Do anten vi dải có thành phần bức xạ trên một mặt của đế điện môi nên các kỹ thuật để cấp nguồn cho anten vi dải lúc ban đầu là bằng cách dùng một đường truyền vi dải hoặc một probe đồng trục xuyên qua mặt phẳng đất nối đến patch kim loại của anten vi dải. Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, một số kỹ thuật cấp nguồn mới cho anten vi dải đã được nghiên cứu và phát triển. Hiện nay các phương pháp phổ biến dùng để cấp nguồn cho anten vi dải là: cấp nguồn sử dụng
29
đường truyền vi dải, probe đồng trục, ghép khe (aperture-coupling), ghép gần (proximiti-coupling).
Việc lựa chọn cấp nguồn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau. Tuy nhiên, yếu tố quan trọng nhất là hiệu suất truyền năng lượng giữa phần bức xạ và phần cấp nguồn tức là phải có sự phối hợp trở kháng giữa hai phần với nhau. Ngoài ra, việc chuyển đổi trở kháng bước, việc uốn cong, ... cũng làm phát sinh bức xạ rò và suy hao sóng mặt. Các bức xạ không mong muốn này làm tăng bức xạ phụ trong đồ thị bức xạ của anten vi dải. việc giảm thiểu bức xạ rò và những ảnh hưởng của nó lên đồ thị bức xạ là một trong những yếu tố quan trọng đánh giá việc cấp nguồn có tốt hay không?
a. Cấp nguồn bằng đường truyền vi dải
Việc cấp nguồn cho anten vi dải bằng đường truyền vi dải trên cùng một lớp nền là một cách lựa chọn tự nhiên vì patch có thể được xem là một đường truyền vi dải hở và cả hai có thể được thiết kế trên cùng một mạch. Tuy nhiên, kỹ thuật này có vài hạn chế. Đó là sự phát xạ không mong muốn từ đoạn feed line khi kích thước đoạn feed line là đáng kể so với patch ( ví dụ trong trường hợp L đủ nhỏ đối với khoảng vài mm).
Patch
GND Feed
Hình 2-9 : Cấp nguồn dùng đường truyền vi dải
b. Cấp nguồn bằng probe đồng trục
Cấp nguồn qua probe là một trong những phương pháp cơ bản nhất để truyền tải công suất cao tần. Với cách feed này, phần lõi của đầu feed được nối với patch,
30
phần ngoài nối với groundplane. Ưu điểm của cách này là đơn giản trong quá trình thiết kế, có khả năng feed tại mọi vị trí trên tấm patch do đó dễ dàng cho phối hợp trở kháng.
Patch
Điểm tiếp xúc điện
Cáp đồng trục
єr
GND Patch
Hình 2-10 : Cấp nguồn dùng cáp đồng trục
Tuy nhiên cách này có nhược điểm là:
- Thứ nhất, vì dùng đầu feed nên có phần ăn ra phía ngoài làm cho anten không hoàn toàn phẳng và mất đi tính đối xứng.
- Thứ hai, khi cần cấp nguồn đồng trục cho một dãy sẽ đòi hỏi số lượng đầu
nối tăng lên và như thế việc chế tạo sẽ khó khăn và độ tin cậy giảm đi.
- Thứ ba, khi cần tăng băng thông của anten thì đòi hỏi phải tăng bề dày lớp
nền cũng như chiều dài của probe. Kết quả là bức xạ rò và điện cảm của probe tăng lên.
c. Cấp nguồn dùng phương pháp ghép khe – Aperture coupled
Phương pháp cấp nguồn cũng thường được sử dụng nhằm loại bỏ sự bức xạ không cần thiết của đường microstrip line. Cấu trúc bao gồm 2 lớp điện môi. Patch antenna được đặt trên cùng, ground ở giữa có 1 khe hở slot nhỏ, đường truyền feed line ở lớp điện môi dưới. Thông thường thì miếng điện môi ở trên có hằng số điện môi thấp, lớp điện môi ở dưới có hằng số điện môi cao để nhắm mục đích tối ưu hóa sự bức xạ của anten. Tuy nhiên, phương thức cấp nguồn này khó thực hiên do phải làm nhiều lớp, và làm tăng độ dày của anten. Phương pháp cấp nguồn này thì cho băng hẹp (narrow bandwith).
31 GND єr2 єr1 Patch khe
Đường cấp nguồn vi dải
Hình 2-11 : Cấp nguồn dùng phương pháp ghép khe - Aperture coupled
d. Cấp nguồn dùng phương pháp ghép gần – Proximity Coupled
Cấu trúc này gồm 2 lớp điện môi, miếng patch antenna nằm ở miếng điện môi trên, đường feed line ở giữa 2 lớp điện môi. Phương thức này có ưu điểm cao đó loại bỏ tối đa sự bức xạ của đường cấp nguồn (feed line) và cho băng thông rộng (khoảng 13%).
GND
єr2
єr1
Patch
Đường cấp nguồn vi dải
Hình 2-12 : Cấp nguồn dùng phương pháp ghép gần - Proximity Coupled
Phương pháp này cũng được gọi là phương pháp ghép điện từ. Phương pháp này về bản chất là ghép điện dung giữa patch và đường cấp nguồn. Thông số của hai lớp nền có thể được lựa chọn để cải thiện băng thông và giảm bức xạ rò ở đầu cuối hở của đường truyền. Cũng vì lí do này, bề dày của lớp điện môi thứ hai cũng mỏng hơn. Bức xạ trong trường hợp này sẽ lớn hơn. Tuy nhiên phương pháp này phức tạp hơn khi chế tạo và sản xuất.
32