ĐỒ ÁN ĐẠI HỌC HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU

Chương 1> Tổng quan về các hệ thống định vị toàn cầu
1.1>Giới thiệu chung
1.2 >Phân loại GPS
1.3>Hệ thống định vị toàn cầu GPS
1.3.1>Các thành phần của GPS
1.3.2>Nguyên Tắc Hoạt Động Của GPS
1.3.3>Tín hiệu của GPS
1.3.4>Ứng dụng của hệ thống GPS
1.4>Hệ thống định vị toàn cầu Galileo
1.4.1>Giới thiệu
1.4.2>Các thông số của hệ thống
Chương 2>Giới thiệu vệ ăng ten
2.1>Giới thiệu về anten
2.2>Các thông số quan trọng của anten
2.2.1>Đồ thị bức xạ
2.2.2> Hệ số định hướng
2.2.3> Hiệu suất anten
2.2.4>Hệ số tăng ích
2.2.5>Phân cực trong anten
2.2.6>Băng tần hoạt động của anten
2.2.7>Trở kháng vào của anten
Chương 3> Phương pháp tính toán và thiết kế
3.1>Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM)
3.1.1>Khái niệm
3.1.2>Nội dung
3.1.3>Ứng dụng
3.2>Phần mềm mô phỏng Ansoft HFSS
3.2.1>Giới thiệu
3.2.3>Mô phỏng
Phần IV: Thiết kế ăng ten
4.1>Giới thiệu về ăng ten xoắn trụ

4.2>Phân tích yêu cầu về dải tần hoạt động và các đặc tính yêu cầu của ăng ten
4.2.1>Yêu cầu dải tần hoạt động
4.2.2>Các tiêu chuẩn lựa chọn ăng ten cho hệ thống thu GPS
4.3>Quá trình thiết kế:
4.3.1>Mô hình và kích thước ăng ten
4.3.2>Kết quả mô phỏng
Chương 1> Tổng quan về các hệ thống định vị toàn cầu
1.1>Giới thiệu chung
GPS (Global Positioning System) hệ thống định vị toàn cầu là một hệ thống
mạng lưới các vệ tinh liên tục gửi các tín hiệu,qua đó các máy thu GPS có thẻ xác
định được vị trí của mình
Bộ quốc phòng Mỹ thiết kế hệ thống định vị sử dụng sóng vô tuyến với tên
gọi NAVSTAR GPS được phòng lên từ năm 1978. Hệ thống được điều hành bởi
lực lượng không quân Hoa Kỳ cung cấp thông tin định vị với độ chính xác cao.
Mục tiêu ban đầu của hệ thống là cho phép lực lượng bộ binh, cơ giới, máy bay và
tàu chiến xác định vị trí chính xác của họ ở những nơi không xác định trên toàn thế
giới. Tuy nhiên, GPS có thể sử dụng cho rất nhiều ứng dụng, trong những năm 80,
Mỹ đã ứng dụng GPS và mục đích khoa học và thương mại. GPS sử dụng nguyên
lý phép đo ba cạnh tam giác, trong đó nhiều phép đo khoảng cách sẽ được thực
hiện cho phép máy thu tính toán được một vị trí.
Hình 1.1: Mô hình định vị vệ tinh
Hệ thống định vị toàn cầu GPS sử dụng tín hiệu từ các vệ tinh trong không
gian để xác định vị chí của vật thể trên trái đất. GPS là một trùm 24 vệ tinh quỹ
đạo quay xung quanh trái đất ở độ cao khoảng 20,000km, trong một ngày sẽ thực
hiện 2 vòng quay quang trái đất. Vị trí hiện tại,thời gian và vận tốc có thể được xác
định bởi các máy thu GPS xử lý tín hiệu được phát từ vệ tinh. Một máy thu GPS sẽ
được sử dụng để xử lý các tín hiệu vô tuyến.
1.2 >Phân loại GPS
Hệ thống định vị toàn cầu của Mỹ là hệ dẫn đường dựa trên một mạng lưới
24 quả vệ tinh được Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ đặt trên quỹ đạo không gian.

