2.6 Kết luận chương
Tổng kết chương II này chúng ta đã nêu ra một số kiến thức và tài liệu về lý thuyết ăng ten điển hình như lý thuyết mảng, sự phân cực… Đây là những kiến thức vơ cùng quan trọng giúp ích rất nhiều trong việc thiết kế ăng ten ở chương tiếp theo, như đã biết ăng ten là một thiết bị không thể thiếu trong bất kỳ một hệ thống truyền thông không dây nào. Ăng ten như là cấu trúc chuyển tiếp giữa không gian tự do và thiết bị dẫn hướng do vậy để thiết kế nó địi hỏi sự tìm hiểu kỹ lưỡng và phát triển từ những lý thuyết được nêu ra trong các tài liệu chuyên nghành. Bên cạnh đó các đặc tính của một vài ăng ten liên quan cũng là cơ sở quan trọng trong việc phát triển ăng ten trong chương tiếp theo.
CHƯƠNG III. THIẾT KẾ ĂNG TEN PHÂN CỰC KÉP HAI BĂNG TẦN CHO TRẠM GỐC 5G
Trong nội dung chương III này sẽ trình bày về một số cơng việc như ý tưởng, cấu trúc ăng ten, quy trình thiết kế, mơ phỏng trên phần mềm. Từ những bước được nêu phía trên sẽ là cơ sở để đánh giá kết quả mô phỏng thu được trong phần mềm HFSS. Bên cạnh đó một số đặc tính của ăng ten cũng sẽ được nêu lên và đánh giá trong chương này từ đó làm rõ các đặc tính đó.
3.1 giới thiệu
Trong một vài năm gần đây ăng ten cho mạng di động ngày càng mọc lên nhiều nhất là ở các đô thị đơng đúc như trung tâm thành phố. Do đó, nhiều lý do khách quan và chủ quan được đưa ra để bàn luận như thẩm mỹ và chi phí mua quyền lắp ăng ten trên các tịa nhà ngày càng đắt đỏ tốn kém. Để giải quyết vấn đề đó các cơng nghệ và phương pháp giảm kích thước, số lượng ăng ten được chú ý và thu hút nhiều sự quan tâm. Dựa theo các ăng ten truyền thống để giảm tính trạng đa đường trong các hệ thống di động là sử dụng hai ăng ten thu riêng biệt cho mỗi khu vực. Tuy nhiên nếu ứng dụng ăng ten phân cực kép con số này sẽ giảm xuống rất nhiều. Với sự tiến bộ đã nêu ra ở trên ăng ten phân cực kép được ứng dụng nhiều trong các trạm gốc với khả năng tăng dung lượng liên lạc và chống lại vấn đề pha đing đa đường [18-19]. Bên cạnh đó cũng có một số phương pháp có thể cải thiện vấn đề đa đường như kỹ thuật kết hợp phân tập, hay sự kết hợp đa dạng của một số hệ thống được ứng dụng cho điện thoại đi động có thể kể đến hệ thống di động kỹ thuật số của nhật bản. Tuy nhiên để có thể tối ưu và tiết kiệm chi phí nhất có thể chúng ta nên sử dụng phân cực kép thực hiện tại trạm gốc.
