TIỂU LUẬN học PHẦN PHƯƠNG PHÁP LUẬN NGHIÊN cứu KHOA học anhchị hãy nêu cấu trúc của một bài báo khoa học và nội dung cần trình bày trong mỗi phần phân tích 1 ví dụ

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG
----- -----

BÀI TIỂU LUẬN
HỌC PHẦN: PHƯƠNG PHÁP LUẬN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
Nhóm mơn học: 09

Giảng viên: NGUYỄN THỊ KIM CHI
Sinh viên thực hiện: Cao Xuân Sơn
Ngày sinh: 21/02/1999
Số điện thoại: 0945211486
Mã sinh viên: B17DCVT304
Lớp: D17CQVT08-B


Phương pháp luận nghiên cứu khoa học

Cao Xuân Sơn-B17DCVT304

Lời cảm ơn
Trong 4 năm được học tập tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn Thơng, sinh
viên chúng em đã nhận được sự chỉ bảo giúp đỡ tận tình của Thầy Cô giáo trong Học
viện. Đặc biệt, sinh viên nghành Kỹ Thuật Điện Tử Truyền Thơng chúng em đã được tìm
hiểu, nghiên cứu, học hỏi, tiếp thu biết bao nhiêu kiến thức dưới sự hướng dẫn tận tâm
của thầy cô.
Trước hết em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc nhất tới các Thầy Cơ giáo của
Học Viện nói chung và các thầy cơ trong bộ mơn nói riêng đã tận tình giảng dạy, truyền
đạt kiến thức và những kinh nghiệm quý báu trong suốt các môn học kỹ năng.
Em xin được gửi lời cảm ơn sâu sắc đến cô Nguyễn Thị Kim Chi, cơ đã nhiệt tình
chỉ dạy cho chúng em những kiến thức cần thiết của môn học và cơ cũng là người chỉ bảo
nhiệt tình để chúng em hoàn thành bải tiểu luận này.

Tuy đã cố gắng nhưng do kiến thức còn hạn chế nên bài tiều luận cuối khóa vẫn
cịn nhiều thiếu sót, hi vọng cơ góp ý và bổ sung để chúng em hồn thiện bài tiểu luận
của mình một cách tốt nhất .
Cuối cùng, em xin kính chúc Cơ và gia đình dồi dào sức khoẻ, thành công trong sự
nghiệp cao quý!
Em xin chân thành cảm ơn !
Sinh viên: Cao Xuân Sơn

Hà Nội, tháng 06 năm 2021


Phương pháp luận nghiên cứu khoa học

Cao Xuân Sơn-B17DCVT304

Mục lục
Câu 1: Anh/chị hãy nêu cấu trúc của một bài báo khoa học và nội dung cần
trình bày trong mỗi phần? Phân tích 1 ví dụ để chứng minh. .......................... 2
Câu 2: Anh/chị hãy tìm kiếm 1 bài báo khoa học về chủ đề nghiên cứu mà
anh/chị đang quan tâm trong chuyên ngành học của mình (cùng chủ đề câu 3).
Nghiên cứu bài báo và xác định: ...................................................................... 5
Câu 3: Anh/chị hãy xây dựng đề xuất nghiên cứu về 1 vấn đề nghiên cứu
trong chuyên ngành học của anh/chị mà anh/chị quan tâm (theo mẫu) ........... 8