Các hệ thống dẫn đường truyền thống hoạt động dựa trên các trạm phát tín
hiệu vô tuyến điện. Được biết đến nhiều nhất là các hệ thống sau: LORAN –
(LOng RAnge Navigation) – hoạt động ở giải tần 90-100 Khz chủ yếu dùng cho
hàng hải, hay TACAN – (TACtical Air Navigation) – dùng cho quân đội Mỹ và
biến thể với độ chính xác thấp VOR/DME – VHF (Omnidirectional
Range/Distance Measuring Equipment) – dùng cho hàng không dân dụng.
Liên Xô cũng phát triển một hệ thống tương tự với tên gọi GLONASS Hiện nay
Liên Minh Châu Âu đang phát triển hệ dẫn đường vệ tinh của mình mang
tên GalileoTrung Quốc thì phát triển hệ thống định vị toàn cầu của mình mang
tênBắc Đẩu bao gồm 35 vệ tinh.
Ban đầu, GPS và GLONASS đều được phát triển cho mục đích quân sự, nên mặc
dù chúng dùng được cho dân sự nhưng không hệ nào đưa ra sự đảm bảo tồn tại liên
tục và độ chính xác. Vì thế chúng không thỏa mãn được những yêu cầu an toàn cho
dẫn đường dân sự hàng không và hàng hải đặc biệt là tại những vùng và tại những
thời điểm có hoạt động quân sự của những quốc gia sở hữu các hệ thống đó. Chỉ có
hệ thống dẫn đường vệ tinh châu Âu Galileo (đang được xây dựng) ngay từ đầu đã
đặt mục tiêu đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt của dẫn đường và định vị dân sự.
GPS ban đầu chỉ dành cho các mục đích quân sự, nhưng từ năm 1980 chính phủ
Mỹ cho phép sử dụng trong dân sự. GPS hoạt động trong mọi điều kiện thời tiết,
mọi nơi trên Trái Đất, 24 giờ một ngày. Không mất phí thuê bao hoặc mất tiền trả
cho việc thiết lập sử dụng GPS nhưng phải tốn tiền không rẻ để mua thiết bị thu tín
hiệu và phần mềm nhúng hỗ trợ.
1.3>Hệ thống định vị toàn cầu GPS
1.3.1>Các thành phần của GPS
Hệ thống GPS hiện tại bao gồm 3 thành phần chính.Những thành phần này
là phần không gian (SS), phần điều khiển (CS), phần người dùng (US).
Hình 1.2: Các thành phần của GPS
Thành phần không gian gồm có những vệ tinh GPS hay là các phương tiện
không gian (SV) theo như các nói trong GPS. Chúng được cung cấp năng lượng từ
những tấm pin mặt trời, những tấm pin mặt trời này luôn được điều chỉnh hướng về

phía mặt trời và anten của vệ tinh hướng về phía trái đất. Các vệ tinh này quay hết
một vòng trái đất trên mặt phẳng quỹ đạo trong khoảng 12 tiếng (4 vệ tinh nằm
trong một mặt phẳng).Có 6 mặt phẳng quỹ đạo với góc nghiêng tương đối so với
đường xích đạo trái đất là 55 độ. Cấu trúc như vậy là để đảm bảo rằng đối tượng
được định vị ở bất kì đâu trên trái đất cũng có tầm nhìn thẳng trực tiếp đến ít nhất 4
vệ tinh ở bất kì thời điểm nào.
Khi quỹ đạo của các vệ tinh thay đổi, quan hệ hinh học giữa chúng cũng
thay đổi để đảm bảo cấu trúc ban đầu của quỹ đạo. Vệ tinh phát ra tín hiệu vô
tuyến được mã hóa cho máy thu GPS giải mã để xác định các thông số quan trọng
của hệ thống.
Hình 1.3: Mô hình hệ thống định vị vệ tinh GPS.
Thành phần điều khiển có nhiệm vụ giám sát khả năng hoạt động và tình
trạng của thành phần không gian. Phần điều khiển bao gồm hệ thống các trạm điều
chỉnh đặt khắp nơi trên thế giới, 6 trám giám sát, 4 trạm anten và một trung tâm
điều khiển. Trạm giám sát tính toán tín hiệu mà các vệ tinh gửi vệ trạm chủ. Trạm
giám sat nhận các dữ liệu từ vệ tinh và gửi chúng về trạm chủ, tại đây thông tin
quỹ đạo, đòng hồ của vệ tinh (thông tin thiên văn) sẽ được hiệu chỉnh gửi tới vệ
tinh thông qua trạm anten. Nó cũng tránh cho vệ tinh không bị trôi dạt và quỹ đạo
được giới hạn. Nhưng dữ liệu này sẽ được vệ tinh quảng bá cho phần người sử
dụng.
Hình 1.4: Thành phần điều khiển
Thành phần người dùng bao gồm các anten và vi xử lý thu để thu và giải mã
các tín hiệu vệ tinh nhằm đưa ra các thông số vị trí, vận tốc và độ chính xác về thời
gian. Từ đó tính toán ra tọa độ và thời gian. GPS có thể cung cấp dịch vụ không
giới han cho người dùng. Phần lớn các máy thu GPS hiện nay đều được thiết kế
nhiều kênh song song, có từ 5 đến 12 mạch thu.
1.3.2>Nguyên Tắc Hoạt Động Của GPS
Các vệ tinh GPS bay vòng quanh Trái Đất hai lần trong một ngày theo một
quỹ đạo rất chính xác và phát tín hiệu có thông tin xuống Trái Đất. Các may thu
GPS nhận thông tin này và bằng phép tính lượng giác tính được chính xác vị trí

