Phân tích, thiết kế và chế tạo anten kích thước nhỏ sử dụng vật liệu có cấu trúc đặc biệt cho hệ thống vô tuyến băng thông rộng

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

NHIỆM VỤ KHCN CẤP NHÀ NƯỚC THEO NGHỊ ĐỊNH THƯ
VỚI NƯỚC NGOÀI


BÁO CÁO TỔNG HỢP
KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ NHIỆM VỤ

“PHÂN TÍCH, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ANTEN KÍCH THƯỚC NHỎ
SỬ DỤNG VẬT LIỆU CÓ CẤU TRÚC ĐẶC BIỆT CHO HỆ THỐNG
THÔNG TIN VÔ TUYẾN BĂNG THÔNG RỘNG”

(MÃ SỐ
11/355/2008/HĐ-NĐT)


Cơ quan chủ trì nhiệm vụ: Khoa Điện tử - Viễn thông, ĐHBK
Hà Nội
Chủ nhiệm đề tài/dự án: TS. Vũ Văn Yêm

Hà Nội - 2010


1

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
NHIỆM VỤ KHCN CẤP NHÀ NƯỚC THEO NGHỊ ĐỊNH THƯ
VỚI NƯỚC NGOÀI


BÁO CÁO TỔNG HỢP
KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ NHIỆM VỤ
“PHÂN TÍCH, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ANTEN KÍCH THƯỚC NHỎ
SỬ DỤNG VẬT LIỆU CÓ CẤU TRÚC ĐẶC BIỆT CHO HỆ THỐNG
THÔNG TIN VÔ TUYẾN BĂNG THÔNG RỘNG”



Chủ nhiệm đề tài/dự án: Cơ quan chủ trì đề tài/dự án:




TS. Vũ Văn Yêm

Ban chủ nhiệm chương trình Bộ Khoa học và Công nghệ

Hà Nội - 2010

2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
HÀ NỘI
Khoa Điện tử - Viễn thông
__________________
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

Hà Nội, ngày tháng năm 2010



BÁO CÁO THỐNG KÊ
KẾT QUẢ THỰC HIỆN NHIỆM VỤ NGHỊ ĐỊNH THƯ

I. THÔNG TIN CHUNG
1. Tên đề tài/dự án: “Phân tích, thiết kế và chế tạo anten kích
thước nhỏ sử dụng vật liệu có cấu trúc đặc biệt cho hệ thống thông
tin vô tuyến băng thông rộng”
Mã số đề tài, dự án: 11/355/2008/HĐ-NĐT
Thuộc: Nhiệm vụ Khoa học Công nghệ theo nghị định thư với
nước ngoài
2. Chủ nhiệm đề tài/dự án:

Họ và tên: Vũ Văn Yêm
Ngày, tháng, năm sinh: 29.10.1975 Giới tính: Nam
Học hàm, học vị: Tiến sỹ
Chức danh khoa học: Phó giáo sư Chức vụ: Trưởng Bộ môn Hệ
thống viễn thông, Khoa Điện tử- Viễn thông, ĐHBK Hà Nội.
Điện thoại: Tổ chức: 04 - 38692242 Nhà riêng: 04-66509294
Mobile: 0945377046
Fax: 04-38692241 E-mail:

Tên tổ chức đang công tác: Trường Đại Học Bach Khoa Hà Nội
Địa chỉ tổ chức: số 1 phố Đại Cồ Việt, Hai Bà Trưng, Hà Nội
Địa chỉ nhà riêng: Số 6, Liền kề 13, Khu đô thị Xala, phường Phúc
la, Hà Đông, Hà nội
3. Tổ chức chủ trì đề tài/dự án:
Tên tổ chức chủ trì đề tài: Đại học Bách khoa Hà Nội
Điện thoại: 04 - 38692136 Fax: 04 - 38692241
E-mail:

Website: />
Địa chỉ: Số 1 Đại Cồ Việt, Hai Bà Trưng, Hà Nội
3

Họ và tên thủ trưởng tổ chức: GS.TS. Nguyễn Trọng Giảng
Số tài khoản: 301.01.007
Ngân hàng: Kho bạc nhà nước Hai Bà Trưng, TP.Hà nội
Tên cơ quan chủ quản đề tài: Bộ Giáo dục và Đào tạo

II. TÌNH HÌNH THỰC HIỆN
1. Thời gian thực hiện đề tài/dự án:
- Theo Hợp đồng đã ký kết: từ tháng 04/2008 đến tháng 04/2010

- Thực tế thực hiện: từ tháng 04/2008 đến tháng 4/2010
- Được gia hạn (nếu có):
2. Kinh phí và sử dụng kinh phí:
a) Tổng số kinh phí thực hiện: 1050 tr.đ, trong đó:
+ Kính phí hỗ trợ từ SNKH: 1050 tr.đ.
+ Kinh phí từ các nguồn khác: 0 tr.đ.
b) Tình hình cấp và sử dụng kinh phí từ nguồn SNKH:
Theo kế hoạch Thực tế đạt được
Số
TT
Thời gian
(Tháng, năm)
Kinh phí
(Tr.đ)
Thời gian
(Tháng, năm)
Kinh phí
(Tr.đ)
Ghi chú
(Số đề nghị
quyết toán)
1
2008
400 12/2008 400 400
2
2009
500 12/2009 650 650

4

c) Kết quả sử dụng kinh phí theo các khoản chi:
Đối với đề tài:
Đơn vị tính: Triệu đồng
Theo kế hoạch Thực tế đạt được
Số
TT
Nội dung
các khoản chi
Tổng SNKH Nguồn
khác
Tổng SNKH Nguồn
khác
1 Trả công lao động
(khoa học, phổ
thông)
482 482 488 488

2 Nguyên, vật liệu,
năng lượng
38 38 33 33

3 Thiết bị, máy móc 155 155 155 155

4 Đoàn ra 235 235 252 252

5 Đoàn vào 40 40 36 36

6 Chi khác 100 100 86 86

Tổng cộng
1050 1050 1050 1050

- Lý do thay đổi (nếu có):

