Chƣơng 2 ANTEN VI DẢI VÀ ANTEN MẢNG VI DẢI
2.1. Giới thiệu chung về anten vi dải
2.1.7. Các kỹ thuật tiếp điện cho anten vi dải
Do anten vi dải có thành phần bức xạ trên một mặt của đế điện môi nên các kỹ thuật để cấp nguồn cho anten vi dải lúc ban đầu là bằng cách dùng một đƣờng truyền vi dải hoặc một probe đồng trục xuyên qua mặt phẳng đất nối đến patch kim loại của anten vi dải. Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, một số kỹ thuật cấp nguồn mới cho anten vi dải đã đƣợc nghiên cứu và phát triển. Hiện nay các phƣơng pháp phổ biến dùng để cấp nguồn cho anten vi dải là: cấp nguồn sử dụng đƣờng truyền vi dải, probe đồng trục, ghép khe (aperture-coupling), ghép gần (proximiti-coupling).
Việc lựa chọn cấp nguồn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau.Tuy nhiên, yếu tố quan trọng nhất là hiệu suất truyền năng lƣợng giữa phần bức xạ và phần cấp nguồn tức là phải có sự phối hợp trở kháng giữa hai phần với nhau. Ngoài ra, việc chuyển đổi trở kháng bƣớc, việc uốn cong,..cũng làm phát sinh bức xạ rị và suy hao sóng mặt. Các bức xạ không mong muốn này làm tăng bức xạ phụ trong đồ thị bức xạ của anten vi dải.
* Cấp nguồn bằng đường truyền vi dải
Việc kích thích cho anten vi dải bằng đƣờng truyền vi dải trên cùng một lớp nền là một cách lựa chọn tự nhiên vì patch có thể đƣợc xem là một đƣờng truyền vi dải hở và cả hai có thể đƣợc thiết kế trên cùng một mạch. Tuy nhiên, kỹ thuật này có vài hạn chế. Đó là sự phát xạ không mong muốn từ đoạn feed line khi kích thƣớc đoạn feed line là đáng kể so với patch ( ví dụ trong trƣờng hợp L đủ nhỏ đối với khoảng vài mm).
Patch
GND Feed
Hình 2.6: Cấp nguồn dùng đƣờng truyền vi dải. [3]
* Cấp nguồn bằng probe đồng trục
Cấp nguồn qua probe là một trong những phƣơng pháp cơ bản nhất để truyền tải công suất cao tần. Với cách feed này, phần lõi của đầu feed đƣợc nối với patch, phần ngoài nối với ground plane. Ƣu điểm của cách này là đơn giản trong q trình thiết kế, có khả năng feed tại mọi vị trí trên tấm patch do đó dễ dàng cho phối hợp trở kháng. Tuy nhiên cách này có nhƣợc điểm là:
Thứ nhất, vì dùng đầu feed nên có phần ăn ra phía ngồi làm cho anten khơng hồn tồn phẳng và mất đi tính đối xứng. Thứ hai, khi cần cấp nguồn đồng trục cho một dãy sẽ đòi hỏi số lƣợng đầu nối tăng lên và nhƣ thế việc chế tạo sẽ khó khăn và độ tin cậy giảm đi.Thứ ba, khi cần tăng băng thơng của anten thì địi hỏi
phải tăng bề dày lớp nền cũng nhƣ chiều dài của probe. Kết quả là bức xạ rò và điện cảm của probe tăng lên.
Patch
Điểm tiếp xúc điện
Cáp đồng trục
єr
GND Patch
Hình 2.7: Cấp nguồn dùng cáp đồng trục [3]
* Cấp nguồn dùng phương pháp ghép khe - Aperture coupled
GND
єr2 єr1
Patch
khe
Đường cấp nguồn vi dải
Hình 2.8: Cấp nguồn dùng phƣơng pháp ghép khe - Aperture coupled [3] Phƣơng pháp cấp nguồn cũng thƣờng đƣợc sử dụng nhằm loại bỏ sự bức xạ Phƣơng pháp cấp nguồn cũng thƣờng đƣợc sử dụng nhằm loại bỏ sự bức xạ không cần thiết của đƣờng microstrip line.Cấu trúc bao gồm 2 lớp điện môi. Patch antenna đƣợc đặt trên cùng, ground ở giữa có 1 khe hở slot nhỏ, đƣờng truyền feed line ở lớp điện môi dƣới. Thơng thƣờng thì miếng điện mơi ở trên có hằng số điện môi thấp, lớp điện mơi ở dƣới có hằng số điện mơi cao để nhắm mục đích tối ƣu hóa sự bức xạ của anten. Tuy nhiên, phƣơng thức cấp nguồn này khó thực hiên do phải làm nhiều lớp, và làm tăng độ dày của anten. Phƣơng pháp cấp nguồn này thì cho băng hẹp (narrow bandwith).
* Cấp nguồn dùng phương pháp ghép gần - Proximity Coupled
Cấu trúc này gồm 2 lớp điện môi, miếng patch antenna nằm ở miếng điện môi trên, đƣờng feed line ở giữa 2 lớp điện mơi. Phƣơng thức này có ƣu điểm cao đó loại bỏ tối đa sự bức xạ của đƣờng cấp nguồn (feed line) và cho băng thông rộng (khoảng 13%).
GND
єr2 єr1
Patch
Đường cấp nguồn vi dải
Hình 2.9: Cấp nguồn dùng phƣơng pháp ghép gần - Proximity Coupled [3] Phƣơng pháp này cũng đƣợc gọi là phƣơng pháp ghép điện từ. Phƣơng pháp Phƣơng pháp này cũng đƣợc gọi là phƣơng pháp ghép điện từ. Phƣơng pháp này về bản chất là ghép điện dung giữa patch và đƣờng cấp nguồn. Thông số của hai lớp nền có thể đƣợc lựa chọn để cải thiện băng thơng và giảm bức xạ rị ở đầu cuối hở của đƣờng truyền. Cũng vì lí do này, bề dày của lớp điện mơi thứ hai cũng mỏng hơn. Bức xạ trong trƣờng hợp này sẽ lớn hơn.Tuy nhiên phƣơng pháp này phức tạp hơn khi chế tạo và sản xuất.