Bảng 3-1: Kích thước anten (Đơn vị: mm)
w1 2.65 l1 23 l6 21 w2 6 l2 7.75 l7 8 w3 5 l3 8 l8 5 w4 11 l4 5.5 l9 7 w5 14 l5 5 w6 13.625 Hình 3-2: Mơ hình anten
3.1.5. Chế tạo anten
Sau khi phần tử thu, phát cùng hệ thống tiếp điện đã được mơ phỏng và tối ưu với kết quả phù hợp với yêu cầu, mẫu anten cho điện thoại di động thơng minh sẽ được chế tạo thử trong phịng thí nghiệm.
(a) (b) Hình 3-3: Anten chế tạo thực tế
(a) Mặt dưới (b) Mặt trên
3.2. Kết quả mơ phỏng
Đầu tiên, đồ thị hệ số suy hao do phản xạ (S11- return loss) của anten thiết kế được trình bày trên hình 3-4:
Hình 3-4: Suy hao phản hồi của mẫu anten
Kết quả từ đồ thị hệ số suy hao do phản xạ được tĩm tắt lại trong bảng 3-1: Bảng 3-2: Kết quả đồ thị suy hảo phản xạ
Thơng số Kết quả mơ phỏng
Tần số trung tâm 1.8 GHz 2.5 GHz
Hệ số suy hảo phản xạ -42 dB -40 dB
Băng thơng tại RL = -10 dB (VSWR < 2)
200 MHz 1680MHz-1880MHz
340 MHz 2350MHz-2690MHz
Như trên hình 4, các kết quả mơ phỏng của đồ thị hệ số suy hao do phản xạ thu được là rất tốt, hệ số suy hao là -40 dB tại 2.5 GHz và -42 dB tại 1.8 GHz. Ở dải tần 1.8GHz, băng thơng đạt 200 MHz tại RL= - 10dB. Tại dải tần 2.5 GHz, băng thơng thu được khá lớn là 340MHz, bao phủ cả hai dải tần 2.4 GHz và 2.6 GHz. Các kết quả mơ phỏng thu được hồn tồn đáp ứng được các yêu cầu về tần số và băng thơng.
Thứ hai, đồ thị bức xạ trong khơng gian 2 chiều và 3 chiều của anten thiết kế được trình bày lần lượt trên các hình 3-5, 3-6 và 3-7. Giá trị độ lợi lớn nhất ở tần số 1.8GHz là 2.55 dB, 2.6GHz là 3.23 dB và tại 2.4 GHz là 2.69 dB.
Hình 3-6: Giản đồ bức xạ anten với tần số 2.4 GHz Hình 3-5: Giản đồ bức xạ anten với tần số 1.8 GHz và 2.6 GHz Hình 3-5: Giản đồ bức xạ anten với tần số 1.8 GHz và 2.6 GHz
Hình 3-7: Độ lợi cùa anten
3.3. Kết quả đo đạc thực tế
Việc đo mẫu anten sẽ được thực hiện ngay tại Phịng thí nghiệm Thơng tin Vơ tuyến, Khoa Điện tử - Viễn thơng, trên hệ thống thiết bị máy phân tích mạng Anritsu (VNA, đo được tới 40 GHz) được trang bị trong các dự án đầu tư chiều sâu trước đây của ĐHQGHN cho Trường Đại học Cơng nghệ.
Độ lợi tại 1.8 GHz Độ lợi tại 2.6 GHz
Hình 3-8: Hình ảnh đo hệ số suy hao phản xạ của anten thực nghiệm
Kết quả đo đạt thực tế so sánh với kết quả mơ phỏng được biểu diễn tại hình 3-9:
Hình 3-9: Kết quả so sánh hệ số suy hao phản xạ giữa thực tế và mơ phỏng Bảng 3-3: So sánh hệ số suy hao phản xạ và băng thơng giữa thực tế và mơ phỏng Bảng 3-3: So sánh hệ số suy hao phản xạ và băng thơng giữa thực tế và mơ phỏng
Tần số Kết quả mơ phỏng Kết quả đo đạc (trung bình) Băng tần thấp 200 MHz (1680 – 1880 MHz) 220 MHz (1660 – 1880 MHz) Băng tần cao 340 MHz (2350 – 2690 MHz) 360 MHz (2320 – 2680 MHz)
Bởi vì cả Bluetooth và Wi-Fi 802.11 /b/g/n đều hoạt động trên cũng băng tần 2.4 GHz, vì vậy để làm rõ tính hiệu dụng của anten vi dải này, tơi đã thực hiện kết nối với card mạng chuẩn IEEE 802.11 b/g/n trên máy tính để bàn và Wi-Fi Router.
