Anten mảng hướng Retro là một loại anten mảng có chức năng tương đương với một bộ phản xạ góc. Nhà khoa học Van Atta, là người đã phát minh ra một cách để có th s p x p nh m mể ắ ế ằ ục đích chuyển đ i m t anten d ng m ng tuy n tính, có ổ ộ ạ ả ế th biể ến đổi để ở tr thành m t b ộ ộ phản x . ạ
Ở trong trường h p này, thì anten m ng sợ ả ẽ hướng trường tia tới vào hướng đến. Do đó mà người ta s dùng khái niử ệm “hướng Retro”. Anten mảng hướng
Retro ngoài ra còn được g i là anten m ng t pha, anten m ng t h i t , anten m ng ọ ả ự ả ự ộ ụ ả ph i h p liên h p, hoố ợ ợ ặc còn được gọi là gương nghịch đảo thời gian.
Một anten mảng phố ợi h p liên hợp là anten mảng hư ng retro vì nó thực hiện quá ớ trình phát lại tín hiệu trong đó có các pha liên hợp. Nếu các pha đư c liên hợp với ợ nhau, thì nó sẽ ố gi ng như vi c làm nghịệ ch đảo thời gian trong miền th i gian v y. Đây ờ ậ là lý do tại sao loại anten này còn có tên gọi khác là gương nghịch đảo thời gian.
Hình 2.12 Anten mảng có hướng Retro và hiệu ứng đa đư ngờ
Không nh t tấ hiết là anten đó phải tuyến tính để có thể hướng Retro. Trên thực tế, anten mảng Van Atta là một trường hợp đặc bi t trong vệ ấn đ ềanten m ng tả ự pha và có tính phổ biến này. Tuy nhiên, luận văn này ớgi i h n l i trong anten mạ ạ ảng tuy n tính.ế
Một trong số những ưu điểm hiển nhiên của loại anten Retro này đó là trong thực tế, nếu anten mảng có thể hướng năng lượng lại theo hướng đến, thì anten m ng s làm viả ẽ ệc một cách cực kỳ ệ hi u qu ả ở trong môi trường đa đường.
Chúng ta có thể tham khảo thêm m t vài nh ng cácộ ữ h người ta sử ụ d ng loại anten này trong thông tin di động c a Fusco và Karode. ủ
Nếu anten mảng kiểu này có thể ực sự phát lại tín hiệu dọ th c theo góc đ n thì ế tín hiệu này sẽ có tác dụng hướng các tín hiệu đa đường này tr l i v i nh ng l ở ạ ớ ữ ộ trình cũ đến máy phát.
2.2.8.1 Anten mảng hướng Retro th ụ động
Hình 2.13 biểu diễn cách có thể thực hiện đ ạể t o ra m t anten mảng hướng Retro từ ộ
một anten m ng N=6 phần tử. Một dạng sóng phẳng là tia đế ừả n t anten mảng với góc 0.
Hình 2.13 Anten mảng có hướng Retro
Ngõ vào c a ph n tủ ầ ử th 6, ứ , lan truy n xuề ống đường truy n d n tề ẫ ới
ph n t th 1 và s ầ ử ứ ẽ được phát l i tạ ại đây. Tiến trình giống như vậy s ẽ được th c hi n ự ệ tương tự đố i với các ph n t còn lầ ử ại. Do đó, tín hiệu phát cho ph n t th i là tín ầ ử ứ hi u tệ hu được đối v i ph n t th N-i. ớ ầ ử ứ
Ta thấy, anten mảng hướng Retro có th phát l i tín hi u vể ạ ệ ề hướng . Quá trình này th c hiự ện bất chấp đến AOA là bao nhiêu. Do đó, anten mảng hướng Retro có th ể được dùng để ộ ụ h i t tín hi u ph n x v ngu n. ệ ả ạ ề ồ
2.2.8.2 Anten mảng hướng Retro ch ủ động
Có thêm 1 cách th 2 nứ ữa đ t ể ự pha hoăc liên hiệp pha được th c hi n trong ự ệ suốt quá trình trộn tín hiệu có thể được nhận với một tín hiệu từ ộ dao động nộ Ở b i. trong trường h p này thì b ợ ộ dao động n i s gộ ẽ ấp đôi tần s sóng mang. M c dù ố ặ
không ph i nh t thi t phả ấ ế ải có, nhưng nó sẽ làm cho vi c phân tích tr nên dệ ở ễ dàng hơn. Mỗi m t ngõ ra anten s có m t b trộ ẽ ộ ộ ộn riêng cho nó như Hình 2.14.
Hình 2.14 Liên hợp pha trong quá trình trộn Heterodin.