của người dùng. Về bản chất máy thu GPS so sánh thời gian tín hiệu được phát đi
từ vệ tinh với thời gian nhận được chúng. Sai lệch về thời gian cho biết máy thu
GPS ở cách vệ tinh bao xa. Rồi với nhiều quãng cách đo được tới nhiều vệ tinh
máy thu có thể tính được vị trí của người dùng và hiển thị lên bản đồ điện tử của
máy.
Hình 1.5: Hoạt động máy thu GPS với đồng thời 4 vệ tinh.
Máy thu phải nhận được tín hiệu của ít nhất ba vệ tinh để tính ra vị trí hai chiều
(kinh độ và vĩ độ) và để theo dõi được chuyển động. Khi nhận được tín hiệu của ít
nhất 4 vệ tinh thì máy thu có thể tính được vị trí ba chiều (kinh độ, vĩ độ và độ
cao). Một khi vị trí người dùng đã tính được thì máy thu GPS có thể tính các thông
tin khác, như tốc độ, hướng chuyển động, bám sát di chuyển, khoảng hành trình,
quãng cách tới điểm đến, thời gian Mặt Trời mọc, lặn và nhiều thứ khác nữa.
1.3.3>Tín hiệu của GPS
Các vệ tinh GPS phát hai tín hiệu vô tuyến công suất thấp dải L1 và L2. (dải
L là phần sóng cực ngắn của phổ điện từ trải rộng từ 0,39 tới 1,55 GHz). GPS dân
sự dùng tần số L1 1575.42 MHz trong dải UHF Tín hiệu truyền trực thị, có nghĩa
là chúng sẽ xuyên qua mây,thủy tinh và nhựa nhưng không qua phần lớn các đối
tượng cứng như núi và nhà.L1 chứa hai mã "giả ngẫu nhiên"(pseudo random), đó
là mã Protected (P) và mã Coarse/Acquisition (C/A). Mỗi một vệ tinh có một mã
truyền dẫn nhất định, cho phép máy thu GPS nhận dạng được tín hiệu. Mục đích
của các mã tín hiệu này là để tính toán khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu GPS.
Tín hiệu GPS chứa ba mẩu thông tin khác nhau – mã gỉa ngẫu nhiên, dữ
liệu thiên văn và dữ liệu lịch. Mã giả ngẫu nhiên đơn giản chỉ là mã định danh để
xác định được quả vệ tinh nào là phát thông tin nào. Có thể nhìn số hiệu của các
quả vệ tinh trên trang vệ tinh của máy thu Garmin để biết nó nhận được tín hiệu
của quả nào.
Dữ liệu thiên văn cho máy thu GPS biết quả vệ tinh ở đâu trên quỹ đạo ở
mỗi thời điểm trong ngày. Mỗi quả vệ tinh phát dữ liệu thiên văn chỉ ra thông tin
quỹ đạo cho vệ tinh đó và mỗi vệ tinh khác trong hệ thống.
Dữ liệu lịch được phát đều đặn bởi mỗi quả vệ tinh, chứa thông tin quan