3. Các văn bản hành chính trong quá trình thực hiện đề tài/dự án:
(Liệt kê các quyết định, văn bản của cơ quan quản lý từ công đoạn xác định nhiệm vụ, xét
chọn, phê duyệt kinh phí, hợp đồng, điều chỉnh (thời gian, nội dung, kinh phí thực hiện nếu
có); văn bản của tổ chức chủ trì đề tài, dự án (đơn, kiến nghị điều chỉnh nếu có)
Số
TT
Số, thời gian ban
hành văn bản
Tên văn bản Ghi chú
1 355/QĐ-BKHCN
Ngày 10/3/2008
Quyết định về việc phê duyệt các
nhiệm vụ hợp tác quốc tế về
khoa học và công nghệ theo nghị
định thư bắt đầu thực hiện từ
năm 2008

2 11/355/2008/HĐ-
NĐT
Ngày 08/5/2008
Hợp đồng thực hiện nhiệm vụ
hợp tác quốc tế về khoa học và
công nghệ theo Nghị định thư

3 2512/CV-
ĐHBK-HCTH
Ngày 25 tháng 12
năm 2009
Xin chuyển đổi thiết bị và kinh
phí đề tài nghị định thư
11/355/2008/HĐ-NĐT
- Xin chuyển
mua sắm máy
tính theo cấu
hình mới vì cấu
hình cũ không
còn trên thị
trường
- Chuyển kinh
phí đoàn ra lần 2
5

sang năm 2010
thay vị năm 2009

4. Tổ chức phối hợp thực hiện đề tài, dự án:
Tên tổ chức
đăng ký theo
Thuyết minh
Tên tổ chức đã
tham gia thực
hiện
Nội dung

Số
TT
Sản phẩm chủ
yếu đạt được
tham gia chủ
yếu
Ghi
chú*
1 Khoa công
nghệ, trường
đại học Khoa
học tự nhiên,
Đại học Quốc
gia Hà nội
Khoa Điện tử-
Viễn thông,
trường đại học
công nghệ, đại
học quốc gia
Hà nội
Tư vấn chuyên
môn
Hỗ trợ đo đạc
thực nghiệm
- Kết quả đo
phối hợp trở
kháng anten

2 Viện khoa học
công nghệ

quân sự Bộ
quốc phòng
Viện khoa học
công nghệ
quân sự Bộ
quốc phòng
Hỗ trợ đo đạc
thực nghiệm
Kết quả đo
phối hợp trở
kháng và đồ thị
phương hướng
anten

3 Viện kỹ thuật
bưu điện
Viện kỹ thuật
bưu điện
Hỗ trợ trong
tính toán mô
phỏng
Trao đổi kinh
nghiệm

4 Viện chiến
lược Thông tin
và Truyền
thông, Bộ TT
và TT
Hỗ trợ trong

tính toán mô
phỏng bằng
phương pháp
MoM, FDTD
Trao đổi kinh
nghiệm

5 Khoa Điện tử,
trường đại học
Bách Khoa
Torino
Khoa Điện tử,
trường đại học
Bách Khoa
Torino
Trao đổi kết
quả nghiên cứu
trong lĩnh vực
tối ưu, tính toán
trường điện từ
và thiết kế
anten
Hỗ trợ đo đạc
thực nghiệm
mẫu chế tạo lần
cuối

Mô hình anten
và giải thuật
GA

Số liệu, kết quả
đo anten

6

6 Khoa Điện tử,
trường đại học
Bách khoa
Milano, Italia
Khoa Điện tử,
trường đại học
Bách khoa
Milano, Italia
Tư vấn và trao
đổi chuyên môn

6 Khoa kỹ thuật
điện tử và hệ
thống thông
tin, trường đại
học Gifu, Nhật
bản
Khoa kỹ thuật
điện tử và hệ
thống thông
tin, trường đại
học Gifu, Nhật
bản
Hỗ trợ cung cấp
các kết quả tính

toán bằng phần
mềm thương
mại

7 Khoa Điện và
Điện tử, trường
đại học Chuo,
Nhật bản
Khoa Điện và
Điện tử, trường
đại học Chuo,
Nhật bản
Hỗ trợ các thuật
toán, kỹ năng
lập trình và mô
phỏng anten

- Lý do thay đổi (nếu có):

5. Cá nhân tham gia thực hiện đề tài, dự án:
(Người tham gia thực hiện đề tài thuộc tổ chức chủ trì và cơ quan phối hợp, không quá
10 người kể cả chủ nhiệm)
S
ố
T
T
Tên cá
nhân
đăng ký
theo

Thuyết
minh
Tên cá
nhân đã
tham gia
thực hiện
Nội dung tham gia
chính
Sản phẩm chủ
yếu đạt được
Ghi
chú
1 Vũ Văn
Yêm
Vũ Văn
Yêm
- Phụ trách chung
-Nghiên cứu tính
toán thiết kế chế tạo
anten băng siêu
rộng dùng vật liệu
điện tử chắn dải
EBG
-Nghiên cứu hệ
thống thông tin vô
tuyến băng siêu
rộng UWB
-Viết báo công bố
kết quả
-Viết báo cáo tổng

kết đề tài
- Mẫu anten vi dải
băng thông rộng,
siêu rộng sử dụng
vật liệu có cấu
trúc đặc biệt EBG
-Chuyên đề về
UWB và anten
UWB
-Bài báo đăng trên
kỷ yếu hội nghị,
tạp chí chuyên
ngành trong và
ngoài nước
-Báo cáo tổng kết

2 Đào Ngọc
Chiến
Đào Ngọc
Chiến
- Phụ trách tài chính
- Phát triển công cụ
-Công cụ tính toán
trường điện từ

