3.4.2. Kết quả đo đạc thực tế
Mẫu anten chế tạo đƣợc đo bằng mỏy phõn tớch mạng tại phũng Thụng tin vụ tuyến – Khoa Điện tử Viễn thụng, Trƣờng Đại học Cụng Nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội. Hỡnh ảnh thiết lập đo hệ số suy hao do phản xạ của anten đƣợc thể hiện trờn hỡnh 3.8 bờn dƣới
Kết quả đo hệ số suy hao do phản xạ S11 đƣợc thể hiện nhƣ trờn hỡnh 3.9
Hỡnh 3. 9 - Hệ số suy hao do phản xạ của anten thiết kế được xuất ra từ mỏy đo
3.4.3. Đo giản đồ bức xạ của anten thực nghiệm
3.4.3.1. Qui trỡnh đo
a. Giản đồ bức xạ của anten biểu diễn sự thay đổi của cụng suất bức xạ của anten theo
cỏc hƣớng khỏc nhau.
Cỏc tớn hiệu vụ tuyến bức xạ bởi anten hỡnh thành một trƣờng điện từ với một giản đồ xỏc định, và phụ thuộc vào loại anten đƣợc sử dụng. Giản đồ bức xạ này thể hiện cỏc đặc tớnh định hƣớng của anten.
Giản đồ bức xạ của anten:
Đặc trƣng cho sự phõn bố năng lƣợng theo cỏc hƣớng trong khụng gian. Nú chỉ thị mức cụng suất phỏt tƣơng đối theo mỗi hƣớng. Mặc dự sử dụng thuật ngữ “giản đồ bức xạ” nhƣng nú cũng đƣợc sử dụng cho cỏc anten thu. Giản đồ thu tớn hiệu của một anten thu cũng cú thể coi là giản đồ bức xạ của nú và quy luật này đƣợc gọi là quy luật đổi lẫn.
Cú thể xỏc định đƣợc bằng cỏch đo đạc thực nghiệm hoặc tớnh toỏn từ phõn bố dũng điện trờn anten.
Đƣợc biểu diễn trong gian ba chiều theo cỏc tọa độ (x, y, z) hoặc 2 chiều bằng hai mặt phẳng E (mặt phẳng song song với điện trƣờng) và mặt phẳng H (mặt phẳng song song với từ trƣờng) trực giao nhau.
Đƣợc đo trong vựng trƣờng xa.
Cú thể đo đƣợc bằng cỏch đo cỏc mức cụng suất nhận khi quay anten trong một mặt phẳng.
Sự khỏc nhau giữa giản đồ thu và giản đồ phỏt của một anten:
Khi đem so sỏnh giản đồ thu và giản đồ phỏt của một anten vụ hƣớng hay cú hƣớng ta đều thấy sự tƣơng đồng trong giản đồ bức xạ và thu. Chỉ khi đặt trờn thực tế thu và sử dụng anten cú hƣớng ta mới nhõn thấy anten phỏt và anten thu luụn cú hƣớng của bỳp bức xạ và thu vào với nhau. Cƣờng độ đo đƣợc tại anten thu luụn thấp hơn cƣờng độ đo đƣợc tại anten phỏt nờn ta luụn cú giản đồ với cựng hỡnh dạng song khỏc về kớch thƣớc.
Anten cần đo đƣợc dựng làm anten phỏt đƣợc nối với mỏy phỏt tớn hiệu (R&S SMJ dải tần từ 9 kHz – 3 GHz) và đặt tại tõm bàn xoay.
Anten của phũng đo EMC là anten đó đƣợc hiệu chuẩn đƣợc dựng làm anten thu và đƣợc nối với mỏy phõn tớch phổ (Agilent E4440A).
Mỗi một phộp đo đƣợc thực hiện 2 lần để đo giản đồ bức xạ của anten theo phƣơng thẳng đứng và phƣơng nằm ngang.