trọng về trạng thái của vệ tinh (lành mạnh hay không), ngày giờ hiện tại. Phần này
của tín hiệu là cốt lõi để phát hiện ra vị trí.
1.3.4>Ứng dụng của hệ thống GPS
a>Dân dụng
Quản lý và điều hành xe
Giám sát quản lý vận tải, theo dõi vị trí, tốc độ, hướng di chuyển,… 2. Giám
sát mại vụ, giám sát vận tải hành khách, 3. Chống trộm cho ứng dụng thuê xe tự
lái, theo dõi lộ trình của đoàn xe 4. Liên lạc, theo dõi định vị cho các ứng dụng
giao hàng GPS có nhiều ứng dụng mạnh mẽ trong quản lý xe ô tô, đặc biệt là các
loại xe như: Xe taxi, xe tải, xe công trình, xe bus, xe khách, xe tự lái. Với nhiều
tính năng như:
 Giám sát lộ trình đường đi của phương tiện theo thời gian thực: vận tốc,
hướng di chuyển và trạng thái tắt/mở máy, quá tốc độ của xe….
 Xác định vị trí xe chính xác ở từng góc đường ( vị trí xe được thể hiện nháp
nháy trên bản đồ), xác định vận tốc và thời gian xe dừng hay đang chạy, biết
được lộ trình hiện tại xe đang đi (real time)
 Lưu trữ lộ trình từng xe và hiển thị lại lộ trình của từng xe trên cùng một
màn hình
 Xem lại lộ trình xe theo thời gian và vận tốc tùy chọn
 Quản lý theo dõi một hay nhiều xe tại mỗi thời điểm
 Báo cáo cước phí và tổng số km của từng xe (ngày/tháng)
 Cảnh báo khi xe vượt quá tốc độ, vượt ra khỏi vùng giới hạn
 Chức năng chống trộm
b>Các hạn chế trong ứng dụng dân dụng
Chính phủ Hoa Kỳ kiểm soát vệc xuất khẩu một số máy thu dân dụng. Tất cả
máy thu GPS có khả năng hoạt động ở độ cao trên 18 kilômét (11 mi) và 515 mét
trên giây (1.690 ft/s) được phân loại vào nhóm vũ khí theo đó cần phải có phép sử
dụng của Bộ ngoại giao Hoa Kỳ. Những hạn chế này nhắm mục đích ngăn ngừa
việc sử dụng các máy thu trong tên lửa đạn đạo, trừ việc sử dụng trong tên lửa
hành trình do độ cao và tốc độ của các loại này tương tự như các máy bay.

1.4>Hệ thống định vị toàn cầu Galileo
1.4.1>Giới thiệu
Hệ thống định vị Galileo là một hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu (GNSS)
được xây dựng bởi Liên minh châu Âu. Galileo khác với GPS của Hoa
Kỳ và GLONASS của Liên bang Nga ở chỗ nó là một hệ thống định vị được điều
hành và quản lý bởi các tổ chức dân dụng, phi quân sự. Galileo theo kế hoạch sẽ
chính thức hoạt động vào năm 2011-12, muộn 3-4 năm so với kế hoạch ban đầu.
Hệ thống định vị Galileo được đặt theo tên của nhà thiên văn học
người Ý Galileo Galilei nhằm tưởng nhớ những đóng góp của ông.
Hình 5:Hệ thống vệ tinh Galileo
1.4.2>Các thông số của hệ thống
a>Vệ tinh
Hình 6: Vệ tinh Galileo
 30 vệ tinh (27 vệ tinh hoạt động chính và 3 vệ tinh dự phòng)
 Độ cao quỹ đạo: 23.222 km (quỹ đạo tầm trung)
 Phân bố trên 3 mặt chính, góc nghiêng 56 độ
 Tuổi thọ thiết kế của vệ tinh: > 12 năm
 Trọng lượng vệ tinh: 675 kg
 Kích thước vệ tinh: 2,7 m × 1,2 m × 1,1 m
 Năng lượng từ pin mặt trời: 1500 W (tại thời điểm tuổi thọ thiết kế)
b>Dịch vụ cung cấp
Bốn dịch vụ về định vị sẽ được cung cấp bởi Galileo:
 Dịch vụ mở (open service): miễn phí với mọi đối tượng. Người dùng có thể
sử dụng 2 tần số L1 và E5A. Độ chính xác đối với máy thu 2 tần số là 4 m cho
phương ngang và 8 m cho chiều thẳng đứng. Đối với máy thu 1 tần số (L1), độ
chính xác là 15 m và 35 m, tương đương với GPS hiện thời.
 Dịch vụ trả tiền (commercial service): dành cho các đối tượng cần có độ
chính xác < 1 m với một khoản phí nhất định. Dịch vụ này sẽ được cung cấp
thông qua tần số thứ 3 (E6).
 Dịch vụ cứu hộ (safety of life service): dành riêng cho cứu hộ, độ bảo mật