7

tính toán mô phỏng
và thiết kế anten
-Giải thuật di truyền

GA kết hợp với
FDTD
-Viết báo công bố
kết quả
dùng phương pháp
FDTD kết hợp với
giải thuật di truyền
GA
-Bài báo đăng trên
kỷ yếu hội nghị,
tạp chí chuyên
ngành trong, ngoài
nước
3 Lâm Hồng
Thạch
Lâm Hồng
Thạch
Xây dựng quy trình
thiết kế anten vi dải
kích thước nhỏ
-Tính toán, mô
phỏng anten vi dải
UWB có tích hợp
EBG
-Báo cáo chuyên
đề về EBG và quy
trình thiết kế anten
vi dải kích thước
nhỏ

4 Vũ Thị
Minh Tú
Vũ Thị
Minh Tú
Thu thập, tổng hợp
các tài liệu, kỹ thuật
liên quan đến hệ
thống UWB, anten
vi dải…
-Chuyên đề về
anten vi dải băng
siêu rộng UWB

5 Vương
Hoàng
Nam
Vương
Hoàng
Nam
-Phát triển phần
mềm tính toán
trường điện từ với
sự trợ giúp của máy
tính cho các loại
anten vi dải
-Một số mô đun
trong công cụ tính
toán trường điện
từ dùng máy tính

6 Paola
Pirinoli
Paola
Pirinoli
Trao đổi, phát triển
phần mềm tính toán
trường điện từ dùng
phương pháp FDTD
Phần mềm tính
toán trường điện
từ dùng FDTD

7 Ricardo
Reina
Ricardo
Reina
Đo đạc thực
nghiệm, phát triển
giải thuật GA
Kết quả đo đạc
anten

- Lý do thay đổi (nếu có):

6. Tình hình hợp tác quốc tế:
Số
TT
Theo kế hoạch
(Nội dung, thời gian, kinh phí, địa
điểm, tên tổ chức hợp tác, số

đoàn, số lượng người tham gia )
Thực tế đạt được
(Nội dung, thời gian, kinh phí, địa
điểm, tên tổ chức hợp tác, số
đoàn, số lượng người tham gia )
Ghi
chú*

1 Khoa Điện tử, trường đại học Khoa Điện tử, trường đại học
8

Bách Khoa Torino,
Dipartimento di Elettronica,
Politecnico di Torino
Corso Duca degli Abruzzi
24, 10129 Torino, Italia.
- Trao đổi kết quả nghiên
cứu, tư vấn chuyên môn và
hỗ trợ, thực hiện đo đạc thực
nghiệm
- Số đoàn ra: 02 (01 đoàn
năm 2008 và 01 đoàn năm
2009)
- Số người tham gia: 06
Bách Khoa Torino,
Dipartimento di Elettronica,
Politecnico di Torino
Corso Duca degli Abruzzi
24, 10129 Torino, Italia.
- Trao đổi kết quả nghiên

cứu, tư vấn chuyên môn và
hỗ trợ, thực hiện đo đạc thực
nghiệm
- Số đoàn ra: 02 (01 đoàn
năm 2008 và 01 đoàn năm
2010)
- Số người tham gia: 06
- Lý do thay đổi (nếu có): Đổi thời gian đoàn ra thứ 2 từ năm 2009 sang
năm 2010 theo công văn số 2512/CV-ĐHBK-HCTH ngày 25 tháng 12
năm 2009 để thực hiện việc trao đổi chuyên môn và thực hiện đo đạc do
các mẫu anten chế tạo cuối năm 2009.

7. Tình hình tổ chức hội thảo, hội nghị:
Số
TT
Theo kế hoạch
(Nội dung, thời gian, kinh phí, địa
điểm )
Thực tế đạt được
(Nội dung, thời gian, kinh phí, địa
điểm )
Ghi
chú*
1 Hội nghị chuyên đề: 02 lần
chi phí 3 triệu đồng
Hội nghị chuyên đề 02 lần, chi
phí 03 triệu đồng

2 Hội thảo quốc tế 01 ngày vào
tháng 12/2009, chi phí 12

triệu đồng
- Hội thảo quốc tế ICCE 2008
02 ngày
- Seminar có sự tham gia của
đối tác nước ngoài: 01 ngày tại
ĐHBK HN vào tháng 1 năm
2010
- Seminar quốc tế có sự tham
gia của nhóm chủ trì đề tài phía
đối tác Ý, tháng 11 năm 2009
Chi phí 12 triệu đồng

- Lý do thay đổi (nếu có):

8. Tóm tắt các nội dung, công việc chủ yếu:
(Nêu tại mục 15 của thuyết minh, không bao gồm: Hội thảo khoa học, điều tra khảo
sát trong nước và nước ngoài)
Số
TT
Các nội dung, công việc
chủ yếu
Thời gian
(Bắt đầu, kết thúc
Người,
cơ quan
9

- tháng … năm)
(Các mốc đánh giá chủ yếu)
Theo kế

hoạch
Thực tế
đạt được
thực hiện
1 Thu thập và tổng hợp các tài
liệu, số liệu kỹ thuật có liên
quan đến phân tích và thiết
kế các loại anten vi dải kích
thước nhỏ sử dụng vật liệu
cấu trúc đặc biệt. Tiếp cận
với công nghệ thông tin vô
tuyến băng thông rộng và kỹ
thuật chế tạo vật liệu cấu trúc
đặc biệt
03/2008-
05/2008
04/2008-
9/2008
TS. Vũ Văn
Yêm, TS. Đào
Ngọc Chiến,
NCS. Vũ Thị
Minh Tú, NCS.
Lâm Hồng
Thạch, Khoa
Điện tử viễn
thông ĐHBKHN
2 Nghiên cứu và phát triển
phần mềm tính toán trường
điện từ với sự trợ giúp của

máy tính cho các loại anten
vi dải kích thước nhỏ sử dụng
vật liệu nhân tạo cấu trúc đặc
biệt
06/2008-
09/2009
06/2008-
2/2010
TS. Đào Ngọc
Chiến và các
cộng sự tại khoa
ĐTVT, ĐHBK
HN và một số
đối tác nước
ngoài
3 Ứng dụng phần mềm tính
toán đã được xây dựng để
phân tích và thiết kế tối ưu
một số mô hình anten theo
các ý tưởng đã được đề xuất
ban đầu. Tiến hành so sánh
các kết quả thu được bằng
việc sử dụng các phần mềm
thương mại
9/2009-
11/2009
9/2009-
4/2010
TS. Vũ Văn
Yêm, TS. Đào

