Anten mảng DSPD-1 được thiết kế và mô phỏng bằng phần mềm CST MWS phiên bản 2018. Anten mảng DSPD-1 được thiết kế trên nền vật liệu Rogers RO4003C (εr = 3,55) có kích thước là 450 × 160 × 1,524 mm3. Mặt phản xạ được sử dụng là tấm vật liệu FR4 (εr = 4,4) có hai mặt phủ kim loại đồng, kích thước của mặt phản xạ là 503 × 213 × 1,6 mm3. Hình 4.11 thể hiện thiết kế anten mảng DSPD-1 hoàn chỉnh.
df Mặt trên của anten mảng Mặt phản xạ Không khí z x
Hình 4. 11. Thiết kế hoàn chỉnh của anten mảng DSPD-1
a) Kết quảmô phỏng đánh giáảnh hưởng của khoảng cách df
- Đồ thị bức xạ:
Hình 4.12 mô tảđồ thị bức xạ khi thay đổi khoảng cách giữa mặt phản xạ và anten mảng. Kết quả mô phỏng cho thấy, khi giá trị df nhỏ hơn0,3λ0 thì đồ thị bức xạcó một búp sóng chính và hướng tăng ích cực đại gần như không thay đổi hợp với trục Oz khoảng 9o; khi df lớn hơn 0,3λ0 thì búp sóng chính bị phân chiathành nhiều búp sóng nhỏ. So sánh với trường hợp mảng Vivaldi tại Chương 3 và mảng DSDP đã công bố tại [34] thì mảng DSPD đề xuất tại Chương 4 làm giảm đáng kểgóc lệch trục Oz của hướng búp sóng chính và góc lệch trục cũng ít bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi của df. Bảng 4.6 trình bày khảo sát về đồ thị bức xạ của mảng DSPD-1 khi df thay đổi. Theo đó, giá trị df xấp xỉ 0,15λ0là tối ưu nhất đối với các yêu cầu về đồ thị bức xạ và tăng ích.
Bảng 4. 6. Đồ thị bức xạ của anten mảng DSPD-1 khi thay đổi df
df/λ0 Góc HPBWmặt phẳng xOz (o) SLL cao nhất (dB) NDL tại búp sóng phụ thứ nhất (dB) Tăng ích (dBi) 0,05 12,6 -14,4 -22,5 16,5 0,15 13,5 -21,3 -40 17,7 0,20 13,6 -21,3 -40 17,6 0,25 13,7 -21,1 -38,1 17,4 0,30 13,7 -20,7 -41 16,9 x z y
a) df = 0,15λ0 b) df = 0,20λ0
c) df = 0,25λ0 d) df = 0,30λ0
Hình 4. 12. Sự thay đổi đồ thị bức xạ của mảng DSPD-1 khi thay đổi df - Hệ số S11 và băng thông hoạt động: Kết quả mô phỏng trình bày tại Hình 4.13 cho thấy, anten mảng DSPD-1 cũng đạt được hệ số S11 tốt nhất ở khoảng cách df xấp xỉ 0,15λ0. Khi đó, băng thông hoạt động của anten mảng DSPD-1 là xấp xỉ 600 MHz tại S11 = -10 dB ở dải tần 3,5 GHz.
Từ đánh giá ởtrên, giá trị df = 0,15λ0 thỏa mãn các yêu cầu về đồ thị bức xạ, hệ số S11 và được sử dụng cho anten mảng DSPD-1 trong phần tiếp theo.
b) Kết quảmô phỏng anten mảng DSPD-1 với lựa chọn df = 0,15λ0
- Tăng ích và hiệu suất bức xạ: Trong dải tần 3,4-3,8 GHz anten mảng luôn có tăng ích trên 17 dBi, tại tần số trung tâm 3,5 GHz, tăng ích cực đại đạt 17,7 dBi. So với trường hợp không sử dụng mặt phản xạ, tăng ích của anten mảng DSPD-1 được cải thiện từ 13,5 dBi lên 17,7 dBi. Trong khi đó, hiệu quả bức xạ mô phỏng trong toàn dải tần hoạt động dao động xung quanh giá trị 90%. Chi tiết trình bày tại Hình 4.14.
