4.5.1. Tớnh năng kỹ thuật và cụng dụng a. Tớnh năng kỹ thuật - Băng tần làm việc: 1700 MHz - 1900 MHz; - Dải thông (MHz): 200 - Hệ số sóng đứng ≤ 1,9
- Hệ số khuếch đại (dBi): 24.5dBi
- Năng lợng đầu vào lớn nhất (W): 200W - Dạng phân cực: ±45o
- Độ dài Antenna (m): 1,7 m
- Nhiệt độ hoạt động -450C ữ +750C
b. Cụng dụng
- Antenna GSM-1800 dựng cho trạm BTS bao gồm cả đường lờn và đường xuống hệ thống di động GSM-1800. Cú thể dụng cho cỏc nhà cung cấp dịch vụ di động MobilFone, VinaPhone, Viettel…
4.5.2. Kết quả mụ phỏng
a. Antenna Patch băng tần 1700-1900 MHz hình 4.15
Hỡnh 4.15 – Hỡnh dạng antenna patch dựng cho trạm BTS
Antenna được thiết kế dựa trờn tỏm chấn tử (patch antenna. Tỏm chấn tử được cấp nguồn đồng pha và đồng cụng suất. Mỗi chấn tử patch cú hỡnh cỏnh
hoa 4 cỏnh gồm 2 cặp chấn tử đối xứng để phục vụ cho 2 tần số upkink và downlink. Sau đõy là hỡnh vẽ của 1 chấn tử Patch:
Hỡnh 4.16 – Chấn tử Patch 1800Mhz
Một chấn tử Patch cú thể đảm nhiệm vai trũ của một anten độc lập cú cỏc thụng số như sau:
- Hệ số khuyếch đại: 16,5 dBi
-Độ rộng bỳp súng chớnh (theo gúc tà) 107,90
- Độ rộng bỳp súng chớnh (theo gúc phương vị): 70,90
- Mức cỏnh súng phụ bằng - 16,2 dB
Như vậy một chấn tử cú hệ số khuyếch đại thấp và độ rộng cỏnh súng chớnh khỏ lớn nờn tớnh định hướng của chấn tử rất thấp vỡ vậy để tăng hệ số khuyếch đại và tớnh định hướng của anten người ta thường dựng một dàn anten 8 chấn tử được cấp nguồn đồng pha và đồng cụng suất.Dưới đõy là kết quả mụ phỏng dàn anten đồng pha.
Antenna sau khi thiết kế được mụ phỏng trờn phần mềm thiết kế antenna và siờu cao tần CST. Hỡnh ảnh khụng gian 3D của antenna GSM-1800 (hỡnh 4.17).
Hỡnh 4.17 - Hỡnh ảnh khụng gian 3D của antenna GSM-1800
Căn cứ vào kết quả mô phỏng trên, antenna đơc mô phỏng ở tần số 1800 MHz, hệ số khuếch đại (dBi): 24.5dBi, dạng phân cực: ±45o.
Hỡnh 4.18 – Hệ số phản xạ S1,1 và S2,2
Hỡnh 4.19 – Gúc pha của S1,1 và S2,2 và gúc pha S1,2 và S2,1
Antenna có hệ số phản xạ S1,1 và S2,2 trung bình khoảng -18dB. Hệ số cách ly giữa đờng lên và đờng xuống trung bình khoảng -25 dB (hình 4.18)
Hỡnh 4.20 – Trở khỏng của antenna
Dựa vào giản đồ Smith ta thấy rằng antenna cú trở khỏng vào của antenna là 50Ω trong dải tần số 1700-1900 MHz (hỡnh 4.20).
Độ rộng bỳp súng trong mặt phẳng H là 11,5 deg (hỡnh 4.21) tại tần số 1800 MHz. Hệ số khuếch đại 24,5. Đặc biệt tỷ số giữa bỳp súng chớnh và bỳp súng phụ là -13,1 dB (hỡnh 4.21).
Độ rộng bỳp súng trong mặt phẳng E là 11,4 deg tại tần số 1800 MHz. Hệ số khuếch đại 21,6. Tỷ số giữa bỳp súng chớnh và bỳp súng phụ (hỡnh 4.22) là -13,2 dB.
Hỡnh 4.21 - Độ rộng bỳp súng trong mặt phẳng E
Hỡnh 4.23 - Phõn bố năng lượng trong mặt phẳng E tại tần sụ 1800MHz (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Phõn bố năng lượng trong mặt phẳng E đều trờn tất cả cỏc chấn tử tại tần số 1800MHz (hỡnh 4.23). Do chia đều cụng suất và cấp nguồn đồng pha. Nếu chia bất đồng nhất về cụng suất thỡ phõn bố năng lượng sẽ khỏc nhau trờn
cỏc chấn tử và tạo ra antenna cú bỳp súng phụ nhỏ hơn. Tuy nhiờn giỏ thành sẽ cao hơn do thiết kế bộ chia cụng suất phức tạp.
