Nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ cấp thành phố

Thuyết minh đề tài
Nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ cấp thành phố
1
I. Thông tin chung về đề tài
1
Tên đề tài:
2
Mã số:
Thiết kế, chế tạo và triển khai thực nghiệm anten
thẩm mỹ (ngụy trang) cho trạm gốc BTS trong hệ
thống thông tin di động 2G và 3G trên địa bàn
Hà Nội.
Số Quyết định:
3 Thời gian thực hiện: 24 tháng
(Từ tháng 01/ 2012 đến tháng 12/2013)
4 Cấp quản lý
Nhà Bộ Cơ
n•ớc TP sở
II. Mục tiêu, nội dung KH&CN và ph•ơng án tổ chức thực hiện đề tài
13 Mục tiêu của đề tài (bám sát và cụ thể hoá định
h
•
ớng
mục tiêu theo đặt hàng - nếu có)
1. Nghiên cứu thiết kế và chế tạo hệ thống anten thẩm mỹ (ngụy trang) cho trạm gốc
BTS trong hệ thống thông tin di động 2G và 3G với cấu hình 03 phần tử anten và
phân cực ± 45 độ, bán kính phủ sóng tối đa 3 km.
2. Xây dựng đ•ợc thuyết minh kỹ thuật của sản phẩm anten thẩm mỹ.
3. Triển khai thử nghiệm trên 03 trạm gốc BTS thuộc địa bàn Thành phố Hà
Nội nhằm mục tiêu quy hoạch mạng l•ới các trạm BTS, đảm bảo mỹ quan đô thị,
đảm bảo an toàn cơ khí và an toàn bức xạ theo Quy chuẩn Việt Nam số

QCVN
8:2010/BTTTT.
4. Tham gia đào tạo sau đại học, góp phần cung cấp nguồn nhân lực trình độ cao c
ho
phát triển kinh tế
–
xã hội của Thủ đô.
14 Tình trạng đề tài (đánh dấu ỹ vào ô cần đánh dấu)
Mới Kế tiếp h•ớng nghiên cứu của chính nhóm tác giả
Kế tiếp h•ớng nghiên cứu của ng•ời khác
15 Tổng quan tình hình nghiên cứu, luận giải về mục tiêu và những nội dung
nghiên cứu của đề tài
15.1. Đánh giá tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề
tài
Ngoài n
•
ớc (Phân tích, đánh giá
đ
•
ợc
những công trình nghiên cứu có liên quan và những kết qu
ả
nghiên cứu mới nhất trong lĩnh vực nghiên cứu của đề tài; nêu
đ
•
ợc
những
b
•
ớc

tiến về trình độ
KH&CN của những kết quả nghiên cứu đó):
1
Thuyết minh đ
•
ợc trình bày và in ra trên khổ giấy A4
Trong hai thập kỷ gần đây, cùng với sự gia tăng nhanh chóng về nhu cầu của
ng•ời
sử dụng đối với các dịch vụ thông tin và truyền thông, các hệ thống thông tin di động
đang có đ•ợc những b•ớc phát triển v•ợt bậc về công nghệ nhờ đó đ•a đến cho
xã
hội ngày càng nhiều loại hình dịch vụ với tốc độ truyền dẫn ngày càng cao.
Với vai trò biến đổi năng l•ợng ràng buộc thành năng l•ợng tự do và ng•ợc lại, hệ
thống anten luôn đóng một vai trò đặc biệt quan trọng đối với chất l•ợng dịch vụ của
các hệ thống thông tin di động. Vì lý do đó, việc nghiên cứu, phát triển, nâng cao
hiệu suất của hệ thống anten trong các hệ thống thông tin vô tuyến nói chung, thông
tin di động nói riêng đã và đang thu hút đ•ợc sự quan tâm một cách đặc biệt từ cả các
nhà nghiên cứu, các kỹ
s•
chế tạo và các hãng sản xuất thiết bị.
Nhiều mô hình anten đi đôi với các kỹ thuật xử lý tín hiệu mới đã đ•ợc các nhà
khoa học trên thế giới nghiên cứu đề xuất. Cụ thể nh• các công trình khoa học sau:
[1]. P. Bernardi, M. Cavagnaro, L. Cristoforetti, M. Mazzurana, S. Pisa, E.
Piuzzi,
R. Pontalti, L. Sandrini, “Evaluation of human absorption in near field of a
BTS
antenna,” 2004 IEEE MTT-S International Microwave Symposium, vol. 3, pp. 1449 -
1452, 2004.
[2]. S. K. Ibrakee, J. M. Rigelsford, “A broadband antenna for GSM1800 and
UMTS BTS applications,” Proceedings of the 5th European Conference on Antennas

and Propagation, pp. 511
–
513, 2011.
[3]. S. Ebadi, N. Amiri, K. Forooraghi, “A low sidelobe level nonequispaced
microstrip array antenna design for BTS application using genetic algorithm,”
2005
IEEE International Symposium on Microwave, Antenna, Propagation and EMC
Technologies for Wireless Communications, vol. 1, pp. 20 - 22, 2005.
[4]. S. Ebadi, N. Amiri, K. Forooraghi, “Element positioning applied to a low
sidelobe level GSM base station array antenna design using genetic algorithm,”
2005
IEEE International Symposium on Microwave, Antenna, Propagation and EMC
Technologies for Wireless Communications, vol. 1, pp. 196 - 198, 2005.
[5]. K. M. Aghdam, S. Radiom, G. Vandenbosch, G. Gielen, “A dual-band printed
dipole antenna for indoor GSM-BTS applications,” 2009 European Microwave
Conference, pp. 634 - 637, 2009.
Trong đó, ở [1] các tác giả đã đ•a ra những đánh giá khoa học và có hệ thống về
những ảnh h•ởng do hấp thụ sóng điện từ bức xạ từ các trạm BTS đến cơ thể
con ng•ời trong khu tr•ờng gần. Một mô hình anten băng thông rộng có khả năng
hoạt
động tốt ở cả hai hệ thống GSM 1800 MHz và UMTS (3G) 2100 MHz đã đ•ợc
thiết kế và chế tạo thử nghiệm [2]. ở các hệ thống anten trạm BTS, vấn đề búp sóng
phụ cũng là một trong những thử thách đối với các nhà thiết kế anten. Các búp sóng
phụ là nguyên nhân gây nên hiện t•ợng nhiễu giữa các anten phần tử lân cận trong
cùng một trạm BTS. Để giảm thiểu ảnh h•ởng này thuật giải di truyền đã đ•ợc Ebadi
cùng các đồng nghiệp [3], [4] sử dụng trong quá trình thiết kế tối •u anten với búp
sóng phụ đ•ợc giảm thiểu. Ngày nay, bên cạnh các hệ thống trạm gốc BTS đ•ợc lắp
đặt ngoài trời thì các trạm gốc BTS lắp đặt trong các tòa nhà cao tầng cũng luôn
đ•ợc
quan tâm đặc biệt để cung cấp dịch vụ có chất l•ợng cao cho các thuê bao ở trong