Thông qua hình trên, chúng ta có thể ấy đượ th c lý do t i sao quá trình này còn ạ được g i là nghọ ịch đảo th i gian, và lý do t i sao mà anten m ng loờ ạ ả ại này còn được gọi là một gương nghịch đảo thời gian. Nếu ta chọn một tần số hoạ ột đ ng nội khác đi, thì ta có thể ch n m t d i bên thọ ộ ả ấp hơn cho vi c phát l i. ệ ạ
2.3 Ứng dụng của anten mảng 2.3.1 H th ệ ống Radar
Một hệ thống radar xác định các đặc tính của một đối tượng bằng cách phát sóng trường điện t từ ới đối tượng và phân tích sóng ph n x v . Radar có th xác ả ạ ề ể định đượ ối đa 5 thông số ủc t c a đối tượng: v trí góc, kho ng cách, t c đ , kích ị ả ố ộ thước, và định danh.
Thông thường, anten được dùng ở trong radar thường ch là mỉ ột anten đơn lẻ. Tuy nhiên, ngày nay, người ta có th dùng anten mể ảng để có th xác đ nh m t cách ể ị ộ
nhanh và chính xác hơn các đặc tính c a ủ đối tượng. Trong anten m ng này sả ẽ có một anten quét tổng quan để có thể xác định được sự ện diện của vật thể, và mộ hi t anten có độ định hướng và búp sóng chính r t hấ ẹp để có th ể xác định m t cách ộ chính xác các đặc điểm c a v t th ủ ậ ể đó.
V ị trí góc của đối tượng được xác đ nh từ ự định hướng của tia anten. Khi ị s một đối tượng được xác đ nh, thì vị trí của búp sóng anten chính sẽ phả ứng lại với ị n v trí cị ủa đối tượng, và có độ chính xác trong khoảng độ ộ r ng của búp sóng.
Để có th ể xác định được m t cách chính xác v trí c a v t th , thì anten radar ộ ị ủ ậ ể phải có độ ộng búp sóng hẹp, điều này có nghĩa là anten phải có độ ợi cao hoặc có r l tính đẳng hướng cao, và tia sóng ph i có th di chuyả ể ển được đ có th tìm ki m ể ể ế được những địa điểm quanh radar.
Tia anten có th ể được dùng để quét b ng cách di chuy n m t cách v t lý anten, ằ ể ộ ậ ho c có th ặ ể thay đổi các đặc tính điện để có th quét tia anten. ể
Anten đơn chất là m t cách làm tinh t hơn đ có th ộ ế ể ể xác định được v trí c a ị ủ đối tượng. Một anten đơn chấ ần lượt l t tri n khai 2 tia sóng: m t tia quét t ng và ể ộ ổ m t tia quét nh ng s khác bi t. ộ ữ ự ệ
Tia anten quét t ng quan có chổ ỉ ố độ ợi cao khi hướ s l ng v phía cề ủa đối tượng, nhằm để ễ dàng xác định sự ện diện củ d hi a đối tượng. Tia anten phát hiện sự khác biệt là có một độ định hướng rất cao, có thể xác định được vị trí góc chính xác của đối tượng.
2.3.2 Máy đo phóng xạ.
H thệ ống thông tin liên lạc và hệ ống radar đều là các hệ ống phát và thu th th tín hi u. Mệ ột máy đo phóng xạ thì không như vậy, nó chỉ được dùng đểthu tín hiệu mà thôi.
Máy đo phóng x s thu nhạ ẽ ững sóng điệ ừ trường đượn t c phát ra m t cách t ộ ự nhiên từ ậ v t th . T t cể ấ ả ọ m i v t th có nhiậ ể ệt độ trên 00 tuyệt đối đều phát ra những dao động. B i vì nh ng s ở ữ ự dao động s phát ra nhẽ ững sóng điện t ừ trường, nên là những dao động nhiệt ngẫ nhiên của các vật thể ẽ ẫn đến việc phát xạ ra các u s d sóng điệ ừ trườn t ng. Nhiệt độ ể ệ th hi n m c đ m c đ dao đ ng ng u nhiên c a c c ứ ộ ứ ộ ộ ẫ ủ ấ ph n t là nhi u hay là ít. ầ ử ề
Ở ộ m t nhiệt độ cao hơn, nhiều ph n t s va ch m vầ ử ẽ ạ ới nhau hơn, và các phần t s ử ẽ di chuyển nhanh hơn bởi vì có nhiều năng lượng được lưu trữ ở trong vật chấ t hơn; do đó, sẽ có nhi u sóng s ề ẽ được b c x ra t n s ứ ạ ở ầ ố cao hơn. Do đó, nhiệt độ và bức xạ điệ ừ trườn t ng có m i quan h mố ệ ật thiế ớt v i nhau.
