Mơ hình phân tích, thiết kế cấu trúc này tương tự với của SIW truyền thống nhưng thay vào đó là hằng sốđiện mơi εr của khơng khí. Thơng số về tần số cắt của đường truyền có thểđược tính tốn bằng cách giải phương trình sau (thường sử dụng các phương pháp số trên máy tính như lặp Newton Raphson để tìm nghiệm). ( 1 2) 2 tan r W W fc r cot W fc c c ε π π ε − = 1.26
Trong đó: fc là tần số cắt cần xác định, W1 là khoảng cách giữa hai thành via kim loại, W2 là độ rộng phần khoét đi của lớp điện môi và εr là hằng sốđiện môi của chất nền
Trong các loại tổn hao trên đường truyền dẫn sóng, tổn hao do điện mơi chiếm phần trăm khá lớn [19] vì vậy việc loại bỏ tối đa thể tích điện mơi và thay bằng khơng khí trong đường truyền này đã làm giảm đáng kể suy hao truyền dẫn.
1.4 Kết luận
Chương này trình bày về ba vấn đề chính: xu hướng phát triển của trạm thu phát gốc, ăng-ten mảng tuyến tính và các phương pháp phân bố cơng suất cho mảng và cơng nghệống dẫn sóng trong chất nền SIW. Thế hệ thứ 5 hay công nghệ 5G tiếp tục triển khai việc khai thác ở các tần số cao hơn bao gồm hai dải tần số chính: sub-6G và dải tần số siêu cao tần (milimeterwave, từ 28 GHz -39 GHz) vừa đểtăng tốc độ truyền nhận và cịn giảm kích thước ăng-ten. Các ăng-ten mảng trở nên hiệu quả khi kết hợp phương pháp mili-mét và công nghệ Massive ăng ten. Các phương pháp phân bố công suất điển hình cho mảng tuyến tính cũng được trình bày: phân bố Schelkunoff Polynomial, phân bố Chebyshev, phân bố Taylor. Cơng nghệ SIW được tác giả trình bày chi tiết. SIW được sử dụng phổi biến nhằm tích hợp ống dẫn sóng vào trong các chất nền của các bảng mạch in với quy trình chế tạo phẳng như PCB hay LTCC hiện nay. Dải tần 30Ghz với công nghệ SIW đang được sản xuất mạch in đại trà.
22
CHƯƠNG 2.ĂNG-TEN BĂNG TẦN MILIMET ĐỘ LỢI CAO
Chương 2 đưa ra cấu trúc ăng-ten mảng răng lược phân bố công suất theo phân bố Taylor và một cấu trúc ăng-ten phần tử sử dụng công nghệ SIW với băng tần Milimet có độ lợi cao.
2.1 Ăng-ten mảng răng lược theo phân bố Taylor 2.1.1 Cấu hình ăng-ten mảng răng lược 2.1.1 Cấu hình ăng-ten mảng răng lược
Ăng-ten mảng răng lược là một ăng-ten mảng tuyến tính điểu Hình 2.1. Hai loại ăng-ten phẳng được phát triển phổ biến cho cấu trúc mảng này: ăng ten microstrip và ăng ten ống dẫn sóng. Rất khó để áp dụng một trong hai chúng cho tất cả các ứng dụng sóng milimet với các thơng số kỹ thuật khác nhau vì ưu điểm của các ăng-ten là hồn tồn khác nhau. Tuy nhiên, hầu hết các ứng dụng có thể được bao phủ bởi cảăng ten microstrip và ăng ten ống dẫn sóng. Ăng ten microstrip được sử dụng rộng rãi cho các ứng dụng có độ lợi tương đối thấp hơn của hệ thống không dây tầm ngắn và mảng con trong hệ thống DBF, không phải cho các ứng dụng có độ lợi cao. Ăng-ten ống dẫn sóng thích hợp cho các ứng dụng có độ lợi cao trên 30 dBi.