1


Phương pháp luận nghiên cứu khoa học

Cao Xuân Sơn-B17DCVT304

Câu 1: Anh/chị hãy nêu cấu trúc của một bài báo khoa học và nội dung cần trình bày
trong mỗi phần? Phân tích 1 ví dụ để chứng minh.
-Bài làm❖ Cấu trúc của một bài báo khoa học và nội dung cần trình bày trong mỗi phần
- Tiêu đề bài báo (Title): Chỉ tên bài báo, số lượng từ trong tiêu đề bài báo
tùy theo quy định từng tạp chí, thơng thường từ 10-18 từ phản ánh nội dung
đề cập trong bài báo. Dưới tiêu đề bài báo thường là tên tác giả, tập thể tác
giả, email, cơ quan công tác, ngày nhận bài báo và ngày chấp nhận đăng bài
báo.
- Tóm tắt (Abstract): Số lượng từ phần này tùy theo quy định của từng tạp
chí, thơng thường là 100-250 từ. Tóm tắt bài báo thường phải thể hiện vấn
đề/mục tiêu nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu, thời gian, số liệu dùng
cho nghiên cứu, kết quả tác giả mới tìm ra, và kết luận. Tất cả được trình
bày hết sức ngắn gọn, cơ đọng. Dưới tóm tắt là từ khóa (Key words) gồm 3
– 5 từ quan trọng có tần suất lặp lại nhiều.
- Đặt vấn đề/ Giới thiệu (Introduction): phần dẫn nhập này thường nói về cơ
sở, lý do, tầm quan trọng của vấn đề tác giả muốn nghiên cứu và cấu trúc
của bài báo. Quan trọng nhất là tác giả phải nêu rõ câu hỏi nghiên cứu của
mình (research question).
- Lược sử về nghiên cứu trước đây (Literature review): Một số bài báo khoa
học gộp mục này với mục giới thiệu (introduction) bên trên, tùy vào ý đồ
tác giả, cũng có nhiều trường hợp tách riêng. Phần này tác giả phải nêu
những nghiên cứu quan trọng trước đây trên thế giới đã làm liên quan đến
vấn đề mình nghiên cứu. Tác giả phải chỉ ra các nghiên cứu trước đã đi tới
đâu, đạt kết quả gì? Những gì cịn thiếu, chưa hoàn chỉnh, hoặc bị sai lệch?
kể cả về mặt lý thuyết (theoretically) và thực nghiệm (empirically), từ đó
tìm cách bổ sung, hồn chỉnh, điều chỉnh thể hiện sự đóng góp mới của tác
giả cho sự phát triển khoa học.Nếu nghiên cứu của tác giả đề cập đến một
vấn đề lý thuyết hoặc thực nghiệm hoàn toàn mới chưa ai nghiên cứu thì
phần này chỉ cần nói đến vấn đề riêng tác giả cũng có thể gộp vào phần giới

thiệu. Trong thực tế, có rất ít các nghiên cứu như vậy, phần lớn được phát
triển từ các nghiên cứu trước đó.
- Phương pháp và số liệu dùng cho nghiên cứu (Methodologies and Data):
Phần này đề cập nghiên cứu sử dụng phương pháp gì. Chẳng hạn như phân
tích định tính (qualitative analysis), phân tích định lượng (quantitative
analysis), mơ tả (descriptive), thực nghiệm (empirical study) …tùy từng
cơng trình, mục tiêu, lĩnh vực nghiên cứu để chọn cho phù hợp và số liệu/dữ

2


Phương pháp luận nghiên cứu khoa học

Cao Xuân Sơn-B17DCVT304

liệu nào. Đây là công cụ giúp tác giả trả lời câu hỏi nghiên cứu của bản thân
đưa ra.
- Kết quả và thảo luận (Results and Discussion): Phần này tác giả chỉ ra,
giải thích và thảo luận về các kết quả mình mới tìm thấy mà nghiên cứu
trước chưa tìm ra hoặc phản bác lại kết quả của các nghiên cứu trước, hoặc
bổ sung thêm để hoàn thiện về lý thuyết hoặc thực nghiệm cho các nghiên
cứu trước đây đã đề cập ở mục lược sử (Literature review). Nói cách khác,
đây chính là câu trả lời cho câu hỏi nghiên cứu ở mục Giới thiệu –
Introduction.
- Kết luận (Conclusion): Phần kết luận tổng lược kết quả nghiên cứu, nêu bật
ý nghĩa khoa học của kết quả nghiên cứu, ứng dụng của chúng vào thực tế
cuộc sống, hoặc giúp cho việc hoạch định chính sách ra sao (đóng góp
(contribution) của nghiên cứu), ưu nhược điểm của nghiên cứu như thế nào,
và những định hướng cho các nghiên cứu liên quan trong tương lai.
- Tài liệu tham khảo (References): Mục này gồm các tài liệu có trích dẫn

hoặc là cơ sở quan trọng cho việc phân tích logic của nghiên cứu đề cập
trong bài báo. Xin lưu ý, phần này cần trình bày theo tiêu chuẩn các tạp chí
đưa ra.
- Lời cám ơn (Acknowledgements) nếu có: Là lời cám ơn tới các cơ quan, tổ
chức tài trợ, các cá nhân có đóng góp, giúp đỡ cho việc viết và hồn thiện
bài báo.
❖ Phân tích 1 ví dụ
Phân tích bài báo “Thiết kế mạch thu hoạch năng lượng từ sóng viễn thơng cho các
cảm biến không dây tự chủ năng lượng” – Hội nghị Quốc gia lần thứ 23 về Điện
tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2020)
- Tiêu đề bài báo
o Tên bài báo: “Thiết kế mạch thu năng lượng từ sóng viễn thông cho
các cảm biến không dây tự chủ năng lượng”
o Tên tác giả: Vũ Hồng Tiến, Lê Minh Thùy – Bộ môn kỹ thuật đo và
tin học công nghiệp, Viện Điện Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
o Email: ,

