- Tính chất phân cực của anten thành phần:
Chương 4 Thiết kế anten vi dải công nghệ 3G áp dụng
4.3 Quá trình thiết kế và phân tích
Toàn bộ quá trình thiết kế và phân tích được thể hiện theo những bước sau:
Bước đầu tiên là xem xét các yêu cầu kỹ thuật để lựa chọn anten thích hợp
Mô hình anten vi dải đưa ra dễ dàng tích hợp được vào thiết bị di động sử dụng công nghệ 3G. Mô hình được sử dụng ở đây là một anten monopole đồng phẳng kích thước nhỏ, cấu trúc đơn giản và được sản xuất bằng công nghệ mạch in giá thành rẻ. Với cấu trúc phẳng, anten có thể dùng được trong các thiết bị di động cầm tay.
Bước thứ hai là nghiên cứu nguyên lý tạo anten cộng hưởng ở tần số trung tâm của băng tần hệ thống 3G.
Băng tần của hệ thống di động 3G hoạt động từ 1.92GHz đến 2.17GHz nên ta sẽ lựa chọn tần số trung tâm là 2GHz để thiết kế mô hình anten. Với fc=2 GHz thì theo lý thuyết thiết kế anten vi dải thì chiều dài anten được tính như công thức 4.3
Hình 4. 3Mô hình anten vi dải
(4.1)
Với fc=2GHz, c=3*108,εr=4.4 => L=36mm.
Để dải tần làm việc của anten tăng thì theo công thức (4.2) thì cần giảm εr và L, tăng W và tăng h.Tuy nhiên công nghệ trong nước hiện tại chỉ đáp ứng cho phép thiết kế với lớp điện môi chế tạo bằng FR-4 với hằng số điện môi 4.4 và độ dày thông dụng là 1.6mm. Còn giảm L thì ảnh hưởng đến tần số cộng hưởng. Như vậy, phương pháp tối ưu nhất là tăng W.
(4.2)
Cần chú ý rằng khi W tăng thì đồng thời với đó là kích thước anten cũng tăng theo, mà không gian của thiết bị di động không cho phép ta tiêu tốn diện tích lớn. Nhất là đối với những thiết kế anten dùng trong hệ thống MIMO khi mà số phần tử bức xạ thường được thiết kế tương ứng với số lượng đường tiếp điện thì khi đó diện tích chiếm dụng của anten lại càng lớn.
Mục đích thiết kế trên đã đặt ra một đòi hỏi là làm sao thiết kế được anten MIMO có kích thước nhỏ nhưng vẫn đảm bảo được băng tần hoạt động của nó. Từ yêu cầu đó với sự phát triển không ngừng của công nghệ trong đó có công nghệ thiết kế anten MIMO một phần tử bức xạ (như đã phân tích ở các mục trên) thì tôi đã thiết kế được anten MIMO hoạt động tốt ở dải tần của hệ thống 3G với kích thước nhỏ gọn dựa trên công nghệ trên.
Bước tiếp theo là việc lựa chọn phương pháp tiếp điện thích hợp cho anten
Trong quá trình thiết kế anten, lựa chọn phương pháp tiếp điện cho anten là một bước quan trọng. Đối với anten vi dải, có 3 cách tiếp điện thông dụng là: tiếp điện bằng cáp đồng trục, tiếp điện bằng đường truyền vi dải, tiếp điện bằng ống dẫn sóng đồng phẳng. Lựa chọn phương pháp tiếp điện phù hợp để có thể dễ dàng phối hợp trở kháng giữa feeder và anten. Ngoài ra, cách tiếp điện cho anten cũng góp phần đáng kể quyết định đến kích thước và thuộc tính của anten. Trong mô hình anten được thiết kế, cấu trúc tiếp điện bằng đường truyền vi dải được sử dụng.
-Phân tích và tính toán trở kháng đặc tính của đường truyền vi dải:
Đường truyền vi dải được cấu tạo bởi một đường kim loại dẫn điện và một mặt phẳng GND đặt ở hai bên của lớp đế điện môi. Hình dáng của đường tiếp điện loại này được thể hiện như hình 4.4.
Hình 4. 4Cấu trúc đường tiếp điện vi dải
Kích thước của các thành phần cấu tạo nên đường truyền vi dải như: độ dày lớp điện môi h, chiều rộng lớp kim loại W, chiều dày lớp kim loại t và hằng số điện môi của
lớp đế εr sẽ quyết định trở kháng đặc trưng của đường truyền. Công thức 4.3 sẽ tính ra được trở kháng Z0: Khi + Khi + Khi Khi
Tính toán thiết kế và sử dụng phần mềm mô phỏng
Từ các nguyên lý cơ bản và các kỹ thuật tạo băng thông siêu rộng cho anten vi dải, giải pháp đưa ra là kết hợp sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn FEM (Finite Element Method) để tính toán thiết kế anten và sử dụng phần mềm Ansoft HSFF để mô phỏng kết quả.