Máy đo phóng xạ thường được ch t o b i nhi u nh ng anten t o thành m ng. ế ạ ở ề ữ ạ ả Mỗi một anten này sẽ đo sóng điện từ trường phát ra từ ật thể Ở trên chúng ta đã v . có đề ập đế c n chuyên nhiệt độ và b c x ứ ạ điện t ừ trường có m i quan h m t thi t ố ệ ậ ế với nhau. Do đó, máy đo phóng xạ ẽ ổng hợp các tín hiệu thu được từ s t mỗi một thành ph n anten trong dàn anten m ng, và k t qu sau khi t ng h p tín hiầ ở ả ế ả ổ ợ ệu đó sẽ cho ta được các thông s ố như là nhiệt độ phát ra t ừ đối tượng.
2.3.3 Làm nóng bằng điện từ trường.
H thệ ống làm nóng bằng điện từ trường sẽ phát ra các sóng điện từ trườ g đển nhằm một mục đích duy nhất là làm nóng một vật. Khi các sóng điện từ trường va đập vào v t th , nó s s n làm các phân t b m t c a vậ ể ẽ ả ử ở ề ặ ủ ật đó bị dao động do ti p ế xúc với sóng điện từ trường. Những dao động của các phần t này sử ẽ ả s n sinh ra nhiệt lượng và làm nóng v t th lên. ậ ể
Một hệ thống làm nóng bằng sóng điện từ bao gồm một nguồn phát sóng và các anten. Ngu n sồ ẽ ản sinh ra năng lượ s ng t i m t t n sạ ộ ầ ố được định sẵn để tương ứng v i th i gian ph n ng c a các đi n môi b làm nóng. ớ ờ ả ứ ủ ệ ị
Việc làm nóng các ch t không dấ ẫn điện có 2 ng d ng quen thu c: Lò vi sóng ứ ụ ộ và chữa tr ị ung thư. Những ng d ng này hoứ ụ ạt động được với cả đồ ăn và cấ c kh i u ố chứa chủ ếu là nướ y c. Máy làm nóng s s d ng m t t n s phù hẽ ử ụ ộ ầ ố ợp để có th kích ể thích s phân cự ực của nước tại m t mộ ứ độ ầc g n v i th i gian phớ ờ ả ứn ng của nước, và đối tượng theo đó sẽ ấ h p th ụ các năng lượng được phát t i. ớ
Ví dụ: Nếu một chiếc lò vi sóng được đặt trong một căn phòng có nhiệt đ ộ thấp hơn 0 độ C, liệu chiếc lò vi sóng này có thể làm tan cục đá đượ ấc l y ra t t ừ ủ l nh hay không? ạ
Trả ời: Theo như đã nói ở l trên, thì lò vi sóng s kích thích s phân c c của ẽ ự ự nước. Đá là dạng tinh thể. Do đó, đá sẽ không b tan ra. Nị ếu bên trong đá có một lượng nh ỏ nước, thì lượng nước này s b ẽ ị làm nóng lên và đá sẽ ị tan ra khi đượ b c để trong lò vi sóng, do lò vi sóng s ẽ làm nóng nướ ởc bên trong cục đá đó ra.
2.4 Kết luận
Trong chương này, luận văn trình bày những ki n thế ức cơ bản v anten m ng, ề ả bao gồm đ nh nghĩa, nhị ững loại anten mảng cơ bản và những đ c điặ ểm, tính ch t cấ ủa từng loại anten. Vi c n m rệ ắ õ kiến thức về anten mảng gi p việc nghiên cứu, chế ạú t o và ứng d ng vào th c t hiụ ự ế ệu quả hơn sẽ đư c trìợ nh b y chương tiếp theo. à ở
CHƯƠNG 3. NGHIÊN C U NG D NG C A ANTEN Ứ Ứ Ụ Ủ M NG HÌNH NHẢ ẪN TRONG IOT
Trong chương 3, luận văn trình bày v c u t o và kh ề ấ ạ ả năng hoạt động c a 2 ủ anten m ng hình nh n, m t chiả ẫ ộ ếc nhẫn theo dõi s c kho , và mứ ẻ ột chiếc nh n cẫ ảm biến. Luận văn ẽ ầs l n lượt đi sâu vào phân tích lần lượt từng loại nhẫn một, về ấ c u trúc, thành ph n c u t o, và các cầ ấ ạ h s ỉ ốquan tr ng trong viọ ệc đánh giá khả năng hoạt động c a t ng chi c nh n, ví d như các ch s trong không gian m và các ch s ủ ừ ế ẫ ụ ỉ ố ở ở ỉ ố khi có s hiự ện diện của tay người dùng.