các tòa nhà cao tầng. Anten đ•ợc đề cập trong [5] chính là một mô hình anten trong
nhà nh• vậy.
(a) (b) (c)
Hình 1. Một số mô hình anten thẩm mỹ (ngụy trang): (a) dạng ống khói; (b)
dạng cây dừa, (c) dạng thùng
n•ớc
.
Có thể thấy rằng, hiện nay việc nghiên cứu và phát triển các mô hình anten mới,
có những thuộc tính phù hợp với phát triển của công nghệ, đồng thời có thẩm mỹ cao
khi đ•ợc lắp đặt trong các đô thị lớn luôn đ•ợc các nhà khoa học ngoài n•ớc quan
tâm một cách đặc biệt. Một số mẫu anten thẩm mỹ điển hình đ•ợc trình bày trong
Hình 1.
Trong n
•
ớc (Phân tích, đánh giá tình hình nghiên cứu trong
n
•
ớc
thuộc lĩnh vực nghiên cứu của
đề
tài, đặc biệt phải nêu cụ thể
đ
•
ợc
những kết quả KH&CN liên quan đến đề tài mà các cán bộ tham
gia
đề tài đã thực hiện. Nếu có các đề tài cùng bản chất đã và đang
đ
•
ợc

thực hiện ở cấp khác, nơi khác
thì phải giải trình rõ các nội dung kỹ thuật liên quan đến đề tài này; Nếu phát hiện có đề tài đang tiến
hành mà đề tài này có thể phối hợp nghiên cứu
đ
•
ợc
thì cần ghi rõ tên đề tài, tên Chủ nhiệm đề tài
và Cơ quan chủ trì đề tài đó):
Không nằm ngoài xu h•ớng phát triển của thế giới, lĩnh vực nghiên cứu và phát triển
các hệ thống anten thế hệ mới có khả năng hoạt động đa băng tần, hoặc băng thông
rộng, hiệu suất bức xạ cao, kích th•ớc nhỏ, độ tăng ích lớn cũng đang đ•ợc các nhà
khoa học tại các cơ sở nghiên cứu và đào tạo trong n•ớc quan tâm. Hiện nay, trong
lĩnh vực anten và siêu cao tần, tại Việt Nam có một số nhóm nghiên cứu lớn
nh•:
1. Khoa Điện tử
–
Viễn thông, Tr•ờng ĐH Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội.
2. Khoa Điện tử, Học viện Kỹ thuật Quân sự.
3. Khoa Điện - Điện tử, Tr•ờng ĐH Bách Khoa, Đại học Quốc gia TP. HCM.
4. Khoa Điện - Điện tử, Tr•ờng ĐH Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng.
5. Viện Điện tử, Viện Khoa học và Công nghệ Quân sự.
6. Viện Điện tử
–
Viễn thông, Tr•ờng ĐH Bách Khoa Hà Nội.
Với số l•ợng các nhà khoa học đông đảo, nhiều kinh nghiệm, nhiều đề tài, dự án
nghiên cứu khoa học các cấp đã đ•ợc thực hiện, từ đó nhiều công trình khoa học có
giá trị đã đ•ợc công bố trên các tạp chí và hội thảo khoa học chuyên ngành. Điển
hình có thể kể ra một số công trình nh• sau:
[1]. T. V. B. Giang, “The Curvature Influence on the Input Impedance of
Microstrip Antennas on Hemispherical Structures,” in Proc. International

Conference on Communications and Electronics, 2010.
[2]. P. H. Phuong, H. D. Minh, L. V. Hao, “Study of EM-Field Radiated from An
Antenna in Non-Homogeneous Media” in Proc. of the 2004 Int. Symp. On Advanced
Science and Engineering, pp.160-164, May 2004.
[3]. L. H. Truong and D. N. Chien, “A Novel Dual-Band Antenna for WLAN
Applications,” in Proc. of 2006 International Conference on Communications and
Electronics, vol. 1, pp. 434-436, October 2006.
[4]. L. D. Thanh, M. Shinozawa, Y. Karasawa, “Novel compact antennas for
MIMO wireless communication systems,” 2010 International Conference on
Advanced Technologies for Communications, pp. 341 - 345, 2010.
[5]. T. M. Tuan, “Design dual band microstrip antenna for next generation mobile
communication,” 2010 International Conference on Advanced Technologies for
Communications, pp. 331 - 335, 2010.
Tuy nhiên, có thể thấy rằng hầu hết các nghiên cứu và phát triển về anten đều tập
trung vào các mô hình anten cho thiết bị di động cầm tay và mới chỉ dừng trong
khuôn khổ mẫu anten trong phòng thí nghiệm. Việc nghiên cứu chế tạo và triển khai
thử nghiệm các mẫu anten hiện đang còn nhiều hạn chế và khó khăn, đặc biệt là các
điều kiện về trang thiết bị đo kiểm anten và sự phối hợp của các nhà cung cấp dịch
vụ di động.
Mặc dù với những điều kiện khó khắn nh
•
trên, hoạt động nghiên cứu khoa học về
anten và siêu cao tần nói chung hiện đang phát triển rất mạnh tại Viện Điện tử
–
Viễn thông. Nhóm nghiên cứu anten và siêu cao tần của Viện Điện tử
–
Viễn thông
hiện có
02 Phó Giáo s•, 05 Tiến sỹ và nhiều Thạc sỹ, đặc biệt có 03 nghiên cứu sinh đang
theo