Ngọc Chiến,
NCS. Lâm Hồng
Thạch, khoa
ĐTVT
ĐHBKHN
4 Chế tạo và đo đạc thực
nghiệm các mô hình anten
được thiết kế tối ưu bằng
máy tính
12/2009-
01/2010
12/2009-
5/2010
Đại học Bách
Khoa Torino,
Viện KHCN
quân sự Bộ quốc
phòng, Đại Học
Công nghệ, đại
học Quốc gia Hà
nội,
5 Xây dựng quy trình thiết kế
anten vi dải kích thước nhỏ
2/2010-
3/2010
2/2010-
4/2010
TS. Vũ Văn Yêm
và các cộng sự
6 Báo cáo tổng hợp 03/2010 05/2010 TS. Vũ Văn Yêm

và TS. Đào Ngọc
Chiến,ĐHBKHN
10

- Lý do thay đổi (nếu có):

III. SẢN PHẨM KH&CN CỦA ĐỀ TÀI, DỰ ÁN
1. Sản phẩm KH&CN đã tạo ra:
a) Sản phẩm Dạng I:
Số
TT
Tên sản phẩm và chỉ
tiêu chất lượng chủ yếu
Đơn
vị đo
Số
lượng
Theo kế hoạch
Thực tế
đạt được
1 Anten vi dải kích thước
nhỏ, băng thông siêu
rộng, sử dụng vật liệu có
cấu trúc đặc biệt
- Băng tần: 3.1 GHz-
10.6 GHz
- Tăng ích G: G ≥ 3 dBi
- Kích thước S (cm
2
): ≤

10 x 10
- Đồ thị bức xạ:
đẳng/định hướng
cái 03 - Băng tần: 3.1
GHz-10.6 GHz
- Tăng ích G:
G ≥ 3 dBi
- Kích thước S
(cm
2
): ≤ 10 x
10
- Đồ thị bức
xạ: đẳng/định
hướng

- Băng tần: 3.1
GHz-10.6 GHz
- Tăng ích G:
G ≥ 3 dBi
- Kích thước S
(cm
2
): ≤ 13 x
13
- Đồ thị bức
xạ:định hướng

- Lý do thay đổi (nếu có):

b) Sản phẩm Dạng II:
Yêu cầu khoa học
cần đạt

Số
TT
Tên sản phẩm

Theo kế hoạch Thực tế
đạt được
Ghi
chú
1 Thuật toán mới cho phân
tích và thiết kế anten vi dải
cho các hệ thống thông tin
vô tuyến băng thông rộng
dựa trên phương pháp tính
toán số học có kết hợp sử
dụng thuật toán tự động tối
ưu di truyền GA
-Dễ hiểu, dễ áp
dụng
-Phạm vi ứng dụng
rộng
-Dễ hiểu, dễ áp
dụng
-Phạm vi ứng
dụng rộng

2 Quy trình công nghệ cho

thiết kế và chế tạo anten vi
dải kích thước nhỏ
-Dễ dàng thực hiện
đối với những
người không có
chuyên môn sâu
-Có tính thực tế
cao
-Dễ dàng thực
hiện đối với
những người
không có chuyên
môn sâu
-Có tính thực tế
cao

11

- Lý do thay đổi (nếu có):

c) Sản phẩm Dạng III:
Yêu cầu khoa học
cần đạt

Số
TT
Tên sản
phẩm

Theo

kế hoạch
Thực tế
đạt được
Số lượng, nơi công bố
(Tạp chí, nhà xuất bản)
1 Phần mềm
tính toán
trường
điện tử
dùng cho
phân tích
và thiết kế
tối ưu
anten vi
dải với sự
trợ giúp
của máy
tính
-Năng lực tính
toán lớn, tốc độ
nhanh, yêu cầu
tài nguyên
phần cứng máy
tính thấp, thích
hợp chạy trên
các loại máy
tính cá nhân
thông thường
-Độ chính xác
và tin cậy cao

-Giao diện thân
thiện với người
sử dụng
Năng lực tính
toán lớn, tốc độ
nhanh, yêu cầu
tài nguyên
phần cứng máy
tính thấp, thích
hợp chạy trên
các loại máy
tính cá nhân
thông thường
-Độ chính xác
và tin cậy cao
-Giao diện thân
thiện với người
sử dụng

2 Bài báo
khoa học
3 - 5 bài 10 bài -Microwaves and Optical
Technology Letters, Wiley
-Research, Development
on Electronics,
Telecommunications and
Information technology
Journal
-International Conference
on Advanced

Technologies for
Communications
-IEEE international
Conference on
Antennas,Propagation,
and Systems
-International Conference
on Electromagnetics in
Advanced Applications
-International Conference
on Communications and
12

Electronics
- The 5
th
International
Workshop on Advanced
Materials Science and
Nanotechnology
(IWAMSN2010)
- Lý do thay đổi (nếu có):

d) Kết quả đào tạo:
Số lượng
Số
TT
Cấp đào tạo, Chuyên
ngành đào tạo
Theo kế

hoạch
Thực tế đạt
được
Ghi chú
(Thời gian
kết thúc)
1 Thạc sỹ, điện tử-viễn thông 04 04 12/2009
2 Tiến sỹ, điện tử-viễn thông 01 01 12/2012
- Lý do thay đổi (nếu có):

đ) Tình hình đăng ký bảo hộ quyền sở hữu công nghiệp, quyền đối với
giống cây trồng:
Kết quả
Số
TT
Tên sản phẩm
đăng ký
Theo
kế hoạch
Thực tế
đạt được
Ghi chú
(Thời gian kết
thúc)
1

