2.2.1. Giới thiệu
Anten vi dải có nhiều đặc tính rất hữu ích, nhưng một trong các hạn chế đáng kể của các anten loại này là đặc tính băng hẹp của chúng. Băng thông tính theo trở kháng (impedance bandwidth) của anten vi dải điển hình thường trong khoảng nhỏ hơn 1% tới vài % đối với các chất nền mỏng thỏa mãn tiêu chuẩn h/λ0 < 0.023 và có εr ≈10,
Khóa luận tốt nghiệp đại học Ngành: Thông tin vô tuyến
cho tới h/λ0 < 0.07 và có εr ≈2.3. Điều này hoàn toàn trái ngược với băng thông từ 15% tới 50% của các anten như là dipole, khe và loa. Các nhà nghiên cứu đã đi vào nghiên cứu các anten mạch dải này để cải thiện giới hạn băng hẹp trong gần 20 năm, và đã thành công trong việc cải thiện băng thông tính theo trở kháng tới 90% và băng thông tính theo hệ số tăng ích (gain bandwidth) tới 70%. Hầu hết những sự đổi mới này đều sử dụng nhiều hơn 1 mode, điều đó làm tăng kích thước, chiều cao hoặc thể tích, và đồng thời làm giảm sút một số đặc tính khác của anten. Mong muốn làm tăng băng thông cũng có thể đạt được bằng việc chọn kỹ thuật tiếp điện và mạng phối hợp trở kháng thích hợp.
Chúng ta bắt đầu bằng việc định nghĩa băng thông (bandwidth). Một số đặc tính của anten chẳng hạn như VSWR (hoặc S11), độ rộng chùm (beamwidth), bậc thùy bên (sidelobe level), hệ số tăng ích (gain), phân cực (polarization), …. Các đặc tính này đều biến đổi theo tần số. Do đó, có thể có nhiều định nghĩa khác nhau về băng thông tương ứng với các đặc tính trên.
Trở kháng vào của anten vi dải biến đổi nhanh hơn theo tần số, do đó việc giới hạn dải tần giúp cho thành phần bức xạ có thể được phối hợp trở kháng với đường tiếp điện. Chúng ta sẽ sử dụng băng thông tính theo trở kháng trong phần còn lại của chương để định nghĩa băng thông của anten. Băng thông tính theo trở kháng của một anten vi dải cộng hưởng có thể được xác định từ đáp ứng tần số của mạch tương đương của nó. Đối với mạch tương đương cộng hưởng song song, băng thông nửa công suất (BW) được cho bởi: 0 0 2 ω ω ω d dB G BW = (2.1)
Trong đó, Y = G + jB là dẫn nạp đầu vào tại tần số cộng hưởngω0. Đối với mạch tương đương cộng hưởng nối tiếp G được thay thế bởi R và B được thay thế bởi X trong (2.1), trong đó Z = R + jX là trở kháng vào tại tần số cộng hưởng. Một vài nhà nghiên cứu định nghĩa băng thông trở kháng (impedance bandwidth) theo khái niệm băng thông với VSWR = 2. Băng thông nửa công suất của (2.1) tương đương với băng thông với VSWR≈2.4 khi anten được tiếp điện bởi đường truyền mạch dải. Sự chuyển đổi băng thông từ một giá trị VSWR này sang một giá trị VSWR khác có thể được thực hiện thông qua quan hệ sau:
VSWR Q
VSWR
BW = −1 (2.2)
Trong đó Q là hệ số phẩm chất của anten. Công thức (2.2) chỉ ra rằng, băng thông với VSWR 2 bằng khoảng 78% băng thông nửa công suất. Các yêu cầu đối với băng thông trở kháng không nhất thiết phải phù hợp với các tiêu chuẩn băng thông tính theo các đặc trưng khác của anten. Các nghiên cứu gần đây chỉ ra rằng phân cực xiên (cross-polarization) là thành phần chính hạn chế băng thông của các anten vi dải băng rộng.
Khóa luận tốt nghiệp đại học Ngành: Thông tin vô tuyến