Chương 4
KẾT LUẬN
Trong suốt thời gian nghiên cứu thực hiện luận văn, với sự hướng dẫn tận tình của PGS.TS. Trương Vũ Bằng Giang, cùng với những cố gắng và nỗ lực của bản thân, tồn bộ nội dung của luận văn đã hồn thiện và đáp ứng được các yêu cầu đặt ra. Luận văn đã đề xuất, thiết kế một anten vi dải hai băng cho các ứng dụng Bluetooth và 4G/LTE. Mẫu anten được thiết kế hoạt động ở dải tần 1.8 GHz – 2.6 GHz cho ứng dụng 4G/LTE và 2.4 GHz cho ứng dụng Bluetooth với băng thơng tại băng thấp là 220 MHz và băng cao là 340 MHz.
Sau khi gia cơng thành cơng mẫu anten thử nghiệm, luận văn đã thực hiện so sánh kết quả đo đạc thực nghiệm với kết quả mơ phỏng từ phần mềm. Với sự chênh lệch khơng đáng kể giữa hai kết quả, cho thấy mẫu anten thử nghiệm hồn tồn cĩ thể được sử dụng cho thiết bị thực.Bằng thực nghiệm với hệ thống thực, mẫu anten được gắn với bộ định tuyến Wifi và thẻ wifi, đều cho hiệu quả sử dụng tốt. Điều này chứng minh được giá trị thực tiễn của luận văn này là hồn tồn cĩ cơ sở khi đưa vào sử dụng cho máy tính bảng và thiết bị di động...
Trên cơ sở các kết quả đã thu được, luận văn cĩ thể được phát triển theo các hướng tiếp theo như sau:
Thu nhỏ kích thước của anten mà vẫn thu được các kết quả tốt đáp ứng được các yêu cầu đặt ra của hệ thống.
Tăng băng thơng của anten lên, đặc biệt là tại băng cao, băng tần ghép dải tần 2.6 GHz của 4G/LTE và 2.4 GHz của Bluetooth.
Thêm các tần số cộng hưởng cho anten để cĩ được anten đa băng tích hợp các ứng dụng khác nữa như: truyền hình, Wi-Fi.
Chế tạo anten bằng các thiết bị chuyên dụng nhằm giảm thiểu tối đa sự sai khác giữa phần mềm mơ phỏng và thực nghiệm trước khi chuyển giao cho các doanh nghiệp.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Phan Anh, "Lý thuyết và kĩ thuật Anten", NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội 2007. [2] K. Peter. Analysis and Comparison of 1G , 2G , 3G ,4G and 5G Telecom Services. [3] R. A. Bhatti, S. Yi, and S. Park, “Compact antenna array with port decoupling for LTE-Standardized Mobile Phones ”, IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol. 8, pp. 1430-1433, 2009.
[4] Bluetooth.com. Retrieved 10 December 2013.
[5] C. A. Balanis, Antenna Theory: Analysis and design, Canada: John Wiley & Sons, 2005. [6] Nguyễn Thanh Thái (2009), “Luận văn Thạc sĩ Thiết kế và mơ phỏng anten vi dải ở tần số 900, 1800 MHz”, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên.
[7] K. Fujimoto, “Mobile Antenna System Handbook”, United States: Artech House, Inc., 2008.
[8] Ramesh Garg, Prakash Bartia, Inder Bahl, Apisak Ittipiboon, “Microstrip Antenna Design Handbook’’, 2001, Artech House Inc. Norwood, MA.
[9] Owens, R., “Predicted Frequency Dependence of Microstrip Characteristic Impedance Using the Planar – Waveguide Model,” Electron, Lett., Vol. 12, 1976, pp 269 – 270.
[10] Cohn, S.B., “Characteristic Impedance of Shielded Strip Tranmission Line,” IRE Trans, Vol. MTT – 2, 1954, pp. 52 – 55.
[11] 3GPP LTE Standards Update, Release 11, 12 and Beyond Technology Leadership Organization Moray Rumney Lead Technologist October 25th 2012.
[12] Dr. Otman El Mrabet, “High Frequency Structure Simulator (HFSS) Tutorial”, IETR, UMR CNRS 6164, INSA, 20 avenue Butte des Coësmes 35043 Rennes, FRANCE 2005 - 2006.