Bàn xoay quay 360 độ để anten thu thu lại mức tớn hiệu mà anten cần đo phỏt ra.
Sử dụng phần mềm đo để thu đƣợc giản đồ bức xạ của anten cả về hỡnh vẽ (2D) và dữ liệu để phõn tớch.
c. Nhận xột:
Việc hiệu chuẩn lại cỏp nối trong quỏ trỡnh đo là khụng cần thiết vỡ giản đồ bức xạ là cỏch biểu hiện tƣơng đối giữa hƣớng bức xạ chớnh so với cỏc hƣớng khỏc của anten.
Do vấn đề suy hao cỏp và suy hao đƣờng truyền (3m) khỏ lớn cộng với giới hạn độ nhạy của mỏy phõn tớch phổ, ta cần phải phỏt mức tớn hiệu đủ lớn để kết quả đo đƣợc chớnh xỏc.
d. Ứng dụng:
Từ giản đồ bức xạ của anten ta cú thể biết đƣợc tỷ số front-to-back (f/b ratio), độ rộng bỳp súng nửa cụng suất (half-power beamwidth) của anten theo phƣơng ngang và phƣơng thẳng đứng từ dữ liệu vừa đo đƣợc.
Tỷ số front-to-back của anten là tỷ số giữa độ lợi lớn nhất của anten trờn bỳp súng chớnh so với độ lợi của hƣớng ngƣợc lại (-180 độ).
Độ rộng bỳp súng nửa cụng suất là gúc trong đo biờn độ của giản đồ bức xạ giảm đi một nửa so với đỉnh của bỳp súng chớnh.
e. Giới hạn của hệ thống phũng đo:
Phộp đo giản đồ bức xạ của anten chỉ đỳng trong trƣờng hợp anten thu (anten của hệ thống phũng đo EMC 3m) nằm trong miền trƣờng xa của anten cần đo.
Cụng thức khoảng cỏch giới hạn giữa trƣờng gần và trƣờng xa của anten:
(3.1)
df: là khoảng cỏch giới hạn giữa trƣờng gần và trƣờng xa của anten cần đo
Vỡ giới hạn của phũng đo EMC 3m là 3m nờn giới hạn kớch thƣớc của anten cần đo mà hệ thống phũng EMC 3m cú thể đo chớnh xỏc (trong điều kiện trƣờng xa) là:
(3.2)
Nếu đo anten trong dải UHF (300 MHz – 3000 MHz) thỡ kớch thƣớc lớn nhất của anten mà hệ thống phũng đo EMC 3m cú thể đo chớnh xỏc (trong điều kiện trƣờng xa) là:
(3.3)
3.4.3.2. Kết quả đo anten thực tế
Hệ thống đo giản đồ bức xạ cho anten thực nghiệm đƣợc thiết lập tại Trung tõm đo lƣờng – Cục tần số vụ tuyến điện.