- Tóm tắt: Bài báo đề xuất một mạch thu hoạch năng lượng từ sóng viễn
thơng trong mơi trường xung quanh. Mạch được được đo đạc và thử nghiệm
thu hoạch năng lượng ở dải tần số 3.6-3.8 GHz tương ứng với nguồn sống
viễn thông công nghệ 5G trong điều kiện thử nghiệm ở phòng nghiên cứu
cho hiệu suất chuyển đổi RF-DC cao nhất đạt 50% khi cơng suất sóng tới là
0dBm và 39% tại -10 dBm. Hiệu suất chuyển đổi được nâng cao nhờ giải

3


Phương pháp luận nghiên cứu khoa học

-

-

Cao Xuân Sơn-B17DCVT304

pháp không sử dụng mạch phối hợp trở kháng nối giữa mạch chỉnh lưu và
anten, nhờ đó kích thước của mạch cũng được giảm
o Từ khóa: Thu hoạch năng lượng từ sóng điện từ, anten, 5G, cảm biến
không dây tự chủ năng lượng.
Giới thiệu chung và Lược sử về nghiên cứu trước đây trong bài báo này
được gộp chung với nhau. Trong phần này, bài báo đề cập đến khái niệm, ý
tưởng, lịch sử của hệ thống truyền năng lượng không dây và cơng nghệ thu
hoạch năng lượng từ sóng điện từ. Ngoài ra bài báo cũng viết về xu hướng
hiện nay của công nghệ thu năng lượng, ưu nhược điểm của công nghệ
thông qua việc khảo sát các kết quả nghiên cứu khác trong những năm gần
dây. Từ đó đưa ra các thách thức chính của cơng nghệ thu năng lượng RF
đó là hiệu suất chuyển đổi năng lượng của các mạch thu năng lượng đều khá
thấp → Đưa ra đề xuất thiết kế mạch thu hoạch năng lượng từ sóng viễn
thơng có trong mơi trường sống với cơng suất tới -10 dBm.
Phương pháp và số liệu dùng cho nghiên cứu: Mạch thu hoặc n ăng
lượng từ sóng điện từ chính là anten thu và mạch chỉnh lưu. Anten giúp
chuyển đổi năng lượng sóng điện từ trong mơi trường thành điện áp xoay
chiều tần số cao. Năng lượng thu được này sẽ được chuyển tới mạch chỉnh
lưu và lọc nhằm biến đổi chúng thành điện áp một chiều phù hợp cho việc
lưu trữ và cấp nguồn cho các thiết bị điện tử công suất thấp như các mạch
cảm biến không dây.
o Anten được thiết kế là anten lưỡng cực vi dải tích hợp balun hình chữ
J, hoạt động ở dải tần số dành cho thiết bị đầu cuối công nghệ 5G, từ
3.6 GHz tới 3.8 GHz. Các tham số của anten bao gồm: chiều dài L
của mỗi cánh tay tỷ lệ với tần số cộng hưởng của anten (L = 15 mm).

Chiều rộng W cảu mỗi cánh tay W = 2.6 mm. Khe g giữa 2 cánh tay
ảnh hưởng đến trở kháng vào của phần bức xạ của anten (g = 1.4
mm). Hệ số phản xạ và đồ thị bức xạ của anten với băng thông tại
điểm 𝑆11 ≤ −15𝑑𝐵 là 210 MHz; hệ số phản xạ đạt -39 dB tại tần
số trung tâm 3.75 GHz. Độ tăng ích của anten tại tần số 3.75 GHz là
4.57 dBi với hiệu suất bức xạ đạt 97.32% và hiệu suất tổng bằng
96.63%.
o Thiết kế mạch chỉnh lưu: Sử dụng mạch nhân đôi điện áp để tối ưu
về công suất tiêu thụ. Phần tử bán dẫn sử dụng cho mạch chỉnh lưu
thiết kế đề xuất là diode Schottky SMS7630 có điện áp rơi thấp, tần
số đóng cắt nhanh cùng hiệu suất chuyển đổi tốt với trường hợp công
suất tới thấp. Điện áp thu được sau khi qua mạch chỉnh lưu vẫn còn
tồn tại 1 số thành phần sóng hài do tính phi tuyến cảu diode nên cần
có mạch lọc thơng thấp hình dải quạt giúp loại bỏ các hài này và làm
4