đuổi các nghiên cứu về phân tích và thiết kế anten cho các thiết bị điện tử thế hệ mới.
Với sự tham gia đông đảo của sinh viên trong các đề tài nghiên cứu, b
•
ớc đầu nhóm
nghiên cứu của chủ nhiệm đề tài đã đạt đ
•
ợc một số kết quả đáng ghi nhận, thể hiện
qua các công trình nghiên cứu sau:
[1] Nguyen Khac Kiem and Dao Ngoc Chien, “A Novel Compact Microstrip
Dipole Antenna for Bluetooth/WLAN Mobile Terminals,” Journal of
Science and Technology, pp. 253 - 259, Jun. 2011.
[2] Son Xuat Ta, Dao Ngoc Chien, and Ikmo park, “WLAN Band Rejection
MIMO
–
UWB Antenna with Enhanced Isolation Coefficient,” 2011
International Symposium on Antennas and Propagation, Aug. 2011.
[3] Nguyen The Viet, Bui Van Ha, Nguyen Khac Kiem, Riccardo Zich, Dao Ngoc
Chien, “A Compact Printed Extremely-Wideband MIMO Antenna with WLAN Band
Rejection,” ICEAA-IEEE APWC, September 12-17, (Torino, Italy).
[4] Trinh Van Son and Dao Ngoc Chien, “Dual-Band Notched Ultra-
Wideband
Antenna based on Electromagnetic Band Gap Structures,” REV Journal of
Electronics
and Communications, Jun. 2011.
[5] Trinh Van Son and Dao Ngoc Chien, “A novel quadruple L-shaped meandered
line electromagnetic band gap structure,” in Prof. of ICCE 2010, Aug. 2010 (Nha
Trang, Vietnam).
Những kết quả mới về các mô hình anten sử dụng công nghệ vi dải [1]-[3] cùng
với các cấu trúc siêu vật liệu điện từ mới [4], [5] sẽ là cơ sở lý thuyết và thực tiễn
quan trọng cho việc triển khai nhiệm vụ nghiên cứu và phát triển anten trạm gốc BTS

thẩm mỹ trong đề tài này.
15.2. Luận giải về việc đặt ra mục tiêu và những nội dung cần nghiên cứu của đề
tài (Trên cơ sở đánh giá tình hình nghiên cứu trong
n
•
ớc
và ngoài
n
•
ớc,
phân tích những công trình
nghiên cứu có liên quan, những kết quả mới nhất trong lĩnh vực nghiên cứu, đánh giá những khác
biệt về trình độ KH&CN trong
n
•
ớc
và thế giới, những vấn đề đã
đ
•
ợc
giải quyết, nêu rõ những
vấn đề còn tồn tại, chỉ ra những hạn chế cụ thể, từ đó nêu
đ
•
ợc
những
h
•
ớng
giải quyết mới - luận

giải và cụ thể hoá mục tiêu đặt ra của đề tài và những nội dung cần thực hiện trong đề tài để đạt
đ
•
ợc
mục
tiêu
):
Sau gần 20 năm phát triển, với 7 mạng thông tin di động, con số trạm thu phát sóng
di động (BTS) hiện nay đã hơn 25.000 trạm (ch•a kể đến các mạng vô tuyến nội thị
khác nh• Cityphone, Daphone, v.v.). Với sự cạnh tranh khốc liệt đang diễn ra trên
thị tr•ờng viễn thông, các nhà mạng đang phải gia tăng số l•ợng trạm gốc BTS với
một tốc độ rất nhanh nhằm chứng tỏ sự v•ợt trội về tầm vóc và vùng phủ sóng của
mình với khách hàng.
Ba mạng đang dẫn đầu là Viettel, Mobifone, Vinaphone đều có kế hoạch sẽ tăng
số trạm BTS lên đến vài chục nghìn trong t•ơng lai. Vietnam Mobile đã trở lại
với
5.000 trạm mới. Mạng GTel thuộc Bộ Công An ra đời cũng sẽ phát triển với số
l•ợng
t•ơng đ•ơng của Vietnam Mobile. Sự đầu t• BTS của 2 mạng còn lại S-Fone và
EVN Telecom cũng sẽ ở con số vài nghìn trong vài năm tới. Thêm vào đó, 4 nhà
mạng đã trúng tuyển 3G đang triển khai mạnh mẽ thêm hệ thống 3G theo cam kết.
Khi đó, lại thêm hàng chục nghìn cột anten đ•ợc dựng lên để phủ sóng 3G (có thể
dùng chung cột, nh•ng anten 3G thì khác 2G).
Nh• vậy, con số cột anten ở Việt Nam trong thời gian tới tới sẽ không ít hơn
50.000 trạm (nếu bình quân cho 64 tỉnh thành sẽ gần 800 trạm mỗi tỉnh). Có thể nói,
ít có quốc gia nào có mật độ trạm nhiều nh• Việt Nam. Hai thành phố chính tập
trung nhiều nhất vẫn là Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh. Nhiều khu vực dân
c
•
chỉ đứng một chỗ có thể đếm đ•ợc hơn 7, 8 cột anten bao quanh. Không khó để