3.1 Nh n theo dõi sẫ ức khoẻ
Trong chương này, một anten m ng t ng ph n ả ừ ầ hình tròn được xây d ng trên ự một chiếc nhẫn để phục vụ cho hệ thống thông tin liên lạc 5G tại 28GHz. Anten mảng đã được thử nghi m ệ ở trong không gian mở và trong điều kiện có ảnh hưởng che lấp của ngón tay người dùng trong mô ph ng. ở ỏ
Những anten được xây dựng như trên thì hoạ ột đ ng rấ ổn định kể ả khi chịu t c ảnh hưởng bởi người dùng, và có m t vùng ph sóng là r t r ng và có nhộ ủ ấ ộ ững đặc tính t t, hi u qu . ố ệ ả
3.1.1 Gi i thi u ớ ệ
Trong thời gian gần đây thì nh ng hệ ốữ th ng thông tin liên lạc 5G và mạng lư i ớ vạn v t kậ ết nối đã tr thành mộ ấở t v n đề nghiên cứu đư c nhi u nhà khoa hợ ề ọc quan tâm.
Nh ng ữ ứng d ng c a m ng v n v t kụ ủ ạ ạ ậ ết nối có th bao trùm rể ất nhiều những lĩnh vực khác nhau, như là y t , vận chuyển, công nghiệp, nông nghiệp, nhà thông minh, ế các phương ti n giao thông, trưệ ờng học, chợ, và trong các ngành công nghiệp khác.
Một chiếc anten được tích hợp trong một chiếc nhẫn có thể được dùng như là một thiết bị theo dõi sức khoẻ ới tần số ửi dữ ệu về cao, theo dõi, và thậm chí có v g li th tr thành mể ở ột thiết bị liên lạc trong tương lai.
Để có th ể đạt được được truy n t i d li u cao trong mề ả ữ ệ ở ạng 5G như là một dải tần số hoạt động ở 28GHz đã được các nhà khoa học khuyên dùng. Tuy nhiên, khi t n sầ ố tăng lên thì sự suy hao cũng tăng lên theo. Mặt khác, ổt n hao đường truyền có thể được khắc ục bằng cách sử ụng những anten định hướng có độ ợi ph d l cao với kh ả năng lái tia được tích h p bên trong. ợ ở
Những anten như vậy đã được các nhà khoa học nghiên cứu để ứ ng d ng trong ụ các thiế ị đầt b u cu i s d ng m ng 5G vào nhiố ử ụ ạ ều năm trước đây. [6]
Kh ả năng làm việc của anten mảng điện thoại hoạt động trên tần số 28GHz thường được đánh giá bằng cách chọn trước m t hi u su t bao ph ộ ệ ấ ủ lý tưởng. Người ta cũng tìm ra rằng ảnh hưởng n t đế ừ người dùng cũng đóng m t vai trò quan tr ng ộ ọ trong kh ả năng hoạt động anten trong các thiết bị di động đầu cu i. ố
Những chiếc anten mảng được tích hợp trong nhẫn đã được khảo sát cho các tần số ở dưới 28GHz, tuy nhiên, do sự suy hao do bị ấp thụ, nên là hiệu suất của h nh ng thi t k trên là r t th p. ữ ế ế ấ ấ
Trong chương này, ận văn ẽ cùng đi nghiên cứlu s u m t chi c anten m ng t ng ộ ế ả ừ ph n ầ được tích hợ ở trong một chiếc nhẫn, hoạt độp ng tở ần số 28GHz. Trái ngược với những thiết kế dành cho những tần số ấp, hiệu suất của thiết kế này cao hơn, th b i vì lý do t n s ở ầ ố cao hơn.
Ngoài ra, anten mảng t ng ph n ừ ầ trên cũng sẽ được khảo sát khả năng hoạt động khi có s xu t hi n cự ấ ệ ủa tay người dùng. Mô ph ng toàn b cơ th ỏ ộ ể người dùng thì t m thạ ời chưa được nghiên cứu, b i vở ì không có một tư thế tiêu chuẩn nào của
người dùng khi s d ng nh n có th ử ụ ẫ ể được xác đ nh, và v trí c a bàn tay có th n m ị ị ủ ể ằ ở ấ ỳ đâu. b t k
Và cuối cùng, trong chương này, ận văn cũng sẽ đi nghiên cứlu u về ự l c đi n ệ động (EMF) của bàn tay người dùng lên anten mảng được tích h p bên trong chi c ợ ế nhẫn đó.
3.1.2 Thiế ế ủt k c a anten mảng.
Chiếc anten mảng từng ph n ầ hình tròn được tích hợp trong nhẫn, được cấu tạo bởi nhiều những phần tử anten hình chữ L ngược. Nh ng anten nh ữ ỏ đươc phân bố quanh chiếc nhẫn với một góc 180.