2

- Lý do thay đổi (nếu có):
e) Thống kê danh mục sản phẩm KHCN đã được ứng dụng vào thực tế
Số
TT
Tên kết quả
đã được ứng dụng
Thời gian
Địa điểm
(Ghi rõ tên, địa
chỉ nơi ứng dụng)
Kết quả
sơ bộ
1
2

2. Đánh giá về hiệu quả do đề tài, dự án mang lại:
a) Hiệu quả về khoa học và công nghệ:
(Nêu rõ danh mục công nghệ và mức độ nắm vững, làm chủ, so sánh với trình độ
công nghệ so với khu vực và thế giới…)

- Nắm vững và làm chủ công nghệ tính toán, thiết kế, mô phỏng và chế
tạo anten vi dải kích thước nhỏ băng thông siêu rộng có tích hợp vật liệu
điện từ chắn dải EBG. Các mẫu anten vi dải được ứng dụng trong các hệ
13

thống thông tin vô tuyến băng siêu rộng để truyền các tín hiệu có băng
thông rộng như hình ảnh, dữ liệu tốc độ cao Ngoài ra các mẫu này còn
được dùng trong việc đào tạo đại học, sau đại học. Các mẫu anten thiết
kế, chế tạo được cũng đang được các cơ sở nghiên cứu của nước ngoài
thiết kế, chế tạo chưa có sản phẩm bán trên thị trường.

- Hiểu rõ và làm chủ các mô đun phần mềm tính toán thiết kế, tối ưu
anten được dùng để tính toán, thiết kế anten vi dải phục vụ cho việc đào
tạo đại học, sau đại học và nghiên cứu khoa học. Các mô đun phần mềm
tính toán thiết kế dựa trên phương pháp vi sai hữu hạn miền thời gian
FDTD đang được các trường đại học, viện nghiên cứu ở nước ngoài tập
trung nghiên cứu hoàn thiện.
- Các kết quả đạt được thông qua thực hiện nhiệm vụ là rất mới ngang
tầm với các nước phát triển, đi trước so với trong nước. Các kết quả
nghiên cứu công bố thông qua các bài báo có trình độ ngang tầm khu vực
và thế giới.

b) Hiệu quả về kinh tế xã hội:
(Nêu rõ hiệu quả làm lợi tính bằng tiền dự kiến do đề tài, dự án tạo ra so với các sản
phẩm cùng loại trên thị trường…)
Hiện nay trên thị trường mới chỉ bán một số mẫu anten vi dải băng siêu
rộng không có tích hợp vật liệu EBG với giá thành khá cao từ vài chục đến
vài nghìn đô la mỹ cho mỗi mẫu anten tùy theo chất lượng. Còn đối với
các anten vi dải băng siêu rông có tích hợp EBG chưa thấy xuất hiện trên
thị trường mà chỉ mới công bố trong các phòng thí nghiệm nghiên cứu ở
nước ngoài.
Còn đối với sản phẩm là chương trình phần mềm mang lại hiệu quả kinh
tế lớn. Hiện nay các phần mềm thương mại cho tính toán thiết kế, mô
phỏng anten bán với giá thành rất cao (22 000 USD với phần mềm CST,
40 000 USD với phần mềm HFSS ). Tuy nhiên đây là phần mềm hoàn
thiện với rất nhiều tính năng. Đề tài mới tạo ra được các mô đun tính toán
cơ bản trường điện từ bằng phương pháp số. Để ra được sản phẩm thương
mại được cần có thêm thời gian và tài chính để tiếp tục hoàn thiện và thử
nghiệm.
Các mẫu anten băng siêu rộng dùng vật liệu có cấu trúc EBG có thể ứng
dụng cho truyền thông vô tuyến băng siêu rộng với tốc độ dữ liệu rất cao

trong các tòa nhà, ứng dụng trong hệ thống radar băng siêu rộng dùng
trong quân sự



14

3. Tình hình thực hiện chế độ báo cáo, kiểm tra của đề tài, dự án:
Số
TT
Nội dung
Thời gian
thực hiện
Ghi chú
(Tóm tắt kết quả, kết luận
chính, người chủ trì…)
I Báo cáo định kỳ
Lần 1 07/5/2009
Lần 2 5/7/2009 Báo cáo kết quả và đánh
giá hiệu quả các nhiệm
vụ nghị định thư giai
đoạn 2004-2008.


Lần 3 14/11/2009
II Kiểm tra định kỳ
Lần 1 20/11/2009 tại
Đại Học Bách
Khoa Hà Nội
- Hoàn thành đúng tiến

độ theo thuyết minh đề
tài, các chuyên đề đầy đủ,
sản phẩm đáp ứng đủ các
yêu cầu
- Đã cấp đầy đủ kinh phí
- Cần tiến hành giải ngân
theo đúng tiến độ
chủ trì: ông Lưu Trường
Đệ

III Nghiệm thu cơ sở 5/2010




Chủ nhiệm đề tài
(Họ tên, chữ ký)





Vũ Văn Yêm
Thủ trưởng tổ chức chủ trì
(Họ tên, chữ ký và đóng dấu)

15


1




BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
  


BÁO CÁO TỔNG KẾT
NHIỆM VỤ KHCN CẤP NHÀ NƢỚC THEO NGHỊ ĐỊNH THƢ VỚI
NƢỚC NGOÀI

Tên đề tài:
PHÂN TÍCH, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ANTEN KÍCH THƯỚC NHỎ SỬ
DỤNG VẬT LIỆU CÓ CẤU TRÚC ĐẶC BIỆT CHO HỆ THỐNG THÔNG TIN
VÔ TUYẾN BĂNG THÔNG RỘNG

Mã số: 11/355/2008/HĐ-NĐT

Chủ nhiệm đề tài: TS. VŨ VĂN YÊM
Thời gian thực hiện: 4/2008 - 4/2010

2

MỤC LỤC
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 6
DANH MỤC HÌNH VẼ 8
DANH MỤC BẢNG BIỂU 11