chỉ ra đâu là nguyên nhân của tình trạng này. Đó chính là: số nhà cung cấp nhiều,
mức
độ cạnh tranh trên thị tr•ờng rất cao, dân số Việt Nam đông trong khi diện tích
không lớn, ít có sự hợp tác sử dụng chung cơ sở hạ tầng viễn thông nói chung
và thông tin di động nói riêng.
Với sự xuất hiện của một l•ợng lớn cột anten nh• vậy, kiến trúc nhà và cảnh quan
chung, từ thành phố đến các vùng nông thôn đã bị tác động rất tiêu cực. ở các đô thị,
nhìn đâu cũng thấy cột anten trên các nóc nhà. Kiến trúc ngôi nhà bị biến dạng
không còn hình dáng ban đầu. Theo một số chuyên gia quy hoạch đô thị, các trụ sắt
anten này là sự ô nhiễm cảnh quan (visual pollution), sẽ phá hỏng giá trị mỹ quan tự
nhiên của khu vực hay quần thể xung quanh.***
Điều này dễ nhận thấy nhất là tại các khu du lịch, sân golf, resort hay công viên.
Việc xuất hiện các trụ sắt này sẽ làm phá hỏng hình ảnh đẹp của tổng thể cả khu vực.
Đối với các khu di tích lịch sử, các thắng cảnh quốc gia nh• các lăng tẩm Huế, chùa
H•ơng, Hội An, Hạ Long, v.v. thì việc xây dựng các công trình ảnh h•ởng đến tầm
nhìn hay cảnh quan chung quanh là một sự vi phạm pháp luật. Rất tiếc là điều này đã
không đ•ợc các nhà quản lý đô thị, hay quản lý văn hóa xem xét thấu đáo. Không có
khu di tích hay thắng cảnh nào là thiếu sóng di động và dĩ nhiên, kèm theo đó là
những trụ anten “chĩa” vào cảnh quan.
Một trưởng phòng của một mạng lớn cho biết: “Theo yêu cầu của thị trường và
của cấp trên, kế hoạch yêu cầu cần phải xây dựng hàng nghìn trạm BTS trong năm
nay và năm tới. Tuy nhiên việc tìm kiếm địa điểm hiện tại đang rất khó khăn do
yêu cầu ngày càng cao của ng•ời dân về sức khỏe và mỹ quan, ch•a kể các đòi hỏi
về thủ tục xin phép của chính quyền địa ph•ơng. Nếu không lắp thêm trạm BTS
mới, liên lạc của các thuê bao tại các khu vực này sẽ bị ảnh hưởng rất lớn.” Mâu
thuẫn giữa việc triển khai BTS với phản ứng của ng•ời dân và chính quyền địa
ph•ơng là vấn đề phổ biến của các nhà mạng ở tất cả các quốc gia, nhất là tại các
n•ớc phát triển nh• Châu
Âu và Hoa Kỳ do yêu cầu của ng•ời dân và chính quyền rất khắt khe. Theo đó, chi
phí để dựng 1 trạm BTS bị tăng lên rất nhiều cho các chi phí nh• giấy phép, thiết bị,

kiến trúc, xây dựng.
Để giải quyết vấn đề mỹ quan, các giải pháp ngụy trang hoặc thiết kế mỹ thuật
cho cây anten đã đ•ợc đ•a ra từ năm 1992 tại Mỹ. Theo đó các cột anten đã đ•ợc hóa
trang thành nhiều hình dạng khác nhau: cột cờ, cột thánh giá, tháp chuông, ống khói,
lan can sân th•ợng, cột đèn, cột đồng hồ, tháp n•ớc, biển quảng cáo…Phổ biến nhất
là đ•ợc ngụy trang thành những cây xanh đủ loại tùy môi tr•ờng xung quanh: cây cọ,
cây dừa, cây long não, cây thông, cây tre, Chính quyền ở nhiều nơi đã ban hành các
quy định bắt buộc các cột anten phải đ•ợc dấu đi hoặc ngụy trang để phù hợp với
cảnh quan chung quanh. Đối với những trạm hiện hữu, trong thời hạn nhất định, phải
thay thế bằng cột ngụy trang. Nhờ vậy, tỷ lệ cột anten đ•ợc ngụy trang ở Mỹ đã lên
đến hơn 25%.
ở Việt Nam, ý t•ởng về ngụy trang cho trạm BTS rõ ràng không phải quá khó để
thực hiện. Yêu cầu về mỹ quan này cần sớm đ•ợc các cơ quan chức năng, ban
quản lý các khu dân
c•
và các nhà cung cấp dịch vụ đ•a vào khi lập trạm trong giai
đoạn triển khai xây dựng hiện nay. Về lâu dài, các mạng phải nắm bắt sớm vấn đề
này vì
đây là xu h•ớng tất yếu, nếu để từ từ mới đầu t• thì chi phí thay thế, gỡ bỏ trụ cũ
càng gia tăng, kinh nghiệm từ Trung quốc đã cho thấy rõ điều này.
Việc ngụy trang, làm đẹp cho cột sẽ có lợi không chỉ cho ng•ời dân và cảnh quan
nói chung mà còn cho chính các nhà mạng. Ng•ời dân không còn thấy bóng anten
chĩa vào mình, cảm giác của họ sẽ thấy an toàn hơn. Giúp giảm đi những khiếu nại
sóng di động ảnh h•ởng đến sức khỏe ng•ời dân và các tranh chấp liên quan đến
trạm thu phát sóng di động nh• đang xảy ra tại một số vùng của Việt Nam.
Riêng tại thành phố Hà Nội, theo thống kê của Sở Thông tin và Truyền thông, mỗi
doanh nghiệp viễn thông có nhu cầu phát triển 1.000 trạm gốc BTS trên địa bàn Hà
Nội tr•ớc khi mở rộng (ch•a tính Hà Tây cũ) nh•ng hiện nay các doanh nghiệp này
mới phát triển đ•ợc một nửa. Nh• vậy, nhu cầu phát triển mới trạm BTS còn rất lớn,
khoảng 3.500 trạm nữa. Riêng năm 2010, thành phố Hà Nội có thêm khoảng 350

trạm BTS mới.
Trên cơ sở những phân tích ở trên, đề tài này sẽ tập trung vào nghiên cứu
giải quyết theo các nội dung chính sau:
1. Nghiên cứu thiết kế tích hợp tối •u hệ thống anten 2G và 3G cho trạm gốc
thông tin di động BTS đảm bảo khả năng hoạt động tốt và không gây ảnh h•ởng can
nhiễu lẫn nhau.
2. Thiết kế vỏ bọc thẩm mỹ (ngụy trang) cho hệ thống anten đã đ•ợc chế tạo và
đ•a vào triển khai thực nghiệm.
17 Nội dung nghiên cứu khoa học - triển khai thực nghiệm của đề tài và ph
•
ơng án
thực hiện (Liệt kê và mô tả chi tiết những nội dung nghiên cứu khoa học và triển khai thực nghiệm
phù hợp cần thực hiện để giải quyết vấn đề đặt ra kèm theo các nhu cầu về nhân lực, tài chính và
nguyên vật liệu trong đó chỉ rõ những nội dung mới, những nội dung kế thừa kết quả nghiên cứu của
các đề tài
tr
•
ớc
đó; những hoạt động để chuyển giao kết quả nghiên cứu đến
ng
•
ờ
i sử dụng, dự
kiến những nội dung có tính rủi ro và giải pháp khắc phục-nếu có)
Nội dung 1: Nghiên cứu xây dựng công cụ tính toán song song dựa trên ph
•
ơng
pháp vi sai hữu hạn miền thời gian (FDTD) kết hợp với thuật giải tối
•
u di truyền

