cho, lớn hơn bao nhiêu lần mật độ công suất bức xạ cũng ở khoảng cách như trên khi giả thiết anten bức xạ vô hướng, với điều kiện công suất bức xạ giống nhau trong hai trường hợp.

Công thức:

D(θ1, ϕ1)=S (θ1,ϕ1)

Trong đó: S(θ1,ϕ1) là mật độ công suất bức xạ của anten ở hướng (θ1,ϕ1) đã cho tại khoảng cách R.

S0 là mật độ công suất cũng tại hướng và khoảng cách như trên, với giả thiết anten bức xạ đồng đều theo các hướng.

Như vậy, hệ số định hướng được tính bằng tỷ số vectơ Poynting ở hướng đã cho và giá trị trung bình của vectơ Poynting trên mặt cầu bao bọc anten.

Tính toán cuối cùng cho ta:

Trong đó: Dmax là hệ số định hướng ở hướng bức xạ cực đại.

Fm2(θ ,ϕ ) là hàm phương hướng chuẩn hoá

Hệ số tăng ích của anten cũng được xác định bằng cách so sánh mật độ công suất bức xạ của

anten thực ở hướng khảo sát và mật độ công suất bức xạ của anten chuẩn (thường là anten vô hướng) ở cùng hướng và khoảng cách như trên, với giả thiết công suất đặt vào hai anten bằng nhau, còn anten chuẩn có hiệu suất bằng 1.

Hiệu suất của anten cũng là một trong các thông số quan trọng đặc trưng cho mức độ tổn hao

công suất của anten Nó được xác định bằng tỉ số của công suất bức xạ trên công suất đặt vào anten:

ηA=PΣ

Trong đó: PΣ là công suất bức xạ

P0 là công suất đặt vào anten

Đối với anten có tổn hao thì PΣ < P0 nên ηA<1 Đối với anten lý tưởng (không tổn hao)

thì ηA=1

Trường hợp hai anten có công suất đặt vào như nhau, thì anten thực (có ηA<1 ) sẽ có công

suất bức xạ ηAP0 Như vậy, so với khi công suất bức xạ bằng nhau thì trong trường hợp này tỷ số mật độ công suất sẽ giảm đi, với hệ số giảm bằng ηA

Ta có biểu thức hệ số tăng ích của anten:

ε(θ ,ϕ )=ηAS(θ , ϕ)

S0 =ηAD(θ ,ϕ )

(1.11) Hệ số tăng ích của anten là một thông số biểu thị đầy đủ hơn cho đặc tính bức xạ của anten so với hệ số định hướng vì nó không chỉ biểu thị đơn thuần đặc tính định hướng của anten mà còn biểu thị tổn hao trên anten.

1.4 Phối hợp trở kháng cho anten

1.4.1 Khái niệm chung

Trong đường truyền nói chung, tiếp điện cho anten nói riêng, việc phối hợp trở kháng là hết sức quan trọng

Nội dung của phối hợp trở kháng được minh hoạ ở hình 5, trong đó sử dụng một mạch phối hợp đặt giữa tải và đường truyền dẫn sóng Mạch phối hợp thường là một mạch không tổn hao để tránh làm giảm công suất và được thiết kế sao cho trở kháng vào nhìn từ đường truyền có giá trị bằng trở kháng sóng Zo của đường truyền Khi ấy sự phản xạ sóng ở phía trái

của mạch phối hợp về phía đường truyền dẫn sẽ không còn nữa, chỉ còn trong phạm vi giới hạn giữa tải và mạch phối hợp, cũng có thể là phản xạ qua lại nhiều lần Quá trình phối hợp cũng được coi là quá trình điều chỉnh.

Hình 5 Mạch phối hợp phối hợp trở kháng giữa trở kháng tải bất kỳ và đường truyềnsóng

1.4.2 Ý nghĩa của việc phối hợp trở kháng

Sự phối hợp trở kháng hay điều chỉnh là quan trọng vì những lí do sau :

- Khi thực hiện phối hợp trở kháng công suất truyền cho tải sẽ đạt được cực đại còn tổn thất trên đường truyền là cực tiểu.

- Phối hợp trở kháng sẽ giúp cải thiện tỷ số tín hiệu /tạp nhiễu của hệ thống khác trong hệ thống sử dụng các phần tử nhạy cảm như anten, bộ khuếch đại tạp âm thấp v.v - Đối với mạng phân phối công suất siêu cao tần (ví dụ mạng tiếp diện cho dàn anten

gồm nhiều phân tử), phối hợp trở kháng sẽ làm giảm sai số về biên độ và pha khi phân chọn công suất.

Miếng phát xạ

Lớp đế Mặt phẳng đất

2 Lý thuyết về anten vi dải

2.1 Giới thiệu chung về anten vi dải

Định nghĩa về những cấu trúc phát xạ vi dải được đưa ra lần đầu tiên bởi Deschamps vào năm 1953 Tuy nhiên phải hai mươi năm sau thì những anten thực tế mới được sản xuất Anten thực tế đầu tiên được phát triển vào đầu những năm 1970 bởi Howell và Munson Kể từ đó, việc nghiên cứu, phát triển các anten vi dải và các mạng anten vi dải không ngừng được mở rộng, nhằm khai thác triệt để những ưu điểm cũng như hạn chế bới các nhược điểm của nó.