cao, chống gây nhiễu sóng.
 Dịch vụ công cộng (public regulated service): dành riêng cho chính phủ và
quân đội của các nước Liên minh châu Âu. Đặc biệt bảo mật, độ tin cậy cao.
Chương 2>Giới thiệu vệ ăng ten
2.1>Giới thiệu về anten
Anten là một phần thiết yếu của bất kỳ hệ thống vô tuyến nào. Theo như định
nghĩa chuẩn IEEE về thuật ngữ anten, một anten được xác định như “ một phương
tiện để bức xạ và nhận sóng vô tuyến”. Nói cách khác, một anten truyền là một
thiết bị mà nó nhận tín hiệu từ đường truyền, chuyển chúng thành sóng điện từ và
quảng bá chúng vào không gian tự do, xem Hình 2.1; Khi hoạt động ở chế độ nhận,
anten tập hợp sóng điện từ đến và chuyển đổi chúng trở lại tín hiệu.
Hình 2.1: Anten như một thiết bị chuyển tiếp
Trong hệ thống vô tuyến tiên tiến, anten luôn được yêu cầu để tối ưu hoặc tập
trung năng lượng bức xạ theo một vài hướng và triệt tiêu ở các tần số khác. Do
vậy, anten phải thỏa mãn tính định hướng đối với thiết bị chuyển tiếp. Để đạt được
yêu cầu này phải có rât nhiều dạng anten khác nhau: anten là một đoạn dây dẫn,
anten khe, anten vi dải, anten phản xạ, anten thấu kính, anten mảng…
Anten dùng để thu tín hiệu GPS thường dùng là anten vi dải vì khả năng dễ
thiết kế và kích thước nhỏ gọn dễ tích hợp trong các thiết bị di động.
Hình 1. Anten vi dải
2.2>Các thông số quan trọng của anten
Để hiểu và đánh giá được hiệu suất làm việc của một anten, việc đầu tiên ta
cần tìm hiểu về các thông số cơ bản của anten. Một anten có rất nhiều thông số
đánh giá nhưng đánh giá hiệu suất và chất lượng của anten thì ta chỉ cần hiểu một
vài thông số quan trọng như: dải tần hoạt động, đồ thị bức xạ, độ định hướng, độ
tăng ích, sự phân cực, trở kháng vào…
2.2.1>Đồ thị bức xạ
Đồ thị bức xạ là một hàm toán học hay một đồ thị mô tả đặc tính bức xạ của
anten theo tọa độ trong không gian. Hầu hết các trường hợp, đồ thị bức xạ được
xác định trong vùng trường xa và được thể hiện như một hàm của các tọa độ định

hướng. Đặc tính bức xạ bao gồm mật độ thông lượng công suất, cường độ bức xạ,
độ lớn của trường, độ định hướng, pha hay phân cực. Để nhận biết được vết của
điện trường hoặc từ trường nhận được ở phạm vi không đổi ta quan sát đồ thị biên
độ trường. Tức là, đồ thị trong không gian thể hiện sự thay đổi của mật độ năng
lượng trong một bán kính không đổi được gọi là đồ thị biên độ năng lượng.
Hình 2.2: Trục tọa độ phân tích anten
Có ba kiểu bức xạ thông thường được sử dụng để miêu tả đặc tính bức xạ của
anten:
- Bức xạ đẳng hướng: anten không tổn hao lý thuyết có cường độ bức xạ
bằng nhau theo mọi hướng.
a)Phương thẳng đứng b)Phương ngang
Hình 2.3: Bức xạ đẳng hướng
- Bức xạ đinh hướng: anten có đặc tính bức xạ và nhận sóng điện từ hiệu quả
hơn từ một vài hướng mong muốn hơn là tất cả mọi hướng.
Hình 2.4: Bức xạ định hướng
- Bức xạ omin-directional: là một trường hợp đặc biệt của bức xạ đẳng
hướng.
a) Phương ngang
b) Phương thẳng đứng
Hình 2.5: Bức xạ omin-directional
2.2.2>Hệ số định hướng
Độ định hướng là tỷ số của cường độ bức xạ theo một hướng xác định từ
anten tới cường độ bức xạ được tính trung bình trên toàn bộ các hướng. Cường độ
bức xạ trung bình bằng tổng năng lượng được bức xạ ra chia cho 4. Nếu độ định
hướng không được định rõ thì ta coi là độ định hướng lớn nhất của cường độ bức
xạ. Để đơn giản hơn độ định hướng của một nguồn không đẳng hướng là bằng với
cường độ bức xạ của nguồn đó theo một hướng xác định trên toàn bộ nguồn đó.
Công thức toán học được được viết như sau:
(2.1)
Khi độ định hướng không được định rõ thì nó chính là giá trị lớn nhất của