Để có thể thiết kế một ăng ten phân cực kép cho trạm gốc chúng ta cần quan tâm tới một số đặc tính như: băng tần hoạt động rộng, độ cách ly cao, phân cực chép thấp. Trong một số tài liệu lưỡng cực chéo luôn là một loại ăng ten cổ điển giúp đạt được phân cực kép tốt tuy nhiên nó cịn tồn tại một số nhược điểm đó là tất cả các ăng ten được thiết kế với cấu hình bằng một phần tư bước sóng tại tần số hoạt động trung tâm xét trong điều kiện khơng gian tự do. Bên cạnh đó cấu trúc cấp điện cũng là một yếu tố vô cùng quan trọng. Trong một vài năm gần đây một số ăng ten phân cực kép băng thông rộng với cấu trúc cấp dữ liệu mới được hình thành [20], bằng các nguồn cấp điện hình chữ Y băng thơng trở kháng của ăng ten được tăng lên đáng kể. Hay ăng ten lưỡng cực điện từ có băng thơng trở kháng rộng, độ lợi ổn định, mẫu bức xạ ổn định và mức phân cực chéo thấp [21]. Bên cạnh đó cũng có một số kỹ thuật cấp điện khác như được cấp nguồn điện từ [22], đầu dò ghép khe hở và nguồn cấp dữ liệu kết hợp khẩu độ [23], dải uốn khúc và nguồn cấp dữ liệu ghép khẩu độ [24], và nguồn cấp dữ liệu vi sai [25] liên tục được đề xuất. Bên cạnh những đặc tính vơ cùng tuyệt vời vẫn tồn tại sự phức tạp trong các thiết kế này dẫn đến việc khó khăn để xây dựng mảng ăng ten cho các ứng dụng trạm gốc. Chỉ trong thời gian ngắn gần đây với nỗ lực phát triển ăng ten kiểu mới, một vài ăng ten với cấu trúc nhỏ gọn cộng với việc đạt được hiệu quả lọc tốt với ít cấu
trúc lọc bộ lọc hơn hoặc thậm chí khơng cần dùng đến bộ lọc đã được đưa ra. Một số ví dụ điển hình như tải chân ngắn mạch [26], thay đổi điện từ đặc điểm của các yếu tố ký sinh [27-28] hay Trong [29] một ăng ten lọc phân cực kép được đề xuất với một vô hiệu bức xạ được tạo ra bởi đường cấp phối ghép hình chữ H và ăng ten được tạo ra bởi một bản vá xếp chồng lên nhau. Trong thiết kế của chương III này em có thiết kế và tối ưu một ăng ten phân cực kép có độ lọc cao đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt đối với các hệ thống trạm gốc 5G dưới 6 GHz.
3.2 Thiết kế ăng ten đơn phân cực kép 3.2.1 Các yêu cầu kỹ thuật đặt ra 3.2.1 Các yêu cầu kỹ thuật đặt ra
Các yêu cầu đối với phần tử ăng ten phân cực kép được đưa ra dưới đây:
• Băng thơng hoạt động (S11 > 10dB): 2,52 GHz - 2,65 GHz ở tần số cộng hưởng thứ nhất và 3.55 GHz - 3.63 GHz với tần số cộng hưởng thứ hai tại tần số trung tâm là 2.8 GHz
• gain: 8-9 dBi
• Sự cách ly giữa hai cổng: < -20 dB trong băng thơng hoạt động
• Phân cực chéo thấp: < -25 dB
• Độ rộng búp sóng (mặt phẳng V): xấp xỉ 68° tại tần số 2.6 GHz và xấp xỉ 70° tại tần số 3.6 GHz
• Độ rộng búp sóng (mặt phẳng H): xấp xỉ 50° tại tần số 2.6 GHz và xấp xỉ 37° tại tần số 3.6 GHz
3.2.2 Cấu tạo ăng ten
Hình 3.1 đưa ra cấu hình của một ăng ten phân cực kép được cấp nguồn vi sai lệch pha 180 độ. Cấu tạo ăng ten cơ bản gồm hai đế điện mơi F4B, một tấm bức xạ hình vuông, hai cặp OCSIR để tiếp điện. Cả hai đế điện mơi đều có hệ số điện mơi tương đối 2.65 và hệ số suy hao là 0.002 với độ dày đế điện môi bên trên được đặt là 0.5 mm và đế điện môi bên dưới được đặt là 0.8 mm. Miếng bức xạ được in ở mặt trên của lớp đế điện mơi phía trên và cấu trúc tiếp điện OCSIR được in ở mặt dưới của lớp đế điện mơi phía dưới. Cịn đối với mặt đất nó được đặt ở lớp trên của đế điện mơi phía dưới, cả mặt đất và đế điện mơi phía dưới đều được kht 4 lỗ trịn có cơng dụng giúp hỗ trợ tiếp điện lên trên miếng bức xạ. Tại 4 lỗ khoét của mặt đất và tấm đế điện môi dưới được đặt bốn cột kim loại dẫn điện (via) giúp kết nối giữa cấu trúc tiếp điện phía dưới và tấm bức xạ. Tiếp theo là bốn cổng tiếp điện (cổng 1, cổng 2, cổng 3, cổng 4) được đặt trong mặt phẳng nằm ngang như trên hình 3.1 bên trên. Khi cổng 1 và cổng 2 được cấp nguồn lệch nhau 180 độ sẽ thu được phân cực +45 độ, tương tự chúng ta sẽ thu được phân cực -45 độ ở tại cổng 3 và cổng 4.