2.1.1 Định nghĩa về một Anten vi dải

Một anten vi dải trong trường hợp đơn giản nhất bao gồm một mảnh phát xạ nhỏ nằm trên một mặt của lớp đế điện môi, và có một lớp nền dẫn điện lý tưởng nằm trên mặt còn lại của lớp đế điện môi (r 10)

Hình 6 Cấu hình của một anten vi dải

Mảnh phát xạ làm bằng các chất dẫn điện, thông thường là đồng và vàng, có thể sử dụng bất kỳ hình dạng nào, nhưng những hình dạng thường được sử dụng là những hình dạng sao cho việc phân tích dễ dàng và tính toán thiết kế hiệu quả Trong trường hợp lý tưởng, hằng số điện môi

 nhỏ (r<2.5), từ đó làm tăng các trường vân – để giải thích cho việc phát xạ của anten Tuy nhiên, do các yêu cầu về hiệu xuất khác nên có thể phải sử dụng các vật liệu lớp đế có hằng số điện môi lớn hơn (r>5) Nhiều dạng của lớp đế với hằng số điện môi biến thiên trong một khoảng rộng đang được phát triển

2.1.2 Ưu điểm và nhược điểm của anten vi dải:

Anten vi dải có một số ưu điểm so với các loại anten siêu cao tần khác và do đó nó được sử dụng nhiều trong các ứng dụng trên băng tần rộng từ khoảng 100MHz đến 50GHz

a Một số ưu điểm cơ bản của anten vi dải so với các loại anten siêu cao tần khác

 Trọng lượng thấp, kích thước nhỏ, hình dạng phẳng mỏng nên có thể chế tạo dễ dàng.

 Giá thành sản xuất thấp, dễ dàng tiến hành sản xuất hàng loạt  Có thể được làm mỏng, thích hợp cho các thiết bị di động.

 Các anten vi dải này có thể được trang bị dễ dàng trên tên lửa, vệ tinh mà không cần những sự điều chỉnh nhiều.

 Các anten vi dải này có vùng tán xạ nhỏ.

 Các phân cực thẳng và phân cực tròn có thể đạt bằng một thay đổi đơn giản vị trí feed.

 Các anten hai băng tần có thể được chế tạo dễ dàng.

 Các thiết bị như bộ dao động, bộ khuếch đại, bộ suy hao thay đổi, chuyển mạch, bộ điều biến, bộ trộn, bộ dịch pha… có thể được thêm vào trực tiếp trên bề mặt lớp đế của anten.

 Đường feed line và mạng phối hợp được sản xuất đồng thời với cấu trúc của anten.

b Bên cạnh những ưu điểm như trên thì các anten vi dải cũng có một số nhược điểm

 Băng thông hẹp

 Suy hao, do đó làm cho sự khuếch đại thấp hơn một chút

 Tất cả các anten vi dải đều bức xạ trên một nửa mặt phẳng  Các giới hạn thực tế của sự khuếch đại lơn nhất

 Hiệu xuất bức xạ endfire thấp

 Sự cách ly giữa các phần tử bức xạ và feed kém  Khả năng của sự kích thích của các sóng bề mặt  Công suất thấp

Tuy nhiên, chúng ta có nhiều cách để giảm nhỏ một cách cơ bản ảnh hưởng tiêu cực của các nhược điểm kể trên Ví dụ, sự kích thích của sóng bề mặt có thể được triệt tiêu hoặc loại trừ bằng cách thực hiện một cách cẩn thận trong cả quá trình thiết kế và sản xuất.

2.1.3 Các ứng dụng cơ bản của anten vi dải

Trong nhiều thiết kế cụ thể, các ưu điểm của anten vi dải là nổi trội hơn các nhược điểm của nó Hiện nay đã có nhiều ứng dụng thành công khác nhau sử dụng anten vi dải Trong tương lai, cùng với việc tiếp tục nghiên cứu, phát triển thì chúng ta có thể hy vọng rằng tính thông dụng của anten vi dải ngày càng tăng, và chúng sẽ thay thế một cách cơ bản các loại anten thông thường khác ở tất cả các ứng dụng Một số ứng dụng hệ thống đáng chú ý sử dụng

anten vi dải đã được phát triển bao gồm:

- Truyền thông vệ tinh

- Hệ thống radar sử dụng hiệu ứng Doopler và các hệ thống radar khác - Dụng cụ đo độ cao sóng Radio

- Mệnh lệnh và điều khiển - Điều khiển tên lửa từ xa

- Cảm biến từ xa và các thiết bị đo đạc môi trường - Làm các phần tử dây dẫn trong các anten phức tạp - Các bộ thu tín hiệu dẫn đường vệ tinh

- Bộ phát xạ sinh trắc học

Lớp đế

2.1.4 Trường bức xạ của một anten vi dải

Dạng đơn giản nhất của một anten vi dải đó là một cấu trúc lớp với hai lớp dẫn điện song song được phân biệt với nhau bởi một lớp đế điện môi mỏng Lớp dẫn điện phía dưới hoạt động như một lớp nền Thiết bị này trở thành một anten vi dải khi lớp dẫn điện phía trên là một miếng có chiều dàixấp xỉ một nửa bước sóng (hình 1.7)

Các khe phát xạ

Hình 9 Trường điện của anten nhìn theo chiều thẳng đứng

Các trường bức xạ của anten vi dải có thể được suy ra từ sự thay đổi của các điều kiện dòng điện và sự phân bố dọc theo cấu trúc của anten.

Trong hình 1.7 thể hiện cả dòng điện bề mặt (K) và dòng từ bề mặt (M) Trường khu xa có thể được tính toán từ một dòng từ duy nhất cộng với điều kiện dẫn điện hoàn hảo như trong hình 8 hoặc từ mật độ dòng điện với điều kiện dẫn từ hoàn hảo như trong hình 1.9 Một công thức đã được chứng minh dựa trên các điều kiện bờ như sau:

trong đó ˆn là đơn vị véctơ chuẩn hóa bề mặt, E và H lần lượt là các thành phần điện trường

và từ trường tiếp tuyến bên trong một anten vi dải.