PHẦN I- TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
I. TÓM TẮT 12
II. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 13
III. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 16
IV. CÁCH TIẾP CẬN CỦA ĐỀ TÀI 17
V. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 18
VI. PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 19
VII. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 19
VIII. DANH SÁCH CÁN BỘ, NGHIÊN CỨU SINH, HỌC VIÊN
CAO HỌC VÀ SINH VIÊN THAM GIA THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 21

PHẦN II- KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
Chƣơng 1. Hệ thống thông tin vô tuyến băng siêu rộng UWB 23
1.1 Giới thiệu về công nghệ UWB 23
1.2 Ƣu điểm của công nghệ UWB 26
1.3 Thách thức đối với UWB 28
1.4 Tín hiệu và hệ thống UWB 29
1.4.1 Kỹ thuật UWB phát xung 29
1.4.2 Kỹ thuật UWB đa sóng mang 30
1.4.2.1 Hướng tiếp cận trải phổ 30

1.4.2.2 UWB đa băng 32
1.4.2.3 UWB đa băng dùng OFDM 32

3

1.4.3 Dạng sóng xung dùng trong UWB 32
1.4.4 Các phƣơng pháp điều chế dữ liệu 33
1.4.5 Các phƣơng pháp đa truy nhập 35
1.4.5.1 Kỹ thuật nhảy thời gian 35
1.4.5.2 Đa truy nhập phân chia theo tần số 35
1.4.5.3 Đa truy nhập xung trực giao 35
1.4.6 Kỹ thuật thu UWB 36
1.4.6.1 Tách năng lượng 36
1.4.6.2 Bộ thu tương quan 36
1.4.6.3 Bộ thu Rake 36
1.5 Các ứng dụng của UWB 37

Chƣơng 2. Anten trong hệ thống thông tin vô tuyến băng siêu rộng UWB 38
2.1 Các tham số cơ bản của anten 38
2.2 Yêu cầu kỹ thuật của anten UWB 39
2.3 Nền tảng lý thuyết thiết kế anten UWB 43
2.3.1 Phân loại anten UWB 43
2.3.2 Cơ sở lý thuyết thiết kế anten UWB 43
2.3.2.1 Giới thiệu về anten vi dải. 44
2.3.2.2 Anten độc lập tần số 49
Chƣơng 3. Phƣơng pháp vi sai hữu hạn miền thời gian FDTD và giải thuật di
truyền GA trong thiết kế, tính toán, tối ƣu anten UWB 55
3.1 Giới thiệu về phƣơng pháp vi sai hữu hạn miền thời gian FDTD 55
3.2 Phƣơng pháp vi sai hữu hạn miền thời gian FDTD 56
3.2.1 Công thức cơ bản 56

3.2.2 Giới thiệu phƣơng pháp FDTD 58
3.2.3 Tính ổn định của thuật toán 60
3.2.4 Điều kiện biên hấp thụ 60

4

3.2.5 Điều kiện biên hấp thụ của Mur 61
3.2.6 Nguồn sóng 64
3.2.7 Kích thƣớc của cell 65
3.2.8 Kích thƣớc bƣớc thời gian cho việc ổn định 66
3.2.9 Đồ thị phƣơng hƣớng 67
3.3. Giải thuật di truyền GA và ứng dụng trong tối ƣu các thông số của anten 69
3.3.1 Lịch sử ra đời GA 69
3.3.2 Giải thuật GA và bài toán tối ƣu các tham số anten 69
3.3.3 Ứng dụng của GA trong thiế kế và tối ƣu anten vi dải 71
3.3.4. Tối ƣu hóa băng thông và giảm kích thƣớc anten vi dải bằng việc
kết nối chƣơng trình GA với phần mềm mô phỏng HFSS và FDTD 72
3.4. Giao diện công cụ tính toán và một số kết quả điển hình 76
3.4.1. Giao diện công cụ và các thông số đầu vào 76
3.4.2. Một số kết quả mô phỏng điển hình 78

Chƣơng 4. Cấu trúc điện tử chắn dải EBG và ứng dụng trong thiết kế anten 82
4.1 Giới thiệu về EBG 82
4.2 Cơ sở lý thuyết 83
4.2.1 Định lý Bloch và đồ thị tán sắc 83
4.2.2 Các phƣơng pháp số học mô hình hóa cấu trúc EBG 86
4.3 Nghiên cứu cấu trúc EBG 2 chiều. 86
4.3.1 Giới thiệu cấu trúc EBG 86
4.3.2 Các mô hình lý thuyết nghiên cứu cấu trúc EBG hình nấm 87
4.3.3 Đặc tính của cấu trúc EBG hình nấm 91

4.3.4 Phân tích cấu trúc EBG hình nấm bằng máy tính 96
4.4 Ứng dụng của EBG trong thiết kế anten 103
4.4.1 Ứng dụng đặc tính pha phản xạ 104
4.4.2 Ứng dụng tính chất triệt sóng mặt 106
4.4.3 Ứng dụng EBG trong thiết kế anten vi dải 108
Chƣơng 5. Thiết kế, mô phỏng, chế tạo một số anten UWB sử dụng EBG . 109
5.1 Thiết kế anten UWB 109

5

5.2 Thiết kế cấu trúc EBG 113
5.3 Chế tạo thử nghiệm một số anten có tích hợp EBG 119
5.3.1. Anten có tích hợp EBG không có vias 119
5.3.2 Anten có tích hợp EBG có vias 123
5.3.3 Anten xoắn ốc hai cánh có tích hợp LEBG 126
Chƣơng 6- Tóm tắt các kết quả đạt đƣợc, kết luận và kiến nghị 138
6.1. Các kết quả nghiên cứu đạt đƣợc 138
6.2. Kết luận và kiến nghị 154
TÀI LIỆU THAM KHẢO 156

6

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Tên viết tắt
Tên thuật ngữ đầy đủ
Tạm dịch
UWB
Ultra Wide Band
Băng thông siêu rộng