cường độ bức xạ, được viết như sau:
(2.2)
– độ định hướng (không có chiều)
– độ định hướng lớn nhất
– cường độ bức xạ (/đơn vị góc khối)
– cường độ bức xạ lớn nhất (/đơn vị góc khối)
– cường độ bức xạ của nguồn
– Công suất bức xạ tổng cộng
Vì nguồn là độc lập nên hiển nhiên từ phương trình(2.1) và (2.2) cho thấy độ
định hướng là như nhau bởi vì , , và là bằng nhau.
Với các anten có các thành phần phân cực trực giao thì độ phân cực riêng
phần của anten cũng theo một hướng xác định. Một phần của cường độ bức xạ đáp
ứng cho sự phân cực đó được chia ra bởi cường độ bức xạ tổng cộng trung bình
trên tất cả các hướng. Như vậy độ định hướng là tổng của các độ định hướng đơn
phần theo bất kỳ hai thành phần phân cực trực giao nào. Trong hệ trục toạn độ cầu,
độ định hướng tổng cộng lớn nhất cho hai thành phần trực giao của anten là và có
được là
(2.3)
Trong đó
(2.4)
(2.5)
Trong đó
– cường độ bức xạ theo hướng có chứa thành phần trường
－cường độ bức xạ theo hướng có chứa thành phần trường
– công suất bức xạ theo tất cả các hướng có chứa thành phần trường - công suất
bức xạ theo tất cả các hướng có chứa thành phần trường
2.2.3>Hiệu suất anten
Tổng hiệu suất anten là thông số dùng để đưa vào để tính toán suy hao ở
đầu ra của cấu trúc anten. Suy hao được đưa ra trong hình vẽ:
Hình 2.6: Suy hao phản xạ, dẫn xạ và điện môi

Hiệu suất tổng cộng được viết như sau:
(2.6)
Trong đó
– tổng hiệu suất (không có chiều)
- hiệu suất phản xạ (không có chiều)
- hiệu suất dẫn xạ (không có chiều)
- hiệu suất điện môi (không có chiều)
– hệ số phản xạ điện áp ở cửa đầu ra của anten
; trong đó là trở kháng đầu vào của anten;
là trở kháng đặc tính của đường truyền
Thông thường và thường rất khó để tính toán nên ta có thể tính bằng phương
pháp thực nghiệm và thu được:
(2.7)
Trong đó là hiệu suất bức xạ của anten, dùng để thể hiện mối quan hệ giữa
gain và độ định hướng .
2.2.4>Hệ số tăng ích
Gain là thông số hay dùng để đánh giá hiệu suất bức xạ của anten. Gain
được định nghĩa là tỷ số của cường độ theo một hướng nhất định với cường bộ bức
xạ mà anten có thể thu được khi năng lượng nhận được từ anten được bức xạ đẳng
hướng. Cường độ bức xạ đáp ứng công suất bức xạ đẳng hướng bằng với năng
lượng nhận được từ anten chia cho . Công thức gain có dạng:
(2.8)
Trong hầu hết các trường hợp hệ số tăng ích có quan hệ với hệ số tăng ích
tương đương. Hệ số tăng ích tương đương là tỷ số của hệ số tăng ích công suất theo
một hướng nhất định trên hệ số tăng ích công suất của anten tham chiếu theo
hướng tham chiếu nào đó. Mà hầu hết anten tham chiếu thường là một nguồn đẳng
hướng không có suy hao, ta có:
(2.9)
Khi hướng không xác định thì hệ số tăng ích công suất thường được lấy theo
hướng bức xạ lớn nhất.