Hình 4. 14. Kết quảmô phỏng tăng ích và hiệu suất bức xạ của mảng DSPD-1 - Mức suy giảm búp sóng phụ thứ nhất:
Hình 4.15 biểu diễn đồ thị bức xạ của anten mảng DSPD-1 tại các tần số lấy mẫu trong khoảng băng tần lân cận 3,5-3,6 GHz. Kết quả mô phỏng chỉ ra rằng mức của búp sóng phụ thứ nhất đã được nén. Tuy nhiên vịtrí điểm không và độ sâu điểm không được đặt ở búp sóng phụ thứ nhất có sự sai khác khi khảo sát ởcác tần sốkhác nhau. Trong mặt phẳng xOz, mức sâu điểm không (NDL) đặt tại búp sóng phụ thứ nhất có thể được nén dưới -40 dB trong đoạn băng tần 3,5-3,518 GHz. Khi các tần số mô phỏng càng xa tần số thiết kế 3,5 GHz thì mức NDL càng bị suy giảm. Khi khảo sát tại các tần số trong khoảng băng tần
lân cận dưới 3,4-3,5 GHz cũng cho các kết quả tương tự. Bảng 4.7 dưới đây trình bày tổng hợp về băng thông hoạt động của anten mảng DSPD-1 tương ứng với mức suy giảm khác nhau của búp sóng phụ thứ nhất.
Hình 4. 15. Kết quảmô phỏng đồ thị bức xạ mảng DSPD-1 mặt phẳng xOz Bảng 4. 7. Băng thông tương ứng với các mức nén búp sóng phụ thứ nhất
Mức búp sóng phụ thứ nhất - 40 dB -30 dB - 25 dB
Tần số (GHz) 3,464-3,518 3,442-3,554 3,40-3,56 Như vậy, với các điều kiện ràng buộc về suy giảm mức búp sóng phụ thứ nhất, băng thông hoạt động tương ứng của anten mảng DSPD-1 là nhỏ hơn nhiều so với băng thông đã khảo sát ở trên (băng thông tại S11 = -10 dB). Sự sai khác này có thểlý giải như sau: điểm không được đặt theo kỹ thuật tối ưu trọng sốbiên độ, yêu cầu đối với phân bố pha là phân bốđều. Qua mô phỏng đáp ứng tại các đầu ra của mạng tiếp điện có thể thấy rằng, do các bộchia và các đường truyền vi dải của mạng tiếp điện được thiết kế theo tần số hoạt động 3,5 GHz nên ở các tần số càng xa tần số này, sự sai pha giữa các lối ra của mạng tiếp điện dần trở nên lớn hơn. Mặt khác phân bốbiên độcũng bịsai khác khi khảo sát tại tần số cách xa tần số trung tâm 3,5 GHz. Điều này làm cho các điểm không hình thànhkhôngrõ nét khi khảo sát ở băng thông lớn.
Kết quảmô phỏng hướng của búp sóng chính được trình bày tại Hình 4.16 cho thấy, khi lựa chọn df = 0,15λ0 hướng cực đại của búp sóng bị chính lệch so với chiều dương của trục Oz góc 9o.
(a) mặt cắt φ = 90o (b) mặt cắt φ = 0o (góc θ offset 9o)
Hình 4. 16. Kết quả mô phỏng đồ thị bức xạ của mảng DSPD-1 khi df = 0,15λ0
- Mức các búp sóng phụngoài búp sóng phụ thứ nhất:Từ các kết quảmô phỏng được trình bày tại Hình 4.15 và Hình 4.16 cho thấy, các búp sóng phụ khác búp sóng phụ thứ nhất có mức lớn nhất là xấp xỉ -21 dB.