Hỡnh 3. 11 – Một số hỡnh ảnh thiết lập phũng đo tại Cục tần số
(b)
Hỡnh 3. 12 – Kết quả đo giản đồ bức xạ của anten thực tế (a) Tại tần số 1800 MHz (b) Tại tần số 2600 MHz
3.4.4. So sỏnh giữa kết quả thực nghiệm và mụ phỏng
3.4.4.1. So sỏnh kết quả đo tham số S11 giữa thực nghiệm và mụ phỏng
Kết quả so sỏnh giữa mụ phỏng và đo đạc thực tế băng thụng và hệ số suy hao do phản xạ S11 của anten thiết kế đƣợc tổng hợp lại trong bảng 3.2 nhƣ sau:
Bảng 3. 2 - So sỏnh giữa kết quả mụ phỏng và kết quả đo thực tế băng thụng và hệ số suy hao do phản xạ S11
của mẫu anten thiết kế
Băng tần Kết quả mụ phỏng Kết quả đo đạc thực tế Băng thụng Hệ số S11 Băng thụng Hệ số S11 Băng thấp (1800MHz) 106 MHz tại RL=-10dB -33.1 dB 50 MHz tại RL=-10dB -14.9 dB Băng cao (2600MHz) 298 MHz tại RL = -15dB -33.6 dB 137.5 MHz tại RL = -15dB -33 dB Từ bảng 3.2, cho thấy kết quả mụ phỏng và kết quả đo thực tế cú phần cộng hƣởng tại tần số 2600 MHz gần giống nhau. Tuy nhiờn tại tần số 1800 MHz, thực tế cho thấy sự cộng hƣởng cú phần kộm hơn rất nhiều so với mụ phỏng. Cú sự sai khỏc nhƣ vậy là do một số nguyờn nhõnsau:
Việc chế tạo anten đƣợc thực hiện theo phƣơng phỏp thủ cụng, do đú thành phần phối hợp trở khỏng cú kớch thƣớc khụng đƣợc chớnh xỏc nhƣ thiết kế. Điều này làm tăng hiện tƣợng súng đứng trờn đƣờng truyền vi dải, do đú cụng suất truyền ra thành phần bức xạ giảm đi. Đồng thời làm giảm độ sõu cộng hƣởng.
Vật liệu chất nền (tấm điện mụi làm mạch) tại phũng thớ nghiệm chƣa cú mỏy đo để kiểm tra chớnh xỏc cỏc tham số nhƣ hằng số điện mụi của chất nờn εr, độ dày chất nền h và độ dày dải dẫn điện t.
Việc mụ phỏng anten chƣa hoàn toàn đƣợc tối ƣu.
3.4.4.2. So sỏnh kết quả đo giản đồ bức xạ giữa thực nghiệm và mụ phỏng
Hỡnh 3. 14 – Kết quả so sỏnh giản đồ bức xạ giữa thực tế và mụ phỏng tại tần số 1800 MHz
Hỡnh 3. 15 - Kết quả so sỏnh giản đồ bức xạ giữa thực tế và mụ phỏng tại tần số 2600 MHz
Kết quả đo giản đồ bức xạ thực tế của anten cũng tƣơng tự nhƣ giản đồ bức xạ trong kết quả mụ phỏng. Tuy nhiờn, kết quả thực tế vẫn cú sự sai khỏc so với mụ phỏng là do mối hàn giữa conector và đƣờng trở khỏng 50Ohm, tiếp điện chƣa thực sực đỳng và sự khụng đồng đều trờn bề mặt anten do đƣợc làm bằng phƣơng phỏp ăn mũn.
KẾT LUẬN
Trong thời gian tỡm hiểu và nghiờn cứu dƣới sự hƣớng dẫn tận tỡnh của PGS.TS. Trƣơng Vũ Bằng Giang cựng với sự nỗ lực, cố gắng của bản thõn, đến nay, toàn bộ nội dung của luận văn tốt nghiệp đó hoàn thành và đỏp ứng đƣợc cỏc yờu cầu đặt ra. Thời gian học tập và nghiờn cứu ở trƣờng Đại học Cụng Nghệ là khoảng thời gian quý bỏu và hữu ớch để tụi cú thể tớch lũy thờm kiến thức, kinh nghiệm làm việc trong lĩnh vực điện tử viễn thụng. Bờn cạnh đú cũng là cơ hội đƣợc tỡm hiểu sõu hơn về lĩnh vực thiết kế anten vi dải cũng nhƣ sự khú khăn khi chế tạo một sản phẩm từ lý thuyết cho tới thực tế.
Luận văn đó đƣợc triển khai hoàn tất với việc nghiờn cứu, thiết kế, mụ phỏng và chế tạo antenđa băng sử dụng cụng nghệ mạch dải dành cho điện thoại di động thế hệ mới 4G/LTE. Mẫu anten vi dải cho cỏc thiết bị cầm tay 4G/LTE hoạt động tại cỏc tần số 1800MHz và 2600MHz với băng thụng lần lƣợt là 80MHz và 220MHz đó đƣợc thiết kế, chế tạo với kết quả tốt đỏp ứng đƣợc yờu cầu đặt ra. Anten cú thể đƣợc sử dụng trong điện thoại di động hoặc mỏy tớnh bảng.