FCC

Federal Communications
Commission


Ủy ban truyền thông liên bang
Mỹ
RF
Frequency Radio
Tần số sóng vô tuyến

EBG
Electromagnetic Bandgap
Khe dải điện từ
LEBG
Loaded Electromagnetic
Bandgap
Khe dải điện từ điện trở


OFDMA

Orthogonal Frequency Division
Multip Access


Đa truy nhập phân chia tần số
trực giao
QoS
Quality of System
Chất lƣợng dịch vụ
PBG
Photonic Bandgap
Khe dải ánh sáng
PDN
Power Distribution Network
Mạng phân phối nguồn
SSN
Simultaneous Switching Noise
Nhiễu chuyển mạch đồng thời
FSS

Frequency Selective Surface
Bề mặt lựa chọn tần số
HIS
High Impedance Surface
Bề mặt trở kháng cao
AI EBG
Alternating Impedance
Electromagnetic Bandgap
Khe dải điện tử trở kháng biến
đổi
GA
Genetic Algorithm
Thuật toán di truyền
ADC
Analog Digital Converter
Bộ chuyển đổi tƣơng tự - số
AMC
Artificial Magnetic Conductor
Chất dẫn từ nhân tạo
DS –
CDMA
Direct Sequence Code Division
Multiplex Access
Đa truy nhập phân chia theo
mã dùng kỹ thuật trải phổ trực
tiếp
EMC
Electromagnetic Compatibility
Tƣơng tích trƣờng điện từ
EMI

Electromagnetic Interference
Giao thoa trƣờng điện từ
FB
Fractional Bandwidth
Băng thông thành phần
FDM
Frequency Division
Multiplexing
Ghép kênh

7


FDTD
Finite Difference Time Domain
Vi phân hữu hạn miền thời
gian
FSS
Frequency Selective Surface
Bề mặt chọn lọc tần số
ISI
Intersymbol Interference
Giao thoa giữa các ký hiệu
MAI
Multi Acess Interference
Giao thoa/ nhiễu đa truy nhập
MIMO
Multiple Input Multiple Output
Nhiều đầu vào nhiều đầu ra
OFDM

Orthogonal Frequency Division
Multiplexing
Điều chế đa sóng mang trực
giao
OOK
On – Off Keying
Khóa „bật - tắt‟
PAM
Pulse Amplitude Modulation
Điều chế biên độ xung
PBG
Photonic Band Gap
Dải chắn Photonic
PEC
Pecfect Electric Conductor
Chất dẫn điện hoàn hảo
PG
Processing Gain
Tăng ích xử lý
PMC
Perfect Magnetic Conductor
Chất dẫn từ hoàn hảo
PPM
Pulse Position Modulation
Điều chế vị trí xung
PSM
Pulse Shape Modulation
Điều chế hình dạng xung
PWE
Plane Wave Expansion

Sự lan truyền sóng phẳng
TH – IR
Time – Hopping Impulse Radio
Radio xung nhảy thời gian
TH – PPM
Time Hopping Pulse Position
Modulation
Điều chế vị trí xung nhảy thời
gian
TMM
Transmission Matrix Method
Phƣơng pháp ma trận truyển
dẫn
ABC
Absorting Boundary Condition
Điều kiện đƣờng biên hấp thụ
PML
The Perfectly Matched Layer
Lớp phối hợp hoàn hảo
EM
Electromagnetic
Trƣờng điện từ
RL
Returrn loss
Hệ số tổn hao ngƣợc
FFT
Fast Fourier Transform
Biến đổi Fourier nhanh
DFT
Discrete Fourier Transform

Biến đổi Fourier rời rạc

8

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Chiếm dụng phổ tẩn của công nghệ UWB
Hình 1.2 Mặt nạ phổ công suất cho UWB trong nhà
Hình 1.3 Mặt nạ phổ công suất cho UWB ngoài trời
Hình 1.4 Phân chia dải tần trong UWB
Hình 1.5. UWB tồn tại cùng các hệ thống thông tin băng hẹp khác
Hình 1.6. Sơ đồ khối máy thu phát UWB dạng xung dùng kỹ thuật TH-PPM
Hình 1.7. Các kỹ thuật trải phổ đa sóng mang dùng trong UWB
Hình 1.8. Phân bổ băng tần theo đề xuất của MBOA
Hình 1.9. Dạng sóng miền thời gian xung Gaussian và các biến thể
Hình 1.10. Phổ các xung trong miền tần số
Hình 1.11. Sơ đồ khối máy thu dùng kỹ thuật tách năng lƣợng
Hình 1.12. Bộ thu tƣơng quan
Hình 2.1. Trở kháng vào anten
Hình 2.2. Minh họa hệ thống anten phát và thu
Hình 2.3. Minh họa biến đổi của dạng sóng xung theo hƣớng bức xạ
Hình 2.4. Cấu trúc anten vi dải kiểu phiến
Hình 2.5. Tiếp điện kiểu đầu dò đồng trục
Hình 2.6. Tiếp điện dùng đƣờng vi dải
Hình 2.7. Tiếp điện kiểu ghép nối điện từ
Hình 2.8. Tiếp điện kiểu ghép nối qua khe
Hình 2.9. Tiếp điện dẫn sóng đồng phẳng
Hình 2.10. Các mạng biến đổi trở kháng trong thực tế
Hình 2.11. Minh họa lý thuyết vòng bức xạ
Hình 2.12. Anten xoắn ốc mặt theo nguyên lý tự bù
Hình 2.13. Minh họa anten Archimedean 2 cánh tự bù