Hình ảnh mẫu ăng-ten mảng răng lược được mơ tả trong Hình 2.1. Trong
ăng-ten mảng răng lược vi dải, vì phần tử mảng bức xạ được gắn trực tiếp vào đường cấp nguồn, suy hao trên đường truyền cấp liệu có thể khá nhỏ so với các ăng-ten mảng vi dải thông thường khác được kết nối qua nhánh microstrip từ đường cấp liệu. Nhánh của ăng-ten răng lược vi dải khơng cịn là đường truyền thông thường mà chính là phần tử bức xạ. Bức xạ từ sựgián đoạn tại điểm nối của phần tử bức xạ tham gia vào bức xạ chính từ phần tử. Do đó, mơ hình mạch tương đương khơng thểđược sử dụng trong thiết kế nữa. Do đó, trong q trình mơ phỏng phải được sử dụng đểước tính chính xác biên độ và pha của bức xạ từ các phần tử. Sóng phản xạ từ các phần tửtrong đường cấp liệu làm giảm hiệu suất của ăng-ten. Khi tất cả các phần tử bức xạđược kích thích cùng pha đối với chùm tia rộng, sóng phản xạ cũng cùng pha và suy hao hồi lưu tăng lên tại điểm cung cấp. Hơn nữa, sóng phản xạ từ các phần tử lại bức xạ từ các phần tử khác. Dạng bức xạcũng suy giảm vì nó khơng được tính đến trong thiết kế sóng truyền. Do đó, cấu trúc khe để triệt tiêu sóng phản xạđược đề xuất để giảm phản xạ từ phần tử bức xạ. Tính khả thi của cấu trúc đề xuất được xác nhận trong thử nghiệm (Hayashi và đồng tác giả, 2008) [20].
Mặt khác, trong thiết kế của các ăng ten mảng ống dẫn sóng với khe slot nối tiếp để phân cực dọc và ngang. Các khe bức xạ được đặt cách nhau khoảng một nửa bước sóng dẫn hướng để kích thích cùng pha. Sựbù đắp xen kẽvà định hướng từ trục trung tâm của ống dẫn sóng là cần thiết đểhướng chùm tia chính vềhướng rộng (Volakis, 2007)[21]. Vì khoảng cách nhỏ hơn một bước sóng trong khơng gian tự do, các thùy cách tử không xuất hiện theo bất kỳ hướng nào. Đối với hệ thống thơng tin liên lạc hai chiều nói chung, hai phân cực trực giao được sử dụng để tránh nhiễu giữa hai tín hiệu. Trong trường hợp hệ thống radar ô tô, phân cực chéo 45 độđược sử dụng đểăng ten khơng nhận được tín hiệu truyền từ ơ tô chạy
23 về hướng ngược lại (Fujimura 1995) [22]. Tuy nhiên, trong thiết kế của ăng ten mảng ống dẫn sóng có rãnh với phân cực tuyến tính tùy ý như phân cực chéo 45 độ cho hệ thống radar ơ tơ, khoảng cách khe là một bước sóng dẫn hướng lớn hơn bước sóng trong khơng gian tự do. Tất cảcác khe được đặt tại trung tâm của ống dẫn sóng với một hướng giống hệt nhau song song khơng giống như mảng ống dẫn sóng khe slot thơng thường. Do đó, các thùy cách tử xuất hiện trong mẫu bức xạ. Độtăng ích của ăng-ten bị suy giảm đáng kể do các thùy không mong muốn. Để ngăn chặn các thùy này, vật liệu điện môi thường được lấp đầy trong ống dẫn sóng [20] [23]. Tuy nhiên, nó sẽgây ra chi phí cao hơn và suy giảm độ lợi do mất điện mơi trong dải sóng milimet.
a) Ăng ten răng lược ống
dẫn sóng hai chiều b) Ăng ten răng lượống dẫn sóng hai chiều c
gồm nhiều mảng con
c) Ăng ten răng lược vi dải gồm nhiều mảng con