Trờn cơ sở cỏc kết quả đó đạt đƣợc, hƣớng phỏt triển tiếp theo của luận văn gồm những vấn đề sau:
Tối ƣu húa cỏc thiết đặt tham số trong phần mềm mụ phỏng Ansoft HFSS để thu đƣợc kết quả chớnh xỏc hơn nữa.
Làm tăng băng thụng thờm nữa. Tập trung vào việc điều chỉnh kớch thƣớc của nhỏnh cộng hƣởng thứ 1, vị trớ của điểm tiếp điện, và nghiờn cứu chi tiết cỏc ảnh hƣởng của nhỏnh điều chỉnh (nhỏnh hỡnh trũn).
Sử dụng cỏc thiết bị chuyờn dụng để chế tạo anten nhằm thực hiện chớnh xỏc cỏc kớch thƣớc nhƣ thiết kế mụ phỏng.
PHỤ LỤC
Xỏc nhận của phũng đo lƣờng – Cục tần số Vụ tuyến điện
Giản đồ bức xạ thực tế của anten vi dải sử dụng cho điện thoại di động thế hệ mới đó đƣợc tiến hành đo tại phũng Đo lƣờng – Thử nghiệm thuộc Trung tõm Kỹ thuật – Cục tần số Vụ tuyến điện ngày 23/11/2014. Kết quả đạt đƣợc nhƣ hỡnh sau:
Tần số 1800 MHz Tần số 2600 MHz
Trƣởng phũng Đo lƣờng – Thử nghiệm
Nguyễn Văn Khanh
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
[1] GS. TSKH. Phan Anh, Lý thuyết và kỹ thuật anten, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2007
Tiếng Anh
[2] K. Peter. Analysis and Comparison of 1G , 2G , 3G ,4G and 5G Telecom Services. [Online].http://hubpages.com/hub/3G-and-4G-Mobile-Services, 27/06/2012.
[3] Mohammad Azmi Qasem Al-Madi, Wafaa A.H Ali Alsalihy, “A Study on Pre-4G (LTE and WiMAX) Protocols towards 4G-ITU Requirements”, School of Computer Sciences, Universiti Sains Malaysia 11800 USM, Pulau Pinang, Malaysia.
[4] 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.
[5] I. Dioum, A. Diallo, C. Luxey, S. Mohamed Farsi, “Compact Dual-Band Monopole Antenna for LTE Mobile Phones”, Proc.Lough borough Antennas & Prop. Conf. (LAPC 2010), Loughborough, UK, November 8-9, 2010.
[6] J. Dong, Y. C. Jiao, Z. B. Weng, Q. N. Qiu, Y. Y. Chen, “A COUPLED-FED ANTENNA FOR 4G MOBILE HANDSET”, Progress In Electromagnetics Research, Vol. 141, 727-737, 2013.
[7] D. G. Yang, D. O. Kim, and C. Y. Kim, “Design of Internal Multi-band Mobile Antenna for LTE700/WCDMA/UMTS/WiMAX/WLAN Operation”, PIERS Proceedings, Kuala Lumpur, MALAYSIA, March 27-30, 2012.
[8] K. Fujimoto, Mobile Antenna System Handbook, United States: Artech House, Inc., 2008.
[9] Xu Jing, Zhengwei Du and Ke Gong, Compact Planar Monopole Antenna for Multi- band Mobile Phones, Tsinghua University, Beijing, People’s Republic of China.
[10] Abdulaziz M. Ghaleb, David Chieng, Alvin Ting, Kae Hsiang Kwong, Ayad Abdulkafi, “Throughput Performance Analysis of LTE Release 8”, Wireless