Hình 3.1. Cách chia cell trong FDTD
Hình 3.2. Tính toán trƣờng trong FDTD
Hình 3.3. Sơ đồ khối thực hiện mô phỏng trong HFSS / CST
Hình 3.4. Lƣu đồ thuật toán của thuật giải di truyền GA trong tối ƣu các tham
số anten
Hình 3.5. Lƣu đồ quá trình tính toán mô phỏng anten bằng phƣơng pháp
FDTD
Hình 3.6. Mô hình anten đƣợc xây dựng dựa trên các khối vật liệu xếp liền kề
Hình 3.7. Meshing không đồng dạng các khối vật liệu
Hình 3.8. Giao diện công cụ mô phỏng anten dựa trên phƣơng pháp FDTD
Hình 3.9. Đồ thị tổn hao ngƣợc của anten mô phỏng.
Hình 3.10. Đồ thị bức xạ tại các tần số trong băng tần thiết kế
Hình 3.11. Đồ thị tăng ích của anten theo tần số

9

Hình 4.1 Minh họa cấu trúc EBG 3D, 2D (từ trái qua)
Hình 4.2 Cấu trúc EBG và cấu trúc đơn vị
Hình 4.3 Một cấu trúc tuần hoàn 2 chiều và miền Brillouni
Hình 4.4 Cấu trúc EBG hình nấm
Hình 4.5 EBG và mô hình tƣơng đƣơng LC
Hình 4.6 Mô hình đƣờng truyền cho trƣờng hợp sóng mặt
Hình 4.7 Mô hình đƣờng truyền áp dụng cho sóng phẳng
Hình 4.8 Phiến kim loại để tính trở kháng sóng mặt
Hình 4.9 Sự lan truyền sóng mặt trên phần giao giữa hai vật liệu không đồng
nhất
Hình 4.10 Đồ thị tán sắc rút ra từ mô hình LC
Hình 4.11 Minh họa đồ thị pha phản xạ của EBG
Hình 4.12 Một unit cell
Hình 4.13 Mô hình mô phỏng tham số tán xạ

Hình 4.14 Tham số tán xạ S
21
(ω) của cấu trúc EBG
Hình 4.15 Sự phụ thuộc dải chắn vào W
Hình 4.16 Sự phụ thuộc dải chắn vào r
Hình 4.17 Mô hình mô phỏng đồ thị tán sắc EBG
Hình 4.18 Đồ thị tán sắc cấu trúc EBG
Hình 4.19 Minh họa pha phản xạ của cấu trúc EBG hình nấm
Hình 4.20 Sự phụ thuộc pha phản xạ vào W
Hình 4.21 Sự phụ thuộc pha phản xạ vào g
Hình 4.22 Sự phụ thuộc pha phản xạ vào h
Hình 4.23 Sự phụ thuộc pha phản xạ vào hằng số điện môi
Hình 4.24 Lƣỡng cực điện đặt gần PEC/PMC và EBG
Hình 4.25 Tham số s11 trong các trƣờng hợp PEC, PMC, EBG
Hình 4.26 Dải tần hiệu quả của lƣỡng cực và pha phản xạ của EBG
Hình 4.27 Đồ thị bức xạ của lƣỡng cực khi: b. đặt trên mặt phẳng đất

10

c. đặt trên EBG tại tần số trong dải chắn – d. tần số ngoài dải chắn
Hình 5.1 Minh họa đƣờng xoắn ốc vi dải Archimedean
Hình 5.2 Minh họa mô hình anten trên phần mềm mô phỏng
Hình 5.3 Kết quả s11 trong trƣờng hợp có đất
Hình 5.4 Minh họa một unit cell và mặt cắt cấu trúc EBG
Hình 5.5 Mô hình mô phỏng anten có tích hợp EBG
Hình 5.6 Pha phản xạ của cấu trúc EBG
Hình 5.7 S11 khi có EBG
Hình 5.8 Đồ thị phƣơng hƣớng bức xạ trong mặt phẳng XZ
Hình 5.9 Đồ thị phƣơng hƣớng bức xạ trong mặt phẳng YZ
Hình 5.10 Đồ thị S21 của cấu trúc EBG không có vias

Hình 5.11 Đồ thị S21 của cấu trúc EBG có vias
Hình 5.12 Đồ thị S11 của anten với EBG có vias
Hình 5.13 Đồ thị phƣơng hƣớng bức xạ anten EBG có vias mặt phẳng XZ
Hình 5.14 Đồ thị phƣơng hƣớng bức xạ anten EBG có vias mặt phẳng YZ
Hình 5.15 Ảnh chụp mẫu thiết kế
Hình 5.16 Kết quả đo S11 trên VNA Anritsu 37247
Hình 5.17 Buồng đo đồ thị phƣơng hƣớng bức xạ
Hình 5.18 Mẫu anten thiết kế và anten phát
Hình 5.19 Kết quả đo đồ thị hƣớng (mặt phẳng XZ)
Hình 5.20 Ảnh chụp mẫu thiết kế EBG có vias
Hình 5.21 Quá trình đo phối hợp trở kháng ở đầu vào của anten chế tạo dùng
máy phân tích mạng siêu cao tần VNA
Hình 5.22 Kết quả đo S11 trên VNA Anritsu 37369D
Hình 5.23 Mô hình thiết kế Ăngten xoắn ốc
Hình 5.24 Mô hình vật liệu LEBG
Hình 5.25 Mạch tƣơng đƣơng của cấu trúc LEBG
Hình 5.26 Mạch tƣơng đƣơng khe điện trở
Hình 5.27 Mô hình ăngten có tích hợp LEBG
Hình 5.28 Đồ thị hệ số phản xạ S
11
của ăng ten
Hình 5.29 So sánh đồ thị phối hợp trở kháng của ăng ten với tấm đế PEC và
LEBG
Hình 5.30 Đồ thị phƣơng hƣớng 3D ở tần số 3.5GHz
Hình 5.31 Đồ thị phƣơng hƣớng ở tần số f=6.5GHz
Hình 5.32 Đồ thị phƣơng hƣớng ở tần số f=10GHz
Hình 5.33 Đồ thị phân bố dòng điện của ăngten
Hình 5.34 RHCP của ăngten LEBG
Hình 5.35 RHCP của ăngten PEC
Hình 5.36 Ảnh chụp mẫu LEBG chế tạo

Hình 5.37 Ảnh chụp mẫu anten xoắn ốc hai cánh có tích hợp LEBG