Phương pháp luận nghiên cứu khoa học

-

-

-

Cao Xuân Sơn-B17DCVT304

phẳng điện áp. Tải tối ưu được lựa chọn trong thiết kế này là 4.2
kOhm.
Kết quả và thảo luận: Hiệu suất chuyển đổi của mạch được tính bằng tỉ số

năng lượng thu được trên tải so với năng lượng sóng tới anten. Kết quả mô
phỏng và đo đạc hiệu suất chuyển đổi của mạch RF-DC cho thấy mạch có
thể hoạt động ở hiệu suất trung bình đạt được trên 30% trong dải cơng suất
sóng tới thấp -15 dBm tới -5 dBm, tại 0 dBm thì mạch cho hiệu suất chuyển
đổi tối đa đo được 50%.
Kết luận: Bài báo đã đề xuất một mạch thu hoạch năng lượng từ sóng viễn
thơng. Mạch đã được chế tạo và đo kiểm với kết quả thực nghiệm cho thấy
mạch đạt hiệu suất chuyển đổi là 39% khi công suất tới là -10dBM và là
50% khi công suất tới là 0 dBm. Mạch có khả năng cung cấp năng lượng từ
9𝜇 𝑊 cho tới 0.04 mW trong điều kiện cơng suất sóng tới trong dải từ -15
dBm cho tới -10 dBm. Công suất thu hoạch được này đủ để cung cấp năng
lượng trực tiếp cho các mạch cảm biến khơng dây có cơng suất thấp ở chế
độ ngủ.
Tài liệu tham khảo: Bài báo sử dụng 15 tài liệu tham khảo bao gồm các
bài báo và sách.
Lời cảm ơn: Khơng có

Câu 2: Anh/chị hãy tìm kiếm 1 bài báo khoa học về chủ đề nghiên cứu mà anh/chị đang
quan tâm trong chuyên ngành học của mình (cùng chủ đề câu 3). Nghiên cứu bài báo và
xác định:
- Tên đề tài
- Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
- Đối tượng nghiên cứu
- Phạm vi nghiên cứu
- Câu hỏi nghiên cứu
- Giả thuyết nghiên cứu
- Phương pháp nghiên cứu chính
- Đóng góp của đề tài
- Hạn chế của đề tài
Lưu ý: In và đóng kèm bài báo cùng với phần trả lời của câu 2, nếu khơng có bài báo

kèm theo sẽ khơng được tính điểm cho câu hỏi này.
-Bài làm-

Link bài báo: (PDF) A 2.45-GHz low cost and efficient rectenna (researchgate.net)
Tên đề tài: “A 2.45-GHz Low Cost and Efficient Rectenna”
5


Phương pháp luận nghiên cứu khoa học

-

-

-

Cao Xuân Sơn-B17DCVT304

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài: Đề xuất thiết kế Rectenna chuyển đổi năng lượng
RF tại tần 2.45 GHz giá thành thấp, hiệu suất cao.
Đối tượng nghiên cứu: Anten chỉnh lưu hay còn gọi là Rectenna
Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết, xây dựng mơ hình thử nghiệm, thiết kế
một mẫu rectenna hoàn chỉnh (gồm cả mạch và anten).
Câu hỏi nghiên cứu:
o Làm sao để tăng hiệu suất chuyển đổi cho rectenna ?
o Lựa chọn các linh kiện trong mạch như nào?
o Thiết kế rectenna như nào để giá thành thấp ?
o Mẫu thiết kế có thể ứng dụng cho gì?
o Mơ hình để đo kết quả thu được từ rectenna đề xuất?
Giả thuyết nghiên cứu

o Để có thể tăng mức hiệu suất chuyển đổi cho rectenna, trong bài báo sử
dụng anten thu có hiệu suất thu cao cùng với việc thiết kế và tối ưu phần
mạch chỉnh lưu bằng cách sử dụng phần mềm ADS để mô phỏng.
o Lựa chọn sử dụng diode Schottky bởi đặc tính điện trở và giá trị điện dung
thấp phù hợp với sóng cao tần RF.
o Để rectenna có giá thành thấp thì mạch thiết kế dựa trên cấu trúc mạch cầu
sửa đồi, không cần mạch lọc để giảm kích thước mạch và diode Schottky để
giảm chi phí.
o Mẫu thiết kế ứng dụng để sử dụng cho các thiết bị cảm biến năng lượng
thấp.
o Mơ hình để đo kết quả: Đo trong phịng khơng dội âm theo mơ hình sau