cho mục đích tính toán thiết kế mảng anten 16 ´ 2 phần tử bức xạ.
Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ vi điện tử, tốc độ tính toán của máy
tính điện tử đã có đ•ợc những b•ớc phát triển v•ợt bậc. Cùng với sự phát triển trong
khoa học tính toán mô phỏng, đặc biệt là ph•ơng pháp tính toán dựa trên thuật toán
vi sai hữu hạn miền thời gian (FDTD), việc phát triển một công cụ có thể tính toán
thiết kế các mô hình anten có cấu trúc lớn là một nhu cầu cần thiết. Do các mẫu
anten sẽ thiết kế trong đề tài này có kích th•ớc vật lý t•ơng đối lớn, đòi hỏi khối
l•ợng tính toán lớn hơn nhiều so với các cấu trúc anten thông th•ờng, do vậy một
công cụ tính toán hiệu quả cao cả về thời gian và sử dụng tài nguyên phần cứng là
một yêu cầu bắt buộc để thực hiện thành công đề tài. Thông qua kết hợp sử dụng
thuật giải tối •u di truyền (GA), các mẫu anten sẽ đ•ợc tính toán thiết kế tối •u cho
các chỉ tiêu kỹ thuật đề ra.
Nội dung nghiên cứu chi tiết đ•ợc triển khai thành các chuyên đề nh• sau:
Chuyên đề 1: Nghiên cứu xây dựng mô hình hàm cơ bản nhằm thực hiện rời rạc
hóa đối t•ợng tính toán.
Chuyên đề 2: Nghiên cứu phát triển hàm kích thích biểu diễn nguồn sóng tới
dạng hàm sin và hàm xung.
Chuyên đề 3: Nghiên cứu phát triển mô-đun mô hình hóa các điều kiện biên hấp
thụ sử dụng Perfect-Matched-Layer (PML) không đẳng
h•ớng.
Chuyên đề 4: Nghiên cứu phát triển thuật toán cập nhật giá trị tr•ờng điện từ sau
mỗi vòng lặp tính toán.
Chuyên đề 5: Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu một số vật liệu lý thuyết
thông dụng trong chế tạo anten.
Chuyên đề 6: Nghiên cứu phát triển mô-đun chuyển đổi giữa hai miền thời gian
và tần số phục vụ tính toán các tham số bức xạ.
Chuyên đề 7: Nghiên cứu phát triển ch•ơng trình lõi thực hiện thuật toán Yee.
Chuyên đề 8: Nghiên cứu xây dựng bộ mô-đun tính toán các kết quả: hệ số tăng
ích, hiệu suất bức xạ, hệ số phản xạ.
Chuyên đề 9: Nghiên cứu phát triển bộ biến đổi tr•ờng khu gần thành t

r•ờng
khu xa cho tính toán đồ thị bức xạ.
Nội dung 2: Phân tích và nghiên cứu thiết kế tối
•
u mô hình một mảng
anten trong cấu hình trạm BTS 3 mảng 120 độ.
Dựa trên công cụ tính toán và thiết kế đã đ•ợc phát triển, mô hình mảng anten
gồm 16 ´ 2 phần tử, phân cực ± 45 độ sẽ đ•ợc thiết kế tối •u thông qua thuật giải di
truyền. Các tiêu chí tối
•u
sẽ chính là các chỉ tiêu kỹ thuật đặt ra ban đầu nh•: tần số
hoạt động, băng thông, phân cực, độ rộng búp sóng theo hai ph•ơng thẳng đứng và
ph•ơng ngang. Về cơ bản một anten trạm gốc BTS phải có góc bức xạ nửa công suất
bao trùm một góc 120 độ theo ph•ơng ngang và có búp sóng hẹp cỡ 15 độ theo
ph•ơng thẳng đứng.
Các nội dung nghiên cứu chi tiết gồm có:
Chuyên đề 10: Nghiên cứu thiết kế cấu hình l•ỡng cực đơn dạng chấn tử và
dạng khe hẹp đối xứng.
Chuyên đề 11: Nghiên cứu thiết kế tối •u vị trí đặt hai chấn tử cạnh nhau ở các
góc ± 45 độ trong tr•ờng hợp tiếp điện đều.
Chuyên đề 12: Nghiên cứu thiết kế tối •u mảng con 2´4 phần tử đặt trên một
khay kim loại phản xạ năng
l•ợng.
Chuyên đề 13: Nghiên cứu thiết kế tối •u kết hợp 04 mảng con 2´4 thành mẫu
anten 2´16 phần tử.
Chuyên đề 14: Nghiên cứu phát triển ứng dụng kỹ thuật đế phản xạ không hoàn
hảo nhằm ngăn chặn phát sinh dòng cảm ứng trên máng kim loại phản xạ.
Chuyên đề 15: Nghiên cứu thiết kế rút ngắn kích th•ớc chấn tử đối xứng cho
mẫu anten 2G.
Chuyên đề 16: Nghiên cứu thiết kế rút ngắn kích th•ớc khe hẹp đối xứng cho

