(a). Phõn bố trường ở mode cơ bản (b). Phõn bố dũng trờn bề mặt phần tử bức xạ
(c). Phõn bố điện ỏp (U), dũng (I) và trở khỏng (|Z|) theo chiều dài phần tử bức xạ
2.5. Kết luận
Trong cỏc hệ thống truyền thụng khụng dõy, anten là một trong những thành phần quan trọng nhất. Thiết kế anten tốt phải đảm bảo cho nú sự nới lỏng cỏc yờu cầu về hệ thống và đồng thời nú cũng cần phải đƣợc cải thiện về hiệu suất hệ thống tổng thể. Trong nhiều thập kỷ gần đõy, do nhu cầu tối ƣu húa của con ngƣời đó khiến cỏc nhà thiết kế anten bắt tay vào thiết kế lại, sỏng tạo và biến đổi cỏc anten mà chỳng ta thƣờng biết thành một số anten mới với nhiều tiện ớch nhƣ: ớt cồng kềnh, chi phớ thấp, trọng lƣợng nhẹ, dễ sản xuất...Sự tiến bộ đỏng kể trong cỏc hệ thống thụng tin di động đũi hỏi hệ thống anten cũng phỏt triển theo để đỏp ứng đƣợc nhu cầu của xu thế. Hệ thống điện thoại di động phỏt triển từ hệ thống tƣơng tự đƣợc gọi là thế hệ đầu tiờn 1G đến thế hệ thứ hai (2G), thế hệ thứ ba (3G) và thế hệ thứ tƣ (4G) hiện tại, vỡ vậy hệ thống anten cũng cần phải đỏp ứng những xu hƣớng này.
CHƢƠNG 3
THIẾT KẾ,Mễ PHỎNG, CHẾ TẠO VÀ ĐO CÁC THAM SỐ CỦA ANTEN
Túm tắt
Luận văn sử dụng phần mềm Ansoft HFSS để mụ phỏng cấu trỳc anten được thiết kế. Phần đầu chương nờu ra cỏc yờu cầu thiết kế của anten cần thực hiện, đồng thời giới thiệu về cụng cụ dựng để mụ phỏng - HFSS, tiếp theo nờu ra qui trỡnh thiết kế anten vi dải, xuất phỏt từ yờu cầu của bài toỏn, thiết kế sơ bộ ban đầu, tiến hành mụ phỏng, điều chỉnh tham số,… cho tới khi đạt được anten thỏa món cỏc yờu cầu đặt ra. Cuối cựng trỡnh bày kết quả đo đạc bằng mỏy phõn tớch mạng, và so sỏnh kết quả thực nghiệm với kết quả mụ phỏng.
3.1. Yờu cầu thiết kế anten
Để thiết kế thành cụng anten trờn điện thoại di động thế hệ mới, việc lựa chọn cụng nghệ đúng một vai trũ rất quan trọng. Trong thụng tin di động đũi hỏi anten thiết kế phải nhỏ, chi phớ giỏ thành thấp, kết cấu đơn giản. Cụng nghệ anten vi dải cho phộp cỏc anten thiết kế kớch thƣớc nhỏ, gọn, nhẹ, dễ sản xuất và tớch hợp ngay trờn bề mặt đang dần chiếm ƣu thế, đặc biệt là đối với anten trong truyền thụng di động. Bờn cạnh đú, nếu sử dụng cỏc cấu trỳc đặt biệt của siờu vật liệu cũng mang lại nhiều lợi thế. Để phự hợp với một kớch thƣớc cho sẵn với khung nhỏ và mỏng, một cấu trỳc anten vi dải đó đƣợc lựa chọn cho thiết kế của tụi.
Trong luận văn này, một mẫu anten vi dải cho điện thoại di động thế hệ mới 4G/LTE đó đƣợc thiết kế và mụ phỏng. Mụ hỡnh mụ phỏng anten đƣợc thực hiờn trờn phần mềm HFSS và sau đú đƣợc chế tạo. Mẫu anten đƣợc chế tạo trờn một tấm vật liệu FR4 với hằng số điện mụi εr=4.4, độ dày tấm vật liệu h=1.2mm và kớch thƣớc 3D là 20mm x 50mm x 1.2mm.
Mục đớch của luận văn này là thiết kế một anten cho điện thoại di động thế hệ mới 4G/LTE. Vỡ vậy, anten thiết kế sẽ làm việc ở băng tần kộp phổ biến là: 4G/LTE 1800MHz và 2600 MHz.
3.2. Phần mềm mụ phỏng
HFSS (Hight Frequency Structure Simulation) là phần mềm mụ phỏng trƣờng điện từ theo phƣơng phỏp toàn súng (full wave) để mụ hỡnh húa bất kỳ thiết bị thụ động 3D nào. Ƣu điểm nổi bật của nú là cú giao diện ngƣời dựng đồ họa. Nú tớch hợp mụ phỏng, ảo húa, mụ hỡnh húa 3D và tự động húa (tự động tỡm lời giải) trong một mụi trƣờng dễ dàng để học, trong đú lời giải cho cỏc bài toỏn điện từ 3D thu đƣợc một cỏch nhanh chúng và chớnh xỏc. Ansoft HFSS sử dụng phƣơng phỏp phần tử hữu hạn (Finite Element Method, FEM), kỹ thuật chia lƣới thớch nghi (adaptive meshing) và kỹ thuật đồ họa. Ansoft HFSS cú thể đƣợc sử dụng để tớnh toỏn cỏc tham số chẳng hạn nhƣ: tham số S, tần số cộng hƣởng, giản đồ trƣờng..
HFSS là một hệt thống mụ phỏng tƣơng tỏc, trong đú phần tử mắt lƣới cơ bản là một tứ diện. Điều này cho phộp bạn cú thể tỡm lời giải cho bất kỳ vật thể 3D nào. Đặc biệt đối với cỏc cấu trỳc dạng cong phức tạp. Ansoft là cụng ty tiờn phong sử dụng phƣơng phỏp phần tử hữu hạn (FEM) để mụ phỏng trƣờng điện từ bằng cỏc kỹ thuật nhƣ: phần tử hữu hạn, chia lƣới thớch nghi…Ansoft HFSS cung cấp một giao diện trực giỏc và dễ dàng sử dụng để phỏt triển cỏc thiết bị RF thụ động.
3.3. Thiết kế và mụ phỏng
3.3.1. Qui trỡnh thiết kế anten
Quỏ trỡnh thiết kế và mụ phỏng một anten luụn luụn bắt đầu với yờu cầu đặt ra choanten đú, đặc biệt là vị trớ đặt anten sẽ bị giới hạn về kớch thƣớc và hỡnh dạng. Chớnh hạn chế này sẽ dẫn tới sự quyết định việc lựa chọn cỏc loại anten sao cho phự hợp. Sau đú kớch thƣớc của anten sẽ đƣợc ƣớc lƣợng, tớnh toỏn trƣơc khi xõy dựng mụ hỡnh húa và mụ phỏng trờn phần mềm mụ phỏng. Bƣớc khú khăn lớn nhất trong thiết kế anten là tối ƣu húa, ở đú cỏc nhà thiết kế luụn luụn phải tớnh toỏn, thay đổi kớch thƣớc, hỡnh dạng của anten để cú kết quả tốt nhất và đỏp ứng đƣợc yờu cầu đặt ra trƣớc đú. Quỏ trỡnh thiết kế anten đƣợc thể hiện trong sơ đồ dƣới đõy.