- Tính chất phân cực của anten thành phần:
Chương 4 Thiết kế anten vi dải công nghệ 3G áp
4.1.1 Phân tích mơ hình
Đầu tiên mơ hình đường tiếp điện sẽ được phân tích ở đây.
Với cơng thức và một số cơng cụ trên Web (như đã đề cập đến ở các mục trên) thì trở kháng đặc tính của đường truyền vi dải hồn tồn có thể tính được một cách cụ thể. Ta sẽ tập trung phân tích hình dạng được bẻ đi một góc 450 của đường truyền (hình 4.12)
Hình 4. 12 Mơ hình bẻ góc 450 của đường vi dải
Với mục đích giảm thiểu sóng phản xạ khi truyền trên đường truyền vi dải mà cấu trúc bị thay đổi đột ngột 1 góc 900 thì với thiết kế khi xẻ đi 1 góc 450 sẽ có tác dụng làm cho trường điện từ khi truyền trên đường vi dải không bị thay đổi đột ngột về hướng cũng như thay đổi về pha. Nhờ đó, sẽ giảm thiểu sóng phản xạ khi trường điện từ được truyền trong không gian lớp điện môi giữa đường vi dải và mặt phẳng GND.
Với mơ hình thiết kế mong muốn đạt được sự cách ly về khoảng cách giữa hai đường tiếp điện thì hai đầu vào của đường tiếp điện sẽ được đặt đối diện nhau (như hình 4.5), nhưng khi đó cấu trúc đường truyền sẽ phải thay đổi đột ngột 1 góc 900 khi
tiếp điện cho anten và với cấu trúc xẻ vát góc 450 như trên thì sóng phản xạ sẽ được hạn chế, nhờ đó sự tiêu hao năng lượng sẽ giảm và băng thông của đường truyền tăng lên.
Tiếp theo là việc tối ưu kích thước anten để giúp anten hoạt động với dải tần 3G
Với tần số trung tâm là 2GHz thì kích thước anten tính theo tổng chiều dài sẽ xấp xỉ 2*(λ/2), vì nếu mỗi phần tử bức xạ nếu được tách riêng ra thì chiều dài thiết kế sẽ là λ/2=35mm. Do ở đây chỉ có một phần tử bức xạ nên ta có thể xem như nó như được tạo ra bởi hai phần tử bức xạ λ/2 được ghép với nhau. Ta thấy L10+(L1-
L9)/2+L2=35mm sẽ là kích thước của một phần tử đơn. Nếu hai phần tử đơn như vậy được ghép lại với nhau với hai đường tiếp điện cho ra hai mode khác nhau thì sẽ tạo được tính MIMO cho anten nhưng do trường điện từ từ hai đường tiếp điện sẽ tương hỗ với nhau nên khi đó địi hỏi L9 (coi như khoảng cách của hai phần tử bức xạ đơn) phải có kích thước phù hợp thì mới tạo ra sự phối hợp trở kháng tại tần số 2GHz. Sau quá trình tìm tịi và mơ phỏng với nhiều kích thước phần tử bức xạ, tơi đã tìm ra được kích thước tối ưu như hình 4.5.
Với đồ thị 4.13 sẽ cho ta thấy sự thay đổi để đạt đến kết quả yêu cầu của anten.
Sau đây là sự so sánh và đánh giá kết quả anten khi được tiếp riêng bởi hai đường tiếp điện
Với việc tiếp điện riêng rẽ bởi hai đường tiếp điện ta sẽ thấy rõ hơn đặc tính
MIMO của anten. Hình 4.15 cho ta thấy sự phân bố mật độ dòng điện trên phần tử bức xạ khi được tiếp bởi hai đường tiếp điện riêng biệt.
Ở những điểm có cường độ dịng lớn thì có mầu đỏ đậm, và ở những điểm có cường độ dịng điện nhỏ khơng đáng kể có mầu xanh. Có thể dễ dàng nhận thấy khi anten làm việc với các feed khác nhau thì phân bố dịng sẽ khác nhau. Như trên hình, với cách tiếp điện bên trái thì dịng phân bố trên anten tập trung vào phần bên trái và
ngược lại. Như vậy, mỗi port sẽ kích thích hai phần khác nhau của anten bức xạ chính và đó giống như hai phần tử bức xạ riêng biệt nhau.
Hình 4. 13 Hệ số tổn hao ngược của anten khi thay đổi
Hình 4. 14 Hệ số tổn hao ngược của anten khi thay đổi
Hình 4. 15 Hệ số tổn hao ngược của anten khi thay đổi
(a)
(b)
Hình 4. 16 Mật độ dòng điện của anten khi được tiếp bởi (a) đường tiếp điện bên trái và (b) đường tiếp điện bên phải
Đồ thị phương hướng bức xạ (hình 4.16 và 4.17) lại thể hiện cho ta thấy hướng bức xạ khác nhau của anten đối với từng cách tiếp điện. Với hai cách tiếp điện khác nhau, tạo ra hai mode khác nhau thì bức xạ của anten sẽ theo hướng khác nhau. Chính vì vậy, nó sẽ tạo ra đặc tính MIMO của anten, đó là việc tạo ra thuộc tính bức xạ theo hai hướng đối lập nhau nhờ thiết lập chế độ khác nhau (Multimode antenna)
(a) (b)
(c) (d)
(e) (f)
Hình 4. 17 Đồ thị phương hướng bức xạ trong mặt phẳng H tại (a) tần số 1.92GHz với đường tiếp điện bên phải, (b) tần số 1.92GHz với đường tiếp điện bên trái, (c) tần số 2GHz với đường tiếp điện bên phải, (d) tần số 2GHz với đường tiếp điện bên trái, (e) tần
số 2.17GHz với đường tiếp điện bên phải và (f) tần số 2.17 GHz với đường tiếp điện bên trái
(a) (b)
(c) (d)
(e) (f)
Hình 4. 18 Đồ thị phương hướng bức xạ trong mặt phẳng E tại (a) tần số 1.92GHz với đường tiếp điện bên phải, (b) tần số 1.92GHz với đường tiếp điện bên trái, (c) tần số 2GHz với đường tiếp điện bên phải, (d) tần số 2GHz với đường tiếp điện bên trái, (e) tần số 2.17GHz với đường tiếp điện bên phải và (f) tần số 2.17 GHz với đường tiếp điện bên trái
4.4Kết luận
Như vậy, hệ thống anten đã được mô phỏng đã thỏa mãn các điều kiện về thông số đảm bảo cho anten hoạt động ổn định. Với kích thước phù hợp dùng anten vi dải có thể dễ dàng được tích hợp trong các thiết bị di động 3G như I-phone, PDA…