Phương pháp nghiên cứu chính:
o Nghiên cứu lý thuyết liên quan
o Thiết kế, mô phỏng mạch dựa trên phần mềm máy tính
o Thiết kế mạch thực tế
6


Phương pháp luận nghiên cứu khoa học

-

-

Cao Xuân Sơn-B17DCVT304

o Xây dựng mơ hình để đo kết quả mẫu thiết kế
o Nhận xét kết quả đo được cùng với kết quả mơ phỏng.
Đóng góp của đề tài:

o Thiết kế được rectenna có anten thu 61% tại mức năng lượng vào là 10 mW
và hiệu suất trung bình của rectenna là 52% khi năng lượng bề mặt là
0.15 𝑚𝑊/𝑐𝑚2 .
o Có thể cải thiện thêm năng lượng DC đầu ra và giảm yêu cầu năng lượng bề
mặt bằng cách sử dụng anten mảng.
Hạn chế của đề tài: Có phần mạch trong rectenna khá phức tạp.

7


Phương pháp luận nghiên cứu khoa học

Cao Xuân Sơn-B17DCVT304

Câu 3: Anh/chị hãy xây dựng đề xuất nghiên cứu về 1 vấn đề nghiên cứu trong chuyên
ngành học của anh/chị mà anh/chị quan tâm (theo mẫu)
-Bài làmBỘ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THƠNG

CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BCVT

Hà nội, ngày

tháng

năm

ĐỀ CƯƠNG KHOA HỌC CÔNG NGHỆ

1. Tên đề tài
- Tên đề tài “Thiết kế mạch thu năng lượng băng tần 2.4GHz cho hệ thống cảm biến
năng lượng thấp”.
2. Mục tiêu nghiên cứu:
- Mục tiêu của đề tài là thiết kế một mạch thu năng lượng hoàn chỉnh bao gồm cả
anten và mạch chỉnh lưu có giá thành thấp với mức thu dự kiến 35𝑚𝑉/𝜇𝑊 từ
băng tần 2.4 GHz trong môi trường. Hệ thống đáp ứng được yêu cầu tự chủ năng
lượng cho một phần không nhỏ các cảm biến không dây trong hệ thống IIoT, thay
thế phần nào cho việc sử dụng pin trong các thiết bị cảm biến truyền thông.
3. Đối tượng nghiên cứu
- Rectenna bao gồm anten và mạch chuyển đổi năng lượng.
4. Phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu lý thuyết anten vi dải và mạch thu năng lượng cho sóng cao tần RF
- Mơ hình thiết kế rectenna hồn chỉnh.
- Mơ hình đo đạc kết quả.
5. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
- IoT/IIoT đang là xu hướng phát triueern tất yếu của con người hướng tới kỷ
ngun Cơng nghiệp 4.0. Trong kỷ ngun đó, số lượng các thiết bị cảm biến yêu
cầu mức năng lượng thấp có thể lên đến hàng tỷ, thậm chí hàng chục tỷ. Điều này
đặt ra yêu cầu cấp thiết về năng lượng tiêu thụ cho hệ thống thiết bị khổng lồ này.
Nguồn năng lượng truyền thống như pin tuy đã có tuổi thọ cao, giá thành thấp
nhưng đây vẫn được coi là nguồn năng lượng “bẩn”, gây ô nhiễm môi trường lớn
và cần sự thay thế pin khi năng lượng hết. Nguồn năng lượng “xanh” như năng
lượng mặt trời có chi phí đầu tư khá lớn, hơn nữa năng lượng cung cấp này chỉ
hiệu quả tốt trong điều kiện có ánh sáng. Giải pháp thu năng lượng RF là một
hướng đi mới, cung cấp nguồn năng lượng sạch từ môi trường xung quanh với
phần năng lượng sóng RF ln sẵn có trong khơng gian như 2G/3G/4G/5G, WIFI,
sóng vơ tuyến/phát thanh.
- Sản phẩm thiết kế giúp chuyển đổi năng lượng RF băng tần 2.4 GHz từ mơi trường
xung quanh thành dịng điện DC ứng dụng được cho các thiết bị cảm biến khơng