Hình 2.7: Đầu cuối tham chiếu anten
Sau khi xét mối quan hệ giữa hệ số tăng ích với độ định hướng , ta có thể
định nghĩa hệ số tăng ích riêng phần theo sự phân cực xác định nào đó theo một
hướng nhất định. Hệ số tăng ích riêng phần là một phần của cường độ bức xạ đáp
ứng theo một sự phân cực xác định chia cho tổng cường độ bức xạ thu được từ
năng lượng thu được ở anten bức xạ đẳng hướng. Như vậy theo một hướng xác
định thì hệ số tăng ích tổng cộng bằng tổng hệ số tăng ích riêng phần theo hai
hướng trực giao bất kỳ nào. Trong trục tọa độ cầu thì ta có tổng hệ số tăng ích theo
hai thành phần trực giao là và . Ta có:
Trong đó:
là cường độ bức xạ theo hướng có chứa thành phần trường ,
là cường độ bức xạ theo hướng có chứa thành phần trường ,
là tổng công suất đầu vào.
Thường thì hệ số tăng ích được biểu diễn theo khái niệm dB thay vì không có
thứ nguyên như trong công thức (2.16). Công thức tương ứng được cho bởi:
Hình 2.8: Hệ số tăng ích anten
2.2.5>Phân cực trong anten
Phân cực của anten là phân cực của sóng bức xạ bởi anten đó. Nói cách khác,
mặt phẳng phân cực chính là mặt phẳng chứa vectơ cường độ điện trường E.
Thông thường, phân cực trong anten có thể được chia làm ba loại: phân cực
tuyến tính, phân cực tròn và phân cực elip.
Trong thông tin liên lạc, đường truyền từ anten phát tới anten luôn bị hạn
chế bởi các tòa nhà cao tầng, cây cối và đặc điểm địa thế. Khi các anten phát hoặc
thu di chuyển, tín hiệu nhận tại anten thu thay đổi theo thời gian bởi biên độ, pha
của tín hiệu nhận và tín hiệu phản xạ thay đổi liên tục. Điều này làm một phần tín
hiệu nhận bị lỗi dưới mức cho phép, kết quả giảm hiệu suất thông tin liên lạc. Có
nhiều phương pháp khắc phục nhược điểm này, một trong số đó là phương pháp
phân tập theo phân cực. Phương pháp này chỉ ra rằng: nếu môi trường truyền dẫn
có đặc tính ảnh hưởng tín hiệu giữa các phân cực, khi đó chúng sẽ không thể triệt
tiêu cùng một lúc. Với GPS là phân cực tròn phải ( RHCP) nên để thu tốt nhất thì

