Băng thông trở kháng của anten vi dải tỉ lệ nghịch với hệ số phẩm chất Q của anten (xem (2.2)). Do đó, ta có thể thay đổi các tham số của chất nền chẳng hạn như hằng số điện môi εr và độ dày h để đạt được hệ số Q mong muốn nhằm tăng băng thông trở kháng. Hệ số Q của anten cộng hưởng được định nghĩa như sau:
Năng lượng được tích trữ (Energy stored)
(2.3)
Q =
Năng lượng mất mát (Power lost)
Hình 2.2 biểu diễn ảnh hưởng của độ dày chất nền tới băng thông trở kháng và hiệu suất với 2 giá trị hằng số điện môi là 2.2 và 10. Ta thấy rằng băng thông tăng đơn điệu theo độ dày. Khi hằng số điện môiεr giảm thì băng thông tăng. Điều này có thể được giải thích từ việc thay đổi giá trị Q.
Hình 2.2. Ảnh hưởng của hằng số điện môi và độ dày chất nền tới băng thông trở kháng (VSWR < 2) và hiệu suất bức xạ [7]
Hình 2.3. Sự biến đổi của hệ số Q của anten vi dải có patch hình chữ nhật theo hằng số điện môi chất nền. Trong đó h=1.59 mm, W=0.9L, f=3 GHz [7]
Hệ số Q của anten vi dải với patch hình chữ nhật là hàm của εr và h được vẽ trong hình 2.3 và 2.4. Hình 2.3 chỉ ra rằng, hệ số Q hầu như tăng tuyến tính khi tăng εr. Thành phần bức xạ (patch) hình chữ nhật được mô hình hoá như một tụ có mất mát (lossy capacitor), việc tăng hệ số Q là do năng lượng được tích trữ (energy strored) tăng và năng lượng bức xạ giảm khi tăng εr (theo công thức 2.3). Tương tự, khi độ dày chất
Khóa luận tốt nghiệp đại học Ngành: Thông tin vô tuyến
nền tăng lên, năng lượng được tích trữ giảm làm giảm hệ số Q như thấy trong hình 2.4. Về mặt vật lý, điều này xảy ra là do “trường viền” (fringing field) tăng khi tăng h và giảm εr.
Kết luận, tăng h và giảm εr sẽ làm tăng băng thông trở kháng của anten. Tuy nhiên, phương pháp này chỉ có thể áp dụng khi h < 0.02λ. Có nhiều nhược điểm do sử dụng các chất nền có hằng số điện môi cao và độ dày lớn, bao gồm:
¾ Năng lượng sóng mặt tăng lên, dẫn tới kết quả là hiệu suất bức xạ kém (xem hình 2.2). Bức xạ từ các sóng mặt có thể làm méo giản đồ bức xạ gần đầu cuối đường tiếp điện vi dải.
¾ Các chất nền có độ dày lớn, khi tiếp điện tại cạnh của thành phần bức xạ sẽ làm tăng bức xạ “giả” (spurious radiation) từ đường vi dải tại những chỗ thay đổi về độ rộng (step-in-width) và những chỗ bất liên tục trên đường vi dải. Sự bức xạ từ đầu tiếp điện (probe feed) cũng sẽ tăng.
¾ Các chất nền dày hơn 0.11λ0 và có εr=2.2 có trở kháng tại điểm tiếp điện cho anten tăng, dẫn tới các vấn đề về phối hợp trở kháng.
¾ Các mode bậc cao hơn chạy dọc theo chiều dày chất nền có thể tăng, điều này làm méo các giản đồ bức xạ và thay đổi trở kháng đặc tính. Đây là một tham số hạn chế việc đạt được băng thông lớn hơn.
Hình 2.4. Sự biến đổi của hệ số Q của anten vi dải có patch hình chữ nhật theo độ dày chất nền. Trong đó εr=2.2, W=0.9L, f=3 GHz [7]