dây năng lượng thấp.
6. Tổng hợp các cơng trình nghiên cứu liên quan
8


Phương pháp luận nghiên cứu khoa học

Cao Xuân Sơn-B17DCVT304

[1] S. Chalasani and J. M. Conrad, “A survey of energy harvesting sources for
embedded systems,” in Proceedings of the IEEE Southeastcon, pp. 442–447,
IEEE, Huntsville, Ala, USA, April 2008.
[2] S. Sudevalayam and P. Kulkarni, “Energy harvesting sensor nodes: survey and
implications,” IEEE Communications Surveys & Tutorials, vol. 13, no. 3, pp.
443–461, 2011.
[3] L. Mateu, C. Codrea, N. Lucas, M. Pollak, and P. Spies, “Energy harvesting for
wireless communication systems using thermogenerators,” in Proceedings of the
21st Conference on Design of Circuits and Integrated Systems (DCIS ’06),
Barcelona, Spain, November 2006.
[4] N. Shinohara, “Rectennas for microwave power transmission,” IEICE Electronics
Express, vol. 10, no. 21, pp. 1–13, 2013.
[5] N. Panda and S. M. Deshmukh, “Novel Technique for Wireless Power
Transmission using ISM Band RF Energy Harvesting for Charging Application,”
International journal of Engineering Trends and Technology (IJETT), vol. 39, no.
2, pp. 63–69, 2016.
[6] A. Contreras, B. Rodríguez, L. Steinfeld, J. Schandy, and M. Siniscalchi, “Design
of a Rectenna for Energy Harvesting on Wi-Fi at 2.45 GHz,” in 2nd Argentine
Conference on Electronics (CAE), Buenos Aires, Argentina, 2020.
[7] Vũ Hồng Tiến, Lê Minh Thùy, “Thiết kế mạch thu năng lượng từ sóng viễn thơng
cho các cảm biến không dây tự chủ năng lượng”, Hội nghị Quốc gia lần thứ 23 về

Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2020), pp.19-22,
2020.
[8] C. R. Valenta and G. D. Durgin, “Harvesting Wireless Power,” IEEE Microwave
Magazine, vol. 15, no. 4, pp. 108–120, 2014.
[9] H.C.Sun, and W. Geyi, "A new rectenna with all-polarizationreceiving capability
for wireless power transmission,"IEEE Antennas Wireless Propag. Lett., vol.15,
pp. 814-817, 2016.
[10] C.Y. Song, Y. Huang, P. Carter, J.F. Zhou, S. Yuan, Q. Xu, and M.Kod, "A novel
six-band dual CP rectenna using improved impedance matching technique for
ambient RF energy harvesting,"IEEE Trans. Antennas Propag., vol.64, no.7, pp.
3160-3171, Jul. 2016.
[11] T. Ohira, "Power efficiency and optimum load formulas on RF rectifiers featuring
flow-angle equations,"IEICEElectron. Express, vol.10, no.11, pp. 1-9, Jun. 2013.
[12] N. Sinohara, "Rectennas for microwave power transmission,"IEICEElectron.
Express, vol.10, no.21, pp. 1-3, Nov. 2013.
[13] M.J.Nie, X.X.Yang, G.N. Tan, and B. Han, "A compact 2.45-GHz broadband
rectenna using ground coplanar waveguide,"IEEE Antennas Wireless Propag.
Lett., vol.14, pp. 986-989, 2015
7. Câu hỏi nghiên cứu
- Rectenna là gì?
- Thách thức lớn nhất của các mạch thu năng lượng hiện nay?
- Cơng thức tính hiệu suất chuyển đổi năng lượng của mạch thu năng lượng?
- Mơ hình đo test kết quả mẫu thiết kế?
8. Giả thuyết nghiên cứu
9


Phương pháp luận nghiên cứu khoa học

Cao Xuân Sơn-B17DCVT304

❖ Lý thuyết tổng quan về rectenna
Một mơ hình rectenna được trình bày đơn giản trong hình 1. Năng lượng sóng cao
tần sẽ được chuyển đồi thành điện áp xoay chiều AC bởi anten. Dịng AC sẽ thơng
qua mạch phối hợp trở kháng để tới mạch chỉnh lưu, tại dây dòng sẽ được chuyển
đổi thành dòng DC để nạp vào tải. Mạch phối hợp trở kháng có vai trị đảm bảo
năng lượng tới mạch chỉnh lưu là lớn nhất, tránh suy hao do phối hợp trở kháng
của mạch chỉnh lưu và anten. Tuy nhiên, trong một vài thiết kế mạch phối hợp trở
kháng được loại bỏ bởi anten và mạch lưu có phối hợp trở kháng tốt từ đó có thể
giảm kích thước cũng như độ phức tạp khi chế tạo của mạch thu năng lượng.

