Bước 1 - Tính toán, thiết kế chiều dài của lưỡng cực: LP
- Lựa chọn chiều dài LP của lưỡng cực theo lí thuyết anten lưỡng cực. Chiều dài LP có giá trị xấp xỉ bằng nửa bước sóng trong không gian tự do và được tính toán phù hợp với trở kháng vào của lưỡng cực (thường có giá trị 50 Ω hoặc 75 Ω) theo biểu thức sau [65]:
( )
(2.9) Chẳng hạn như thiết kế lưỡng cực với trở kháng đặc trưng vào bằng 50 Ω, thì
LP = 0,4272g.
- Tối ưu hóa LP: Để anten lưỡng cực cộng hưởng thì chiều dài phải được
chọn nhỏ hơn g/2 một giá trị nhất định [65]. Khi đường kính của lưỡng cực tăng lên, chiều dài của lưỡng cực phải được rút ngắn để đạt được cộng hưởng. Giá trị chiều dài LP được chọn theo bảng 2.1 dưới đây. Lưu ý rằng khi chiều dài giảm xuống để đạt được cộng hưởng, điện trở đầu vào sẽ giảm.
Bảng 2.1: Tỉ lệ phần trăm rút ngắn chiều dài lƣỡng cực
L/2a Phần trăm rút
ngắn Chiều dài cộng hƣởng L Loại lƣỡng cực
5000 2 0,490g Rất mỏng
50 5 0,475g Mỏng
10 9 0,455g Dày
Trên thực tế, để đạt được băng thông lớn, thì tỉ lệ Lp/2a thường được chọn với giá trị nhỏ hơn, ví dụ nếu chọn Lp/2a bằng 6 thì yêu cầu phần trăm rút ngắn tương ứng vào khoảng 15%, khi đó chiều dài LP = 0,375g.
Bước 2 - Tính toán, thiết kế chiều rộng của lưỡng cực WP
- Chiều rộng WPcủa lưỡng cực được tính toán dựa trên qui đổi tương đương cấu trúc hình học phẳng dẫn điện và hình trụ của lưỡng cực [65]. Theo đó, chiều rộng WP được xác định:
- Tối ưu hóa WP: Theo lí thuyết anten lưỡng cực, hệ số sóng đứng điện áp sẽ thay đổi trong phạm vi rộng hay hẹp tùy thuộc vào loại lưỡng cực (mỏng hay dày), điều này đồng nghĩa với băng thông trở kháng rộng hay hẹp tương ứng. Điều này cũng phù hợp với biểu thức (2.6), băng thông tăng khi Wp/g tăng. Do vậy, để có được băng thông rộng cho anten DSPD, ta cần chọn giá trị Wp lớn, cụ thể như sau:
(2.11)
Bước 3 - Tính toán, thiết kế tiếp điện
Trên cơ sở tính toán, thiết kế kích thước LP, WP của lưỡng cực, anten lưỡng cực được phối hợp trở kháng với cổng vào thông qua đường truyền vi dải song song. Kích thước của đường truyền vi dải song song được xác định theo đường truyền vi dải như ở hình 2.6 và biểu thức (2.7). Theo đó:
(2.12)
Trong đó: Za: Trở kháng đặc trưng của anten DSPD [27]
( ) (2.13)
Zin là trở kháng vào, ZTL là trở kháng bộ chuyển đổi
- Độ rộng của đường truyền vi dải thông thường được tính toán theo biểu thức (2.2). Áp dụng biểu thức (2.7), sẽ tính toán được độ rộng của đường truyền vi dải song song.
- Chiều dài đường cấp điện: LTL
√ (2.14)
Bước 4 - Mô phỏng thiết kế
Thực hiện quá trình mô phỏng để kiểm chứng tính toán lí thuyết và tối ưu hóa các thông số thiết kế.
2.2.2. Áp dụng qui trình thiết kế anten lƣỡng cực mạch in hai mặt
Để kiểm chứng các bước thiết kế, trong luận án này đề xuất các mẫu anten DSPD có tần số trung tâm 2,45 GHz, 5 GHz và 5,5 GHz. Các mẫu anten được thiết
kế trên tấm nền điện môi Rogers RT/duroid 5870tm dày 1,575 mm, hằng số điện môi 2,33. Mô hình thiết kế anten DSPD được trình bày trong hình vẽ 2.9. Các thông số thiết kế của anten DSPD được tính toán theo các biểu thức (2.10) – (2.14) với Lp/2a
= 6 và a = 0,15Wp. Tổng hợp kết quả được trình bày tại bảng 2.2.
LP
W
P
LTL
WTL