Hỡnh 4.24 - Hệ số súng đứng của antenna
Hệ số súng đứng của antenna trờn hỡnh 4.24 từ 1700-1900MHz. Ta thấy rằng antenna cú hệ số súng đứng trong cả dải khụng lớn hơn 1,9. Đặc biệt tại băng tần số 1780MHz đến 1840 MHz hệ số súng đứng khụng lớn hơn 1,5.
KẾT LUẬN
Trong thời gian làm đồ ỏn tốt nghiệp “Thiết kế chế tạo antenna cho thụng tin di động GSM-1800”, em đó hoàn thành theo đỳng kế hoạch thời gian theo tiến trỡnh.
Đồ ỏn được chia làm 4 chương. Trong chương 1, đồ ỏn tập trung nghiờn cứu tổng quan mạng GSM, cỏc antenna dựng trong mạng GSM. Đỏnh giỏ ưu nhược điểm của cỏc loại antenna. Ngoài ra cũn giới thiệu tớnh năng kỹ thuật một số antenna. Trong chương 2, đồ ỏn giới thiệu cỏc tham số cơ bản của hệ thống antenna, nghiờn cứu cỏc miền phỏt xạ của antenna, cỏc tham số quan trọng như hệ số định hướng, hệ số khuếch đại, độ rộng bỳp súng, trở khỏng và dải thụng của antenna. Trong chương 3, đồ ỏn tập trung nghiờn cứu phương phỏp cấp nguồn cho chấn tử mạch dải, giới thiệu cỏc bộ chia cụng suất và phương phỏp phõn phối cụng suất cho cỏc chấn tử. Chương 4 đồ ỏn tốt nghiệp giới thiệu phương phỏp thiết kế chấn tử antenna và giàn antenna mạch dải. Trong đú tập trung nghiờn cứu cỏc phương phỏp mở rộng dải thụng cho antenna và trỡnh tự thiết kế antenna và kết quả mụ phỏng antenna GSM-1800.
Đồ ỏn đó thiết kế và mụ phỏng antenna GSM-1800 với kết quả rất khả quan: hệ số khuếch đại 24,5 dBi, hệ số súng đứng trong toàn dải nhỏ hơn 1.9. Bỳp súng trong mặt phẳng trong H 11,5o
, trong mặt phẳng E 11,4o. Phõn cực anten ±45o. Tuy nhiờn độ cỏch ly giữa đường lờn và đường xuống cũn thấp nờn anten khụng chỏnh khỏi xuyờn nhiễu. Cỏc giải phỏp khắc phục đang được nghiờn cứu và ứng dụng vào sản phẩm trong thời gian tới.
Hướng nghiờn cứu tiếp theo của đồ ỏn tốt nghiệp là tập trung nghiờn cứu thiết kế antenna sử dụng cả hai băng tần GSM-900 và GSM-1800 và thiết kế antenna tớch hợp cụng nghệ EDGE và 3G.
Do thời gian và kiến thức cũn hạn chế nờn đồ ỏn khụng trỏnh khỏi sai sút. Rất mong nhận được sự giỳp đỡ của cỏc thầy cụ giỏo và cỏc bạn, để đồ án được hoàn thiện hơn.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Lý Thuyết Và Kỹ Thuật Anten. Tỏc giả Phan Anh. Nhà xuất bản KHKT. 12 – 2007.
2. Trường Điện Từ Truyền Súng Và Anten. Tỏc giả: Thỏi Hồng Nhị. Nhà xuất bản KHKT. 09 – 2006.
3. Planar Antennas for Wireless Communications. Kin-Lu Wong. Publisher: Wiley John & Sons. December 2002.
4. Antenna and EM Modeling with MATLAB. Sergey N. Makarov. Publisher: Wiley, John & Sons, Inc. Published: June 2002
5. Third-Generation Systems and Intelligent Wireless Networking: Smart Antennas and Adaptive Modulation. Jonathan S. Blogh, Lajos Hanzo. Publisher: Halsted Press. Published: April 2002
6. Compact and Broadband Microstrip Antennas. Kin-Lu Wong. Publisher: Wiley, John & Sons, Inc. Published: January 2002
7. Antennas. John Daniel Kraus, Ronald J. Marhefka. Publisher: McGraw- Hill Higher Education. Published: November 2001
8. Fundamentals of Antennas: Concepts and Applications. Christos G. Christodoulou, Parveen F. Wahid. Publisher: SPIE--The International Society for Optical Engineering. Published: November 2001
9. Handbook of Antennas in Wireless Communications. Lal Chand Godara, Victor A. Barroso. Publisher: CRC Press. Published: June 2001
10. The ARRL Antenna Book with CD-ROM. Kurt Andress, L. B. Cebik, Rudy Severns, Frank Witt, R. Dean Straw. Publisher: American Radio Relay League. Published: December 2000.
11. Antenna Engineering Handbook. Richard C. Johnson, Henry Jasik. Publisher: McGraw-Hill. Companies. Published: December 1992.