Hình 1. Mơ hình cơ bản của Rectenna
-

Thiết kế anten thu
Trong đề tài nghiên cứu này, mẫu anten thiết kế sẽ là anten patch vi dải. Lý
do lựa chọn loại anten này vì anten vi dải có kích thước nhỏ, chi phí sản
xuất thấp thích hợp cho các thiết bị cảm biến trong mạng không dây.
Anten patch vi dải là một anten cao tần phẳng, dễ dàng lắp đặt trên các thiết
bị khác. Về cơ bản, anten patch vi dải gồm 3 thành phần là mặt bức xạ, chất
nền (thường là vật liệu cách điện) và mạch đất (ground plane). Cấu trúc
chung của mặt bức xạ là những đường vi dải có chiều dài 𝑙 = 𝜆 /2, trong đó
λ là bước sóng của sóng cao tần mà anten thu hoặc phát. Cấu trúc anten
patch đơn giản được minh họa trong hình. Một vài thơng số như hằng số
điện môi của PCB, độ dày của vâth liệu, độ rộng của patch phải được tính
tốn chính xác.

Hình 2. Cấu trúc cơ bản của anten vi dải
10

Phương pháp luận nghiên cứu khoa học

Cao Xuân Sơn-B17DCVT304

Anten vi dải có mơ hình bức xạ khác nhau ứng với cấu trúc patch khác
nhau. Bằng cách thay đổi hình dáng, anten sẽ thu được mơ hình bức xạ đẳng
hướng hoặc vô hướng.
Mẫu anten được đề xuất trong đề tài sẽ hoạt động tại dải tần 2.4 GHz được
sử dụng trong các công nghệ truyền tải như WiFi, Bluetooth và Zigbee.
Anten được thiết kế, mô phỏng và tối ưu bằng phần mềm CST
MICROWAVE STUDIO vì phần mềm cho hình ảnh 2D, 3D rõ nét cùng với
các tùy chọn thông số, công cụ hỗ trợ rất tốt cho việc thiết kế, tối ưu anten.

Hình 3. Giao diện của phần mềm CST
-

Thiết kế mạch chỉnh lưu
Mạch chỉnh lưu trong hệ thống rectenna có cấu trúc cơ bản bao gồm các
phần tử như diode, tụ,… Điện áp đầu ra của anten tại tần 2.4GHz có dạng
sóng hình sin phụ thuộc vào khoảng cách truyền dẫn và năng lượng nó thu
được. Để chuyển đổi dịng xoay chiều AC thành dòng một chiều DC, điện
áp cần phải đi qua mạch chỉnh lưu như hình 4.

11


Phương pháp luận nghiên cứu khoa học

Cao Xuân Sơn-B17DCVT304

Hình 4. Sơ đồ mạch chỉnh lưu nhân áp đơn giản
Tuy nhiên vì điện áp anten thu được rất thấp nên để mạch chỉnh lưu hoạt
động hiệu quả hơn người ta sẽ sử dụng thêm mạch nhân áp. Giá trị tụ điện
C1 trong hình được chọn sao cho có thể ngắn mạch tại tần số 2.4 GHz và sử
dụng 2 diode Schottky trong mạch vì diode Schottky phù hợp với yêu cầu
thiết kế của mạch chỉnh lưu đó là có sụt áp chuyển tiếp thấp cùng với việc
có thể chuyển đổi nhanh. Sau khi xác định các phần tử của mạch chỉnh lưu,
ta phải tính tốn trở kháng đầu vào để thiết kế kích thước anten có trở kháng
phù hợp với trở kháng của mạch.
Để mô phỏng kết quả mạch thiết kế, đề tài sử dụng phần mềm Advanced
Design System (ADS) để thiết kế sơ đồ mạch.