mẫu anten 3G.
Chuyên đề 17: Nghiên cứu thiết kế hệ thống kết hợp hai mẫu anten 2G và 3G
trên một khay phản xạ.
Chuyên đề 18: Nghiên cứu giảm thiểu ảnh h•ởng t•ơng hỗ giữa hai mẫu anten
2G và 3G trên cùng đế phản xạ.
Nội dung 3: Nghiên cứu thiết kế mạng tiếp điện và máng phản xạ nhằm nâng cao
độ tăng ích và giảm thiểu bức xạ ng•ợc cho từng mảng anten.
Với cấu trúc dạng mảng bức xạ của anten, nếu muốn có đ•ợc búp sóng hẹp nhất
thiết phải thiết kế mạng tiếp điện thích hợp để tổ hợp các đồ thị bức xạ thành phần
thành một búp sóng chính có độ rộng theo ph•ơng thẳng đứng xấp xỉ 15 độ. Máng
phản xạ đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao hệ số tăng ích và giảm thiểu bức
xạ ng•ợc, tuy nhiên do đ•ợc làm bằng kim loại nên dòng bề mặt sẽ xuất hiện bởi
hiện t•ợng cảm ứng điện từ tr•ờng gần. Do đó việc tạo ra cấu trúc có thể giảm thiểu
bức xạ bởi dòng bề mặt là một trong những chỉ tiêu kỹ thuật quan trọng trong hệ
thống anten BTS.
Các nội dung nghiên cứu chi tiết gồm có nh• sau:
Chuyên đề 19: Nghiên cứu thiết kế mạng tiếp điện cho mẫu anten 2G sử dụng
cáp đồng trục F2 mm.
Chuyên đề 20: Nghiên cứu thiết kế mạng tiếp điện cho mẫu anten 3G sử dụng
cáp đồng trục F2 mm.
Chuyên đề 21: Nghiên cứu thiết kế bố trí mạng tiếp điện cho hệ thống tích hợp
hai mẫu anten 2G và 3G tối thiểu hóa ảnh h•ởng t•ơng hỗ.
Chuyên đề 22: Nghiên cứu thiết kế cấu trúc răng l•ợc trên các bờ, cạnh của
khay phản xạ nhằm ngăn chặn bức xạ của dòng cảm ứng.
Chuyên đề 23: Nghiên cứu phát triển ứng dụng sợi kim loại tại các vị trí nhạy
cảm với bức xạ điện từ nhằm giảm bức xạ phụ.
Chuyên đề 24: Nghiên cứu thiết kế tối thiểu hóa bức xạ ng•ợc ở mức cách ly
tr•ớc-sau lớn hơn hoặc bằng 15 dB.
Chuyên đề 25: Nghiên cứu thiết kế bộ chia công suất sử dụng mạch vi dải.
Chuyên đề 26: Nghiên cứu thiết kế các bộ trễ đ•ờng truyền 1/4, 1/2 b•ớc sóng

sử dụng mạch vi dải.
Chuyên đề 27: Nghiên cứu thiết kế bao bọc, cách ly các cấu trúc vi dải nhằm
ngăn chặn bức xạ phụ.
Nội dung 4: Nghiên cứu thiết kế tích hợp 3 mảng anten thành một hệ thống
anten hoàn chỉnh đặt trong vỏ bọc thẩm mỹ (ngụy trang).
Sau khi các mảng anten đơn đã đ•ợc thiết kế, việc kết hợp 03 mảng anten sẽ tạo
thành một hệ thống anten hoàn chỉnh có đồ thị bức xạ bao phủ toàn bộ không gian
xung quanh trạm gốc.
Nội dung nghiên cứu chi tiết gồm:
Chuyên đề 28: Nghiên cứu thiết kế tối •u vị trí lắp đặt 03 mảng anten thành
phần nhằm tạo thành hệ thống anten 3 dải quạt hoàn chỉnh.
Chuyên đề 29: Nghiên cứu thiết kế giảm thiểu ảnh h•ởng của bức xạ ng•ợc tới
hoạt động của các anten lân cận.
Chuyên đề 30: Nghiên cứu thiết kế tối •u kích th•ớc và hình dạng vỏ bọc thẩm
mỹ (ngụy trang) của anten sử dụng vật liệu composit pha sợi thủy tinh.
Chuyên đề 31: Nghiên cứu thiết kế chiều cao tối •u của cột anten đảm bảo độ
bao phủ của búp sóng.
Chuyên đề 32: Nghiên cứu khảo sát và tối thiểu hóa mức độ ảnh h•ởng của vỏ
bọc thẩm mỹ (ngụy trang) lên đồ thị bức xạ của anten.
Chuyên đề 33: Nghiên cứu đánh giá mức độ giải phân cực sóng điện từ và tối
•u
sắp đặt các chấn tử trong mảng anten.
Chuyên đề 34: Nghiên cứu thiết kế l•ới kim loại đặt giữa các mảng anten nhằm
ngăn chặn triệt để ảnh h•ởng t•ơng hỗ và bức xạ ng•ợc trong hệ thống anten.
Chuyên đề 35: Nghiên cứu khảo sát và tính toán góc nghiêng tối •u của từng
mảng phần tử trong hệ thống anten.
Nội dung 5: Chế tạo thử nghiệm hệ thống anten hoàn
chỉnh
- Chế tạo thử nghiệm các mẫu anten đơn tích hợp 2G và 3G.
- Tích hợp 03 mẫu anten đơn thành hệ thống anten hoàn chỉnh.

Nội dung 6: Nghiên cứu, khảo sát, tính toán và lắp đặt, triển khai thử nghiệm
03 trạm gốc BTS thẩm mỹ trong 03 mạng di động trên địa bàn thành phố Hà Nội.
Cùng với sự hợp tác của Công ty INCOM, đơn vị đ•ợc Sở Thông tin và
Truyền thông thành phố Hà Nội chỉ định thiết kế quy hoạch tổng thể cơ sở hạ tầng
mạng di
động với định h•ớng sử dụng chung cơ sở hạ tầng cho các nhà mạng, các anten
đ•ợc
chế tạo sẽ đ•ợc đ•a ra triển khai thử nghiệm trong các hệ thống đang hoạt động.
Thông qua các kết quả khảo sát thực tế sẽ đánh giá hiệu năng hoạt động của anten và
đề xuất ph•ơng án nhân rộng ra trên toàn thành phố Hà Nội.
Các nội dung nghiên cứu chi tiết gồm:
Chuyên đề 36: Nghiên cứu, khảo sát, tính toán, lựa chọn vị trí và lắp đặt
thử nghiệm hệ thống anten đ•ợc thiết kế cho mạng di động của Mobifone.
Chuyên đề 37: Nghiên cứu, khảo sát, tính toán, lựa chọn vị trí và lắp đặt
thử nghiệm hệ thống anten đ•ợc thiết kế cho mạng di động của Vinaphone.
Chuyên đề 38: Nghiên cứu, khảo sát, tính toán, lựa chọn vị trí và lắp đặt
thử nghiệm hệ thống anten đ•ợc thiết kế cho mạng di động của Vietnam Mobile.
Chuyên đề 39: Nghiên cứu, tính toán kiểm tra độ phủ sóng của 03 trạm gốc BTS
sử dụng anten thẩm mỹ bằng ph•ơng pháp “Drive-Test”.
Chuyên đề 40: Nghiên cứu, đo đạc, tính toán mức công suất bức xạ ng•ợc sinh
ra bởi hệ thống anten thẩm mỹ.
Chuyên đề 41: Nghiên cứu phân tích dữ liệu và đánh giá hiệu năng hoạt động
của 03 mẫu hệ thống anten trong hệ thống của 03 nhà mạng.
Chuyên đề 42: Nghiên cứu, tính toán, đo đạc, khảo sát độ cách ly phân cực của
sóng điện từ bức xạ từ hệ thống anten.
Chuyên đề 43: Nghiên cứu phân tích và xác định các tham số của anten cần điều
chỉnh và khắc phục.
Nội dung 7: Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ sản xuất anten thẩm
mỹ
(ngụy trang) cho các trạm gốc thông tin di động tích hợp 2G & 3G.