anten thu cũng được thiết kế với phân cực tròn phải.
Anten thông thường không thể nhận hết toàn bộ năng lượng sóng truyền đến
với tín hiệu phân cực thay đổi theo thời gian. Trong môi trường thực tế, sự tương
quan giữa phân cực nhận trực giao phụ thuộc vào cả phân cực truyền và sự tán xạ
tín hiệu trong đường truyền. Và thêm nữa, đặc tính tán xạ tín hiệu ở vùng nông
thôn sẽ ít hơn so với trong đô thị.
2.2.6>Băng tần hoạt động của anten
Băng tần là dải tần số mà hiệu suất của anten có những đặc tính nhất định
thỏa mãn các tiêu chuẩn đặc thù. Các đặc tính của anten bao gồm trở kháng đầu
vào, đồ thị bức xạ, độ rộng chùm tia, mức búp sóng phụ, sự phân cực, hệ số tăng
ích, độ định hướng, hiệu suất bức xạ. Đối với anten dải rộng, băng tần thường thể
hiện tỷ số tần số trên và tần số dưới của vùng tần số được phép hoạt động. Ví dụ
băng tần 10:1 biểu thị tần số cao hơn gấp 10 lần tần số thấp hơn. Còn với anten
băng hẹp, băng tần thể hiện phần trăm của hiệu tần số trên và dưới trên tần số trung
tâm của băng thông. Ví dụ 5% băng tần thể hiện hiệu tần số là 5% so với tần số
trung tâm của băng tần.
Hình 2.9: Băng tần
Dù đặc tính của anten không nhất thiết phải thay đổi theo cùng một cách hay
thậm chí còn bị ảnh hưởng nhiều của tần số nhưng không có một đặc điểm riêng
biệt nào cho băng tần. Tùy vào các ứng dụng mà ta hiệu chỉnh băng tần sao cho
phù hợp.
Các anten được chế tạo để hoạt động ở một dải tần số nhất định. Dải tần
càng hẹp thì khả năng chống nhiễu càng cao. Thông thường trong hệ thống W-
CDMA dải tần hoạt động của anten nằm trong khoảng 1920MHz-2170MHz. Đây
cũng chính là dải tần mà các nhà mạng viễn thông Việt Nam khai thác và sử dụng.
2.2.7>Trở kháng vào của anten
Trở kháng vào được định nghĩa như sau: “trở kháng của anten tại điểm đầu
vào của nó hay tỉ số điện áp so với dòng điện tại đầu vào hay tỉ số của các thành
phần tương ứng của điện trường so với từ trường ở một điểm”. Tỉ số điện áp trên
dòng điện ở đầu vào này, không có tải, xác định trở kháng của anten như sau:

ZA = RA + jXA
Trong đó, ZA là trở kháng của anten ở các đầu vào (Ohm).
RA là điện trở của anten ở các đầu vào (Ohm).
XA là điện kháng của anten ở các đầu vào (Ohm).
Nói chung, thành phần điện trở trong (2.35) bao gồm 2 thành phần là:
RA = Rr + RL
Trong đó, Rr là trở kháng bức xạ (radiation resistance) của anten.
RL trở kháng mất mát (loss resistance) của anten.
Trở kháng vào của một anten nói chung là hàm của tần số. Do đó, anten chỉ được
phối hợp tốt với đường tiếp điện chỉ trong cùng một dải tần nào đó. Thêm nữa, trở
kháng vào của anten phụ thuộc vào các yếu tố như: hình dạng của anten, phương
pháp tiếp điện cho anten, và ảnh hưởng của các đối tượng bao quanh nó. Do sự
phức tạp của chúng, chỉ một lượng giới hạn các anten thực tế được nghiên cứu và
phân tích tỉ mỉ. Với các loại anten khác, trở kháng vào được xác định bằng thực
nghiệm.
Một số yếu tố cần chú ý khi thiết kế một số anten thực.
Khi thiết kế anten,điều chúng ta cần nhất đó là thu phát được ở dải tần quy
định :RF,GPS,GALILEO… để thiết kế được như vậy có rất nhiều yếu tố quyết
định cũng như ảnh hưởng tới nó mà ta có thể điều chỉnh để thu được yêu cầu đưa
ra. Ngoài ra có các yêu cầu khác như kích thước,khả năng tích hợp ,khả năng chế
tạo,các yếu tố không mong muốn khác……Một số yếu tố cần quan tâm với tất cả
các loại anten như sau:
Chất liệu nền : việc chọn chất liệu nền có hằng số điện môi khác nhau là một
trong các yếu tố cần quan tâm khi thiết kế anten. ở việt nam chất liệu nền thường
dùng nhất có hằng số điện môi e=4,4.
Phần tử bức xạ : đây là phần quan trọng nhất của anten, nó là phần phát hoặc
thu tín hiệu mong muốn. Muốn thu được dải tần mong muốn, ta cần điều chỉnh tần
số cộng hưởng của phần tử bức xạ. Dựa vào tính toán và mô phỏng ta có thể tính
toán được tần số cộng hưởng. Để điều chỉnh tần số này ta có thể thay đổi hình
dạng,kích thước,độ dày,chất liệu của phần tử bức xạ… để thu được dải tần càng

thấp thì kích thước anten càng lớn.
Cách tiếp điện và phối hợp trở kháng : đây là yếu tố quan trọng và khó thiết
kế nhất. có nhiều cách tiếp điện như dùng cáp đồng trục,đường truyền vi dải, ghép
khe… với mỗi một kĩ thuật lại có các yêu cầu khác nhau. Lựa chọn vị trí tiếp điện