Hình 5. Giao diện của phần mềm ADS
12


Phương pháp luận nghiên cứu khoa học

Cao Xuân Sơn-B17DCVT304

❖ Thách thức lớn nhất của việc thiết kế rectenna
- Thách thức lớn nhất của thiết kế rectenna là hiệu suất chuyển đổi năng
lượng của hệ thống khá thấp dẫn tới điện áp đầu ra cũng rất thấp làm hệ
thống khó sử dụng được rộng rãi. Với ngưỡng công suất tới thấp của sóng
viễn thơng trong mơi trường từ -10 dBm tới -20 dBm, việc sử dụng mạch
nhân đôi điện áp là phương án tối ưu về cơng suất tiêu thụ. Ngồi ra các
phần tử bán dẫn sử dụng cho mạch chỉnh lưu trong thiết kế phải có điện áp
rơi thấp, tần số đóng cắt nhanh cùng hiệu suất chuyển đổi tốt với trường hợp
cơng suất tới thấp.

- Ngồi ra việc thiết kế rectenna để có hiệu suất chuyển đổi cao mà kích
thước nhỏ gọn phù hợp với các thiết bị cảm biến khơng dây cũng là một khó
khăn.
❖ Tính hiệu suất chuyển đổi của mạch thu năng lượng
Hiệu suất của mạch thu hoạch năng lượng RF là tỷ lệ giữa năng lượng đầu ra của
mạch và năng lượng mà anten thu được từ môi trường:

Công thức Friis cho phép chúng ta tính được năng lượng anten nhận được theo
khoảng cách truyền dẫn như sau

Trong đó, 𝑃𝑇 là cơng suất của anten phát, 𝐺𝑇 và 𝐺𝑅 là đội lợi của anten truyền và
anten nhận, 𝜆 là bước sóng và 𝑅 là khoảng cách giữa anten phát với anten thu.
❖ Mơ hình đo kiểm kết quả
Để kiểm tra hiệu suất của mạch thu năng lượng được thiết kế, đo điện áp đầu ra so
với mật độ cơng suất trong phịng khơng dội âm. Mơ hình để đo được trình bày
trong hình sau

13


Phương pháp luận nghiên cứu khoa học

Cao Xuân Sơn-B17DCVT304

Hình 6. Mơ hình đo kiểm kết quả
Phía bên phát bao gồm 1 bộ tạo tín hiệu RF và anten phát (với 𝐺𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠 = 12 𝑑𝐵).
Để công suất vào cao hơn, chúng ta sử dụng 1 bộ khuếch đại năng lượng với độ lợi
30 dB tại bộ tại tín hiệu RF.
Bên thu chỉ có 1 bộ rectenna hồn chỉnh cùng với máy đo điện áp. Cơng suất anten
nhận được tính bởi cơng thức Friis ở trên.

9. Dự kiến phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu lý thuyết cơ bản liên quan về anten và mạch chuyển đổi năng lượng
- Thiết kế, mô phỏng, tối ưu hóa anten và mạch trên phần mềm máy tính.
- Xây dựng mơ hình phần cứng
- Đo đạc kết quả của mẫu thiết kế trong thực tế, so sánh kết quả mô phỏng và kết
quả đo.
10. Kế hoạch thực hiện đề tài
- Tìm hiểu lý thuyết về anten cơ bản cùng với lý thuyết về mạch chỉnh lưu nhân áp,
mạch lọc
- Lựa chọn các phần từ bán dẫn như diode, tụ,… phù hợp với yêu cầu thiết kế mạch
chuyển đổi năng lượng trong rectenna.
- Xây dựng mơ hình mạch thu năng lượng dựa trên các tham số của phần tử bán dẫn
đã lựa chọn và băng tần hoạt động dự kiến là 2.4 GHz. Tính tốn dịng, điện áp đầu
ra, trở kháng dự kiến của mạch.
- Mô phỏng và tối ưu hóa kết quả của mạch trên phần mềm mô phỏng ADS sao cho
mạch đáp ứng nhu cầu thiết kế..
- Từ các giá trị của mạch đã thiết kế. Tính tốn kích thước anten thu phù hợp.
- Xây dựng cấu trúc anten thu cho mạch chuyển đổi năng lượng.
- Mơ phỏng và tối ưu hóa anten trên phần mềm CST.
- Thiết kế - thi công mạch chuyển đổi năng lượng.
- Thiết kế - thi công anten thu năng lượng cho mạch.
14


Phương pháp luận nghiên cứu khoa học

-

Cao Xuân Sơn-B17DCVT304

Xây dựng mơ hình để đo kết quả của rectenna đề xuất.
Đo kết quả thực tế, so sánh kết quả đó với kết quả mơ phỏng. Đưa ra nhận xét để
hồn thiện mơ hình.

15