Chuyên đề 44: Xây dựng quy trình công nghệ sản xuất anten thẩm mỹ (ngụy
trang)
Nội dung 8: Nghiên cứu xây dựng thuyết minh kèm theo sản phẩm anten thẩm
mỹ
(ngụy trang).
Nội dung 9: Kiểm định sản phẩm
- Sản phẩm đ•ợc kiểm định tại một cơ quan có thẩm quyền hoặc một phòng thí
nghiệm đ•ợc công nhận.
Nội dung 10: Xây dựng luận chứng kinh tế kỹ thuật cho sản phẩm
anten.
Chuyên đề 45: Xây dựng luận chứng kinh tế kỹ thuật cho sản phẩm anten
Nội dung 11: Thuê chuyên gia khảo nghiệm, đánh giá kết quả sản phẩm của đề
tài tr•ớc khi nghiệm thu.
Chuyên đề 46: Thuê chuyên gia khảo nghiệm, đánh giá kết quả sản phẩm của
đề tài tr•ớc khi nghiệm thu.
18 Cách tiếp cận, ph
•
ơng pháp nghiên cứu, kỹ thuật sử dụng (Luận cứ rõ cách tiếp cận
vấn đề nghiên cứu, thiết kế nghiên cứu,
ph
•
ơng
pháp nghiên cứu, kỹ thuật sẽ sử dụng gắn với
từn
g
nội dung chính của đề tài; so sánh với các
ph
•
ơng
pháp giải quyết t•ơng tự khác và phân tích để

làm rõ
đ
•
ợc
tính mới, tính độc đáo, tính sáng tạo của đề tài)
Cách tiếp cận:
Có thể nói rằng mục tiêu nghiên cứu của đề tài không hoàn toàn mới so với thế giới,
tuy nhiên với Việt Nam đây là lần đầu tiên một cơ sở nghiên cứu trong n•ớc
thực hiện nghiên cứu về vấn đề này. Do vậy, kinh nghiệm nghiên cứu của các đối tác
n•ớ
c ngoài sẽ là một tiền đề quan trọng cho sự thành công của đề tài.
Với mục tiêu xây dựng công cụ tính toán thiết kế anten sử dụng máy tính song
song, việc tiếp cận chủ đề nghiên cứu sẽ thông qua các công trình nghiên cứu của các
nhà khoa học trong và ngoài n•ớc trong lĩnh vực tính toán tr•ờng điện từ.
Các ph•ơng pháp tính toán truyền thống nh• Ph•ơng pháp Môment (MoM), Ph•ơng
pháp Phần tử hữu hạn (FEM), Ph•ơng pháp vi sai hữu hạn miền thời gian (FDTD) sẽ
đ•ợc
nghiên cứu, tổng hợp các phát triển mới, từ đó đ•a ra giải pháp cho vấn đề tính
toán song song nhằm nâng cao hiệu quả tính toán cả về mặt tốc độ và yêu cầu tài
nguyên phần cứng.
Với nội dung thiết kế và chế tạo thử nghiệm mẫu anten, h•ớng tiếp cận là tham
khảo, tổng hợp các nguồn tài liệu nh• sách, bài báo khoa học trong các tạp chí, đặc
biệt là các mẫu anten đã có trong thực tế ở các quốc gia khác, từ đó đ•a ra ý t•ởng và
giải pháp phù hợp cho bài toán thực tế tại Việt Nam với các yếu tố đặc tr•ng nh•: khí
hậu khắc nghiệt, nhiều gió bão. Do đó cấu trúc anten phải đảm bảo hoạt động tốt
trong mọi điều kiện thời tiết và có tuổi thọ tốt.
Việc triển khai thực nghiệm sẽ dựa trên những kinh nghiệm của Công ty INCOM
trong việc lắp đặt các nhà trạm gốc BTS trên địa bàn thành phố Hà
Nội.
Ph•ơng pháp nghiên cứu, kỹ thuật sử

dụng:
Để xây dựng ch•ơng trình tính toán sử dụng máy tính song song thì ngôn ngữ lập
trình Matlab sẽ đ•ợc sử dụng. Matlab là một công cụ toán học mạnh có năng lực tính
toán lớn và khả năng kết nối API tới các công cụ khác sẵn có nh• HFSS, Feko, hay
CST.
Việc chế tạo anten sẽ dựa trên các nguyên lý và kỹ thuật siêu cao tần. Các phần
tử bức xạ có thể là các chấn tử đối xứng hay các khe hẹp đối xứng. Công việc chế tạo
sẽ đ•ợc thuê thực hiện tại các cơ sở sản xuất điện tử trong hoặc ngoài
n•ớc.
Kỹ thuật drive-test sẽ đ•ợc sử dụng để khảo sát hiệu năng hoạt động của mẫu
anten đ•ợc thiết kế. Việc đánh giá sẽ đ•ợc thực hiện thông qua các tiêu chí
nh•:
c•ờng độ tr•ờng tại các điểm khác nhau, trong tr•ờng hợp có tia tầm nhìn thẳng
(LOS) và không có tia tầm nhìn thẳng (NLOS), tỷ lệ rớt cuộc gọi, tốc độ truyền dẫn
dữ liệu.
Tính mới, tính độc đáo, tính sáng tạo:
Tính mới ở đề tài này nằm ở hai vấn đề chính d•ới đây.
1. Công cụ tính toán mô phỏng và thiết kế anten sẽ đ•ợc phát triển dựa trên kỹ
thuật lập trình MPI, kết hợp với ph•ơng pháp FDTD với điều kiện biên hấp thụ
đ•ợc
cải tiến. Trong đề tài này, mục tiêu cải tiến điều kiện biên hấp thụ là để có đ•ợc hệ
số phản xạ <
–
40 dB.
2. Mô hình anten đ•ợc thiết kế từ các phần tử bức xạ thành phần là các chấn tử
đối xứng có cấu trúc đặc biệt giúp thu nhỏ kích th•ớc qua đó rút gọn kích th•ớc c
ủa
toàn bộ hệ thống. Việc kết hợp hai anten 2G và 3G vào chung một hệ thống cũng sẽ
là một trong những điểm mới của đề tài nh•ng cũng đầy thách thức. Việc loại bỏ ảnh
h•ởng giữa 02 hệ thống 2G và 3G cũng là một vấn đề quan trọng.

19 Ph•ơng án phối hợp với các tổ chức nghiên cứu và cơ sở sản xuất trong n
•
ớc
(Trình bày rõ
ph
•
ơng
án phối hợp: tên các tổ chức phối hợp chính tham gia thực hiện đề tài và nội
dung công việc tham gia trong đề tài kể cả các cơ sở sản xuất hoặc những
ng
•
ời
sử dụng kết quả
nghiên cứu; khả năng đóng góp về nhân lực, tài chính, cơ sở hạ tầng - nếu có)
Các công việc phát triển công cụ tính toán và thiết kế tối •u hầu hết sẽ
đ•ợc
thực hiện tại Viện Điện tử
–
Viễn thông, Tr•ờng ĐH Bách Khoa Hà Nội, bao
gồm cả đo đạc phối hợp trở kháng cho hệ thống anten.
Việc đo đạc xác định đồ thị ph•ơng h•ớng bức xạ của anten sẽ đ•ợc thực hiện
với sự phối hợp của Viện Radar
–
Viện Khoa học và Công nghệ Quân sự, Bộ
Quốc phòng (17 Hoàng Sâm, Cầu Giấy, Hà Nội).
Công việc lắp đặt và triển khai thử nghiệm, khảo sát khả năng hoạt động của hệ
thống anten BTS sẽ nhận đ•ợc sự phối hợp của Công ty
INCOM.
III. Sản phẩm khoa học và công nghệ của đề tài
22 Sản phẩm chính của đề tài và yêu cầu chất

l•ợng
cần đạ (liệt kê theo dạng sản phẩm)
Dạng I: Mẫu (model, maket); Sản

phẩm (là hàng hoá, có thể đ•ợc tiêu thụ trên thị
tr•ờng); Vật liệu, Thiết bị, máy móc; Dây chuyền công nghệ; Giống cây trồng; Giống vật
nuôi và các sản phẩm khác)
T
T
Tên sản phẩm cụ
thể và chỉ tiêu
chất
l•ợng
chủ
yếu của sản phẩm
Đơn
vị đo
Mức chất
l•
ợng
Dự kiến
khối l
•
ợng,
quy mô
sản phẩm
tạo ra
Cần đạt
Mẫu t
•

ơng tự (theo các
tiêu chuẩn mới nhất)
Trong
n
•
ớc
Thế giới
1
Anten trạm gốc BTS
tích hợp 2G và 3G
có hình dạng thẩm
mỹ (ngụy trang)
Bộ
Đ•ợc kiểm
định tại
một cơ
quan nh
à
n•ớc có
thẩm
Ch•a có
+) Ch•a thấy
có anten thẩm
mỹ tích hợp
2G&3G.
+) Đã có anten
2G và anten
03 bộ
quyền hoặc
một phòng

thí nghiệm
đ•ợc công
nhận
3G riêng biệt
của Katherine
(CHLB Đức).
Tần số hoạt động MHz
2G:
880-960
3G:
1920-2170
2G:
880-960
3G:
1920-2170
Phân cực
độ
± 45
0
± 45
0
Độ tăng ích
dBi
≥ 12 ≥ 12
Cách ly phân cực
dB
≥ 25 ≥ 25
Trở kháng vào
Ù
50

50
Độ rộng búp sóng
mức nửa công suất
độ
Ngang: 65
Đứng: 12
Ngang: 65
Đứng: 12
Cách ly búp sóng
chính - phụ
dB
≥ 15 ≥ 15
Front-to-Back
dB
≥ 25
≥ 25 dB
VSWR
≤ 1.7 ≤ 1.7
P
in
max
W
450
450
Độ kín khít IP3 IP3
Tuổi thọ
năm
≥ 5 ≥ 5
Tỷ lệ rớt cuộc gọi
T•ơng

đ•ơng hệ
thống anten
thông
t
h•ờng
22.1. Mức chất l
•
ợng các sản phẩm thuộc Dạng I so với các sản phẩm t
•
ơng tự trong
n
•
ớc và n
•
ớc ngoài (Làm rõ cơ sở khoa học và thực tiễn để xác định các chỉ tiêu về
chất l•ợng cần đạt của các sản phẩm của đề tài)
Theo thực tế, hiện nay do quá trình phát triển của mạng di động của Việt Nam đi lên
3G sau khi 2G đã đ•ợc triển khai rộng rãi. Số l•ợng ng•ời dùng 2G vẫn còn rất lớn, do đó
việc duy trì sự tồn tại của cả hai hệ thống anten 2G và 3G là một thực tế khách quan. Tuy
nhiên với tốc độ phát triển nh• hiện nay thì trong t•ơng lai việc dùng chung cơ sở hạ tầng
và tích hợp anten là một xu thế tất yếu. Do vậy các sản phẩm anten của đề tài sẽ hứa hẹn
đóng góp vai trò quan trọng trong việc giải quyết vấn đề mỹ quan đô thị và không gian lắp
đặt trạm BTS.
Về mặt chất l•ợng, các mẫu anten có chất l•ợng xấp xỉ với các sản phẩm của các
hãng ở Đài Loan, Trung Quốc (hiện nay hầu hết các anten 2G và 3G dùng tại Việt Nam
đều có xuất sứ từ Trung Quốc hoặc Đài Loan). Do vật liệu sử dụng chế tạo vỏ bọc
thẩm mỹ là vật liệu tổ hợp cao phân tử nên có thể chịu đựng thời tiết khắc nghiệt, đảm
bảo hoạt
động tốt trong thời gian khoảng 5 năm.